Four-stroke κύκλος

four-stroke κύκλοςΚύκλος Otto) μηχανή εσωτερικής καύσεως είναι ο κύκλος ο συνηθέστερα που χρησιμοποιείται για αυτοκίνητους και βιομηχανικούς λόγους σήμερα (αυτοκίνητα και φορτηγά, γεννήτριες, κ.λπ...). Εφευρέθηκε από το γερμανικό μηχανικό Θ*Νηκολαuς Otto 1876. Ο four-stroke κύκλος είναι περισσότερος οικονομικός στην κατανάλωση βενζίνης και καθαρό κάψιμο από δίχρονος κύκλος, αλλά απαιτεί αρκετά τα περισσότερες κινούμενα μέρη και πείρα κατασκευής και η προκύπτουσα μηχανή είναι μεγαλύτερη και βαρύτερη από μια δίχρονη μηχανή της συγκρίσιμης παραγωγής δύναμης. Πρόσφατος-εφευρημένη Μηχανή Wankel έχει τέσσερις παρόμοιες φάσεις αλλά είναι α περιστροφική μηχανή καύσεως παρά τον πιό συνηθισμένο, εναλλάσσοντας μηχανή από το four-stroke κύκλο.

four-stroke κύκλος

Ο κύκλος Otto χαρακτηρίζεται από τέσσερα κτυπήματα, ή ευθείες μετακινήσεις διαδοχικά, πέρα δώθε, από το α έμβολο μέσα στο α κύλινδρος:

  1. κτύπημα εισαγωγής (επαγωγή)
  2. κτύπημα συμπίεσης
  3. κτύπημα δύναμης (ανάφλεξη)
  4. κτύπημα εξάτμισης

Ο κύκλος αρχίζει κορυφαίο νεκρό κέντρο, όταν το έμβολο είναι στο κορυφαίο σημείο του. Στο πρώτο προς τα κάτω κτύπημα (εισαγωγή) του εμβόλου, ένα μίγμα καύσιμα και αέρας σύρεται στον κύλινδρο μέσω του λιμένα εισαγωγής (κολπίσκος). Η εισαγωγή (κολπίσκος) βαλβίδα (ή βαλβίδες) έπειτα στενό (σ), και το ακόλουθο ανοδικό κτύπημα (συμπίεση) συμπιέζει το fuel-air μίγμα.

Top dead center, before cycle begins 1 - Intake stroke 2 - Compression stroke


Αρχική θέση, κτύπημα εισαγωγής, και κτύπημα συμπίεσης. Δείτε μια ζωτικότητα.

Το αέρος-καυσίμου μίγμα αναφλέγεται έπειτα, συνήθως από το α βούλωμα σπινθήρων για το α βενζίνη ή Κύκλος Otto μηχανή, ή από τη θερμότητα και την πίεση της συμπίεσης για το α Κύκλος diesel μηχανή ανάφλεξης συμπίεσης, περίπου στην κορυφή του κτυπήματος συμπίεσης. Η προκύπτουσα επέκταση του καψίματος των αερίων αναγκάζει έπειτα το έμβολο προς τα κάτω για το τρίτο κτύπημα (δύναμη), και το τέταρτο και τελικό ανοδικό κτύπημα (εξάτμιση) εκκενώνει τα ξοδευμένα αέρια εξάτμισης από τον κύλινδρο μετά από την έπειτα-ανοικτές βαλβίδα εξάτμισης ή τις βαλβίδες, μέσω του λιμένα εξάτμισης.

Fuel ignites 3 - Power stroke 4 - Exhaust stroke


Ανάφλεξη των καυσίμων, κτύπημα δύναμης, και κτύπημα εξάτμισης. Δείτε μια ζωτικότητα.

Περιεχόμενο

Συγχρονισμός βαλβίδων

Στην αρχική διαμόρφωσή του, η four-stroke μηχανή στηρίζεται εξ ολοκλήρου στην κίνηση του εμβόλου που σύρει στα καύσιμα και τον αέρα, και να αναγκάσει έξω την εξάτμιση δηλητηριάζει με αέρια. Καθώς το έμβολο κατεβαίνει στο κτύπημα εισαγωγής (κολπίσκος), ένα μερικό κενό δημιουργείται μέσα στον κύλινδρο που σύρει στα καύσιμα/μίγμα αέρα. Η βαλβίδα εισαγωγής κλείνει έπειτα, το έμβολο ανέρχεται, και το μίγμα συμπιέζεται και αναφλέγεται, αναγκάζοντας το έμβολο για να κατεβεί πάλι. Καθώς η βαλβίδα εξάτμισης ανοίγει, το έμβολο ανέρχεται ακόμα μια φορά και αναγκάζει τα αέρια εξάτμισης έξω. Αυτό ήταν η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε στις πρόωρες four-stroke μηχανές. Ανακαλύφθηκε σύντομα, εντούτοις, αυτός με τις περιστροφικές ταχύτητες που πλησιάζει 100 επαναστάσεις ανά λεπτό (Περιστροφή/λεπτό) ή μεγαλύτερος, εξάτμιση δηλητηριάζει με αέρια δεν θα μπορούσε να αλλάξει την κατεύθυνση αρκετά γρήγορα να βγεί μετά από τη βαλβίδα εξάτμισης από την κίνηση του εμβόλου μόνο.

Με τις υψηλές περιστροφικές ταχύτητες, η συνεπής ροή μέσω των λιμένων εισαγωγής και εξάτμισης διατηρείται με την άδεια των βαλβίδων εισαγωγής και εξάτμισης για να είναι ανοικτών ταυτόχρονα κορυφαίο νεκρό κέντρο. ορμή από την εξάντληση διατηρεί αέριο την εξωτερική ροή και αρχίζει τη ροή επαγωγής. Το τέχνασμα είναι να κλειθεί η βαλβίδα εξάτμισης προτού να συρθεί πολύ φρέσκο μίγμα στο λιμένα εξάτμισης. Μετά από την ανάφλεξη των καυσίμων/δαπάνη αέρα, σαν κατώτατο νεκρό κέντρο προσεγγίσεων εμβόλων, γίνεται λιγότερο χρήσιμο να διατηρηθεί ο καυτός, η υψηλή πίεση δηλητηριάζω με αέρια μέσα στον κύλινδρο. Για αυτόν τον λόγο, τη βαλβίδα εξάτμισης ανοίγουν χαρακτηριστικά σε περίπου είκοσι βαθμούς στροφαλοφόρος άξονας περιστροφή πριν κατώτατο νεκρό κέντρο. Αυτό επιτρέπει στην ανάπτυξη αέριο της απόφασης στο λιμένα εξάτμισης πριν από τις ανόδους εμβόλων για να ωθήσει αέριο έξω. Το πλεονέκτημα του πρόσθετου διαθέσιμου χρόνου για την πληρέστερη εξάτμιση του κυλίνδρου ξεπερνά την απώλεια της μικρής πιθανής δύναμης ακόμα να επεκταθεί σε βάρος αέριο.

Δεδομένου ότι το έμβολο ανέρχεται μέσω του κτυπήματος εξάτμισης, τη βαλβίδα εισαγωγής θα ανοίξουν, επίσης περίπου είκοσι βαθμοί ενώπιον του κορυφαίου νεκρού κέντρου. Ιδανικά, η ορμή της ροής εξάτμισης θα προκαλέσει μια χαμηλότερη πίεση μέσα στον κύλινδρο, τράβηγμα των καυσίμων/μίγμα αέρα ευκολότερα. Συνεπώς, και οι δύο βαλβίδες μπορούν να είναι ανοικτές ταυτόχρονα για συνολικά περισσότερους από σαράντα πέντε βαθμούς περιστροφής, μια τεχνική αποκαλούμενη επικάλυψη βαλβίδων. Υπό τους ιδανικούς όρους, τα φρέσκα καύσιμα/η δαπάνη αέρα θα ωθήσει την παραμονή ότι η εξάτμιση δηλητηριάζει με αέρια έξω τον κύλινδρο πριν από τους περίβολους βαλβίδων εξάτμισης, αναχώρηση μόνο καθαρών καυσίμων/μίγμα αέρα. Η βοήθεια της ροής εξάτμισης κατ' αυτό τον τρόπο καλείται σάρωση. Το μειονέκτημα είναι χαμηλότερη αποδοτικότητα καυσίμων εξ αιτίας της απώλειας φρέσκου μίγματος στο λιμένα εξάτμισης που μπορεί, εντούτοις, εξυπηρετήστε το χρήσιμο σκοπό τη βαλβίδα εξάτμισης, μια σημαντική εκτίμηση με τις υψηλές ταχύτητες μηχανών, όπως είναι πεπειραμένος κατά τη διάρκεια των φυλών.

Ο θόρυβος εξάτμισης και ο εξοπλισμός εκπομπών μπορούν να εμποδίσουν την ομαλή ροή εξάτμισης από τον κύλινδρο. Όταν οι λιμένες εξάτμισης είναι στενοί και τροφοδοτώντας μια πολλαπλή, το κύμα πίεσης ενός άλλου εξαντλώντας κυλίνδρου μπορεί να παρεμποδίσει τον πρώτο, η παγιδεύοντας εξάτμιση δηλητηριάζει με αέρια. Η ίδια επίδραση εμφανίζεται σε μια πολλαπλή εισαγωγής, γενικά όντας πάρα πολύ περιοριστικός για τη βέλτιστη παραγωγή δύναμης. Επίσης, η υπερβολική πίεση στον κύλινδρο μπορεί να προκαλέσει back-flow εξάτμισης στην πολλαπλή εισαγωγής όταν ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής. Τα εσωτερικά προβλήματα πίεσης με μια πολλαπλή επαγωγής μπορούν να υπερνικηθούν με τη χρησιμοποίηση ενός εξαερωτήρα ή ενός εγχυτήρα για κάθε κύλινδρο.

Ολοκλήρωση του μεγίστου ογκομετρική αποδοτικότητα για μια δεδομένη μηχανή δεν είναι μια formulaic διαδικασία. Ο διαφορετικός εξοπλισμός εισαγωγής και εξάτμισης εξετάζεται με τις διαφορετικά ταχύτητες και τα φορτία. Το τελικό αποτέλεσμα είναι πάντα ένας συμβιβασμός, και οι αυτοκινητικοί κατασκευαστές θα επιλέξουν συνήθως την οικονομικώς πιό αποδοτική λύση.

Τραίνο βαλβίδων

Οι βαλβίδες χρησιμοποιούνται χαρακτηριστικά από το α άξονας, όποια είναι μια ράβδος με μια σειρά προβολής έκκεντρα (λοβοί), κάθε ένας με ένα προσεκτικά υπολογισμένο σχεδιάγραμμα με σκοπό να ωθήσει τη βαλβίδα ανοικτή από τον απαραίτητο βαθμό στη σωστή στιγμή και να την κρατήσει ανοικτή όπως απαιτείται ως άξονα περιστρέφεται. Μεταξύ της βαλβίδας ο μίσχος και το έκκεντρο είναι tappet, ένας οπαδός εκκέντρων, όποιος προσαρμόζει τις παραλλαγές στη γραμμή επαφής του εκκέντρου. Στα παλαιότερα σχέδια μηχανών, ο άξονας εκκέντρων ήταν crankcase και την κίνησή του που διαβιβάστηκαν από μια ράβδο και rocker ώθησης, η ολόκληρη αλυσίδα του γνώσης των μερών ως τραίνο βαλβίδων). Η βαλβίδα κρατιέται κλειστή από ένα ισχυρό ελατήριο ενάντια στη δύναμη της οποίας το έκκεντρο ωθεί για να ανοιχτεί. Κάθε βαλβίδα απαιτείται για να ανοίξει μόνο μιά φορά κατά τη διάρκεια του four-stroke κύκλου. Επομένως, ο άξονας κάνει μια περιστροφή για κάθε δύο περιστροφές του στροφαλοφόρου άξονα.

Να υποθέσει τη μηχανή είναι αρκετά γερό στο σχέδιο που δεν σπάζει, η ταχύτητα και επομένως παραγωγή δύναμης της μηχανής περιορίζεται χαρακτηριστικά από τη δυνατότητα να διατηρηθεί μια μεγάλη ροή όγκου κάθε ένα από το αέρος-καυσίμου μίγμα και την εξάτμιση αέριο μέσω των αντίστοιχων λιμένων βαλβίδων. Επομένως πολλή εργασία πηγαίνει στο σχεδιασμό αυτού του μέρους μιας μηχανής. Οι κοινές στρατηγικές είναι να διευρυνθούν οι βαλβίδες για να θεωρήσουν όσο το δυνατόν περισσότερο της διαμέτρου κυλίνδρων, για να φωτίσουν το τραίνο βαλβίδων με την εξάλειψη των μερών, για να ανοίξει τις βαλβίδες όσο το δυνατόν περισσότερο στον κύλινδρο, ή για να χρησιμοποιήσει τις πολλαπλάσιες μικρότερες βαλβίδες με περισσότερη συνολική περιοχή. Κάθε μια από αυτές τις μεθόδους έχει τα μειονεκτήματά της, να αναγκάσει την πρόσφατη ανάπτυξη των μηχανών με ελεγχόμενη την υπολογιστής λειτουργία βαλβίδων για να βελτιστοποιήσει τη λειτουργία της μηχανής με οποιαδήποτε ταχύτητα και φορτίο. Οι απεικονίσεις παρουσιάζουν μια μηχανή με Διπλά υπερυψωμένα έκκεντρα, όποιος έχει για πολλά έτη, όντας μια τυποποιημένη στρατηγική για μεγάλη ικανότητα μιας μηχανής.

Συγχρονισμός βαλβίδων Desmodromic

Στη μεγάλη πλειοψηφία των four-stroke μηχανών, τις βαλβίδες απλά από η επιστροφή κλείνουν ελατήρια. Σαν περιστροφική ταχύτητα των αυξήσεων μηχανών, ο χρόνος που λαμβάνεται για το ελατήριο για να τραβήξει τη βαλβίδα κλεισμένη μπορεί να γίνει σημαντικός. Ο οπαδός εκκέντρων αποτυγχάνει έπειτα να ακολουθήσει το σχεδιάγραμμα κλεισίματος του εκκέντρου, μεταβαλλόμενος το συγχρονισμό και επομένως η απόδοση μηχανών επιβλαβώς. Για να μειώσει αυτό, οι ελαφρύτερες βαλβίδες και τα ισχυρότερα ελατήρια χρησιμοποιούνται, αλλά υπάρχει ένα πρακτικό όριο στο πώς χαμηλή η αδρανής μάζα της βαλβίδας μπορεί να μειωθεί, και η αύξηση της δύναμης του επιστροφής ελατηρίου βαλβίδων αυξάνει πολύ την ήδη ιδιαίτερη ένδυση στα καθίσματα αξόνων και βαλβίδων.

Μια λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι desmodromic βαλβίδα συγχρονισμός σύστημα. Αυτό αποβάλλει το επιστροφής ελατήριο βαλβίδων και χρησιμοποιεί μια μηχανική ρύθμιση και άμεσα ανοίγει και κλείνει άμεσα τη βαλβίδα θετικά. Οι πολύ υψηλότερες ταχύτητες μηχανών μπορούν έπειτα να ληφθούν. Μερικά σχέδια χρησιμοποιούν έναν πρόσθετο έκκεντρο και rocker, άλλοι ένα έκκεντρο που έχει ένα κανάλι άλεσαν στο κάθετο πρόσωπό του που ο οπαδός τρέχει μέσα (σε αντιδιαστολή με να ακολουθήσει το εξωτερικό σχεδιάγραμμα μόνο), άλλοι μια ασταθής ρύθμιση παρόμοια με το στροφαλοφόρο άξονα. Το μειονέκτημα του συστήματος είναι η αυξανόμενη πολυπλοκότητά του και επομένως κοστισμένος. Ένας κατασκευαστής που χρησιμοποιεί αυτό το σύστημα είναι Ducati, για μερικά από το του μοτοσικλέτα μηχανές.

Πνευματικές ανοίξεις βαλβίδων

Πρόσφατος Τύπος 1 οι μηχανές έχουν προσφύγει στη χρήση των πνευματικών ελατηρίων βαλβίδων για να υπερνικήσουν τους περιορισμούς υψηλός-περιστροφή/λεπτό των μεταλλικών ελατηρίων ακόμα χρησιμοποιώντας τους συμβατικούς άξονες. Η βαλβίδα "άνοιξη" είναι πραγματικά ένα έμβολο που γεμίζουν με το υψηλό άζωτο πίεσης. Όταν η βαλβίδα ωθείται από το έκκεντρο, το άζωτο συμπιέζεται, και δεδομένου ότι το έκκεντρο συνεχίζει την περιστροφή του, η αυξανόμενη πίεση στο έμβολο επιστρέφει τη βαλβίδα σε μια κλειστή θέση. Με αυτό το σύστημα, οι προηγουμένως αφάνταστες ταχύτητες μηχανών έχουν γίνει στερεότυπες.

Όριο παραγωγής

Το ποσό παραγωγής δύναμης που παράγεται από μια μηχανή 4-κτυπήματος περιορίζεται τελικά από την ταχύτητα εμβόλων. Εάν η ταχύτητα εμβόλων υπερβαίνει μια ορισμένη ταχύτητα, η γρήγορη επιτάχυνση του εμβόλου, και η αδράνεια των δαχτυλιδιών εμβόλων συνωμοτεί να προκαλέσει τον κυματισμό δαχτυλιδιών, ένας όρος που θα προκαλέσει αμέσως μια μείωση στην παραγωγή. Ο μόνος τρόπος να μειωθεί η ταχύτητα εμβόλων οποιασδήποτε δεδομένης μηχανής είναι να αυξηθεί άντεξε (διάμετρος κυλίνδρων), μειώνοντας το κτύπημα. Μια μηχανή όπου άντεξε τη διάσταση είναι μεγαλύτερος από το κτύπημα είναι συνήθως γνωστή ως μηχανή oversquare, και τέτοιες μηχανές έχουν τη δυνατότητα να επιτύχουν την υψηλή περιστροφή/λεπτό. Αντιθέτως, μια μηχανή με άντεξε που είναι μικρότερο από το κτύπημά του είναι μια μηχανή undersquare. Αντίστοιχα, δεν μπορεί να επιτύχει την υψηλή περιστροφή/λεπτό, αλλά είναι υποχρεωμένος να κάνει περισσότερη ροπή στη χαμηλή περιστροφή/λεπτό. Επιπλέον, μια μηχανή με άντεξε και κτύπημα που είναι το ίδιο αναφέρεται ως τετραγωνική μηχανή.

Εξωτερικές συνδέσεις

 

  > Ελληνικά > en.wikipedia.org (Μηχανή που μεταφράζεται στα ελληνικά)