Что такое такт из каких тактов состоит рабочий цикл двигателя

«Двигатель внутреннего сгорания». 8-й класс

Класс: 8

Презентация к уроку

Цель урока: рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей, углубить знания учащихся о тепловых двигателях.

I. Подготовка к восприятию нового материала:

  1. Какие два вида механической энергии вы знаете?
  2. Какую энергию называют кинетической? Потенциальной?
  3. Приведите примеры превращения потенциальной энергии тела в кинетическую; кинетической энергии – в потенциальную.
  4. Дайте определение внутренней энергии тела.
  5. Приведите примеры превращения механической энергии тела в его внутреннюю энергию.

1. Историческая справка (сообщение ученика)

1698 г. Томас Сэвери (английский инженер) создал машину, которая преобразовывала внутреннюю энергию в механическую (тепловой двигатель) , его использовали для откачки воды из угольных шахт.

1710 г. Томас Ньюкомен (английский инженер) предложил пароатмосферный двигатель , в котором пар внутри цилиндра толкал вверх поршень. Для возврата в нижнее положение его охлаждали, пар конденсировался, давление в цилиндре падало, и под действием атмосферного давления поршень опускался вниз. Затем цилиндр снова нагревали, чтобы заставить пар толкать поршень вверх. На всё это уходило много времени и, двигатель работал очень медленно и с низким КПД.

1766 г. Иван Иванович Ползунов. (русский изобретатель) разработал чертежи двухцилиндровой паровой машины. Для ее изготовления Ползунову пришлось сделать различные инструменты, токарный станок для обработки металла “на водяном ходу”. При этом Ползунову удалось изготовить все детали паровой машины всего за 13 месяцев. Некоторые детали весили до 2720 килограммов.

2. Теоретический материал (ученики работают с текстом по плану, каждый пункт сопровождается слайдом.).

А) Решение задачи 1 (слайд №2)

Б) Решение задачи 2 слайд №3)

В) Решение задачи 3 (слайд №4)

Г) Двигатель внутреннего сгорания

Внутренней энергией обладают все тела – земля, кирпичи, облака и так далее. Однако чаще всего извлечь ее трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, «горючих» и «горячих» тел. К ним относятся: нефть, уголь, теплые источники вблизи вулканов и так далее. Рассмотрим один из примеров использования внутренней энергии таких тел. (слайд №5)

Д) Составные части двигателя внутреннего сгорания (слайд №6)

Е) Карбюраторный двигатель. (слайд №7)

карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.

Ж) Основные части ДВС (слайд №8)

З) Работа этого двигателя состоит из нескольких повторяющихся друг за другом этапов, или, как говорят, тактов. Всего их четыре. Отсчет тактов начинается с момента, когда поршень находится в крайней верхней точке, и оба клапана закрыты. (слайд №9)

И) Первый такт называется впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь камеры сгорания. После этого впускной клапан закрывается. (слайд №10)

К) Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь. (слайд №11)

Л) Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь почти мгновенно сгорает и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз. (слайд №12)

М) Четвертый такт – выпуск (рис «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает газы из камеры сгорания в выхлопную трубу. Затем клапан закрывается. (слайд №13)

Н) ФИЗМИНУТКА. (слайд №14)

О) Дизельный двигатель. (слайд №15)

В 1892 г. немецкий инженер

Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией.

П) Принцип работы: (слайд №16)

В цилиндры двигателя Дизеля попадает только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и внутренняя энергия воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.

Р) Такты работы: (слайд №17)

  • всасывание воздуха;
  • сжатие воздуха;
  • впрыск и сгорание топлива – рабочий ход поршня;
  • выпуск отработавших газов.

Существенное отличие: запальная свеча становится ненужной, и ее место занимает форсунка – устройство для впрыскивания топлива; обычно это низкокачественные сорта бензина.

С) Некоторые сведения о двигателях. (слайд №18)

Т) Назови основные части ДВС. (слайд №20)

У) 1. Назовите основные такты работы ДВС. (слайд №21)

2. В каких тактах клапаны закрыты?

3. В каких тактах открыт клапан 1?

4. В каких тактах открыт клапан 2?

5. Отличие ДВС от дизеля?

Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре

Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой

Четырехтактный двигатель – один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4 такта).

«Неисправности двигателя внутреннего сгорания»
план-конспект занятия (8 класс)

Разработка урока с применением электронно-образовательных ресурсов по теме «Неисправности двигателя внутреннего сгорания»

(Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «Мир автомобилей» )

Скачать:

Вложение Размер
razrabotka_uroka_s_primeneniem_ikt.doc 71.5 КБ

Предварительный просмотр:

Разработка урока с применением электронно-образовательных ресурсов по теме «Неисправности двигателя внутреннего сгорания»

(Дополнительная общеобразовательная общеразвивающая программа «Мир автомобилей» )

  • Кот Анатолий Иванович, педагог дополнительного образования.МАУДО Сургутского района «Центр детского творчества»

Цель занятия: формирование знаний обучающихся о признаках и причинах неисправностей двигателя внутреннего сгорания , используя для данной цели электронно-образовательные ресурсы.

  • познакомить обучающихся с неисправностями четырехтактного бензинового двигателя легкового автомобиля, с признаками и причинами их возникновения;
  • способствовать развитию у обучающихся понимания общего устройства двигателя внутреннего сгорания для определения неисправностей и выбора методов их устранения; развивать умение делать выводы; расширять словарный запас технических терминов и понятий;
  • воспитывать бережное отношение к технике, понимание необходимости бережного отношения к окружающей среде.

Методическая цель: связь теоретического обучения с практическим обучением.

  • повторить пройденный материал;
  • изложить информацию по теме;
  • закрепить полученные знания;
  • проконтролировать качество усвоения нового материала и оценить знания обучающихся.

Оборудование, учебно-наглядные пособия:

  • компьютер,
  • мультимедийный проектор и экран;
  • компьютерные программы;
  • карточки-задания;
  • презентация “Неисправности двигателя внутреннего сгорания»
  • “Автослесарь. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей»: учебное пособие.Ю.Т. Чумаченко, А.И.Герасименко, Б.Б,Рассанов. Ростов-на-Дону: Феникс,2002.
  • макет двигателя внутреннего сгорания;
  • схема двигателя внутреннего сгорания .

Основной метод: объяснительно-иллюстративный с применением ЭОР.

Раздаточный материал : учебники, карточки с заданиями по теме “Неисправности двигателя внутреннего сгорания».

I. Организационный момент.

(Цель этапа: приветствие,проверка готовности обучающихся к занятию,быстрое включение их в рабочий ритм.)

II. Повторение пройденного материала.

(Цель этапа: актуализация опорных знаний, умений и мотивационных состояний.)

1. Педагог делит группу на три подгруппы. Каждая подгруппа получает карточку с заданиями. На выполнение заданий отводится 3 минуты. Обучающиеся совместно обсуждают варианты ответов. По истечении заданного времени отвечает на вопросы один представитель каждой подгруппы.

2. Обобщение ответов обучающихся и переход к восприятию нового материала.

  • Определите основное назначение двигателя внутреннего сгорания.
  • Назовите механизмы и системы двигателя. Какие функции они выполняют?
  • Что называется рабочей смесью?
  • Что такое рабочий цикл двигателя?Из каких тактов состоит цикл четырехтактного двигателя?
  • Из каких основных деталей состоит кривошипно-шатунный механизм?
  • Назвать детали газораспределительного механизма.

III. Сообщение темы и цели занятия.

  1. Как классифицируются двигатели по способу воспламенения топлива и смесеобразования ? Назовите их.
  2. Как они работают?
  3. Как не допустить поломку двигателя?
  4. Если происходит поломка двигателя, как устранить неисправность?

Педагог благодарит за ответы и переходит к сообщению темы лекции – диалога “Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания”.

Знания по этой теме вам нужны будут для понимания общего устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, чтобы в дальнейшем вовремя определить неисправность и принять меры к ее устранению. А также для правильного обслуживания автомобиля, увеличивая срок его эксплуатации.

IV. Работа по теме.

(Цель этапа: изложение нового материала.)

Изучение содержания темы происходит с помощью лекционного материала по теме “ Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания” с применением материалов презентации “Устройство автомобиля » , схемы двигателя внутреннего сгорания и макета двигателя внутреннего сгорания.

Применение данной формы работы (лекция-диалог), презентации “ Устройство автомобиля”, схемы двигателя внутреннего сгорания и макета двигателя внутреннего сгорания способствует развитию познавательной деятельности обучающихся.

Педагог рассказывает теоретический материал, задаёт вопросы и демонстрирует презентацию “Устройство автомобиля” и схему двигателя внутреннего сгорания.

Обучающиеся конспектируют лекцию, участвуют в диалоге, отвечая на вопросы.

1. Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – самый распространенный тип двигателя легкового автомобиля. Работа двигателя этого типа основана на свойстве газов расширяться при нагревании. Источником теплоты в двигателе является смесь топлива с воздухом (горючая смесь).

  • Какие типы двигателя вы знаете?

Двигатели внутреннего сгорания бывают двух типов: бензиновые и дизельные. В бензиновом двигателе горючая смесь (бензина с воздухом) воспламеняется внутри цилиндра от искры, образующейся на свече зажигания.

  • Для чего нужен воздух? (Для поддержания горения в качестве окислителя.)

В дизельном двигателе горючая смесь (дизельного топлива с воздухом) воспламеняется от сжатия, а свечи зажигания не применяются. На обоих типах двигателей давление образующейся при сгорании горючей смеси газов повышается и передается на поршень.

Поршень перемещается вниз и через шатун действует на коленчатый вал.

  • В результате этого, что происходит с коленчатым валом? (Он вращается.)

Для сглаживания рывков и более равномерного вращения коленчатого вала на его торце устанавливается массивный маховик. (Педагог демонстрирует на макете)

Рассмотрим основные понятия о двигателе внутреннего сгорания и принцип его работы. (Слайд 3)

В каждом цилиндре установлен поршень .

Крайнее верхнее его положение называется верхней мертвой точкой (ВМТ).

  • А крайнее нижнее положение как будет называться? ( Нижней мертвой точкой (НМТ).)

Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня . За один ход поршня коленчатый вал повернется на половину оборота.

Камера сгорания (сжатия) – это пространство между головкой блока цилиндров и поршнем при его нахождении в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра – пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из ВМТ в НМТ.

Рабочий объем двигателя – это рабочий объем всех цилиндров двигателя.

  • В каких единицах измерения выражается объём двигателя? (В литрах.)

Его выражают в литрах, поэтому нередко называют литражом двигателя. Полный объем цилиндра – сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра.

Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. Степень сжатия у бензинового двигателя равна 8–10, у дизельного – 20–30.

От степени сжатия следует отличать компрессию . Компрессия – это давление в цилиндре в конце такта сжатия характеризует техническое состояние (степень изношенности) двигателя. Если компрессия больше или численно равна степени сжатия, состояние двигателя можно считать нормальным.

  • А если компрессия меньше степени сжатия. Что это означает? (Изношенность двигателя.)

Мощность двигателя – величина, показывающая, какую работу двигатель совершает в единицу времени. Мощность измеряется в киловаттах (кВт).

  • В каких единицах ещё может измеряться мощность двигателя? (В лошадиных силах.)

При этом одна л.с. ≈ 0,74 кВт.

Крутящий момент ДВС численно равен произведению силы, действующей на поршень во время расширения газов в цилиндре, на плечо ее действия. Крутящий момент определяет силу тяги на колесах автомобиля: чем больше крутящий момент, тем лучше динамика разгона автомобиля.

Такт – процесс (часть рабочего цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, рабочий цикл которого происходит за 4 хода поршня, называется четырехтактным независимо от количества цилиндров.

2. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. (Слайды 4, 5)

Мастер производственного обучения рассказывает теоретический материал и демонстрирует рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя на макете двигателя внутреннего сгорания и презентацию “Устройство автомобиля”.

1-й такт – впуск. При движении поршня 3 вниз в цилиндре образуется разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан 1 в цилиндр из системы питания поступает горючая смесь (смесь топлива с воздухом). Вместе с остаточными газами в цилиндре горючая смесь образует рабочую смесь и занимает полный объем цилиндра;

2-й такт – сжатие. Поршень под действием коленчатого вала и шатуна перемещается вверх. Оба клапана закрыты, и рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания;

3-й такт – рабочий ход, или расширение. В конце такта сжатия между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра.

  • И что происходит в этот момент? (Воспламенение рабочей смеси.)

А в дизельном двигателе рабочая смесь самовоспламеняется от сжатия.

  • Под давлением расширяющихся газов, что происходит с поршнем и коленчатым валом? (Поршень перемещается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал.)

4-й такт – выпуск. Поршень перемещается вверх, и через открывшийся выпускной клапан 4 выходят наружу из цилиндра отработавшие газы.

  • Куда попадают отработавшие газы? (Через выхлопную систему в атмосферу.)

При последующем ходе поршня вниз, цилиндр вновь заполняется рабочей смесью и цикл повторяется.

Как правило, двигатель имеет несколько цилиндров. В многоцилиндровых двигателях такты работы цилиндров следуют друг за другом в определенной последовательности. Чередование рабочих ходов или одноименных тактов в цилиндрах многоцилиндровых двигателей в определенной последовательности называется порядком работы цилиндров двигателя . Порядок работы цилиндров в четырехцилиндровом двигателе чаще всего принят 1–3–4–2, где цифры соответствуют номерам цилиндров, начиная с передней части двигателя. Порядок работы двигателя необходимо знать для правильного присоединения проводов высокого напряжения к свечам при установке момента зажигания и для последовательности регулировки тепловых зазоров в клапанах.

В двигателе внутреннего сгорания применяются следующие механизмы: кривошипно-шатунный и газораспределительный.
Рассмотрим детали кривошипно-шатунного механизма. (Слайд 6)
Рассмотрим детали газораспределительного механизма. (Слайд 7)
Работу этих механизмов мы изучим на следующих занятиях.

V. Закрепление пройденного материала (практическая работа).

(Цель этапа: систематизация и обобщение знаний. Проверка объёма и глубины полученных знаний, умение использовать их на практике.)

Совместная работа педагога и обучающихся с опорой на макет двигателя внутреннего сгорания. Педагог задает вопросы, обучающиеся отвечают.

  1. Показать детали двигателя внутреннего сгорания.
  2. Рассказать о тактах двигателя внутреннего сгорания.
  3. Рассказать о взаимосвязи деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.
  4. Рассказать о порядке работы двигателя.

VI. Домашнее задание.

(Цель этапа: закрепление полученных знаний на занятии.)

Самостоятельная работа с конспектом.

VII. Подведение итогов занятия, выставление оценок.

(Цель этапа: выяснение, что нового узнали обучающиеся на уроке; оценивание работы группы в целом и отдельных обучающихся.)

1. Ответы обучающихся на вопросы

Вопросы к группе:

  • Какая тема урока у нас сегодня была?
  • Для чего мы изучали устройство и работу двигателя?
  • Какие новые механизмы двигателя вы узнали?
  • Работа какого механизма вам не достаточно понятна?

2. Оценка работы обучающихся.

  • Кто, по вашему мнению, сегодня на занятии заслуживает высокой оценки?

Педагог оценивает работу обучающихся.

Всем спасибо за активную работу на занятии. Всего доброго.

Что такое такт из каких тактов состоит рабочий цикл двигателя

Выберите из предложенного перечня два верных утверждения и запишите номера, под которыми они указаны.

1) Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется в дополнительных внешних носителях.

2) Двигатель состоит из цилиндров.

3) В двухтактных ДВС работа поршня ограничивается двумя тактами.

4) Такт — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности.

Прочитайте текст и выполните задания 14 и 15.

Двигатель внутреннего сгорания

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала. Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

В двухтактных ДВС работа поршня ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются. В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности. Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т. п. маломощная техника.

СПОСОБ РАБОТЫ ПОРШНЕВОГО ДВС

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет снизить тепловую напряженность и повысить параметры рабочего цикла двигателя. Способ работы поршневого ДВС состоит в непосредственном преобразовании поступательного движения поршня на такте расширения в электрическую энергию в линейном электрогенераторе и последовательного чередования тактов расширения, газообмена и сжатия. При этом возвратно-поступательное движение поршня на такте сжатия осуществляется путем преобразования электрической энергии в кинетическую энергию поршня в линейном электродвигателе, обращенном из электрогенератора, между отдельными циклами осуществляется временная задержка перемещения поршня в момент остановки его в конечной точке расширения, максимальное давление сгорания доводится до 25 МПа и выше, а температура сгорания — до 3000 К и выше. 2 ил.

Способ работы поршневого ДВС путем непосредственного преобразования поступательного движения поршня на такте расширения в электрическую энергию в линейном электрогенераторе и последовательного чередования тактов расширения, газообмена и сжатия, отличающийся тем, что возвратно-поступательное движение поршня на такте сжатия осуществляется путем преобразования электрической энергии в кинетическую энергию поршня в линейном электродвигателе, обращенном из электрогенератора, а между отдельными циклами осуществляется временная задержка перемещения поршня в момент остановки его в конечной точке расширения, при этом максимальное давление сгорания доводится до 25 МПа и выше, а температура сгорания до 3000 К и выше.

Изобретение относится к области поршневых ДВС, предназначенных для привода электрических генераторов.

Общеизвестны способы работы двухтактного и четырехтактного ДВС [1, см. с. 13] с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ) с последовательным чередованием тактов сжатия, расширения и газообмена. КПД таких современных судовых дизелей достиг 50% [2, см. с. 74]. Тепловая напряженность этих ДВС достигла предела возможности смазывающих свойств лучших смазочных масел.

Высокий уровень тепловой напряженности обусловлен особенностями работы КШМ, который не допускает какой-либо временной задержки перемещения поршня между отдельными рабочими циклами, чтобы именно в этот интервал времени отводить тепло. В известных ДВС, не имеющих КШМ (двигатель Ванкеля, с косой шайбой, орбитальные и свободнопоршневые), отдельные рабочие циклы также следуют друг за другом непрерывно.

Известен импульсный дизель-генератор [3, см. патент РФ 2141570], содержащий два свободных поршня в расширительном цилиндре с продувочными окнами и якорь-поршень, помещенный в ускорительном цилиндре, имеющем обмотку статора линейного генератора. Оба цилиндра с двух сторон соединены каналами с электромагнитными клапанами. Взаимодействие якорь-поршня с рабочими поршнями обеспечивает их поочередную работу по циклу дизеля в левой и правой половине расширительного цилиндра, энергия которых воспринимается через якорь-поршень линейным генератором.

Недостатком этого, довольно сложного по газовым коммуникациям двигателя с многочисленными системами окон и клапанов, является сложное взаимодействие рабочих поршней с якорь-поршнем. Сомнительно, что такое асимметричное взаимодействие поршней можно осуществить без синхронизирующих механизмов, обычных даже для симметричных свободнопоршневых двигателей.

Известен свободнопоршневой ДВС без КШМ [4, см. авт. св. СССР 985365], в котором возвратно-поступательное движение поршня двойного действия преобразуется непосредственно в электрическую энергию при помощи линейного электрогенератора.

Основным недостатком этого двигателя остается высокая тепловая напряженность, несмотря на отсутствие КШМ, так как принцип двойного действия требует чередования рабочих ходов без каких-либо временных пауз, поэтому и здесь не удастся достичь высоких параметров сгорания.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является возможность управления временем задержки поршня в крайней точке расширения (КТР), между циклами.

Техническим результатом изобретения является снижение тепловой напряженности двигателя и повышение параметров рабочего цикла до 25 МПа и более по максимальному давлению сгорания и соответственному повышению максимальной температуры цикла и, следовательно, его КПД.

Упомянутая задача достигается тем, что в способе работы поршневого ДВС путем непосредственного преобразования поступательного движения поршня на такте расширения в электрическую энергию в линейном электрогенераторе происходит последовательное чередование тактов расширения, газообмена и сжатия. При этом, возвратно-поступательное движение поршня на такте сжатия осуществляется путем преобразования электрической энергии в кинетическую энергию поршня в линейном электродвигателе, обращенном из электрогенератора, а между отдельными циклами осуществляется временная задержка перемещения поршня в момент остановки его в КТР, при этом максимальное давление сгорания доводится до 25 МПа и выше, а температура сгорания — до 3000 К и выше.

Сущность изобретения показана на схемах, где:
— на фиг.1 показано возможное устройство для реализации способа;
— на фиг.2 показан рабочий цикл ДВС, реализуемый данным способом.

Устройство представляет собой двухтактный ДВС, содержащий цилиндр 1 с выпускными окнами 2 и впускным клапаном 3 с приводом 4. Внутри цилиндра 1 помещен поршень 5, который штоком 6 связан с якорем 7 линейного электрогенератора-двигателя 8. Цилиндр 1 имеет со стороны крайней точки расширения (КТР) дополнительную крышку 9 для создания воздушной подушки. Электрогенератор 8 связан посредством блока управляемых вентилей 10 с аккумулятором электрической энергии 11. Кроме того, электрогенератор 8 связан с микропроцессором 12, который дополнительно соединен с приводом 4 клапана 3, а также с датчиками положения поршня 13, которые выдают импульсы при прохождении мимо них стальной гребенки 14. Таким образом, микропроцессор 12 «знает» в каком положении находится вся система подвижных деталей двигателя. Якорь 7 генератора 8 имеет обмотку возбуждения 15, управляемую микропроцессором 12 через скользящие контакты. На фиг.1 эта электрическая цепь не показана. Статор генератора 8 имеет силовую обмотку 16, откуда и поступает ток в аккумулятор 12.

Двигатель работает следующим образом. На такте расширения поршень 5 движется к КТР и перемещает якорь 7 линейного электрогенератора 8, энергия которого запасается в аккумуляторе 12. Таким образом, энергия движения поршня 5, поглощается электрогенератором 8. При открытии окон 2 начинается выпуск газов. Через некоторое время после открытия этих окон, открывается впускной клапан 3, и осуществляется продувка цилиндра свежим зарядом воздуха. Поршень 5 останавливается в КТР (правая кромка окон). В случае сбоя в микропроцессоре или аварийного обрыва электрической цепи статора, поршень 5 будет остановлен воздушной подушкой на крышке 9, так как, пройдя продувочные окна, он начинает сжимать воздух в этой подушке. При нормальной работе поршень доходит только до правой (см. фиг.1) кромки окон. Поршень 5 остается в КТР некоторое время в соответствии с программой микропроцессора, который затем переключает электрогенератор 8 в режим двигателя, изменяя режим работы блока вентилей 10. При этом поршень 5 начинает свободно разгоняться при открытом клапане 3 и после его закрытия, момент которого также устанавливается микропроцессором, начинается такт сжатия. В заданный программой момент перед крайней точкой сжатия (КТС) микропроцессор подает команду на впрыск топлива. Расчеты показывают, что для достижения необходимых температур сгорание должно начаться в конце такта сжатия, т.е. сжатие продолжается и во время сгорания, что и обеспечит высокую температуру сгорания. Это, конечно, несколько уменьшит индикаторную (полезную работу цикла), но, как показывают расчеты, это снижение невелико и вполне оправдано, так как способствует значительному повышению КПД.

Способ работы двигателя иллюстрируется теоретическим циклом (см. фиг.2).

Дизельный цикл. Разгон поршня 5 осуществляется линейным двигателем, в который обращается генератор 8 путем переключения электрических цепей, и начинается в точке a. В точке b закрывается впускной клапан, и начинается процесс сжатия. В точке с начинается сгорание топлива и продолжается по линиям C-d и d-e. В присутствии КШМ поршень не мог бы двигаться дальше, в сторону уменьшения объема, и процесс сгорания пошел бы по линиям c-d’ и d’-e’. Можно было бы начать процесс сгорания и в точке c’, и тогда была бы достигнута необходимо высокая температура сгорания. Но в точке c процесса сжатия температура свежего заряда уже достаточна для самовоспламенения топливовоздушной смеси. И, если начать процесс сгорания именно здесь, при сравнительно низком давлении, то условия работы топливной аппаратуры оказываются такими же, как у обычного дизеля, и для процесса сгорания добавляется некоторое время, пока поршень идет от точки c до КТС (точка d). Последнее, как известно, очень важно для дизельного цикла. Недостаток этого раннего начала процесса сгорания очевиден. Теряется некоторая часть полезной работы цикла (Lп на фиг.2). Как показывает расчет, эта потеря составляет несколько процентов от полезной работы цикла (L i на фиг.2). Такая малая величина этой работы объясняется тем, что процесс сгорания продолжается при значительном увеличении степени сжатия, когда политропа c-c’ круто идет вверх, что резко отличает этот процесс от процесса сгорания в дизеле с КШМ при чрезмерно большом угле опережения подачи топлива. Там потери этой энергии, как известно, значительно больше.

Далее, от точки e до точки f идет процесс расширения продуктов сгорания. При применении КШМ этот процесс неизбежно заканчивается в точке f’, где давление в цилиндре еще велико. Следовательно, потенциальная энергия этого давления теряется. В предлагаемом цикле расширение может продолжаться и далее (продолженное расширение), до достижения очень небольшого давления (точка f), достаточного только для того, чтобы преодолеть гидравлические сопротивления при выпуске продуктов сгорания. Таким образом, полезная работа цикла увеличивается на величину, эквивалентную площади криволинейной трапеции b-f’-f-а-b (см. фиг.2). Следовательно, процесс продолженного расширения увеличивает КПД цикла. Затем цикл повторяется.

Таким образом, при значительном повышении параметров цикла: по степени сжатия (до 20-40), по максимальному давлению сжатия (до 8-12 МПа), по максимальному давлению сгорания (до 25-40 МПа) и по максимальной температуре сгорания (до 2500-3500 К), тепловая напряженность двигателя остается в допустимых пределах благодаря искусственной остановке поршня в КТР между тактами расширения и сжатия. Кроме того, в предложенном способе естественным образом осуществлено продолженное расширение, такт сжатия короче такта расширения. Все это способствует повышению средней интегральной температуры подвода теплоты и снижения средней интегральной температуры отвода теплоты в цикле, что, как известно, и требуется для повышения его КПД. Предварительные расчеты позволяют надеяться на достижение термического КПД цикла до 70%.

Источники информации
1. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. — М.: «Машиностроение», 1990.

2. Самсонов В.И., Худов Н.И. Двигатели внутреннего сгорания морских судов. — М.: «Транспорт», 1990.

3. Патент РФ 2141570, МКИ F 02 В 71/04, 1993 г.

4. Авт. св. СССР 985365, МКИ F 02 В 71/04, 1982 г. (прототип).

Читать еще:  Хочу поставить инжекторный двигатель
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector