Przedmioty:
- Wprowadzenie
- Pierwotne i wtórne ruchy tłoka
- Prędkość tłoka
- Przyspieszenie tłoka
- Pełny przegląd ruchu tłoka, prędkości i przyspieszenia
Przedmowa:
Ruch tłoka w górę i w dół (przesuwny) jest przekształcany w ruch obrotowy za pomocą mechanizmu korbowo-korbowodowego. Tłok porusza się w górę i w dół po linii prostej. Nazywa się to pierwotnym ruchem tłoka. Jednak korbowód porusza się nie tylko w górę i w dół, ale także na boki. Ze względu na boczny ruch korbowodu tłok przejedzie nieco większą odległość. Oprócz zwiększonej odległości tłok osiągnął w tym momencie także największą prędkość ruchu. Ta dodatkowa odległość nazywana jest wtórnym ruchem tłoka.
Rysunek przedstawia ruch tłoka. Górny niebieski tłok wskazuje, gdzie znajduje się GMP (Górny Martwy Punkt). Niebieski tłok pośrodku po prawej stronie wskazuje odległość ruchu tłoka głównego (tj. na jaką korbowód nie uległ przekrzywieniu). Dolny tłok w kolorze czerwonym wskazuje dodatkową odległość utworzoną przez obrót wału korbowego i nachylenie korbowodu; jest to wtórny ruch tłoka.
Gdy wał korbowy zostanie obrócony o 90 stopni, prędkość ruchu tłoka jest największa. Wtórny ruch tłoka zapewnia większy przebyty dystans. Dodając odległość ruchu wtórnego do ruchu pierwotnego, można określić całkowitą odległość przebytą przez tłok.
Stosunek długości czopa korbowego do długości korbowodu określa wielkość ruchu wtórnego. Wtórny ruch tłoka ma również wpływ na prędkość tłoka i przyspieszenie tłoka.
Pierwotne i wtórne ruchy tłoka:
Ruch tłoka pierwotnego i wtórnego pokazano na wykresach w tej sekcji jako przebytą odległość. Suma ruchu tłoka pierwotnego i wtórnego stanowi całkowity ruch tłoka. Strukturę całkowitej drogi tłoka wyjaśniono poniżej.
Główny ruch tłoka:
Siła w kierunku GMP do GMP i siła od ODP do GMP razem powodują drgania, które występują raz na obrót wału korbowego. Dlatego siłę tę nazywa się także siłą pierwotną. Siła pierwotna wykonuje ruch pierwotny.
- Główny ruch tłoka wynosi 0 przy obrocie wału korbowego o 0°, a także 180 przy obrocie wału korbowego o 0°;
- Jeśli spojrzymy wyłącznie na główny ruch tłoka, to przy obrocie wału korbowego o 90° tłok znajduje się w połowie skoku (również w połowie cylindra), czyli na 90 mm.
Dodatkowy ruch tłoka:
Boczny ruch korbowodu zapewnia wtórny ruch tłoka. Im większy stosunek długości sworznia korbowego do długości korbowodu, tym większa siła wtórna, a co za tym idzie, większy ruch wtórny.
- W TDC ruch wtórny wynosi 0;
- Przy obrocie wału korbowego o 90° ruch wtórny jest maksymalny;
- Do ruchu pierwotnego dodajemy odległość, jaką tłok pokonuje podczas ruchu wtórnego. Jest to rzeczywista droga, jaką przebył tłok.
Rzeczywisty ruch tłoka:
Rzeczywisty ruch tłoka jest tworzony przez sumę ruchu tłoka pierwotnego i wtórnego. Na wykresie można to odczytać jako „ogółem”.
- Tłok znajduje się już w połowie skoku w cylindrze, zanim wał korbowy obróci się o 90 stopni. Na wykresie widzimy, że tłok przebył 110 mm pod kątem 90 stopni. To 61% całkowitego udaru;
- Długość czopu korby, a co za tym idzie stosunek korby do korbowodu (często określany jako lambda), określa wtórny, a tym samym całkowity skok tłoka.
Dodatkowy ruch tłoka wzmacnia wibracje silnika. W silniku mającym cztery lub mniej cylindrów, w którym siły wtórne są stosunkowo duże, wałki wyważające stosowany w celu ograniczenia wibracji silnika.
Prędkość tłoka:
Podczas pracy tłok zmienia kierunek ruchu w ODP i GMP. Przy ODP i TDC prędkość tłoka wynosi zero. Dzieje się tak dlatego, że tłok zmienia kierunek w tych punktach. Gdy tłok przemieszcza się z GMP do ODP, prędkość tłoka wzrasta. Prędkość tłoka pierwotnego osiąga maksymalną wartość w okolicach 90 stopni obrotu wału korbowego. Jest to wynik dodatniego przyspieszenia tłoka podczas ruchu w dół. Jednakże wraz ze wzrostem kąta korbowodu w grę wchodzi prędkość tłoka wtórnego. Prędkość tłoka wtórnego jest powiązana z nachyleniem korbowodu i ma dodatkowy udział w całkowitej prędkości tłoka. Ta wtórna prędkość tłoka powoduje, że całkowita prędkość tłoka osiąga swoją wartość maksymalną wcześniej, niż spowodowałaby to sama prędkość tłoka głównego. Zwykle dzieje się to przed kątem wału korbowego wynoszącym 90 stopni. Na poniższym wykresie widzimy, że całkowita prędkość tłoka jest już maksymalna i wynosi około 75%.
Przyspieszenie tłoka:
Prędkość tłoka została omówiona w poprzednim akapicie. Wykres pokazuje, że prędkość tłoka w GMP i ODP wynosi 0, a prędkość wzrasta i maleje podczas ruchu w dół i w górę. Przy przyspieszaniu tłoka patrzymy na przyspieszanie i zwalnianie tłoka w cylindrze.
Gdy kąt korby wynosi 0 stopni, tłok znajduje się w górnej części skoku i jest gotowy do rozpoczęcia ruchu w dół. W tym momencie przyspieszenie tłoka jest maksymalne. Dzieje się tak na skutek gwałtownej zmiany kierunku ruchu tłoka, od zatrzymania w najwyższym punkcie do rozpoczęcia ruchu w dół. W miarę zbliżania się do GMP przyspieszenie maleje. Pierwotne przyspieszenie tłoka wynosi 0 przy 90 stopniach obrotu wału korbowego. W poprzednim akapicie widzimy, że prędkość tłoka ponownie maleje przy 90 stopniach. Pomiędzy 90 a 180 stopniami wału korbowego tłok hamuje aż do osiągnięcia GMP. Na wykresie hamowanie widzimy jako ujemne przyspieszenie.
Wtórne przyspieszenie tłoka jest ponownie wytwarzane przez przechylenie korbowodu. W silniku z korbowodem nieosiowym, korbowód znajduje się już pod niewielkim kątem, gdy tłok znajduje się w GMP. W wyniku wtórnego przyspieszenia tłoka, w pierwszych stopniach wału korbowego wzrasta całkowite przyspieszenie tłoka.
Całkowity przegląd ruchu tłoka, prędkości i przyspieszenia:
W poprzednich akapitach omówiono podstawowe, wtórne i całkowite ruchy i prędkości dla każdego wykresu. W tym przeglądzie sumy widzimy na jednym wykresie.
- W miarę przesuwania się tłoka w dół zwiększa się ciężar tłoka (od 0 do 180°);
- Tłok zmienił kierunek ruchu pomiędzy poprzednim i bieżącym skokiem. Z powodu nagłej zmiany kierunku ruchu przyspieszenie tłoka jest maksymalne od 0 stopnia wału korbowego;
- Prędkość tłoka wzrasta stopniowo, osiągając maksimum przed obróceniem się wału korbowego o 90°;
- Przy 180° zarówno prędkość tłoka, jak i przyspieszenie tłoka wynoszą 0;
- Podczas zbliżania się do GMP wykresy przyspieszenia i prędkości tłoka odwracają się.
Powiązane strony:
