Stūmoklinis vidaus degimo variklis: apibrėžimas, klasifikacija ir veikimo principas

2024 Autorius: Erin Ralphs | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-02-19 17:42

Jau daugiau nei šimtą metų pasaulyje visų ratinių transporto priemonių pagrindinis jėgos agregatas buvo stūmoklinis vidaus degimo variklis. XX amžiaus pradžioje pasirodęs ir garo variklį pakeitęs vidaus degimo variklis XXI amžiuje išlieka pelningiausiu variklių tipu ekonomiškumo ir efektyvumo požiūriu. Pažiūrėkime atidžiau, kaip veikia šio tipo vidaus degimo varikliai, kaip jis veikia, išsiaiškinkime, kokie yra kiti stūmokliniai varikliai.

Apibrėžimas, ICE funkcijos

Mokslo ir technologijų plėtros procese vidaus degimo variklių konstrukcija buvo nuolat tobulinama. Varikliai sugebėjo įrodyti savo efektyvumą. Taip atsirado stūmokliniai vidaus degimo varikliai, o kaip porūšis – karbiuratoriniai ir įpurškimo varikliai. Galima išskirti dyzelinius variklius, rotacinius stūmoklinius ir dujų turbinų blokus.

Benzino ICE

Tradicinis stūmoklinis variklis turi vidaus degimo kamerą. Tai yra variklio bloko viduje esantis cilindras. Degant kurui, išsiskiria energija, kuri vėliau paverčiama mechaniniu alkūninio veleno judėjimu. Dėl stūmoklių, veikiančių švaistiklio ir alkūninio veleno sistemą, judesio, smagratis sukasi. Daugiau apie konstrukciją galite sužinoti atitinkamame GOST stūmokliniame vidaus degimo variklyje.

Karbiuratorinis vidaus degimo variklis skiriasi tuo, kad darbinis kuro ir oro mišinys ruošiamas specialiame įrenginyje – karbiuratoriuje. Mišinys vakuuminiu būdu įpurškiamas į cilindrus. Tada jis užsidega nuo uždegimo žvakės.

Injection ICE yra modernesnio dizaino. Čia vietoj tradicinio mechaninio įrenginio maitinimo sistemoje yra elektroniniai purkštukai. Jie yra atsakingi už tikslaus degalų kiekio įpurškimą tiesiai į variklio cilindrus.

Dyzeliniai ICE

Dyzelinis stūmoklinis vidaus degimo variklis turi tam tikrų struktūrinių ir esminių skirtumų nuo benzininių vidaus degimo variklių.

Jei benzininiame bloke uždegimui naudojama žvakės kibirkštis, tai dyzeliniuose varikliuose veikia kitoks principas ir žvakių nėra, išskyrus švytėjimą. Dyzelinas per purkštukus patenka į cilindrus, susimaišo su oru, o tada visas mišinys suspaudžiamas, ko pasekoje įkaista iki degimo temperatūros.

Rotoriaus stūmoklis

Sukamasis stūmoklinis variklis būtinasskiriasi nuo tradicinio ICE. Dujos veikia specialias dalis ir elementus. Taigi, veikiamas dujų, kilnojamasis rotorius juda specialioje aštuonių figūrų formos kameroje. Kamera atlieka stūmoklių, laiko nustatymo ir alkūninio veleno funkcijas. Fotoaparatas yra aštuonių figūros formos.

Sujungti vienetai

Dujų turbininiuose vidaus degimo varikliuose šiluminė energija paverčiama mechanine energija dėl specialaus rotoriaus su specialiomis mentėmis sukimosi. Šis rotorius varo turbinos veleną.

Specialūs stūmokliniai ir kombinuoto vidaus degimo varikliai (ir tai yra dujų turbininiai ir rotoriniai varikliai) gali būti saugiai įrašyti į raudonąją knygą. Šiandien tik japoniška „Mazda“gamina rotacinį stūmoklinį variklį. „Crysler“kadaise pagamino eksperimentinę dujų turbinų vidaus degimo variklių seriją, tačiau tai buvo septintajame dešimtmetyje ir nė vienas automobilių gamintojas prie šios problemos negrįžo iki šiol.

Sovietų Sąjungoje dujų turbininiai vidaus degimo varikliai buvo montuojami tankuose ir desantiniuose laivuose, tačiau ir ten vėliau buvo nuspręsta tokios konstrukcijos agregatų atsisakyti.

ICE įrenginys

Variklis yra vienas mechanizmas. Jį sudaro cilindrų blokas, švaistiklio mechanizmo dalys, paskirstymo mechanizmas, įpurškimo ir išmetimo sistemos.

Degimo kamera yra cilindrų bloko viduje, kur degalų ir oro mišinys tiesiogiai užsidega, o degimo produktai suaktyvina stūmoklius. Variklio pagalbamechanizmas, kuro degimo energija perduodama alkūniniam velenui. Laiko nustatymo mechanizmas yra būtinas, kad būtų užtikrintas savalaikis įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų atsidarymas ir uždarymas.

Veikimo principas

Užvedus variklį, per įsiurbimo vožtuvą į cilindrus įpurškiamas degalų ir oro mišinys, kuris uždegamas uždegimo sistemos generuojama kibirkštimi ant uždegimo žvakės. Degimo metu susidaro dujos. Kai įvyksta šiluminis plėtimasis, dėl perteklinio slėgio stūmoklis pasislenka ir taip sukasi alkūninis velenas.

Stūmoklinių variklių darbas yra cikliškas. Stūmoklinio vidaus degimo variklio cikle gali būti nuo dviejų iki keturių ciklų. Variklio veikimo ciklai per vieną minutę kartojami kelis šimtus kartų. Taigi alkūninis velenas gali suktis nuolat.

Dvitaktis ICE

Kai variklis užvedamas, stūmoklis yra varomas alkūninio veleno sukimosi. Kai stūmoklis pasiekia apatinę negyvąją vietą ir pradeda judėti aukštyn, į cilindrą bus tiekiamas kuro ir oro mišinys.

Jeigu aukštyn, stūmoklis pradės spausti mišinį. Kai stūmoklis pasieks aukščiausią padėtį, bus sukurta kibirkštis. Kuro ir oro mišinys užsidegs. Plečiantis, dujos stums stūmoklį žemyn.

Šiuo metu atsidarys išmetimo vožtuvas, per kurį degimo produktai gali išeiti iš kameros. Tada vėl pasiekęs apatinį negyvąjį tašką, stūmoklis pradės kelionę į TDC. Visi šie procesai vyksta per vieną alkūninio veleno apsisukimą.

Kadastūmoklis pradės naują judėjimą, atsidarys įsiurbimo vožtuvas ir nauja kuro-oro mišinio dalis pakeis išmetamąsias dujas. Visas procesas prasidės iš naujo. Dviejų taktų stūmoklinis vidaus degimo variklis atlieka mažiau judesių nei keturtaktis. Sumažėję trinties nuostoliai, bet sukuriama daugiau šilumos.

Dujų paskirstymo mechanizmas pakeistas stūmokliu. Stūmokliui judant, atsidaro ir užsidaro cilindrų bloko įsiurbimo ir išmetimo angos. Palyginti su keturtakčiu jėgos agregatu, dviejų taktų variklyje dujų mainai yra didelis trūkumas. Išleidus išmetamąsias dujas prarandamas efektyvumas ir galia.

Nepaisant šio dviejų taktų stūmoklinių vidaus degimo variklių trūkumo, jie naudojami mopeduose, motoroleriuose, kaip užbortiniai varikliai, grandininiuose pjūkluose.

Keturių taktų vidaus degimo variklis

Keturtaktis ICE neturi jokių dvitakčio variklio trūkumų. Tokie varikliai montuojami ant daugumos automobilių ir kitos įrangos. Išmetamųjų dujų įsiurbimas ir išmetimas yra atskiras procesas, jis nėra derinamas su suspaudimu, nors stūmoklinis vidaus degimo variklis veikia nuo mišinio uždegimo. Variklio veikimą sinchronizuoja dujų paskirstymo mechanizmas – vožtuvai atsidaro ir užsidaro sinchroniškai su alkūninio veleno greičiu. Degalų mišinio įsiurbimas atliekamas tik visiškai pašalinus išmetamąsias dujas.

Vidaus degimo variklių privalumai

Verta pradėti nuo populiariausių variklių – eilėjeketurių cilindrų agregatai. Tarp privalumų yra kompaktiškumas, lengvas svoris, viena cilindro galvutė, didelis techninės priežiūros patogumas.

Tarp visų tipų vidaus degimo variklių galima išskirti ir boksinius variklius. Jie nėra labai populiarūs dėl sudėtingesnio dizaino. Jie daugiausia naudojami lenktyniniuose automobiliuose. Tarp privalumų - puikus pirminis ir antrinis balansavimas, taigi ir minkštas darbas. Alkūninis velenas patiria mažiau apkrovų. Dėl to energijos nuostoliai yra nedideli. Variklio svorio centras yra žemas, o automobilis geriau valdo.

Eiliniai šešių cilindrų varikliai puikiai subalansuoti, o pats agregatas veikia labai sklandžiai. Nepaisant didelio cilindrų skaičiaus, gamybos savikaina nėra labai didelė. Taip pat galite pabrėžti priežiūros galimybes.

Vidaus degimo variklių trūkumai

Pagrindinis stūmoklinių vidaus degimo variklių trūkumas vis dar yra ne toksiškumas ir triukšmas, o prastas efektyvumas. Vidaus degimo variklyje tik 20% energijos sunaudojama tikram mechaniniam darbui. Visa kita išleidžiama šildymui ir kitiems procesams. Varikliai į atmosferą taip pat išskiria kenksmingas medžiagas, tokias kaip azoto oksidai, anglies monoksidas ir įvairūs aldehidai.