Цикл в двигателе внутреннего сгорания: суть и принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания — это сложный механизм, который преобразует химическую энергию, содержащуюся в топливе, в механическую энергию, необходимую для привода различных видов машин и оборудования. Одним из главных компонентов двигателя внутреннего сгорания является цикл, который определяет порядок работы каждого из его цилиндров.

Цикл в двигателе внутреннего сгорания — это последовательность четырех основных процессов: всасывание, сжатие, воспламенение и выпуск отработанных газов. Каждый процесс выполняется в определенном порядке и имеет свои особенности.

На первом этапе — всасывании — клапан открыт, и при помощи поршня в цилиндр втягивается смесь топлива и воздуха. Затем происходит сжатие, при котором поршень поднимается, сжимая смесь. На третьем этапе — воспламенении — происходит воспламенение смеси, что вызывает взрыв, продвигающий поршень вниз. И, наконец, последний этап — выпуск отработанных газов. Закрывается выпускной клапан, и отработанные газы выбрасываются из цилиндра.

Основные принципы работы цикла в двигателе внутреннего сгорания

Основные принципы работы цикла в двигателе внутреннего сгорания можно разделить на несколько этапов:

1. Впуск

На этом этапе открывается клапан впуска и картер двигателя подает воздух с топливом в цилиндр. Воздух с топливом заполняет пространство над поршнем, который находится внизу цилиндра. В этот момент клапан выпуска закрыт.

2. Сжатие

На этом этапе поршень начинает подниматься вверх, сжимая воздух с топливом в цилиндре. Происходит увеличение давления и температуры смеси внутри цилиндра. В это время клапаны впуска и выпуска закрыты.

3. Рабочий ход

На этом этапе зажигание смеси происходит при помощи свечи зажигания. В результате зажигания происходит взрыв, который сжигает топливо и приводит к быстрому повышению давления и температуры в цилиндре. Поршень отталкивается от давления газов и движется вниз. В этот момент клапан впуска закрыт, а клапан выпуска открыт.

4. Выпуск

На этом этапе клапан выпуска открыт, а клапан впуска закрыт. Газы, остающиеся после сгорания топлива, выбрасываются из цилиндра в выхлопную систему. В это время поршень двигается вверх, выдавливая газы из цилиндра.

Таким образом, основные принципы работы цикла в двигателе внутреннего сгорания заключаются в последовательном выполнении этапов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Этот цикл позволяет мотору преобразовывать энергию топлива в движение и обеспечивает правильную работу двигателя внутреннего сгорания.

Всасывание и подача топливо-воздушной смеси

Всасывание начинается с момента, когда поршень двигателя начинает опускаться после выпуска отработанных газов. В это время клапаны всасывания открываются, позволяя смеси топлива и воздуха проникать во впускной коллектор. Топливо в тактовых двигателях поступает из топливного бака и смешивается с воздухом, который в свою очередь подается во впускной коллектор через впускной фильтр.

Далее, топливо-воздушная смесь подается в цилиндр двигателя, когда клапаны всасывания закрываются, а поршень начинает подниматься. Клапаны всасывания запирают смесь внутри цилиндра, готовя его к впрыскиванию топлива и запуску рабочего цикла.

Оптимальное соотношение топлива и воздуха является ключевым фактором в процессе всасывания и подачи топливо-воздушной смеси. Смесь должна быть богатой топливом для обеспечения эффективного сгорания, но при этом слишком большое количество топлива может привести к снижению мощности и увеличению выбросов.

Важно отметить, что в современных двигателях внутреннего сгорания все процессы всасывания и подачи топлива-воздушной смеси контролируются электронной системой управления двигателем. Это позволяет оптимизировать работу двигателя и обеспечить максимальную эффективность сгорания.

Сжатие смеси и зажигание

Когда поршень достигает верхней точки хода, происходит зажигание смеси. Для этого используется зажигание, которое создает искру в зазоре между электродами свечи зажигания. Происходит вспышка, которая воспламеняет сжатую смесь. Это приводит к резкому увеличению давления и температуры в цилиндре.

Расширение горячих газов

Во время работы цикла внутреннего сгорания газы, полученные в результате сгорания топлива, оказывают давление на поршень, что приводит к движению поршня вниз. В этот момент происходит выход отработанных газов из цилиндра через выпускной клапан.

После того, как выпускной клапан открывается, горячие газы начинают расширяться и выходят в открытую атмосферу. Это происходит из-за изменения объема горячих газов, связанного с движением поршня.

Расширение горячих газов происходит во время хода поршня от ВМТ (верхней мертвой точки) до НМТ (нижней мертвой точки). Когда поршень движется вниз, объем горячих газов увеличивается, что приводит к расширению их и уменьшению давления.

Расширение горячих газов является одним из ключевых этапов работы двигателя внутреннего сгорания, так как именно это превращает тепловую энергию, полученную в результате сгорания топлива, в механическую энергию движения поршня.

Разгон поршня и выпуск отработанных газов

В начале разгонного хода поршень сжимает смесь, при этом давление в камере сгорания повышается, что приводит к интенсивному сгоранию смеси и выделению большого количества энергии. При этом поршень приобретает высокую скорость, что повышает его кинетическую энергию.

По достижении НМТ поршень начинает двигаться обратно вверх, сжимая остаточные газы и отводя их в систему выпуска. Выпуск отработанных газов осуществляется через выхлопную систему, которая включает в себя глушитель и каталитический нейтрализатор.

Глушитель служит для снижения уровня шума выхлопных газов, создаваемых двигателем. Каталитический нейтрализатор уменьшает содержание вредных веществ в выбросах, таких как оксиды азота и углеводороды.

В результате разгона поршня и выпуска отработанных газов двигатель осуществляет работу, преобразуя газовую энергию в механическую, которая передается на коленчатый вал и далее преобразуется в вращательное движение колес автомобиля.

Обратный ход поршня и очистка цилиндра

Очистка цилиндра — важный процесс, который происходит во время обратного хода поршня. При движении в обратную сторону, поршень создает разрежение в цилиндре, так что все остаточные газы из сгоревшей топливно-воздушной смеси выталкиваются через открытый впускной и выпускной клапаны. Это позволяет очистить цилиндр от отработанных газов и подготовить его к следующему рабочему циклу. Очищенный цилиндр приготовлен к впрыску свежей топливной смеси и зажечь ее на новом рабочем ходу.

Обратный ход поршня и очистка цилиндра являются частью повторяющегося цикла, приводящего к непрерывному движению поршня и вращению коленчатого вала. Благодаря этому круговому процессу, двигатели внутреннего сгорания могут работать эффективно и обеспечивать мощность для привода автомобилей и других механизмов.

Повторение цикла и создание движения

Сначала происходит смесительный ход, во время которого в цилиндре воздух сливается с топливом и образует взрывоопасную смесь. Затем следует ход сжатия, когда поршень поднимается и сжимает созданную смесь. После этого наступает рабочий ход, во время которого сжатая смесь подвергается взрыву, расширяется и выдвигает поршень вниз. Наконец, происходит ход выпуска, при котором выгоревшие газы отводятся из цилиндра через выпускной клапан.

После хода выпуска поршень возвращается в исходное положение, заканчивая цикл. Затем все ходы повторяются заново, и процесс движения продолжается. Такой повторяющийся цикл позволяет двигателю функционировать без перерыва и обеспечивает создание постоянного движения.

Цикл внутреннего сгорания является ключевым элементом работы двигателя и позволяет преобразовать энергию горючего в механическую энергию, необходимую для приведения в действие различных механизмов.