Рабочий цикл двухтактного двигателя: Принцип работы 2х тактного и 4х тактного двигателей

Содержание

Принцип работы 2х тактного и 4х тактного двигателей

При выборе силового оборудования необходимо уделить особое внимание типу двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный.

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания основан на использовании такого свойства газов, как расширение при нагревании, которое осуществляется за счет принудительного воспламенения горючей смеси, впрыскиваемой в воздушное пространство цилиндра.

Зачастую можно услышать, что 4-х тактный двигатель лучше, но чтобы понять, почему, необходимо более подробно разобрать принципы работы каждого.

Основными частями двигателя внутреннего сгорания, независимо от его типа, являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также системы, отвечающие за охлаждение, питание, зажигание и смазку деталей.

Передача полезной работы расширяющегося газа осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, а за своевременный впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспре6деления.

Четырехтактные двигатели - выбор компании Honda

Четырехтактные двигатели экономичные, при этом их работа сопровождается более низким уровнем шума, а выхлоп не содержит горючей смеси и значительно экологичней чем у двухтактного двигателя.  Именно поэтому компания Honda при изготовлении силовой техники использует только четырехтактные двигатели. Компания Honda уже многие годы представляет свои четырехтактные двигатели на рынке силовой техники и добилась высочайших результатов, при этом их качество и надежность ни разу не подвергались сомнению. Но всё же, давайте рассмотрим принцип работы 2х и 4х тактных двигателей.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: сжатие и рабочий ход.

Сжатие. Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное, а затем выпускное окно, после чего газ, находящийся в цилиндре, начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем сжатии.

Рабочий ход. После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Дальнейшее движение поршня приводит к сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания.

Основным недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает принести пользу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты, что приводит к частичному выбросу горючей смеси в атмосферу. Еще идёт постоянный расход масла, так как 2х тактные двигатели работают на смеси бензина и масла. Очередное неудобство - в необходимости постоянно готовить топливную смесь. Главными преимуществами двухтактного двигателя остаются его меньшие размеры и вес по сравнению с 4х тактным аналогом, но размеры силовой техники позволяют использовать на них 4х тактные двигатели и испытывать намного меньше хлопот в ходе эксплуатации. Так что уделом 2х тактных моторов осталось различное моделирование, в частности, авиамоделирование, где даже лишних 100г имеют значение. 

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов.

Во время впускного этапа поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, и в полость цилиндра поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь.

При сжатии поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня от ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан.

Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые поршнем, движущимся от НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов четырехтактные двигатели внутреннего сгорания более экономичны и экологичны - ведь выброс неиспользованной топливной смеси исключен. В работе они значительно тише, чем 2х тактные аналоги, и в эксплуатации намного проще, ведь работают на обычном АИ-92, которым вы заправляете свою машину. Нет необходимости в постоянном приготовлении смеси масла и бензина, ведь масло в данных двигателях заливается отдельно в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление. Вот именно поэтому компания Honda производит только 4х тактные двигатели и достигла в их производстве колоссальных успехов.

Рабочие циклы двухтактных двигателей - MirMarine

Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два хода поршня (такта), т. е. за один оборот коленчатого вала. Это достигается за счет размещения в цилиндре продувочных и выпускных окон или только продувочных окон при наличии выпускного клапана на цилиндровой крышке.

Для очистки цилиндра от отработавших газов и заполнения его свежим зарядом воздуха используется продувочный воздух давлением Рз 1,15 ÷ 1,20 бар, нагнетаемый расположенным на двигателе продувочным насосом.

Рабочие циклы двухтактных двигателей также могут быть быстрого, постепенного и смешанного сгорания (рис. 9).

Схема работы двухтактного бескомпрессорного дизеля и его индикаторная диаграмма приведены на рис. 10.

1 - процесс сжатия начинается в момент, когда при движении к в.м.т. поршень закрывает выпускные окна (точка «а») и начинает сжимать находящийся в цилиндре воздух. В конце сжатия (точка «с») давление возрастает до рс = 35÷50 бар и температура - до tс = 500÷600 °C.

2 - процессы сгорания и расширения. В точке с начинается сгорание топлива, впрыскиваемого в цилиндр через форсунку. Сгорание топлива происходит сначала при постоянном объеме (с - у), а затем при постоянном давлении (у-z). В точке «z» давление в цилиндре достигает Рz =50÷65 бар и температура - tz 1400÷1600 °C. В результате расширения газов, продолжающегося до точки «b», поршень перемещается к н.м.т., совершая рабочий ход.

3 - процессы выпуска и продувки. В точке «b» поршень своей кромкой открывает выпускные окна. К этому времени давление в цилиндре снижается до Рв = 2,5÷4 бар и температура - до tb = 600÷800 °C. Через открывающиеся выпускные окна газы выходят из цилиндра в выпускной коллектор. В точке «s» открываются продувочные окна. К этому моменту давление в цилиндре не превышает Рэ = 1,15÷1,25 бар. Выпуск газов до начала открытия продувочных окон носит название «свободного выпуска».

В точке «s» в цилиндр начинает поступать из ресивера продувочный воздух, который осуществляет продувку, т.е. очистку цилиндра от отработавших газов и его зарядку свежим воздухом. Поршень приходит в н.м.т. И затем начинает двигаться вверх. В точке «n» продувочные окна закрываются, однако выпускные окна еще открыты. При дальнейшем движении поршня происходит некоторая потеря заряда, т.е. часть воздуха выходит через открытые выпускные окна в выпускной коллектор. В точке «а» выпускные окна закрываются и начинается процесс сжатия (точки а = b, s = n лежат на одних и тех же прямых, перпендикулярных оси V).

Похожие статьи

Метки: Процесс сжатия, Процессы сгорания и расширения, Продувочный насос, Свободный выпуск, Продувка, Процессы выпуска и продувки, Выпускные и продувочные окна

Рабочий цикл двухтактного двигателя - Моряк

Рабочий цикл осуществляется за два хода поршня – за один оборот коленчатого вала и состоит из таких же процессов, что и рабочий цикл четырехтактного двигателя. Однако наполнение и выпуск являются не самостоятельными тактами, требующими двух ходов поршня, а совмещены – наполнение с тактом сжатия, а выпуск с тактом расширения. При этом выпуск газов из цилиндра осуществляется не выталкиванием их поршнем, а путем продувки цилиндра воздухом, подаваемым в него под давлением, создаваемым продувочным насосом или турбокомпрессором.

Первый такт (рис 1.2а) – вторая часть газообмена, сжатие воздуха, подача и воспламенение топлива. Поршень движется от НМТ к ВМТ, воздух, предварительно сжатый до давлений 0,14 – 0,18 МПа (при наличии продувочного насоса) и до 0,20-0,30 МПа(при наличии ГТК), из ресивера 4 через продувочные окна (щели) 1 поступает в цилиндр. Этот воздух вытесняет продукты сгорания, оставшиеся в цилиндре от предыдущего цикла, через выпускные окна или выпускные клапаны 2 в коллектор выпускных газов 3.

В момент закрытия продувочных и выпускных окон или клапанов (линия а’ сГ а) процесс газообмена заканчивается и начинается процесс сжатия (линия ас), который продолжается до прихода поршня в ВМТ. Параметры воздуха в конце сжатия (в точке С): Pс = 4 – 10 МПа и Тс= 480- 900° С. В конце сжатия в цилиндр с опережением до прихода поршня в ВМТ (точка С) впрыскивается топливо, которое в районе ВМТ самовоспламеняется и далее сгорает.

Второй такт (рис 1.2 Ь) – сгорание топлива, расширение продуктов сгорания и первая часть газообмена. Под действием давления газов поршень движется вниз, совершая рабочий ход. В момент открытия выпускных окон или выпускного клапана 2 (в точке Ь) при угле Ф0вып = 88 – 94° п.к.в. до НМТ (для выпускных окон Ф0вып = 60 – 70° п.к.в. до НМТ) процесс расширения (линия zb) заканчивается и благодаря наличию положительной разницы давления между цилиндром и выпускным коллектором начинается процесс выпуска газов в коллектор. Из коллектора газы поступают в выпускную систему или при наличии ГТК – на привод газовой турбины. Параметры в конце расширения (в точке Ь):

Pь= 0,35 – 0,9 МПа; ТЬ = 530 – 900° С; параметры в точке z: Pz= 9 -16 МПа и Tz = 900 – 2000° С.

После снижения давления в цилиндре до давления продувочного воздуха ps поршнем открываются продувочные окна (в точке d), начинается продувка цилиндра и наполнение его свежим воздухом (фаза Фо,пр). Продувка продолжается до прихода поршня в НМТ
(линия da’) и заканчивается при ходе поршня вверх (фаза Фз,пр) после закрытия продувочных окон (в точке d’) .

Из сравнения рабочих циклов 4-х и 2-х тактных дизелей следует, что при прочих равных условиях – размеры и число цилиндров, частота вращения, мощность двухтактного двигателя теоретически должна быть в 2 раза больше мощности четырехтактного двигателя. В действительности она больше в 1,6 – 1.8 раза, так как величина рабочего хода 2-х тактного двигателя меньше, т. к. его часть затрачивается на процессы газообмена. Более того, газообмен менее совершенен, так как его продолжительность составляет 120

– 140°п.к.в., в то время как в четырехтактном двигателе он занимает 2 хода поршня и составляет ориентировочно 480° п.к.в. Графическое изображение рабочего цикла, представляющее собой диаграмму изменения давления р в цилиндре в функции объема
или хода поршня называется нормальной индикаторной диаграммой (см. рис 1.1 г и рис 1.2 б). Такую диаграмму снимают на работающем дизеле с помощью специального прибора (механического или электронного), называемого индикатором. Для удобства
анализа нормальную диаграмму разворачивают по углу поворота вала и получают развернутую индикаторную диаграмму.

 

 

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

Категория:

   Автомобили и трактора

Публикация:

   Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

Читать далее:



Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

В двухтактном двигателе рабочий цикл совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного устройством газораспределительного механизма.

Функцию газораспределительного механизма выполняет поршень, закрывающий при своем движении выпускные, впускные и продувочные окна.

Цилиндр двигателя соединен с герметически закрытым картером, который используется для засасывания и предварительного сжатия горючей смеси.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рабочий цикл в двухтактном двигателе протекает следующим образом. В конце такта сжатия, когда поршень находится около ВМТ, между электродами свечи проскакивает электрическая искра, воспламеняющая рабочую смесь в камере сгорания. Быстрое сгорание рабочей смеси сопровождается резким повышением давления газов и температуры в цилиндре. Под действием давления газов поршень перемещается вниз к НМТ, совершая такт расширения. В конце такта расширения поршень открывает выпускное окно и отработавшие газы, давление которых выше атмосферного, с большой скоростью выходят из цилиндра — происходит выпуск. При дальнейшем перемещении поршня к НМТ открывается продувочное окно и под действием разности давлений горючая смесь из картера поступает в цилиндр, вытесняя из него отработавшие газы. Таким образом при движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндре происходят следующие процессы: конец сгорания рабочей смеси, расширение продуктов сгорания, начало выпуска отработавших газов и продувка (впуск) свежей горючей смеси, поступающей из картера.

