Рабочий цикл двигателя: Рабочий цикл четырехтактного и двухтактного двигателей: описание и принцип работы

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

Категория:

   1Отечественные автомобили

Публикация:

   Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

Читать далее:

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

Процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня, называется тактом. Совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре, т. е. впуск горючей смеси, сжатие ее, расширение газов при сгорании и выпуск продуктов сгорания, называется рабочим циклом.

Если рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, то двигатель называется четырехтактным.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигатег л я. Первый такт — впуск (рис. 5, а). Поршень 3 перемещается от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан 1 открыт, выпускной клапан 2 закрыт. В цилиндре создается разрежение (0,7—0,9 кгс/см2) и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр.

Горючая смесь смешивается с продуктами сгорания, оставшимися в цилиндре от предшествующего цикла, и образует рабочую смесь. Чем лучше наполнение цилиндра горючей смесью, тем выше мощность двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Температура смеси в конце впуска 75— 125 °С.

Второй такт — сжатие. Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., оба клапана закрыты. Давление и температура рабочей смеси повышаются, достигая к концу такта соответственно 9—15 кгс/см2 и 350— 500 °С.

Третий такт — расширение, или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, происходит быстрое сгорание смеси. Максимальное давление при сгорании достигает 35—50 кгс/см2, а температура 2200— 2500 °С. Давление газов в процессе расширения передается на поршень, далее через поршневой палец и шатун — на коленчатый вал, создавая крутящий момент, заставляющий вал вращаться. В конце расширения начинает открываться выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 3—5 кгс/см2, а температура до 1000—1200 °С.

Рис. 1. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя: а — впуск, 6 — сжатие, в — расширение, г — выпуск; 1 — впускной клапан, 2 — выпускной клапан, 3 — поршень

Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., выпускной клапан открыт. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 1,1—1,2 кгс/см2, а температура до 700—800 °С.

Далее процессы, происходящие в цилиндре, повторяются в указанной последовательности. Рабочим является только один такт — расширение, впуск и сжатие являются подготовительными, а выпуск — заключительным тактами.

При пуске двигателя его коленчатый вал вращается электродвигателем (стартером) или пусковой рукояткой. Когда двигатель начнет работать, впуск, сжатие и выпуск происходят за счет энергии, накопленной маховиком двигателя при рабочем такте.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля. При впуске поршень движется от в. м. т к н. м. т., открыт впускной клапан. За счет образующегося разрежения в цилиндр поступает чистый воздух. Давление 0,85—0,95 кгс/см2, температура 40— 60°С.

При такте сжатия поршень движется вверх, оба клапана закрыты. Давление и температура воздуха повышаются, достигая в конце такта 35—55 кгс/см2 и 450—650 °С.

Когда поршень подходит к в. м. т., в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое насосом высокого давления.

При рабочем ходе впрыснутое в цилиндр дизельное топливо самовоспламеняется от сильно сжатого и нагретого воздуха. С появлением первых очагов пламени начинается процесс сгорания, характеризуемый быстрым повышением давления и температуры. Когда поршень от в. м. т. начинает опускаться, сгорание в течение некоторого промежутка времени протекает при почти постоянном давлении. Максимальное давление газов достигает 50—90 кгс/см2, а температура — 1700—2000 °С. В конце расширения давление снижается до 2—4 кгс/см2, а температура — до 800—1000 °С.

* При такте выпуска поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т., открыт выпускной клапан. Давление газов в цилиндре снижается до 1,1—1,2 кгс/см2.

После окончания такта выпуска- начинается новый рабочий цикл.

Вследствие более высоких значений степени сжатия дизели более экономичны по расходу топлива, чем карбюраторные двигатели. Кроме того, они используют более дешевые сорта нефтяных топлив и менее опасны в пожарном отношении, чем бензин. С другой стороны, дизели имеют большую массу, чем карбюраторные двигатели, поэтому их устанавливают на отечественных автомобилях большой и очень большой грузоподъемности (МАЗ, КрАЗ, КамАЗ и БелАЗ).

С освоением мощностей Камского автозавода дизели будут устанавливать на грузовые автомобили ЗИЛ и Уральского автозавода, а также на автобусы ЛАЗ и ЛиАЗ.

Диаграмма рабочего цикла двигателя. Рабочий цикл двигателя можно представить в виде диаграммы, на которой по вертикальной оси откладывают давление р, а по горизонтальной—объем цилиндра V.

На диаграмме четырехтактного карбюраторного двигателя линия впуска 7—1 располагается ниже линии атмосферного давления (1 кгс/см2). При такте сжатия (линия I—2—3) давление повышается, достигая наибольшей величины в точке 3.

Точка соответствует моменту проскаки-вания искры в свече зажигания и началу процесса сгорания. Линия 3—4—5—6 иллюстрирует рабочий ход, причем линия 3—4, соответствующая резкому возрастанию давления, означает процесс сгорания рабочей смеси, а линия 4—5—6— расширение газов. В точке 4 давление газов достигает наибольшей величины.

Рис. 2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля ЯМЗ: а —впуск, б — сжатие, в — расширение, г — выпуск; 1—форсунка, 2 — топливный насос высокого давления

В точке начинает открываться выпускной клапан. Линия соответствует такту выпуска. Она располагается несколько выше линии, соответствующей атмосферному давлению.

Рис. 3. Диаграмма рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания (а) и схема сил, действующих от давления газов (б)

На рис. 3, б показана схема сил, действующих от давления газов в одноцилиндровом двигателе. Сила Р давления газов, действующая на поршень при рабочем ходе, раскладывается на две силы: N и S. Сила N прижимает поршень к стенке цилиндра, а действие силы S передается через шатун на коленчатый вал двигателя.

Сила Г, составляющая силы S и касательная к окружности вращения шатунной шейки, действует на плече R. Произведение TR называют крутящим моментом двигателя. Крутящий момент вызывает вращение коленчатого вала. Далее он передается через механизмы трансмиссии на ведущие колеса, вызывая движение автомобиля.

Вторая составляющая силы S сила F воспринимается коренными подшипниками коленчатого вала.

Рекламные предложения:

Читать далее: Маховик и картер

Категория: — 1Отечественные автомобили

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Рабочий цикл двигателя: что это такое

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте  (грузовые и легковые авто,  спецтехника, моторные  лодки, самолеты и т.

п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл.  Далее мы поговорим о том,  что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

Содержание статьи

Рабочий цикл ДВС: что нужно знать

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).

Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов.  Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок».

Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу.  Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.

Итак, рабочий  цикл двигателя – последовательно повторяющиеся процессы, которые протекают в цилиндрах в рамках трансформации тепловой энергии топлива в полезную механическую работу. Если  один рабочий цикл совершается за 2 хода поршня, когда коленчатый вал делает один оборот, такой двигатель является двухтактным.

Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.

Как работает четырехтактный бензиновый двигатель

Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы  ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ.

ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка.  Теперь вернемся к тактам.

• На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент  открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего  в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
• Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота.  В этот момент поршень начинает подниматься из НМТ в ВМТ. При этом впускной клапан уже закрыт. Далее поршень сжимает смесь в герметично закрытом цилиндре. Чем больше уменьшается объем цилиндра, тем сильнее сжимается смесь. Результатом такого сжатия является повышение температуры смеси.
• К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент  поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю  мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.

Далее от поршня через шатун энергия передается на КШМ, позволяя вращать коленчатый вал двигателя. Коленвал в это время делает третий по счету полуоборот, а движение поршня из ВМТ в НМТ называется рабочим ходом поршня.

• После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит  открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается,  несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска.  В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.

Работа четырехтактного дизельного ДВС

Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом  воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).

Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем,  до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.

С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через  открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.

Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны  полностью закрыты, что позволяет поршню  сильно сжать воздух.

Обратите внимание, для дизельного двигателя очень важно, чтобы температура сжатого воздуха была достаточной для воспламенения топлива. По этой причине степень сжатия в дизельных ДВС намного выше, чем в бензиновых.  Далее, когда поршень практически доходит до ВМТ, происходит топливный впрыск (момент впрыска дизельного двигателя).

Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под  очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.

Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание  двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое крутящий момент и мощность двигателя. Из этой статьи вы подробно узнаете о данных характеристиках, в чем измеряется мощность и момент двигателя, как эти показатели зависят друг от друга и т.д.

После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в  результате горения смеси  повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов  «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ.  Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров,  рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через  равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

При  этом последовательность, с которой чередуются  одинаковые такты в разных цилиндрах, принято называть  порядком работы ДВС (например, 1-2-4-3). На практике это выглядит таким образом, что после рабочего хода в цилиндре 1, далее рабочий ход происходит во втором, четвертом, а уже затем в третьем цилиндре.

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Рекомендуем также прочитать статью о КПД дизельного двигателя. Из этой статьи вы узнаете о данном параметре и от чего зависит КПД, а также почему дизельные моторы имеют КПД выше по сравнению с бензиновыми ДВС.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

Читайте также

Рабочий цикл ДВС

Рабочий цикл одноцилиндрового двигателя

В автомобилях применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) названные так потому, что сгорание топлива происходит непосредственно в цилиндре. Основными деталями ДВС, кроме цилиндра, являются поршень, шатун, коленчатый вал. На кривошипе коленчатого вала подвижно закрепляется шатун. К верхней головке шатуна шарнирно, с помощью пальца, крепится поршень. Цилиндр сверху закрывается крышкой, которая называется головкой цилиндра. В головке имеется углубление, называемое камерой сгорания. Также в головке имеются впускное и выпускное отверстия, закрываемые клапанами. К коленчатому валу крепится маховик – массивный круглый диск.

При вращении коленвала происходит перемещение поршня внутри цилиндра. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (В.М.Т.), крайнее нижнее положение – нижней мертвой точкой (Н.М.Т.). Расстояние, которое проходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. Пространство, находящееся над поршнем, когда он находится в н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра. Когда поршень находится в в.м.т., над ним остается пространство, называемое объемом камеры сгорания. Сумма рабочего объема и объема камеры сгорания называются полным объемом цилиндра. В технических данных объем указывается в литрах или кубических сантиметрах. Объем многоцилиндрового двигателя равен сумме полных объемов всех его цилиндров. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Она показывает, во сколько раз сжимается рабочая смесь в цилиндре.

Рабочий цикл двигателяПараметры КШМ

Один ход поршня от одной мертвой точке к другой называется тактом. Коленвал при этом совершает полоборота. Как работает ДВС? Во время первого такта происходит впуск горючей смеси в цилиндр. Клапан впускного отверстия открыт, выпускного – закрыт. Поршень, перемещаясь от в.м.т к н.м.т, подобно насосу, создает разряжение в цилиндре и топливо, перемешанное с воздухом, заполняет его.

Во время второго такта, при движении поршня от н.м.т. к в.м.т., происходит сжатие горючей смеси. При этом и выпускной, и впускной клапаны закрыты. В результате давление и температура в цилиндре повышаются. В конце такта сжатия, при приближении поршня к в.м.т., горючая смесь поджигается искрой от свечи зажигания (в бензиновых ДВС) или самовоспламеняется от сжатия (в дизельных ДВС).

Порядок работы цилиндров

Во время третьего такта происходит сгорание рабочей смеси. Клапана остаются закрытыми. Воспламенившаяся рабочая смесь резко повышает температуру и давление в цилиндре, которое заставляет поршень с усилием двигаться вниз. Поршень через шатун передает усилие на коленвал, создавая на нем крутящий момент. Таким образом, происходит преобразование энергии сгорания топлива в механическую энергию, которая двигает автомобиль. Поэтому этот такт называется рабочим ходом. Маховик, закрепленный на коленчатом валу, запасает энергию, обеспечивая вращение коленвала за счет сил инерции во время подготовительных тактов.

В ходе четвертого такта происходит выпуск отработанных газов и очистка цилиндра. Поршень, двигаясь от н.м.т. к в.м.т., выталкивает продукты горения через открытый выпускной клапан.

Далее весь процесс повторяется. Таким образом, рабочий цикл описанного ДВС происходит за четыре такта. Поэтому он и называется четырехтактным. Коленвал за это время совершает два оборота. Существуют и двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл происходит за два такта. Однако такие ДВС в настоящее время на автомобилях практически не применяются.

Для плавной работы многоцилиндрового двигателя и уменьшения неравномерных нагрузок на коленчатый вал такты рабочего хода в разных цилиндрах должны происходить в определенной последовательности. Такая последовательность называется порядком работы двигателя. Он определяется расположением шеек коленчатого вала и кулачков распределительного вала. Например, в двигателях ВАЗ порядок работы 1-3-4-2. Так как в четырехтактном двигателе полный цикл в каждом цилиндре совершается за два оборота коленчатого вала, то, следовательно, в четырехцилиндровом двигателе для равномерной его работы за каждые пол-оборота коленчатого вала в одном из цилиндров должен происходить рабочий такт.

Рассмотренные детали составляют в совокупности кривошипно-шатунный механизм. Кроме него, для обеспечения работы ДВС нужны газораспределительный механизм, система охлаждения, система смазки, система питания и система зажигания (в бензиновых двигателях).

Газораспределительный механизм, управляя работой клапанов, обеспечивает своевременное их открытие и закрытие. Система охлаждения отводит тепло от деталей двигателя, нагревающихся при работе. Система смазки подает масло к трущимся поверхностям. Система питания служит для приготовления рабочей смеси и подачи ее в цилиндры. Система зажигания преобразует низковольтное напряжение от АКБ в высоковольтное и подает его на свечи для воспламенения рабочей смеси.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя — как это работает

В числе процессов, характеризующих работу мощных и производительных машин и механизмов, следует отметить рабочий цикл четырехтактного двигателя. Это совокупность процессов, повторяющихся в определенной последовательности, во время которых цилиндр наполняется рабочей смесью, после чего происходит ее сжатие и воспламенение. Газы, образовавшиеся при сгорании, расширяются, а затем – удаляются из цилиндра.

Рабочий цикл четырехтактного 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. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано прежде всего с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смеси из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов. 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 и выпуска. В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.

Такт впуска

Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр. От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру 75—125 °С.

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия

После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан закрывается, а выпускной закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов 300— 450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход

В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

Такт выпуска

Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750— 900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06—0,12. По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Двухтактный двигатель – особенности работы

Весь цикл работы двухтактного двигателя происходит за один оборот коленвала. Это позволяет на выходе получать приблизительно в 1,4-1,8 раз большую мощность, с того же рабочего объема, имея те же самые обороты двигателя. Разумеется, коэффициент полезного действия у таких агрегатов значительно ниже, чем у тех же 4 тактных моделей. Это используется при создании тяжелых и низкооборотных двигателей судов. Здесь они напрямую соединяются с гребным валом. Нашли свое применение такие модели и в мотоциклах.

Это так же приводит к тому, что модели, работающие в 2 такта, очень сильно греются. Здесь выделятся большая тепловая энергия. В некоторых случаях приходится подключать к ним дополнительное охлаждение, чтобы агрегат всегда находился в работоспособном состоянии. Однако, можно выделить и плюс подобной технологии. Ввиду того, что работа поршня ограничивается 2 тактами, он совершает гораздо меньше движений за единицу времени, поэтому потери на трение минимальны. Это напрямую отражается на износе основных рабочих деталях двухтактного двигателя.

Еще одной актуальной проблемой для данной модели является тот факт, что постоянно нужно искать компромисс между потерями свежего заряда и качеством продувки. Да, принцип работы заставляет ведущих инженеров и техников трудится над созданием универсальной системы, которая бы сводила к минимуму потери. 4 тактный двигатель вытесняет отработанные газы в тот момент, когда его поршень находится в верхней мертвой точке. Здесь ситуация коренным образом меняется. Вся отработка вылетает в трубу в тот момент, когда цилиндр практически полностью свободен, то есть этот процесс захватывает его объем полностью. Качество обдува играет в этом очень важную роль.

Именно поэтому не всегда удается разделить свежую рабочую смесь от выхлопных газов. В любом случае они будут смешиваться. Особенно отчетливо такая проблема выделяется у карбюраторных моделей моторов, которые напрямую подают готовое к работе горючее в цилиндр. Естественно, в данном случае стоит говорить о большем количестве используемого воздуха. Отсюда возникает необходимость применения сложных по структуре и составу воздушных фильтров. 4 тактный двигатель обделен этим недостатком.

Принцип работы данной модели двигателя говорит о том, что его применение может быть ограничено ввиду особенностей конструкции и большого количества потерь. Однако от 2 тактов еще никто не отказывается, создавая все больше устройств на его основе. Стоит отметить, что сегодня на рынке представлено множество различных механизмов, которые используют как 4 тактный двигатель внутреннего сгорания, так и двухтактный. Кстати, тот экземпляр, о котором мы решили поговорить сегодня, может иметь не только простейшее строение, в некоторых механизмах используются достаточно сложные его варианты.

Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

Самое главное преимущество двухтактных двигателей – более высокая, по сравнению с четырехтактными, литровая мощность. Дело здесь в том, что при равном количестве цилиндров и количестве оборотов коленчатого вала в минуту, каждый цилиндр совершает рабочий ход вдвое чаще. При этом, за счет того, что фактический рабочий ход двухтактного двигателя короче (он укорочен за счет процессов газообмена), реально объем двигателя увеличивается на 50-60%.

Не менее важное преимущество – компактность. Благодаря этому качеству двухтактные двигатели нашли широкое применение не только в небольших транспортных средствах наподобие снегоходов, но и в садовой технике, а также инструментах (к примеру, в бензопилах). Кроме того, отсутствие газораспределительного механизма заметно делает конструкцию проще и дешевле в производстве. Есть у двухтактных ДВС и существенные недостатки. Они расходуют больше топлива впустую, так как при открытии выпускного окна в систему выхлопа попадает часть несгоревшей смеси. Система смазки классического двухтактного мотора крайне примитивна – бензин смешивается с маслом заранее, и оба эти вещества попадают в камеру сгорания одновременно. Обусловлено это тем, что организовать масляную ванну в картере невозможно – картер участвует в процессе газообмена.

В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях. Экологические параметры также оставляют желать лучшего: в выхлопе, из-за особенностей газораспределения, содержится большое количество СО и СН.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом,по которому они работают.

Рабочий цикл –это комплекс последовательных рабочих процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре при работе двигателя.

Рабочий процесс,происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.

По числу тактов,составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:

– четырехтактные,в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,

– двухтактные,в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

На легковых автомобилях, как правило, применяются четырехтактныедвигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные.О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:

– впуск горючей смеси,

– сжатие рабочей смеси,

– рабочий ход,

– выпуск отработавших газов.

Рис. 8. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя:а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск

Первый такт – впуск горючей смеси(рис. 8а

).

Горючей смесьюназывается смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор или форсунка, о чем мы поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху примерно 1:15считается оптимальным для обеспечения нормального процесса сгорания.

При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.

Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.

В процессе заполнения цилиндра горючаясмесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется рабочая.

Второй такт – сжатие рабочей смеси(рис. 8б

)
.
При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке. Оба клапана плотно закрыты, поэтому рабочая смесь сжимается.

Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9–10 кг/см², а температура 300–400°С.

В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя с названием – «степень сжатия» (например 8,5). А что это такое?

Степень сжатияпоказывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания (Vn/Vc –см. рис. 7). У бензиновых двигателей в конце такта сжатия объем над поршнем уменьшается в 8–11 раз.

В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. От начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.

Третий такт – рабочий ход(рис. 8в

)
.
Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал.

Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.

В самом конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. Поскольку впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход – давить на подвижный поршень.

Под действием давления, достигающего величины 50 кг/см², поршень начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила в несколько тонн, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент.

При такте рабочего хода температура в цилиндре достигает более 2000 градусов.

Коленчатый вал при рабочем ходе делает очередные пол-оборота.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов(рис. 8г

).

При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге движется автомобиль без глушителя, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя – при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск… и так далее.

Теперь, интересно, кто из вас обратил внимание на то, что полезная механическая работа совершается одноцилиндровым двигателем только в течение одного такта – такта рабочего хода!Остальные три такта (выпуск, впуск и сжатие) являются лишь подготовительными и совершаются они за счет кинетической энергии вращающихся по инерции коленчатого вала и маховика.

Маховик(рис. 9)–это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода поршень через шатун и кривошип раскручивает коленчатый вал двигателя, который передает маховику запас энергии вращения.

Рис. 9. Коленчатый вал двигателя с маховиком:1 –шатунная шейка; 2 – противовес; 3 – маховик с зубчатым венцом; 4 – коренная (опорная) шейка; 5 – коленчатый вал двигателя

Запасенная в массе маховика энергия вращения позволяет ему в обратном порядке через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. Поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска) именно за счет отдаваемой маховиком энергии.

Если двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик, конечно, тоже помогает.

В детстве у вас наверняка была игрушка, которая называлась волчок. Вы раскручивали его энергией своей руки

(
рабочий ход
)
и радостно наблюдали за тем, как долго он вращается. Точно так же и массивный маховик двигателя – раскрутившись, он запасает энергию, но только значительно большую, чем детская игрушка, а затем эта энергия используется для перемещения поршня в подготовительных тактах.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

Такт впуска

Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок а), впускной клапан открыт, в цилиндр поступает воздух.

Такт сжатия

Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок б) и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) температура воздуха становится выше температуры самовоспламенения топлива.

Рисунок. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизеля: а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт расширения; г — такт выпуска

В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку начинает впрыскиваться жидкое топливо. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и оставшимися газами, образуется рабочая смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива.

Преимущества четырёхтактных двигателей:

В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению масла в топливо; коленвал четырехтактного двигателя находится в масляной ванне. Благодаря этому нет необходимости смешивать бензин с маслом или доливать масло в специальный бачок. Достаточно залить чистый бензин в топливный бак и можно ехать, при этом отпадает необходимость покупки специального масла для 2-тактных двигателей.

Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.

Впуск

Итак, в камере сгорания силового агрегата циклы преобразований энергии начинаются с реакции горения топливной смеси. При этом поршень находится в самой верхней своей точке (положение ВМТ), а затем движется вниз. В результате в камере сгорания двигателя возникает разрежение. Под его воздействием горючая жидкость всасывает топливо. Впускной клапан при этом находится в открытом положении, а выпускной закрыт.

Когда поршень начинает движение вниз, то над ним увеличивается объем. Это и вызывает разрежение. Оно составляет примерно 0,071-0,093 МПа. Таким образом, в камеру сгорания попадает бензин. В инжекторных двигателях топливо впрыскивается форсункой. После поступления смеси в цилиндр ее температура может составлять 75 до 125 градусов.

Смотреть галерею

То, как сильно цилиндр будет заполнен топливной смесью, определяют по коэффициентам заполнения. Для двигателей с карбюраторной системой питания данный показатель составит от 0,64 до 0,74. Чем выше значение коэффициента, тем более мощный мотор.

Такт расширения газов в дизельном двигателе

Когда поршень дизельного двигателя еще не дошел до верхней точки примерно на 30 градусов по коленвалу, ТНВД через форсунку подает в цилиндр топливо под высоким давлением. Значение в 18 МПа необходимо, чтобы горючее могло тонко распыляться и распределиться по всему объему в цилиндре.

Смотреть галерею

Далее топливо под действием высоких температур воспламеняется и быстро сгорает. Поршень движется к нижней точке. Температура внутри цилиндра в этот момент составляет около 2000 градусов. К концу такта температура снижается.

От чего зависит мощность четырехтактного ДВС

Тут вроде бы всё ясно — мощность поршневого двигателя в основном определяется:

1. объёмом цилиндров;
2. степенью сжатия рабочей смеси;
3. частотой вращения.

Поднять мощность четырехтактного двигателя также можно повысив пропускную способность тактов всасывания и выхлопа, увеличив диаметр клапанов (особенно впускных).

Так же максимальная мощность получается при максимальном заполнении цилиндров, для этого используют турбины принудительной подкачки воздуха в цилиндр. В следствии чего повышается давление в цилиндре и соответственно КПД двигателя значительно возрастает.

Рекомендуем: Таблица вязкости моторного масла

Двухтактный двигатель – особенности работы

Если рассматривать двухтактный двигатель, следует отметить, что газовый топливный обмен совершается при нахождении поршня возле нижней предельной точки (мертвой), несколько не доходя до нее. Отработанные газы начинают удаляться из цилиндра при изменении их объема за небольшой промежуток времени. Очистка цилиндра в классическом двухтактном двигателе производится с помощью продувки воздуха, поступающего через компрессор.

Во время продувки воздух частично удаляется, а выпуск отработанных газов производится с помощью выпускных окон до того, как они будут закрыты поршнем. После этого наступает начало процесса сжатия, протекающего, как и в обычном четырехтактном двигателе. При движении поршня снизу вверх происходит перекрытие продувочных окон, после чего воздух из компрессора в цилиндр уже не подается.

Порядок работы

Описанные этапы составляют рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя. Нужно понимать, что каких-либо строгих соответствий между тактами и процессами в поршневых двигателях нет. Это легко объяснить тем, что при эксплуатации силового агрегата фазы газораспределительного механизма и то, в каком состоянии находятся клапаны, будет накладываться на движения поршней в различных моторах совершенно по-разному.

В любом цилиндре рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает именно таким образом. Каждая камера сгорания в двигателе нужна для вращения единственного коленчатого вала, воспринимающего усилие от поршней.

Это чередование называют порядком работы. Такой порядок задается на этапе конструирования силового агрегата через особенности распределительного и коленчатого валов. Он не изменяется в процессе эксплуатации механизма.

Реализация порядка работы осуществляется чередованием искр, которые поступают на свечи от системы зажигания. Так, четырехцилиндровый мотор может работать в следующих порядках – 1, 3, 4, 2 и 1, 2, 4, 3.

Смотреть галерею

Узнать порядок, в котором работают цилиндры двигателя, можно из инструкции к автомобилю. Иногда порядок работы указан на корпусе блока.

Вот как протекает рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя или любого другого. Система питания никак не влияет на принцип действия агрегата. Разница лишь в том, что карбюратор – это механическая система питания, имеющая определенные недостатки, а в случае с инжекторами этих недостатков в системе нет.

Недостатки четырёхтактных двигателей:

Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.

Уступают по мощности двухтактным.

Рабочий ход

Это третий такт рабочего цикла четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Он самый важный в работе силового агрегата. Именно на данном этапе работы двигателя энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую, заставляющую вращаться коленчатый вал.

Смотреть галерею

Когда поршень находится в позиции, близкой к ВМТ, еще в процессе сжатия топливная смесь принудительным образом воспламеняется от свечи зажигания двигателя. Топливный заряд сгорает очень быстро. Еще до начала этого такта сгоревшие газы имеют максимальное значение давления. Эти газы являются рабочим телом, сжатым в небольшом объеме камеры сгорания двигателя. Когда поршень начнет двигаться вниз, газы начинают интенсивно расширяться, высвобождая энергию.

Среди всех тактов рабочего цикла четырехцилиндрового двигателя именно этот самый полезный. Он функционирует на нагрузку агрегата. Только на этом этапе коленвал получает разгонное ускорение. Во всех прочих мотор не вырабатывает энергию, а потребляет ее от того же коленчатого вала.

Рабочие циклы четырёхтактных двигателей — MirMarine

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из последовательно происходящих в цилиндре процессов: всасывания, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.

В зависимости от способа смесеобразования и сгорания топлива рабочие циклы подразделяются на циклы быстрого сгорания, или сгорания при V = const (бензиновые двигатели), циклы постепенного сгорания, или сгорания при p = const (компрессорные дизели) и циклы смешанного сгорания, или сгорания при V = const и p = const (бескомпрессорные дизели).

Так как на судах морского флота бензиновые двигатели практически не применяются (используются только в переносных мотопомпах), а постройка компрессорных дизелей прекращена в 30-х годах, индикаторные диаграммы этих циклов приведены на рисунке №7 без пояснений в тексте.

Схема работы четырехтактного дизеля и индикаторные диаграммы процессов цикла смешанного сгорания представлены на рисунке №8.

1 – процесс впуска начинается в точке т, т.е. когда поршень еще не дошел до в.м.т. В этот момент начинается открываться впускной клапан и воздух устремляется в цилиндр. По мере движения поршня к н.м.т. цилиндр наполняется воздухом. Однако к приходу поршня в н.м.т. впускной клапан еще открыт. Это объясняется тем, что при последующем движения поршня к в.м.т. давление в цилиндре какой-то период времени еще ниже атмосферного, благодаря чему впуск воздуха в цилиндр продолжается. Способствует этому и инерция потока воздуха, движущегося в цилиндр даже по достижении внутри него давления, близкого к атмосферному. Давление в процессе впуска Рa = 0,85 ÷ 0,9 бар, температура ta = 30 ÷50 °C. В точке n закрывается впускной клапан, и процесс впуска заканчивается.

2 – процесс сжатия начинается с момента закрытия впускного клапана и совершается по мере движения поршня к в.м.т. При этом повышаются давление и температура находящегося в цилиндре воздуха. В конце процесса в точке с давление достигает Рс = 35 ÷50 бар и температура tc = 500 ÷ 600 °C. Повышение температуры воздуха до такой величины обеспечивает самовоспламенение топлива, впрыскиваемого в этот момент в цилиндр.

3 – процессы сгорания и расширения. Сгорание топлива начинается при подходе поршня в в.м.т (точка с). Первая часть топлива сгорает быстро, практически при постоянном объеме (с — y), в результате чего резко возрастает давление в цилиндре. Остальное топливо сгорает при почти неизменном давлении в цилиндре (y — z). В точке z сгорание топлива заканчивается. В этот момент давление в цилиндре достигает Рz = 50 ÷ 65 бар и температура tz = 1400 ÷ 1600 °C. Образовавшиеся при сгорании топлива газы, обладающие значительной внутренней энергией, расширяются. В результате этого поршень перемешается к н.м.т., совершая рабочий ход.

4 — процесс выпуска начинается в момент начала открытия выпускного клапана (точка Ь). К этому времени давление в цилиндре понижается до Рn 2,5 ÷ 4,0 бар и температура до tB 600 ÷ 8000 °C. Начало выпуска до прихода поршня в Н. М. т. объясняется необходимостью обеспечить более полную очистку цилиндра от отработавших газов. Выпуск газов продолжается в течение всего хода поршня к в. М. т. И заканчивается после в. м. т. (точка 1).

Как видно из рисунка №8, от точки т до точки 1 открыты как выпускной, так и впускной клапаны. Это обеспечивает лучшую очистку камеры сгорания от отработавших газов за счет использования инерции потока и носит название перекрытия клапанов.

Похожие статьи

Рабочие циклы ДВС.

Что такое рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания — расскажем в этой сатье.

Что такое рабочие циклы? Это строгое последовательное выполнение тактов, они повторяются всеми цилиндрами двигателя с четкой периодичностью и являются составляющей частью цикла. Двигатели всех автомобилей сейчас четырехтактные. Значит один цикл, будет состоять из 4 тактов, а каждый из тактов выполняется за 1 ход поршня. Это может быть как крайнее верхнее, так и крайнее нижнее положение («мертвые» точки). Не будет лишним дополнить, что цикл в таком моторе совершается за 2 оборота коленвала.

Музыка или такты в двигателе:

• Впуск – здесь работа цикла начинается, когда поршень начинает движение вниз, создавая вакуум в цилиндре сверху поршня. Клапан впуска открывается и под действием силы всасывания в него всасывается порция топливной смеси. Если дополнительно установлен нагнетатель, то смесь будет подаваться под давлением.
• Сжатие – движение поршня в этом такте устремлено вверх. Клапана впуска и выпуска в этот момент закрыты, содержимое цилиндра сжимается. Во время сжатия смесь хорошо перемешивается и на пике сжатия запускается процесс воспламенения с помощью свечи зажигания. На свече зажигания генерируется высоковольтный электрический импульс. Получает его свеча от катушки зажигания. Для двигателя с четырьмя цилиндрами используют четыре свечи, по одной на каждый цилиндр. По аналогии в трех, шести, восьми, десяти и двенадцати цилиндровом двигателе.
• Рабочий ход – поршень опускается к нижней точке под огромным давлением увеличивающихся газов. В этот момент впускной и выпускной клапан остаются закрытыми. Коленчатый вал приводит в движение шатун, соединенный посредством поршневого пальца с поршнем.
• Выпуск – это конечный такт из всего рабочего цикла. По достижению поршнем крайней нижней точки он готов устремиться вверх. Под давлением эксцентрика распредвала клапан выпуска откроется, а поднимающийся поршень выдавливает отработанные газы, освобождая цилиндр. Отвод газов происходит очень быстро и только в момент достижения поршнем верхней крайней точки.

А затем весь процесс будет повторяться в такой же последовательности циклично, до того момента пока вы не выключите зажигание (нажмете кнопку EngineStart/Stop).

В заключении можно сказать, что в тактах двигателя нет ничего сложного. Достаточно попробовать визуализировать прочитанное и все вопросы, непонимания уйдут на второй план. Помните, что только в такте рабочего хода совершается полезная работа. Остальные являются сопутствующими или подготовительными. Так как запускаются за счет инерции маховика.

Рабочие циклы четырехтактного двигателя (видео):

 

 

4 типа рабочих циклов двигателя, которые должен знать каждый инженер

Что такое рабочие циклы двигателя?

При выборе двигателя важно учитывать требуемый рабочий цикл, чтобы двигатель соответствовал потребностям приложения. Это сообщение в блоге и прилагаемое к нему видео с световым табло предоставят базовое введение в рабочие циклы мотоциклов и некоторые из наиболее распространенных типов рабочих циклов. После того, как вы определили тип рабочего цикла (ов), в котором работает ваша машина, свяжитесь с нами, чтобы узнать, как мы можем найти лучшее решение для вашего конкретного применения.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) определяет восемь классификаций рабочего цикла, которые сгруппированы по непрерывным, краткосрочным или периодическим циклам. Эти циклы относятся к последовательности и продолжительности во времени всех аспектов типичной операции, включая запуск, работу без нагрузки, работу с полной нагрузкой, электрическое торможение и отдых. Эти операции рассматриваются по тому, как они влияют на температуру двигателя, чтобы определить, подходит ли выбранный двигатель для применения, требуется ли усиленное охлаждение, такое как вентилятор принудительной вентиляции, или нужно ли использовать совершенно новый двигатель.

# 1 Непрерывный режим (S1) ( Рис. 1 ) Рабочий цикл двигателя №1 — Непрерывный режим

Первым и самым простым типом рабочего цикла двигателя является непрерывный режим. Его также называют сокращенным названием S1 duty (, рис. 1 ). В этом типе работы двигатель работает с постоянной нагрузкой в ​​течение достаточно длительного времени, чтобы достичь теплового равновесия. Это также предполагает, что запуск двигателя оказывает незначительное влияние на температуру двигателя.Примером работы S1 может быть вентилятор, который включается, а затем позволяет работать без остановок.

Преимущества непрерывных рабочих циклов включают эффективность, надежность и простоту. Поскольку двигатели, работающие в непрерывном режиме, позволяют температуре системы стабилизироваться, они обеспечивают надежную работу даже при близкой к номинальной мощности или при ее номинальной мощности. Циклы S1 идеально подходят для машин, которые должны работать стабильно и непрерывно в течение длительного времени. Типичные применения непрерывных рабочих циклов могут включать в себя эскалаторы, решения eMobility или даже упаковочное оборудование.

Являясь лидером в области технологий управления и автоматизации, KEB предлагает ряд гибких двигателей, способных работать стабильно и непрерывно, для удовлетворения потребностей вашего машиностроения.

# 2 Кратковременная работа (S2)

Второй тип рабочего цикла двигателя — кратковременный. Подобно непрерывному режиму, эта операция выполняется с постоянной нагрузкой. В отличие от непрерывного режима, он отключается до достижения теплового равновесия. Затем двигателю дают отдохнуть достаточно долго, чтобы он достиг температуры окружающей среды.Кратковременный режим обозначается S2, за которым следует количество минут в цикле (S2 30 минут).

Периодическая работа (S3-S8)

Периодический режим обозначается обозначениями S3-S8. К ним относятся циклы с отдыхом и без него, включающие запуск, электрическое торможение и / или изменение скорости / нагрузки. Во всех этих обозначениях различные операции цикла повторяются с течением времени, и двигатель не может достичь теплового равновесия.

Периодические рабочие циклы часто идеальны для машин с быстро меняющимися или непредсказуемыми требованиями к нагрузке, таких как подъемники, пробивные прессы, уплотнители или даже промышленные пилы и другое металлообрабатывающее оборудование.Эти машины могут изменять нагрузку в течение нескольких секунд, что требует гибкого рабочего цикла двигателя, который может выдерживать эти периодические операции без остановки или перегрева. KEB предлагает множество адаптируемых двигателей, которые предлагают непревзойденную обратную связь и варианты торможения, соответствующие вашим уникальным потребностям.

# 3 Прерывистый периодический режим (S3)

Прерывистый периодический режим — это простейший вид периодического режима. Эта последовательность идентичных циклов содержит период постоянной нагрузки и период покоя.Это очень похоже на режим S2, но отличается тем, что он никогда не достигает температуры окружающей среды во время периода покоя. Этот рабочий цикл обозначается сокращенно как S3, за которым следует процент времени нахождения под нагрузкой (S3 xx%, где% = ∆ T _c / T ). Примером прерывистого периодического режима может быть конвейер, который работает с постоянными интервалами с одинаковой загрузкой.

Благодаря своей уникальной природе, S3 сводит к минимуму нагрев и позволяет производителям инвестировать в двигатели меньшего размера, что приводит к значительной экономии средств и веса.Прерывистые периодические рабочие циклы можно использовать во множестве приложений, включая оборудование для производства пластмасс, производство продуктов питания и напитков и многое другое. Упаковка также является распространенным вариантом использования для циклов S3, поскольку это приложение часто требует согласованных интервалов загрузки и выполнения.

# 4 Непрерывная работа с электрическим торможением (S7)

Последний пример рабочего цикла двигателя — непрерывная работа с электрическим торможением. Этот цикл включает в себя последовательность запуска, постоянной нагрузки и электрического торможения.К тому же во время операции нет времени на отдых. Этот тип рабочего цикла обозначается аббревиатурой S7, за которой следует момент инерции двигателя и нагрузки (J _m и J _L ).

Другие периодические рабочие циклы S4-S6 и S8-S9 аналогичны S3 и S7, но могут выполняться с или без отдыха, запуска, торможения и нагрузки.

Потенциальные области применения непрерывной работы с электрическим торможением могут включать прокатные или обжимные станы для производства стали, оборудование цепочки поставок при транспортировке материалов и даже некоторые медицинские технологии, в том числе прецизионные.

Инженеры по приложениям

KEB имеют многолетний опыт оказания помощи машиностроителям в оценке их идеального рабочего цикла для различных приложений. Мы можем предоставить широкий выбор гибких двигателей, включая надежные двигатели с тормозом, в которых сочетаются ведущие в отрасли двигатели с мощными пружинными тормозами постоянного тока.

Заключение

При покупке двигателя важно учесть требуемую работу и указать рабочий цикл. Это гарантирует, что правильный двигатель будет выбран для приложения.

Для получения дополнительной информации о рабочих циклах двигателя и выбора двигателя, наиболее подходящего для вашего применения, свяжитесь с инженером по применению в KEB America сегодня.

Что такое рабочий цикл? | Fluke

Рабочий цикл — это отношение времени, в течение которого нагрузка или цепь находится во включенном состоянии, по сравнению с временем, в течение которого нагрузка или цепь выключены.

Рабочий цикл, иногда называемый «коэффициентом заполнения», выражается в процентах от времени включения. Рабочий цикл 60% — это сигнал, который включен 60% времени и выключен в остальных 40%.

Многие нагрузки быстро включаются и выключаются быстродействующим электронным переключателем, который точно регулирует выходную мощность нагрузки. Работа под нагрузкой — например, яркость лампы, мощность нагревательного элемента и магнитная сила катушки — может регулироваться рабочим циклом с помощью периодов времени включения и выключения или циклов в секунду.

Упрощенный рабочий цикл

Если на клапан подается импульсное включение с переменной длительностью (так называемая широтно-импульсная модуляция), рабочий цикл изменяется. Если он мигает на 0.05 секунд в 0,1-секундном цикле, рабочий цикл топливной форсунки равен 50%. Если он включился в течение 0,09 секунды того же 0,1-секундного цикла, рабочий цикл топливной форсунки равен 90%.

Пример рабочего цикла

В автомобильной электронной системе впрыска топлива импульсы напряжения, подаваемые на соленоид клапана топливной форсунки, управляют клапаном топливной форсунки с фиксированной скоростью 10 циклов в секунду или 10 Гц.

Широтно-импульсная модуляция позволяет точно контролировать подачу топлива в двигатель электроникой.Среднее значение напряжения для каждого рабочего цикла определяется длительностью включения импульса.

Соленоиды с рабочим циклом используют сигнал переменного рабочего цикла для изменения расхода или регулировки давления. Чем дольше соленоид остается открытым, тем больше создается поток и меньше давление. Эти соленоиды управляются либо подачей, либо с земли.

Что такое ширина импульса?

Ширина импульса — это фактическое время включения, измеряемое в миллисекундах. Время выключения не влияет на ширину импульса сигнала.Единственное измеряемое значение — это то, как долго сигнал находится в состоянии ВКЛ (с наземным управлением).

Ссылка: Принципы цифрового мультиметра Глена А. Мазура, American Technical Publishers.

Рабочий цикл

: что нужно знать — Блог

Непрерывный режим

Во время поиска электродвигателя для конкретного применения рабочий цикл обычно рассматривается как важный фактор при определении окончательного выбора двигателя. Часто задают вопрос: «Будет ли это приложение требовать непрерывного рабочего цикла или прерывистого?» Другими словами, будет ли приложение марафонским, которое должно выдерживать длительное, непрерывное использование, или это будет скорее спринтерская разновидность, где потребуются только короткие интервалы работы?

Как показывает практика, приложение помещается в категорию непрерывного режима, когда требуется 20 или 30 минут работы без ограничений.Этот временной интервал зависит от области применения и может быть определен в соответствии с его номинальной нагрузкой — стандартом, с которым производитель двигателя может помочь, когда станут известны нагрузка, крутящий момент, скорость и другие переменные.

В целях дальнейшего расширения, хорошо отметить, что эта классификация непрерывного режима работы зависит от температуры — если непрерывный рабочий цикл составляет 20 минут, это означает, что для вашего приложения при номинальной нагрузке требуется 20 минут для достижения максимальной рабочей температуры. По сути, это время, которое требуется двигателю, чтобы достичь максимально возможной температуры и по-прежнему нормально работать.Чрезмерный нагрев может вызвать повреждение различных компонентов двигателя, а также снизить рабочие характеристики, такие как крутящий момент.

Если приложение требует непрерывной работы при заданной точке нагрузки, двигатель должен иметь возможность стабилизироваться при температуре в пределах его номинальной температуры при непрерывной работе. Вообще говоря, объем двигателя пропорционален количеству тепла, которое может рассеиваться (конструкция вентилятора также имеет решающее значение для двигателей с вентиляцией).

«Вообще говоря, объем двигателя пропорционален количеству тепла, которое может рассеиваться (конструкция вентилятора также имеет решающее значение для двигателей с вентиляцией).”

Прерывистый режим

Как вы, наверное, догадались, прерывистые рабочие циклы — это когда работа происходит на интервальной основе. Двигатели не достигают своих верхних температурных точек, потому что они не работают достаточно долго, чтобы создавать и накапливать тепло, необходимое для значительного повышения температуры.

Таким образом, в применениях с прерывистым режимом работы меньше рассеиваемого тепла, что приводит к экономии места, веса и затрат, поскольку обычно можно использовать двигатель меньшего размера.Например, в приложении, где требуется определенная точка скорости-момента, но рабочий цикл составляет 6 секунд каждую минуту, для приложения может работать двигатель меньшего размера по сравнению с двигателем, необходимым для непрерывной работы.

В результате рабочий цикл часто определяет требуемый размер двигателя для данного приложения.

Щелкните здесь, чтобы прочитать сообщение в нашем блоге о Поиск лучшего двигателя для работы с прерывистым режимом работы .

Groschopp Duty

При выборе двигателя с долей лошадиных сил клиенты обычно имеют скорость, крутящий момент и точку нагрузки, которую им требуется от двигателя.Это хорошая отправная точка и важный шаг в процессе выбора правильного двигателя для приложения. Однако рабочий цикл часто можно упустить, и в этом вам могут помочь ваши производители.

Согласно Международной электротехнической комиссии (МЭК) рабочий цикл можно разделить на восемь категорий, которые МЭК обозначила в следующей таблице.

Производители должны знать ваш рабочий цикл в дополнение к вашим требованиям к питанию.Однако вам не нужно знать, в какую из 8 категорий IEC он попадает; наша обученная команда Groschopp поможет вам выбрать подходящий для вас двигатель и обеспечит получение наиболее доступного двигателя для вашего приложения на основе предоставленной вами информации.

Groschopp имеет специальную программу, которая позволяет нам быстро находить конкретные рабочие циклы. Нам не нужно использовать уровни, потому что мы используем точные числа, чтобы обеспечить наилучшее соответствие клиентов.

40 Свода федеральных правил, § 1033.530 — Рабочие циклы и расчеты. | CFR | Закон США

§ 1033.530 Рабочие циклы и расчеты.

В этом разделе описывается, как применить рабочий цикл к измеренным уровням выбросов для расчета средневзвешенных значений выбросов.

(a) Стандартные рабочие циклы и расчеты. В таблицах 1 и 2 этого раздела показан рабочий цикл, который следует использовать для расчета средневзвешенных по циклу уровней выбросов для локомотивов, оборудованных двумя режимами холостого хода, восемью ступенями движения и, по крайней мере, одной меткой динамического тормоза и испытанных с использованием цикла испытаний локомотивов.Используйте соответствующие весовые коэффициенты для вашего локомотива и рассчитайте средневзвешенные выбросы, как указано в 40 CFR часть 1065, подраздел G.

Таблица 1 к § 1033.530 — Весовые коэффициенты стандартного рабочего цикла для расчета уровней выбросов для локомотивов с несколькими настройками холостого хода

Настройка выемки	Тестовый режим	Весовые коэффициенты для линейной тяги	Весовые коэффициенты для линейной тяги (без динамического тормоза)	Переключить весовые коэффициенты
Низкий холостой ход	A	0.190	0,190	0,299
Нормальный холостой ход	B	0,190	0,315	0,299
Динамический тормоз	С	0,125	( )	0,000
Паз 1	1	0,065	0,065	0,124
Паз 2	2	0,065	0,065	0.123
Паз 3	3	0,052	0,052	0,058
Паз 4	4	0,044	0,044	0,036
Паз 5	5	0,038	0,038	0,036
Паз 6	6	0,039	0,039	0,015
Паз 7	7	0.030	0,030	0,002
Паз 8	8	0,162	0,162	0,008

, таблица 2 по § 1033.530 — Весовые коэффициенты стандартного рабочего цикла для расчета уровней выбросов для локомотивов с настройкой одиночного холостого хода

Настройка выемки	Тестовый режим	Линейные перевозки	Линейные перевозки (без динамического тормоза)	Переключатель
Нормальный холостой ход	A	0.380	0,505	0,598
Динамический тормоз	С	0,125	( )	0,000
Паз 1	1	0,065	0,065	0,124
Паз 2	2	0,065	0,065	0,123
Паз 3	3	0,052	0,052	0.058
Паз 4	4	0,044	0,044	0,036
Паз 5	5	0,038	0,038	0,036
Паз 6	6	0,039	0,039	0,015
Паз 7	7	0,030	0,030	0,002
Паз 8	8	0.162	0,162	0,008

(b) Пазы холостого хода и динамического тормоза. Процедуры испытаний обычно требуют, чтобы вы измеряли выбросы при двух режимах холостого хода и одном динамическом торможении, как показано ниже:

(1) Если ваш локомотив оснащен двумя настройками холостого хода и одной или несколькими настройками динамического торможения, измерьте выбросы как при настройках холостого хода, так и при настройке динамического тормоза наихудшего случая, и взвесьте выбросы, как указано в соответствующей таблице этого раздела.Если неочевидно, какая настройка динамического тормоза соответствует наихудшему случаю, выполните одно из следующих действий:

(i) Вы можете измерить выбросы и мощность в каждой точке динамического торможения и усреднить их вместе.

(ii) Вы можете измерять выбросы и мощность в точке динамического торможения с минимальной мощностью.

(2) Если ваш локомотив оснащен двумя настройками холостого хода и не оборудован динамическим тормозом, используйте нормальный весовой коэффициент холостого хода 0,315 для цикла протяженности линии. Если ваш локомотив оборудован только одним режимом холостого хода и не имеет динамического тормоза, используйте весовой коэффициент холостого хода, равный 0.505 для линейного цикла.

(c) Нестандартные насечки или без них. Если ваш локомотив оснащен более или менее 8-ю пропульсивными выемками, порекомендуйте альтернативный цикл испытаний, основанный на конфигурации используемого локомотива. Если у вас нет данных, демонстрирующих, что ваш локомотив будет работать не так, как обычные локомотивы, рекомендуйте весовые коэффициенты, которые согласуются с весовыми коэффициентами мощности для указанного рабочего цикла. Например, средний коэффициент нагрузки для вашего рекомендуемого цикла (взвешенная за цикл мощность, деленная на номинальную мощность) должен быть эквивалентен таковому у обычных локомотивов.Мы также можем разрешить использование стандартных уровней мощности, указанных в таблице 3 этого раздела, для нестандартных испытаний локомотивов при условии нашего предварительного одобрения. Этот параграф (c) не позволяет испытывать двигатели без учета фактических надрезов, которые будут использоваться.

, таблица 3 по § 1033.530 — Стандартные уровни мощности в режущем узле, выраженные в процентах от номинальной мощности

	процентов
Нормальный холостой ход	0,00
Динамический тормоз	0.00
Паз 1	4,50
Паз 2	11,50
Паз 3	23,50
Паз 4	35,00
Паз 5	48,50
Паз 6	64,00
Паз 7	85,00
Паз 8	100,00

(d) Дополнительное тестирование модального цикла с изменяющимся режимом работы.Таблицы 1 и 2 в § 1033.520 показывают весовые коэффициенты, которые следует использовать для расчета средневзвешенных за цикл интенсивностей выбросов для применимого модального цикла локомотива с линейным ускорением. Используйте весовые коэффициенты для линейного модального цикла для вашего локомотива и рассчитайте средневзвешенные выбросы, как указано в 40 CFR часть 1065, подраздел G.

(e) Автоматический пуск и остановка. Для локомотива, оборудованного функциями, которые выключают двигатель после продолжительных периодов простоя, умножьте измеренную интенсивность выбросов на холостом ходу на холостом ходу применимых испытательных циклов на коэффициент, равный единице, минус расчетное сокращение доли времени холостого хода, которое приведет к в использовании из функции выключения.Не применяйте этот коэффициент к взвешенной мощности холостого хода. Применение этой регулировки подлежит нашему одобрению, если частичное сокращение времени простоя, которое, по оценкам, является результатом функции отключения, превышает 25 процентов. Этот параграф (е) не применяется, если на локомотив распространяется (или будет) отдельный сертификат для управления холостым ходом.

(е) Многодвигательные локомотивы. Этот параграф (f) применяется к локомотивам с несколькими двигателями, у которых все двигатели идентичны во всех существенных отношениях.В случаях, когда мы разрешаем испытание двигателя на динамометре, вы можете проверить отдельный двигатель в соответствии с хорошей инженерной оценкой, если вы проверяете его в рабочих точках, в которых двигатели будут работать при установке в локомотив (за исключением остановки и запуска). Взвесьте результаты, чтобы отразить энергопотребление / распределение мощности используемой конфигурации для каждой настройки выемки.

(g) Репрезентативные испытательные циклы для свежеизготовленных локомотивов. Как указано в этом параграфе (g), от производителей может потребоваться использование альтернативного цикла испытаний для свежепроизводимых локомотивов Уровня 3 и более поздних версий.

(1) Если вы определяете, что добавляете конструктивные особенности, которые сделают ожидаемый средний рабочий цикл любого из недавно произведенных семейств локомотивных двигателей значительно отличающимся от применяемого в иных случаях цикла испытаний (включая весовые коэффициенты), вы должны уведомить мы и рекомендуем альтернативный цикл испытаний, который представляет ожидаемую среднюю продолжительность рабочего цикла. Вы также должны получить предварительное одобрение, прежде чем начинать сбор данных для поддержки альтернативного цикла тестирования.Мы укажем, следует ли использовать рабочий цикл по умолчанию, рекомендуемый цикл или другой цикл, в зависимости от того, какой цикл, по нашему мнению, лучше всего соответствует ожидаемой работе.

(2) Положения данного параграфа (g) по-разному применяются к различным типам локомотивов, а именно:

(i) Для локомотивов линейной тяги уровня 4 и более поздних используйте цикл, требуемый пунктом (g) (1) этого раздела, чтобы продемонстрировать соответствие стандартам цикла линейной тяги.

(ii) Для локомотивов с переключением уровней 3 и более поздних используйте цикл, требуемый пунктом (g) (1) этого раздела, чтобы продемонстрировать соответствие стандартам циклов переключения.

(iii) Для локомотивов линейной тяги Уровня 3, если мы укажем альтернативный цикл, используйте его, чтобы показать соответствие стандартам линейного цикла. Если вы включаете локомотивы в программу ABT в подразделе H этой части, рассчитайте кредиты цикла линейной перевозки (положительные или отрицательные) с использованием альтернативного цикла и стандартов цикла линейной тяги. Считается, что ваш локомотив также генерирует равное количество кредитов цикла переключения.

(3) Для всех локомотивов, сертифицированных с использованием альтернативного цикла, включите описание цикла в руководство для владельцев, чтобы локомотив можно было реконструировать с использованием того же цикла.

(4) Например, если ваши недавно изготовленные локомотивы линейной тяги оснащены функциями управления нагрузкой, которые изменяют способ работы локомотива, когда он находится в составе, и такие функции приведут к тому, что локомотивы будут работать иначе, чем другие применимые линии. -ремонтный цикл, мы можем потребовать от вас пройти сертификацию с использованием альтернативного цикла.

(5) См. Параграф (h) этого раздела, где описаны конструктивные особенности с изменяющимся циклом, которые также приводят к экономии энергии.

(h) Расчетные поправки для энергосберегающих конструктивных особенностей.Положения этого параграфа (h) применяются к локомотивам, оснащенным новыми энергосберегающими конструктивными особенностями локомотивов. Они не применяются к функциям, которые только улучшают удельный расход топлива двигателем на тормозах. Они также не применяются к характеристикам, которые обычно использовались в локомотивах до 2008 года. См. Параграф (h) (6) этого раздела, где описаны положения, касающиеся определения того, считаются ли определенные функции обычно встроенными в локомотивы до 2008 года.

(1) Производители / переработчики, решившие регулировать выбросы в соответствии с этим параграфом (h), должны выполнить все следующие действия для сертификации:

(i) Опишите функции энергосбережения в заявке на сертификацию.

(ii) Опишите в инструкции по установке и / или техническому обслуживанию все шаги, необходимые для использования функций энергосбережения.

(2) Если ваши конструктивные особенности также влияют на рабочий цикл локомотивов, вы должны соблюдать требования параграфа (g) этого раздела.

(3) Рассчитайте экономию энергии следующим образом:

(i) Оценить ожидаемый средний уровень расхода топлива при использовании (в БТЕ на тонно-милю) с учетом и без учета энергосберегающего конструктивного решения, в соответствии со спецификациями параграфа (h) (4) этого раздела.Экономия энергии — это отношение количества топлива, потребляемого локомотивом, работающим с новой функцией, к топливу, потребляемому локомотивом, работающим без этой функции в идентичных условиях. Включите оценку 80-процентного доверительного интервала для оценки среднего и других статистических параметров, которые мы укажем.

(ii) Ваша оценка должна основываться на эксплуатационных данных об использовании и согласовываться с хорошей инженерной оценкой. Если мы ранее сертифицировали вашу конструктивную функцию в соответствии с этим параграфом (h), мы можем потребовать, чтобы вы обновили свой анализ на основе всех новых доступных данных.Вы должны получить разрешение, прежде чем начинать сбор операционных данных для этой цели.

(iii) Мы можем разрешить вам рассматривать влияние особенностей вашего проекта отдельно для разных типов маршрутов, регионов или железных дорог. Мы можем потребовать, чтобы вы сертифицировали эти разные локомотивы для разных семейств двигателей, и можем ограничить их использование указанными приложениями.

(iv) Составьте свой план испытаний так, чтобы работа локомотивов с и без них была как можно более похожей по всем материальным аспектам (кроме оцениваемых конструктивных особенностей).Исправьте все данные на предмет любых существенных различий в соответствии с хорошей инженерной оценкой.

(v) Не включайте в расчетные значения экономию энергии, относящуюся к тормозам. Если невозможно исключить такие эффекты из сбора данных, вы должны скорректировать эти эффекты в соответствии с хорошей инженерной оценкой.

(4) Рассчитайте поправочные коэффициенты, как описано в этом параграфе (h) (4). Если экономия энергии будет применяться в широком смысле, рассчитайте и примените корректировку на основе циклического взвешивания.В противном случае рассчитайте и примените корректировку отдельно для каждой выемки. Чтобы применить корректировку, умножьте выбросы (взвешенные по циклу или по меткам, если применимо) на корректировку. Используйте нижнюю границу 80-процентного доверительного интервала оценки среднего значения в качестве предполагаемого уровня экономии энергии. Мы можем ограничить вашу норму экономии энергии для этого пункта (h) (4) на уровне 80 процентов от оценочного среднего. Рассчитайте поправочные коэффициенты выбросов как:

AF = 1.000 — (показатель экономии энергии)

(5) Мы можем потребовать от вас собрать и сообщить данные о локомотивах, которые мы разрешаем вам сертифицировать в соответствии с этим параграфом (h), и пересчитать поправочный коэффициент для будущих модельных лет на основе таких данных.

(6) Характеристики, которые, как считается, обычно не использовались в локомотивах до 2008 года, включают, помимо прочего, те, которые указаны в этом параграфе (h) (6).

(i) Пневматические тормоза с электронным управлением (ECP), компьютеризированное управление дроссельной заслонкой и передовые гибридные технологии обычно не использовались в локомотивах до 2008 года. Производители могут претендовать на полную экономию энергии в результате применения этих функций к недавно произведенным и / или восстановленные локомотивы.

(ii) Распределенные энергосистемы, использующие радиоуправление для оптимизации работы локомотивов в средней и задней части поезда, в 2008 году обычно включались в некоторые, но не во все локомотивы. Производители могут претендовать на включение этих функций в локомотивы следующим образом:

(A) Производители могут требовать пропорционального кредита для включения систем распределенного питания в свежеизготовленные локомотивы. При расчете поправочного коэффициента умножьте показатель экономии энергии на 0,50:

AF = 1.000− (коэффициент экономии энергии) × (0,50)

(B) Производители могут потребовать полный кредит на переоборудование распределенных энергосистем в модернизированных локомотивах.

40 CFR § 1065.512 — Генерация рабочего цикла. | CFR | Закон США

(a) Создайте рабочий цикл в соответствии с этим разделом, если часть, устанавливающая стандарты, требует сопоставления двигателя для создания рабочего цикла для конфигурации вашего двигателя. Нормативная часть обычно определяет применимые рабочие циклы в нормализованном формате.Нормализованный рабочий цикл состоит из последовательности парных значений скорости и крутящего момента или скорости и мощности.

(b) Преобразуйте нормализованные значения скорости, крутящего момента и мощности, используя следующие условные обозначения:

(1) Частота вращения для двигателей с регулируемой частотой вращения. Для двигателей с регулируемой частотой вращения нормализованная частота вращения может быть выражена как процентное соотношение между частотой вращения холостого хода, fnidle и максимальной испытательной скоростью, fntest, или частота вращения может быть выражена путем ссылки на определенную скорость по имени, например, «теплый холостой ход», « промежуточная скорость », или скорость« А »,« В »или« С ».Раздел 1065.610 описывает, как преобразовать эти нормализованные значения в последовательность опорных скоростей, fnref. Выполнение рабочих циклов с отрицательными или небольшими нормализованными значениями скорости около скорости холостого хода в прогретом состоянии может привести к срабатыванию регуляторов холостого хода на низких оборотах и ​​крутящему моменту двигателя, превышающему контрольный крутящий момент, даже если требование оператора минимально. В таких случаях мы рекомендуем управлять динамометром, чтобы он отдавал приоритет отслеживанию эталонного крутящего момента, а не эталонной скорости, и позволял двигателю управлять скоростью.Обратите внимание, что критерии проверки цикла в § 1065.514 позволяют двигателю управлять собой. Этот допуск позволяет вам тестировать двигатели с устройствами с увеличенным холостым ходом и моделировать влияние трансмиссий, таких как автоматические трансмиссии. Например, устройство с улучшенным холостым ходом может быть значением скорости холостого хода, которое обычно задается только в условиях холодного запуска для быстрого прогрева двигателя и устройств дополнительной обработки. В этом случае отрицательные и очень низкие нормализованные скорости будут генерировать опорные скорости ниже этой более высокой скорости увеличенного холостого хода.При использовании устройств с расширенным режимом ожидания вы можете выполнить одно из следующих действий:

(i) Управляйте динамометром таким образом, чтобы он уделял приоритетное внимание отслеживанию эталонного крутящего момента, управляя запросами оператора, чтобы он имел приоритет в отслеживании эталонной скорости и позволял двигателю регулировать скорость, когда требования оператора минимальны.

(ii) При работе двигателя, когда электронный модуль управления передает увеличенную скорость холостого хода, превышающую денормализованную скорость, используйте скорость передачи в качестве опорной скорости.Используйте эти новые контрольные точки для проверки рабочего цикла. Это не влияет на то, как вы определяете денормализованный эталонный крутящий момент в параграфе (b) (2) этого раздела.

(2) Крутящий момент для двигателей с регулируемой частотой вращения. Для двигателей с регулируемой частотой вращения нормализованный крутящий момент выражается в процентах от установленного крутящего момента при соответствующей опорной скорости. В разделе 1065.610 описывается, как преобразовать нормированные крутящие моменты в последовательность эталонных крутящих моментов Tref. Раздел 1065.610 также описывает особые требования к изменению переходных рабочих циклов для двигателей с регулируемой частотой вращения, предназначенных в первую очередь для приведения в движение транспортного средства с автоматической коробкой передач.В разделе 1065.610 также описывается, при каких условиях вы можете задавать Tref больше, чем эталонный крутящий момент, рассчитанный из нормализованного рабочего цикла, что позволяет вам задавать значения Tref, ограниченные заявленным минимальным крутящим моментом. Для любых команд отрицательного крутящего момента подайте команду минимального требования оператора и используйте динамометр для управления скоростью двигателя до эталонной скорости, но если эталонная скорость настолько мала, что срабатывает регулятор холостого хода, мы рекомендуем использовать динамометр для управления крутящим моментом до нуля, CITT или заявленный минимальный крутящий момент в зависимости от ситуации.Обратите внимание, что вы можете опустить точки мощности и крутящего момента во время езды на автомобиле из критериев проверки цикла в § 1065.514. Кроме того, используйте максимальный отображаемый крутящий момент при минимальной отображенной скорости в качестве максимального крутящего момента для любой опорной скорости, равной или ниже минимальной отображенной скорости. 7

(3) Крутящий момент для двигателей с постоянной частотой вращения. Для двигателей с постоянной частотой вращения нормализованный крутящий момент выражается в процентах от максимального испытательного крутящего момента, Ttest. В разделе 1065.610 описывается, как преобразовать нормированные крутящие моменты в последовательность эталонных крутящих моментов Tref.В разделе 1065.610 также описывается, при каких условиях вы можете задавать Tref больше, чем эталонный крутящий момент, рассчитанный на основе нормализованного рабочего цикла. Это положение позволяет вам задавать значения Tref, которые ограничены заявленным минимальным крутящим моментом.

(4) Мощность двигателя. Для всех двигателей нормализованная мощность выражается в процентах от отображаемой мощности при максимальной испытательной скорости, fntest, если иное не указано в нормативной части. Раздел 1065.610 описывает, как преобразовать эти нормализованные значения в последовательность опорных мощностей, Pref.Преобразуйте эти опорные мощности в соответствующие крутящие моменты для запроса оператора и управления динамометром. Используйте опорную скорость, связанную с каждой опорной точкой мощности для этого преобразования. Как и в случае с циклами, указанными с% крутящего момента, команды крутящего момента выдаются чаще и линейно интерполируются между этими эталонными значениями крутящего момента, сгенерированными в циклах с% мощности.

(5) Модально-линейные циклы. Для циклов с линейно изменяющимся режимом генерируйте значения опорной скорости и крутящего момента с частотой 1 Гц и используйте эту последовательность точек для запуска цикла и проверки его таким же образом, как и для переходного цикла.Во время перехода между режимами линейно увеличивайте денормализованные значения эталонной скорости и крутящего момента между режимами для создания эталонных точек с частотой 1 Гц. Не увеличивайте линейно нормализованные значения эталонного крутящего момента между режимами, а затем денормализуйте их. Запрещается линейно увеличивать нормализованные или денормализованные контрольные точки мощности. В этих случаях будут возникать нелинейные изменения крутящего момента в денормализованных эталонных крутящих моментах. Если линейное изменение скорости и крутящего момента проходит через точку выше кривой крутящего момента двигателя, продолжайте управлять эталонными крутящими моментами и позвольте оператору достичь максимума.Обратите внимание, что вы можете опустить точки мощности и крутящего момента или скорости из критериев проверки цикла в этих условиях, как указано в § 1065.514.

