Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что называется циклом работы двигателя

Цикл ОТТО. АТКИНСОНА. МИЛЛЕРА. Что это, какие есть различия в работе ДВС

Двигатель внутреннего сгорания очень далек от идеала, КПД бензинового варианта в лучшем случае достигает 20 – 25%, дизельного 40 – 50% (то есть остальное топливо сжигается почти в пустую). Чтобы повысить эффективность (соответственно увеличить коэффициент полезного действия) требуется улучшить конструкцию мотора. Над этим бьются многие инженеры, и по сей день, но первыми были всего несколько инженеров, таких как Николаус Август ОТТО, Джеймсом АТКИНСОНОМ и Ральфом Миллером. Каждый вносил определенные изменения, и пытался сделать моторы более экономичными и производительными. Каждый предлагал определенный цикл работы, который мог кардинально отличаться от конструкции оппонента. Сегодня я постараюсь простыми словами, объяснить вам какие основные различия есть в работе ДВС, ну и конечно видео версия в конце …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

  • Цикл ОТТО
  • Цикл АТКИНСОНА
  • Цикл МИЛЛЕРА
  • Так в чем же разница?
  • ВИДЕО ВЕРСИЯ

Статья будет написана для новичков, так что если вы искушенный инженер, можете ее не читать, написана для общего понимания циклов работы ДВС.

Также хочется отметить, что вариаций различных конструкций очень много, самые известные которые мы еще можем знать, цикл ДИЗЕЛЯ, СТИРЛИНГА, КАРНО, ЭРИКСОННА и т.д. Если посчитать конструкции, то их может набраться около 15. И не все двигатели внутреннего сгорания, а например, у СТИРЛИНГА внешнего.

Но самые известные, которые применяются и по сей день в автомобилях, это ОТТО, АТКИНСОН и МИЛЛЕР. Вот про них и будем говорить.

Ремонт узлов и агрегатов двигателей

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье «как устроен двигатель внутреннего сгорания».

Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

Читать еще:  Что такое паровой дизельный двигатель

Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200 о С.

Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ

В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600 о С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.

Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900 о С.

Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700 о С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

ПРИНЦИП РАБОТЫ МНОГОЦИЛИНДРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

Читать еще:  Daihatsu charade от чего двигатель

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.


Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

Циклы работы двигателей SGE

Цикл Отто

Цикл Отто назван в честь немецкого инженера Николауса Отто, в 1877 запатентовавшего новый двигатель с четырехтактным циклом. Цикл Отто описывает процесс работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. На рисунке 1 представлена P-V диаграмма, демонстрирующая процессы, протекающие в двигателе. По оси абсцисс отложен объем V, занимаемый рабочим телом в цилиндре, по оси ординат — давление Р в цилиндре.

1-2 – процесс адиабатного сжатия рабочей смеси, впущенной в цилиндр, процесс проходит без теплообмена.

2-3 – процесс изохорного подвода тепла, процесс происходит при неизменном объеме. Сгорание происходит, когда поршень находится в ВМТ (верхняя мертвая точка – положение поршня в цилиндре, соответствующее максимальному расстоянию между поршнем и осью вращения коленчатого вала). НМТ, нижняя мертвая точка, – положение поршня в цилиндре, соответствующее минимальному расстоянию между поршнем и осью вращения коленчатого вала.

3-4 – процесс адиабатного расширения рабочего тела. Под воздействием расширения продуктов сгорания поршень движется к НМТ.

4-1 – процесс изохорного охлаждения рабочего тела. Под действием разности давлений в цилиндре и в атмосфере происходит выхлоп продуктов горения.

Также Цикл Отто можно представить на T-S диаграмме (рисунок 2), где T — температура, а S — энтропия. Энтропия – мера рассеяния энергии.

Этапы цикла на T-S диаграмме аналогичны P-V диаграмме:

1-2 – адиабатное сжатие;
2-3 – изохорный подвод тепла;
3-4 – адиабатное расширение;
4-1 – изохорное охлаждение.

Цикл Миллера

Такой подход позволяет увеличить геометрическую степень сжатия выше пределов, определенных детонационными свойствами топлива. Таким образом, повышается тепловая эффективность цикла Миллера относительно цикла Отто. Однако ухудшается наполняемость цилиндра, вследствие чего для цикла Миллера относительно цикла Отто пиковая выходная мощность снижаются для данного размера двигателя, что означает, что при сравнении выходной мощности двигателей Отто и Миллера одинаковых размеров выходная мощность двигателя Отто будет больше при прочих равных.

Siemeng Gas Engines

Рассмотрим и сравним конкретные двигатели Siemeng Gas Engines, работающие на природном газу. Серия Siemens Gas Engines SL работает по циклу Отто, серии HM и EM – по циклу Миллера. В таблицах 1-3, представленных ниже, показаны параметры двигателей серий SL, HM, SE объемом от 24 до 86 л: мощность механическая, КПД механический, объем двигателя и степень сжатия.

Читать еще:  Ваз 2106 тюнинг родного двигателя

Таблица 1. Параметры двигателей SGE серии SL

ПараметрSGE-24SLSGE-36SLSGE-48SLSGE-56SL
ЦиклЦикл ОттоЦикл ОттоЦикл ОттоЦикл Отто
Мощность механическая, кВт419630838985
Механический КПД, %39,840,24040,1
Объём двигателя, л24364856
Степень сжатия11.6:111.6:111.6:112.3:1

Таблица 2. Параметры двигателей SGE серии HM

ПараметрSGE-24HMSGE42HMSGE-56HM
ЦиклЦикл МиллераЦикл МиллераЦикл Миллера
Мощность механическая, кВт52010401240
Механический КПД, %42,143,342,5
Объём двигателя, л244256
Степень сжатия11.8:111.9:111.9:1

Таблица 3. Параметры двигателя SGE серии EM

ПараметрSGE-86EM
ЦиклЦикл Миллера
Мощность механическая, кВт2065
Механический КПД, %46,6
Объём двигателя, л86
Степень сжатия13.5:1

На рисунке 4 представлена зависимость механической мощности от объема двигателя и цикла работы. Как видно из гистограммы механическая мощность возрастает с увеличением объема двигателя, также на гистограмме можно видеть, что у двигателей серии HM, механическая мощность выше, чем у двигателей серии SL аналогичного объема.

Увеличение механической мощности и эффективности двигателей серии HM достигается за счет конструктивных и технологических особенностей, а именно: усовершенствованной системы впуска, модифицированных турбокомпрессоров, применения форкамерных свечей и обновленной системы управления двигателем, позволяющей оптимизировать термодинамические потери, ­– а также работы по циклу Миллера.

На рисунке 5 представлена зависимость механического КПД от объема двигателя и цикла работы. Как видно из гистограммы механический КПД двигателей, работающих по циклу Миллера, больше, чему у двигателей, работающих по циклу Отто, при равном объеме.

Потребление топлива у машин, работающих по циклу Отто, несколько выше, чем у машин, работающих по циклу Миллера. Для примера рассмотрим потребляемый объем газа для машин 24SL и 24HM. Для выработки 1 кВт механической мощности машине 24SL требуется 0,27 м3 газа, а машине 24HM – 0,25 м3 газа.

Основывая на приведенных выше данных, можно сделать вывод, что двигатели SGE, работающие по циклу Миллера, за счет более высокого КПД, а, следовательно, меньшего потребления газа более выгодны в областях, где стоимость газа высока, например, в Европе, их запчасти несколько дороже за счет конструктивных особенностей, стоимость запчастей выражается в евро. Следовательно, машины, работающие по циклу Миллера, выгоднее эксплуатировать в Европе. А двигатели SGE, работающие по циклу Отто, за счет большего потребления газа и более низкой стоимости запасных частей выгоднее эксплуатировать в России, ввиду более лояльных, чем в Европе, ценам на газ и высокой стоимости евро.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector