Регистрация Войти
Вопрос

Почему в двигателях с искровым зажиганием воспламенение происходит во время рабочего хода поршня?

Почему в двигателях с искровым зажиганием воспламенение происходит во время рабочего хода, а не во время других тактов четырёхтактного цикла?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/96256/why-does-ignition-occurs-during-the-power-stroke-in-spark-ignition-engines
1
+ Читать

10 Комментариев

  1. Хотя я в целом согласен с ответом @WeatherVane, он не совсем отвечает на ваш вопрос:



    Почему в двигателях с искровым зажиганием воспламенение происходит во время рабочего хода, а не во время других тактов четырёхтактного цикла?



    Воспламенение происходит в результате сгорания топливно-воздушной смеси в цилиндре. Вот почему это происходит именно в этот момент:



    • Впуск: Зачем вам сжигать поступающую смесь? Впускной клапан открыт. Если бы вы сжигали смесь воздуха и топлива, поступающую в цилиндр, она бы выходила обратно через впуск. Если бы это был двигатель с непосредственным впрыском, искра была бы потрачена впустую, потому что в цилиндре был бы только воздух.



    • Зажигание: хотя в этот момент в цилиндре уже есть топливно-воздушная смесь, уже слишком поздно. Фронт пламени будет догонять поршень по мере его движения вниз по цилиндру, и вы потеряете всю мощность.



    • Выхлопные газы: там нечему гореть. Выхлопные газы — это отработанное топливо. Там (или, скорее, должно быть) нечего сжигать.



    • Сжатие: на самом деле воспламенение происходит в конце такта сжатия, за несколько градусов до верхней мёртвой точки. Вы не сможете воспламенить его в другом месте и получить хоть сколько-нибудь значимую мощность.





    Почему топливно-воздушная смесь воспламеняется только под давлением? Может ли топливно-воздушная смесь воспламениться в начале такта сжатия?



    Дело не в том, что он не может взорваться под давлением, а в том, что он лучше всего взрывается под давлением. Статическая степень сжатия — хороший показатель для этого, потому что он кое-что объясняет. Чем выше степень сжатия, тем сильнее сжимается воздух/топливо и тем выше давление. Как правило, считается, что при каждой точке статической компрессии выходная мощность увеличивается на 3%, и это без каких-либо других изменений. Это создает больше энергии.

  1. В нормальных условиях работы воспламенение происходит не во время рабочего хода, а непосредственно перед ним, в конце такта сжатия, поскольку для распространения горения в топливно-воздушной смеси требуется время.


    Нет смысла создавать искру в какой-либо другой момент цикла, потому что топливо впрыскивается/втягивается только во время одного из четырёх (по Отто) тактов и воспламеняется только под давлением. В карбюраторных двигателях топливо всасывается вместе с воздухом во время такта впуска. В более современных системах топливо впрыскивается во время такта впуска или сжатия, в зависимости от системы впрыска.


    Искра, возникающая в верхней мёртвой точке (ВМТ) или после неё, менее эффективна. Чем быстрее вращается двигатель, тем раньше должна возникнуть искра, поскольку время распространения пламени более или менее постоянно.


    На ранних двигателях с ручным управлением моментом зажигания при запуске приходилось задерживать момент зажигания, потому что а) двигатель вращался очень медленно и б) нужно было избежать обратного воспламенения. Современные системы управления двигателем регулируют момент зажигания автоматически, в основном в зависимости от температуры двигателя и частоты вращения.
  1. «Топливно-воздушная смесь» — это то, что взрывается при воспламенении. Это сочетание воздуха и топлива... кто бы мог подумать? Воспламенение происходит, когда «топливно-воздушная смесь» внутри камеры сгорания взрывается. Это не имеет никакого отношения к отдельным тактам. Такты: 1) впуск; 2) сжатие; 3) рабочий ход; 4) выпуск. Я думаю, вы уже знаете это, судя по вашему вопросу.
  1. Кроме того, что такое «заряд воздуха/топлива»? Одинаковы ли «зажигание» и «рабочий ход (сжатие)»?
  1. "Как", вероятно, должно быть "на" ... изменение входит. "Точка" сжатия - это разница между 9: 1 CR и 10: 1 CR. От "9" до "10" - это одна точка. Это обычная речь в двигателестроении.
  1. Что вы имеете в виду под «чем сильнее сжатие, тем больше воздуха/топлива»? Почему там есть слово «тем»? Что вы имеете в виду под «как правило, утверждается, что для каждой точки статического сжатия...»? О какой «точке» вы говорите? Спасибо.
  1. Это было бы бессмысленно, потому что поршень начал бы двигаться в неправильном направлении. А если искра возникает после верхней мёртвой точки, то поршень уже движется вниз и объём топливно-воздушной смеси уже увеличивается. Сгорание происходит наиболее интенсивно, когда объём смеси минимален, поэтому наиболее эффективно, когда искра возникает непосредственно перед верхней мёртвой точкой, а сгорание продолжается (оно не происходит мгновенно) после верхней мёртвой точки.
  1. Почему топливно-воздушная смесь воспламеняется только под давлением? Может ли топливно-воздушная смесь воспламениться в начале такта сжатия?
  1. Дело не только во времени распространения. Хотя это и важно, вы получаете больше энергии и более чистое сгорание. Чем сильнее сжатие, тем мощнее взрыв. Да, в какой-то момент отдача начинает снижаться, но это имеет значение.
  1. При сгорании топлива вырабатывается энергия (или преобразуется/высвобождается его химическая потенциальная энергия) Всякий раз, когда это происходит, совершается механическая работа, поэтому имеет смысл называть эту часть цикла «рабочим ходом».
Вы уже ответили на этот вопрос