Двигатель Отто - принцип действия

[morskoj]

Описание

Двигатель Отто (1) – это двигатель внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, в котором энергия топлива превращается в поступательное движение.
В двигателе Отто топливовоздушная смесь (на базе бензина или газа) приготавливается вне камеры сгорания с помощью смесеобразующих устройств. Смесь всасывается в камеру сгорания движущимся вниз поршнем.
При движении поршня вверх смесь сжимается, и в нужный момент система зажигания посредством свечи поджигает смесь. Теплотворная способность топлива резко повышает давление в цилиндре, и поршень с отдачей энергии через коленчатый вал снова идёт вниз. После каждого сгорания отработанные газы выводятся из цилиндра и вновь всасывается свежая топливовоздушная смесь. Такой газообмен происходит в автомобильных двигателях преимущественно по четырёхтактному принципу. Для совершения одного рабочего цикла требуется два оборота коленчатого вала.

Четырёхтактный цикл

Принцип поршневого двигателя

Screenshot_1.jpg (43.89 КБ) 16 просмотров

В четырёхтактных двигателях Отто газообмен управляется клапанами. Они открывают и закрывают впускные и выпускные каналы цилиндра:

1. 1-ый такт: Впуск

• - Впускной клапан: открыт

• - Выпускной клапан: закрыт

• - Движение поршня: вниз

• - Сгорание: нет

Движущийся вниз поршень увеличивает объём цилиндра и всасывает свежую топливовоздушную смесь через открытый впускной клапан.

2. 2-ой такт: Сжатие и зажигание

• - Впускной клапан: закрыт

• - Выпускной клапан: закрыт

• - Движение поршня: вверх

• - Сгорание: фаза воспламенения (зажигание)

3. 3-ий такт: Сгорание и рабочий ход

• - Поршень движется вниз под давлением расширяющихся газов

• - Происходит преобразование тепловой энергии в механическую

4. 4-ый такт: Выпуск

• - Впускной клапан: закрыт

• - Выпускной клапан: открыт

• - Поршень движется вверх, выталкивая отработанные газы

¹) Николаус Август Отто (1832-1891) - в 1878 году на Парижской всемирной выставке впервые показал газовый двигатель со сжатием по четырёхтактному рабочему принципу.

Движущийся вверх поршень уменьшает объём в цилиндре и сжимает топливовоздушную смесь. Перед достижением верхней мёртвой точки (ВМТ) свеча зажигает сжатую смесь, начиная тем самым процесс сгорания. Из рабочего объёма цилиндра Vh и объёма камеры сгорания Vc создаётся степень сжатия ε=(Vh+Vc)/Vc.
Степень сжатия в зависимости от конструкции двигателя составляет от 7 до 13. С её ростом увеличивается термический К.П.Д. и топливо используется более эффективно. К примеру: повышение степени сжатия с 6 до 8 повышает термический К.П.Д. на 12 %. Степень сжатия определяет детонационную границу. Детонация - это неконтролируемое сгорание смеси с резким повышением давления. Она ведёт к разрушению двигателя. С применением оптимальных видов топлива и созданием соответствующих камер сгорания можно сдвинуть границу детонации в сторону повышения степени сжатия.

Рабочий ход

впускной клапан: закрыт, выпускной клапан: закрыт, движение поршня: вниз, сжигание: фаза сгорания.

После того, как искра зажигания воспламенила сжатую топливовоздушную смесь, происходит подъем температуры вследствие сгорания. Давление в цилиндре растёт и движет поршень вниз. Поршень передаёт через шатун на коленчатый вал двигателя работу, которая может быть использована. Мощность растёт с увеличением крутящего момента (P=M⋅ωP=M⋅ω). Характеристика мощности и крутящего момента двигателя внутреннего сгорания обуславливают наличие передачи в зависимости от эксплуатационных условий.

Такт выпуска

• впускной клапан: закрыт

• выпускной клапан: открыт

• движение поршня: вверх

• сгорание: нет

Движущийся вверх поршень выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан. После этого цикл повторяется. В целях улучшения газообмена, заполнения и продувки цилиндра на незначительный момент времени оба клапана остаются открытыми.

Рабочий ход четрыехтактного двигателя Отто

Screenshot_2.jpg (163.97 КБ) 15 просмотров