Принцип работы поршня в цилиндре — шаг за шагом объяснение цикла двигателя, от впрыска до выпуска

Двигатель внутреннего сгорания является одним из основных элементов автомобиля и многих других механизмов, работающих на силовых установках. Один из ключевых компонентов такого двигателя — это поршень в цилиндре. Именно его движение внутри цилиндра обеспечивает работу двигателя в целом.

Процесс работы поршня в цилиндре можно разделить на несколько этапов. Первый этап — всасывание. В этот момент поршень опускается вниз, создавая в цилиндре зону пониженного давления. За счет этого всасывается топливо-воздушная смесь, необходимая для дальнейшего сгорания и обеспечения работы двигателя.

На втором этапе — сжатие — поршень начинает подниматься вверх, сжимая топливо-воздушную смесь в цилиндре. Это происходит благодаря тому, что поршень перемещается вверх, а вентиль закрывается, не позволяя газам покинуть цилиндр. Важно отметить, что в процессе сжатия топливо-воздушная смесь подвергается нагреванию, что способствует ее более эффективному сгоранию и повышению давления.

Третий этап — работа — является самым важным для двигателя. Он начинается с искрового разряда свечи зажигания, который запускает сгорание топливо-воздушной смеси. В результате этого процесса сгорания выделяется большое количество тепла, которое превращается в механическую энергию, приводящую в движение поршень.

Что такое поршень и как он работает в цилиндре?

Работа поршня в цилиндре происходит в несколько этапов:

В каждом цилиндре двигателя работает один поршень, а между ними осуществляется координация, чтобы все цилиндры работали синхронно.

Этапы цикла двигателя, связанные с работой поршня:

1. Сжатие:

На этом этапе поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) вверх, сжимая воздух (для бензиновых двигателей) или воздух с топливом (для дизельных двигателей) в цилиндре. В результате сжатия происходит повышение давления воздуха, что необходимо для дальнейшего процесса сгорания топливно-воздушной смеси.

2. Воспламенение:

После достижения верхней мертвой точки (ВМТ) поршень возвращается вниз и затем происходит искра зажигания, которая поджигает топливно-воздушную смесь. В результате сгорания смеси происходит высвобождение тепла, что приводит к увеличению давления в цилиндре и воздействию на поршень.

3. Расширение:

На этом этапе поршень перемещается снова вверх, за счет увеличения давления в цилиндре из-за сгорания смеси. Это движение поршня создает силу, которая приводит в движение внутренние части двигателя и передает энергию к коленчатому валу.

4. Выпуск:

Поршень возвращается вниз и выталкивает отработавшие газы из цилиндра, открывая выпускные клапаны. Выпуск отработанных газов происходит в выхлопную систему.

Таким образом, поршень выполняет ряд важных функций в цикле работы двигателя, обеспечивая его правильное функционирование.

Впуск

В этой фазе двигатель работает во время всасывания свежей смеси воздуха и топлива. Давление впускающего тракта, создаваемое дросселем, помогает вдувать свежую смесь в цилиндр. Задача впускной системы — обеспечить надлежащее сопоставление условий подачи топлива и воздуха для лучшей эффективности сгорания.

Процесс впуска происходит в три основных фазы:

1. Открытие клапана впуска: Когда поршень достигает мертвой точки сверху, клапан впуска открывается, давая свободный доступ свежей смеси воздуха и топлива в цилиндр.
2. Впуск свежей смеси: Когда клапан впуска открыт, поршень движется вниз, создавая отрицательное давление в цилиндре. Это позволяет свежей смеси проходить через открытый клапан и заполнять цилиндр.
3. Закрытие клапана впуска: При достижении поршнем мертвой точки снизу, клапан впуска закрывается, предотвращая обратное движение свежей смеси воздуха и топлива.

Зависимость мощности двигателя и его потребления топлива во многом зависит от правильного заполнения цилиндра свежей смесью впуска.

Сжатие

Сжатие газовой смеси является очень важным этапом цикла двигателя, так как от его качества зависят последующие процессы сгорания и мощность автомобиля. На этом этапе происходит увеличение давления и температуры смеси. Именно поэтому важно следить за правильной работой системы наддува и управлением сжатием, чтобы обеспечить максимальную эффективность работы двигателя и снизить выбросы вредных веществ в окружающую среду.

Рабочий ход

Во время рабочего хода поршень движется вниз по цилиндру. Этот этап цикла двигателя состоит из следующих фаз:

Рабочий ход является самой важной частью цикла двигателя, поскольку именно во время этой фазы происходит генерация энергии для привода автомобиля или другого механизма.

Выпуск

На этапе выпуска поршень двигается от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ), выталкивая отработавшие газы из цилиндра через выпускной клапан.

Во время процесса выпуска выпускной клапан открывается, и поршень движется вниз, сжимая газы над поршнем. Давление газов понижается, и предыдущая смесь воздуха и топлива, после сгорания, начинает выделять свои шлаки и отработавшие газы. При достижении НМТ, выпускной клапан закрывается, и поршень движется вверх, выталкивая остатки газов.

Для эффективности работы двигателя на этом этапе важно обеспечить полное закрытие выпускного клапана, чтобы не происходило обратного потока газов из выпускной системы. Также важно достичь оптимального соотношения открытия и закрытия клапана, чтобы максимизировать выброс газов из цилиндра.

Выпускной поршень часто имеет специальное устройство, называемое катушкой, которое помогает улучшить эффективность выпуска. Катушка помогает ускорить движение поршня вниз и снижает сопротивление отработавших газов, улучшая общую производительность двигателя.