Механизм внутреннего сгорания является основой работы большинства современных двигателей. От его правильной работы во многом зависит эффективность и надежность автомобиля. Одним из ключевых элементов этой системы является поршень, который играет важную роль в управлении циклом двигателя.
Поршень в цилиндре двигателя представляет собой цилиндрическую металлическую деталь, которая движется внутри цилиндра. Основной задачей поршня является создание высокого давления внутри цилиндра путем компрессии воздуха и топлива, а затем преобразование этой энергии в механическую работу.
Цикл работы поршня в цилиндре можно разделить на четыре основных этапа: впуск, сжатие, расширение и выпуск.
На первом этапе, впуске, поршень опускается вниз, открывая впускные клапаны. Смесь воздуха и топлива под воздействием разницы давлений проникает внутрь цилиндра, заполняя его. Поршень движется вниз до достижения нижней мертвой точки (НМТ), что создает обратную силу пружины клапана, закрывая его перед движением поршня вверх.
На втором этапе, сжатии, поршень поднимается вверх, сжимая смесь воздуха и топлива и создавая высокое давление внутри цилиндра. Давление смеси значительно повышается, топливо начинает гореть от воздействия искры от свечи зажигания, и это приводит к взрыву. Сгорание смеси вызывает резкое увеличение давления, которое воздействует на поршень, создавая механическую работу.
На третьем этапе, расширении, поршень движется вниз под воздействием горячих газов, создаваемых при сгорании смеси. Эти газы расширяются, передвигая поршень вниз и преобразуя тепловую энергию в механическую работу.
На последнем этапе, выпуске, поршень снова поднимается, открывая выпускные клапаны и позволяя выхлопным газам покинуть цилиндр. Поршень движется вверх до достижения верхней мертвой точки (ВМТ), после чего цикл повторяется снова.
Таким образом, поршень является неотъемлемой частью работы двигателя внутреннего сгорания. Его движение в цилиндре включает в себя четыре этапа: впуск, сжатие, расширение и выпуск, каждый из которых необходим для создания мощности и эффективной работы двигателя.
Впуск топливо-воздушной смеси в цилиндр
На этом этапе цилиндр окружен изначально пустым пространством и воздушным потоком, которые могут заполнять его. С целью создания оптимального соотношения между топливо-воздушной смесью в цилиндре и последующего сгорания, подача воздуха и топлива должна быть правильно настроена. Это достигается благодаря управлению временем открытия и закрытия клапанов.
Обычно впускной клапан открывается под воздействием распределительного механизма двигателя, в результате чего в цилиндр попадает воздух вовнутрь и образуется начальное давление.
Затем впускная поршневая полость создает дополнительное давление и затягивает топливо через карбюратор или впрыскиватель. Воздух и топливо смешиваются, образуя топливо-воздушную смесь, которая затем перемещается в цилиндр. Овладевая клапаном, воздух закрывается и подавляется с целью сохранения топлива в цилиндре.
| Этап цикла работы двигателя | Описание |
|---|---|
| Впуск | Открытие впускного клапана и впуск топливо-воздушной смеси в цилиндр |
| Сжатие | Сжатие смеси и создание высокого давления в цилиндре |
| Рабочий ход | Сгорание смеси и преобразование ее энергии в механическую работу |
| Выпуск | Открытие выпускного клапана и выход выхлопных газов из цилиндра |
Сжатие топливо-воздушной смеси
Во время такта сжатия поршень сжимает смесь в цилиндре. Это происходит благодаря движению поршня вверх и уменьшению объема цилиндра. В результате сжатия происходит увеличение плотности смеси и повышение ее температуры.
Правильное сжатие топливо-воздушной смеси критически важно для дальнейшего взрывного процесса сгорания. При оптимальных условиях сжатие должно быть достаточно интенсивным, чтобы топливо и воздух максимально смешались, но при этом не должно вызывать самовозгорания смеси.
Уровень сжатия определяется соотношением между объемом цилиндра на начальном и конечном этапах сжатия. Обычно он измеряется с использованием показателя сжатия. Чем выше показатель сжатия, тем эффективнее происходит сжатие смеси и выше мощность двигателя.
Кроме того, важно отметить, что сжатие топливо-воздушной смеси также влияет на эффективность и экологичность работы двигателя. Недостаточное сжатие может привести к потере мощности и излишним выбросам вредных веществ, в то время как чрезмерное сжатие может привести к детонации, повреждению поршня или других деталей двигателя.
Возгорание сжатой смеси
После сжатия воздушно-топливной смеси в цилиндре, необходимо создать условия для ее самовозгорания. Для этого применяется зажигание топлива. Зажигание внутреннего сгорания происходит в результате подачи высоковольтного импульса на свечу зажигания.
Свеча зажигания представляет собой электротехническое устройство, в котором создается высоковольтный разряд при помощи искры.
Когда поршень достигает точки верхней мертвой точки и сжатая смесь достигает максимального сжатия, свеча зажигания подает разряд и создает искру в комнате сгорания. Искра пробивает промежуток между полюсами свечи, вызывая зажигание смеси.
При точном моменте зажигания, смесь воспламеняется, и начинается процесс сгорания. Зажигание должно производиться так, чтобы пламя сгорания начиналось от центра комнаты сгорания и распространялось равномерно во всех направлениях, обеспечивая плавное сжатие и движение поршня по цилиндру.
Расширение газов в цилиндре
На этом этапе поршень начинает двигаться от ВМТ (верхней мертвой точки) к НМТ (нижней мертвой точке), а клапан выпуска газов закрывается.
Когда поршень начинает опускаться, объем цилиндра увеличивается. В результате этого, давление газов в цилиндре начинает падать.
Расширение газов происходит при поступательном движении поршня. В результате, горячие газы переносят свою энергию на поршень, который затем передает эту энергию коленчатому валу.
На этом этапе происходит основная работа двигателя, так как расширение газов происходит под действием давления и температуры, что приводит к выделению мощности.
| Этапы цикла работы двигателя | Описание |
|---|---|
| Впуск | Смесь горючего и воздуха попадает в цилиндр |
| Сжатие | Смесь горючего и воздуха сжимается поршнем |
| Расширение | Горячие газы расширяются и передают энергию на поршень |
| Выпуск | Выгоревшие газы выбрасываются из цилиндра |
После расширения газов в цилиндре начинается этап выхлопа, на котором выгоревшие газы выбрасываются из цилиндра через выхлопной клапан.
Отвод отработанных газов из цилиндра
Для отвода отработанных газов используется система выпуска. Газы выходят из цилиндра через выпускной клапан, который открывается, когда поршень достигает верхней мертвой точки и начинает двигаться вверх.
Важно отметить, что в процессе отвода отработанных газов в замкнутом объеме цилиндра осуществляется обратный ход поршня, называемый выпускным тактом. Во время выпускного такта поршень сдвигает газы через выпускной клапан и выгоняет их из двигателя в выпускную систему.
Отвод отработанных газов позволяет очистить цилиндр от продуктов сгорания и подготовить его к следующему такту работы двигателя.
Открытие впускного клапана для начала нового цикла
В начале нового цикла работы двигателя открывается впускной клапан. Это происходит после завершения предыдущего цикла, когда отработавшие газы удалены из цилиндра.
Впускной клапан – это устройство, которое открывается для впуска свежей рабочей смеси в цилиндр. Когда поршень двигается вниз от верхней мёртвой точки (ВМТ), воздух или смесь топлива и воздуха под давлением впускается в цилиндр через открытый впускной клапан.
Открытие впускного клапана предшествует сжатию рабочей смеси в цилиндре. В это время выпускной клапан остаётся закрытым, чтобы не допустить выход отработавших газов.
Открытие впускного клапана – это один из важных этапов работы поршня в цилиндре двигателя. От его правильного выполнения зависят дальнейшие этапы цикла и эффективность работы двигателя в целом.