Назначение и общее устройство двигателя внутреннего сгорания: Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Содержание

Назначение и устройство двигателя внутреннего сгорания

Более сотни лет в качестве силовых установок большинства машин и механизмов используются двигатели внутреннего сгорания. В начале 20-го века они заменили собой паровой мотор внешнего сгорания. ДВС сейчас является самым экономичным и эффективным среди прочих моторов. Давайте рассмотрим устройство двигателя внутреннего сгорания.

История создания

История этих агрегатов началась примерно 300 лет назад. Именно тогда Леонардо Да Винчи разработал первый чертеж примитивного двигателя. Разработка этого агрегата дала толчок к сборке, испытаниям и постоянному совершенствованию ДВС.

В 1861 году по чертежам, которые оставил миру Да Винчи, создали первый двухтактный мотор. Тогда еще никто и не думал, что подобными установками будут комплектоваться все автомобили и другая техника, хотя тогда использовались паровые агрегаты на железнодорожной технике.

Первым, кто стал использовать ДВС на автомобилях, стал Генри Форд. Он первым написал книгу об устройстве и работе ДВС. Форд стал первым, кто вычислял КПД этих двигателей.

Классификация ДВС

В процессе развития усложнялось и устройство двигателя внутреннего сгорания. Назначение его при этом оставалось прежним. Можно выделить несколько основных видов ДВС, которые являются наиболее эффективными сегодня.

Первые по эффективности и экономичности – поршневые установки. В этих агрегатах энергия, образовавшаяся от сгорания топливной смеси, превращается в движение через систему из шатунов и коленчатого вала.

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания карбюраторного ничем не отличается от других моторов. Но горючая смесь приготавливается непосредственно в карбюраторе. Впрыск осуществляется в общий коллектор, откуда под воздействием разряжения смесь попадает в цилиндры, где затем загорается от электрического разряда на свече.

Инжекторный двигатель отличается от карбюраторного тем, что топливо подается в каждый цилиндр непосредственно через отдельные форсунки. Затем после того, как бензин смешается с воздухом, топливо поджигается от искры свечи.

Дизельный мотор отличается от бензиновых. Рассмотрим кратко устройство дизельного двигателя внутреннего сгорания. Здесь для воспламенения не используются свечи. Данное топливо загорается под воздействием высокого давления. В результате дизель нагревается. Температура превышает температуру горения. Впрыск осуществляется посредством форсунок.

К ДВС относят и роторно-поршневые двигатели. В этих агрегатах тепловая энергия от сгорания топлива воздействует на ротор. Он имеет особенную форму и специальный профиль. Траектория движения ротора – планетарная (элемент находится внутри специальной камеры). Ротор одновременно выполняет огромное количество функций – это газораспределение, функция коленчатого вала и поршня.

Существуют и газотурбинные ДВС. В этих агрегатах тепловая энергия преобразуется через ротор с клиновидными лопатками. Затем эти механизмы заставляют турбину вращаться.

Самыми надежными, не требующими частого обслуживания и экономичными считаются поршневые моторы. Роторные практически не используют в массовой автомобильной технике. Сейчас модели автомобилей, оснащенных роторно-поршневыми двигателями, выпускает только японская “Мазда”. Опытные авто с газотурбинными моторами в 60-х годах выпускал “Крайслер”, и после этого больше к этим установкам не возвращался ни один автопроизводитель. В Советском Союзе газотурбированными моторами недолго оснащали некоторые модели танков и десантных кораблей. Но затем было решено отказаться от таких силовых агрегатов. Именно поэтому мы рассматриваем устройство двигателя внутреннего сгорания – они наиболее популярны и эффективны.

Устройство ДВС

В корпусе мотора объединено несколько систем. Это блок цилиндров, в котором и находятся те самые камеры сгорания. В последних сгорает топливная смесь. Также двигатель состоит из кривошипно-шатунного механизма, призванного превращать энергию движения поршней во вращение коленчатого вала. В корпусе силового агрегата имеется и газораспределительный механизм. Его задача — обеспечивать своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Двигатель не сможет работать без системы впрыска, зажигания, а также без выхлопной системы.

При запуске силового агрегата в цилиндры через открытые впускные клапаны подается смесь топлива и воздуха. Затем она воспламеняется от электрического разряда на свече зажигания. Когда смесь воспламенится и газы начнут расширятся, увеличится давление на поршень. Последний приведется в движение и заставит вращаться коленчатый вал.

Устройство и работа двигателя внутреннего сгорания таковы, что мотор работает определенными циклами. Эти циклы постоянно повторяются с высокой частотой. За счет этого обеспечивается непрерывное вращение коленчатого вала.

Принцип действия двухтактных ДВС

Когда мотор запускается, поршень, который приводится в движение посредством вращения коленвала, начинает двигаться. Когда он достигнет самой нижней своей точки и начнет двигаться вверх, в цилиндр подается топливо.

При движении вверх поршень сжимает смесь. Когда он достигнет верхней мертвой точки, то свеча за счет электрического разряда воспламеняет смесь. Газы моментально расширяются и толкают поршень вниз.

Затем открывается выпускной клапан цилиндра, и продукты сгорания выходят из цилиндров в выхлопную систему. Затем, снова дойдя до нижней точки, поршень начнет двигаться вверх. Коленчатый вал сделает один оборот.

Когда начнется новое движение поршня, впускные клапаны снова откроются, и будет подана топливная смесь. Она займет весь объем, который занимали продукты сгорания, и цикл повторится снова. За счет того, что поршни в таких двигателях работают только в двух тактах, совершается меньше движений, в отличие от четырехтактного ДВС. Снижаются потери на трение деталей. Но эти моторы сильнее нагреваются.

В двухтактных силовых агрегатах поршень также играет роль газораспределительного механизма. В процессе движения открываются и закрываются отверстия для впуска топливной смеси и выпуска отработанных газов. Худший газообмен в сравнении с четырехтактными моторами – это основной недостаток таких двигателей. В момент выпуска отработанных газов значительно теряется мощность.

На данный момент двухтактные двигатели применяются в мопедах, скутерах, лодках, бензиновых пилах и на другой маломощной технике.

Четырехтактный

Устройство двигателя внутреннего сгорания такого типа немного отличается от двухтактного. Принцип работы тоже немного другой. На одно вращение коленчатого вала приходится четыре такта.

Первым тактом является подача горючей смеси в цилиндр двигателя. Мотор под воздействием разряжения всасывает смесь в цилиндр. Поршень в цилиндре в этот момент направляется вниз. Впускной клапан открыт, и распыленный бензин вместе с воздухом попадет в камеру сгорания.

Далее идет такт сжатия. Впускной клапан закрывается, а поршень двигается по направлению вверх. При этом смесь, находящаяся в цилиндре, значительно сжимается. По причине давления смесь нагревается. Давлением повышается концентрация.

Далее следует третий рабочий такт. Когда поршень почти доходит до своего верхнего положения, срабатывает система зажигания. На свече проскакивает искра, и смесь воспламеняется. Из-за мгновенного расширения газов и распространения энергии взрыва, поршень под давлением движется вниз. Данный такт в работе четырехтактного мотора основной. Прочие три такта не влияют на создание работы и являются вспомогательными.

На четвертом такте начинается фаза выпуска. Когда поршень достигает низа камеры сгорания, открывается выпускной клапан и отработанные газы выходят сначала в выхлопную систему, а затем в атмосферу.

Вот такое устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания четырехтактного, который установлен под капотами большинства автомобилей.

Вспомогательные системы

Мы рассмотрели устройство двигателя внутреннего сгорания. Но любой мотор не смог бы работать, если бы не был оснащен дополнительными системами. О них мы расскажем ниже.

Зажигание

Эта система – часть электрического оборудования. Она предназначена для формирования искр, которые поджигают топливную смесь.

Система включает в себя АКБ и генератор, замок зажигания, катушку, а также специальное устройство – распределитель зажигания.

Впускная система

Она необходима для того, чтобы в мотор без каких-либо перебоев поступал воздух. Кислород необходим для образования смеси. Сам по себе бензин гореть не будет. Нужно отметить, что в карбюраторах впуск представляет собой только фильтр и воздуховоды. Впускная система современных авто более сложная. Она включает в себя воздухозаборник в виде патрубков, фильтр, дроссельную заслонку, а также впускной коллектор.

Система питания

Из принципа устройства двигателя внутреннего сгорания мы знаем, что мотору нужно что-то сжигать. Это бензин или дизельное топливо. Система питания обеспечивает подачу горючего в процессе работы мотора.

В самом примитивном случае данная система состоит из бака, а также топливной магистрали, фильтра и насоса, которые обеспечивает подачу горючего в карбюратор. В инжекторных автомобилях система питания контролируется ЭБУ.

Смазочная система

В смазочную систему входит масляный насос, поддон, фильтр для очистки масла. В дизельных и мощных бензиновых силовых агрегатах также имеется радиатор для очистки смазки. Насос приводится в действие от коленчатого вала.

Заключение

Вот что представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Устройство и принцип действия его мы рассмотрели, и теперь понятно, как работает автомобиль, бензопила или дизельный генератор.

Общее устройство поршневого двигателя внутреннего сгорания

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ  [c.222]

Комбинированными двигателями внутреннего сгорания называются двигатели, состоящие из поршневой части и нескольких компрессионных и расширительных машин (или устройств), а также устройств для подвода и отвода теплоты, объединенных между собой общим рабочим телом. В качестве поршневой части комбинированного двигателя используется поршневой двигатель внутреннего сгорания.  [c.9]


Газовая турбина представляет собой двигатель внутреннего сгорания, так как в ней топливо сгорает внутри двигателя в специальной камере и рабочим телом являются продукты сгорания, как и в поршневом двигателе внутреннего сгорания. Устройство газовой турбины имеет много общего с паровой турбиной. Так» же, как и у паровой турбины, к основным частям газовой турбины относятся вал, рабочее колесо с лопатками и корпус со. вставленными соплами. Отличие газовой турбины от паровой состоит в том, что в механическую энергию преобразуется кинетическая энергия не пара, а продуктов сгорания.  
[c.16]

Он существенно отличается от выпущенного ранее (А. С. Орлин и др. Двигатели внутреннего сгорания. Рабочие процессы в двигателях и их агрегатах , Т. 1, изд. 2-е, М., Машгиз, 1957) в связи с изменением учебных планов и программ специальности. Данный курс имеет следующие особенности. В основу положено рассмотрение рабочего цикла комбинированного двигателя внутреннего сгорания, состоящего из комплекса компрессионных и расширительных машин (поршневого двигателя, газовых турбин и компрессоров) и устройств для подвода и отвода теплоты (холодильников, теплообменников, камер сгорания), объединенных общим рабочим телом, совершающим единый рабочий цикл.

Рабочий цикл обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания рассматривается как частный случай цикла комбинированного двигателя, состоящего из одного поршневого двигателя. Изложение теории двигателей с внутренним и внешним смесеобразованием проводится параллельно.  [c.5]

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания, используемые в качестве источников энергии в машинных агрегатах различного назначения, как правило, снабжаются всере-жимными или многорежимными регуляторами скорости вращения ДВС центробежного тина [28]. Силовая цепь машинного агрегата и управляющее устройство (регулятор) схематизируются в виде модели с направленными звеньями. Наиболее сложное звено в этом иредставлении — динaмuчe aя модель силовой цени, отражающая упруго-инерционные, диссипативные и возмущающие свойства собственно двигателя, связанных с ним передаточных механизмов и потребителя энергии (рабочей машины, движителя, исполнительного устройства). Эта модель охвачена отрицательной обратной связью но угловой скорости двигателя (см.

рис. 17, а). Реализующий обратную связь регулятор в общем случае включает в себя центробежный измеритель скорости, усилительные элементы и исполнительный орган (рейка топливного насоса, заслонка карбюратора) (см. рис. 17, б). Эти механизмы схематизируются на основе типовых звеньев (первого или второго порядка) направленного действия [28]. Импульсный характер воздействия псполиительпого органа регулятора на поток энергии в ДВС может быть схематизирован, как показано в гл. I, на основе типовых (колебательных) направленных звеньев второго порядка.  
[c.140]


Рассмотрев различные устройства, основанные на химических реакциях, и в особенности на реакциях типа горения, можно прийти к выводу, что сравнительно невысокая эффективность таких устройств, использующих горение топлива в воздухе, связана прежде всего с Необратимостью самого процесса горения. В то же время топливные элементы работают гораздо более обратимо, поскольку высвобождающаяся за счет реакции химическая энергия непосредственно превращается в электрическую работу. Таким образом, топливные элементы обладают значительно более высокими к. п. д. TiR (а следовательно, и tio) по сравнению с устройствами, работающими за счет сжигания топлива на воздухе. Например, в то время как общий к. п. д. поршневого двигателя внутреннего сгорания по порядку величины близок к 25—35% при полной нагрузке и значительно ниже при частичной нагрузке, общий к. п. д. водороднокислородного топливного элемента может достигать 50% при полной нагрузке, а при небольших токовых нагрузках — даже 90%. Эффективность топливных элементов кратко обсуждается в разд. 20.25.  
[c.307]

Учебник написан коллективом преподавателей кафедры Двигатели внутреннего сгорания МВТУ им. Н. Э. Баумана по программе специальности Двигатели внутреннего сгорания . Методика изложения материала базируется на более чем семидесятилетием опыте подготовки инженеров по этим двигателям в МВТУ им. Н. Э. Баумана. Основы этой методики были заложены В. И. Гриневецким и в дальнейшем успешно развиты Н. Р. Брилингом, Е. К. Мазингом, Д. Н. Вырубовым, А. С. Орлиным, Г. Г. Калишем, Б. Г. Либровичем и другими преподавателями кафедры. Согласно этой методике в учебнике сначала рассматриваются устройства и общие принципы работы двигателей внутреннего сгорания и их систем, а затем приводятся конструкции конкретных двигателей. Материал излагается применительно к поршневым двигателям всех типов и назначений.  

[c.7]

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Двигатели внутреннего сгорания широко применяются в судовых силовых установках, в машинных агрегатах транспортных, сельскохозяйственных, дорожных и других машин. Под динамической силовой характеристикой ДВС понимаются закономерности формирования вращающих моментов, действующих на отдельные кривошипы коленчатого вала двигателя. При схематизации динамической характеристики ДВС в общем случае учитываются позиционные закономерности силовых характеристик ДВС от газовых сил рабочего процесса и неуравновешенных сил инерции шатунно-поршневых групп наличие локальной системы автоматического регулирования скорости (САРС) импульсный характер воздействия исполнительного органа управляющего устройства па входной поток энергии влияние сложной формы регулирующих импульсов на характеристики САРС.  

[c.33]


§ 46. Двигатели внутреннего сгорания. Общее устройство судов

§ 46. Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются поршневыми тепловыми двигателями, в которых топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Образующаяся при сгорании смесь газов, расширяясь, перемещает поршень, совершающий механическую работу – вращение вала.

В качестве судовых ДВС в большинстве случаев применяются только дизели. Дизелями называются такие ДВС, в которых топливо, вводимое в цилиндр, в конце сжатия в нем поршнем свежего воздуха самовоспламеняется под действием температуры, поднявшейся вследствие образовавшегося в цилиндре высокого давления.

Двигатели, работающие на бензине с внешним смесеобразованием (карбюраторные двигатели) и с искусственным зажиганием топлива от электрической искры, устанавливают преимущественно на легких судах и быстроходных катерах.

Двигатели, в которых свежий воздух поступает в цилиндры под давлением выше атмосферного, называются двигателями с наддувом . Большинство ДВС средней и большой мощности бывают двигателями с наддувом.

Как известно, двигатели делятся на четырёхтактные , в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, и двухтактные , в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

В соответствии с количеством оборотов коленчатого вала различают двигатели тихоходные и быстроходные . Дизели, совершающие 100-200 об/мин, называются малооборотными.

Двигатели внутреннего сгорания разделяются на реверсивные – те, которые могут менять направление вращения, и на нереверсивные . Судовые двигатели в большинстве случаев являются реверсивными. Нереверсивные двигатели устанавливают для привода электрических генераторов.

Рис. 73. Схема устройства для работы дизеля подводной лодки на перископной глубине. 1 – воздушная шахта; 2 – обтекатель; 3 – головка с клапаном; 4 – шаровой поплавок, управляющий клапаном; 5 – козырек выхлопной шахты; 6 – выхлопная шахта; 7 – клапан; 8 – рычаг.

При работе нереверсивных двигателей на винт их снабжают реверсивными муфтами или реверс-редукторами, обеспечивающими изменение вращения винта без остановки двигателя или перемены направления вращения коленчатого вала. Нереверсивные двигатели могут быть применены при использовании винтов регулируемого шага (ВРШ).

Обычно судовые дизели средней и большой мощности делаются реверсивными с особым устройством, обеспечивающим перемену направления вращения коленчатого вала.

В качестве топлива для судовых дизелей используют тяжелые сорта жидкого топлива – дизельное и моторное.

Эффективный к. п. д. современных малооборотных дизелей достигает 42%, быстроходных- 37%. Наибольший эффективный к. п. д. и наименьший удельный расход топлива-у двигателей большой мощности. В опытных образцах двигателей с высоким наддувом эффективный к. п. д. достигает 45%.

Пуск в ход дизелей осуществляется сжатым воздухом, подаваемым из специальных пусковых баллонов под давлением 25- 30 атм, содержащих запас воздуха не менее чем на 6 пусков. На судах применяют как четырехтактные, так и двухтактные двигатели. Наибольшая мощность четырехтактных двигателей обычно не превышает 1500 э. л. с, поэтому в большинстве случаев на судах они применяются как вспомогательные и лишь в установках малой мощности – в качестве главных двигателей. В качестве же главных двигателей средней и большой мощности применяют двухтактные двигатели. На современных морских теплоходах ставят мощные малооборотные двигатели с непосредственной перодачей вращения на гребной вал.

«Единый двигатель» представляет собой энергетическую установку, обеспечивающую работу обычного дизеля подводной лодки в подводном положении по замкнутому циклу. Эта установка работает на окислителе, которым служит газообразный или жидкий кислород, содержащейся в баллонах. Выхлопные газы дизеля, очищенные и обогащенные кислородом, снова подаются во всасывающий коллектор, а избыточное количество газов отводится за борт.

На опытной немецкой подводной лодке среднего водоизмещения, построенной в период второй мировой войны, была предусмотрена установка, работающая по замкнутому циклу, мощностью всего лишь 1500 л. с. Суммарный удельный расход топлива и кислорода при работе этой установки был очень велик. Поэтому основными недостатками подводных лодок с-«единым двигателем» является малая дальность плавания, зависящая от запасов кислорода, а также повышенная взрыво- и пожароопасность в помещениях лодки.

Работа дизеля под водой (РДП) обеспечивается устройством, выдвигающимся на поверхность воды при плавании подводной лодки на перископной глубине и подающим наружный воздух. Впервые это устройство было применено в 1944 г. на немецких подводных лодках и получило название «шноркеля».

Принципиальная схема такого устройства показана на рис. 73.

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков , к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели . Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия — порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Большинство водителей понятия не имеют, каким является устройство двигателя автомобиля. А знать это необходимо, ведь не зря при обучении во многих автошколах ученикам рассказывают принцип работы ДВС. Иметь представление о работе двигателя должен каждый водитель, ведь эти знания могут пригодиться в дороге.

Конечно, существуют разные типы и марки двигателей автомобилей, работа которых отличается между собой в мелочах (системы впрыскивания топлива, расположение цилиндров и т. д.). Однако основной принцип для всех типов ДВС остается неизменным.

Устройство двигателя автомобиля в теории

Устройство ДВС всегда уместно рассматривать на примере работы одного цилиндра. Хотя чаще всего легковые автомобили имеют 4, 6, 8 цилиндров. В любом случае, главная деталь мотора — это цилиндр. В нем располагается поршень, который может двигаться вверх-вниз. При этом существуют 2 границы его передвижения — верхняя и нижняя. Профессионалы их называют ВМТ и НМТ (верхняя и нижняя мертвые точки).

Сам поршень соединен с шатуном, а шатун — с коленчатым валом. При движении поршня вверх-вниз шатун передает нагрузку на коленчатый вал, и тот вращается. Нагрузки от вала передаются на колеса, в результате чего автомобиль начинает движение.

Но главная задача — заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой этого сложного механизма. Делается это с помощью бензина, дизельного топлива или газа. Капля топлива, воспламеняющаяся в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение. Затем поршень по инерции возвращается в верхнюю границу, где снова происходит взрыв бензина и такой цикл повторяется постоянно, пока водитель не заглушит мотор.

Так выглядит устройство двигателя автомобиля. Однако это лишь теория. Давайте рассмотрим более детально циклы работы мотора.

Четырехтактный цикл

Практически все двигатели работают по 4-тактному циклу:

  1. Впуск топлива.
  2. Сжатие топлива.
  3. Сгорание.
  4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.

Схема

Ниже на рисунке показана типичная схема устройства двигателя автомобиля (одного цилиндра).

На этой схеме четко показаны основные элементы:

A — Распределительный вал.

B — Крышка клапанов.

C — Выпускной клапан, через который отводятся газы из камеры сгорания.

D — Выхлопное отверстие.

E — Головка цилиндра.

F — Полость для охлаждающей жидкости. Чаще всего там находится антифриз, который охлаждает нагревающийся корпус мотора.

G — Блок мотора.

H — Маслосборник.

I — Поддон, куда стекает все масло.

J — Свеча зажигания, образующая искру для поджога топливной смеси.

K — Впускной клапан, через который в камеру сгорания попадает топливная смесь.

L — Впускное отверстие.

M — Поршень, который движется вверх-вниз.

N — Шатун, соединенный с поршнем. Это основной элемент, который передает усилие на коленчатый вал и трансформирует линейное движение (вверх-вниз) во вращательное.

O — Подшипник шатуна.

P — Коленчатый вал. Он вращается за счет движения поршня.

Также стоит выделить такой элемент, как поршневые кольца (их еще называют маслосъемными кольцами). Их нет на рисунке, однако они являются важной составляющей системы двигателя автомобиля. Данные кольца огибают поршень и создают максимальное уплотнение между стенками цилиндра и поршня. Они предотвращают попадание топлива в масляный поддон и масла в камеру сгорания. Большинство старых двигателей автомобилей ВАЗ и даже моторы европейских производителей имеют изношенные кольца, которые не создают эффективное уплотнение между поршнем и цилиндром, из-за чего масло может попадать в камеру сгорания. В такой ситуации будет наблюдаться повышенный расход бензина и «жор» масла.

Это основные элементы конструкции, которые имеют место во всех двигателях внутреннего сгорания. На самом деле элементов намного больше, но тонкостей мы касаться не будем.

Как работает двигатель?

Начнем с начального положения поршня — он находится вверху. В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. При этом всего лишь небольшая капля бензина поступает в емкость цилиндра. Это первый такт работы.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки, при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, в результате чего топливная смесь сжимается, так как ей в закрытой камере некуда деваться. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап — это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе деталь достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени, пока водитель не заглушит двигатель.

В результате взрыва бензина поршень движется вниз и толкает коленчатый вал. Тот раскручивается и передает нагрузки на колеса автомобиля. Именно так и выглядит устройство двигателя автомобиля.

Отличие в бензиновых моторах

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч — элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. То есть на третьем цикле поршень поднимается вверх, сильно сжимает топливную смесь, и та взрывается естественным образом под действием давления.

Альтернатива ДВС

Отметим, что в последнее время на рынке появляются электрокары — автомобили с электрическими двигателями. Там принцип работы мотора совершенно другой, т. к. источником энергии является не бензин, а электричество в аккумуляторных батареях. Но пока что автомобильный рынок принадлежит автомобилям с ДВС, а электрические двигатели не могут похвастаться высокой эффективностью.

Несколько слов в заключение

Такое устройство ДВС является практически совершенным. Но с каждым годом разрабатываются новые технологии, повышающие КПД работы мотора, осуществляется улучшение характеристик бензина. При правильном техническом обслуживании двигателя автомобиля он может работать десятилетиями. Некоторые успешные моторы японских и немецких концернов «пробегают» миллион километров и приходят в негодность исключительно из-за механического устаревания деталей и пар трения. Но многие двигатели даже после миллионного пробега успешно проходят капремонт и продолжают выполнять свое прямое предназначение.

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют двигатель, в котором сгорание топлива происходит непосредственно внутри рабочей камеры. Именно такие агрегаты широко применяются в автомобильной индустрии, обеспечивая преобразование тепловой энергии от сгорания топлива в механическую силу.

Способ осуществления рабочего цикла может происходить в один такт, или в два такта. Поэтому различают двухтактные и четырехтактные ДВС. Тактом называется ход поршня между двумя мертвыми точками, с поворотом коленчатого вала на 180 градусов.

Принцип работы

Принципы работы каждого из типов двигателей несколько отличаются. В двухтактном моторе за один оборот происходит завершение рабочего цикла за два этапа – за счет сжатия и расширения. Клапаны в таком устройстве отсутствуют, а их функцию выполняет поршень. Его перемещение обеспечивает открытие и закрытие продувочных окон.

Рабочий процесс в четырехтактном моторе происходит за четыре этапа. При этом к сжатию и расширению добавляются такие процессы, как впуск на первом и выпуск на четвертом этапах, соответственно.

Главным различием таких моторов являются отличные механизмы газообмена, т.е. подача топлива в цилиндры и отвод отработанных газов. В конструкцию четырехтактных агрегатов включен газораспределительный механизм, обеспечивающий открытие и закрытие клапанов в определенные моменты времени. В двухтактных моторах цилиндры опорожняются и заполняются в моменты тактов сжатия и расширения.

Видео: Устройство и как работает двигатель внутреннего сгорания

Общее устройство ДВС

По типу преобразования тепловой энергии все двигатели можно разделить на такие виды:

  • Поршневые. В таких агрегатах сгорание топлива происходит в цилиндрах, а благодаря возвратно-поступательному движению поршня за счет кривошипно-шатунного механизма тепловая энергия преобразуется в механическую;
  • Роторно-поршневые. Энергия преобразовывается при помощи вращения ротора со специальным профилем за счет рабочих газов;
  • Газотурбинные. В таких двигателях превращение энергии обеспечивает ротор с клиновидными лопатками.

Самым популярным и востребованным среди всех видов агрегатов является поршневой ДВС, за счет своей универсальности, способности к быстрому запуску и возможностью работы с различными видами горючего.

Общее устройство ДВС включает корпус агрегата, а также два типа механизмов – кривошипно-шатунный и газораспределительный. Помимо этого он содержит ряд систем – питания, зажигания, пуска, охлаждения и смазки. Все перечисленные системы состоят из определенных узлов и механизмов, а также необходимых коммуникационных элементов.

Важно! Только благодаря слаженному выполнению механизмами и системами своих функций обеспечивается бесперебойная работа ДВС.

Кривошипно-шатунный механизм

Циклическое поступательное движение поршня, описываемое им при перемещении в цилиндре, должно быть преобразовано во вращательное движение коленчатого вала. Именно это действие и обеспечивается благодаря кривошипно-шатунному механизму (КШМ).

В конструкцию такого механизма входят подвижные составляющие – поршни, поршневые кольца, пальцы, шатуны, маховик и коленчатый вал. Также КШМ включает и неподвижные элементы – блок цилиндров и прокладка, головка блока цилиндров, цилиндры, картер, поддон. Кроме того, устройство включает и различные элементы креплений, крепежные и шатунные подшипники.

Газораспределительный механизм

Благодаря газораспределительному механизму (ГРМ) своевременная подача в цилиндры в зависимости от типа ДВС воздуха или топливно-воздушной смеси, а также выпуска в систему выхлопа отработанных газов.

Интересно! Благодаря своевременному открытию или закрытию клапанов ГРМ обеспечивается бесперебойная работа механизма.

В состав конструкции ГРМ входят такие узлы и механизмы:

  • Распредвал. Чугунный или стальной элемент, который открывает или закрывает клапаны.
  • Толкатели. Обеспечивают передачу усилий на клапаны от кулачков.
  • Впускные и выпускные клапаны. Способствуют подачи смеси в камеру, а также удаляют отработанные газы. В зависимости от диаметра головки различаются впускные и выпускные клапаны. Кроме того головка впускного клапана – имеет хромированное покрытие, а головка выпускного изготовлена из жаропрочной стали.
  • Штанги. Благодаря которым происходит передача усилия от толкателей к штангам.
  • Привод ГРМ, который обеспечивает открытие и закрытие клапанов, за счет передачи вращения коленвала на распредвал. В качестве привода может использоваться как ремень, так и цепь ГРМ, а также зубчатая передача.

Система питания

В состав данной системы входят такие устройства, как элементы, предназначенные для хранения топлива, воздухоочистительные приборы, узлы, обеспечивающие очистку и подачу топлива, а также приборы для приготовления топливной смеси.

Элементами питания ДВС являются:

  • Топливный бак и топливопровода;
  • Топливный фильтр и насос;
  • Воздушный фильтр;
  • Карбюратор, моновпрыск или инжектор, в зависимости от устройства системы питания.
Интересно! В инжекторных системах питания регулировку работы топливных форсунок осуществляет электронное устройство – блок управления, в конструкцию которого включены различные датчики контроля.

Главными функциями топливной системы являются:

  • Подача топлива из бака;
  • Фильтрация горючего;
  • Образование горючей смеси;
  • Подача смеси в цилиндры.

Отличаются топливные системы в зависимости от типа используемого горючего: в дизельных агрегатах впрыск в камеру происходит под высоким давлением, для чего применяется топливный насос высокого давления.

Система зажигания

Главная функция данной системы является подача искры к свечам зажигания в определенный момент времени. Системы зажигания бывают трех основных типов:

  • Контактная. Создание импульсов происходит в момент разрыва контактов.
  • Бесконтактная. Управляющие импульсы создает транзисторное управляющее устройство.
  • Микропроцессорная система зажигания управляется электронным устройством.

Основными элементами системы являются:

  • Источник питания;
  • Выключатель зажигания;
  • Накопитель;
  • Свечи зажигания;
  • Система распределения;
  • Высоковольтный провод.

Принцип работы данной системы основан на накоплении катушкой зажигания напряжения с низкими характеристиками и его преобразовании в высокое. После накопленная энергия передается к свечам зажигания, а образовываемая в необходимый момент времени искра воспламеняет топливно-воздушную смесь.

Пуск

Основными составными механизмами системы пуска ДВС являются:

  • Стартер;
  • Аккумуляторная батарея;
  • Включатель зажигания.

Данная система обеспечивает удобный, надежный и быстрый пуск двигателя в независимости от условий эксплуатации автомобиля.

Охлаждение

Функционирование систем и механизмов ДВС без организации отвода излишнего тепла не возможно, так как их работа сопряжена с повышенным температурным режимом. Основное назначение системы охлаждения – это уменьшение температуры рабочих элементов мотора.

Интересно! Если авто оборудовано автоматической трансмиссией, то система охлаждения участвует также в организации охлаждения трансмиссионной жидкости.

Существует два основных типа систем охлаждения ДВС:

  • Жидкостная;
  • Воздушная.

Помимо основных функций, система охлаждения отвечает за:

  • Работу системы отопления, вентиляции и кондиционирования;
  • Охлаждение масла в смазывающей системе;
  • Охлаждение газов в системе выхлопа.

Наиболее распространенной является жидкостная система охлаждения, чему способствуют равномерное и эффективное охлаждение узлов и механизмов, а также низкий уровень шумности при работе.

Важными элементами системы охлаждения являются:

  • Жидкостной радиатор;
  • Масляный радиатор;
  • Теплообменник;
  • Вентилятор;
  • Центробежный насос;
  • Расширительный бачок;
  • Термостат.

Важным расходным материалом, благодаря которому обеспечивается охлаждение, является рабочая жидкость – антифриз.

Система смазки

Работа механизмов и узлов ДВС происходит в условиях постоянного трения элементов. Это отрицательно влияет на их состояние, вызывая износ и снижая эксплуатационные характеристики агрегата. Именно для предотвращения таких негативных явлений в конструкцию ДВС включена система смазки. Она является комбинированной, т.е. происходит смешивание моторного масла с топливом.

Основными элементами системы смазки ДВС являются:

  • Масляный фильтр и насос;
  • Поддон;
  • Заборник;
  • Контуры, обеспечивающие подачу масла к элементам.

При помощи масляного насоса происходит подача масла в фильтр, а далее оно распределяется между узлами и каналами смазки. Этот процесс происходит постоянно, а благодаря наличию специальных датчиков контролируется давление в системе.

Тюнинг

Для повышения эксплуатационных характеристик двигателя, его модернизации и увеличения крутящего момента используется такая процедура, как тюнинг. Основными видами тюнинга являются:

  • Расточка цилиндров, которая способствует увеличению камеры сгорания топлива, что несколько увеличивает силовые возможности агрегата.
  • Установка турбины, что обеспечивает увеличение мощности и КПД двигателя;
  • Чип-тюнинг – увеличение эксплуатационных характеристик за счет изменения работы электронной части блока управления.
  • Установка закиси азота, что способствует значительному увеличению мощности мотора.

Как правило, тюнинг проводится только в случае полной исправности узлов и механизмов силового агрегата и должен выполняться квалифицированными мастерами автосервисов.

Для бесперебойной и эффективной работы ДВС следует обращать внимание на любые изменения и своевременно производить диагностику и ремонт оборудования.

Более сотни лет в качестве силовых установок большинства машин и механизмов используются двигатели внутреннего сгорания. В начале 20-го века они заменили собой паровой мотор внешнего сгорания. ДВС сейчас является самым экономичным и эффективным среди прочих моторов. Давайте рассмотрим устройство

История создания

История этих агрегатов началась примерно 300 лет назад. Именно тогда Леонардо Да Винчи разработал первый чертеж примитивного двигателя. Разработка этого агрегата дала толчок к сборке, испытаниям и постоянному совершенствованию ДВС.

В 1861 году по чертежам, которые оставил миру Да Винчи, создали первый двухтактный мотор. Тогда еще никто и не думал, что подобными установками будут комплектоваться все автомобили и другая техника, хотя тогда использовались паровые агрегаты на железнодорожной технике.

Первым, кто стал использовать ДВС на автомобилях, стал Генри Форд. Он первым написал книгу об устройстве и работе ДВС. Форд стал первым, кто вычислял КПД этих двигателей.

Классификация ДВС

В процессе развития усложнялось и устройство двигателя внутреннего сгорания. Назначение его при этом оставалось прежним. Можно выделить несколько основных видов ДВС, которые являются наиболее эффективными сегодня.

Первые по эффективности и экономичности — поршневые установки. В этих агрегатах энергия, образовавшаяся от сгорания топливной смеси, превращается в движение через систему из шатунов и коленчатого вала.

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания карбюраторного ничем не отличается от других моторов. Но горючая смесь приготавливается непосредственно в карбюраторе. Впрыск осуществляется в общий коллектор, откуда под воздействием разряжения смесь попадает в цилиндры, где затем загорается от электрического разряда на свече.

Инжекторный двигатель отличается от карбюраторного тем, что топливо подается в каждый цилиндр непосредственно через отдельные форсунки. Затем после того, как бензин смешается с воздухом, топливо поджигается от искры свечи.

Дизельный мотор отличается от бензиновых. Рассмотрим кратко устройство внутреннего сгорания. Здесь для воспламенения не используются свечи. Данное топливо загорается под воздействием высокого давления. В результате дизель нагревается. Температура превышает температуру горения. Впрыск осуществляется посредством форсунок.

К ДВС относят и роторно-поршневые двигатели. В этих агрегатах тепловая энергия от сгорания топлива воздействует на ротор. Он имеет особенную форму и специальный профиль. Траектория движения ротора — планетарная (элемент находится внутри специальной камеры). Ротор одновременно выполняет огромное количество функций — это газораспределение, функция коленчатого вала и поршня.

Существуют и газотурбинные ДВС. В этих агрегатах тепловая энергия преобразуется через ротор с клиновидными лопатками. Затем эти механизмы заставляют турбину вращаться.

Самыми надежными, не требующими частого обслуживания и экономичными считаются поршневые моторы. Роторные практически не используют в массовой автомобильной технике. Сейчас модели автомобилей, оснащенных роторно-поршневыми двигателями, выпускает только японская “Мазда”. Опытные авто с газотурбинными моторами в 60-х годах выпускал “Крайслер”, и после этого больше к этим установкам не возвращался ни один автопроизводитель. В Советском Союзе газотурбированными моторами недолго оснащали некоторые модели танков и десантных кораблей. Но затем было решено отказаться от таких силовых агрегатов. Именно поэтому мы рассматриваем устройство двигателя внутреннего сгорания — они наиболее популярны и эффективны.

Устройство ДВС

В корпусе мотора объединено несколько систем. Это блок цилиндров, в котором и находятся те самые камеры сгорания. В последних сгорает топливная смесь. Также двигатель состоит из кривошипно-шатунного механизма, призванного превращать энергию движения поршней во вращение коленчатого вала. В корпусе силового агрегата имеется и Его задача — обеспечивать своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Двигатель не сможет работать без системы впрыска, зажигания, а также без выхлопной системы.

При запуске силового агрегата в цилиндры через открытые впускные клапаны подается смесь топлива и воздуха. Затем она воспламеняется от электрического разряда на свече зажигания. Когда смесь воспламенится и газы начнут расширятся, увеличится давление на поршень. Последний приведется в движение и заставит вращаться коленчатый вал.

Устройство и работа таковы, что мотор работает определенными циклами. Эти циклы постоянно повторяются с высокой частотой. За счет этого обеспечивается непрерывное вращение коленчатого вала.

Принцип действия двухтактных ДВС

Когда мотор запускается, поршень, который приводится в движение посредством вращения коленвала, начинает двигаться. Когда он достигнет самой нижней своей точки и начнет двигаться вверх, в цилиндр подается топливо.

При движении вверх поршень сжимает смесь. Когда он достигнет верхней мертвой точки, то свеча за счет электрического разряда воспламеняет смесь. Газы моментально расширяются и толкают поршень вниз.

Затем открывается выпускной клапан цилиндра, и продукты сгорания выходят из цилиндров в выхлопную систему. Затем, снова дойдя до нижней точки, поршень начнет двигаться вверх. Коленчатый вал сделает один оборот.

Когда начнется новое движение поршня, впускные клапаны снова откроются, и будет подана топливная смесь. Она займет весь объем, который занимали продукты сгорания, и цикл повторится снова. За счет того, что поршни в таких двигателях работают только в двух тактах, совершается меньше движений, в отличие от четырехтактного ДВС. Снижаются потери на трение деталей. Но эти моторы сильнее нагреваются.

В двухтактных силовых агрегатах поршень также играет роль газораспределительного механизма. В процессе движения открываются и закрываются отверстия для впуска топливной смеси и выпуска отработанных газов. Худший газообмен в сравнении с четырехтактными моторами — это основной недостаток таких двигателей. В момент выпуска отработанных газов значительно теряется мощность.

На данный момент двухтактные двигатели применяются в мопедах, скутерах, лодках, бензиновых пилах и на другой маломощной технике.

Четырехтактный

Устройство двигателя внутреннего сгорания такого типа немного отличается от двухтактного. Принцип работы тоже немного другой. На одно вращение приходится четыре такта.

Первым тактом является подача горючей смеси в цилиндр двигателя. Мотор под воздействием разряжения всасывает смесь в цилиндр. Поршень в цилиндре в этот момент направляется вниз. Впускной клапан открыт, и распыленный бензин вместе с воздухом попадет в камеру сгорания.

Далее идет такт сжатия. Впускной клапан закрывается, а поршень двигается по направлению вверх. При этом смесь, находящаяся в цилиндре, значительно сжимается. По причине давления смесь нагревается. Давлением повышается концентрация.

Далее следует третий рабочий такт. Когда поршень почти доходит до своего верхнего положения, срабатывает система зажигания. На свече проскакивает искра, и смесь воспламеняется. Из-за мгновенного расширения газов и распространения энергии взрыва, поршень под давлением движется вниз. Данный такт в работе четырехтактного мотора основной. Прочие три такта не влияют на создание работы и являются вспомогательными.

На четвертом такте начинается фаза выпуска. Когда поршень достигает низа камеры сгорания, открывается выпускной клапан и отработанные газы выходят сначала в выхлопную систему, а затем в атмосферу.

Вот такое устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания четырехтактного, который установлен под капотами большинства автомобилей.

Вспомогательные системы

Мы рассмотрели устройство двигателя внутреннего сгорания. Но любой мотор не смог бы работать, если бы не был оснащен дополнительными системами. О них мы расскажем ниже.

Зажигание

Эта система — часть электрического оборудования. Она предназначена для формирования искр, которые поджигают топливную смесь.

Система включает в себя АКБ и генератор, замок зажигания, катушку, а также специальное устройство — распределитель зажигания.

Впускная система

Она необходима для того, чтобы в мотор без каких-либо перебоев поступал воздух. Кислород необходим для образования смеси. Сам по себе бензин гореть не будет. Нужно отметить, что в карбюраторах впуск представляет собой только фильтр и воздуховоды. Впускная система современных авто более сложная. Она включает в себя воздухозаборник в виде патрубков, фильтр, дроссельную заслонку, а также впускной коллектор.

Система питания

Из принципа устройства двигателя внутреннего сгорания мы знаем, что мотору нужно что-то сжигать. Это бензин или дизельное топливо. Система питания обеспечивает подачу горючего в процессе работы мотора.

В самом примитивном случае данная система состоит из бака, а также топливной магистрали, фильтра и насоса, которые обеспечивает подачу горючего в карбюратор. В инжекторных автомобилях система питания контролируется ЭБУ.

Смазочная система

В смазочную систему входит масляный насос, поддон, фильтр для очистки масла. В дизельных и мощных бензиновых силовых агрегатах также имеется радиатор для очистки смазки. Насос приводится в действие от коленчатого вала.

Заключение

Вот что представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Устройство и принцип действия его мы рассмотрели, и теперь понятно, как работает автомобиль, бензопила или дизельный генератор.

Двигатель внутреннего сгорания – это такой тип мотора, у которого топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних носителях. ДВС преобразует давление от сгорания топлива в механическую работу.

Из истории

Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

В этом двигателе уже было искровое зажигание, он был шатунный, с поршневой системой, то есть, это своего рода прообраз современных моторов.

Спустя 57 лет соотечественник де Риваза Этьен Ленуар изобрел уже двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, наличествовал искровым зажиганием и работал на смеси светильного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время хватало уже на малогабаритные лодки.

Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого стал уже четырехтактный атмосферный мотор с вертикальным цилиндром. КПД в данном случае увеличился на 11%, в отличие от кпд двигателя внутреннего сгорания Риваза, он стал 15-процентным.

Чуть позже, в 80-х годах этого же столетия, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Даймлер и Майбах усовершенствовали его в облегченный вид, который стал устанавливаться на мото- и автотехнике.

В 1897 году Рудольф Дизель выводит в свет ДВС по типу воспламенения от сжатия, используя нефть в качестве топлива. Этот вид двигателя стал родоначальником дизельных моторов, использующихся по настоящее время.

Виды двигателей

  • Бензиновые моторы карбюраторного типа работают от топлива, смешанного с воздухом. Смесь эта предварительно подготавливается в карбюраторе, далее поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи зажигания.
  • Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается напрямую от форсунок во впускной коллектор. У этого вида имеются две системы впрыска – моновпрыск и распределенный впрыск.
  • В дизельном моторе воспламенение происходит без свечей зажигания. В цилиндре данной системы находится воздух, разогретый до температуры, которая превышает температуру воспламенения топлива. В этот воздух через форсунку подается топливо, и вся смесь воспламеняется по образу факела.
  • Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливом может являться как природный газ, так и углеводородный. Газ поступает в редуктор, где давление его стабилизируется в рабочее. Затем попадает в смеситель, а в итоге воспламеняется в цилиндре.
  • Газодизельные ДВС работают по принципу газовых, только в отличие от них, смесь воспламеняется не свечой, а дизельным топливом, впрыск которого происходит также, как и у обычного дизельного мотора.
  • Роторно-поршневые типы двигателей внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере, имеющей форму восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно усвоить, что в данном случае ротор выполняет роль поршня, ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. При одном обороте происходит сразу три рабочих цикла, что сравнимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

Принцип работы

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза – вверх и вниз одинаково по два.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

  1. Первый такт – поршень при движении вниз втягивает топливную смесь. При этом клапан впуска находится в открытом виде.
  2. После достижения поршнем нижнего уровня, он двигается вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы двигателя внутреннего сгорания, является вторым по счету. Клапаны, при этом, находятся в закрытом виде, и чем плотнее, тем качественнее происходит сжатие.
  3. В третий такт включается система зажигания, так как здесь происходит воспламенение топливной смеси. В назначении работы двигателя он называется «рабочим», так как при этом начинается процесс привода в работу агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает движение вниз. Как и во втором такте, клапаны находятся в закрытом состоянии.
  4. Завершающий такт – четвертый, выпускной, который дает понять, что такое завершение полного цикла. Поршень через выпускной клапан избавляется от отработавших газов цилиндра. Затем все циклически повторяется снова, понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представив цикличность работы часов.

Устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).

Порядок работы

  • При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
  • Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.

Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.

Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.

Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленвала.

Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.

Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные агрегаты

Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

Тип топлива

Следует помнить и об октановом числе топлива, которое используют двигатели внутреннего сгорания разных типов.

Чем выше октановое число топлива – тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Но существуют и такие двигатели, для которых увеличение октанового числа выше положенного заводом изготовителем, приведет к преждевременной поломке. Это может произойти путем прогорания поршней, разрушения колец, закопченности камер сгорания.

Заводом предусмотрено свое минимальное и максимальное октановое число, которое требует двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Любители увеличить мощность работы двигателей внутреннего сгорания зачастую устанавливают (если это не предусмотрено заводом изготовителем) различного рода турбины или компрессоры.

Компрессор на холостых оборотах выдает небольшую мощность, при этом держит стабильные обороты. Турбина же, наоборот, выжимает максимальную мощность при ее включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации с мастерами, имеющими опыт работы в узком направлении, поскольку ремонт, замена агрегатов, или же дополнение двигателя внутреннего сгорания дополнительными опциями – это отклонение от назначения работы двигателя и уменьшают ресурс ДВС, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть навсегда окончена.

Устройство двс, технические термины (ликбез), работа двс. Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания, или ДВС – это наиболее распространённый тип двигателя, который можно встретить на автомобилях. Невзирая на тот факт, что двигатель внутреннего сгорания в современных автомобилях состоит из множества частей, его принцип работы предельно прост. Давайте подробнее рассмотрим, что же такое ДВС, и как он функционирует в автомобиле.

ДВС что это?

Двигатель внутреннего сгорания – это вид теплового двигателя, в котором преобразовывается часть химической энергии, получаемой при сгорании топлива, в механическую, приводящую механизмы в движение.

ДВС разделяются на категории по рабочим циклам: двух- и четырёхтактные. Также их различают по способу приготовления топливно-воздушной смеси: с внешним (инжекторы и карбюраторы) и внутренним (дизельные агрегаты) смесеобразованием. В зависимости от того, как в двигателях преобразовывается энергия, их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные и комбинированные.

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания состоит из огромного количества элементов. Но есть основные, которые характеризуют его производительность. Давайте рассмотрим строение ДВС и основных его механизмов.

1. Цилиндр – это самая важная часть силового агрегата. Автомобильные двигатели, как правило, имеют четыре и более цилиндров, вплоть до шестнадцати на серийных суперкарах. Расположение цилиндров в таких двигателях может находиться в одном из трёх порядков: линейно, V-образно и оппозитно.


2. Свеча зажигания генерирует искру, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Благодаря этому и происходит процесс сгорания. Чтобы двигатель работал «как часы», искра должна подаваться точно в положенное время.

