ХОД ПОРШНЯ
путь, проходимый поршнем в цилиндре от одного своего крайнего (мертвого) положения до другого. При кривошипном механизме, если ось цилиндра проходит через ось приводного вала, X. п. равен двойной длине кривошипа.
Смотреть что такое «ХОД ПОРШНЯ» в других словарях:
ХОД ПОРШНЯ — (Piston s travel, piston s motion) 1. Расстояние между двумя крайними положениями поршня. 2. Перемещение поршня из одного крайнего (мертвого) положения в другое. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство… … Морской словарь
ход (поршня) — такт — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы такт EN throwstroke … Справочник технического переводчика
ход поршня — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN piston stroke … Справочник технического переводчика
ход поршня — stūmoklio eiga statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. piston stroke vok. Kolbenhub, m rus. ход поршня, m pranc. coup du piston, m; course du piston, f … Automatikos terminų žodynas
ХОД ПОРШНЯ ТОРМОЗНОГО ЦИЛИНДРА — величина перемещения поршня, необходимая для приведения тормозных колодок в соприкосновение с бандажами колес. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О … Технический железнодорожный словарь
РАБОЧИЙ ХОД ПОРШНЯ — ход поршня, при к ром в цилиндре теплового двигателя совершается полезная работа. Как правило, каждый цилиндр паровой машины имеет две рабочие полости переднюю и заднюю. Если при одном ходе поршня совершается полезная работа в передней полости,… … Технический железнодорожный словарь
прямой ход (поршня) — передний ход (поршня) — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы передний ход (поршня) EN forward stroke … Справочник технического переводчика
РАБОЧИЙ ХОД ПОРШНЯ — (Working stroke) ход поршня во время расширения сгоревших газов в цилиндре двигателя внутреннею сгорания или во время наполнения цилиндра и расширения в нем пара в поршневых паровых машинах. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное… … Морской словарь
полный ход поршня — 3.3 полный ход поршня: Наибольшее перемещение поршня демпфера в рабочем цилиндре от предельно сжатого до предельно растянутого положения демпфера. Источник: ГОСТ Р 52279 2004: Демпферы гидравлические рельсового подвижного состава. Общие… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
нормальный ход поршня — нареч, кол во синонимов: 3 • все в порядке (21) • нормально (39) • нормальный ход поршн … Словарь синонимов
Двигатель внутреннего сгорания
Содержание
Тепловым двигателем называют машину, в ходе работы которой внутренняя энергия переходит в механическую. Самую простую модель такой машины можно представить в виде металлического цилиндра и плотно пригнанного поршня, который может двигаться вдоль цилиндра.
Одним из самых распространённых видов теплового двигателя, который мы встречаем в жизни, является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Топливо в нем сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Легко догадаться, что отсюда и пошло его название.
В данном уроке мы рассмотрим устройство двигателя внутреннего сгорания и схему его работы.
Устройство двигателя внутреннего сгорания
Тепловые двигатели такого типа работают на жидком и газообразном топливе. Этим топливом могут быть нефть, бензин, керосин, различные горючие газы.
На рисунке 1 изображена схема простейшего двигателя внутреннего сгорания в разрезе.
Двигатель представляет собой прочный металлический цилиндр. Внутри этого цилиндра имеется подвижный поршень 3. Поршень соединения шатуном 4 с коленчатым валом 5.
В верхней части двигателя расположены два клапана 1 и 2. Когда двигатель работает, они автоматически открываются и закрываются в определенные нужные моменты.
Через клапан 1 в цилиндр двигателя поступает горючая смесь. Она воспламеняется с помощью свечи 6.
Горючая смесь – это смесь горючих газов, частиц жидкого топлива и паров топлива с воздухом (кислородом).
Отработавшие газы выпускаются через клапан 2.
Эти газы (продукты сгорания) толкают поршень. При движении поршня двигается и коленчатый вал. Таким образом газы совершают механическую работу. Т. е., часть внутренней энергии газов перешла в механическую энергию. Следовательно, внутренняя энергия газов уменьшилась – они начинают охлаждаться.
Мертвые точки, ход поршня и такты двигателя
Для того, чтобы более подробно рассмотреть схему работы данного двигателя, нам понадобятся новые определения.
Поршень может двигаться внутри цилиндра. В устройстве самого простого вида, который мы рассматриваем, он может двигаться вверх и вниз.
Мёртвые точки – это крайние точки положения поршня в цилиндре.
Ход поршня – это расстояние, которое проходит поршень от одной мертвой точки до другой.
Рассматриваемые нами двигатели внутреннего сгорания называют четырехтактными.
Четырехтактный двигатель – это двигатель, в котором один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (за четыре такта).
Один такой такт двигателя или ход поршня происходит за половину оборота коленчатого вала.
Схема работы двигателя внутреннего сгорания: четыре такта
Теперь давайте подробно рассмотрим все четыре такта работы двигателя (рисунок 2).
Рисунок 2. Схематическое изображение работы двигателя внутреннего сгорания
Первый такт (рисунок 2, а):
Второй такт (рисунок 2, б):
Третий такт (рисунок 2, в):
Третий такт двигателя – это рабочий ход.
Заметьте, что на втором и третьем тактах двигателя клапаны закрыты.
Четвертый такт (рисунок 2, г):
Цикл двигателя состоит из четырех тактов:
впуск
сжатие
рабочий ход
выпуск
Создание и применение двигателя внутреннего сгорания
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания рассмотренного нами вида изобрел немецкий инженер Рудольф Дизель (рисунок 3).
В 1900 году, на “Всемирной выставке”, Рудольф Дизель продемонстрировал двигатель работающий на арахисовом масле (биодизель).
Двигатели внутреннего сгорания имеют очень широкое применение. В ходе их усовершенствования, в мире появлялись новые средства передвижения. Например, автомобили, мотоциклы, самолеты, вертолеты, космические корабли, ракеты, суда на воздушной подушке.
В автомобилях чаще всего стоят четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания. В каждом цилиндре по очереди происходит рабочий ход. Поэтому коленчатый вал постоянно получает энергию от одного из поршней.
Существуют и двигатели с другим количеством цилиндров. Многоцилиндровые двигатели лучше обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.
Использование ДВС обеспечило быстрый прогресс в военной индустрии: были разработаны танки, истребители, подводные лодки.
В настоящее время двигатели внутреннего сгорания установлены практически на каждом виде транспорта, которым мы пользуемся. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.
Длинноходные и короткоходные моторы – в чем разница, и какие лучше?
Признайтесь, что вы часто видели в тест-драйвах фразы про «типично короткоходный характер мотора» и не вполне понимали, о чем идет речь. Сегодня мы наконец расскажем, что такое коротко- и длинноходные моторы, в чем разница подходов к проектированию двигателей, и почему сейчас можно уверенно сказать, что «длинноходники» все-таки победили.
Средняя скорость, и какой она бывает
Д ля понимания вопроса придется вспомнить немного о конструкции ДВС и принципах его работы. Вы наверняка знаете, что в основе любой конструкции двигателя внутреннего сгорания лежит воздействие расширяющихся газов на поршень. Поршни могут быть любой формы и размеров, но у любого поршня есть такой параметр, как средняя скорость, и от нее зависит очень и очень многое.
Средняя скорость поршня – это величина, которую можно определить по формуле Vp = Sn/30, где S – ход поршня, м; n – частота вращения, мин-1. И именно она определяет степень возможного форсирования двигателя по оборотам, ускорения элементов шатунно-поршневой группы во время работы, а также его механический КПД.
От средней скорости поршня зависят нагрузки на стенку поршня, на поршневой палец, шатун и коленвал. Причем зависимость эта квадратичная: с увеличением скорости (Vp) в два раза нагрузки увеличиваются в четыре раза, а если в три – то в девять раз.
Эксперименты инженеров-мотористов уже очень давно доказали, что классическая конструкция шатунно-поршневой группы выдерживает максимальную скорость порядка 17-23 м/с. И чем выше эта величина, тем скорее изнашивается мотор. Увеличить скорость поршня практически невозможно – самые облегченные гоночные двигатели Формулы-1 имели скорость порядка 23-25 м/с, и это безумно много. Этого удалось достичь только потому, что «формульные» моторы рассчитаны на очень короткую эксплуатацию – от них не требуется «ходить» по 100 000 км.
От теории – к практике. Как известно, мощность мотора – это производная от крутящего момента, помноженного на обороты (об этом я писал большую статью с таблицами и графиками). То есть, если мы хотим получить больше мощности, то надо увеличивать обороты. А так как скорость поршня ограничена, то у нас не остается другого выбора, кроме как уменьшить его ход. Чем меньше расстояние нужно пройти поршню за один оборот, тем меньше может быть его скорость.
Короткоходные, длинноходные и «квадратные» моторы
Казалось бы, выше мы только что озвучили два прекрасных аргумента для максимального уменьшения хода поршня. К тому же, чем меньше ход поршня, тем больше диаметр цилиндра при том же объеме, и тем более крупные клапаны можно поставить. Улучшается газообмен, а значит, и работа мотора в целом… Но, как оказалось, безмерно уменьшать ход тоже нельзя.
Чем меньше ход, тем больше должен быть диаметр цилиндра, если мы хотим сохранить объем. А вот форма камеры сгорания с ростом диаметра цилиндра ухудшается, соотношение объема камеры и площади неизбежно растет, увеличивается коэффициент остаточных газов, возрастают тепловые потери, ухудшается сгорание топлива… КПД падает, склонность к детонации повышается, ухудшаются экономичность и экологичность.
При уменьшении хода поршня снижается, к тому же, и диаметр кривошипа коленчатого вала, а значит, уменьшается крутящий момент мотора. Ухудшаются и массогабаритные параметры двигателей – они становятся куда крупнее в горизонтальном сечении. К тому же для сохранения рабочего объема приходится увеличивать число цилиндров, а это уже ведет к резкому повышению сложности конструкции. В общем, нужен был компромисс.
Основные задачи проектирования моторов решили к 60-м годам прошлого века, тогда же нащупали пределы прочности конструкции по средней скорости поршня. Стало ясно, что оптимальные параметры мощности, общего КПД и габаритов у атмосферного мотора получаются в том случае, если диаметр цилиндра равен ходу поршня или чуть меньше.
На фото: двигатель Nissan Qashqai
Если они совпадают, то такие моторы еще называют «квадратными». Моторы, у которых диаметр цилиндра все-таки больше хода поршня, называют короткоходными, а те, у которых он меньше, – длинноходными.
Внимательный читатель скажет: стоп, а откуда вообще взялись короткоходные моторы, если эксперименты доказали, что эффективнее всего «квадратные» или чуть-чуть длинноходные?! Все просто: короткоходники получили распространение в автоспорте. Там расход топлива и приемистость на низких оборотах не сильно «делали погоду», и можно было пожертвовать КПД ради достижения большей мощности на высоких оборотах при сохранении малого рабочего объема.
Для получения лучшей топливной экономичности, тяги и чистоты выхлопа, наоборот, ход поршня увеличивали, жертвуя оборотами и максимальной мощностью. Длинноходные моторы применяли там, где были нужны тяга и экономичность.
Тем временем, к 80-м годам среднюю скорость поршня в серийных моторах довели до предела в 18 м/с, дальше ее увеличивать не получалось. Такая ситуация сохранилась до 90-х, когда требования к массогабаритным и экономическим характеристикам моторов резко возросли.
Длинноходный прогресс
90-е годы – это в первую очередь массовое внедрение новых экологических норм, резкое повышение массы кузова автомобилей из-за новых требований по пассивной безопасности, а заодно и возросшие требования к габаритам и экономичности силовых агрегатов. Машины становились просторнее изнутри и безопаснее во всех смыслах.
А двигателям приходилось поспевать за прогрессом. Массовый переход на многоклапанные головки блоков цилиндров повысил мощность и сделал моторы чище. Средний рабочий объем мотора постарались уменьшить и тем самым выиграть в расходе топлива и габаритах. Прогресс в области конструирования поршневой группы позволил уменьшить высоту поршня и увеличить длину шатуна, сделав больше механический КПД мотора.
Следовательно, стало возможно перейти к более длинноходным конструкциям, которые при том же рабочем объеме были компактнее, имели больший крутящий момент и к тому же стали экономичнее. Облегчение поршневой группы позволило снизить нагрузки на нее при высоких оборотах, а массовое внедрение турбонаддува и регулируемого впуска – еще и выиграть в максимальной мощности и тяге. Умеренно длинноходные моторы от этого только выиграли.
В 2000-е в стане двигателей объемом от 2 литров наметился перелом в переходе от «квадратов» к длинноходным конструкциям. И вот вам несколько примеров. При рабочем объеме 2 литра моторы VW серии ЕА888 (стоят на множестве моделей концерна от Skoda Octavia до Audi A5) имеют ход поршня 92,8 мм при диаметре цилиндра 82,5, а 2-литровые моторы Renault серии F4R (более всего известный по Duster) – 93 мм и 82,7 соответственно. Моторы Toyota объемом 1,8 л серии 1ZZ (Corolla, Avensis и др.) – еще более длинноходные, их размерность 91,5х79.
На фото: двигатель Volkswagen Golf GTI
Рабочие обороты таких двигателей заметно уменьшились, особенно у турбонаддувных, снизились и обороты максимальной мощности. А значит и снижение механического КПД уже не столь важно, зато преимущества налицо. По габаритам моторы лишь немного больше «классических» 1,6 из недавнего прошлого, а по тяге и расходу топлива намного превосходят однообъемных предшественников.
В современных моторах пытаются сочетать высокую эффективность работы длинноходных моторов и повышенный механический КПД короткоходных. Так, в ультрасовременном (но тем не менее уже снимаемом с производства) моторе BMW серии N20В20 (стоят на 1-й, 3-й, 5-й сериях, X1 и X3) применяется несимметричная поршневая группа, в которой ось коленчатого вала и ось поршневых пальцев смещены относительно оси цилиндров. Тут используются регулируемый маслонасос, плазменное напыление цилиндров, бездроссельный впуск и прочие технические «фокусы» для снижения механических потерь и сопротивления впуска. Размерность этого длинноходного мотора 90,1х84, и никто не скажет, что у него плохие характеристики хоть в чем-то, кроме надежности.
Дизели
Дизельные моторы, которые в силу особенностей рабочего цикла обычно являются длинноходными и низкооборотными, выиграли вдвойне. Внедрение турбонаддува резко подняло крутящий момент и позволило снизить степень сжатия, а прогресс топливной аппаратуры и поршневой группы – еще и увеличить рабочие обороты.
На фото: двигатель Volkswagen Golf TDI
В итоге дизели превзошли по литровой мощности атмосферные бензиновые моторы, а по крутящему моменту – бензиновые моторы с наддувом. Так, двигатели серии N57 (3-я, 5-я, 7-я серии, X3, X5 и др.) от BMW при диаметре цилиндра 84 мм и ходе поршня 90 мм имеют рабочий объем 2,993 литра, мощность до 381 л. с. и 740 Нм крутящего момента. Средняя скорость поршня при этом – 13,2 метра в секунду.
Оборотная сторона
Конечно же, беспроигрышных лотерей не бывает, и чудесной высокой отдачи добились ценой надежности – тут нет никакого секрета. Старый принцип актуален и поныне: у «сильно длинноходных» моторов высокая средняя скорость поршня увеличивает нагрузку на стенки цилиндра.
Конечно же, материалы становятся лучше, но при сравнении двигателей одной серии с разными параметрами хода поршня и диаметра цилиндра заметно, что длинноходные модели более склонны к износу поршневых колец и задирам цилиндров. И ресурс поршневой у них оказывается существенно ниже, чем у более «квадратных» собратьев.
А вот при сравнении разных моторов все далеко не так однозначно. На моторах с алюминиевым блоком и алюсиловым покрытием стараются снизить нагрузку на стенку цилиндра в том числе и снижением хода поршня, но, как правило, все равно ресурс получается меньше, чем у моторов с чугунными гильзами или блоком.
Мотор Renault-Nissan серии M4R (Qashqai, Fluence и др.), который пришел на смену уже упомянутому чугунному F4R, имеет ход поршня 90,1 мм при диаметре цилиндра 84 – он все еще длинноходный, но ход поршня значительно сократился. Габариты при этом не увеличиваются за счет более тонкостенной конструкции блока цилиндров.
На фото: двигатель Renault Latitude
Современные двигатели не нуждаются в высоких оборотах для достижения высокой мощности, а экономичность и экологичность становятся все важнее. Пусть даже в реальной эксплуатации заявленные характеристики и не подтверждаются… К тому же, можно путем усложнения конструкции обойти множество ограничений, которые десятки лет заставляли делать выбор между мощностью и экономичностью моторов.
Короткоходные «крутильные» моторы просто вымирают, им нет места в новом мире. Даже в Формуле-1 отказались от экстремальных конструкций с рабочими оборотами за 19 тысяч и соотношением диаметра цилиндра и хода поршня больше 2,4 к 1. Конечно, для фанатов и гоночных серий выпуск подобной техники сохранится, но в практическом плане смысла в ней уже нет. Победа длинноходных конструкций, за редким исключением, фактически состоялась.
Одним из немногих «оплотов короткоходности» до недавнего времени оставались атмосферные V6 и V8 от Mercedes-Benz. Так, моторы серии М272 (E-Klasse W211, M-Class W164 и др.) – откровенно короткоходные во всех вариантах исполнения. Например, у 3-литровой версии соотношение хода к диаметру будет 82,1 к 88. Как и их предки в лице М104, так и их наследники вплоть до М276, они были олицетворением успешных короткоходных моторов. Компания не стремилась к излишней компактности моторов, места было достаточно, а момента у двигателей объемом 3-3,5 литра и так хватало с запасом. Городить длинноходную конструкцию не было смысла.
Но новое поколение двигателей AMG серий М133/М176 с наддувом стали длинноходными – 83х92 мм, как и перспективная рядная шестерка 3,0 с наддувом серии М256 – 83х92,4 мм.
На фото: двигатель Mercedes-AMG CLA 45 4MATIC
Из «могикан» остаются разве что моторы GM, их блок V8 6,2 Vortec/L86/LT1 все еще не стремится к компактности, имея размерность 103,25х92 мм, и даже компрессорная версия LT4 сохраняет ту же размерность блока. Но это, скорее всего, тоже ненадолго.
Конец спорам
Даунсайз, наддув, непосредственный впрыск, гладкая моментная характеристика, высокий крутящий момент, регулируемый ГРМ и продвинутые трансмиссии сотворили маленькое чудо. Споры «длинноходный или короткоходный» уже более не актуальны.
Моторы вдруг прибавили в литровой мощности до границ, ранее считавшихся возможными только для специально подготовленных гоночных моторов. Увидев цифры в 120-150 л. с. с литра объема, мы уже не удивляемся, и даже 200 л. с. на литр кажутся вполне реальными, а «смешной» паспортный расход топлива для мощной и тяжелой машины кажется вполне реальным. Дизельные двигатели из «гадких утят» превратились в прекрасных лебедей с литровой мощностью даже большей, чем у бензиновых двигателей.
Во многом все это, плюс уменьшение габаритов и веса моторов, стало возможным благодаря длинноходной конструкции. Окончательно оформившийся тренд вряд ли переломится, особенно с учетом прогнозируемого вытеснения ДВС электромоторами и разнообразными «удлинителями дистанции».
РАБОЧИЙ ХОД ПОРШНЯ
ход поршня, при к-ром в цилиндре теплового двигателя совершается полезная работа. Как правило, каждый цилиндр паровой машины имеет две рабочие полости — переднюю и заднюю. Если при одном ходе поршня совершается полезная работа в передней полости, то при обратном ходе полезная работа производится в задней полости, так что в отношении ко всему цилиндру паровой машины каждый ход поршня является рабочим.
Смотреть что такое «РАБОЧИЙ ХОД ПОРШНЯ» в других словарях:
РАБОЧИЙ ХОД ПОРШНЯ — (Working stroke) ход поршня во время расширения сгоревших газов в цилиндре двигателя внутреннею сгорания или во время наполнения цилиндра и расширения в нем пара в поршневых паровых машинах. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное… … Морской словарь
РАБОЧИЙ ХОД ПОРШНЯ — путь, проходимый поршнем двигателя внутреннего сгорания от верхней мёртвой точки до нижней при расширении рабочих газов в цилиндре двигателя … Большая политехническая энциклопедия
РАБОЧИЙ — рабочего, м. В условиях капитализма то же, что пролетарий; в СССР человек, профессионально занимающийся физическим трудом и принадлежащий к господствующему классу, владеющему средствами производства совместно со всем народом. «Советское общество… … Толковый словарь Ушакова
РАБОЧИЙ — рабочего, м. В условиях капитализма то же, что пролетарий; в СССР человек, профессионально занимающийся физическим трудом и принадлежащий к господствующему классу, владеющему средствами производства совместно со всем народом. «Советское общество… … Толковый словарь Ушакова
РАБОЧИЙ ОБЪЁМ ЦИЛИНДРА — объём, освобождаемый поршнем при его движении от верхней мёртвой точки до нижней, равный произведению площади поршня на его рабочий (см.). Выражается в кубических метрах и литрах, а для мотоциклетных и лодочных подвесных двигателей в кубических… … Большая политехническая энциклопедия
рабочий — 1. РАБОЧИЙ, его; м. Человек, занятый физическим трудом в сфере материального производства. Промышленные рабочие. Сельскохозяйственные рабочие. Железнодорожный р. ◁ Рабочая, ей; ж. Разг. Рабочие, их; мн. 2. РАБОЧИЙ, ая, ее. 1. Относящийся к… … Энциклопедический словарь
ход — а ( у), предл. в ходе и в ходу, на ходе и на ходу, мн. ходы, ходы и (спец.) хода, м. 1. (в ходе, на ходу). Движение, перемещение в каком л. направлении. а) Передвижение человека или животного на собственных ногах. Роста он был небольшого, дряблый … Малый академический словарь
рабочий — I его; м. см. тж. рабочая, рабочие Человек, занятый физическим трудом в сфере материального производства. Промышленные рабочие. Сельскохозяйственные рабочие. Железнодорожный рабо/чий. II ая, ее. 1) отно … Словарь многих выражений
ХОД — (1) винта (винтовой линии) расстояние между двумя положениями точки, соответствующими её полному обороту вокруг продольной оси; (2) X. механизма перемещение движущейся рабочей части (инструмента, поршня и др.) станка, поршня в цилиндре и т. п. от … Большая политехническая энциклопедия
Двигатель внутреннего сгорания — Схема: Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с глушителем … Википедия