Определение.
Поршневой двигатель – один из вариантов двигателя внутреннего сгорания, работающий за счет превращения внутренней энергии сгорающего топлива в механическую работу поступательного движения поршня. Поршень приходит в движение при расширении рабочего тела в цилиндре.
Кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Если двигатель внутреннего сгорания загорается, он имеет резьбовые отверстия, в которых расположены свечи зажигания. Между указанным циклом и соответствующим теоретическим циклом существуют существенные различия как в виде диаграммы, так и в значениях температур и давлений.
Разница в форме состоит из другого профиля в кривых расширения и сжатия, при замене прямолинейных линий введения и вычитания тепла изогнутыми линиями и округлением острых углов. Причины таких различий основаны на следующих причинах. 
Мы называем искровое зажигание одним из способов воспламенения теплового двигателя.
Рабочий цикл двигателя состоит из последовательности тактов односторонних поступательных ходов поршня. Подразделяют двигатели с двумя и четырьмя тактами работы.
Принцип работы двухтактного и четырехтактного поршневых двигателей.
Количество цилиндров в поршневых двигателях может варьироваться в зависимости от конструкции (от 1-го до 24-х). Объем двигателя принято считать равным сумме объемов всех цилиндров, вместимость которых находят по произведению поперечного сечения на ход поршня.
В этих типах двигателей появляется элемент, свеча зажигания, которая способна вызывать искру, когда она получает электрическую энергию. Таким образом, свеча зажигания может преобразовывать электрическую энергию, которая исходит от батареи, в искру. На самом деле, они самые популярные. Этот тип двигателей использует тепловую энергию, вызванную сжиганием топлива для его преобразования.
Термическая машина - это устройство или система, которая работает путем налаживания обмена тепла и работы с окружающей средой. Для достижения этой цели машина преобразует вещество через циклический процесс или последовательность операций. В конце каждого цикла вещество возвращается в исходное состояние, и начинается новый цикл. Он может работать как двигатель, если он превращает тепло в работу, или как холодильник или тепловой насос, если он превращает работу в тепло. Различие между одним и другим дифференцируется, особенно путем запуска зажигания сжигания топлива.
В поршневых двигателях различных конструкций по-разному происходит процесс воспламенения топлива:
Электроискровым разрядом , который образуется на свечах зажигания. Такие двигатели могут работать как на бензине, так и на других видах топлива (природный газ).
Сжатием рабочего тела:
В дизельных двигателях , работающих на дизельном топливе или газе (с 5% добавлением дизтоплива), сжимается воздух, и при достижении поршнем точки максимального сжатия, происходит впрыск топлива, которое воспламеняется от контакта с нагретым воздухом.
Отсюда цикл между одним и другим очень похож. Поршень или поршень передает тягу указанного газа, образующегося при горении, через болт, к шатуну. Нагрузка шатуна передается на кривошип коленчатого вала или приводной вал. Шатун и рукоятка преобразуют альтернативное линейное движение вращательного движения коленчатого вала. Вал вращается между основными подшипниками, установленными самостоятельно.
Особенности конструкции поршня
Выпускной клапан и выпускной коллектор являются каналами, через которые продукты сгорания выгружаются наружу. Как всасывающий клапан, так и выпускной клапан управляются так называемыми распределительными органами. Распределительная ось или ось грузовиков управляются осью посредством цепи или зубчатых колес. Грузовики, установленные на валу, действуют на ряд деталей, таких как толкатели, толкатели и коромысла. Эти части передают движение к клапану в соответствии с законом, определяемым формой соответствующего грузовика.
Двигатели компрессионной модели . Подача топлива в них точно такая же, как и в бензиновых двигателях. Поэтому, для их работы, необходимы особенный состав топлива (с примесями воздуха и диэтилового эфира), а также точная регулировка степени сжатия. Компрессорные двигатели нашли свое распространение в авиастроении и автомобилестроении.
Клапан удерживается на своем сиденье под действием пружины. В двигателе смесь образуется внутри и проходит через трубопровод и всасывающий клапан. Топливо используется для регулирования количества поступающей смеси. Термические двигатели можно классифицировать по-разному в зависимости от нескольких факторов. В зависимости от типа топлива, рабочих циклов и еще 4 переменных.
Всегда ли алюминий лучше, чем сталь? В случае с дизельными двигателями использование стали более интересно, потому что это более подходящий материал, и производители заинтересованы в этой технологии. В секторе промышленных транспортных средств использование поршней из стали не является новинкой, но это относительно в дизельных автомобилях. Традиционно - с 1920-х годов использовались алюминиевые поршни, материал меньшей плотности, чем сталь, и который иногда используется для облегчения веса по отношению к стали.
Калильные двигатели . Принцип их действия во многом схож с двигателями компрессионной модели, однако не обошлось без конструкционной особенности. Роль зажигания в них выполняет – калильная свеча, накал которой поддерживается энергией сгорающего на предыдущем такте топлива. Состав топлива также особенный, за основу берут метанол, нитрометан и касторовое масло. Применяются такие двигатели, как на автомобилях, так и на самолетах.
Но металлургические технологии не останавливаются, чтобы продвинуться, и у стали еще много чего сказать, особенно в сердце двигателей. Свойства алюминия очень интересны. В дизельном двигателе поршни испытывают большие механические и температурные напряжения, и предполагается, что они имеют длительный срок службы. Со стальными поршнями надежность увеличивается, поскольку это материал, который лучше сопротивляется долговременной усталости.
Кроме того, сталь расширяется меньше, так что вы можете принести на поршень больше рубашек. В принципе это хорошо, но имеет побочный эффект. Поскольку сталь лучше выдерживает тепло, масло становится слабым местом системы. При температурах, которые выдерживают сталь, некоторые масла не имеют, поэтому необходимо очень хорошо выбирать тип масла, чтобы его смазочные и охлаждающие свойства не терялись.
Калоризаторные двигатели . В этих двигателях воспламенение происходит при контакте топлива с горячими частями двигателя (обычно – днище поршня). В качестве топлива применяется мартеновский газ. Используются они в качестве приводных двигателей на прокатных станах.
Виды топлива, применяющиеся в поршневых двигателях :
Жидкое топливо – дизтопливо, бензин, спирты, биодизель;
С высокопрочной сталью может быть изготовлен плоский поршень, поэтому вы можете получить два преимущества, или один или другой. Высота головки цилиндра снижается: эти миллиметры, полученные на поршень, могут быть получены в двигателях с более низкой высотой, так что колпаки можно опустить или двигатели располагаться ниже, улучшая центр тяжести автомобиля. шатуна: таким образом, боковые силы уменьшаются, поэтому меньше нужно балансировать двигатель, чтобы быть удобным, эрго - это сэкономленный вес и механическое трение во внутренних компонентах. С другой стороны, соединение штока поршня может быть меньше.
Газы – природные и биологические газы, сжиженные газы, водород, газообразные продукты крекинга нефти;
Вырабатываемый в газогенераторе из угля, торфа и древесины, монооксид углерода также используется в качестве топлива.
Работа поршневых двигателей.
Циклы работы двигателей подробно расписаны в технической термодинамике. Различные циклограммы описываются различными термодинамическими циклами: Отто, Дизеля, Аткинсона или Миллера и Тринклера.
Понижая высоту поршня, шатун может быть длиннее, уменьшая боковые силы и, следовательно, вибрации. Они также легче алюминия, несмотря на их более высокую плотность на единицу объема. Меньший вес означает меньшую нагрузку на коленчатый вал и остальную часть двигателя. С другой стороны, уменьшение высоты поршня также уменьшает трение между поршнем и втулками, что экономит энергию. Постепенно экономия достигается на нескольких фронтах.
Сжигание немного быстрее со сталью из-за ее меньшей теплопроводности. Двигатель предыдущего поколения, который дал ту же мощность, потреблял на 3% больше алюминиевых поршней. Выбросы также немного уменьшаются, поскольку расход масла ниже и меньше сгорает в камере сгорания.
Причины поломок поршневых двигателей.
КПД поршневого ДВС.
Максимальный КПД который удалось получить на поршневом двигателе составляет 60%, т.е. чуть меньше половины сгорающего топлива расходуется на нагрев деталей двигателя, а также выходит с теплом выхлопных газов. В связи с чем, приходится оснащать двигатели системами охлаждения.
Сравнение производительности между поршнями из алюминия и стали, что примерно на 3% меньше потребления с последними. За этой технологией стоят несколько производителей, чтобы включить их в свои дизельные двигатели. Гораздо дороже производить эти поршни из-за необходимых инструментов, а также необходимо вкладывать больше средств в разработку для борьбы с высокой концентрацией температуры, которая поддерживает масло между гильзами цилиндров и поршнем, вторичный эффект более низкой теплопроводности стали.
Двигатель внутреннего сгорания не имеет большой жизненной силы, два или три десятилетия лидерства, но производители должны брать сбережения с обеих сторон. Хотя базовый дизайн двигателей внутреннего сгорания более ста лет, небольшие улучшения могут оказать положительное влияние на производительность, от самого элементарного компонента до самого сложного.
Классификация систем охлаждения:
Воздушные СО
– отдают тепло воздуху за счет ребристой внешней поверхности цилиндров. Применяются ли
бо на слабых двигателях (десятки л.с.), либо на мощных авиационных двигателях, которые охлаждаются быстрым потоком воздуха.
Жидкостные СО – в качестве охладителя используется жидкость (вода, антифриз или масло), которая прокачивается через рубашку охлаждения (каналы в стенках блока цилиндров) и поступает в радиатор охлаждения, в котором она охлаждается воздушными потоками, естественными или от вентиляторов. Редко, но в качестве теплоносителя также используется металлический натрий, который расплавляется от тепла прогревающегося двигателя.
Двигатели внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания - это механизм, используемый для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию, а второй - в механическую. Они называются внутренним сгоранием, потому что химический процесс горения происходит внутри двигателя, а газы, продукт этого, расширяются за счет тепла, создают силу, которая обеспечивает механическую мощность. А также, чтобы отличить его от двигателя внутреннего сгорания или теплового двигателя, в котором генерирование тепловой энергии осуществляется за пределами двигателя, путем сжигания топлива, а затем переносится в термодинамическую физическую среду, чтобы впоследствии стать силой полезный в самом двигателе.
Применение.
Поршневые двигатели, благодаря своему мощностному диапазону, (1 ватт – 75 000 кВт) обрели большую популярность не только в автомобилестроении, но и авиастроении и судостроении. Они также используются для привода боевой, сельскохозяйственной и строительной техники, электрогенераторов, водяных насосов, бензопил и прочих машин, как мобильных так и стационарных.
Вращающиеся пресса выполняют передачу через вращательное движение, например, в турбинах и двигателях на основе конструкции Ванкеля. Принципиальная схема поршневых двигателей. Схематизация турбореактора. Альтернативные двигатели внутреннего сгорания. Большое развитие альтернативных двигателей внутреннего сгорания обусловлено рядом характеристик, которые делают их в выгодном преимуществе по сравнению с другими двигателями, среди которых.
Огромное количество конструктивных положений, которые позволяют адаптировать двигатели к самым разнообразным применениям. В области автомобильной промышленности наиболее широко используется в следующих сегментах. Воздушный двигатель. В области стационарных двигателей его использование включает.
Поршень - деталь поршневой группы двигателя, находящаяся внутри цилиндра. При помощи шатуна поршень соединен с коленчатым валом. Конструкция спроектирована таким образом, что поршень во время работы двигателя постоянно совершает возвратно-поступательное движение, преобразуя энергию расширяющихся при сгорании газов во вращение коленчатого вала.
Поршни могут быть
Сельскохозяйственный привод. Классификация альтернативных двигателей внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания могут быть классифицированы на основе большого количества параметров, связанных с их конструкцией и поведением, из которых наиболее часто используются следующие.
В этих двигателях, в конце стадии сжатия, смесь воздуха и топлива почти однородна или нагрузка неравномерно стратифицирована, в которой процесс сжигания инициируется с помощью внешнего агента, как правило, разряда электрической системы, для последующего распространения через фронт пламени к остальной части камеры сгорания.
Устройство поршня
Поршень состоит из трех частей, хотя и выполняется из единой заготовки: днища, уплотняющей части и юбки. К поршень присоединяется при помощи шатуна. Поршень надевается на шатун и , продетым сквозь деталь. Форма днища поршня двигателя внутреннего сгорания никогда не бывает плоской. В зависимости от конструкции днище может иметь сложную конфигурацию. Сверху над днищем могут быть расположены свечи, форсунки и клапаны.Расстояние от днища поршня до первого компрессионного кольца называется огневым поясом поршня
В этих двигателях текучая среда, поступающая в цилиндр, обычно воздух, сжимается таким образом, чтобы поднять ее температуру до значений, которые гарантируют самовозгорание топлива в момент его впрыскивания в конце стадии сжатия. Они так называются, потому что им требуется четыре удара поршня или две обороты двигателя, чтобы выполнить полный цикл.
Это двигатели, которые, даже если они имеют одинаковые фазы четырехтактных двигателей, полный цикл выполняется только в двух поршневых ходах или, что то же самое, за один оборот двигателя. Согласно типу охлаждения. Это те двигатели, в которых воздух направляется к ребрам на поверхности цилиндра.
Чаще всего в днище поршня можно видеть углубления, предназначенные для того, чтобы не соприкасались с поверхностью поршня. Углубления, как правило, имеют большую глубину с одного края, так как расположенные над ними клапаны установлены под углом. В целом, как правило, общую форму днища делают вогнутой. Это обусловлено тем, что поршень, поднимаясь вверх, является одновременно , а для оптимального распространения пламени вогнутое днище подходит как нельзя лучше. У этой формы есть и свои недостатки - в нижней части впадины быстрее отлагается нагар.
Расстояние от днища поршня до первого компрессионного кольца называется огневым поясом поршня. Поскольку поршень работает в условии экстремально высоких температур, огневой пояс имеет строго просчитанную высоту, которая зависит еще и от материала, из которого выполнен поршень. Снижение высоты ниже определенного предела может привести к преждевременному прогоранию поршня.
Двигатели с воздушным охлаждением или прямое охлаждение. Двигатель дает тепло охлаждающей среде, почти всегда воде, которая обычно действует как промежуточный агент. Обычно в качестве вспомогательного оборудования необходимы вентилятор или радиатор и водяной насос.
Двигатели для охлаждения путем жидкого или непрямого охлаждения. В соответствии с количеством и расположением цилиндров. Двигатели внутреннего сгорания спроектированы с различным количеством цилиндров, от одного до восьми, самых коммерческих. Однако вы также можете найти двигатели с большим количеством цилиндров, например, двенадцать цилиндров. С другой стороны, для строительства этих двигателей используются различные положения. На различные механизмы или конформации в двигателях влияют многие факторы, среди которых можно указать максимально допустимую длину двигателя, общий вес агрегата и крутильные колебания.
В прошлом поршень выполнялся из стали целиком, но в современных двигателях нередко применяются облегченные поршни из алюминиевых сплавов
Поршень - высокоточная деталь, так как одна из его задач - служить основой для компрессионных колец, уплотняющих камеру сгорания в момент сжатия. Со временем поршень изнашивается и обгорает, что приводит к снижению уплотнения - раскаленные газы начинают просачиваться между телом поршня и кольцом, и попадают в картер, а из картера в камеру сгорания просачивается масло.Из этого следует, что может служить признаком износа поршней. Кроме того, об этом можно судить по появлению дыма в потоке выхлопных газов - дым образуется в результате сгорания попадающего в пространство над поршнем масла.
Поршень и поршневые кольца
Сочетание днища и уплотняющей части (служащей основой для колец) называется головкой поршня. В прошлом поршень выполнялся из стали целиком, но в современных двигателях нередко применяются облегченные поршни из алюминиевых сплавов. Алюминий уступает стали в прочности, поэтому для создания основы для верхнего компрессионного кольца его снабжают ободком из обладающего высокими антикорозионными и прочностными свойствами чугуна. В чугунном ободке, вплавленном в тело поршня, нарезают канавку, в которое и вставляется . Этот вид чугуна называется нирезистом.В нижней части головки расположены каналы для маслосъемных колец. Их нарезают на станке и снабжают сквозными отверстиями, через которое снятое с зеркала цилиндра масло по внутренней стенке поршня стекает в поддон картера блока цилиндров.
Поршневой палец
Юбка или направляющая часть поршня снабжена двумя приливами, или бобышками, в которых проделаны отверстия . Поскольку в месте расположения бобышек поршень имеет наибольшую толщину, в нем чаще всего возникают деформации под воздействием температуры. Для того, чтобы избежать риска деформации, часть метала с бобышек срезают на фрезеровочном станке. Служащие для охлаждения и повышающие интенсивность смазывания поршня углубления именуются на техническом сленге «холодильниками».