曲柄销与活塞轨迹
蓝色:曲柄销 · 橙色:活塞销
格物万象实验室GEWUSCAPE LAB蓝色:曲柄销 · 橙色:活塞销
蓝色:进气门 · 红色:排气门
蓝色:连杆质心 · 橙色:活塞组件;惯性力 −ma,向上为正
包含曲柄等效旋转动能、连杆平动与转动动能、活塞平动动能
位移以活塞上止点为零,向下为正;速度同向为正。背景色依次对应进气、压缩、做功、排气。曲线游标跟随当前循环相位,鼠标移入可读数。
曲轴每转两圈,活塞往复两次,完成一个四冲程工作循环。连杆将活塞的直线运动与曲轴旋转耦合。同步传动的大轮齿数是小轮的两倍,凸轮轴与曲轴同向旋转,转速为其一半。
两个凸轮分别控制进气门、排气门。模型采用理想径向尖顶从动件简化接触,凸轮轮廓和气门升程共用同一升程函数。弹簧随气门开启压缩,关闭时复位。
0° 定义为进气上止点。0°–180° 活塞下行进气;180°–360° 上行压缩;360° 点火后进入做功下行;540°–720° 上行排气。进排气门在所属冲程内部开启、端点闭合,压缩与做功期间两气门关闭。
曲轴采用双片圆弧配重与圆滑过渡曲柄臂,主轴颈分置两侧,偏置曲柄销穿过连杆大头。配重布置于曲柄销反侧;可观察轴颈圆角、油孔、平衡钻孔与飞轮减重孔。连杆采用渐变工字截面、大小头衬套和弧形大头盖。
空气过滤器包含剖开式外壳、折叠滤纸与进气软管,连接进气道。散热器包含上下水箱、扁管、翅片、风扇与进回水管,暖色管表示热端,蓝色管表示回水端。风扇与冷却流向为运行示意,未求解风量、温度或热交换。
点击“燃烧特写”观察气缸内部;“点火慢放”会定位至345°、开启透明与效果,并以×0.05开始播放。拆解时隐藏燃烧与流动效果,便于观察新增组件的装配。
点击“曲轴特写”放大曲轴区域;隐藏“缸体 / 缸盖”可以清楚查看配重与连杆装配。
点击上方冲程卡可定位到该冲程中点。拖动 0°–720° 曲轴角或使用单步,可检查上下止点与配气状态。切换缸体透明度或隐藏缸体,可观察活塞、连杆和曲柄销。
采用单缸、火花点火、无偏置的理想刚体运动学。正时不含真实发动机的进排气提前迟闭、气门重叠和点火提前角。喷油采用进气道喷射示意:10°–160°显示雾化,360°点火,随后火焰扩展并随做功冲程渐隐。发光强度、粒子速度和颜色为增强观察的教学效果,不代表温度、缸压、爆震或燃烧计算。
加入恒速下的惯性力、等效惯量、动能与惯性驱动转矩计算;未求解燃烧压力、输出扭矩、摩擦、外部负载及自由转速响应。飞轮、配气、冷却、润滑部件为结构与联动展示,未纳入质量求解。缸盖余隙固定为 8 mm;调整缸径改变模型尺寸与排量,调整曲柄半径改变行程。
参考:NASA · Four Stroke Internal Combustion Enginer 为曲柄半径,l 为连杆中心距,D 为缸径,θ 为从上止点起算的曲轴角;内部使用弧度。
长度单位 mm,速度 mm/s,n 为 rpm。连杆要求 l ≥ 2r。
曲柄组件以半径 r 的等效均匀圆盘估计惯量,不由展示网格计算。连杆按均匀细杆;活塞组件 mp = 0.45 kg。惯性驱动转矩仅为维持恒速克服周期惯性所需的转矩,非燃烧输出转矩。恒速下增加曲柄质量提高动能储备,不改变周期惯性转矩。
进气 u = θ° / 180;排气 u = (θ° − 540) / 180,θ° 按 720° 取余。该教学升程在开闭端点的位移与速度均连续。
参数有效修改保持曲轴相位和运行状态,计时归零并重算曲线;播放倍率不会改变这些公式中的物理转速。
此目录已建立,具体仿真场景将在后续逐步加入。