(c) Для двигателей с регулируемой частотой вращения последовательно управляйте опорными скоростями и крутящими моментами для выполнения рабочего цикла. Выдавайте команды скорости и крутящего момента с частотой не менее 5 Гц для переходных циклов и не менее 1 Гц для установившихся циклов (т. Е. Дискретного режима и линейного режима). Выполняйте линейную интерполяцию между эталонными значениями 1 Гц, указанными в части стандартных настроек, для определения наиболее часто выдаваемых эталонных скоростей и крутящих моментов.Во время испытания на выбросы запишите скорость и крутящий момент обратной связи с частотой не менее 5 Гц для переходных циклов и не менее 1 Гц для установившихся циклов. Для переходных циклов вы можете записывать скорости и крутящие моменты обратной связи на более низких частотах (вплоть до 1 Гц), если вы записываете среднее значение за интервал времени между записанными значениями. Вычислите средние значения на основе значений обратной связи, обновляемых с частотой не менее 5 Гц. Используйте эти записанные значения для расчета статистики проверки цикла и общей работы.

(d) Для двигателей с постоянной частотой вращения управляйте двигателем с тем же производственным регулятором, который вы использовали для сопоставления двигателя в § 1065.510, или моделируйте работу регулятора в рабочем состоянии так же, как вы моделировали его для сопоставления двигателя в § 1065.510. . Управляйте значениями опорного крутящего момента последовательно для выполнения рабочего цикла. Подавайте команды крутящего момента с частотой не менее 5 Гц для переходных циклов и не менее 1 Гц для установившихся циклов (т. Е. Дискретного режима, линейно-линейного режима). Выполните линейную интерполяцию между эталонными значениями 1 Гц, указанными в части нормативных требований, для определения наиболее часто выдаваемых эталонных значений крутящего момента.Во время испытания на выбросы запишите скорость и крутящий момент обратной связи с частотой не менее 5 Гц для переходных циклов и не менее 1 Гц для установившихся циклов. Для переходных циклов вы можете записывать скорости и крутящие моменты обратной связи на более низких частотах (вплоть до 1 Гц), если вы записываете среднее значение за интервал времени между записанными значениями. Вычислите средние значения на основе значений обратной связи, обновляемых с частотой не менее 5 Гц. Используйте эти записанные значения для расчета статистики проверки цикла и общей работы.

(e) Вы можете выполнять тренировочные рабочие циклы с испытательным двигателем, чтобы оптимизировать требования оператора и средства управления динамометром, чтобы соответствовать критериям проверки цикла, указанным в § 1065.514.

(PDF) Получение типичного рабочего цикла двигателя из данных по вождению тяжелых транспортных средств на дорогах

Y. H. Peng et al.

10.4236 / jtts.2017.74025 388 Journal of Transportation Technologies

5. Выводы

Метод разработки нормализованного переходного рабочего цикла двигателя

был разработан с использованием микротранспортов, извлеченных из данных, зарегистрированных в дорожных транспортных средствах.

автомобилей.Конкретные значения частоты вращения и крутящего момента двигателя были нормализованы

для всех точек выборки данных от различных двигателей, как определено в CFR

§86.1333-90. Метрики оценки для циклов микропутешествия и возможных циклов в

включали десять параметров, связанных с условиями работы двигателя. Эти показатели

были разработаны для оценки внутренних характеристик двигателя. Сравнивая

разработанных циклов с базовой поездкой, был получен репрезентативный цикл

с приемлемо низкой интегральной разницей.Таким образом, предполагалось, что предлагаемый подход

будет реалистичным представлением неоднородного поведения двигателя

для грузовиков, работающих в определенной области эксплуатации. Однако для проверки осуществимости и пригодности

необходимо провести рабочий цикл разработанного двигателя на динамометрическом стенде

, а значения выбросов выхлопных газов и расхода топлива

сравнить с реальными условиями.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Департамент энергетики

gy, Национальную лабораторию энергетических технологий (NETL), Стратегический центр нефти

и природного газа за поддержку в рамках гранта / контракта номер DE-FE0013689, контролируется

Mr.Билл Финчем. Авторы также хотели бы отметить программу технологических исследований Fuzhou Munici-

pal (2014-G-69) и программу улучшения исследований

для Университета Фучжоу (2014-XQ-15).

Справочная информация

[1] DieselNet. (2017) Циклы испытаний на выбросы.

https://www.dieselnet.com/standards/cycles/#us-ld

[2] Андреэ, М., Салемм, Г., Кумар, М. и Сан, З. (2012) Сертификация выбросов

транспортных циклов на основе испытательных циклов тяжелого двигателя.

SAE International

, 5,

299-309.

[3] Кнеза, М., Мунир, Т., Джереб, Б. и Куллинан, К. (2014) Оценка ездового цикла

для Целе и сравнение с другими европейскими городами.

Устойчивое развитие

Города и общество

, 11, 56-60. https://doi.org/10.1016/j.scs.2013.11.010

[4] Хо, С.Х., Вонг, Ю.Д. и Чанг, W.C. (2014) Разработка сингапурского ездового цикла

для легковых автомобилей для оценки расхода топлива и выбросов от транспортных средств.

Ат-

Мосферная среда

, 97, 353-362.

https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.08.042

[5] Wi, H., Park, J., Lee, J., Kim, W. and Kim, Y. (2009 г. ) Разработка городского автобуса

Цикл вождения в Сеуле на основе реальных моделей вождения городского автобуса.

SAE In-

международный

. https://doi.org/10.4271/2009-01-2914

[6] Ван, К., Хо, Х., Хе, К., Яо, З. и Чжан, К. (2008) Характеристика Ve —

hicle Образцы вождения и развитие ездовых циклов в китайских городах.

Транспортные исследования, часть D

:

Транспорт и окружающая среда

, 13, 289-297.

https://doi.org/10.1016/j.trd.2008.03.003

[7] Камбл, С.Х., Мэтью, Т.В. и Шарма, Г.К. (2009) Разработка Real-World

Вертикальное ускорение и Рисунок 2: Рабочий цикл двигателя во время работы двигателя …

Контекст 1

… как и в других работах по квалификационным испытаниям компонентов, установленных на двигателе [11] [ 12] [13], основное предположение этой статьи состоит в том, что мощный двигатель гоночного автомобиля является доминирующим источником нагрузки возбуждения для электронных блоков управления, установленных в автомобиле.На рисунке 1 показано вертикальное ускорение, которое было измерено на блоке управления двигателем во время разгона (обратите внимание, что абсолютные масштабы осей фигур не могут быть раскрыты в этой статье). Можно заметить, что уровень возбуждения обычно увеличивается по мере увеличения числа оборотов двигателя, подразумевая, что «рабочая точка» частоты вращения двигателя будет иметь большое значение для уровней индуцированной вибрации (и усталостного повреждения) в электронном блоке управления. …

Контекст 2

… действительно ожидается от двигателя V8, который можно рассматривать как два рядных четырехцилиндровых двигателя с общим коленчатым валом. Как было замечено ранее в хронологии ускорения (рисунки 1 и 4), уровни вибрации выше при более высоких оборотах двигателя. Поскольку рабочий цикл двигателя (рисунок 2) показывает, что в этом рабочем диапазоне проводится значительное количество времени, можно ожидать, что из-за этих вибраций двигателя будет накоплено значительное количество усталостных повреждений. …

Контекст 3

… Параметр наклона кривой Велера выбран равным, в соответствии с рекомендацией НАТО для электронных компонентов [4]. Полученные в результате «Производные FDS миссии» и «Фактические FDS миссии» показаны на рисунке 10. Примечательно, что две результирующие функции FDS очень хорошо совпадают для большинства частот в рассматриваемой полосе частот, что подтверждает принятый подход к профилированию миссии из Раздела 3.. ..

Context 4

… дополнительно исследуйте этот эффект, палитра данных racelap (ранее показанная на рисунке 8) более тщательно изучена, и увеличенная версия снова отображается на рисунке 11.Некоторые события, подобные ударам, действительно можно увидеть в более низком частотном диапазоне (ср. …

Контекст 5

… строк в указанные моменты времени). На рисунке 12 показано срезание частоты, при котором к данным применяется полосовой фильтр, при этом центральная частота совпадает с «пиковой» частотой, показанной на рисунке 10. Анализ среза частоты подтверждает, что вокруг этой частоты в определенные моменты времени возникают значительные ударные возбуждения (например, …

Контекст 6

… линии в указанные моменты времени). На рисунке 12 показано срезание частоты, при котором к данным применяется полосовой фильтр, при этом центральная частота совпадает с «пиковой» частотой, показанной на рисунке 10. Анализ среза частоты подтверждает, что вокруг этой частоты в определенные моменты времени возникают значительные ударные возбуждения (например, …

Контекст 7

… в этом случае ситуация, изображенная на рисунках 10-12 (где низкая резонансная частота компонента совпадает с низкочастотным возбуждением, что приводит к значительному ущербу), на самом деле может не быть происходят на практике, так что дорожными событиями действительно можно пренебречь….

Контекст 8

… MRS имеет меньшее значение в этом приложении, результирующие «Производные MRS миссии» и «Фактические MRS миссии» также изображены на Рисунке 13 в иллюстративных целях.