3. Клапаны впуска и выпуска также функционируют только в определённые моменты. Один открывается, когда нужно впустить очередную порцию топлива, другой, когда нужно выпустить отработанные газы. Оба клапана крепко закрыты, когда в двигателе происходят такты сжатия и сгорания. Это обеспечивает необходимую полную герметичность.

4. Поршень представляет собой металлическую деталь, которая имеет форму цилиндра. Движение поршня осуществляется вверх-вниз внутри цилиндра.


5. Поршневые кольца служат уплотнителями скольжения внешней кромки поршня и внутренней поверхности цилиндра. Их использование обусловлено двумя целями:

Они не дают попадать горючей смеси в картер ДВС из камеры сгорания в моменты сжатия и рабочего такта.

Они не дают попасть маслу из картера в камеру сгорания, ведь там оно может воспламениться. Многие автомобили, которые сжигают масло, оборудованы старыми двигателями, и их поршневые кольца уже не обеспечивают должного уплотнения.

6. Шатун служит соединительным элементом между поршнем и коленчатым валом.

7. Коленчатый вал преобразует поступательные движения поршней во вращательные.


8. Картер располагается вокруг коленчатого вала. В его нижней части (поддоне) собирается определённое количество масла.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В предыдущих разделах мы рассмотрели назначение и устройство ДВС. Как вы уже поняли, каждый такой двигатель имеет поршни и цилиндры, внутри которых тепловая энергия преобразуется в механическую. Это, в свою очередь, заставляет автомобиль двигаться. Данный процесс повторяется с поразительной частотой – по несколько раз в секунду. Благодаря этому, коленчатый вал, который выходит из двигателя, непрерывно вращается.

Рассмотрим подробнее принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Смесь топлива и воздуха попадает в камеру сгорания через впускной клапан. Далее она компрессируется и воспламеняется искрой от свечи зажигания. Когда топливо сгорает, в камере образуется очень высокая температура, которая приводит к появлению избыточного давления в цилиндре. Это заставляет двигаться поршень к «мёртвой точке». Он таким образом совершает один рабочий ход. Когда поршень двигается вниз, он посредством шатуна вращает коленчатый вал. Затем, двигаясь от нижней мёртвой точки к верхней, выталкивает отработанный материал в виде газов через клапан выпуска далее в выхлопную систему машины.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня. Совокупность таких тактов, которые повторяются в строгой последовательности и за определённый период – это рабочий цикл ДВС.

Впуск

Впускной такт является первым. Он начинается с верхней мёртвой точки поршня. Он движется вниз, всасывая в цилиндр смесь из топлива и воздуха. Этот такт происходит, когда клапан впуска открыт. Кстати, существуют двигатели, у которых присутствует несколько впускных клапанов. Их технические характеристики существенно влияют на мощность ДВС. В некоторых двигателях можно регулировать время нахождения впускных клапанов открытыми. Это регулируется нажатием на педаль газа. Благодаря такой системе количество всасываемого топлива увеличивается, а после его возгорания существенно возрастает и мощность силового агрегата. Автомобиль в таком случае может существенно ускориться.

Сжатие

Вторым рабочим тактом двигателя внутреннего сгорания является сжатие. По достижении поршнем нижней мертвой точки, он поднимается вверх. За счёт этого попавшая в цилиндр смесь во время первого такта сжимается. Топливно-воздушная смесь сжимается до размеров камеры сгорания. Это то самое свободное место между верхними частями цилиндра и поршня, который находится в своей верхней мертвой точке. Клапаны в момент этого такта плотно закрыты. Чем герметичнее образованное пространство, тем более качественное сжатие получается. Очень важно, какое состояние у поршня, его колец и цилиндра. Если где-то присутствуют зазоры, то о хорошем сжатии речи быть не может, а, следовательно, и мощность силового агрегата будет существенно ниже. По величине сжатия определяется то, насколько изношен силовой агрегат.

Рабочий ход

Этот третий по счёту такт начинается с верхней мёртвой точки. И такое название он получил не случайно. Именно во время этого такта в двигателе происходят те процессы, которые двигают автомобиль. В этом такте подключается система зажигания. Она отвечает за поджог воздушно-топливной смеси, сжатой в камере сгорания. Принцип работы ДВС в этом такте весьма прост – свеча системы дает искру. После возгорания топлива происходит микровзрыв. После этого оно резко увеличивается в объёме, заставляя поршень резко двигаться вниз. Клапаны в этом такте находятся в закрытом состоянии, как и в предыдущем.

Выпуск

Заключительный такт работы двигателя внутреннего сгорания – выпуск. После рабочего такта поршнем достигается нижняя мёртвая точка, а затем открывается выпускной клапан. После этого поршень движется вверх, и через этот клапан выбрасывает отработанные газы из цилиндра. Это процесс вентиляции. От того, насколько чётко работают клапан, зависит степень сжатия в камере сгорания, полное удаление отработанных материалов и нужное количество воздушно-топливной смеси.

После этого такта всё начинается заново. А за счёт чего вращается коленвал? Дело в том, что не вся энергия уходит на движение автомобиля. Часть энергии раскручивает маховик, который под действием инерционных сил раскручивает коленчатый вал ДВС, перемещая поршень в нерабочие такты.

А знаете ли вы? Дизельный двигатель тяжелее, чем бензиновый, из-за более высокого механического напряжения. Поэтому конструкторы используют более массивные элементы. Зато ресурс таких двигателей выше бензиновых аналогов. Кроме того, дизельные автомобили возгораются значительно реже бензиновых, так как дизель нелетучий.

Достоинства и недостатки

Мы с вами узнали, что представляет из себя двигатель внутреннего сгорания, а также каково его устройство и принцип работы. В заключение разберём его основные преимущества и недостатки.

Преимущества ДВС:

1. Возможность длительного передвижения на полном баке.

2. Небольшой вес и объём бака.

3. Автономность.

4. Универсальность.

5. Умеренная стоимость.

6. Компактные размеры.

7. Быстрый старт.

8. Возможность использования нескольких видов топлива.

Недостатки ДВС:

1. Слабый эксплуатационный КПД.

2. Сильная загрязняемость окружающей среды.

3. Обязательное наличие коробки переключения передач.

4. Отсутствие режима рекуперации энергии.

5. Большую часть времени работает с недогрузом.

6. Очень шумный.

7. Высокая скорость вращения коленчатого вала.

8. Небольшой ресурс.

Интересный факт! Самый маленький двигатель спроектирован в Кембридже. Его габариты составляют 5*15*3 мм, а его мощность 11,2 Вт. Частота вращения коленвала составляет 50 000 об/мин.

Подписывайтесь на наши ленты в

Однако светильный газ годился не только для освещения.

Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару . Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Решив возникшие по ходу проблемы (тугой ход и перегрев поршня, ведущий к заклиниванию) продумав систему охлаждения и смазки двигателя, Ленуар создал работоспособный двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году было выпущено более трёхсот таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над дальнейшим усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто и получившим патент на изобретение своей модели газового двигателя в 1864 году.

В 1864 году немецкий изобретатель Августо Отто заключил договор с богатым инженером Лангеном для реализации своего изобретения — была создана фирма «Отто и Компания». Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. Цилиндр двигателя Отто, в отличие от двигателя Ленуара, был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Принцип действия: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разреженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. Кроме того, двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Несмотря на это, Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре была применена кривошипно-шатунная передача. Однако самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто получил патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС

Роторный ДВС

Газотурбинный ДВС

  • Поршневые двигатели — камера сгорания содержится в цилиндре , где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма .

ДВС классифицируют:

а) По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные.

б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор, инжектор) и внутреннее (в цилиндре ДВС).

г) По способу воспламенения (с принудительным зажиганием, с воспламенением от сжатия, калоризаторные).

д) По расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные с одним и с двумя коленвалами, V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, VR-образные и W-образные, однорядные и двухрядные звездообразные, Н-образные, двухрядные с параллельными коленвалами, «двойной веер», ромбовидные, трехлучевые и некоторые другие.

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа, состоящий из четырёх отдельных тактов:

  1. впуска,
  2. сжатия заряда,
  3. рабочего хода и
  4. выпуска (выхлопа).

Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения . Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW , Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (СААБ), обладающие большей гибкостью характеристики.

Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ ) до 20-30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20-30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД . В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил , увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.

Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Фербенкс — Морзе, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20-30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах ХХ века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.

Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.

В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия . Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля , в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки(предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения(для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламениня топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).

См. также

  • Филипп Лебон — французский инженер , получивший в 1801 году патент на двигатель внутреннего сгорания со сжатием смеси газа и воздуха.
  • Роторный двигатель: конструкции и классификация
  • Роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

Примечания

Ссылки

  • Бен Найт «Увеличиваем пробег» //Статья о технологиях, которые уменьшают расход топлива автомобильным ДВС

Достаточно простые, несмотря на множество деталей, из которых он состоит. Рассмотрим это более подробно.

Общее устройство ДВС

Каждый из моторов имеет цилиндр и поршень. В первом происходит превращение тепловой энергии в механическую, которая способна вызвать движение автомобиля. Всего лишь за одну минуту этот процесс повторяется несколько сот раз, благодаря чему коленчатый вал, который выходит из мотора, вращается непрерывно.

Двигатель машины состоит из нескольких комплексов систем и механизмов, преобразующих энергию в механическую работу.

Ее базой являются:

Помимо этого, в нем работают следующие системы:

  • зажигания;

  • охлаждения;

Кривошипно-шатунный механизм

Благодаря ему возвратно-поступательное движение коленвала превращается во вращательное. Последнее передается всем системам легче, чем циклическое, тем более что конечным звеном передачи являются колеса. А они работают посредством вращения.

Если бы автомобиль не был колесным транспортным средством, то этот механизм для передвижения, возможно, не был бы необходимым. Однако в случае с машиной кривошипно-шатунная работа полностью оправдана.

Газораспределительный механизм

Благодаря ГРМ рабочая смесь или воздух поступает в цилиндры (в зависимости от особенностей образования смеси в моторе), затем удаляются отработавшие уже газы и продукты сгорания.

При этом обмен газов происходит в назначенное время в определенном количестве, организуясь с тактами и гарантируя качественную рабочую смесь, а также получение наибольшего эффекта от выделяемой теплоты.

Система питания

Смесь воздуха с топливом сгорает в цилиндрах. Рассматриваемая система регулирует их подачу в строгом количестве и пропорции. Бывает внешнее и внутреннее смесеобразование. В первом случае воздух и топливо перемешиваются вне цилиндра, а в другом — внутри него.

Систему питания с внешним образованием смеси имеет специальное устройство под названием карбюратор. В нем топливо распыляется в воздушной среде, а затем поступает в цилиндры.

Автомобиля с системой внутреннего смесеобразования называется инжекторным и дизельным. В них происходит заполнение цилиндров воздухом, куда впрыскивается топливо посредством специальных механизмов.

Система зажигания

Здесь происходит принудительное воспламенение рабочей смеси в моторе. Дизельным агрегатам это не нужно, так как у них процесс осуществляется через высокую воздуха, который становится фактически раскаленным.

В основном в двигателях применяется искровый электрический разряд. Однако, помимо этого, могут использоваться запальные трубки, которые воспламеняют рабочую смесь горящим веществом.

Она может поджигаться и другими способами. Но самым практичным на сегодняшний день продолжает оставаться электроискровая система.

Пуск

Данной системой достигается вращение коленвала мотора при запуске. Это необходимо для начала функционирования отдельных механизмов и самого двигателя в целом.

Для запуска в основном используется стартер. Благодаря ему, процесс осуществляется легко, надежно и быстро. Но возможен и вариант пневматического агрегата, который работает на запасе в ресиверах либо обеспеченного компрессором с электрическим приводом.

Самой простой системой является заводная рукоятка, через которую в моторе проворачивается коленвал и начинается работа всех механизмов и систем. Еще недавно все водители возили ее с собой. Однако ни о каком удобстве в этом случае речи быть не могло. Поэтому сегодня все обходятся без нее.

Охлаждение

В задачу этой системы входит поддержание определенной температуры работающего агрегата. Дело в том, что сгорание в цилиндрах смеси происходит с выделением теплоты. Узлы и детали мотора нагреваются, и им необходимо постоянно охлаждаться, чтобы работать в штатном режиме.

Наиболее распространенными являются жидкостная и воздушная системы.

Для того чтобы двигатель охлаждался постоянно, необходим теплообменник. В моторах с жидкостным вариантом его роль исполняет радиатор, который состоит из множества трубок для ее перемещения и отдачи тепла стенкам. Отвод еще больше увеличивается через вентилятор, который установлен рядом с радиатором.

В приборах с воздушным охлаждением используется оребрение поверхностей самых нагретых элементов, из-за чего площадь теплообмена существенно возрастает.

Эта система охлаждения является низкоэффективной, а поэтому на современных автомобилях она устанавливается редко. В основном ее используют на мотоциклах и на небольших ДВС, для которых не нужна тяжелая работа.

Система смазки

Смазывание деталей необходимо для сокращения потерь механической энергии, которая происходит в кривошипно-шатунном механизме и ГРМ. Помимо этого, процесс способствует уменьшению износа деталей и некоторому охлаждению.

Смазка в двигателях автомобилей в основном используется под давлением, когда масло подается через трубопроводы посредством насоса.

Некоторые элементы смазываются путем разбрызгивания или окунания в масло.

Двухтактные и четырехтактные моторы

Устройство двигателя автомобиля первого вида в настоящее время применяется в довольно узком диапазоне: на мопедах, недорогих мотоциклах, лодках и бензокосилках. Его недостатком является потеря рабочей смеси во время удаления выхлопных газов. Кроме этого, принудительная продувка и завышенные требования к термической устойчивости выхлопного клапана служат причиной роста цены мотора.

В четырехтактном двигателе указанных недостатков нет благодаря наличию газораспределительного механизма. Однако и в этой системе имеются свои проблемы. Наилучший режим работы мотора будет достигнут в очень узком диапазоне оборотов коленчатого вала.

Развитие технологий и появление электронных БУ позволило решить эту задачу. Во внутреннее устройство двигателя теперь входит электромагнитное управление, при помощи которого выбирается оптимальный режим газораспределения.

Принцип работы

ДВС работает следующим образом. После того как рабочая смесь попадает в камеру сгорания, она сжимается и воспламеняется от искры. При сжигании в цилиндре образуется сверхсильное давление, которое приводит в движение поршень. Он начинает продвигаться к нижней мертвой точке, что является третьим тактом (после впуска и сжатия), называющимся рабочим ходом. В это время благодаря поршню начинает вращаться коленвал. Поршень, в свою очередь, перемещаясь к верхней мертвой точке, выталкивает отработанные газы, что является четвертым тактом работы двигателя — выпуском.

Вся четырехтактная работа происходит довольно просто. Чтобы легче было понять как общее устройство двигателя автомобиля, так и его работу, удобно посмотреть видео, наглядно демонстрирующее функционирование мотора ДВС.

Тюнинг

Многие автовладельцы, привыкнув к своей машине, хотят получить от нее больше возможностей, чем она способна дать. Поэтому нередко для этого делают тюнинг двигателя, увеличивая его мощность. Это можно реализовать несколькими способами.

Например, известен чип-тюнинг, когда путем компьютерного перепрограммирования мотор настраивают на более динамичную работу. У этого способа есть как сторонники, так и противники.

Более традиционным методом является тюнинг двигателя, при котором осуществляются некоторые его переделки. Для этого производится замена с подходящими под него поршнями и шатунами; устанавливается турбина; проводятся сложные манипуляции с аэродинамикой и так далее.

Устройство двигателя автомобиля не такое уж сложное. Однако в связи с огромным количеством элементов, в него входящих, и необходимости согласования их между собой, для того чтобы любые переделки возымели желаемый результат, требуется высокий профессионализм того, кто их будет осуществлять. Поэтому, прежде чем решаться на это, стоит потратить усилия для поиска настоящего мастера своего дела.

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
  • карбюраторные , в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

  • блок цилиндров , внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
  • кривошипно-шатунный механизм , который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм , который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
  • система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси ;
  • система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

  • Такт первый, впуск . Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
  • Такт второй, сжатие . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
  • Такт третий, расширение . Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
  • Такт четвёртый, выпуск . Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры , воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

  • Источник питания . Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
  • Включатель, или замок зажигания . Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
  • Накопитель энергии . Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
  • Распределитель зажигания (трамблёр) . Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

  • Воздухозаборник . Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
  • Воздушный фильтр . Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
  • Дроссельная заслонка . Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
  • Впускной коллектор . Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
  • Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
  • Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
  • Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
  • Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
  • Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла ; удаление продуктов нагара и износа ; защита металла от коррозии . Система смазки ДВС включает в себя:

  • Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
  • Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
  • Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
  • Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

  • Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
  • Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
  • Резонатор , или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
  • Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
  • Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

  • Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
  • Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
  • Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
  • Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля , необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение .

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

А ты и твой автомобиль готовы к наступившей зиме? Современные гаджеты помогут с комфортом пережить зиму:

Штрафы за пересечение стоп-линии и превышение скорости больше не побеспокоят!

Устройство двигателя внутреннего сгорания


Устройство двигателя внутреннего сгорания простыми словами

В этой статье поговорим об устройстве двигателя внутреннего сгорания узнаем принцип его работы. Рассмотрим его в разрезе. Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания был изобретён уже очень давно, но он до сих пор пользуется огромной популярностью. Правда за большое количество времени конструкция двигателя внутреннего сгорания претерпела различные изменения.

Усилия инженеров постоянно направлены на облегчения веса двигателя, улучшения экономичности, увеличение мощности, а также уменьшения выброса вредных веществ.

Двигатели бывают бензиновые и дизельные. Также встречаются роторные и газотурбинные двигатели которые используются намного реже. О них мы поговорим в других статьях.

По расположению цилиндров двс бывают рядные,V- образные и опозитные. По количеству цилиндров 2,4,6,8,10,12,16. Встречаются и 5 цилиндровые двигатели внутреннего сгорания.

У каждой компоновки есть свои преимущества например рядный 6-ти цилиндровый двигатель это хорошо сбалансированный , но склонен к перегреву мотор. У V- образных двигателей другое преимущество они занимают меньше место под капотом, но при этом затрудняют обслуживание из-за ограниченного доступа. Раньше встречались и рядные 8 цилиндровые двигатели вероятней всего их не стало из-за сильной склонности к перегреву и они занимали много места под капотом.

. По типу работы двс бывают двух типов: двух тактные и четырех тактные. Двух тактные двигатели внутреннего сгорания в основном применяются на мотоциклах. В автомобилях практически всегда использовались 4 тактные двигатели.

Устройство двс

Рассмотрим двигатель в разрезе

Двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих компонентов и вспомогательных систем.

1) Блок цилиндров. Блок цилиндров и является главным телом двигателя в котором и происходит работа поршней. Обычно состоит из чугуна и обладает охладительной рубашкой для охлаждения.

2) Механизм ГРМ. Газораспределительный механизм регулирует подачу топливно-воздушной смеси и отвод выхлопных газов. С помощью кулачков распредвала которые воздействуют на пружины клапанов. Клапана открываются либо, закрываются в зависимости от такта двигателя. При открытии впускных клапанов цилиндры наполняются топливно-воздушной смесью. При открытии выпускных клапанов происходит отвод выхлопных газов.

3) Поршневая группа. Благодаря энергии взрыва топливно-воздушной смеси поршень опускается вниз. Через шатун он передает энергию на коленвал. Поршневая группа состоит из: поршня, поршневых колец, поршневого пальца ( который прочно соединяется с шатуном). Благодаря поршневым кольцам. Поршень плотно прилегает к стенкам цилиндров. Более подробно про устройство поршня можно узнать здесь.

4) КШМ- Кривошипно-шатунный механизм. Благодаря передаче энергии шатуна на коленвал совершается полезная работа.

5) Масляный поддон. В масляном поддоне находится моторное масло которое и используется системой смазки для смазывания подшипников и компонентов двс.

6) Система охлаждения. Благодаря системе охлаждения двигатель внутреннего сгорания поддерживает оптимальную температуру. Система охлаждения состоит из: помпы, радиатора, термостата, патрубков охлаждения , а также охладительной рубашки.

7) Система смазки. Система смазки служит для защиты компонентов двигателя от прежде временного износа. Кроме того благодаря моторному маслу в двигателе внутреннего сгорания происходит охлаждение и защита от коррозии. Система смазки состоит из: масляного насоса, масляного фильтра, масляных магистралей и масляного поддона.

8) Система питания. Система питания обеспечивает своевременную подачу топлива. Различается на 3 вида карбюратор, моновпрыск и инжектор.

Узнать более подробно о том, что лучше карбюратор или инжектор можно перейдя по ссылке.

В карбюраторе топливно-воздушная смесь готовиться в карбюраторе для последующей подачи. Карбюратор обладает механическим топливным насосом.

Моновпрыск это по сути переход от карбюратора к инжектору или промежуточное звено. Благодаря блоку управления на одну единственную форсунку подаётся команда о необходимом количестве топлива.

Инжектор. Инжекторные системы топлива обладают. ЭБУ- электронный блок управления, форсунки, топливная рампа. Благодаря командам ЭБУ на форсунки подаётся сигнал о том какое количество топлива необходимо в данный момент. Про ЭБУ более подробно можно узнать здесь.

На сегодняшний момент это самые распространенные топливные системы. Так как обладают рядом преимуществ. Экономичность, экологичность и лучшая отдача по сравнению с моновпрыском и карбюратором.

Также существует прямой впрыск топлива. Где форсунки впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания , не используется часто по причине более сложной конструкции и меньшей надёжности по сравнению с распределительным впрыском. Преимущество такой конструкции в лучшей экономичности и экологичности.

9) Система зажигания. Система зажигания служит для воспламенения топливно-воздушной смеси. Состоит из высоковольтных проводов, катушек зажигания, свеч зажигания. Стартер запускает двигатель внутреннего сгорания. Более подробно о стартере можно узнать перейдя по ссылке.

10) Маховик. Главной задачей маховика является запуск двс с помощью стартера через коленвал.

Принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания совершает 4 цикла или такта.

1) Впуск. На этой стадии происходит впуск топливно-воздушной смеси.

2) Сжатие. При сжатии происходит сжатие поршнем топливно-воздушной смеси.

3) Рабочий ход. Поршень под давлением газов отправляется в НМТ( нижнюю мертвую точку). Поршень передает энергию на шатун, затем через шатун передается энергия на коленвал. Таким образом происходит обмен энергии газов на полезную механическую работу.

4) Выпуск. Поршень отправляется вверх. Выпускные клапана открываются, чтобы выпустить продукты распада.

Инновации двигателя внутреннего сгорания

1) Использование в двс лазеров для воспламенения топлива. По сравнению со свечами зажигания у лазеров будет проще настройка угла зажигания и будет большая мощность. Обычные свечи при сильной искре быстро выходят из строя.

2) Технология FreeValve эта технология подразумевает двигатель без распредвалов. Вместо распредвалов клапанами управляют индивидуальные приводы на каждый клапан. Экологичность и экономичность таких двс выше. Технология разработана дочерней компанией Koniesseg и имеет схожее название FreeValve. Технология пока сырая, но уже продемонстрировала ряд преимуществ. Что будет дальше время покажет.

3) Разделение двигателей на холодную и горячую части. Суть технологии в том, что двигатель делится на две части. В холодной будет происходить впуск и сжатие так как эти стадии более эффективно будут происходить в холодной части. Благодаря этой технологии инженеры обещают улучшение производительности на 30-40%. В горячей части будут происходить воспламенение и выхлоп.

А о каких будущих технологиях двигателя внутреннего сгорания Вы слышали обязательно поделитесь этим в комментариях.

Все о двигателях внутреннего сгорания: устройство, принцип работы и тюнинг

Двигатель внутреннего сгорания – это такой тип мотора, у которого топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних носителях. ДВС преобразует давление от сгорания топлива в механическую работу.

Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

В этом двигателе уже было искровое зажигание, он был шатунный, с поршневой системой, то есть, это своего рода прообраз современных моторов.

Спустя 57 лет соотечественник де Риваза Этьен Ленуар изобрел уже двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, наличествовал искровым зажиганием и работал на смеси светильного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время хватало уже на малогабаритные лодки.

Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого стал уже четырехтактный атмосферный мотор с вертикальным цилиндром. КПД в данном случае увеличился на 11%, в отличие от кпд двигателя внутреннего сгорания Риваза, он стал 15-процентным.

Чуть позже, в 80-х годах этого же столетия, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Даймлер и Майбах усовершенствовали его в облегченный вид, который стал устанавливаться на мото- и автотехнике.

В 1897 году Рудольф Дизель выводит в свет ДВС по типу воспламенения от сжатия, используя нефть в качестве топлива. Этот вид двигателя стал родоначальником дизельных моторов, использующихся по настоящее время.

Виды двигателей

  • Бензиновые моторы карбюраторного типа работают от топлива, смешанного с воздухом. Смесь эта предварительно подготавливается в карбюраторе, далее поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи зажигания.
  • Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается напрямую от форсунок во впускной коллектор. У этого вида имеются две системы впрыска – моновпрыск и распределенный впрыск.
  • В дизельном моторе воспламенение происходит без свечей зажигания. В цилиндре данной системы находится воздух, разогретый до температуры, которая превышает температуру воспламенения топлива. В этот воздух через форсунку подается топливо, и вся смесь воспламеняется по образу факела.
  • Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливом может являться как природный газ, так и углеводородный. Газ поступает в редуктор, где давление его стабилизируется в рабочее. Затем попадает в смеситель, а в итоге воспламеняется в цилиндре.
  • Газодизельные ДВС работают по принципу газовых, только в отличие от них, смесь воспламеняется не свечой, а дизельным топливом, впрыск которого происходит также, как и у обычного дизельного мотора.
  • Роторно-поршневые типы двигателей внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере, имеющей форму восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно усвоить, что в данном случае ротор выполняет роль поршня, ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. При одном обороте происходит сразу три рабочих цикла, что сравнимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

Принцип работы

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза – вверх и вниз одинаково по два.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

  1. Первый такт – поршень при движении вниз втягивает топливную смесь. При этом клапан впуска находится в открытом виде.
  2. После достижения поршнем нижнего уровня, он двигается вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы двигателя внутреннего сгорания, является вторым по счету. Клапаны, при этом, находятся в закрытом виде, и чем плотнее, тем качественнее происходит сжатие.
  3. В третий такт включается система зажигания, так как здесь происходит воспламенение топливной смеси. В назначении работы двигателя он называется «рабочим», так как при этом начинается процесс привода в работу агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает движение вниз. Как и во втором такте, клапаны находятся в закрытом состоянии.
  4. Завершающий такт – четвертый, выпускной, который дает понять, что такое завершение полного цикла. Поршень через выпускной клапан избавляется от отработавших газов цилиндра. Затем все циклически повторяется снова, понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представив цикличность работы часов.

Устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).

Порядок работы
  • При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
  • Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.
Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.

Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.

Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленвала.

Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.

Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные агрегаты

Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

Тип топлива

Следует помнить и об октановом числе топлива, которое используют двигатели внутреннего сгорания разных типов.

Чем выше октановое число топлива – тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Но существуют и такие двигатели, для которых увеличение октанового числа выше положенного заводом изготовителем, приведет к преждевременной поломке. Это может произойти путем прогорания поршней, разрушения колец, закопченности камер сгорания.

Заводом предусмотрено свое минимальное и максимальное октановое число, которое требует двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Любители увеличить мощность работы двигателей внутреннего сгорания зачастую устанавливают (если это не предусмотрено заводом изготовителем) различного рода турбины или компрессоры.

Компрессор на холостых оборотах выдает небольшую мощность, при этом держит стабильные обороты. Турбина же, наоборот, выжимает максимальную мощность при ее включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации с мастерами, имеющими опыт работы в узком направлении, поскольку ремонт, замена агрегатов, или же дополнение двигателя внутреннего сгорания дополнительными опциями – это отклонение от назначения работы двигателя и уменьшают ресурс ДВС, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть навсегда окончена.

Все о двигателях внутреннего сгорания: устройство, принцип работы и тюнинг Ссылка на основную публикацию

Устройство двигателя. Принцип работы ДВС

Главная » Все об авто » Энциклопедия » Устройство двигателя. Принцип работы ДВС

Практически все современные автомобили оснащены двигателем внутреннего сгорания, имеющим аббревиатуру ДВС. Несмотря на постоянный прогресс и сегодняшнее стремление автомобильных концернов отказаться от моторов, работающих на нефтепродуктах в пользу более экологичной электроэнергии, львиная доля машин ездит на бензине или дизельном топливе.

Основными принципом ДВС является то, что топливная смесь воспламеняется непосредственно внутри агрегата, а не вне его (как, к примеру, в тепловозах или устаревших паровозах). Такой способ имеет относительно большой коэффициент полезного действия. К тому же, если говорить об альтернативных моторах на электрической тяге, то двигатели внутреннего сгорания обладает рядом неоспоримых преимуществ.

  • большой запас хода на одном баке;
  • быстрая заправка;
  • согласно прогнозам, уже через несколько лет энергосистемы развитых стран не будут в силах погасить потребность в электроэнергии из-за большого количества электрокаров, что может привести к коллапсу.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Непосредственно ДВС отличаются по своему устройству. Все моторы можно разделить на несколько самых популярных категорий в зависимости от принципа работы:

Бензиновые

Наиболее распространенная категория. Работает на главных продуктах нефтепереработки. Основным элементом в таком моторе является цилиндро-поршневая группа или ЦПГ, куда входит: коленвал, шатун, поршень, поршневые кольца и сложный газораспределительный механизм, который обеспечивает своевременное наполнение и продувку цилиндра.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания подразделяются на два типа в зависимости от системы питания:

  1. карбюраторные. Устаревшая в условиях современной реальности модель. Здесь формирование топливно-воздушной смеси осуществляется в карбюраторе, а пропорцию воздуха и бензина определяет набор жиклеров. После этого карбюратор подает ТВС в камеру сгорания. Недостатками такого принципа питания является повышенное потребление топлива и прихотливость всей системы. К тому же она сильно зависит от погоды, температуры и прочих условий.
  2. инжекторные или впрысковые. Принципы работы двигателя с инжектором кардинально противоположны. Здесь смесь впрыскивается непосредственно во впускной коллектор через форсунки, а затем разбавляется нужным количеством воздуха. За исправную работу отвечает электронный блок управления, который самостоятельно высчитывает нужные пропорции.
Дизельные

Устройство двигателя, работающего на дизеле, кардинально отличается от бензинового агрегата. Поджог смеси здесь происходит не благодаря свечам зажигания, дающим искру в определенный момент, а из-за высокой степени сжатия в камере сгорания. Данная технология имеет свои плюсы (больший КПД, меньшие потери мощности из-за большой высоты над уровнем моря, высокий крутящий момент) и минусы (прихотливость ТНВД к качеству топлива, большие выбросы СО2 и сажи).

Роторно-поршневые двигатели Ванкеля

Данный агрегат имеет поршень в виде ротора и три камеры сгорания, к каждой из которых подведена свеча зажигания. Теоретически ротор, движущийся по планетарной траектории, каждый такт совершает рабочий ход. Это позволяет существенно повысить КПД и увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания. На практике это сказывается гораздо меньшим ресурсом. На сегодняшний день только автомобильная компания Mazda делает такие агрегаты.

Газотурбинные

Принцип работы ДВС такого типа заключается в том, что тепловая энергия переходит в механическую, а сам процесс обеспечивает вращение ротора, приводящего в движения вал турбины. Подобные технологии используются в авиационном строительстве.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Любой поршневой ДВС (самые распространенные в современных реалиях) имеет обязательный набор деталей. К таким частям относится:

  1. Блок цилиндров, внутри которого двигаются поршни и происходит сам процесс;
  2. ЦПГ: цилиндр, поршни, поршневые кольца;
  3. Кривошипно-шатунный механизм. К нему относится коленвал, шатун, «пальцы» и стопорные кольца;
  4. ГРМ. Механизм с клапанами, распределительными валами или «лепестками» (для 2-х тактных двигателей), который обеспечивает корректную подачу топлива в нужный момент;
  5. Cистемы впуска. О них говорилось выше – к ней относятся карбюраторы, воздушные фильтры, инжекторы, топливный насос, форсунки;
  6. Системы выпуска. Удаляет отработанные газы из камеры сгорания, а также снижает шумность выхлопа;

Принцип работы ДВС

В зависимости от своего устройства, двигатели можно разделить на четырехтактные и двухтактные. Такт – есть движение поршня от своего нижнего положения (мертвая точка НМТ) до верхнего положения (мертвая точка ВМТ). За один цикл двигатель успевает наполнить камеры сгорания топливом, сжать и поджечь его, а также очистить их. Современные ДВС делают это за два или четыре такта.

Принцип работы двухтактного ДВС

Особенностью такого мотора стало то, что весь рабочий цикл происходит всего за два движения поршня. При движении вверх создается разреженное давление, которое засасывает топливную смесь в камеру сгорания. Вблизи ВМТ поршень перекрывает впускной канал, а свеча зажигания поджигает топливо. Вторым тактом следует рабочий ход и продувка. Выпускной канал открывается после прохождения части пути вниз и обеспечивает выход отработанных газов. После этого процесс возобновляется по новой.

Теоретически, преимуществом такого мотора более высокая удельная мощность. Это логично, ведь сгорание топлива и рабочий такт происходит в два раза чаще. Соответственно, мощность такого двигателя может быть в два раза больше. Но эта конструкция имеет массу проблем. Из-за больших потерь при продувке, большого расхода топлива, а также сложностей в расчетах и «норовистой» работе двигателя, эта технология сегодня используется только на малокубатурной технике.

Интересно, что полвека назад активно велись разработки дизельного двухтактного ДВС. Процесс работы практически не отличался от бензинового аналога. Однако, несмотря на преимущества такого мотора, от него отказались из-за ряда недостатков.

Основным минусом стал огромный перерасход масла. Из-за комбинированной системы смазки топливо попадало в камеру сгорания вместе с маслом, которое потом попросту выгорало или удалялось через выпускную систему. Большие тепловые нагрузки также требовали более громоздкой системы охлаждения, что увеличивало габариты мотора. Третьим минусом стал большой расход воздуха, который вел к преждевременному износу воздушных фильтров.

Четырёхтактный ДВС

Мотор, где рабочий цикл занимает четыре хода поршня, называется четырехтактным двигателем.

  1. Первый такт – впуск. Поршень двигается из верхней мертвой точки. В этот момент ГРМ открывает впускной клапан, через который топливно-воздушная смесь поступает в камеру сгорания. В случае с карбюраторными агрегатами поступление может осуществляться за счет разрежения, а инжекторные двигателя впрыскивают топливо под давлением.
  2. Второй такт – сжатие. Далее поршень движется из нижней мертвой точки вверх. К этому моменту впускной клапан закрыт, а смесь постепенно сжимается в полости камеры сгорания. Рабочая температура поднимается до отметки 400 градусов.
  3. Третий такт – рабочий ход поршня. В ВМТ свеча зажигания (или большая степень сжатия, если речь идет о дизеле) поджигает топливо и толкает поршень с коленчатым валом вниз. Это основной такт во всем цикле работы двигателя.
  4. Четвертый такт – выпуск. Поршень снова движется вверх, выпускной клапан открывается, а из камеры сгорания удаляются отработанные газы.

Дополнительные системы ДВС

Независимо от того, из чего состоит двигатель, у него должны быть вспомогательные системы, которые способны обеспечить его исправную работу. К примеру, клапаны должны открываться в нужное время, в камеры поступать нужное количество топлива в определенной пропорции, вовремя подаваться искра и т.д. Ниже рассмотрены основные части, способствующие корректной работе.

Система зажигания

Эта система отвечает за электрическую часть в вопросе воспламенения топлива. К основным элементам относится:

  • Элемент питания. Основным источником питания является аккумулятор. Он обеспечивает вращение стартера на выключенном двигателе. После этого в работу включается генератор, который питает двигатель, а также подзаряжает саму аккумуляторную батарею через реле зарядки.
  • Катушка зажигания. Устройство, которое передает одномоментный заряд непосредственно на свечу зажигания. В современных автомобилях количество катушек равносильно количеству цилиндров, которые работают в двигателе.
  • Коммутатор или распределитель зажигания. Специальной «умное» электронное устройство, которое определяет момент подачи искры.
  • Свеча зажигания. Важный элемент в бензиновом ДВС, который обеспечивает своевременное воспламенение топливно-воздушной смеси. Продвинутые двигатели имеют по две свечи на цилиндр.
Впускная система

Смесь должна вовремя поступать в камеры сгорания. За этот процесс отвечает впускная система. К ней относится:

  • Воздухозаборник. Патрубок, специально выведенный в место, недоступное для воды, пыли или грязи. Через него осуществляется забор воздуха, который потом попадает в двигатель;
  • Воздушный фильтр. Сменная деталь, которая обеспечивает очистку воздуха от грязи и исключает попадание посторонних материалов в камеру сгорания. Как правило, современные автомобили обладают сменными фильтрами из плотной бумаги или промасленного поролона. На более архаичных моторах встречаются масляные воздушные фильтры.
  • Дроссель. Специальная заслонка, которая регулирует количество воздуха, попадающего в впускной коллектор. На современной технике действует посредством электроники. Сначала водитель нажимает на педаль газа, а потом электронная система обрабатывает сигнал и следует команде.
  • Впускной коллектор. Патрубок, который распределяет топливно-воздушную смесь по различным цилиндрам. Вспомогательными элементами в этой системе являются впускные заслонки и усилители.
Топливная систем

Принцип работы любого ДВС подразумевает своевременное поступление топлива и ее бесперебойную подачу. В комплекс также входит несколько основных элементов:

  • Топливный бак. Резервуар, где хранится топливо. Как правило, располагается в максимально безопасном месте, вдали от мотора и сделан из негорючего материала (ударопрочный пластик). В нижней его части установлен бензонасос, который осуществляет забор топлива.
  • Топливопровод. Система шлангов, ведущая от топливного бака непосредственно к двигателю внутреннего сгорания.
  • Прибор образования смеси. Устройство, где смешиваются топливо и воздух. Об этом пункте уже упоминалось выше – за эту функцию может отвечать карбюратор или инжектор. Основным требованием является синхронная и своевременная подача.
  • Головное устройство в инжекторных двигателях, которое определяет качество, количество и пропорции образования смеси.
Выхлопная система

В ходе того, как работает двигатель внутреннего сгорания, образуются выхлопные газы, которые необходимо выводить из мотора. Для правильной работы эта система обязана иметь следующие элементы:

  • Выпускной коллектор. Устройство из тугоплавкого металла с высокой устойчивостью к температурам. Именно в него первоначально поступают выхлопные газы из двигателя.
  • Приемная труба или штаны. Деталь, обеспечивающая транспортировку выхлопных газов далее по тракту.
  • Резонатор. Устройство, снижающее скорость движения выхлопных газов и погашение их температуры.
  • Катализатор. Предмет для очистки газов от СО2 или сажевых частиц. Здесь же располагается лямда-зонд.
  • Глушитель. «Банка», имеющая ряд внутренних элементов, предназначенных для многократного изменения направления выхлопных газов. Это приводит к снижению их шумности.
Система смазки

Работа двигателя внутреннего сгорания будет совсем недолгой, если детали не будут обеспечиваться смазкой. Во всей технике используется специальное высокотемпературное масло, обладающее собственными характеристиками вязкости в зависимости от режимов эксплуатации мотора. Ко всему, масло предотвращает перегрев, обеспечивает удаление нагара и появление коррозии.

Для поддержания исправности системы предназначены следующие элементы:

  • Поддон картера. Именно сюда заливается масло. Это основной резервуар для хранения. Контролировать уровень можно при помощи специального щупа.
  •  Масляный насос. Находится вблизи нижней точки поддона. Обеспечивает циркуляцию жидкости по всему мотору через специальные каналы и его возвращение обратно в картер.
  •  Масляный фильтр. Гарантирует очистку жидкости от пыли, металлической стружки и прочих абразивных веществ, попадающих в масло.
  •  Радиатор. Обеспечивает эффективное охлаждение до положенных температур.
Система охлаждения

Еще один элемент, который необходим для мощных двигателей внутреннего сгорания. Он обеспечивает охлаждение деталей и исключает возможность перегрева. Состоит из следующих деталей:

  • Радиатор. Специальный элемент, имеющий «сотовую» структуру. Является отличным теплообменником и эффективно отдает тепло, гарантируя охлаждение антифриза.
  • Вентилятор. Дополнительный элемент, дующий на радиатор. Включается тогда, когда естественный поток набегающего воздуха уже не может обеспечить эффективное отведение тепла.
  • Помпа. Насос, который помогает жидкости циркулировать по большому или малому кругу системы (в зависимости от ситуации).
  • Термостат. Клапан, который открывает заслонку, пуская жидкость по нужному кругу. Работает совместно с датчиком температуры движка и охлаждающей жидкости.

Заключение

Первый двигатель внутреннего сгорания появился еще очень давно – почти полтора столетия назад. С тех пор было сделано огромное количество разных нововведений или интересных технических решений, которые порой меняли вид мотора до неузнаваемости. Но общий принцип работы двигателя внутреннего сгорания оставался прежним. И даже сейчас, в эпоху борьбы за экологию и постоянно ужесточающийся норм по выбросу СО2, электромобили все еще не в силах составить серьезную конкуренцию машинам с ДВС. Бензиновые автомобили и сейчас живее всех живых, а мы живем в золотую эпоху автомобилестроения.

Ну а для тех, кто готов погрузиться в тему еще глубже, у нас есть отличное видео:

двигатель Устройство автомобиля

Как работают дизельный, бензиновый и инжекторный двигатели

Двигатель внутреннего сгорания – универсальный силовой агрегат, используемый практически во всех видах современного транспорта. Три луча заключенные в окружность, слова «На земле, на воде и в небе» — товарный знак и девиз компании Мерседес Бенц, одного из ведущих производителей дизельных и бензиновых двигателей. Устройство двигателя, история его создания, основные виды и перспективы развития – вот краткое содержание данного материала.

Немного истории

Принцип превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, посредством использования кривошипно-шатунного механизма известен с 1769 года, когда француз Николя Жозеф Кюньо показал миру первый паровой автомобиль. В качестве рабочего тела двигатель использовал водяной пар, был маломощным и извергал клубы черного, дурнопахнущего дыма. Подобные агрегаты использовались в качестве силовых установок на заводах, фабриках, пароходах и поездах, компактные же модели существовали в виде технического курьеза.

Все изменилось в тот момент, когда в поисках новых источников энергии человечество обратило свой взор на органическую жидкость — нефть. В стhемлении повысить энергетические характеристики данного продукта, ученные и исследователи, проводили опыты по перегонке и дистилляции, и, наконец, получили неизвестное доселе вещество – бензин. Эта прозрачная жидкость с желтоватым оттенком сгорала без образования копоти и сажи, выделяя намного большее, чем сырая нефть, количество тепловой энергии.

Примерно в то же время Этьен Ленуар сконструировал первый газовый двигатель внутреннего сгорания, работавший по двухтактной схеме, и запатентовал его в 1880 году.

В 1885 году немецкий инженер Готтлиб Даймлер, в сотрудничестве с предпринимателем Вильгельмом Майбахом, разработал компактный бензиновый двигатель, уже через год нашедший свое применение в первых моделях автомобилей. Рудольф Дизель, работая в направлении повышения эффективности ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в 1897 году предложил принципиально новую схему воспламенения топлива. Воспламенение в двигателе, названном в честь великого конструктора и изобретателя, происходит за счет нагревания рабочего тела при сжатии.

А в 1903 году братья Райт подняли в воздух свой первый самолет, оснащенный бензиновым двигателем Райт-Тейлор, с примитивной инжекторной схемой подачи топлива.

Как это работает

Общее устройство двигателя и основные принципы его работы станут понятны при изучении одноцилиндровой двухтактной модели.

Такой ДВС состоит из:

  • камеры сгорания;
  • поршня, соединенного с коленвалом посредством кривошипно-шатунного механизма;
  • системы подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси;
  • клапана для удаления продуктов горения (выхлопных газов).

При пуске двигателя поршень начинает путь от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), за счет поворота коленвала. Достигнув нижней точки, он меняет направление движения к ВМТ, одновременно с чем проводится подача топливно-воздушной смеси в камеру сгорания. Движущийся поршень сжимает ТВС, при достижении верхней мертвой точки система электронного зажигания воспламеняет смесь. Стремительно расширяясь, горящие пары бензина отбрасывают поршень в нижнюю мертвую точку. Пройдя определенную часть пути, он открывает выхлопной клапан, через который раскаленные газы покидают камеру сгорания. Пройдя нижнюю точку, поршень меняет направление движения к ВМТ. За это время коленвал совершил один оборот.

Данные пояснения станут более понятными при просмотре видео о работе двигателя внутреннего сгорания.

Данный видеоролик наглядно показывает устройство и работу двигателя автомобиля.

Два такта

Основным недостатком двухтактной схемы, в которой роль газораспределительного элемента играет поршень, является потеря рабочего вещества в момент удаления выхлопных газов. А система принудительной продувки и повышенные требования к термостойкости выхлопного клапана приводят к увеличению цены двигателя. В противном случае добиться высокой мощности и долговечности силового агрегата не представляется возможным. Основная сфера применения подобных двигателей – мопеды и недорогие мотоциклы, лодочные моторы и бензокосилки.

Четыре такта

Описанных недостатков лишены четырехтактные ДВС, используемые в более «серьезной» технике. Каждая фаза работы такого двигателя (впуск смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск отработанных газов), осуществляется при помощи газораспределительного механизма.

Разделение фаз работы ДВС очень условно. Инерционность отработавших газов, возникновение локальных вихрей и обратных потоков в зоне выхлопного клапана приводит к взаимному перекрыванию во времени процессов впрыска топливной смеси и удаления продуктов горения. Как результат, рабочее тело в камере сгорания загрязняется отработанными газами, вследствие чего меняются параметры горения ТВС, уменьшается теплоотдача, падает мощность.

Проблема была успешно решена путем механической синхронизации работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. Проще говоря, впрыск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания произойдет только после полного удаления отработанных газов и закрытия выхлопного клапана.

Но данная система управления газораспределением так же имеет свои недостатки. Оптимальный режим работы двигателя (минимальный расход топлива и максимальная мощность), может быть достигнут в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала.

Развитие вычислительной техники и внедрение электронных блоков управления дало возможность успешно разрешить и эту задачу. Система электромагнитного управления работой клапанов ДВС позволяет на лету, в зависимости от режима работы, выбирать оптимальный режим газораспределения. Анимированные схемы и специализированные видео облегчат понимание этого процесса.

На основании видео не сложно сделать вывод, что современный автомобиль это огромное количество всевозможных датчиков.

Виды ДВС

Общее устройство двигателя остается неизменным достаточно долгое время. Основные различия касаются видов используемого топлива, систем приготовления топливно-воздушной смеси и схем ее воспламенения. Рассмотрим три основных типа:

  1. бензиновые карбюраторные;
  2. бензиновые инжекторные;
  3. дизельные.
Бензиновые карбюраторные ДВС

Приготовление гомогенной (однородной по своему составу), топливно-воздушной смеси происходит путем распыления жидкого топлива в воздушном потоке, интенсивность которого регулируется степенью поворота дроссельной заслонки. Все операции по приготовлению смеси проводятся за пределами камеры сгорания двигателя. Преимуществами карбюраторного двигателя является возможность регулировки состава топливной смеси «на коленке», простота обслуживания и ремонта, относительная дешевизна конструкции. Основной недостаток – повышенный расход топлива.

Историческая справка. Первый двигатель данного типа сконструировал и запатентовал в 1888 году российский изобретатель Огнеслав Костович. Оппозитная система горизонтально расположенных и двигающихся навстречу друг другу поршней, до сих пор успешно используется при создании двигателей внутреннего сгорания. Самым известным автомобилем, в котором использовался ДВС данной конструкции, является Фольксваген Жук.

Бензиновые инжекторные ДВС

Приготовление ТВС осуществляется в камере сгорания двигателя, путем распыления топлива инжекторными форсунками. Управление впрыском осуществляется электронным блоком или бортовым компьютером автомобиля. Мгновенная реакция управляющей системы на изменение режима работы двигателя обеспечивает стабильность работы и оптимальный расход топлива. Недостатком считается сложность конструкции, профилактика и наладка возможны только на специализированных станциях технического обслуживания.

Дизельные ДВС

Приготовление топливно-воздушной смеси происходит непосредственно в камере сгорания двигателя. По окончании цикла сжатия воздуха, находящегося в цилиндре, форсунка проводит впрыск топлива. Воспламенение происходит за счет контакта с перегретым в процессе сжатия атмосферным воздухом. Всего лишь 20 лет назад низкооборотистые дизеля использовались в качестве силовых агрегатов специальной техники. Появление технологии турбонагнетания открыло им дорогу в мир легковых автомобилей.

Пути дальнейшего развития ДВС

Конструкторская мысль никогда не стоит на месте. Основные направления дальнейшего развития и усовершенствования двигателей внутреннего сгорания – повышение экономичности и минимизация вредных для экологии веществ в составе выхлопных газов. Применение слоистых топливных смесей, конструирование комбинированных и гибридных ДВС – лишь первые этапы долгого пути.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

  1. КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
  2. ГРМ   — механизм регулировки фаз газораспределения.
  3. Система смазки.
  4. Система охлаждения.
  5. Система подачи топлива.
  6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

  • Блок цилиндров.
  • Головка блока цилиндров.
  • Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
  • Коленчатый вал с маховиком.
ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

  • Распределительный вал.
  • Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
  • Детали привода клапанов.
  • Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Система охлаждения двигателя

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

  • Рубашка охлаждения двигателя
  • Насос (помпа)
  • Термостат
  • Радиатор
  • Вентилятор
  • Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

  • Масляный картер (поддон).
  • Насос подачи масла.
  • Масляный фильтр с редукционным клапаном.
  • Маслопроводы.
  • Масляный щуп (индикатор уровня масла).
  • Указатель давления в системе.
  • Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

  • Топливный бак.
  • Датчик уровня топлива.
  • Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой.
  • Топливные трубопроводы.
  • Впускной коллектор.
  • Воздушные патрубки.
  • Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры — воздушный фильтр и патрубки — тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

  • Выпускной коллектор.
  • Приемная труба глушителя.
  • Резонатор.
  • Глушитель.
  • Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

Устройство двигателей внутреннего сгорания

Изучение устройства двигателей внутреннего сгорания.

Разновидности двигателей внутреннего сгорания в двигателях, применяемых для привода современных строительных машин, тепловая энергия сгоревшего топлива преобразуется в механическую работу. Так как топливо сгорает внутри цилиндров двигателей, то они называются двигателями внутреннего сгорания.

Современные двигатели внутреннего сгорания с возвратно-поступательно движущимися поршнями классифицируются по следующим признакам:

1. способу смесеобразования — на двигатели с внешним смесеобразованием /карбюраторные и газовые/ и внутренним /дизельные/;

2. способу воспламенения рабочей смеси на двигатели с принудительным воспламенением от электрической искры /карбюраторные и газовые/ и с воспламенением от сжатия /дизели/;

3. способу осуществления рабочего цикла — на четырех — и двухтактные;

4. числу цилиндров — на одно — и многоцилиндровые;

5. расположению цилиндров — на одноцилиндровые /линейные/ и двухрядные или V — образные, у которых угол между цилиндрами мень­ше 180°. Если угол равен 180°, двигатель называется оппозитным;

6. охлаждению — на двигатели с водяным и воздушным охлаждением.

На строительных машинах применяются четырехтактные многоцилиндровые карбюраторные и дизельные двигатели.

Во время работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в его цилиндре протекают четыре процесса: 1/ впуск в цилиндр горючей смеси /в карбюраторный двигатель/ или воздуха /в дизельный двигатель/t 2/ сжатие рабочей смеси или воздуха; 3/ рабочий ход — воспламенение рабочей смеси и расширение продуктов сгорания; 4/ выпуск из цилиндра продуктов сгорания.

Совокупность этих последовательных, периодически повторяющихся процессов называется рабочим циклом двигателя.

Принципиальное отличие рабочего цикла дизеля от карбюраторного двигателя состоит в способе смесеобразования и воспламенения смеси. В цилиндр дизеля в такте впуска поступает воздух, который подвергается сжатию в такте сжатия до 3,5…4,5 МПа, что повышает температуру воздуха до 600.„.700 °С. В конце такта сжатия впрыскивается жидкое топливо, которое, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется и сгорает.

В карбюраторном же двигателе рабочая смесь в конце такта сжатия сжимается до 0,7…1,2 МПа, а температура повышается до 300…400 °С, при этом между электродами свечи проскакивает электрическая искра и рабочая смесь воспламеняется.

Дизельный двигатель по сравнению с карбюраторным имеет следующие преимущества: более высокий КПД — 27-35% /для карбюраторных двигателей 20-24%/; высокую степень сжатия, обеспечивающую более экономичный расход топлива на единицу работы /на 20-25% меньше, чем у карбюраторного двигателя/; обладает лучшей приемистостью и развивает большой крутящий момент при малой частоте вращения; работает на тяжелых сортах топлива, которые менее опасны в пожарном отношении.

Основные недостатки дизельного двигателя по сравнению с карбюраторным: большая масса, приходящаяся на единицу мощности; тихоходность /максимальная частота вращения коленчатого вала не превышает 3000 об/мин, у карбюраторных — до 6000 об/мин/; более трудный пуск при низких температурах окружающей среда, что вызывает необходимость установки дополнительных систем подогрева и пуска двигателя.

Кривошипно-ползунный механизм

Кривошипно-ползунный механизм служит для восприятия силы давления газов, преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

Рис. Схема кривошипно-ползунного и распределительного механизмов: 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — поршневой палец; 5 — поршневые кольца; 6, 9 — клапаны /впускной и выпускной/; 7 — пружина; 8 — коромысло; 10 — гильза; 11 — водяная рубашка; 12 — штанга; 13 — распределительный вал; 14 — маховик; 15 — шестерни привода распределительного вала

Механизм газораспределения

Механизм газораспределения должен удовлетворять следующим ос­новным требованиям: своевременно открывать и закрывать впускные и выпускные клапаны; обеспечивать возможно лучшее наполнение цилиндров горючей смесью и очистку от отработавших газов; надежно изолировать внутреннее пространство цилиндров от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

Для лучшего наполнения цилиндров двигателя воздухом /для дизелей/ или горючей смесью /для карбюраторных двигателей/ и более полной очистки их от отработавших газов клапаны открываются и закрываются не в тот момент, когда поршень находится в мертвых точках, а с некоторым опережением при открытии и запаздыванием — при закрытии.

Периоды открытия и закрытия клапанов выраженные в углах пово­рота коленчатого вала, называются фазами газораспределения.

Их соблюдение обеспечивается формой и взаиморасположением кулачков на распределительном валу.

Система охлаждения.

При работе двигателя температура газов в камере сгорания достигает 2000…2400 °С, а средняя температура цикла 800…1000 С. Вследствие этого поршни, головки цилиндров, цилиндры и клапаны сильно нагреваются. Чрезмерный перегрев двигателя приводит к разжижению и сгоранию масла, нарушению нормальных зазоров между сопряженными деталями, уменьшению наполнения цилиндров горючей смесью, а следовательно, к снижению мощности двигателя, нарушению рабочего процесса и разрушению отдельных деталей.

Для нормальной работы двигателя необходимо непрерывно отводить излишнюю теплоту от перегреваемых деталей. Это осуществляется системой охлаждения. Излишнее охлаждение неблагоприятно отражается на работе двигателя. Испарение топлива ухудшается, поэтому оно горит медленнее, мощность двигателя падает, снижается экономичность, а износ цилиндров и поршневых колец увеличивается.

Для нормальной работы двигателя необходимо поддерживать его температуру при любых условиях и режимах работы в определенных пределах.

Чтобы обеспечить нормальный тепловой режим двигателя, применяют жидкостное или воздушное охлаждение. При воздушном охлаждении теплота отдается непосредственно воздуху через ребристые стенки блока цилиндров и головки блока. Жидкостная система охлаждения основана на интенсивной Циркуляции жидкости, которая обеспечивается центробежным насосом. Насос нагнетает жидкость /воду или антифриз-жидкость, замерзающую при низкой температуре/ в водяную рубашку двигателя, из которой нагретая жидкость вытесняется в радиатор. Охлажденная жидкость по патрубкам поступает в насос.

Рис. Схема системы охлаждения: 1 — радиатор; 2 — выпускной патрубок; 3 — термостат; 4 — гильза цилиндра; 5 — головка цилиндров; б — блок цилиндров; 7 — водяная рубашка; 8 — крыльчатка водяного насоса; 9 – вентилятор.

Система смазки

При работе двигателя в его сопряженных деталях возникает трение, вызывающее износ и нагрев деталей и требующее затрат некоторой части мощности двигателя. При введении между трущимися поверхностями слоя смазки характер трения и износа резко изменяется, так как молекулы масла под влиянием силы молекулярного притяжения распространяются по трущимся поверхностям и смазывают их.

Долговечность и безотказная работа двигателя зависят от качества и чистоты применяемого масла.

Система смазки двигателя — это совокупность механизмов и приборов, обеспечивающих очистку масла и его бесперебойную подачу в необходимом количестве при определенной температуре и давлении к трущимся поверхностям.

Рис. Схема системы смазки: 1 — масляный картер; 2 — маслоприемник; 3 — шестеренчатый насос; 4 — маслопровод; 5 — фильтр; 6 — главный масляный канал.

Примечание. Все остальные детали смазываются маслом, вытекающим из зазоров, или посредством разбрызгивания.

Масло, поступающее в зазоры между трущимися поверхностями, не только уменьшает потери на трение, но и охлаждает и удаляет продукты износа и мелкие частицы нагара и защищает трущиеся поверхности от коррозии.

В зависимости от способа подвода масла к трущимся поверхностям деталей применяются такие системы смазки: разбрызгиванием, под давлением и комбинированные, в которых часть деталей смазывается под давлением, а остальные — за счет разбрызгивания масла.

Система питания.

Источником энергии в двигателях внутреннего сгорания является горючая смесь, образуемая парами топлива, тщательно перемешанными с воздухом в определенных пропорциях. Смешиваясь с остаточными газами в цилиндре двигателя, горючая смесь образует рабочую.

Состав горючей смеси должен соответствовать определенному режиму работы двигателя и подразделяется на богатую, обогащенную, нормальную, обедненную и бедную.

В качестве топлива для карбюраторных двигателей применяют бензин, обладающий хорошей испаряемостью, а для дизельных двигателей с внутренним смесеобразованием — дизельное топливо, являющееся продуктом перегонки тяжелых фракций нефти с определенной вязкостью.

Система питания служит для хранения, подачи и очистки топлива, воздуха, приготовления горючей смеси нужного состава на разных режимах работы двигателя, отвода наружу продуктов сгорания .

Система пуска двигателей.

Одним из основных требований, предъявляемых к двигателям внутреннего сгорания, является быстрота и надежность пуска. Пуск осуществляется принудительным вращением коленчатого вала двигателя от постороннего источника энергии.

Система пуска должна развивать определенную частоту вращения коленчатого вала двигателя, обеспечивающую смесеобразование, наполнение цилиндров свежей смесью, сжатие и воспламенение смеси.

Пусковая частота вращения карбюраторных двигателей колеблется в пределах 30…60 об/мин.

Пуск дизельного двигателя по сравнению с карбюраторным более труден. Это связано с большой степенью сжатия и плохим смесеобразованием из-за малого давления впрыска топлива. Поэтому пусковая частота вращения коленчатого вала двигателя с воспламенением от сжатия должна быть в пределах 200…300 об/мин.

Рис. Схема системы питания; 1 — гильза цилиндра; 2 — поршень; 3 — топливный фильтр; 4 — топливопровод; Б — диафрагмовый насос; 6 — топливный бак; 7 — воздушный фильтр; 8 – карбюратор; 9, 10 — клапаны /впускной и выпускной/; 11 — патрубок /выхлопной/; 12 – глушитель.

При пуске холодного двигателя, особенно в зимнее время, прокручивание вала двигателя и его пуск резко затрудняются из-за низкой температуры воздуха в камере сгорания в конце сжатия и эагустевания смазки. Для обеспечения пуска дизелей необходимо подогреть воздух во впускном трубопроводе и в камере сгорания, охлаждающую жидкость в системе охлаждения; применить декомпрессионный механизм.

Существуют следующие основные способы пуска двигателей:

1. от руки /вручную/ — применяется чаще у карбюраторных пусковых двигателей;

2. электрическим стартером — используется в автомобильных и пуско­вых тракторных двигателях. Для пуска дизельного двигателя требуется стартер значительно большей мощности, чем для карбюраторного;

3. вспомогательным бензиновым двигателем /пусковым двигателем/ — распространен на дизелях тракторов;

4. силовым генератором электротрансмиссии. Силовой генератор, приводящий электрические ходовые двигатели трактора с электротрансмиссией, на время пуска двигателя работает в режиме стартера и питается током от аккумуляторных батарей;

5. сжатым воздухом от баллона с давлением 15,0 МПа. Наименьшее давление воздуха в баллоне, обеспечивающее запуск дизеля,- 4,0 МПа.

В аварийных случаях можно запустить двигатель буксировкой на включенной передаче трансмиссии. У машин с электротрансмиссией тяговый электродвигатель при этом работает в режиме генератора, а силовой генератор — в режиме электродвигателя, вращая коленчатый вал дизеля.

Список литературы

1. Брянский Ю. А. и др. Тягачи строительных и дорожных машин. — М.: Высш. шк., 1976. — 360 с.

2. Гуревич A. M., Сорокин E. М. Тракторы и автомобили. — П.: Колос, 1971.

3. Делиховский С. Ф. и др. Устройство и эксплуатация автомобилей.- М.: Изд-во ДОСААФ, 1965. — 214 с.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

С момента изобретения первого мотора, работающего за счет горения топливной смеси прошло уже больше ста пятидесяти лет. Человечество продвинулось в техническом прогрессе, однако заменить двигатель внутреннего сгорания так и не удаётся. Этот тип силовой установки используется как привод на технике. За счет мотора работают мопеды, автомобили, трактора, и другие самоходные агрегаты.

За время эксплуатации, изобретено и применено к использованию больше десяти видов и типов моторов. Однако, принцип работы не поменялся. В сравнении с паровым агрегатом, который предшествовал установке, двигатель, преобразующий тепловую энергию сгорания в механическую работу, экономичней с большим коэффициентом полезного действия. Эти свойства, залог успеха мотора, который полтора века остаётся востребованным и пользуется популярностью.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания в разрезе

Особенность работы

Особенность, делающая мотор не похожим на другие установки, заключается в том, что работа двигателя внутреннего сгорания сопровождается воспламенением топливной смеси непосредственно в камере. Само пространство, где происходит горение, внутри установки, это легло в основу названия классификации моторов. В процессе сложной экзотермической реакции, когда исходная рабочая смесь превращается в продукты сгорания с выделением тепла, выполняется преобразование в механическую работу. Работа за счет теплового расширения, движущая сила, без которой было бы не возможно существование установки. Принцип завязан на давлении, газов в пространстве цилиндра.

Виды моторов

В процессе технического прогресса разрабатывались и испытывались виды агрегатов, в которых горючее сжигалось во внутреннем пространстве, не все доказали свою целесообразность. Выделены распространенные типы двигателей внутреннего сгорания:

Поршневая установка.

Составная часть агрегата выполнена в виде блока с вмонтированными внутрь цилиндрическими полостями. Часть цилиндра служит для сжигания горючего. Посредством поршня, кривошипа и шатуна происходит трансформация энергии горения в энергию вращения вала. В зависимости от того, как готовится горючая смесь, агрегаты делят:

  • Карбюраторные. В таких установках, горючее готовится за счет карбюрации. Атмосферный воздух и топливо транспортируются в механизм в пропорции, после чего смешивается внутри установки. Готовая смесь подается в камеру и сжигается;
  • Инжектор. В установку рабочая смесь подаётся при помощи распылителя. Впрыск осуществляется в коллектор и контролируется электроникой. По коллектору горючее поступает в камеру, где поджигается свечой;
  • Дизель. Принцип коренным образом отличается от предыдущих оппонентов. Процесс протекает за счёт давления. В объём через распылитель впрыскивается порция топлива (солярка), температура воздуха выше температуры горения, горючее воспламеняется.

Поршневой мотор:

  • Роторно-поршневой мотор. Преобразование энергии расширения газов в механическую работу происходит за счет оборотов ротора. Ротор представляет собой деталь специального профиля, на которую давят газы, заставляя совершать вращательные движения. Траектория движения ротора по камере объёмного вытеснения сложная, образована эпитрохоидой. Ротор выполняет функции: поршня, распределителя газов, вала.

Роторно-поршневой мотор:

  • Газотурбинные моторы. Процесс выполняется за счёт преобразования тепла в работу. Непосредственное участие принимают лопатки ротора. Вращение деталей от потока газов передаётся на турбину.

Сегодня, поршневые моторы окончательно вытеснили остальные типы установок и заняли доминирующее положение в автомобильной отрасли. Процентное соотношение роторно-поршневых моторов мало, поскольку производством занимается только Mazda. К тому же выпуск установок ведётся в ограниченном количестве. Газотурбинные агрегаты так же не прижились, поскольку имели ряд недостатков для гражданского использования, основной, это повышенный расход топлива.

Классификация двигателей внутреннего сгорания так же возможна и по потребляемому горючему. Моторы используют: бензин, дизель, газ, комбинированное топливо.

Читайте также…  Двигатели Лада Веста- Особенности и тюнинг

Газотурбинный мотор:

Устройство

Несмотря на разнообразие установок, виды двигателей внутреннего сгорания компонуются из нескольких узлов. Совокупность компонентов размещается в корпусе агрегата. Чёткая и слаженная работа каждой составной части в отдельности, в совокупности представляет мотор единым неделимым организмом.

  • Блок мотора.Блок цилиндров объёдиняет в себе полости цилиндрической формы, внутри которых происходит воспламенение, и сгорание топливовоздушной смеси. Горения приводит к тепловому расширению газов, а цилиндры мотора служат направляющей, не дающей тепловому потоку выйти за пределы нужных рамок;

Блок цилиндров мотора:

  • Механизм кривошипов и шатунов мотора.Совокупность рычагов, посредством которых на коленчатый вал передается сила, заставляющая совершать вращательные движения;

Кривошипно-шатунный механизм мотора:

  • Распределитель газа мотора.Приводит в движение клапана впуска и выпуска, способствует процессу газообмена. Выводит отработку из полости агрегата, наполняет её нужной порцией с целью продолжить работу механизма;

Газораспределительный механизм мотора:

  • Подвод горючего в моторе.Служит для приготовления порции горючего в нужной пропорции с воздухом, передаёт эту порцию в полость посредством распыления или самотёком;

Карбюратор:

  • Система воспламенения в моторе.Механизм поджигает поступившую порцию в полости камеры. Выполняется посредством свечи зажигания или свечи накаливания.

Свеча зажигания:

  • Система вывода отработанных продуктов из мотора.Механизм предназначен для эффективного удаления сгоревших продуктов и излишков тепла.

Приёмная труба:

Запуск силовой установки внутреннего сгорания сопровождается подачей горючего в агрегат, в полости камеры объёмного вытеснения субстанция сгорает. Процесс сопровождается выделением тепла и увеличением объёма, что провоцирует перемещение поршня. Перемещаясь, деталь преобразует механическую работу в кручение коленчатого механизма.

По завершению действие повторяется снова, таким образом, не прерываясь ни на минуту. Процессы, в течении которых совершается работа установки:

  • Такт.Перемещение поршня из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение и в обратном порядке. Такт считается одним перемещением в одну сторону.
  • Цикл.Суммарное количество тактов, необходимое при совершении работы. Конструктивно, агрегаты в состоянии выполнять цикл за 2 (один оборот вала) или 4 (два оборота) такта.
  • Рабочий процесс.Действие, подразумевающее: впуск смеси, сдавливание, окисление, рабочий ход, удаление. Рабочий процесс характерен как для двухтактных моторов, так и для четырёхтактных двигателей.

Двухтактный мотор

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, использующего в качестве рабочего процесса два такта прост. Отличительная особенность мотора, выполнение двух тактов: сдавливание и рабочий ход. Такты впуска и очистки интегрированы в сдавливание и рабочий ход, поэтому вал проворачивается на 360° за рабочий процесс.

Выполняемый порядок таков:

  1. Сдавливание.Поршень из крайнего нижнего положения уходит в крайнее верхнее положение. Перемещение создает разряжение под поршнем, благодаря чему через продувочные отверстия просачивается горючее. Дальнейшее перемещение провоцирует перекрытие отверстия впуска юбкой поршня и отверстий выпуска, выводящих отработку. Замкнутое пространство способствует росту напряжения. В крайней верхней точке заряд поджигается.
  2. Расширение.Горение создает давление внутри камеры, заставляя посредством расширения газов перемещаться поршень в низ. Происходит поочередное открытие выпускных и продувочных окон. Напряжение в области днища провоцирует поступление горючего в цилиндрическую полость, одновременно очищая её от отработки.

Устройство агрегата на два такта исключает механизм распределяющий газы, что сказывается на качестве процесса обмена. Кроме того, невозможно исключить продувку, а это сильно увеличивает расход топлива, поскольку часть смеси выбрасывается наружу с отработанными газами.

Принцип работы двухтактного мотора:

Четырёхтактный мотор

Моторами, которые выполняют 4 такта работы двигателя внутреннего сгорания за рабочий процесс, оснащена используемая сегодня техника. В этих моторах, ввод и вывод горючего и отработки, выполняются отдельными тактами. Двигатели используют механизм распределения газов, что синхронизирует клапана и вал. Преимущество мотора на четыре такта, подача горючего в очищенную от отработанных газов камеру при закрытых клапанах, что исключает утечку топлива.

Читайте также…  Правильная рабочая температура двигателя

Порядок таков:

  • Ввод.Перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Происходит разряжение в полости, что открывает клапана впуска. Горючее заходит в камеру объёмного вытеснения.
  • Сдавливание.Перемещение поршня снизу вверх (крайние положения). Отверстия входа и выхода перекрыты, что способствует нарастанию давления в камере объёмного вытеснения.
  • Рабочий ход.Смесь загорается, выделяется тепло, резкое увеличение объёма и рост силы, давящей на поршень. Движение последнего в крайнее нижнее положение.
  • Очистка.Отверстия выпуска открыты, поршень перемещается снизу вверх. Избавление от отработки, очистка полости перед следующей порцией рабочей смеси.

Механический КПД двигателя внутреннего сгорания, с циклом на 4 такта ниже, в сравнении с агрегатом на 2 такта. Это обусловлено сложным устройством и наличием механизма распределения газов, который забирает часть энергии на себя.

Принцип работы четырёхтактного мотора:

Механизм искрообразования

Цель механизма, своевременное искрение в полости цилиндра мотора. Искра помогает воспламениться горючему и совершить агрегату рабочий ход. Механизм искрообразования, составная часть электрического оборудования автомобиля, куда входят:

  • Источник хранения электрической энергии, аккумулятор. Источник, вырабатывающий электрическую энергию, генератор.
  • Механическое или электрическое устройство, подающее электрическое напряжение в сеть автомобиля, его еще называют зажигание.
  • Накопитель и преобразователь электрической энергии, трансформатор, или катушка. Механизм обеспечивает достаточный заряд на свечах мотора.
  • Механизм распределения зажигания, или трамблёр. Устройство предназначено для распределения и своевременной подачи в нужный цилиндр электрического импульса на свечи зажигания.

Система зажигания:

Механизм впуска

Цель механизма, бесперебойное образование в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания автомобиля, нужного количества воздуха. Впоследствии, воздух смешивается с топливом, и всё это воспламеняется для рабочего процесса. Устаревшие, карбюраторные моторы для впуска использовали элемент для фильтрации воздуха и воздуховод. Современные установки укомплектованы:

  • Механизм забора воздуха мотором.Деталь выполнена в виде патрубка, определённого профиля. Задача конструкции, подать в цилиндр как можно больше воздуха создав при этом меньшее сопротивление на входе. Всасывание воздушной массы происходит за счет разницы давлений при движении поршня в положение нижней мёртвой точки.
  • Воздушный фильтрующий элемент мотора.Деталь применяется для очистки воздуха, попадающего в мотор. Работа элемента влияет на ресурс и работоспособность силовой установки. Фильтр относится к расходным материалам, и меняется через промежуток времени.
  • Заслонка дросселя мотора.Перепускной механизм, находящийся во впускном коллекторе и регулирующий количество подаваемого в мотор воздуха. Деталь работает за счёт электроники, или механическим путём.
  • Коллектор впуска мотора.Предназначение механизма, распределить количество воздуха равномерно по цилиндрам мотора. Процесс регулируется заслонками впуска и усилителями потока.

Система впуска:

Механизм питания

Назначение, бесперебойная подача горючего для последующего смешивания с воздухом и приготовлением гомогенной стехиометрической смеси. Механизм питания включает:

  • Бак мотора.Ёмкость замкнутого типа, в которой хранится топливо (бензин, солярка). Бак оборудован устройством забора горючего (помпа) и устройством, заправляющим ёмкость (заливная горловина).
  • Топливная проводка мотора.Патрубки, шланги, по которым транспортируется или перенаправляется топливо.
  • Механизм, смешивающий горючее в моторе.Изначально силовые установки оборудовались карбюратором, в современных двигателях применяют инжектор. Задача, подать приготовленную смесь внутрь камеры сгорания.
  • Блок управления.Назначение механизма, управлять смесеобразованием и впрыском. В установках, оборудованных инжектором, устройство синхронизирует работу для увеличения эффективности процесса.
  • Помпа мотора.Устройство, создающее напряжение в топливном проводе мотора и способствующее движению горючей жидкости.
  • Элемент фильтрации.Механизм очищает поступающее топливо от примесей и грязи, что увеличивает ресурс силовой установки.
Читайте также…  Двигатель ЯМЗ 536 — Технические характеристики

Механизм питания:

Механизм смазки

Назначение механизма, обеспечить детали силовой установки необходимым количеством масла для создания на поверхностях защитной плёнки. Применение жидкости уменьшает воздействие силы трения в точках соприкосновения деталей, удаляет продукты износа, защищает агрегат от коррозии, уплотняет узлы и механизмы. Система смазки состоит:

  • Поддон мотора.Ёмкость, в которой помещается, хранится и охлаждается смазочная жидкость. Для нормального функционирования мотора важно соблюдать требуемый уровень масла, поэтому поддоны укомплектованы щупом, для контроля.
  • Масляная помпа мотора.Механизм, перекачивающий жидкость из поддона двигателя и направляющий масло к точкам, нуждающимся в смазке. Движение масла происходит по магистралям.
  • Масляный фильтрующий элемент.Назначение детали, очистить масло от примесей и продуктов износа, которые циркулируют в моторе. Элемент меняют при каждой замене масла, поскольку работа влияет на износ механизма.
  • Охладитель масла мотора.Назначение механизма, отбор излишков тепла, из системы смазки. Поскольку масло, отводит тепло от перегретых поверхностей, то само масло так же подвержено перегреву. Характерная особенность механизма смазки, обязательное использование, не зависимо, от того, какова модель двигателя внутреннего сгорания применяется. Происходит это по той причине, что на сегодня эффективней этого метода защиты мотора нет.

Система смазки:

Механизм выпуска

Механизм предназначен для отвода отработанных газов и уменьшения шума в процессе работы двигателя. Состоит из следующих компонентов:

  • Коллектор выпуска мотора.Набор патрубков, выполненных из жаропрочного материала, поскольку они первыми соприкасаются с раскалёнными газами, выходящими из камеры сгорания. Коллектор гасит колебания и переправляет газы далее в трубу;
  • Труба мотора.Приёмная труба предназначена для получения газов и транспортировки далее по системе. Материал, из которого выполнена деталь, обладает высокой стойкостью к температурам.
  • Резонатор.Устройство, позволяющее разделить газы и снизить их скорость.
  • Катализатор.Устройство очистки и нейтрализации газов.
  • Глушитель мотора.Резервуар с вмонтированными перегородками, благодаря перенаправлению отработанных газов, позволяет снизить шум.

Система выпуска мотора:

Механизм охлаждения

На маломощных двигателях внутреннего сгорания применяется охлаждение мотора встречным потоком. Современные агрегаты, автомобильные, судовые, грузовые используют жидкостное охлаждение. Задача жидкости, забрать на себя часть избыточного тепла и снизить тепловую нагрузку на узлы и механизмы агрегата. Механизм охлаждения включает:

  • Радиатор мотора.Задача устройства передать избыточное тепло от жидкости окружающей среде. Деталь включает в себя набор алюминиевых трубок с отводящими ребрами;
  • Вентилятор мотора.Задача вентилятора, увеличить эффект от охлаждения за счёт принудительного обдува радиатора и отвода с его поверхности излишков тепла.
  • Помпа мотора.Задача водяной помпы обеспечить циркуляцию охлаждающей жидкости по системе. Циркуляция проходит по малому кругу (пока двигатель не разогрет), после чего, клапан переключает движение жидкости на большой круг.
  • Перепускной клапан мотора.Задача механизма, обеспечить переключение циркуляции жидкости с малого круга обращения на большой круг.

Система охлаждения мотора:

Несмотря на многочисленные попытки уйти от двигателя внутреннего сгорания, в ближайшем обозрим будущем, такой возможности не предвидится. Поэтому силовые установки данного типа еще долго будут радовать нас своей слаженной работой.

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

10.4 Усовершенствованные низкотемпературные системы сгорания

В дизельном двигателе сгорание топлива до постановления Агентства по охране окружающей среды США 2010 года определялось обычным сгоранием для широкого диапазона уровней NO x от 0,4 до более 10 г / (л.с. / ч). Для уровня NO x (0,2 г / (л. С. Ч)) EPA 2010 и даже ниже были предложены различные режимы LTC, чтобы попытаться контролировать как выбросы в цилиндрах, так и BSFC. LTC привлекает большое внимание в отрасли тяжелых дизельных двигателей.LTC включает в себя множество инновационных и различных механизмов предварительно смешанного горения, обнаруженных многими исследователями, такими как PCCI (Kanda et al. , 2005, 2006; Zhang et al. , 2009; Murata et al. , 2010 ), HCCI (Stanglmaier and Roberts, 1999; Epping et al. , 2002; zhao et al. , 2003; Cracknell et al. , 2008; Schleyer, 2006; Zhao, 2007), воспламенение от сжатия ( PCI), модулированная кинетика (MK), Unibus и воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI) (Reitz, 2010) и т. Д.

Общей чертой LTC является улучшение предварительного смешивания топлива и воздуха и поддержание низкой температуры сгорания, чтобы одновременно избежать образования NO x и сажи (De Ojeda et al. , 2007, 2008, 2009; Musculus и др. , 2011). LTC также потенциально может предложить низкий расход топлива из-за короткой продолжительности сгорания. Высокий термический КПД и низкие выбросы NO x , сажи, HC и CO требуют точного контроля процесса LTC при самовоспламенении и времени сгорания, чтобы заряд реакционной смеси в цилиндре сгорал в области одновременно низкого уровня. выбросы на известной диаграмме ϕ T , обычно используемой при анализе горения (рис.10.3). LTC обычно использует высокую скорость рециркуляции отработавших газов, высокое давление наддува, высокую степень сжатия, бедную смесь (но с высоким допуском для высокого эквивалентного отношения или низкого отношения воздух-топливо) и высокую скорость горения для достижения чрезвычайно низкого выхлопа двигателя NO x и выбросы ТЧ, а также соответствует стандарту выбросов США 2010 г. благодаря решениям для цилиндров. Система рециркуляции отработавших газов и время закрытия впускного клапана (IVC) обычно используются в PCCI или HCCI для управления оптимальным фазированием сгорания дизельного топлива.

10.3. Иллюстрация низкотемпературного горения.

Ранний PCCI относится к впрыску топлива намного раньше верхней мертвой точки (ВМТ), а события воспламенения и горения обычно происходят до ВМТ. Поздний PCCI относится к впрыску топлива после ВМТ, а события воспламенения и горения происходят далеко после ВМТ. И ранний, и поздний PCCI могут полагаться на длительные задержки зажигания для достижения хорошего перемешивания и получения очень низких NO x и сажи при низком BMEP. Ранний PCCI обладает хорошей стабильностью и низким расходом топлива, но требует более высокой скорости рециркуляции отработавших газов и генерирует более высокое пиковое давление в цилиндре, более высокий уровень шума сгорания и более ограниченный диапазон BMEP, чем поздний PCCI.Поздний PCCI имеет более узкий диапазон стабильности горения и, следовательно, обычно требует датчика горения для его контроля. Стэнтон (2008) показывает, что ранний PCCI превосходит поздний PCCI и бездымное обогащенное сгорание на низких скоростях и нагрузках с точки зрения теплового КПД при таком же низком уровне NO x , равном 0,2 г / (л.с. / час).

LTC обычно сталкивается с проблемами высоких выбросов HC и CO из-за сложностей в управлении зажиганием, а иногда проблемы достаточно серьезны, чтобы привести к высокому BSFC. Высокие выбросы HC и CO обусловлены относительно низкой летучестью дизельного топлива, конденсацией топлива и гашением пламени на поверхности камеры сгорания или в щели, а также столкновением со стенкой распылителя (Miles et al., 2010). Попадание жидкого топлива на стены иногда также может затруднить удаление сажи в LTC.

Хотя HC и CO можно контролировать с помощью дизельного окислительного катализатора (DOC), высокий BSFC и высокий уровень выбросов CO 2 по-прежнему являются проблемой для LTC по соблюдению требований по парниковым газам (GHG). Преимущество топливной экономичности дизельных HCCI / PCCI ограничено нынешней неспособностью адекватно контролировать оптимальную фазу сгорания и попадание жидкого топлива, особенно при высоких нагрузках.В LTC с кинетическим управлением имеется лишь небольшое окно сгорания для одновременного низкого уровня выбросов и высокого теплового КПД, и это окно очень трудно контролировать при различных скоростях и нагрузках. Разница BSFC между LTC и обычным дизельным топливом заключается в сложной комбинации нескольких следующих аспектов. Контролируемое время сгорания, более бедная и предварительно смешанная смесь, меньшие потери теплопередачи в цилиндрах, меньшее количество поступающего кислорода LTC могут дать некоторые комбинированные преимущества с точки зрения теплового КПД (например,г., всего 7%). Однако более низкая степень сжатия, пониженная эффективность сгорания (связанная с чрезмерными выбросами HC и CO) и более высокая температура всасываемого заряда могут в определенной степени компенсировать выигрыш в тепловом КПД (например, на 3%). Наконец, может быть либо чистая прибыль, либо потеря BSFC для LTC по сравнению с обычным сжиганием (Musculus et al. , 2011).

Нижняя граница диапазона нагрузок при работе LTC ограничена стабильностью воспламенения и горения. Запуск LTC при высоких нагрузках также является нерешенной проблемой.Работа LTC при высоких нагрузках ограничена или запрещена высоким коэффициентом эквивалентности (низким соотношением воздух-топливо), высоким выбросом сажи и чрезмерно высоким пиковым давлением в цилиндре и скоростью нарастания. Диапазон нагрузки от минимальной до максимальной, достижимой в PCCI / HCCI, зависит от цетанового числа топлива. Проблема реализации LTC возникает не только из-за контроля стабильной фазировки сгорания (через EGR и VVA) и управления переходами между различными режимами сгорания от низких нагрузок до высоких (и наоборот), но также из-за того, что камера сгорания и Конфигурация сопла форсунки должна быть совместима с обычным сгоранием.Несмотря на то, что диапазон скоростей-нагрузок LTC расширяется за счет передовых разработок системы сжигания, в настоящее время обычное сжигание дизельного топлива все еще необходимо использовать при высоких нагрузках. Следует отметить, что режимы высокой или полной нагрузки часто являются критическими режимами, используемыми при проектировании системы дизельного двигателя.

В PCCI с кинетическим управлением поиск оптимальной топливной смеси для управления реактивностью является эффективным способом расширения диапазона BMEP для HCCI / PCCI. Стоит отметить новый развивающийся режим горения, RCCI (Reitz et al., 2009 г .; Reitz, 2010; Разветвитель и др. , 2010, 2011a, 2011b, 2011c; Kokjohn et al. , 2011 г .; Wagner et al. , 2011 г .; Nieman et al. , 2012). Это режим горения между дизельным HCCI и самовоспламенением с бензиновым двигателем (CAI) с точки зрения химии горения. Концепция RCCI заключается в достижении высокого теплового КПД и низкого уровня выбросов NO x и сажи в широком диапазоне нагрузок двигателя путем смешивания топлива с различной реактивностью в цилиндре.RCCI использует прямой впрыск дизельного топлива плюс впрыск бензина или прямой впрыск бензина с добавками (например, 75–90% бензина плюс 25–10% дизельного топлива) для управления условиями заряда в цилиндрах и работы в цикле воспламенения от сжатия. Хорошо известно, что высокая летучесть топлива (например, смесь дизельного топлива и бензина в цилиндре) может способствовать смешиванию. Как указал Рейц (2010), дизельное топливо легко воспламеняется, но его трудно испарять, а бензин трудно воспламенить, но он может легко испаряться.Оба вида топлива имеют преимущества и недостатки с точки зрения контроля HCCI / PCCI. Дизельное топливо подходит для сгорания с предварительной смесью при низкой нагрузке, но при высоких нагрузках может вызвать сгорание слишком рано, и поэтому дизельное топливо сталкивается с пределом нагрузки при высоком BMEP. Напротив, бензин плохо сгорает при низких нагрузках, но может обеспечивать хорошее сгорание при высоких нагрузках. Следовательно, двухтопливное сгорание с воспламенением от сжатия может предложить жизнеспособный путь для решения проблемы ограничения диапазона нагрузок HCCI / PCCI, чтобы должным образом контролировать время сгорания и скорость повышения давления в цилиндре, а также расширить пределы нагрузки для чистого дизельного топлива или бензина.

Следует отметить, что добавление соотношения дизельного топлива и бензина в управление LTC обеспечивает еще одно важное измерение параметров управления сгоранием. RCCI имеет гораздо более высокие выбросы HC и CO (как и бензиновые двигатели), чем обычные дизельные двигатели, и поэтому требует катализаторов окисления HC и CO. Хотя эффективность сгорания RCCI ниже, чем у обычного дизельного топлива (например, 97% против 99% из-за чрезмерных выбросов углеводородов), преимущества RCCI с точки зрения времени сгорания, степени эквивалентности бедной смеси, значительно сниженной скорости рециркуляции отработавших газов (например.g., нулевая система рециркуляции выхлопных газов) и снижение насосных / тепловых потерь, а также меньшая теплопередача в цилиндрах могут дать чистую прибыль в несколько процентных пунктов увеличения теплового КПД. Сообщалось (Reitz, 2010), что RCCI может предложить примерно 20% улучшение теплового КПД по сравнению с обычным дизельным сгоранием при соблюдении NO x и выбросов ТЧ без доочистки. Reitz (2010) также сообщил, что RCCI может достичь высокого теплового КПД, превышающего 50%, как для двигателей большой мощности, так и для двигателей малой мощности.

Введение в авиационные двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (IC) — это силовая установка, используемая сегодня почти на всех легких самолетах авиации общего назначения. Электрические авиационные двигатели обещают новое и более чистое будущее в авиации, но до них еще далеко, они используются в прототипах, но еще не вошли в массовое распространение. Поэтому мы сосредоточимся на двигателе внутреннего сгорания в этой серии, обсуждая двигательную установку легкого самолета.

Возвратно-поступательное движение во вращение

Летательный аппарат в прямом и горизонтальном полете подвергается воздействию четырех основных сил, которые необходимо уравновесить, чтобы самолет оставался в равновесии.Вес самолета уравновешивается подъемной силой, создаваемой крылом и горизонтальным стабилизатором в вертикальном направлении. Когда самолет движется по воздуху, возникает сопротивление или сила сопротивления, которой необходимо противодействовать, чтобы поддерживать скорость полета вперед. Этот противовес лобовому сопротивлению называется силой тяги и создается комбинацией двигателя и гребного винта.

Рисунок 1: Основные силы в полете

Двигатель внутреннего сгорания работает по принципу преобразования возвратно-поступательного движения (поршни движутся вверх и вниз) во вращательное движение (вращение коленчатого вала), которое используется для привода винта.Для перемещения поршней требуется энергия: эта сила создается при сгорании смеси топлива и воздуха, которая заставляет поршень двигаться и тем самым производит полезную работу. Тогда говорят, что химическая энергия (топливо) была преобразована в механическую энергию.

Давайте посмотрим на различные компоненты, из которых состоит типичный двигатель внутреннего сгорания.

Компоненты двигателя внутреннего сгорания

На изображении ниже показан внешний вид типичного двигателя внутреннего сгорания.Далее обсуждается каждый из основных компонентов.

Рисунок 2: Разрез типичного авиационного двигателя внутреннего сгорания

Поршни

Поршень является возвратно-поступательным элементом двигателя и отвечает за передачу усилия от расширяющихся газов в камере сгорания цилиндра на коленчатый вал через шатун. На разрезе выше не показан корпус цилиндра, внутри которого движется каждый поршень.

Рис. 3. Расположение поршня и головки блока цилиндров.

Поршни обычно отливаются из алюминиевых сплавов.В приложениях с более высокими характеристиками (обычно в гоночных двигателях) поршень может быть кованым, а не литым. Поршень не контактирует напрямую с цилиндром, но газовое уплотнение между стенкой цилиндра и поршнем поддерживается за счет использования поршневых колец и масляной смазки. Эти кольца установлены в пазах, вырезанных в поршне, и изготовлены из чугуна. Обычно устанавливается несколько поршневых колец, расположенных чуть ниже днища поршня. На поршень самолета обычно устанавливают три различных типа колец: компрессионные кольца, маслосъемные кольца и маслосъемные кольца.

Рисунок 4: Поршень с установленными поршневыми кольцами

Компрессионные кольца находятся в верхней части поршня, чуть ниже головки. Эти кольца обеспечивают герметичное уплотнение между цилиндром и поршнем во время такта сжатия и сгорания четырехтактного цикла.

Маслосъемные кольца расположены под компрессионными кольцами. Эти кольца предназначены для обеспечения циркуляции масла изнутри поршня к стенкам цилиндра. Эта циркуляция осуществляется через набор небольших отверстий для слива масла.

Маслосъемные кольца расположены рядом с нижней частью поршня и имеют такую ​​форму, что они могут соскребать масло вверх и вниз по цилиндру во время движения поршня. Излишки масла удерживаются во время хода вверх, а затем возвращаются в картер во время хода вниз.

Картер

Картер — это название корпуса, в котором находятся коленчатый вал и шатуны, соединяющие поршень с коленчатым валом. Картер авиационного двигателя обычно изготавливается из литого или кованого алюминия.Это обеспечивает достаточную прочность и жесткость, чтобы удерживать коленчатый вал на месте, сохраняя при этом массовые преимущества алюминия перед сталью.

Смазочное масло двигателя хранится в нижней части картера двигателя с мокрым картером. Масло проходит через двигатель, смазывая коленчатый вал, шатунные подшипники и другие металлические детали. Масло попадает на стенки цилиндра, проходит через поршни, а затем стекает обратно в картер.

В системе с сухим картером масло хранится не в картере, а в отдельном внешнем резервуаре.Система смазки двигателя более подробно обсуждается в посте, посвященном смазке и охлаждению двигателя.

Шатун

Шатун (шатун) — это металлический компонент, который соединяет поршень и коленчатый вал. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для привода гребного винта и создания тяги.

Шатуны прикреплены к коленчатому валу с помощью крышки и стопорных болтов.Подшипник, установленный внутри крышки, позволяет шатуну преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Поршень прикреплен к шатуну с помощью поршневого пальца (также называемого поршневым пальцем или пальцем кисти), удерживаемого на месте с помощью набора пружинных зажимов.

Рисунок 5: Обозначенные компоненты шатуна

Коленчатый вал

Коленчатый вал — это вращающийся вал, на котором крепятся шатуны и поршни. Когда поршни двигаются вверх и вниз, это возвратно-поступательное движение преобразуется коленчатым валом во вращательное движение.Коленчатый вал размещен в картере и состоит из шейки, щеки кривошипа и шатунных штифтов.

Рисунок 6: Компоненты коленчатого вала

Шатуны прикреплены к шатунным шейкам, а коленчатый вал поддерживается блоком двигателя через набор подшипников на шейках коленчатого вала.

К коленчатому валу часто прикрепляют маховик, который накапливает энергию вращения и обеспечивает более постоянную скорость вращения, чем это было бы возможно при возвратно-поступательном движении поршней.

Клапаны

Любой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания должен иметь как минимум два клапана на цилиндр: один для впуска топливно-воздушной смеси и один для выпуска газов после сгорания. В авиационных двигателях обычно используется двухклапанная конструкция. Многие автомобильные двигатели используют четырехклапанный механизм (два впускных и два выпускных), что улучшает поток впускных и выхлопных газов.

Клапаны должны сохранять свою прочность и форму при высоких температурах, поэтому их обычно изготавливают из высокопрочных сталей.Выпускные клапаны обычно меньше впускных, чтобы уменьшить вероятность преждевременного воспламенения или детонации. Выпускной клапан обычно является самой горячей частью двигателя, а клапан меньшего размера снижает вероятность того, что высокие температуры могут вызвать преждевременное воспламенение топливно-воздушной смеси, добавленной во время такта впуска.

Впускные и выпускные клапаны известны как тарельчатые клапаны и состоят из длинного штока, шейки и заглушки или головки. Головка состоит из двух поверхностей: поверхности горения и поверхности седла.Клапаны перемещаются вверх и вниз через направляющую клапана, открывая и закрываясь в определенные моменты цикла четырехтактного двигателя. Время газораспределения определяется вращением распределительного вала, о котором идет речь.

Рисунок 7: Типовой клапан двигателя

Распределительный вал

Впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются с помощью распределительного вала, который приводится в движение от двигателя приводным ремнем, соединяющим коленчатый вал с распределительным валом. В четырехтактном цикле каждый клапан должен открываться и закрываться один раз за полный цикл, при котором коленчатый вал вращается на два полных оборота.Следовательно, распределительный вал должен приводиться в движение на половине скорости вращения двигателя — это достигается за счет механической передачи.

Распределительный вал изготавливается с несколькими кулачками или кулачками, каждый из которых расположен над клапаном и приводит в движение этот клапан. Форма кулачка определяет, как клапан открывается и закрывается, а ориентация выступа определяет последовательность, в которой работает клапан. Проще всего визуализировать это движение, обратившись к приведенной ниже анимации.

Рис. 8: Клапаны двигателя, приводимые в движение верхним кулачком

На авиационных двигателях клапаны управляются не напрямую через контакт с кулачком, а через систему толкателя и коромысла, которые соединяют кулачок с клапаном. Эта система допускает наличие зазора или зазора между коромыслом и наконечником клапана. Этот зазор важен, поскольку температура двигателя изменяется во время работы, что приводит к расширению клапана при более высоких температурах. Без зазора между наконечником клапана и коромыслом повышение температуры приведет к позднему открытию или преждевременному закрытию клапанов, что приведет к ухудшению работы двигателя и потере мощности.Зазор можно отрегулировать, обычно с помощью винта на узле коромысла.

Наконец, в каждый клапан встроены две пружины, которые помогают быстро закрыть клапан и гасить любой дребезг клапана, который может произойти из-за вибраций, присущих работе двигателя внутреннего сгорания.

Рисунок 9: Коромысло клапана двигателя

Свечи зажигания

Свеча зажигания предназначена для воспламенения топливно-воздушной смеси, поступающей во впускной канал цилиндра.Это сгорание затем заставляет поршень опускаться во время рабочего такта четырехтактного цикла. Свеча зажигания работает, принимая очень высокое напряжение от системы зажигания самолета, которое затем перескакивает между центральным электродом и заземленной внешней стороной свечи, в результате чего возникает искра. Это похоже на то, как молния прыгает между облаком и Землей. Для этого напряжение должно быть очень высоким — обычно в диапазоне от 5000 до 20000 В. Искра возникает, поскольку центральный электрод изолирован от заземленной внешней части вилки, и поэтому высокое напряжение должно преодолевать воздушный зазор. между ними возникает искра.Изоляция чаще всего достигается с помощью керамической вставки, которая не проводит электричество.

Свечи зажигания подразделяются на горячие и холодные. Керамическая вставка на горячей вилке имеет меньшую площадь контакта с металлической частью вилки, чем холодная вилка. Поэтому горячие свечи отводят тепло медленнее, чем холодные свечи, и лучше подходят для работы в более холодных двигателях с более низкой степенью сжатия. И наоборот, холодные свечи лучше подходят для работы в более горячих двигателях с более высокой степенью сжатия, поскольку они способны более эффективно рассеивать тепло.

Свеча зажигания должна потреблять высокое напряжение, генерируемое системой зажигания самолета. Напряжение поступает в вилку через выемку (клемму), которая удерживается гайкой и закрыта водонепроницаемым уплотнением.

Авиационные двигатели всегда имеют две отдельные системы зажигания, чтобы увеличить резервирование и снизить риск отказа двигателя на критическом этапе полета. Поскольку двойные системы зажигания полностью разделены, в каждом цилиндре будут установлены две свечи зажигания — по одной для каждой системы.

Рисунок 10: Свечи зажигания для самолетов с горячим и холодным током

Компоновка поршневого двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легких самолетах, обычно соответствуют одной из ряда стандартных компоновок, которые классифицируются в соответствии с расположением цилиндров относительно коленчатого вала. Сейчас мы познакомим вас с несколькими распространенными макетами.

Рядный двигатель

Рядные двигатели

характеризуются вертикальным расположением цилиндров, расположенных в одну линию вдоль картера. Одним из преимуществ такой компоновки является низкая площадь лобовой части, которую двигатель представляет для встречного воздуха.Низкая площадь лобовой части означает, что капот двигателя может быть уменьшен, что снижает влияние лобового сопротивления самолета.

Трудности с охлаждением задних цилиндров при рядном расположении обычно ограничивают количество цилиндров, которые могут быть размещены на двигателе.

Установка перевернутого рядного двигателя (такого как deHavilland Gipsy Major, показанного ниже) на самолет с носовым колесом может быть затруднительной из-за расположения цилиндров. Поэтому эти двигатели обычно устанавливаются на самолетах с хвостовым колесом.

Рисунок 11: Пример встроенного движка. Источник: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DHGipsyMajorengineDrover.JPG

Горизонтально противоположный (плоский) двигатель

Это расположение цилиндров, наиболее часто встречающееся в легких самолетах авиации общего назначения. Здесь цилиндры расположены горизонтально в два ряда с равным количеством цилиндров на каждом из них. Каждый цилиндр соединен с соответствующим цилиндром на противоположном берегу, чтобы свести к минимуму вибрацию. Коленчатый вал расположен по центру между двумя рядами цилиндров.

Горизонтально расположенные двигатели можно сделать короче, чем эквивалентный рядный двигатель, поскольку цилиндры размещены в двух рядах, а не в одном. Однако при такой компоновке двигатель шире и должен изготавливаться с двумя отдельными головками блока цилиндров, а не с одной.

Рисунок 12: Пример горизонтально расположенного двигателя. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Lycoming_AEIO-540-D4A5.jpg

В таблице ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных горизонтально-оппозитных двигателей, используемых сегодня в легких самолетах, а также некоторые примеры самолет у них мощность.

Название двигателя Примеры самолетов № цилиндров Рабочий объем Выходная мощность
Семейство Lycoming O-320 Cessna 172, Cessna 177, Piper PA-28 Cherokee, Piper PA-30 Twin Comanche, Robinson R22 4 320 куб. Дюймов (5,24 л) 150-160 л.с.
Семейство Lycoming O-540 Cessna 182, Cessna 206, Piper PA-32 Cherokee Six, Vans RV-10 6 541.5 кубических дюймов (8,87 л) 230-350 л.с.
Семейство Continental IO-360 Cirrus SR20, Mooney M20, Piper PA-34 Seneca 6 5,9 л (360 куб. Дюймов) 180-225 л.с.
Семейство Rotax 912 Tecnam Echo, Diamond DA-20, CSA Sportcruiser 4 1,2 л (74 куб. Дюйма) 80-100 л.с.

Радиальный двигатель

Радиальные двигатели состоят из группы цилиндров, расположенных радиально вокруг центрального коленчатого вала, подобно спицам колеса.Цилиндры данного ряда расположены в одной плоскости радиально от коленчатого вала, так что не все шатуны могут быть прикреплены непосредственно к коленчатому валу. Вместо этого один поршень соединяется непосредственно с коленчатым валом, а все остальные соединяются с кольцом на главном шатуне через узел ведущего и шарнирного штока.

Четырехтактные радиально-поршневые двигатели всегда проектируются с нечетным числом цилиндров, чтобы можно было использовать постоянный порядок зажигания.Это сделано для того, чтобы между поршнями на такте сгорания и такте сжатия оставался однопоршневой зазор.

Радиальные двигатели обычно использовались на более крупных самолетах, где можно было установить несколько рядов поршней для производства двигателя с большой выходной мощностью при сохранении как можно более компактного двигателя. В самолетах времен Второй мировой войны, таких как Republic P-47 Thunderbolt, Douglas C 47 и Avro Lancaster, использовались радиальные двигатели. Большие радиальные двигатели были в значительной степени устаревшими после Второй мировой войны, поскольку реактивные двигатели и газотурбинные двигатели могли производить большую мощность, более надежно при меньшей общей массе.

Рисунок 13: Радиальный двигатель. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Watercooled_radialengine.jpg/640px-Watercooled_radialengine.jpg

Двигатель V-типа

V-образные двигатели

характеризуются наличием цилиндров, расположенных в два ряда по V-образной схеме, если смотреть вдоль оси коленчатого вала. За счет V-образного расположения цилиндров общие размеры двигателя могут быть уменьшены по сравнению с горизонтально расположенной конфигурацией. Угол между двумя рядами цилиндров обычно называют углом V.Общие углы 90 °, 60 ° и 45 °.

Одним из самых известных двигателей V-образной конфигурации был двигатель Rolls Royce V12 Merlin, который приводил в действие ряд самолетов Второй мировой войны, включая Supermarine Spitfire, Hawker Hurricane и de Havilland Mosquito.

Рисунок 14: Двигатель Rolls Royce Merlin. Источник: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Rolls-Royce_Merlin.jpg/640px-Rolls-Royce_Merlin.jpg

На этом мы подошли к концу нашего знакомства с поршневыми двигателями самолетов. .В следующем посте мы обсудим четырехтактный рабочий цикл, лежащий в основе работы большинства авиационных двигателей внутреннего сгорания.

Вам понравился этот пост? Почему бы не продолжить чтение этой серии статей о поршневых двигателях самолетов и их системах?

Основные компоненты двигателя внутреннего сгорания и их функции


Несмотря на то, что существуют разные типы двигателей внутреннего сгорания, и каждый двигатель состоит из сотен компонентов, есть некоторые основные компоненты, которые присутствуют почти во всех двигателях.Те, кто изучает двигатели IC, должны знать этот базовый компонент и часто используемую терминологию в двигателях IC.
На рисунке показан поперечный разрез двигателя SI, различные компоненты и его функции описаны ниже.

🔗Разница между SI Engine и CI Engine
🔗Сравнение двухтактных и четырехтактных двигателей

Блок цилиндров

6-цилиндровый блок BMW

Блок цилиндров — это основной корпус двигателя.Это основная несущая конструкция, которая удерживает вместе другие компоненты и обеспечивает точки крепления. Блок цилиндров изготавливается методом литья. Используемый материал может быть железом или алюминием. Для многоцилиндрового двигателя блок цилиндров выполнен как единое целое. Головка блока цилиндров плотно закреплена на верхней части блока цилиндров болтом и шпильками. Эти две части снабжены соответствующей системой охлаждения (водяная рубашка, охлаждающие ребра). Прокладка цилиндра используется для уплотнения всех сопрягаемых поверхностей, в том числе между головкой цилиндров и блоком цилиндров.Материал прокладки может быть резиной, бумагой, пробкой или металлом. Нижняя часть блока цилиндров называется картером.

Цилиндр
Цилиндр — это пространство или цилиндрический сосуд, поддерживаемый блоком цилиндров, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение. В процессе работы двигателя объем внутри цилиндра заполняется рабочей жидкостью и подвергается различным термодинамическим процессам.

Поршень


Поршень — это трубчатый элемент, который устанавливается в цилиндр двигателя.Его движение ограничено одним измерением, он совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. Поршневые кольца и смазочные материалы, обеспечивающие посадку, являются газонепроницаемыми. Он также действует как связующее звено в передаче сил газа во вращательное движение выходного вала.

Кольца поршневые


На поршне предусмотрены поршневые кольца, обеспечивающие газонепроницаемое уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра. Он вставляется в прорези на внешнем диаметре поршня для предотвращения утечки продуктов сгорания во время работы двигателя.

Камера сгорания
Камера сгорания — это пространство, заключенное между цилиндром и верхней частью поршня во время процесса сгорания. В камере сгорания происходит сгорание топлива, выделение тепловой энергии и повышение давления.

Шатуны


Это металлический стержень, который соединяет поршень и коленчатый вал. Он передает усилие от поршня на коленчатый вал. Малый конец шатуна соединял поршень с поршневым пальцем, а большой конец — с коленчатым валом с помощью шатунной шейки.

Коленчатый вал


Коленчатый вал — это компонент, который заключен в картер и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение выходного вала. Подшипники используются для поддержки вала трещины, уменьшения трения и позволяют ему свободно вращаться при различных условиях нагрузки. На них предусмотрена пара шатунов и балансировочные грузы для статической и динамической балансировки вращающейся системы.

Свеча зажигания


Это компонент двигателя с искровым зажиганием, инициирующий процесс сгорания.Обычно он находится на головке блока цилиндров.

Уплотнения
Уплотнения двигателя расположены на конце вала, который выходит за пределы блока цилиндров. Уплотнения защищают подшипник и предотвращают утечку газа и масла.

Кулачки и распредвал
Кулачки и распредвал — это части двигателя, которые контролируют открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Кулачок и распределительный вал приводятся в движение коленчатым валом с помощью синхронизирующих шестерен, и они сконструированы таким образом, чтобы открывать клапаны в правильное время и держать их открытыми в течение необходимого времени.Распредвалы также используются для привода системы зажигания.

Впускные и выпускные клапаны
Это клапаны, предусмотренные в головке блока цилиндров для регулирования потока рабочей жидкости в цилиндр и удаления продуктов сгорания в атмосферу.

Впускной коллектор и выпускной коллектор
Трубы, которые соединяют впускную систему с впускным клапаном, известны как впускной коллектор. Воздух, топливовоздушная смесь втягивается в цилиндр через впускной коллектор.

Выпускной коллектор — это патрубок, соединяющий выхлопную систему с выпускными клапанами. Продукты сгорания, такие как CO, NOx и т. Д., Попадают в атмосферу через выпускной коллектор.

Маховик

Прочтите: Что такое маховик? функция, приложения и уравнение для накопленной энергии

Крутящий момент на коленчатом валу колеблется в течение одного цикла сгорания и вызывает колебания угловой скорости вала. Маховик — это инерционная масса, прикрепленная к выходному валу, чтобы минимизировать эти колебания и добиться равномерного крутящего момента.

Катализаторы для мотоциклов и двигателей общего назначения — Информация о продукте

Катализатор для автомобилей может быть эффективно использован для полного набора двигателей внутреннего сгорания.

Cataler в настоящее время разрабатывает и поставляет катализаторы для малых и крупных мотоциклов, морские катализаторы для PWC и морских судов, а также полный спектр крупномасштабных катализаторов для когенерации газовых двигателей, используемых для частной выработки электроэнергии, отопления и горячего водоснабжения в зданиях. и города.Мы также предлагаем различные катализаторы очистки выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания, используемых в садовом оборудовании, в том числе в газонокосилках и бензопилах, а также в транспортных средствах для отдыха, таких как квадроциклы и тележки для гольфа.

Пример используемого катализатора для мотоциклов и двигателей общего назначения

Металлический сотовый катализатор

Характеристики

Восстанавливает угарный газ, углеводороды и окись азота в выхлопных газах скутеров и мотоциклов до безвредных углекислого газа, воды и азота.

Часто используемые поля / продукты

Мотоциклы

Как производится металлическая сотовая основа
  • Step01 Гофра

    Металлическая фольга гофрированная.

  • Step02 Обмотка

    Гофрированная фольга и плоская фольга наматываются вместе в сотовую форму

  • Step03 Сборка

    Сотовая конструкция собирается внутри металлической трубы.

Катализаторы для двигателей общего назначения

Характеристики

Мелкие металлические соты эффективны для очистки выхлопных газов садового оборудования с небольшими двигателями, включая газонокосилки, бензопилы и триммеры.

Часто используемые поля / продукты

Газонокосилки | бензопилы

Каталитические преобразователи для когенерации различных газовых двигателей

Характеристики
Независимо разработанные большие металлические носители катализаторов

Cataler становятся популярным выбором для генераторов с газовыми двигателями, используемых в зданиях, и для когенерации, сочетающей утилизацию тепла.

Часто используемые поля / продукты

Электроэнергетика для зданий

Двигатель внутреннего сгорания: основы и конструкция

Двигатели внутреннего сгорания прерывистого действия

В двигателях внутреннего сгорания прерывистого или возвратно-поступательного действия топливо вводится в замкнутую камеру с плотно установленным внутри поршнем . Камера неподвижна, но поршень может двигаться.Топливо попадает в камеру вместе с кислородом и воспламеняется. Взрыв толкает поршень вперед с большой силой.

Поршень прикреплен к коленчатому валу , который перемещается со скольжением вперед и назад поршня внутри камеры. Коленчатый вал может преобразовывать линейное движение поршня во вращательное движение. Затем вращательное движение используется для поворота колес или лопастей.

Изображение коленчатого вала, показывающее линейное движение поршня и вращательное движение коленчатого вала

Двигатели внутреннего сгорания непрерывного действия

Двигатель внутреннего сгорания непрерывного действия очень отличается, но все же включает сжигание топлива в камере сгорания.В этом типе двигателя воздух и топливо воспламеняются в камере непрерывно. Воздух засасывается в двигатель воздушным компрессором, который всасывает и нагнетает воздух в камеру сгорания. Топливо вводится в камеру сгорания, и смесь воспламеняется. Очень сжатый и очень горячий воздух проходит через турбину и выходит из двигателя с большой силой, толкает всего двигателя вперед.

Изображение двигателя внутреннего сгорания непрерывного действия

Концепция реактивного двигателя на самом деле довольно проста: это та же самая причина, по которой воздушный шар поднимается вверх, если вы позволяете воздуху внутри воздушного шара вырваться наружу.Воздух, выпущенный из воздушного шара, сталкивается с атмосферным воздухом, и, в свою очередь, атмосферный воздух отталкивается назад, продвигая воздушный шар вперед. В самолете двигатель выталкивает выхлопные газы наружу, а выхлопные газы толкают двигатель вперед.

КПД двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания также называют тепловыми двигателями , поскольку они превращают тепло взрыва в работу. Однако тепло никогда нельзя полностью превратить в работу; всегда есть убытки.Фактически, французский инженер Николя Леонард Сади Карно определил теоретическое максимальное количество тепла, которое двигатель может преобразовать в работу. Теоретический максимум никогда не бывает 100%.

Эффективность теплового двигателя по превращению тепла в работу зависит от разницы температур между резервуарами . В тепловом двигателе мы говорим о горячем резервуаре и холодном резервуаре, при этом энергия всегда течет от горячего к холодному. Двигатель получает тепло от горячего резервуара при взрыве в камере сгорания, преобразует часть этого тепла в работу, а оставшееся тепло отводит в холодный резервуар, выхлопные газы.Тогда эффективность зависит от разницы между температурой горячего резервуара, представленного как Thot, и температурой холодного резервуара, представленного как Tcold. Соотношение следующее:

Идеальная эффективность = (Thot — Tcold) / Thot (Обратите внимание, что температура должна быть выражена в Кельвинах.)

Итак, если у вас есть камера сгорания на 500 K (эквивалент 227 C) с выхлопных газов при 300 K (эквивалент 27 C), идеальный КПД будет (500-300) / 500, что составляет 40%.Этот идеальный КПД имеет решающее значение для целей проектирования и дает верхний предел того, сколько работы может выполнить определенный тепловой двигатель.

Краткое содержание урока

Из этого урока вы узнали, что двигатель внутреннего сгорания всегда включает преобразование химической энергии топлива в механическую. Двигатели внутреннего сгорания могут работать на прерывистом сгорании , процесс, который включает толкание поршней, прикрепленных к коленчатым валам. Они также могут работать на непрерывном сгорании , когда горячий воздух с высокой скоростью принудительно выталкивается из двигателя, продвигая двигатель вперед.Вы также узнали, что двигатель внутреннего сгорания никогда не может быть эффективным на 100%. Эффективность ограничена разницей температур горячего и холодного резервуаров , а идеальный КПД двигателя можно рассчитать по формуле Ideal Efficiency = (Thot — Tcold) / Thot (с температурами в Кельвинах).

Mazda Технологии нового поколения | Mazda USA News

БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ SKYACTIV-X

Двигатель Mazda SKYACTIV-X, оснащенный искровым зажиганием от сжатия, уникальным методом сгорания, представляет собой второй шаг в стремлении Mazda разработать бензиновый двигатель с идеальным механизмом внутреннего сгорания.

Разработка системы воспламенения от сжатия для бензиновых двигателей долгое время была целью инженеров. В SKYACTIV-X зажигание свечи зажигания используется для управления воспламенением от сжатия, что приводит к значительным улучшениям по ряду важных показателей эффективности.

SKYACTIV-X — революционный новый двигатель, эксклюзивный для Mazda, в котором преимущества бензинового двигателя с искровым зажиганием — расширяемость при высоких оборотах и ​​более чистые выбросы выхлопных газов — объединены с преимуществами дизельного двигателя с воспламенением от сжатия — превосходная начальная реакция и экономия топлива — чтобы создать двигатель кроссовера, сочетающий в себе лучшее из обоих миров.Этот третий двигатель SKYACTIV, появившийся после бензинового двигателя Mazda SKYACTIV-G и дизельного двигателя SKYACTIV-D, получил новое имя «X» в знак признания этой двойной роли.

В Mazda мы уверены, что у двигателей внутреннего сгорания еще есть возможности для дальнейшей эволюции, и что эта технология может внести важный вклад в сохранение нашей глобальной окружающей среды. Основываясь на корпоративном видении Mazda защиты нашей прекрасной планеты и обогащения жизни людей за счет «удовольствия от вождения», мы планируем продолжить наши непрестанные поиски идеального двигателя внутреннего сгорания.

1. ЦЕЛИ И КОНЦЕПЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ

[1] ПРЕИМУЩЕСТВА СЖИГАНИЯ Бережливости И СВЯЗАННЫЕ С ЭТОМ ПРОБЛЕМЫ

По мере того, как мы продвигались по дорожной карте, показанной выше, мы предприняли фундаментальный пересмотр природы сгорания с целью внесения некоторых значительных улучшений в эффективность процесса внутреннего сгорания.

В SKYACTIV-G эффективность сгорания повышается за счет увеличения степени сжатия, в то время как потери на охлаждение из зоны теплопередачи к стенке камеры снижаются за счет регулирования температуры охлаждающей воды.Насосные потери и механическое сопротивление снижаются за счет использования цикла Миллера.

В SKYACTIV-X, новейшем двигателе SKYACTIV, мы работали над повышением воздушно-топливной смеси. Для этого нам пришлось включить обедненное сжигание, при котором сжигается большее количество воздуха. Идеальное (стехиометрическое) соотношение воздух-топливо составляет 14,7: 1. Создание более высокого отношения воздух-топливо за счет более чем удвоения количества воздуха увеличивает удельную теплоемкость и снижает температуру газов сгорания.Это, в свою очередь, снижает потери на охлаждение. Между тем, конструкция, которая вводит большее количество воздуха, снижает потери от закрытия дроссельной заслонки, что приводит к улучшенной экономии топлива.

Однако проблема заключается в том, что если такая бедная смесь воздуха и бензина сжигается с использованием горения, основанного на распространении пламени, которое происходит при использовании свечи зажигания, горение имеет тенденцию становиться нестабильным. Чтобы преодолеть эту проблему, необходимо использовать компрессионное горение в условиях высокой температуры и высокого давления.Это означает, что в таком двигателе потребуется воспламенение от сжатия, используемое в дизельных двигателях. Поэтому при разработке SKYACTIV-X мы улучшили семь факторов, которые необходимо контролировать для воспламенения от сжатия бедной топливовоздушной смеси. К ним относятся степень сжатия (которая должна быть увеличена для реализации требуемых условий высокой температуры и высокого давления), время сгорания вблизи верхней мертвой точки (которая находится в воспламенении от сжатия) и период сгорания, в течение которого все топливо горит одновременно.

[2] ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ОДНОРОДНЫМ ЗАЖИГАНИЕМ ОТ КОМПРЕССИИ ЗАРЯДА

Одной из концепций, лежащих в основе воспламенения от сжатия в бензиновых двигателях, является воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI). Когда для зажигания используется свеча зажигания, горение должно распространяться от начальной искры, что приводит к более медленной скорости горения. Если в дополнение к этому используется более бедная воздушно-топливная смесь с большим количеством воздуха, пламя, создаваемое свечой зажигания, не сможет распространиться по камере сгорания.Однако при воспламенении от сжатия все топливо в камере сгорания сгорает одновременно, что приводит к гораздо более высокой скорости сгорания, что, в свою очередь, означает, что можно сжечь более бедную воздушно-топливную смесь.

Однако HCCI еще не достиг той точки, где его можно было бы использовать в коммерческих приложениях, потому что он используется только при низких оборотах в минуту и ​​в диапазонах нагрузки двигателя, и даже эти диапазоны могут меняться в зависимости от условий движения. Кроме того, очень ограниченный диапазон, в котором может иметь место HCCI, затрудняет достижение стабильного переключения между искровым зажиганием и воспламенением от сжатия.

До сих пор для решения этих проблем требовалось значительное увеличение степени сжатия, более сложная структура и добавление высокоточных элементов управления.

[3] ИСКРОВОЕ ЗАЖИГАНИЕ КОМПРЕССИОННОГО ЗАЖИГАНИЯ: ПРОРЫВ, КОТОРЫЙ СДЕЛАН SKYACTIV-X, ВОЗМОЖНОСТЬ

«Для воспламенения от сжатия не требуется свеча зажигания, но свеча зажигания все равно потребуется в диапазонах оборотов и нагрузок, в которых воспламенение от сжатия невозможно. К сожалению, переключение между этими двумя режимами чрезвычайно сложно.Это «общепринятая мудрость» о HCCI, излагающая основную проблему, которая помешала полностью коммерциализировать технологию HCCI.

Прорыв

Mazda был достигнут благодаря тому, что поставили под сомнение традиционную идею о том, что свеча зажигания не нужна для воспламенения от сжатия, и вместо этого предложили другой подход: «Если переключение между различными режимами сгорания затруднено, действительно ли нам нужно переключаться в первую очередь?» Эта концепция лежит в основе искрового зажигания от сжатия (SPCCI), уникального метода сгорания Mazda.

Использование SPCCI означает, что диапазон, в котором может иметь место воспламенение от сжатия (с точки зрения нагрузки двигателя и оборотов в минуту), теперь охватывает весь диапазон сгорания. Иными словами, потенциальное применение воспламенения от сжатия в настоящее время значительно расширилось, что позволяет использовать эту технологию практически во всех условиях движения. Другими словами, поскольку свеча зажигания теперь используется постоянно, двигатель может плавно переключаться между сгоранием с использованием воспламенения от сжатия и сгоранием с использованием искрового зажигания.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ SPCCI

Хотя SPCCI — это совершенно новый метод сгорания, он основан на двух существующих функциях — зажигании и впрыске, которые Mazda доработала и тщательно перекомпоновала. Для этого Mazda разработала несколько элементарных технологий — новую конструкцию головки поршня и систему впрыска топлива сверхвысокого давления для поддержки воспламенения от сжатия, а также систему подачи воздуха с высокой чувствительностью, которая может подавать большее количество воздуха, — и объединила их с датчик в цилиндре, который служит для управления всем двигателем.По сравнению со сложными структурами, которые ранее требовались для использования концепции HCCI, оборудование для SPCCI является простым и экономичным, без лишних сложностей.

[1] ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ СЖАТИЯ, СОЗДАННЫХ РАСПРОСТРАНЕНИЕМ ПЛАМЕНИ.

Механизм SPCCI можно резюмировать как систему, в которой эффект сжатия локализованного воспламенения искровым зажиганием используется для достижения необходимого давления и температуры, чтобы вызвать воспламенение от сжатия.

Другими словами, геометрическая степень сжатия повышается до точки, при которой топливовоздушная смесь находится на грани воспламенения (из-за сжатия) в верхней мертвой точке. В этот момент расширяющийся огненный шар, созданный искровым зажиганием, обеспечивает последний толчок, который заставляет всю смесь сгорать. Время и величина требуемого давления постоянно меняются в зависимости от постоянно меняющихся условий вождения. Система SPCCI может управлять моментом зажигания свечи зажигания, а это означает, что давление и температура в камере сгорания могут быть оптимизированы в любое время.Поскольку свеча зажигания используется постоянно, система способна плавно переключаться на искровое зажигание в диапазонах оборотов или нагрузок, где воспламенение от сжатия было бы затруднено. Таким образом, система гарантирует, что степень сжатия никогда не будет повышена слишком высоко, в то же время обеспечивая простую конструкцию, которая не требует сложных функций, таких как изменение фаз газораспределения или переменная степень сжатия.

[2] РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТОПЛИВА В СМЕСИ ВОЗДУХ-ТОПЛИВО

SKYACTIV-X управляет распределением топливовоздушной смеси, чтобы обеспечить сжигание обедненной смеси с помощью механизма SPCCI.Сначала бедная топливовоздушная смесь для воспламенения от сжатия распределяется по камере сгорания. Затем прецизионный впрыск топлива и завихрение используются для создания зоны более богатой топливовоздушной смеси — достаточно богатой для воспламенения искрой и минимизации образования закиси азота — вокруг свечи зажигания. Используя эти методы, SPCCI обеспечивает стабильное горение.

[3] УПРАВЛЕНИЕ СМЕСЕЙ ВОЗДУХ-ТОПЛИВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АВАРИЙНОГО ГОРЕНИЯ

1) Разделенный впрыск топлива

Чтобы предотвратить ненормальное сгорание, которое может произойти, когда богатые топливовоздушные смеси сжимаются в течение длительных периодов времени — давняя проблема для HCCI — SPCCI применяет систему раздельного впрыска топлива, в которой часть топлива впрыскивается вместе с воздухом. впускной процесс и часть впрыскивается во время процесса сжатия.Во-первых, бедная смесь низкой плотности для сжигания обедненной смеси впрыскивается во время процесса впуска воздуха; затем, во время такта сжатия, отдельный впрыск создает более богатую воздушно-топливную смесь, которая воспламеняется вокруг свечи зажигания. Это не только распределяет плотность воздушно-топливной смеси, чтобы позволить SPCCI иметь место, но также минимизирует задержку по времени до тех пор, пока воздушно-топливная смесь не воспламенится при сжатии, эффективно контролируя аномальное сгорание.

2) Система впрыска сверхвысокого давления

Чтобы минимизировать время сжатия и сделать воспламенение от сжатия максимально эффективным, топливо должно испаряться и распыляться очень быстро, а затем немедленно распыляться по всему цилиндру.Поэтому SKYACTIV-X оснащен системой, способной впрыскивать топливо под сверхвысоким давлением из топливного инжектора с несколькими отверстиями, расположенного в центре камеры сгорания. Это вызывает мгновенное испарение и распыление топлива, одновременно создавая мощную турбулентность, значительно улучшая стабильность зажигания и скорость сгорания. Впрыск топлива сверхвысокого давления обеспечивает SPCCI, который подавляет аномальное сгорание даже при полностью открытой дроссельной заслонке / низких оборотах, когда традиционные бензиновые двигатели должны замедлять зажигание и, таким образом, жертвовать эффективностью и мощностью.

3) Применение датчика давления в цилиндре

В дополнение к вышеупомянутым технологиям для предотвращения ненормального сгорания, датчик в цилиндре также был введен в качестве контроля; Постоянно наблюдая за тем, обеспечивают ли вышеуказанные меры надлежащее сгорание и в реальном времени компенсируют любые отклонения от запланированных результатов, он обеспечивает непрерывно оптимизированное сгорание.

На основе методов, изложенных выше, SPCCI расширил зону воспламенения от сжатия до полного диапазона дроссельной заслонки и обеспечивает плавное переключение между сгоранием SPCCI и сгоранием с искровым зажиганием.

Этот новый метод сгорания не просто использует искровое зажигание для содействия воспламенению от сжатия, но обеспечивает всеобъемлющую систему управления сгоранием, которая включает в себя контроль температуры и давления в цилиндрах, а также контроль плотности распределения топливовоздушной смеси впрыска топлива и выхлопных газов. рециркуляция (EGR).

3. СТОИМОСТЬ, ПРЕДОСТАВЛЕННАЯ SKYACTIV-X

[1] ДРАМАТИЧЕСКОЕ ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ОТВЕТСТВЕННОСТИ

С объемом двигателя 2.0L SKYACTIV-X обеспечивает как минимум на 10 процентов больше крутящего момента, чем текущий SKYACTIV-G, и до 30 процентов больше при определенных оборотах (данные по состоянию на август 2017 года, в процессе разработки). Кроме того, поскольку дроссельная заслонка большую часть времени открыта, она демонстрирует превосходную реакцию на начальное ускорение, характерную для дизельных двигателей, которые не имеют дроссельной заслонки. С другой стороны, SKYACTIV-X разгоняется до высоких оборотов так же плавно и легко, как и типичный бензиновый двигатель.

[2] РЕАЛЬНОЕ УЛУЧШЕНИЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИКИ

В автомобиле с 2.Объем двигателя 0L, SKYACTIV-X обеспечивает 20-процентное улучшение экономии топлива по сравнению со SKYACTIV-G, резкое увеличение. Кроме того, в районах, где часто используются низкие скорости транспортных средств, экономия топлива может быть улучшена до 30 процентов благодаря использованию сверхбедного сгорания. По сравнению с двигателем MZR 2008 года экономия топлива значительно улучшена на 35-40 процентов, а по топливной эффективности SKYACTIV-X даже превосходит новейший дизельный двигатель Mazda SKYACTIV-D или даже превосходит его. Поскольку усовершенствования особенно заметны в диапазоне нагрузок легких двигателей, этот двигатель бросает вызов общепринятому мнению о том, что большой рабочий объем двигателя означает низкую экономию топлива.

Диапазон, в котором двигатель может обеспечивать отличную топливную экономичность, был значительно расширен за счет использования SKYACTIV-X, а это означает, что эта система способна обеспечить более низкий расход топлива, чем когда-либо прежде, во всем диапазоне сценариев вождения, включая город вождение, дальние поездки по скоростным трассам и многое другое.

Уникальный для Mazda, SKYACTIV-X представляет собой двигатель внутреннего сгорания нового типа, который сочетает в себе преимущества бензиновых и дизельных двигателей для достижения выдающихся экологических характеристик и бескомпромиссных характеристик мощности и ускорения.Эта революционная технология представляет собой начало нового захватывающего этапа в наших поисках идеального двигателя внутреннего сгорания. SKYACTIV-X, полностью поддерживающий опыт вождения Jinba-ittai , который стремится обеспечить Mazda, был разработан с учетом интересов нашей планеты и всех, кто здесь живет.

СКАЙАКТИВНЫЙ АВТОМОБИЛЬ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ АРХИТЕКТУРА

Благодаря нашим революционным технологиям SKYACTIV, разработанным с нуля, чтобы обеспечить прорывную производительность, Mazda неизменно стремится доставлять удовольствие от вождения Jinba-ittai Jinba-ittai автомобиль реагирует почти так, как если бы он был продолжением тела водителя, повышая безопасность и душевное спокойствие. В наших усилиях по созданию таких автомобилей мы сосредоточились на процессе разработки, ориентированном на человека.

Теперь мы разработали нашу архитектуру SKYACTIV-Vehicle следующего поколения, в которой основные функции нашей технологической серии SKYACTIV были точно настроены, чтобы пассажиры могли использовать свою естественную способность сохранять равновесие во время движения.Больше, чем на отдельных системах компонентов, таких как сиденья, кузов, шасси, шины и т. Д., При разработке мы сосредоточились на общей координации транспортного средства, перераспределении функций и создании архитектуры, которая работает вместе как единое целое.

Полное использование врожденных человеческих способностей позволило нам выйти за рамки традиционной концепции платформы для более тесного общения между автомобилем и водителем. Mazda взяла радость от вождения до следующего этапа, для окончательного вождения в Jinba-ittai , в котором водитель почти не осознает сам автомобиль.

1. ЦЕЛИ И ПОНЯТИЯ ТЕХНОЛОГИИ

[1] РАЗВИТИЕ «ИДЕАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ» ПО АНАЛИЗУ МОДЕЛЕЙ ХОДЬБЫ ЧЕЛОВЕКА

Когда человек ходит, тело создает ось движения вперед, которая служит базой для поддержания равновесия, используя гибкость позвоночника. Mazda называет эту линию «осью прогресса». Это является отправной точкой для поддержания состояния динамического равновесия, при котором таз и верхняя часть тела движутся в противоположных направлениях, с мышечным напряжением и небольшими корректировками позы, используемыми для управления центром тяжести тела и подавления движений головы.

Это означает, что когда шагающий меняет направление или сталкивается с изменением уровня, тело может продолжать плавно и непрерывно двигаться в заданном направлении без отклонения оси движения от курса. Однако люди этого не осознают. Эта способность к равновесию, присущая продвинутым человеческим способностям, — это навык, который люди используют неосознанно.

Чтобы использовать эту способность к равновесию, тело должно поддерживать позу, в которой таз находится в вертикальном положении, а позвоночник образует букву «S», в то время как сила реакции от земли передается на таз через голени, позволяя тазу двигаться. двигаться плавно, систематически и непрерывно.Этот паттерн движения идущего человека представляет собой идеальное состояние движения, позволяя ходящему двигаться с комфортом и с минимальной усталостью, будучи готовым мгновенно реагировать на любые внезапные нарушения в его или ее окружении.

[2] ИДЕАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ

Mazda провела исследование этого идеального состояния движения с целью разработки транспортных средств, которые позволяют пассажирам использовать свою естественную и инстинктивную способность к равновесию так же, как при ходьбе.

Другими словами, сиденья в таком автомобиле позволяют пассажирам сидеть так, чтобы таз поддерживал позвоночник в S-образной форме, в то время как сила реакции от земли плавно передается через кузов автомобиля, а не через ноги человека для плавности. , непрерывное движение тазом. В дополнение к оптимизации каждого компонента и функции, SKYACTIV-Vehicle Architecture улучшила взаимосвязанность функций в различных областях, включая сиденья, кузов, шасси и шины, чтобы создать автомобиль, в котором каждый может всегда использовать свою способность естественного баланса для Комфортное, расслабляющее вождение, при котором голова устойчива, а пассажиры могут немедленно реагировать на изменения в обстановке за рулем.

[3] Ключевые моменты, позволяющие пассажирам использовать свою способность балансировать

Чтобы пассажиры могли в полной мере использовать свою способность к естественному равновесию, находясь в автомобиле, ключевым моментом является движение подрессоренной массы. Когда, например, автомобиль движется по кривой, подрессоренная масса должна иметь возможность двигаться плавно и непрерывно, как если бы описывала поверхность сферы, в то время как сиденья, которые находятся между подрессоренной массой и тазом пассажира, перемещаются вместе. с подрессоренной массой без задержки, так что подводимая энергия плавно передается к тазу пассажира.

Для разработки подрессоренной массы, способной к плавному и непрерывному движению такого рода, Mazda сосредоточила внимание на следующих трех моментах.

1) Убедитесь, что энергия передается от неподрессоренной массы к подрессоренной массе плавными волнами

2) Совместите направление усилий

3) Уменьшение отклонений жесткости между противоположными по диагонали углами

Достижение этих трех целей гарантирует, что противоположные по диагонали углы перемещаются вместе без задержки, поскольку они посылают и получают энергию.

2. КЛЮЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

[1] СИДЕНЬЯ: ВМЕСТЕ С ПРУЖИНОЙ

В SKYACTIV-Vehicle Architecture последние идеи, полученные в результате исследований в области биологии человека, были включены в конструкцию сидений, гарантируя, что пассажиры могут в полной мере использовать свою способность балансировать, когда они находятся в машине, гарантируя, что таз пассажира находится в неподвижном состоянии. поддерживается, чтобы сохранить S-образную форму позвоночника.

В частности, технология поддерживает верхнюю часть таза, чтобы гарантировать правильное положение всего таза.Между тем, форма и жесткость сиденья охватывают центр тяжести грудной клетки (соответствующий верхней части S-образного изгиба позвоночника), помогая удерживать позвоночник в этом положении. Кроме того, форма и жесткость амортизатора обеспечивают хорошую поддержку бедренных костей, создавая структуру, которая позволяет пользователю независимо регулировать угол наклона бедер, чтобы сиденье могло адаптироваться и адаптироваться к индивидуальным особенностям телосложения.

Затем мы увеличили жесткость отдельных компонентов сидений и точек крепления, передающих силы от кузова автомобиля.Это устраняет любую задержку между движениями подрессоренной массы и сидений, обеспечивая плавную передачу подводимой энергии к тазу пассажира. Наконец, мы также сделали внутреннюю структуру сидений более жесткой, чтобы нагрузка передавалась непосредственно от подрессоренной массы к телу пассажира.

Эти изменения минимизируют перемещение сиденья относительно подрессоренной массы; Сиденье движется вместе с подрессоренной массой без задержки, и силы плавно передаются на таз.

[2] КОРПУС: ПЕРЕДАЧА СИЛЫ БЕЗ ЗАДЕРЖКИ

Помня об идеальном пути для передачи входной энергии от земли к телу, мы взяли базовую модель SKYACTIV-Body, основанную на концепции «прямой и непрерывной» конструкции, и еще более точно ее настроили. К кольцевым структурам, которые соединяют каркас по вертикали и по бокам в предыдущем кузове, Mazda теперь добавила соединения спереди назад, создав разнонаправленные кольцевые структуры, улучшающие диагональную жесткость.Боковая панель переднего капота, крепления переднего и заднего амортизаторов, а также проем задней двери расположены с максимальной эффективностью на основе анализа пути прохождения энергии.

В результате этой новой разнонаправленной кольцевой конструкции задержка передачи входной энергии на диагонали, простирающиеся от передней части к задней части, была уменьшена на 30 процентов по сравнению с нынешним корпусом, при этом силы теперь передаются между всеми четырьмя диагональные углы практически мгновенно.

[3] ШАССИ: СГЛАВЛЕНИЕ ВХОДНЫХ СИЛ ОТ НЕПОДВИЖНОЙ МАССЫ

Энергия земли передается телу через подвеску. Традиционно архитектура транспортного средства была разработана таким образом, чтобы уменьшить силу, передаваемую на подрессоренную массу. Однако с помощью SKYACTIV-Vehicle Architecture компания Mazda добавила новую концепцию — сглаживание сил, передаваемых неподрессоренной массе по оси времени — и полностью изменила распределение функций между различными компонентами на основе этого.

Пока подвеска работает в вертикальном направлении, угол рычага подвески всегда обращен вниз (в форме перевернутой буквы V), так что инерционная сила подрессоренной массы толкает шины вниз к земле. Между тем, использование сферической втулки гарантирует, что передача энергии идеально выровнена без проскальзывания, что упрощает крепление рычага подвески и рычага для плавного вращения.

Шины также имеют более эффективное функциональное расположение.В отличие от нашего предыдущего подхода, который фокусировался на увеличении вертикальной жесткости шин, мы смягчили боковые стенки и снизили жесткость. Это позволило нам спланировать внедрение уникальной технологии управления динамикой автомобиля Mazda, G-Vectoring Control *, прямо на начальном концептуальном этапе разработки платформы, что привело к более эффективному распределению функций.

В результате резина покрышек способна в максимальной степени проявлять свои вибрационные и демпфирующие свойства.Между тем, во время рулевого управления упреждающе используется передача нагрузки транспортного средства, что означает, что усилие на шину может передаваться без какой-либо временной задержки.

* G-Vectoring Control регулирует крутящий момент двигателя в ответ на рулевое управление, чтобы управлять поперечными и продольными силами ускорения (G) (управляемыми отдельно в традиционной архитектуре автомобиля), унифицированным способом и оптимизировать вертикальную нагрузку каждой шины для обеспечения плавности и эффективное поведение автомобиля.

[4] ПОВЫШЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШУМА, ВИБРАЦИИ И ЖЕСТКОСТИ (NVH)

Создание тихого внутреннего пространства — еще один важный фактор, позволяющий людям максимально использовать свои природные способности.Архитектура SKYACTIV-Vehicle представляет собой важный шаг вперед в области характеристик NVH.

В ходе исследования механизма человеческого слуха мы обнаружили, что люди испытывают больший дискомфорт, когда звуки и вибрации усиливаются внезапно или в значительной степени, и мы сосредоточились на этом в дополнение к общей громкости в нормальных условиях. Мы работали над тем, чтобы шум и вибрация от различных источников изменялись более линейно по оси времени, с целью создания ощущаемой тишины для пассажиров.

Характеристики демпфирования энергии вибрации важны с точки зрения управления как моментом, когда шум входит, так и направлением, откуда он приходит. Чтобы обеспечить эффективный контроль над энергией вибрации, поступающей в тело, Mazda использовала новую высокоэффективную демпфирующую структуру, которая включает в себя демпфирующие узлы и демпфирующие связи, в зависимости от характеристик точек, в которых энергия имеет тенденцию концентрироваться.

В традиционной архитектуре транспортного средства внезапное изменение поверхности дороги (например, с гладкой на шероховатую) приводит к изменению уровня шума сверх фактического изменения энергии вибрации, передаваемой от дороги.Напротив, с новой архитектурой автомобиля Mazda подобное изменение воспринимается пассажирами как более постепенное и линейное смещение, соизмеримое с фактической степенью изменения поверхности. Конечный результат — более тихая и комфортная езда.

В Mazda мы верим, что автомобили могут приносить радость в нашу жизнь.

Ощущение от вождения Jinba-Ittai бодрит разум и тело как водителей, так и пассажиров, а также раскрывает их природные способности, вызывая «радость от вождения», которая является нашей конечной целью.

Mazda надеется защитить нашу прекрасную планету, обогащая жизнь людей и общества в целом с помощью автомобилей, которые предлагают эту уникальную форму удовольствия от вождения.

Отливки, литые коленчатые валы, литье корпуса, литейное производство

Двигатель — это основной автомобильный компонент любого автомобиля. Он работает как сердце автомобиля. Было проведено множество исследований по улучшению характеристик автомобильного двигателя за счет улучшения его компонентов.Некоторыми очень важными компонентами двигателя в современных автомобильных двигателях являются блок цилиндров, маховик, коленчатый вал, поршень и т. Д.

Полный перечень компонентов двигателя приведен ниже.

Различные компоненты двигателя

Коленвал
Головка блока цилиндров
Маховик
Блок цилиндров
Карбюратор
Поршень
• Ремень ГРМ Крышка выпускного клапана -стержень
Ремень ГРМ
Топливная форсунка
Масляный насос
Катализатор
Масляное уплотнение
Турбонагнетатель
Датчик 9097 Топливный бак Впускной коллектор
Водяной насос
Выпускной коллектор
Вентилятор
Радиатор
Свеча зажигания

Двигатель внутреннего сгорания — сердце автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, который использует взрывное сгорание топлива для толкания поршня внутри цилиндра — движение поршня вращает коленчатый вал, который затем вращает колеса автомобиля через приводную цепь или приводной вал.Для двигателей внутреннего сгорания автомобилей обычно используются различные виды топлива: бензин (или бензин), дизельное топливо и КПГ.

Функции некоторых важных компонентов двигателя

Маховик:
Маховик — один из важнейших компонентов двигателя. Это большое и тяжелое металлическое колесо. Маховик прикреплен к задней части коленчатого вала для сглаживания пусковых импульсов. Он обеспечивает инерцию, позволяющую плавно вращать коленчатый вал в те периоды, когда не подается питание.Он также служит основой для зубчатого венца стартера и в механической коробке передач для узла сцепления.

Коленчатый вал:
Коленчатый вал также является одним из основных компонентов двигателя. Это вал с одним или несколькими кривошипами, или «шатунами», которые соединены шатунами с поршнями двигателя. Вместе коленчатый вал и шатуны преобразуют возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение.

Поршень:
Поршень — еще один важный компонент двигателя.Это частично полая цилиндрическая деталь, закрытая с одного конца, прикрепленная к каждому из цилиндров двигателя и прикрепленная к коленчатому валу с помощью шатуна. Каждый поршень движется вверх и вниз в своем цилиндре, передавая мощность, создаваемую взрывом топлива, коленчатому валу через шатун.

Карбюратор:
Карбюратор — это сердце автомобильного двигателя. Компонент топливной системы двигателя дозирует и смешивает топливо и воздух в надлежащих пропорциях.Карбюратор также распыляет эту смесь и направляет ее во впускной коллектор, который распределяет ее по каналам в каждую камеру сгорания в двигателе.

Блок цилиндров:
Фактически это корпус, в котором находятся все компоненты двигателя. Это металлическая отливка, содержащая цилиндры и охлаждающие каналы двигателя. Блок цилиндров чрезвычайно прочен, поэтому он может выдерживать жесткие воздействия крутящего момента двигателя и вибрации, поддерживая при этом все прикрепленные к двигателю аксессуары и трансмиссию.Блок цилиндров — это сложный компонент, лежащий в основе двигателя, с приспособлениями для крепления головки блока цилиндров, картера, опор двигателя, корпуса привода и вспомогательных агрегатов двигателя с проходами для охлаждающей жидкости и смазки.

Ремень ГРМ:
Ремень ГРМ, компонент двигателя, представляет собой зубчатый ремень, обычно из армированной резины. Назначение компонента ремня газораспределительного механизма — обеспечить бесшумное и гибкое соединение между распределительным валом и коленчатым валом, чтобы клапаны двигателя открывались и закрывались синхронно с движением поршней двигателя.

Свеча зажигания:
Свечи зажигания являются важными компонентами двигателя. Эти заглушки выполняют две основные функции. Свеча зажигания двигателя воспламеняет воздушно-топливную камеру и отводит тепло из камеры сгорания двигателя.

Есть много других важных компонентов двигателя, которые очень важны для правильной работы автомобильного двигателя. В общем, все компоненты двигателя необходимы для правильной работы двигателя.Производитель компонентов двигателей Darcast имеет возможность производить компоненты двигателей в больших количествах. Воспользуйтесь преимуществами многолетнего опыта.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.