Рис. 1. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

При втором полуобороте коленчатого вала поршень перемещается к ВМТ и в цилиндре сначала заканчивается продувка и закрываются продувочные окна, затем закрываются выпускные окна и заканчивается выпуск. При дальнейшем движении поршня происходит сжатие рабочей смеси. Одновременно через впускное окно в картер двигателя поступает (под действием разряжения, которое образуется при движении поршня вверх) свежая горючая смесь из карбюратора.

Таким образом при движении поршня от НМТ к ВМТ происходят следующие процессы: в цилиндре — окончание продувки и выпуска, сжатие рабочей смеси, а при подходе поршня к ВМТ начинается процесс сгорания; в картере — впуск горючей смеси. Затем рабочий процесс повторяется.

Давление и температура в цилиндре при различных процессах примерно такие же, как и у четырехтактного карбюраторного двигателя.

Рабочий цикл двухтактного дизельного двшателя происходит аналогично описанному и отличается только тем, что в цилиндр дизельного двигателя поступает не горючая смесь, а чистый воздух. В результате ряда недостатков двухтактные дизельные двигатели сняты с производства и на автомобилях и тракторах не устанавливаются.

В таком двигателе нет специального газораспределительного механизма. Вместо него цилиндр имеет окна: впускное окно, соединяющее цилиндр с карбюратором, выпускное окно и перепускное окно, соединяющее цилиндр с герметичным картером при помощи канала. Перемещающийся внутри цилиндра поршень в определенной последовательности открывает и закрывает окна, выполняя функции газораспределительного механизма. В цилиндр двухтактного двигателя с кривошипно-камерной продувкой горючая смесь из карбюратора поступает через картер. Для подготовки двигателя к работе необходимо сделать два подготовительных хода: первый ход — впуск горючей смеси в картер; второй ход ~ перепуск горючей смеси из картера в цилиндр.

Первый такт. Поршень перемещается снизу вверх и боковой поверхностью сначала закрывает перепускное окно, а затем и выпускное. В цилиндре происходит сжатие рабочей смеси, а в картер в результате разрежения из карбюратора поступает горючая смесь. При подходе поршня к в. м. т. между электродами свечи зажигания появляется электрическая искра, смесь в цилиндре воспламеняется и сгорает.

Второй такт. Образовавшиеся горячие газы расширяются, давят на поршень, он опускается вниз, совершая рабочий ход. В конце рабочего хода поршень сначала открывает выпускное окно, и отработавшие газы через глушитель выходят в атмосферу. Опускаясь ниже, поршень открывает перепускное окно, и горючая смесь по каналу поступает в цилиндр, заполняет его и вытесняет отработавшие газы. Незначительная часть горючей смеси вместе с отработавшими газами выходит в атмосферу и не принимает участия в рабочем цикле.

Для улучшения рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя в цилиндре, как правило, делают по два окна для впуска горючей смеси, выпуска отработавших газов и перепуска смеси. Картер у такого двигателя сухой, т. е. масло в него не наливают. Масло, необходимое для смазки двигателя, добавляют в топливо в определенной пропорции (1 : 15 или 1 : 20), тщательно перемешивают, а затем масляно-топливную смесь заливают в топливный бак. Горючая смесь, поступающая из карбюратора в картер и затем в цилиндр, состоит из мелкораспылеиного топлива, масла и чистого воздуха.

Рекламные предложения:


Читать далее: Некоторые разновидности рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания

Категория: - Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Рабочий цикл двухтактного двигателя - Энциклопедия по машиностроению XXL

Особенность протекания рабочего цикла двухтактного двигателя, отличающая его от четырехтактного, состоит в том, что в нем заполнение цилиндра зарядом (смесью) осуществляется в начале хода сжатия, а очищение цилиндра — в конце хода расширения, т. е. процессы впуска и выпуска рабочего тела не требуют самостоятельных ходов поршня. Процессы впуска и выпуска в четырехтактном двигателе занимают более 50% продолжительности цикла, а в двухтактном двигателе эти процессы протекают за время, составляющее 25—30% продолжительности цикла.  [c.418]
Рабочий цикл двухтактного двигателя. В двухтактном двигателе рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала. Все процессы совершаются одновременно над поршнем и под ним с использованием пространства, заключенного в картере. В цилиндре двигателя имеются каналы, отверстия которых периодически открываются или закрываются поршнем.  [c.184]

Из рассмотрения рабочего цикла двухтактного двигателя (индикаторная диаграмма на рис. 5, а) видно, что на части хода поршня, когда происходит газообмен, полезная работа не совершается. Объем соответствующий этой части хода поршня, называется потерянным. Тогда объем, описываемый поршнем при движении от  [c.26]

РАБОЧИЕ ЦИКЛЫ ДВУХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ  [c.41]

Двухтактные двигатели. Рассмотрим рабочий цикл двухтактного двигателя с внешним смесеобразованием (рис. 20-7). Допустим, что в положении I только что произошло воспламенение рабочей смеси.  [c.194]

Таким образом, в двухтактном двигателе-впуск и выпуск не являются самостоятельными тактами. Они входят в основные такты расширения и сжатия. Поэтому весь рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за один оборот вала.  [c.195]

Рабочий цикл двухтактного двигателя  [c.18]

На рис. 4 показан рабочий цикл двухтактного двигателя.  [c.18]

Рабочий цикл двухтактных двигателей во многом зависит от герметичности кривошипной камеры. Картеры двигателей моторных колясок должны быть непроницаемыми для воздуха и рабочей смеси. Для обеспечения герметичности кривошипной камеры на коренные пальцы коленчатого вала установлены сальники. Между корпусом левого сальника и картером имеется бумажная прокладка корпус сальника закреплен четырьмя винтами. С правой стороны картера между ролико- и шарикоподшипниками установлены два сальника. Кривошипная камера сообщается с атмосферой через карбюратор.  [c.28]

Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два такта — расширения и сжатия — и за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня.  [c.11]

Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит из двух совершенно необходимых тактов сжатия и расширения. Очистка цилиндра от продуктов сгорания частично осуществляется за счет энергии выпускных газов, причем такт расширения заканчивается примерно уже за 65° до н. м. т. (по углу поворота кривошипа), что достигается открыванием соответствующих выпускных органов. Вследствие того, что вслед затактом расширения непосредственно следует такт сжатия, для подачи свежего заряда смеси в рабочий цилиндр  [c.413]


Из рассмотренного рабочего цикла двухтактного двигателя на индикаторной диаграмме видно, что на части хода поршня, когда происходит газообмен в цилиндре, полезная работа не совершается. Объем Кп, соответствующий этой части хода поршня, называется потерянным. Тогда действительный рабочий объем  [c.138]Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя с прямоточной (клапанно-щелевой) продувкой (рис. 4). В отличие от четырехтактного дизеля в двухтактном отсутствует впускной клапан. Воздух нагнетается в цилиндр специальным воздушным нагнетателем 5 под давлением 1,5 кгс/см через окна 4, расположенные по окружности цилиндра, которые открываются и закрываются поверхностью движущегося в цилиндре поршня 3.  [c.12]

Рассмотрим рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя. Допустим, что поршень находится в положении, показанном на рис. 167, а. При зтом полностью открыты продувочные окна 2 и выпускные клапаны 1. Происходит продувка цилиндра и заполнение его свежим зарядом воздуха, подаваемым нагнетателем 3.  [c.222]

По способу осуществления рабочего цикла различают двигатели четырехтактные и двухтактные. Под тактом понимают ход поршня от одного крайнего положения до другого, во время которого происходит один или несколько процессов рабочего цикла. В четырехтактных двигателях все процессы рабочего цикла осуществляются за четыре хода поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала, в двухтактных — за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.  [c.7]

Каковы порядок работы и характеристика тактов рабочего цикла двухтактного дизельного двигателя  [c.16]

Последовательные процессы, периодически повторяющиеся в каждом цилиндре двигателя во время его работы, составляют рабочий цикл. Наибольшее распространение получили дизельные двигатели с четырехтактным рабочим циклом. Дизельные двигатели с двухтактным циклом работы, применявшиеся ранее, оказались малоэффективными вследствие плохого наполнения и очистки цилиндров при снижении частоты вращения коленчатого вала.  [c.120]

По характеру протекания рабочего цикла различают двигатели четырехтактные и двухтактные.  [c.178]

Рабочий цикл любого двигателя внутреннего сгорания, как например, четырех- и двухтактного, роторно-поршневого, должен состоять и состоит из пяти процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.  [c.62]

Протекание рабочих циклов разных карбюраторных двухтактных двигателей с кривошипно-камерной продувкой сильнее различается, чем рабочие циклы четырехтактных двигателей. Это объясняется более сложными процессами наполнения, продувки и выпуска, а также тем, что эти процессы зависят от степени сжатия  [c.158]

Совокупность перечисленных тактов, происходящих в цилиндре, в зависимости от конструкции двигателя может совершаться за один или два оборота коленчатого вала, т. е. за два или четыре полных хода поршня. За два оборота коленчатого вала совершается рабочий цикл четырехтактного двигателя, а за один оборот — двухтактного.  [c.128]

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя  [c.21]


Работа любого двигателя внутреннего сгорания связана с периодически повторяющимися и последовательно осуществляемыми в его цилиндрах процессами впуска, сжатия, сгорания, расширения (рабочего хода) и выпуска. Совокупность этих процессов представляет собой рабочий цикл двигателя. Рабочий цикл четырехтактного двигателя осуществляется за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, а двухтактного двигателя — за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.  [c.67]

В двухтактных двигателях рабочий цикл состоит из тех же процессов, что и рабочий цикл четырехтактных двигателей. Однако при осуществлении рабочего цикла в двухтактном двигателе поршень совершает всего два хода (такта). Основные зависимости, полученные для четырехтактных двигателей, справедливы и для двухтактных двигателей.  [c.405]

По числу тактов рабочего цикла различают двигатели четырех- и двухтактные.  [c.65]

Таким образом, в двухтактном двигателе впуск горючей смеси или воздуха и выпуск продуктов сгорания не являются самостоятельными тактами. Они осуществляются в то время, когда происходят основные такты сжап я и расширения, поэтому весь рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за один оборот коленчатого вала.  [c.223]

Из рассмотрения рабочего цикла двухтактного двигателя (см. индикаторную диаграмму на рис. (). ) видно, что на части хода поршня 5 , где происходит газообмен, полезная работа не совершается. Объем 7 , соответствуюш,ий это11 части хода поршня, на. ывается потерянным. Рабочий объем цилиндра, описываемый поршнем при движении от точки т, определяющей момент начала сжатия, до в. м. т.  [c.30]

Из рассмотренного рабочего цикла двухтактного двигателя видно, что процесс газообмена (впуск свежего заряда и выпуск отработавших газов) происходит только при движении поршня вблизи н. м. т. Очистка цилиндра от отработавших газов осуществляется в течение небольшого промежутка времени при излгенеппи объема па величину Уц. Для очистки цилиндра используют воздух, поступающий из компрессора в цилиндр. Часть воздуха при продувке удаляется вместе с отработавшими газами через выпускные окна. В двухтактных карбюраторных двигателях продувка цилиндра производится топливовоздушпой смесью, и вместе с воздухом из цилиндра выбрасывается несгоревшее топливо.  [c.64]

Для улучшения рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя в цилиндре, как правило, делают по два окна для впуска горючей смеси, выпуска отработавших газов и перепуска смеси. Картер у такого двигателя сухой, т. е. масло в него не наливают. Масло, необходимое для смазывания двигателя, добавляют в топливо в определенной пропорции (1 15— для необкатанного или 1 20 — для обкатанного двигателя), тщательно перемешивают, а затем маслянотопливную смесь заливают в топливный бак. Горючая смесь, поступающая из карбюратора в картер и затем в цилиндр, состоит из мелкораспыленного топлива, масла и чистого воздуха.  [c.21]

Наполнение и продувка цилиндра. Для осуществления рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания необходимо удалить из цилиндра продукты сгорания после завершения процесса расширения и заполнить цилиндр к началу сжатия свежим зарядом воздуха. Выше (см. гл. 1) были рассмотрены качественные особенности протекания процессов очистки цилиндра от продуктов сгорания и наполнения его воздухом. В термодинамическом расчете рабочего цикла принимают, что конец наполнения и начало сжатия у четырехтактного двигателя соответствуют. положению поршня в н. м. т., а у двухтактного — положению поршня в момент закрытия органов газораспределения (рис. 106, точки а). Принятые положения объясняются особенностями процессов газообмена двигателей. У четырехтактных двигателей впускной клапан обычно также закрывается с запаздыванием после н. м. т. Однако при закрытии впускного клапана в процессе сжатия, когда поршень движется от н. м. т. к в. м. т., проходное сечение клапана быстро уменьшается. Поэтому условно принимают, что он закрывается в н. м. т. У двухтактного двигателя значительная доля хода поршня затрачивается на процессы газообмена. Поэтому фактичес-  [c.160]


Рабочий цикл четырехтактного двигателя – особенности функционирования

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 – познаем азы

Чтобы разобраться, что называется рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания, необходимо узнать, что обозначает термин такт. Он представляет собой составную часть цикла и осуществляется в течение однократного хода поршня. В зависимости от количества тактов или ходов поршня, все двигатели разделяются на четырехтактные и двухтактные. В первом случае рабочий цикл от начала до конца осуществляет четыре операции: впуск, следом происходит сжатие, потом идет рабочий ход, и завершает все выпуск отработанных газов. В двухтактном варианте все эти действия происходят за два хода поршня.

Наиболее распространенным вариантом считается рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Все процессы здесь проходят вот в какой последовательности: во время первого такта происходит поступление смеси бензина и воздуха. При этом впускной клапан находится в открытом положении, а выпускной – в закрытом. Поступая в разреженное пространство цилиндра, эта смесь перемешивается с предыдущими продуктами сгорания.

От наполнения цилиндра зависит общая мощность двигателя. Сжатие осуществляется в верхней критической отметке, именуемой мертвой точкой, при достижении максимального давления. Расширенные газы отправляют поршень вниз, образуя рабочий ход. В конце всего цикла через специальный выпускной клапан, который к этому моменту открыт, выходят отработанные газы.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя имеет ту же последовательность, что и аналогичный карбюраторный механизм. Основное отличие состоит в способе образования рабочей смеси и ее воспламенении. Этот процесс происходит во время такта сжатия при высокой температуре и давлении во время впрыска топлива через форсунку мотора.

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.

Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

По описанному выше можно сделать вывод, что рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя считается наиболее экономичным при использовании его в определенных механизмах, например, на некоторых моделях мотоциклов. В этих конструкциях цилиндр продувается при помощи воздушно-топливной смеси, а затем вместе с отработанной воздушной смесью из цилиндра удаляется топливо, которое к этому моменту не успело сгореть.

Однако по сравнению с этими двигателями, модели четырехтактных моторов обладают большим ресурсом. Благодаря высокой экономичности, они используются в большинстве машин и механизмов. Они обладают наиболее чистым выхлопом, не требующим устройства выхлопной системы повышенной сложности. Четырехтактные двигатели не требуют предварительного смешивания бензина с маслом, у них гораздо меньший уровень шума.

Исходя из достоинств, некоторые представители западного автопрома, например, SAAB, на заре своей деятельности устанавливали на свою продукцию двухтактные двигатели. Однако сегодня классический вариант этого силового агрегата попросту не выживет под натиском «экологических» требований к транспорту, поэтому его спешно заменили на четырехтактный. Однако достоинства двухтактного мотора заставили некоторые компании поработать над эффективностью сгорания топлива, и компания Ford, например, готова представить более «чистый» вариант такого двигателя.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Принцип Работы, Описание Рабочего Цикла, Пропорции Смеси Масла и Бензина Для Смазки Бензинового Или Дизельного ДВС

Двигатели внутреннего сгорания построены по одному принципу – энергия сгорания топлива превращается в кинетическую энергия вращения коленвала. Существуют два типа моторов – двухтактные и четырехтактные. Оба обладают своими преимуществами и недостатками, попробуем разобраться в чем отличия.

Схема устройства двухтактного двигателя

Принцип работы ДВС

Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит из впуска и выпуска происходящего за один оборот коленчатого вала, тогда как 4-х тактный имеет следующие циклы — впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. И протекают они за два оборота маховика. В двигателе с 4 тактами впуск и выпуск осуществляются в виде разных процессов, в двухтактнике они совмещены со сжатием топливной смеси и расширением рабочих газов. Принцип действия двухтактного двигателя:

  1. Первый такт – сжатие. Происходит движение поршня от нижней мертвой точки, при этом вначале закрывается продувочное окно. Отработанные выхлопные газы выводятся через выпускное отверстие. В этот момент в кривошипной камере под днищем поршня образуется область разрежения, куда поступает обогащенная топливная смесь из карбюратора (инжектора). Эта порция свежего воздуха выталкивает остатки выхлопных газов в выпускной коллектор. В момент наивысшего положения поршня происходит воспламенение смеси от свечи зажигания.
  2. Второй такт – рабочий ход или расширение. Температура и давление газов в камере сгорания резко увеличивается, под его действием поршень начинает движение к нижней мертвой точке, совершая полезную работу. Повышенное давление в кривошипной камере перекрывает впускной клапан, препятствуя попаданию отработанных газов в карбюратор. Через систему выпускных окон отработавшие газы уходят в глушитель, а через продувочное окно начинает поступать свежая горючая смесь в камеру сгорания. В самой нижней точке действие второго такта заканчивается и процесс повторяется.

Двухтактный дизельный двигатель работает по такому же принципу, только у него отсутствует свеча зажигания, а воспламенение топлива происходит от сжатия. Поэтому степень сжатия в дизельных двс намного выше бензиновых.

Особенности мотора с двумя тактами

Двухтактный двигатель совершает полный цикл за один оборот коленвала, это позволяет получить большую удельную литровую мощность чем у 4-х тактного движка при тех же оборотах двигателя. Однако, кпд двухтактника будет ниже из-за несовершенства механизма фаз газораспределения, неизбежных потерь топливной смеси в процессе продувки и неполного рабочего хода поршня.

Двухтактный двигатель сильно греется, потому что во время работы высвобождается большая тепловая энергия. Иногда может потребоваться дополнительное охлаждение. В мотоциклах редко используются двухтактные моторы с большим количеством цилиндров, чаще всего применяется одноцилиндровый мотор с воздушным охлаждением.

При работе по двухтактному циклу поршень совершает меньше движений за один такт, а нагрузка вспомогательных газораспределительных, смазочных и охлаждающих систем на коленвал ниже или отсутствует совсем. Поэтому износ поршневой группы у них будет ниже. Если для легкой техники это не является решающим фактором, то тихоходный двухтактный дизельный двигатель может иметь в несколько раз больший ресурс, чем все остальные двс. Поэтому они нашли широкое распространение в тепловозах, генераторах, судовых двигателях.

Двухтактный бензиновый двигатель быстрее набирает обороты максимальной мощности. Этим активно пользуются мотоспортсмены, особенно в кроссовых дисциплинах, когда необходим мгновенный отклик на рукоятку газа. Кроме того, он проще в обслуживании, дешевле и легче четырехтактного.

Расход топлива у двухтактника будет выше на 25-30 %, шумность и вибрации тоже. Двигатель невозможно вписать в жесткие экологические нормы, даже если использовать инжекторные системы впуска и наддув. Большой расход воздуха требует применения специальных воздушных фильтров.

Система смазки и приготовление топлива

Работа двухтактного двигателя требует эффективной смазки движущихся узлов. Централизованная раздельная система смазки с масляным насосом, как у четырехтактных двигателей, здесь отсутствует, поэтому масло добавляется в бензин в соотношении 1:25 – 1:50. Полученный состав, находясь в поршневой и кривошипно-шатунной камере, смазывает подшипники шатуна, стенки цилиндра и поршневые кольца. При воспламенении воздушной смеси масло сгорает и удаляется вместе с выхлопными газами.

Моторное масло должно быть специальное — для двухтактного двигателя, обычно оно имеет маркировку 2Т на канистре. Использование обычного автомобильного масла недопустимо по ряду причин:

  • Масло для двухтактных двигателей обязано обладать хорошей растворимостью в бензине;
  • Обладает прекрасными смазывающими свойствами, улучшая работу двигателя и уменьшая трение;
  • Защита от коррозии трущихся деталей поршневой группы;
  • Двухтактное масло должно сгорать без остатка, не образовывая нагар и сажу. Высокая зольность обычного масла приводит к закоксовыванию поршневых колец.

Подачу смазки в двухтактный двигатель можно осуществить двумя способами. Первый и самый простой – смешивать с топливом в нужной пропорции. Второй – это раздельная система смазки двухтактного двигателя, когда состав из топлива и масла готовится непосредственно перед попаданием внутрь в специальном патрубке. В этом случае устанавливается отдельный бачок для масла, а его подача осуществляется с помощью специального плунжерного насоса.

Эта система получила широкое распространение на современных мотоциклах и скутерах. Кроме удобства использования (теперь не нужно доливать масло в бак на глаз каждую заправку), происходит серьезная экономия масла, потому что впрыск его зависит от оборотов двигателя. На холостых оборотах пропорция масла может составлять всего 1:200.

Тюнинг двухтактного двигателя

Любой двухтактный мотор имеет возможности для форсировки. Увеличение мощности при таком же объеме оправдано в спорте, а в повседневной эксплуатации двигатель становится эластичнее и экономичнее. Основные способы доработки:

  1. Увеличить диаметр выпускного отверстия и обеспечить его максимально продолжительное время открытия. Это позволяет выпустить максимальное количество газов. Таким образом повышаются тяговые возможности двигателя и его крутящий момент.
  2. Обеспечить эффективную продувку. Для этого можно увеличить диаметр впускного окна, тогда горючая смесь не будет задерживаться в картере и обеспечится своевременный впрыск в камеру сгорания.
  3. Применение на карбюраторе вихревого диффузора, который за то же время подает большее количество топливной смеси. Вместе с ним целесообразно применение воздушного фильтра нулевого сопротивления.
  4. Установка резонатора выпуска, расчет которого произведен под конкретный объем двигателя. Такое устройство возвращает часть топливной смеси назад в цилиндр через выпускное отверстие.
  5. Доработка шатунно-поршневой группы, ее облегчение и тщательная балансировка. Клапана и каналы должны быть притерты и не иметь заусенец (задиров), тормозящие и завихряющие потоки. Это уменьшает наполняемость цилиндра и снижает мощность.
  6. Применение инжекторных систем впрыска и регулирование фазами газораспределения. Это позволяет точнее дозировать количество подаваемого топлива и уменьшить потери горючей смеси во время продувки цилиндра.
  7. Установка систем наддува. Обычно это компрессорные нагнетатели, а на двухтактный дизельный двигатель может быть установлен традиционный турбокомпрессор. С его помощью увеличивается количество поступаемого в цилиндры воздуха, соответственно и количество горючего может быть увеличено.

Эксплуатация и причины поломки двигателей

Чаще всего двухтактные моторы встречаются в мототехнике, лодочных двигателях, газонокосилках, цепных пилах и прочих устройствах, где требуется применение легкого и надежного двигателя. Тем не менее, даже такой простой по конструкции движок может выйти из строя из-за нарушения правил эксплуатации.

  • Низкое качество бензина. Плохое топливо часто приводит к появлению детонации. Чаще всего это заметно на невысоких оборотах при подгазовках. Возникающие ударные нагрузки приводят к поломке перегородок поршней, чрезмерным нагрузкам на подшипники коленвала. Детонация может возникать из-за перегрева двигателя, нагара на поршне и бедной смеси.
  • Низкое качество деталей, из которых собран мотор. Особенно это актуально для китайских производителей, часто допускающих брак в производстве комплектующих. Это приводит к раннему выходу из строя поршня, коленчатого вала, цилиндра и прочих деталей, а затем и капитальному ремонту. Обычно помогает оценить состояние поршневой простой замер компрессии.
  • Низкокачественное моторное масло. Топливомасляная смесь для двухтактных двигателей имеет очень важное значение. Именно от его качества будет зависеть как мягко работает мотор, чистота выхлопа, отсутствие перегрева и лишних шумов. Плохое масло приводит к образованию слоя нагара на поршне, в коренных и шатунных подшипниках, к задирам на стенках цилиндра и юбке поршня, проходное сечение глушителя уменьшается из-за нагара. Масла для двухтактных двигателей следует применять синтетические или полусинтетические, использование минералки нежелательно.
  • Перегрев на двухтактном двигателе воздушного охлаждения не редкость. К этому приводит длительная работа с полностью открытым дросселем, или неисправность системы охлаждения. Перегрев может быть кратковременным, когда наблюдается потеря мощности и максимальных оборотов, после снижения нагрузки и охлаждения двигателя все приходит в норму. Клин возникает вследствие очень сильного перегрева, когда тепловой зазор между поршнем и цилиндром уменьшается настолько, что силы трения намертво прихватывают их между собой. После него требуется ремонт ЦПГ.
  • Карбюратор не настроен. Топливная смесь получается слишком бедной или очень богатой. Езда на переобогащенной смеси чревата высоким расходом топлива, потерей мощности и образованию нагара. Бедная смесь может вызывать детонацию и снижение максимальной мощности двигателя.

Чтобы продлить срок службы и отсрочить капремонт, следует провести правильную обкатку двухтактного лодочного или мотоциклетного мотора. Для этого пропорция масла смешиваемого с бензином должна быть немного выше установленной для нормальной эксплуатации. На такой смеси дать двигателю поработать в режиме неполной мощности несколько часов, что эквивалентно 500-1000 км пробега для скутера и мотоцикла.

Все же из-за токсичности выхлопа двухтактные двигатели постепенно вытесняются современными четырехтактными. Они продолжают использоваться только там, где требуется высокая удельная мощность при минимальной массе и простоте конструкции – мототехника, бензопилы и триммеры, модели самолетов и многое другое.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Двухтактный двигатель - Energy Education

Рис. 1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания [1]

Как следует из названия, двухтактный двигатель требует только двух движений поршня (одного цикла) для выработки мощности. [2] Двигатель может вырабатывать мощность после одного цикла, потому что выхлоп и всасывание газа происходят одновременно, [3] , как показано на рисунке 1. Имеется клапан для такта впуска, который открывается и закрывается из-за к изменению давления.Кроме того, из-за частого контакта с движущимися компонентами топливо смешивается с маслом для добавления смазки, что обеспечивает более плавный ход.

В целом двухтактный двигатель включает два процесса:

  1. Ход сжатия: Впускное отверстие открывается, топливовоздушная смесь поступает в камеру, и поршень перемещается вверх, сжимая эту смесь. Свеча зажигания воспламеняет сжатое топливо и начинает рабочий такт.
  2. Рабочий ход: Нагретый газ оказывает высокое давление на поршень, поршень движется вниз (расширение), отработанное тепло отводится.

Тепловой КПД этих бензиновых двигателей зависит от модели и конструкции автомобиля. Однако в целом бензиновые двигатели преобразуют 20% топливной (химической) энергии в механическую энергию, из которой только 15% будет использоваться для движения колес (остальное теряется на трение и другие механические элементы). [4]

По сравнению с четырехтактными двигателями двухтактные двигатели легче, эффективнее, позволяют использовать топливо более низкого качества и более экономичны. [2] Следовательно, более легкие двигатели приводят к более высокому удельному весу (больше мощности при меньшем весе). Однако им не хватает маневренности, характерной для четырехтактных двигателей, и они требуют большей смазки. Это делает двухтактные двигатели идеальными для кораблей (для перевозки большого количества груза) [2] , мотоциклов и газонокосилок, тогда как четырехтактные двигатели идеально подходят для автомобилей, таких как легковые и грузовые автомобили.

Цикл Отто

Рисунок 2. Реальный цикл отто для двухтактного двигателя. [5] Рисунок 3. Идеальный цикл Отто для бензинового двигателя. [6]

Диаграмма давление-объем (PV-диаграмма), которая моделирует изменения давления и объема топливно-воздушной смеси в любом бензиновом двигателе, называется циклом Отто. Изменения в них будут создавать тепло и использовать это тепло для перемещения транспортного средства или машины (поэтому это тип теплового двигателя). Цикл Отто можно увидеть на Рисунке 2 (реальный цикл Отто) и Рисунке 3 (идеальный цикл Отто). Компонент в любом двигателе, который использует этот цикл, будет иметь поршень для изменения объема и давления топливно-воздушной смеси (как показано на рисунке 1).Поршень получает движение от сгорания топлива (где это происходит, объясняется ниже) и электрического наддува при запуске двигателя.

Ниже описывается, что происходит на каждом этапе фотоэлектрической диаграммы, когда сгорание рабочего тела - бензина и воздуха (кислорода), а иногда и электричества, изменяет движение поршня:

Идеальный цикл - зеленая линия: Называемый фазой впуска , двухтактный двигатель не проходит через эту фазу.Это связано с тем, что четырехтактные двигатели начинаются с поднятого поршня, поэтому его нужно опускать, чтобы всасывать топливно-воздушную смесь. Однако двухтактный двигатель может сразу приступить к впуску топливно-воздушной смеси, как показано в процессах 1-2.

Процесс с 1 по 2: Во время этой фазы впускное отверстие открывается, и поршень вытягивается вверх, так что он может сжимать топливно-воздушную смесь, попавшую в камеру. Сжатие вызывает небольшое повышение давления и температуры смеси, однако теплообмен не происходит.С точки зрения термодинамики это называется адиабатическим процессом. Когда цикл достигает точки 2, это происходит, когда свеча зажигания встречает топливо, которое должно воспламениться.

Процессы 2–3: Здесь происходит возгорание из-за воспламенения топлива свечой зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, что приводит к образованию камеры с высоким давлением, которая имеет много тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорическим процессом.

Процессы с 3 по 4: Тепловая энергия в камере в результате сгорания используется для работы с поршнем, которая толкает поршень вниз, увеличивая объем камеры. Это также известно как силовой сток , потому что это когда тепловая энергия превращается в движение, приводящее в действие машину или транспортное средство.

Фиолетовая линия (процесс с 4 по 1): Из процесса с 4 по 1 все отходящее тепло отводится из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. [7] Однако в двухтактном двигателе фаза выхлопа отсутствует, поэтому цикл начинается (с 1 по 2) снова, позволяя сжимать новую смесь топлива и воздуха.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ «Файл: Two-Stroke Engine.gif - Wikimedia Commons», Commons.wikimedia.org, 2018. [Онлайн]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif.[ Доступно: 17 мая 2018 г.].
  2. 2,0 2,1 2.2 Э. Алтурки, "Сравнение и применение четырехтактных и двухтактных судовых двигателей", Международный журнал инженерных исследований и приложений, вып. 07, нет. 04, с. 49-56, 2017.
  3. ↑ С. Ву, Термодинамика и тепловые циклы. Нью-Йорк: Nova Science Publishers, 2007.
  4. ↑ Р. Вольфсон, Энергия, окружающая среда и климат. Нью-Йорк: W.W. Norton & Company, 2012, стр. 106.
  5. ↑ http://www.citethisforme.com
  6. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https: // en.wikipedia.org/wiki/Otto_cycle#/media/File:P-V_Otto_cycle.svg
  7. ↑ И. Динчер и К. Замфиреску, Современные системы производства электроэнергии. Лондон, Великобритания: Academic Press - это отпечаток Elsevier, 2014, стр. 266.

Оптимизация двухтактного термодинамического цикла одноцилиндрового генератора с свободнопоршневым двигателем

Генератор со свободнопоршневым двигателем (FPEG) - это новый тип преобразователя энергии, в котором отсутствует коленчатый вал и шатунный механизм. Для достижения эффективного преобразования энергии в данной статье исследуется термодинамическая оптимизация двухтактных двигателей-генераторов с одноцилиндровым двигателем со свободным поршнем.Во-первых, подробно представлены компоненты, четырехтактный термодинамический цикл, двухтактный термодинамический цикл и прототип системы FPEG. Одномерная имитационная модель потока FPEG создается на основе уравнения газовой динамики, функции горения Вебера и функции теплопередачи, а затем модель подтверждается данными, протестированными на прототипе системы. Согласно результатам экспериментов с четырехтактным двигателем FPEG, эффективная мощность 4,75 кВт и пиковое давление 21.Получено 02 бар. Затем двухтактный термодинамический цикл моделируется и сравнивается при различных управляющих параметрах давления всасываемого воздуха, времени впрыска, момента зажигания и фаз газораспределения с помощью имитационной модели. Оптимизированные результаты показывают, что указанный тепловой КПД 27,6%, указанная мощность 6,7 кВт и максимальная рабочая частота 25 Гц могут быть достигнуты системой-прототипом при использовании двухтактного термодинамического цикла.

1. Введение

Забота об энергосбережении и сокращении выбросов привела к изменениям в конструкции двигателя внутреннего сгорания (ДВС), одним из способов решения этой проблемы является использование двигателя со свободным поршнем [1–3].Генератор со свободнопоршневым двигателем (FPEG) - это новый тип силовой установки, который привлек внимание ученых всего мира благодаря своим особым преимуществам с точки зрения высокой эффективности и низкого уровня выбросов.

По сравнению с традиционной системой генератора, это новое устройство преобразования энергии демонстрирует такие преимущества, как структурная простота, низкая стоимость производства и высокая мощность. Самая большая разница в конструкции - отсутствие коленчатого вала и маховика двигателя, а поршень и движитель линейного генератора соединены напрямую.Таким образом, свободный поршень может колебаться между двумя своими конечными точками и подвергаться влиянию всех сил, действующих на него. Без ограничения механизма шатуна трение движения поршня значительно снизилось, и конструкция FPEG стала более компактной [4, 5]. Генератор со свободнопоршневым двигателем может работать с несколькими видами топлива за счет легкого регулирования степени сжатия, а указанная мощность и эффективность системы могут быть улучшены за счет оптимизации термодинамического цикла.

Исследования показали, что большинство двухтактных свободнопоршневых двигателей имеют схожий принцип работы.На основе теоретического анализа двухтактный двигатель достиг высокой удельной мощности и теплового КПД. В последние десятилетия Кларк и другие исследователи из Университета Западной Вирджинии провели большую исследовательскую работу по генератору двигателя со свободным поршнем. Они разработали первый прототип системы генератора со свободнопоршневым двигателем в 1998 году, который представляет собой двухпоршневую конструкцию с искровым зажиганием с внутренним диаметром цилиндра 36,5 мм и максимальным ходом поршня 50 мм [6, 7]. Напомним, что опытный образец работал на частоте 23.1 Гц, максимальная выходная электрическая мощность составляет 316 Вт, а эффективность преобразования энергии составляет 11%. Однако выходная мощность и эффективность преобразования энергии значительно ниже результатов моделирования 50%.

Суат Саридемир и Фуат Кара из Университета Дюздже разработали модель искусственной нейронной сети (ИНС) для прогнозирования крутящего момента и мощности бета-версии. типа двигатель Стирлинга. После сравнения предсказанных клапанов модели с экспериментальными результатами, валидность созданной модели ИНС подтверждается.Они также использовали метод множественной регрессии для оценки предсказательной способности модели, и результаты показали, что ИНС является надежной моделью для предсказания крутящего момента и мощности двигателя Стирлинга бета-типа [8, 9].

Исследователи из Toyota Central R&D Labs Inc также разработали линейный генератор с однопоршневым двигателем со свободным поршнем (FPEG), который состоял из интегрированной камеры сгорания, камеры с газовой пружиной и линейного генератора. FPEG принял двухтактный рабочий режим, и он мог работать непрерывно в течение многих часов.После проведения эксперимента по выработке электроэнергии на прототипе системы FPEG результаты показали, что она может обеспечивать надежную и стабильную работу во всех режимах пуска, движения и стрельбы [10].

В [11, 12], Xu et al. в Нанкинском университете науки и технологий в 2010 году разработали новый одноцилиндровый четырехтактный прототип FPEG. В качестве линейного генератора внутреннего сгорания прототип системы обеспечивает непрерывную и стабильную работу четырехтактного рабочего цикла. Он оснащен электромагнитным клапаном для завершения процесса продувки. Кроме того, был достигнут максимальный крутящий момент 58 Нм при максимальной выходной мощности 10 кВт.На основе этого Сюй предложил улучшенный метод, который оптимизировал двухтактный термодинамический цикл FPEG для достижения термодинамических характеристик высокой эффективности и экономии энергии.

В этой статье, чтобы достичь характеристики более высокой мощности и оптимизировать термодинамические характеристики двухтактного двигателя, создана экспериментальная система FPEG и внесены соответствующие изменения. В следующих разделах представлены компоненты и принцип работы FPEG с возвратной средней пружиной.В разделе 3 построена одномерная модель потока FPEG, которая проверена с помощью четырехтактного эксперимента. Затем моделируется двухтактный термодинамический цикл FPEG при различных влияющих факторах, а результаты моделирования сравниваются и детально анализируются. Оптимизированные результаты помогут нам понять, как двухтактный термодинамический цикл FPEG влияет на указанную мощность и эффективность системы.

2. Структура и принцип работы FPEG
2.1. Базовая структура FPEG

Элементарная структура генератора со свободнопоршневым двигателем показана на рисунке 1. Основными частями FPEG являются бензиновый двигатель, обратная пружина и линейный электрогенератор. Система имеет только одну камеру сгорания, отбойное устройство и возвратно-поступательный движущийся компонент. Камера сгорания представляет собой одноцилиндровый свободнопоршневой двигатель, оборудованный электромагнитными клапанами, форсункой и свечой зажигания. Между камерой сгорания и линейным электрогенератором установлена ​​обратная пружина.Одиночный поршень и подвижная катушка линейного генератора соединены в один компактный компонент, как единый движитель FPEG. Свободный поршень будет свободно перемещаться между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ), а его возвратно-поступательное движение определяется дисбалансом всех сил, действующих на движитель [11, 13].


Двигатель со свободным поршнем будет работать с захваченной топливной смесью и зажиганием свечи зажигания. Поскольку эффективность генерации линейного электрического генератора значительно снижается в условиях низкой скорости, задняя пружина толкает поршень вверх для обеспечения непрерывной работы.Суперконденсатор используется для включения выработки электроэнергии генератором. Преобразователь мощности используется для согласования линейного генератора и накопления электроэнергии [14, 15]. Электронный блок управления (ЭБУ) может управлять системой для регулировки характеристик двигателя после получения сигналов давления в цилиндре, смещения поршня, тока якоря и других. Кроме того, продувка осуществляется электромагнитными клапанами, которые закреплены на головке блока цилиндров. В полном рабочем цикле линейный генератор работает в моторном режиме только на такте впуска, тогда как остальные такты работают в генераторном режиме.

В системе FPEG существует большая свобода в определении движения поршня. Рабочий цикл FPEG можно переключать, изменяя закон движения поршня. Таким образом, четырехтактный термодинамический цикл и двухтактный термодинамический цикл можно использовать для разных рабочих циклов ГПЭГ.

2.2. Термодинамический цикл FPEG

Четырехтактные двигатели со свободным поршнем имеют относительно большую экономию энергии и более высокий КПД, чем двухтактные двигатели со свободным поршнем, но двухтактные имеют преимущества удельной мощности.При той же рабочей частоте число двухтактных рабочих циклов в два раза больше, чем у четырехтактных, а время газообмена короче, чем у четырехтактных [16]. Четырехтактные и двухтактные термодинамические циклы FPEG представлены для оптимизации термодинамических характеристик.

Как видно из рисунка 2, замечательными характеристиками четырехтактного термодинамического цикла являются короткие такты впуска и сжатия, которые дополняются сжатым всасываемым воздухом [17].Во время такта впуска линейный генератор работает как электрическая машина, заставляя поршневой узел двигаться вниз от точки к точке для поглощения топливной смеси. Он может регулировать давление на входе или температуру воздуха, чтобы увеличить поток смеси и улучшить процесс сгорания. Когда поршень движется в ВМТ и приближается к этой точке, топливная смесь сжимается в такте сжатия. Во время такта расширения зажигание свечи зажигания является начальной точкой процесса сгорания, и в этой точке он заканчивается.После этого поршень движется снизу вверх и достигает точки, в которой вытесняется сгоревший газ. Таким образом, такты расширения и выпуска длиннее, чем такты впуска и сжатия, и можно достичь полного сгорания для увеличения удельной мощности.


Как показано на рисунке 3, двухтактный термодинамический цикл характеризуется коротким ходом сжатия и расширения, который дополняется регулировкой угла опережения искры для реализации более полного сгорания. Более длинное перекрытие клапанов может увеличить продолжительность открытия клапана на тактах впуска и выпуска.Прежде чем поршень достигнет точки, свеча зажигания воспламеняет топливную смесь, и поршень движется вверх, чтобы совершить такт сжатия. Во время такта выпуска поршень перемещается от точки к точке. Затем поршень перемещается от точки к точке на такте впуска. Когда поршень перемещается из точки в точку, перекрытие клапанов обеспечивает одновременное открытие впускного и выпускного клапанов для поглощения топливной смеси и удаления остаточного газа. Это может увеличить объемный КПД и улучшить процесс газообмена.Кроме того, опережающее зажигание может обеспечить достаточное сгорание для высвобождения большего количества энергии.


2.3. Прототип и экспериментальная система

Структура прототипа FPEG показана на рисунке 4. Прототип представляет собой однопоршневой четырехтактный бензиновый двигатель, который оснащен четырьмя электромагнитными клапанами. В нем используется метод охлаждения с водяным охлаждением, управление впрыском топлива с обратной связью и система искрового зажигания с электронным управлением. По сравнению с конструктивными требованиями FPEG характеристики прототипа очень согласованы и облегчают переоборудование.В таблице 1 перечислены основные параметры конструкции прототипа.


электромагнитная конструкция клапана показана на рисунке 4. Трубчатая конструкция состоит из железного сердечника, каркаса катушки, катушки, слоя постоянного магнита и внешней стенки привода. В системе электромагнитных клапанов катушка и клапан жестко соединены, а задняя пружина собрана между каркасом катушки и головкой блока цилиндров.Электромагнитный клапан используется для подачи продувочного воздуха и осуществления эффективного управления процессом газообмена. Под управлением электронного блока управления (ЭБУ) он может изменять высоту подъема клапана, время открытия клапана и продолжительность открытия клапана, чтобы обеспечить гибкое управление механизмом клапана.

На рис. 5 показаны трехмерные структуры линейного генератора с трубчатой ​​подвижной катушкой (MCLG). MCLG - это однофазный генератор постоянного магнита с подвижной катушкой, также называемый двигателем звуковой катушки (VCM).Линейный генератор состоит из постоянного магнита (ПМ), сердечника, подвижной катушки и торцевой крышки. Воздушный зазор между внешним и внутренним сердечниками. Для получения высокой плотности потока в воздушном зазоре PM принимает радиальное намагничивание, а направление намагничивания PM-A и PM-B противоположно. Каркас немагнитной катушки намотан двумя катушками, которые и являются движителем MCLG. Кроме того, ток катушки не является коммутируемым током, что может повысить эффективность системы MCLG. Структура имеет преимущества меньшей подвижной массы, быстрого отклика и низкой индуктивности катушки [18, 19].


На основе компонентов прототипа, электромагнитного клапана, линейного генератора с подвижной катушкой и датчиков создана экспериментальная система FPEG. Как показано на рисунке 6, экспериментальная система используется для тестирования и подтверждения термодинамических характеристик FPEG. Система также включает в себя контроллер двигателя и преобразователь мощности, который оснащен датчиком давления в цилиндре, датчиком перемещения и датчиком тока. Датчики могут собирать информацию о системе в рабочем состоянии и передавать информацию контроллеру, который рассчитывает результаты тестирования.


3. Моделирование FPEG

Термодинамический цикл FPEG зависит от различных факторов, таких как газовая динамика, процесс выделения тепла и потери при теплопередаче. В этом разделе имитационная модель FPEG создается на основе одномерного уравнения газовой динамики, функции горения Вебера и функции теплопередачи.

3.1. Одномерная газовая динамика

Для описания одномерной газовой динамики в трубе свободнопоршневого двигателя предполагаются следующие моменты: (1) состояние рабочего тела в камере сгорания - идеальный однородный газ.(2) Температура, давление и объем соответствуют уравнению состояния идеального газа. (3) Масса газа в баллоне постоянна, и утечка потока в процессе газообмена не учитывается. Таким образом, одномерная модель динамики в трубе описывается тремя уравнениями.

Уравнение энергии:

Уравнение сохранения количества движения:

Уравнение неразрывности рабочего тела: где представляет собой содержание энергии идеального газа, представляет скорость потока, представляет статическое давление, представляет собой крест площадь сечения трубы, представляет тепловой поток стенки, представляет единицу объема, представляет плотность рабочей среды, представляет удельную теплоемкость в объеме содержимого и представляет силу трения между жидкостью и стенкой трубы.

3.2. Давление газа в цилиндре

В соответствии с вышеизложенными предположениями, мы также предположили, что давление газа в цилиндре равно давлению на впуске, равно как и такт выпуска. Когда объем камеры сгорания равен нулю, положение поршня устанавливается как начало смещения. Используя первый закон термодинамики и уравнение состояния идеального газа, давление газа в цилиндре можно записать в виде следующего уравнения: где представляет давление газа в цилиндре, представляет объем цилиндра, представляет отношение удельной теплоемкости рабочее тело, и представляет собой скорость тепловыделения топлива.

3.3. Горение в цилиндре

Экзотермическая характеристика свободнопоршневого двигателя определяется скоростью распространения пламени и формой камеры сгорания. В этой статье имитационная модель использует нульмерную однозонную модель горения, которая определяет всю камеру сгорания как замкнутое пространство и игнорирует утечку потока. Функцию Вебера можно использовать для представления фактического процесса горения и выражения тепловыделения. Тепло, выделяемое в процессе сгорания, выглядит следующим образом: где Q представляет скорость тепловыделения топлива, представляет более низкую теплотворную способность топлива, представляет массу впрыскиваемого топлива за цикл, представляет эффективность сгорания, представляет качество сгорания. индекс, представляет продолжительность горения и представляет переменную времени, представляет время начала горения.

3.4. Теплопередача от цилиндра

При расчете потерь теплопередачи нельзя пренебречь необратимостью теплопередачи при возвратно-поступательном тепловом цикле. Предполагается, что потери произошли только в тактах сгорания и расширения, а передача тепла из камеры сгорания наружу незначительна. От газов в цилиндре до стенок цилиндра расчетное уравнение теплопередачи: где представляет скорость тепловыделения топлива, представляет коэффициент теплопередачи, представляет диаметр цилиндра, представляет положение поршня, представляет температуру стенок цилиндра, и представляет собой температуру газа в цилиндрах.

В данном случае расчетное уравнение принимает функцию теплопередачи Вошни 1978 г. Эта функция подходит для цикла высокого давления, а коэффициент теплопередачи - это где диаметр цилиндра, давление газа в цилиндре, давление на входе температура газа в цилиндре, представляет собой круговую скорость и представляет собой среднюю скорость поршня.

3.5. Имитационная модель

В процессе создания модели FPEG одномерная имитационная модель в основном делится на две части.Первая часть включала размерные параметры двигателя, такие как диаметр цилиндра, длину впускного и выпускного патрубков. Другая часть содержала термодинамическую модель, модель горения и модель теплопередачи.

Области шагов моделирования FPEG следующие [20]: (1) изучение основных параметров измерения двигателя и сбор данных и информации о конструкции. (2) Разделить фактический двигатель со свободным поршнем на несколько простых в эксплуатации подсистем и использовать подмодули AVL BOOST для создания соответствующих физических подмоделей.(3) В соответствии с теоретическими знаниями динамики, теплопередачи, термодинамики, горения была построена простая физическая модель, которая содержит собранные данные и входную информацию для субмодуля двигателя. (4) Используйте установленную модель, чтобы выполнить элементарное моделирование и найти физические параметры имитационной модели, чтобы изменить ошибку.

На основе теоретического анализа и математической модели, приведенной выше, в программном обеспечении AVL BOOST создается одномерная имитационная модель FPEG для моделирования четырехтактного термодинамического цикла и двухтактного термодинамического цикла.Как мы все знаем, полная имитационная модель системы FPEG должна включать систему впуска, систему сгорания и систему выпуска. В соответствии с параметрами конструкции, указанными выше, и системой экспериментов в предыдущем разделе, имитационная модель одномерного потока создается, как показано на рисунке 7.


3.6. Параметры моделирования

Перед запуском модели моделирования ключевым этапом является выбор параметров управления. Начальное значение граничных условий включает давление, температуру и соотношение воздух-топливо.При этом параметры цилиндра содержат диаметр цилиндра, ход поршня, длину шатуна и степень сжатия. Также необходимо определить параметры управления теплопередачей и спецификацию клапана. В таблице 2 перечислены конкретные параметры каждого компонента.


Параметры Ед.
Объем см³ 695
Диаметр седла клапана мм 36
Минимальная верхняя мертвая точка мм 18
Максимальный рабочий объем двигателя куб.см / об 182
Степень сжатия - 9.3
Эффективность генерации MCLG % 95,2
Максимальная сила тяги генератора N 3200

150 9015 9015 9015 9015 Длина шатуна

Компоненты Параметры Значение

Воздухоочиститель Общий объем 3.1 л
Дроссельная заслонка Угол дроссельной заслонки 18,5 °
Цилиндр Диаметр цилиндра 102 мм
Ход 12614
Степень сжатия 9,3
Впускной клапан Открытие клапана 48,5 мс
Закрытие клапана 50,2 мс
Выпускной клапан Открытие клапана.1 мс
Клапан закрыт 23,4 мс
Catalyst Объем монолита 0,3 л
Граница системы 1 Давление 1,1 бар 90 ° C Температура газа
Граница системы 2 Давление 1,0 бар
Температура газа 126,85 ° C

4.Проверка модели

Моделируется траектория свободного поршня FPEG во время четырехтактного рабочего цикла. Как показано на рисунке 8, рабочий период четырехтактного двигателя со свободным поршнем составляет около 100 мс. Понятно, что перемещение поршня асимметрично, такты впуска и сжатия короче тактов расширения и выпуска. Степень расширения больше, чем степень сжатия, и более длительное расширение и выхлоп полезны для достижения полного расширения и уменьшения остаточного газа.Следовательно, характеристики FPEG отличаются от характеристик обычного двигателя, и он имеет большое преимущество с точки зрения топливной экономичности и образования выбросов.


В системе FPEG завершен четырехтактный эксперимент для проверки имитационной модели. Как видно из рисунка 9, он сравнивает давление в цилиндре данных испытаний с результатами моделирования во время четырехтактного рабочего цикла, которые получают датчиком давления в цилиндре. По сравнению с экспериментальными результатами, кривые давления в цилиндре испытания и моделирования совпадают; максимальное отклонение изменения давления в цилиндре - 5.2%, а среднее отклонение - 1,5%. В таблице 3 приведены результаты сравнения производительности FPEG. Таким образом, результаты моделирования соответствуют требованиям точности, и мы полагаем, что имитационная модель является точной моделью FPEG. Кроме того, в системе FPEG время начала сгорания составляет -3,1 мс, а продолжительность сгорания составляет 6,4 мс, что определяется результатами экспериментов с четырехтактным двигателем.


9015 9015 9015 9015 9015

Название Агрегат Тест Моделирование

кВт75 4,82
Пиковое давление бар 21,02 21,40
Содержание остаточного газа - 0,0809 0,0769
−3,1
Продолжительность горения мс 6,4 6,4

5.Оптимизация двухтактного термодинамического цикла

Смоделированная кривая движения свободного поршня во время двухтактного рабочего цикла показана на рисунке 10. Как видно, рабочий период двухтактного двигателя со свободным поршнем составляет около 43 мс. . На основе перекрытия клапанов и опережающего зажигания получается длинный такт впуска и выпуска при коротком такте сжатия и расширения. Эта характеристика показывает, что двухтактный термодинамический цикл ГПЭГ может быть оптимизирован путем изменения параметров управления газообменом и горением.


В этом разделе проверенный режим используется для моделирования двухтактного термодинамического цикла FPEG. При неизменных других параметрах управления модель моделируется при различных давлениях всасываемого воздуха, времени впрыска, времени зажигания, времени впускных клапанов и выпускных клапанов. Затем анализируется влияние термодинамического цикла и оптимизируются термодинамические характеристики FPEG.

5.1. Влияние повышения давления на впуске

Исследования показывают, что улучшение давления всасываемого воздуха может обеспечить хорошее состояние сгорания.Модель FPEG моделируется при разном давлении всасываемого воздуха, а кривые изменения выглядят следующим образом. Указанная мощность, коэффициент остаточного газа, указанный удельный расход топлива (ISFC) и расход на всасывании являются основными оценочными показателями, и их можно найти в результатах моделирования. В соответствии с диапазоном давления реального турбонагнетателя диапазон давления на впуске составляет от 1,0 до 1,4 бара.

На рис. 11 показано, что указанная мощность и расход на всасывании постепенно увеличиваются, коэффициент остаточного газа постепенно снижается в диапазоне давления на впуске, а четыре оценочных индекса изменяются более явно в диапазоне 1.0 бар ~ 1,1 бар. Результаты показывают, что двухтактный двигатель со свободным поршнем не может обеспечить достаточный поток всасываемого воздуха для завершения рабочего цикла при нормальном давлении всасываемого воздуха. Это связано с тем, что при повышении давления всасываемого воздуха в цилиндр может поступать больше топливной смеси. Кроме того, более высокое давление всасываемого воздуха обеспечивало большое давление сжатия. Следовательно, увеличение давления всасываемого воздуха приводит к улучшению указанной мощности и экономии топлива.

5.2. Влияние времени впрыска

В системе сгорания одномерной имитационной модели параметры времени впрыска могут быть изменены, чтобы имитировать его влияние на производительность FPEG.Как видно, на рисунке 12 показано влияние разного времени впрыска. Среднее эффективное давление (MEP) - это эффективная мощность, генерируемая рабочим объемом на единицу цилиндра, и это важный показатель для оценки энергетических характеристик.

Диапазон времени впрыска разделен на три части: 0 мс ~ 7,2 мс, 7,2 мс ~ 14,4 мс и 14,4 ~ 21,6 мс. Во-первых, указанная мощность и MEP поддерживаются на низком уровне колебаний, а коэффициент остаточного газа остается неизменным на более высоком уровне.Поскольку процесс впрыска топлива завершился до открытия впускного клапана, большая часть топливной смеси не попала в камеру сгорания. Во-вторых, время впрыска и процесс всасывания согласованы, а термодинамические характеристики FPEG значительно улучшились, что позволило улучшить указанную мощность и эффективность вентиляции. Наконец, по сравнению с первой частью все значения производительности аналогичны в диапазоне от 14,4 мс до 21,6 мс. Это связано с тем, что время впрыска оставляет позади процесс впуска, и часть топливной смеси не может быть использована в процессе сгорания.Как видно, оптимальные характеристики двигателя достигаются в момент 14,4 мс.

5.3. Влияние момента зажигания

Эффект опережающего зажигания заключается в том, чтобы начать горение перед тем, как поршень переместится в ВМТ. Когда поршень движется в ВМТ и входит в такт расширения, смесь рабочего тела полностью сгорает и выделяет больше энергии. Следовательно, диапазон времени зажигания составляет от -5,4 мс до 0 мс, а результаты моделирования показаны на рисунке 13.

В диапазоне от -3 мс до -5.4 мс, указанная мощность и MEP постепенно уменьшаются, а ISCF постепенно увеличивается. Это происходит из-за преждевременного воспламенения смеси и расширения горящего газа. Часть энергии мешает поршню двигаться вверх до ВМТ. Затем указанная мощность и MEP постепенно уменьшались с разным временем зажигания, а ISFC постепенно увеличивалась в диапазоне от -3 мс до 0 мс. Из-за задержки времени воспламенения поршень движется вниз до того, как смесь начнет гореть. Это приводит к увеличению объема цилиндра и снижению давления сгорания, а термодинамические характеристики FPEG находятся в состоянии высокого расхода топлива и низкой выходной мощности.Кроме того, оптимальные характеристики двигателя достигаются при −3 мс.

5.4. Влияние времени впускного клапана

При условии сохранения неизменными подъема клапана и продолжительности открытия клапана, модель FPEG моделируется при разном времени открытия впускного клапана. Как показано на рисунке 14, при времени открытия впуска от 4,8 мс до 16,8 мс указанная мощность и расход на всасывании показывают общую тенденцию сначала к увеличению, затем к падению и получают максимальное значение на уровне 10,8 мс. Между тем характеристики коэффициента остаточного газа и ISFC противоречат закону изменения всасываемого потока.

Когда время открытия впуска находится в диапазоне от 4,8 мс до 10,8 мс, впускной и выпускной клапаны открываются одновременно. Он создает продувочный поток в цилиндре, что делает процесс газообмена более полным и снижает количество остаточного газа. После этого время открытия впускного клапана опаздывает, и часть топливной смеси не попадает в цилиндр, поэтому процесс сгорания оказывается недостаточным, а термодинамические характеристики значительно ухудшаются. Из-за фиксированного времени работы клапана оптимальный период открытия впускного клапана от 10.От 8 мс до 24,5 мс.

5.5. Влияние времени работы выпускного клапана

Как показано на Рисунке 15, при изменении времени открытия выпускного клапана с 1,2 мс до 10,8 мс, указанная мощность и поток выхлопных газов показывают общую тенденцию сначала к увеличению, а затем к снижению. Поток выхлопных газов увеличивался в диапазоне от 1,2 мс до 3,6 мс, а затем постепенно уменьшался, достигая максимального значения на 3,6 мс. Указанная мощность, коэффициент остаточного газа и ISCF улучшились с увеличением потока выхлопных газов.

Результаты показывают, что преждевременное открытие выпускного клапана приводит к недостаточному процессу сгорания и снижению мощности и экономии топлива FPEG.При задержке открытия выпускного клапана остаточный газ в цилиндре не может быть удален полностью, и это повлияет на следующий цикл сгорания. Следовательно, правильное время открытия выпускного клапана значительно улучшает характеристики FPEG, а оптимальный период открытия выпускного клапана составляет от 3,6 мс до 23,1 мс.

5.6. Оптимизированная производительность FPEG

В соответствии с приведенными выше результатами моделирования мы внесли корректировки в управляющие параметры модели FPEG.Настраиваемые параметры включают время зажигания, время впрыска и время открытия клапана. Уточненная модель моделировалась на рабочей частоте 25 Гц, а именно, 25 возвратно-поступательных циклов в секунду. Оптимизированные результаты показывают, что указанный тепловой КПД составляет около 27,6%, указанная мощность составляет 6,7 кВт, а ISFC составляет 481,6 г / кВтч. Конкретные результаты термодинамических характеристик FPEG для двухтактного термодинамического цикла показаны в таблице 4.

Мощность

Элементы Единица Значение

кВт 6.7
Номинальный тепловой КПД % 27,6
Указанный удельный расход топлива (ISCF) г / кВт · ч 481,6
Остаточное содержание газа Среднее эффективное давление бар 2,6
Циклическая масса на входе г 0,671

6.Выводы

В работе представлена ​​оптимизация термодинамических характеристик двухтактного одноцилиндрового FPEG. Создана комплексная одномерная модель потока FPEG, и точность модели подтверждена экспериментальными результатами, протестированными на прототипе FPEG. Результаты экспериментов с четырехтактным двигателем показали эффективную мощность 4,75 кВт и максимальное давление 21,02 бар. На этой основе был смоделирован и оптимизирован двухтактный термодинамический цикл.Результаты моделирования показывают, что указанный тепловой КПД ППЭГ составляет около 27,6%, а указанная мощность 6,7 кВт может быть достигнута на рабочей частоте 25 Гц. Из этих результатов мы заключаем, что термодинамические характеристики высокого КПД и энергосбережения для системы FPEG могут быть значительно улучшены за счет оптимизации двухтактного термодинамического цикла.

В будущем будет проведено экспериментальное испытание для проверки результатов моделирования двухтактной термодинамической оптимизации цикла в этой статье.Кроме того, двухтактный генератор с свободнопоршневым двигателем будет исследован с помощью многоцелевой интеллектуальной оптимизации для получения более высокой выходной мощности и эффективного КПД.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы выражают признательность Национальному фонду естественных наук Китая (грант №51875290).

Анимированные двигатели - двухтактный

Двухтактный двигатель

В двухтактном двигателе используются как картер, так и цилиндр для достижения всех элементов цикла Отто всего за два хода поршня.

Всасывание

Топливно-воздушная смесь сначала всасывается в картер за счет вакуума. который создается во время движения поршня вверх. Иллюстрированный двигатель оснащен тарельчатым впускным клапаном; однако многие двигатели используют поворотная величина, встроенная в коленчатый вал.

Компрессия картера

Во время хода вниз тарельчатый клапан принудительно закрывается повышенное давление в картере. Затем топливная смесь сжимается в картер в течение оставшейся части хода.

Передача / Выпуск

Ближе к концу хода поршень открывает впускное отверстие, выход сжатой топливно-воздушной смеси из картера вокруг поршня в главный цилиндр. Это вытесняет выхлопные газы. выхлопное отверстие, обычно расположенное на противоположной стороне цилиндр.К сожалению, часть свежей топливной смеси обычно тоже исключен.

Сжатие

Затем поршень поднимается под действием импульса маховика и сжимает топливная смесь. (В то же время происходит еще один такт впуска под поршнем).

Мощность

В верхней части такта свеча зажигания воспламеняет топливную смесь. В горящее топливо расширяется, перемещая поршень вниз, чтобы завершить цикл. (При этом еще один ход сжатия картера составляет происходит под поршнем.)


Поскольку двухтактный двигатель срабатывает при каждом обороте коленчатого вала, двухтактный двигатель обычно более мощный, чем четырехтактный. эквивалентного размера. Это в сочетании с их более легкими, простыми конструкция, делает двухтактный двигатель популярным в бензопилах, линейных триммеры, подвесные моторы, снегоходы, водные мотоциклы, легкие мотоциклы и модели самолетов.

К сожалению, большинство двухтактных двигателей неэффективны и ужасны. загрязнителей из-за количества неизрасходованного топлива, которое выходит через выхлопное отверстие.

Различные части 4-тактного двигателя

4-тактный двигатель - это тип небольшого двигателя внутреннего сгорания, в котором для завершения одного рабочего цикла используются четыре различных хода поршня. Во время этого цикла коленчатый вал дважды поворачивается, а поршень дважды поднимается и опускается, зажигая свечу зажигания.

Что такое 4-тактный двигатель?

Как упоминалось выше, 4-тактный двигатель использует четыре отдельных поршневых цикла - завершенные циклы подъема и опускания - для достижения одного цикла мощности.Они имеют немного более сложную конструкцию, чем двухтактные двигатели, в которых есть отсек для масла, а это значит, что вам не нужно предварительно смешивать топливо. Эта функция способствует более чистым выбросам, делая 4-тактные двигатели более экологически чистым вариантом.

Благодаря своей более крупной конструкции 4-тактные дизельные и бензиновые двигатели, как правило, больше 2-тактных двигателей и весят больше. У 4-тактного двигателя также больше деталей, но все эти дополнительные функции имеют отличные преимущества. Они помогают 4-тактным двигателям работать с гораздо более низким уровнем шума, обеспечивают лучшую топливную экономичность и продлевают срок службы.Они также обеспечивают более высокий крутящий момент при более низких оборотах.

Перечень деталей 4-тактного двигателя

В состав 4-тактного двигателя малой мощности входят:

  • Поршень
  • Коленчатый вал
  • Распредвал
  • Свеча зажигания
  • Цилиндр
  • Клапаны
  • Карбюратор
  • Маховик
  • Шатун
  • Форсунки топливные

Какие ходы у 4-тактного двигателя?

Вот детали и функции 4-тактного дизельного двигателя.

1. Ход всасывания

Малые двигатели получают топливо и воздух через карбюратор. Затем карбюратор объединяет топливо и воздух для сгорания. Во время такта впуска впускной клапан между камерой сгорания и карбюратором открывается, что позволяет атмосферному давлению выталкивать топливно-воздушную смесь в цилиндр, когда поршень движется вниз.

2. Ход сжатия

Впускной и выпускной клапаны закрыты в такте сжатия. По мере того, как поршень движется вверх, он сжимает топливно-воздушную смесь.Сжатие облегчает воспламенение свечой зажигания топливно-воздушной смеси в рабочем такте.

3. Рабочий ход

Когда поршень достигает вершины, он находится в оптимальной точке для воспламенения топлива. Свеча зажигания создает высокое напряжение, необходимое для зажигания. Тепло, создаваемое искрой, воспламеняет газ, который затем заставляет поршень вернуться в цилиндр.

4. Ход выхлопа

Когда поршень достигает дна, открывается выпускной клапан.Когда поршень движется обратно вверх, он вытесняет выхлопные газы из цилиндра. Как только поршень достигает вершины, выпускной клапан снова закрывается. Впускной клапан снова открывается, и 4-тактный процесс повторяется.

Общие приложения для 4-тактных двигателей

Четырехтактные двигатели являются наиболее распространенными двигателями внутреннего сгорания. Они используются в широком спектре различных приложений в различных отраслях промышленности, наиболее распространенными из которых являются:

  • Гидроцикл
  • Мотоциклы
  • Автомобили и грузовики
  • Газонокосилки верховые и толкающие
  • Внедорожники и мотоциклы-внедорожники

Двух- и четырехтактные двигатели не взаимозаменяемы.Всегда обязательно используйте компоненты 4-тактного двигателя и жидкости для обслуживания при выполнении обслуживания и ремонта.

Свяжитесь с Prime Source Parts and Equipment сегодня

В Prime Source Parts and Equipment мы предлагаем решения по поддержке продукции и стремимся помочь нашим клиентам найти только нужные детали. Благодаря нашей обширной сети поставщиков у нас есть беспрецедентный доступ к лучшим запасным частям.

Если вам нужны запчасти или услуги для 4-тактных малогабаритных двигателей, свяжитесь с нами сегодня.Наши опытные сотрудники и технические специалисты помогут вам точно определить, какие решения лучше всего подходят для ваших нужд.

2-тактный / 4-тактный - мотоцикл

В чем разница между 2-тактными и 4-тактными двигателями?

Топливо для двухтактного двигателя содержит небольшое количество масла. Это называется «2-тактным», потому что всего одно движение поршня вверх и вниз - 2 хода - выполняет полный цикл впуска, сжатия, сгорания и выпуска.Впускные или выпускные клапаны не используются, а вместо этого используются небольшие отверстия, называемые продувочными портами в стенке цилиндра, для втягивания воздуха и удаления выхлопных газов. Поскольку сгорание происходит при каждом обороте коленчатого вала в 2-тактном двигателе, этот формат обеспечивает большую мощность, чем 4-тактный двигатель, и мощность имеет более мгновенную подачу. Это некоторые причины, по которым двухтактные двигатели давно используются на многих различных типах мотоциклов.
Однако озабоченность по поводу более экологичных характеристик возросла, и теперь 4-тактные двигатели стали нормой, потому что они по своей природе имеют лучшую экономию топлива и меньше дыма выхлопных газов.По состоянию на 2019 год только двухтактные мотоциклы Yamaha выпускаются для соревнований по закрытому маршруту, а некоторые модели предназначены для экспорта. Тем не менее, двухтактные продукты Yamaha имеют простую, легкую конструкцию и сравнительно легкие в обслуживании, а их высокая надежность делает их популярными во многих регионах. Сегодня двухтактные снегоходы Yamaha используются для передвижения по ледяной и холодной окружающей среде России, а наши двухтактные подвесные моторы широко используются в Африке для рыбной ловли. И многие энтузиасты мотоциклов продолжают любить двухтактные двигатели за их резкое и захватывающее ощущение ускорения.
Что касается 4-тактных двигателей, они работают на бензине без подмешивания масла, а поршень поднимается и опускается два раза за каждый цикл сгорания, поэтому он называется «4-тактным». Однако для 4-тактных двигателей требуются клапаны для впуска и выпуска, которые должны работать с высокой точностью, что делает этот тип двигателя более сложным, тяжелым и имеет другие недостатки. Но они обеспечивают стабильную подачу мощности, хорошую топливную эффективность, более чистые выбросы и многое другое. Вот почему почти все двухколесные автомобили, от больших мотоциклов до маленьких скутеров, используют четырехтактные двигатели.

Технико-экономическое обоснование эксплуатации двухтактных циклов Миллера на четырехтактной платформе с помощью регулируемого клапана.

Двухтактный цикл сгорания имеет более высокую удельную мощность по сравнению с четырехтактным аналогом. Современная конструкция 4-тактного двигателя меньшего размера может значительно выиграть от этого свойства 2-тактного цикла. Используя соответствующие системы регулируемого клапана, наддува и прямого впрыска топлива, оба цикла могут быть реализованы на одной платформе двигателя.В этом исследовании изучались двухклапанные стратегии для достижения двухтактного цикла в четырехтактном двигателе. Первая стратегия основана на сбалансированных тактах сжатия и расширения, в то время как газообмен осуществляется посредством двух разных ходов. Второй подход представляет собой новую стратегию 2-тактного сгорания, здесь именуемую 2-тактным двигателем Миллера, которая поддерживает расширение, достигаемое в 4-тактном цикле, но подавляет газообмен в такте сжатия. Первый 2-тактный цикл привел к увеличению крутящего момента на 63% при 1000 об / мин на 4-тактном двигателе с наддувом без увеличения максимального давления в цилиндрах.Вторая двухтактная стратегия, использующая концепцию цикла Миллера, привела к увеличению крутящего момента на 51,5% при 1000 об / мин и более высокой термической эффективности, чем первая стратегия клапана. 2-тактный цикл Миллера был предложен как средство перехода от 4-тактного к 2-тактному двигателю с прогрессивной передачей крутящего момента и без необходимости дросселирования впуска. Двухтактный цикл является потенциальным решением для преодоления некоторых трудностей, с которыми сталкиваются бензиновые двигатели с уменьшенными габаритами при работе с высокими нагрузками.В частности, этот цикл будет полезен в условиях, когда двигатель уже работает при пиковом давлении в цилиндре, а дополнительный выходной крутящий момент не является легко достижимым.

Школа

  • Авиационная, автомобильная, химическая промышленность и инженерия материалов

Кафедра

  • Авиационная и автомобильная инженерия

Опубликовано на

JSAE / SAE 2015 International Meeting

Volume

SAE 2015 -01-1974 / JSAE 20159333

Цитирование

PUGNALI, L.D. и CHEN, R., 2015. Технико-экономическое обоснование эксплуатации двухтактных циклов Миллера на четырехтактной платформе с помощью регулируемого клапана. Технический документ SAE 2015-01-1974.

Издатель

© SAE International

Версия

AM (принятая рукопись)

Заявление издателя

Эта работа предоставляется в соответствии с условиями Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC- НД 4.0) лицензия. Полная информация об этой лицензии доступна по адресу: https: // creativecommons.org / licenses / by-nc-nd / 4.0 /

Дата публикации

2015

Примечания

Этот документ был также представлен на JSAE / SAE 2015 Powertrains, Fuels & Lubricants International Meeting, Kyoto, Japan, SAE 2015-01 -1974 / JSAE 20159333. Документ находится в закрытом доступе до 1 марта 2016 года.

Язык

en

Местоположение

Киото, Япония

Как работает дизельный двигатель?

Даже если вы понимаете основные различия между дизельными и газовыми автомобилями, вы все равно можете задаться вопросом, что же на самом деле происходит под капотом! В любом случае, как работает дизельный двигатель и в чем заключаются преимущества, которые он предлагает по сравнению с двигателями внутреннего сгорания? Важно отметить, что дизельное топливо почти всегда автоматически воспламеняется в цилиндре, без использования свечи зажигания.


Сжигание дизельного топлива: от начала до конца

В большинстве дизельных двигателей используется тот же 4-тактный цикл сгорания, который можно было наблюдать с бензиновыми двигателями, с одной оговоркой: дизельные двигатели сжимают воздух на гораздо более высоких уровнях, а когда воздух сжимается, он нагревается. Поскольку температура воздуха в цилиндрах дизельного двигателя выше, чем температура «самовоспламенения» дизельного топлива, свеча зажигания не требуется, чтобы заставить вас двигаться.

Итак, как работает дизельный двигатель? Вот весь процесс, как это происходит в 4-тактном цикле:

  • Ход 1: Впуск воздуха - Открытие впускного клапана позволяет свежему воздуху попадать в камеру сгорания.Поршень опускается при поступлении воздуха.
  • Ход 2: Сжатие - Поршень сжимает воздух в цилиндре, возвращаясь вверх. Наиболее распространены степени сжатия от 15: 1 до 25: 1.
  • Ход 3: Сгорание - Когда воздух достаточно сжат при достаточно высокой температуре, топливо впрыскивается в цилиндр, где оно немедленно сгорает. Это создает мощность, которая направляется через коленчатый вал для движения автомобиля вперед. Он также толкает цилиндр обратно вниз.
  • Такт 4: выхлоп - Четвертый и последний ход выталкивает выхлоп из второго клапана, чтобы освободить место для большего количества свежего воздуха.

Сравнить дизельные и газовые двигатели : Дизельные и газовые двигатели обычно считаются разными инструментами, предназначенными для разных работ. Хотя ни один из них нельзя назвать лучше другого, дизельные двигатели, как правило, более эффективны, долговечны и способны создавать гораздо больший крутящий момент, чем другие двигатели внутреннего сгорания.Это означает, что дизельное топливо предпочтительнее во многих отраслях промышленности рядом с Расином.


Сравнение 2-тактных дизельных двигателей с 4-тактными двигателями

Не все дизельные двигатели работают одинаково. Один из наиболее распространенных вариантов связан с циклом сгорания. Вот как это работает на практике:

  • Как работает 2-тактный дизельный двигатель? - При двухтактном цикле сгорания воздухозаборник и выхлоп могут происходить через отверстия в гильзе цилиндра, а не через специальные клапаны.(В некоторых двухтактных циклах используется один клапан, а другой нет.) Это еще больше упрощает конструкцию двигателя, что приводит к снижению веса. В некоторых случаях 4-тактные дизельные двигатели весят в два раза больше, чем 2-тактные дизельные двигатели.
  • Как работает 4-тактный дизельный двигатель? - Поглощение воздуха через клапан требует, чтобы поршень переместился вверх и вниз еще раз, чем при двухтактном цикле, но это также означает, что топливо сжигается только при каждых четырех тактах, а не при каждом другом.По этой причине 4-тактные двигатели обычно намного эффективнее двухтактных дизельных двигателей.

Двигатели с цилиндрами диаметром менее 600 мм (24 дюймов) могут использовать 2-тактные или 4-тактные циклы сгорания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *