Принцип работы двигателя внутреннего сгорания: Принцип работы и устройство двигателя

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания: виды, устройство, принцип работы

Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.

Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации — от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.

При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.

В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы.

Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.

Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.

Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.

Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.

В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости — некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.

Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.

В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.

Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.

В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:

  • рабочий объем,
  • количество цилиндров,
  • мощность системы,
  • скорость вращения узлов,
  • применяемое для работы топливо и др.

Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы.

Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?

Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени — за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ — верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.

Такт № 1 — впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.

В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.

Такт № 2 — сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.

От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.

Такт № 3 — рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.

Такт № 4 — выпуск.

Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.

Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.

Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.

Варианты конструкций внутреннего двигателя

Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание — основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.

Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа — инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы — сжигание бензина.

Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.

Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.

Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.

Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе.

В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.

Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.

Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.

Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.

Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.

Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.

Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.

Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания (18

Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:
Смотрите также: Вся правда о полном приводе

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.




Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.



Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.


Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.
Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.


Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт — такт впуска


Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.


Второй такт — такт сжатия


Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.


Третий такт — рабочий ход


Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.


Четвертый такт — такт выпуска


Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.


После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Газораспределительный механизм


Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.


Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.


Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.


Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.

Кривошипно-шатунный механизм


Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.




Устройство КШМ
Поршень


Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.


Шатун


Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.


Коленчатый вал


Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в получении усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.


Маховик


Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.


Блок и головка цилиндров


Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.


В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.
Источник: autoustroistvo.ru

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

На наших дорогах чаще всего можно встретить автомобили, потребляющие бензин и дизельной топливо. Время электрокаров пока не настало. Поэтому рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Отличительной чертой его является превращение энергии взрыва в механическую энергию.

При работе с бензиновыми силовыми установками различают несколько способов формирования топливной смеси. В одном случае это происходит в карбюраторе, а потом это все подается в цилиндры двигателя. В другом случае бензин через специальные форсунки (инжекторы) впрыскивается непосредственно в коллектор или камеру сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Для полного понимания работы ДВС необходимо знать, что существует несколько типов современных моторов, доказавших свою эффективность в работе:

  • бензиновые моторы;
  • двигатели, потребляющие дизельное топливо;
  • газовые установки;
  • газодизельные устройства;
  • роторные варианты.

Принцип работы ДВС этих типов практически одинаковый.

Такты ДВС

В каждом есть топливо, которое взрываясь в камере сгорания, расширяется и толкает поршень, установленный на коленчатом валу. Далее это вращение посредством дополнительных механизмов и узлов передается на колеса автомобиля.

В качестве примера будем рассматривать бензиновый четырехтактный мотор, так как именно он является самым распространенным вариантом силовой установки в машинах на наших дорогах.

Такты:

  1. открывается впускное отверстие и происходит заполнение камеры сгорания подготовленной топливной смесью
  2. происходит герметизация камеры и уменьшение ее объема в такте сжатия
  3. взрывается смесь и выталкивает поршень, который получает импульс механической энергии
  4. камера сгорания освобождается от продуктов горения

В каждом из этих этапов работы ДВС заложена своя происходит несколько одновременных процессов. В первом случае поршень находится в самой нижней своей позиции, при этом открыты все клапаны, впускающие топливо. Следующий этап начинается с полного закрытия всех отверстий и перемещения поршня в максимальную верхнюю позицию. При этом все сжимается.

Достигнув снова крайней верхней позиции поршня, на свечу поступает напряжение, и она создает искру, зажигая смесь для взрыва. Сила этого взрыва толкает поршень вниз, а в это время открываются выпускные отверстия и камера очищается от остатков газа. Затем все повторяется.

Работа карбюратора

Формирование топливной смеси в машинах первой половины прошлого века происходило с помощью карбюратора. Чтобы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, нужно знать, что автомобильные инженеры сконструировали топливную систему так, что в камеру сгорания подавалась уже подготовленная смесь.

Устройство карбюратора

Ее формированием занимался карбюратор. Он в нужных соотношениях перемешивал бензин и воздух и отправлял это все в цилиндры. Такая относительная простота конструкции системы позволяла ему долгое время оставаться незаменимой частью бензиновых агрегатов. Но позже его недостатки стали преобладать над достоинствами и не обеспечивать повышающихся требований к автомобилям в целом.

Недостатки карбюраторных систем:

  • нет возможности обеспечивать экономные режимы при внезапных переменах режимов езды;
  • превышение лимитов вредных веществ в выхлопных газах;
  • низкая мощность автомобилей из-за несоответствия подготовленной смеси состоянию автомобиля.

Компенсировать эти недостатки попытались прямой подачей бензина через инжекторы.

Работа инжекторных моторов

Принцип работы инжекторного двигателя заключается в непосредственном впрыске бензина во впускной коллектор или камеру сгорания. Визуально все схоже с работой дизельной установки, когда подача выполняется дозировано и только в цилиндр. Разница лишь в том, что у инжекторных агрегатов установлены свечи для поджигания.

Конструкция инжектора

Этапы работы бензиновых моторов с прямым впрыском не отличаются от карбюраторного варианта. Разница лишь в месте формирования смеси.

За счет этого варианта конструкции обеспечиваются достоинства таких двигателей:

  • увеличение мощности до 10% при схожих технических характеристиках с карбюраторным;
  • заметная экономия бензина;
  • улучшение экологических характеристик по выбросам.

Но при таких достоинствах есть и недостатки. Основными являются обслуживание, ремонтопригодность и настройка. В отличие от карбюраторов, которые можно самостоятельно разобрать, собрать и отрегулировать, инжекторы требуют специального дорогостоящего оборудования и установленного большого числа разных датчиков в автомобиле.

Способы впрыска топлива

В ходе эволюции подачи топлива в двигатель происходило постоянное сближение этого процесса с камерой сгорания. В наиболее современных ДВС произошло слияние точки подачи бензина и места сгорания. Теперь смесь формируется уже не в карбюраторе или впускном коллекторе, а впрыскивается в камеру напрямую. Рассмотрим все варианты инжекторных устройств.

Одноточечный вариант впрыска

Наиболее простой вариант конструкции выглядит как впрыск топлива через одну форсунку во впускной коллектор. Разница с карбюратором в том, что последний подает готовую смесь. В инжекторном варианте проходит подача топлива через форсунку. Выгода заключается в получении экономии при расходе.

Моноточечный вариант подачи топлива

Такой способ также формирует смесь вне камеры, но здесь задействованы датчики, которые обеспечивают подачу непосредственно к каждому цилиндру через впускной коллектор. Это более экономичный вариант использования топлива.

Прямой впрыск в камеру

Этот вариант пока наиболее эффективно использует возможности инжекторной конструкции. Топливо напрямую распыляется в камере. За счет этого снижается уровень вредных выхлопов, и автомобиль получает кроме большей экономии бензина увеличенную мощность.

Увеличенная степень надежности системы снижает негативный фактор, касающийся обслуживания. Но такие устройства нуждаются в качественном топливе.

Интересное по теме:

загрузка…

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Категория:

   Общие сведения об автогрейдерах

Публикация:

   Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Читать далее:



Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называется такой поршневой тепловой двигатель, в котором тепловая энергия, возникающая в цилиндрах при сгорании горючей смеси, преобразуется в механическую за счет воздействия на поршни газообразных продуктов сгорания, обладающих высоким давлением и температурой (до 2400° С и 8 МПа). При этом поршни, перемещаясь под давлением продуктов сгорания, приводят во вращение через кривошипно-шатунный механизм коленчатый вал двигателя, а от него — трансмиссию машины.

Принципиальная схема ДВС представлена на рис. 6.1. Из нее видно, что поршень может перемещаться в цилиндре из крайнего верхнего положения, или верхней мертвой точки (ВМТ), в крайнее нижнее положение, или до нижней мертвой точки (НМТ), на расстояние, соответствующее ходу поршня.

От НМТ поршень может перемещаться только вверх до ВМТ. Таким образом, двойной ход поршня (вниз и вверх) соответствует полному обороту вала. Значит, если обеспечить своевременное попадание в цилиндр горючей смеси, ее сжатие и сгорание, а затем удаление продуктов сгорания и новое заполнение цилиндра горючей смесью, можно добиться постоянного вращения коленчатого вала двигателя. На этом основана работа ДВС. А сама совокупность повторяющихся в определенной последовательности процессов впуска горючей смеси, ее сжатия, сгорания с последующим расширением и выпуска продуктов сгорания в атмосферу носит название рабочего цикла ДВС. Часть рабочего цикла, соответствующая перемещению поршня из одного крайнего положения в другое, называется тактом.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Если полный рабочий цикл ДВС совершается за четыре такта (4 хода поршня), т. е. за два полных обо рота коленчатого вала, то такой двигатель называется четырехтактным; если же рабочий цикл состоит из двух тактов (2 хода поршня), то двигатель считается двухтактным. На рис. 6.1 видно, что полость цилиндра сообщается с внешней средой с помощью двух отверстий, закрываемых клапанами или другим образом. Одно из отверстий является впускным и предназначено для впуска горючей смеси или воздуха, другое — выпускным и служит для выпуска продуктов сгорания. Впускное и выпускное отверстия могут либо полностью перекрываться, либо закрываться попеременно.

Когда поршень занимает крайнее верхнее положение, над ним остается свободное пространство объемом Ус, которое является так называемой камерой сгорания. При перемещении поршня в НМТ в цилиндре освобождается объем Ур, называемый рабочим, который вместе с объемом камеры сгорания Vc образует полный объем цилиндра: V„= Ус+ Vp. Таким образом, поршень, перемещаясь в обратном направлении от НМТ до ВМТ, изменяет объем цилиндра с V„ до VQ, т. е. многократно сжимает газообразные вещества. Поэтому отношение полного объема цилиндра V„ к объему камеры сгорания VQ показывает так называемую степень сжатия в цилиндре е= Vn/Vc, т. е. величину сжатия горючей смеси в момент ее воспламенения. Эта величина зависит от конструкции ДВС. Так, у дизельных двигателей она достигает величины 14…22, а у карбюраторных 6… 10. Когда рабочий объем одного цилиндра Vp умножается на их число, получается рабочий объем двигателя Ул.

Рис. 6.1. Принципиальная схема ДВС

В зависимости от вида применяемого топлива ДВС могут быть дизельными (используется дизельное топливо) и карбюраторными (топливом являются бензин, газ). На автогрейдерах основными двигателями являются многоцилиндровые четырехтактные дизельные двигатели, в качестве пусковых на них используются одноцилиндровые двухтактные бензиновые двигатели. В общем, принципы работы дизельных и карбюраторных двигателей подобны. Основное отличие состоит в том, что в карбюраторных двигателях для воспламенения рабочей смеси (смеси паров топлива, воздуха, остаточных газов) в цилиндрах используется специальная электрическая система зажигания, а на дизельных двигателях — воспламенение топлива, впрыскиваемого под высоким давлением в камеру сгорания, происходит от высокой температуры воздуха, превышающей температуру вспышки смеси топлива и воздуха, сжатого в камере сгорания поршнем. Кроме того, в дизельных двигателях вначале цилиндры наполняются воздухом, а не горючей смесью (смесь мелкораспыленного жидкого или газообразного топлива с воздухом), как у карбюраторных, и сжимается воздух, а не горючая смесь (поэтому-то степень сжатия, температура и давление в цилиндрах у дизельных двигателей выше, чем у карбюраторных). В связи с этим для дизельных двигателей требуется специальная система впрыска топлива под давлением, в то время как у карбюраторных двигателей горючая смесь поступает за счет разрежения, создаваемого поршнями.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя. Первый такт — впуск воздуха (рис. 6.2, а) производится при движении поршня от ВМТ до НМТ за счет создаваемого в цилиндре разрежения через открытый впускной клапан, который открывается с опережением до прихода поршня в ВМТ и закрывается с запаздыванием после достижения поршнем НМТ.

Рис. 6.2. Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя: а — первый такт — впуск воздуха; 6 — второй такт — сжатие воздуха; в — третий такт — рабочий ход; 4— четвертый такт — выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — впускной клапан; 5 — форсунка; 6 — выпускной клапан; 7 — цилиндр

Второй такт — сжатие воздуха (рис. 6.2,6) происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ при закрытых впускном и выпускном клапанах. В конце сжатия давление воздуха достигает 3…4 МПа при температуре выше 500° С. В момент, когда поршень несколько не доходит до ВМТ, с помощью форсунки производится впрыск топлива под давлением 20…40 МПа. В нагретом воздухе распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает.

Третий такт — рабочий ход (рис. 6.2,в) происходит при заканчивающемся сгорании топлива и расширении продуктов сгорания, сопровождающемся перемещением поршня от ВМТ к НМТ. С целью лучшей последующей очистки полости цилиндра от отработавших газов выпускной клапан открывается до момента подхода поршня в НМТ.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис. 6.2, г) производится при движении поршня от НМТ к ВМТ, когда выпускной клапан открыт. После этого рабочий цикл двигателя повторяется.

Принцип работы двухтактного карбюраторного двигателя. В отличие от дизельного двигателя для образования горючей смеси в нем использован карбюратор, а система зажигания со свечой, вставленной в головку цилиндра, служит для зажигания горючей смеси (рис. 6.3). В отличие от четырехтактного карбюраторного двигателя в двухтактном двигателе с кривошип- но-камерной продувкой отсутствуют клапаны, а впускное и выпускное отверстия перекрываются самим поршнем. Кроме того, имеется продувочное отверстие и для подачи горючей смеси от карбюратора в цилиндр используется герметичный картер двигателя.

В одном такте двухтактного двигателя сосредоточены не один, а два описанных выше процесса.

Первый такт — рабочий ход поршня (рис. 6.3, а, б) начинается, когда поршень, перекрыв выпускное и продувочное отверстия и открыв впускное отверстие, подходит к ВМТ. Тогда срабатывает свеча, искра от которой воспламеняет сжатую рабочую смесь, в камере сгорания резко повышается температура и давление (до 2,5 МПа). Поршень, под давлением перемещаясь вниз, сначала закрывает впускное отверстие и начинает сжимать рабочую смесь в картере 8 двигателя, а затем открывает выпускное отверстие 2 и продувочное, через которые под давлением (0,1 МПа) рабочей смеси из картера производится удаление отработавших газов и продувка рабочей полости цилиндра. При этом отражатель, установленный на головке поршня, направляет рабочую смесь по всей полости цилиндра, способствуя его очистке от продуктов сгорания. Когда поршень достигает НМТ, начинается его движение вверх.

Рис. 6.3. Принцип работы двухтактного карбюраторного двигателя: а — начало рабочего хода поршня; б—конец рабочего хода поршня; 1 — впускное отверстие; 2 — выпускное отверстие; 3 — шатун; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 — свеча; 7 — продувочное отверстие; 8 — картер; 9—коленчатый вал; 10—карбюратор

Второй такт — сжатие рабочей смеси начинается с продолжающегося удаления отработавших газов и впуска в надпоршневое пространство рабочей смеси. По мере движения поршня вверх сначала перекрывается продувочное отверстие, а затем и выпускное, после чего рабочая смесь сжимается в течение всего движения поршня до ВМТ. В тот момент, когда нижний край поршня открывает впускное отверстие, начинается впуск горючей смеси в полость картера (в подпоршневое пространство). Затем рабочий цикл повторяется.

Принцип и особенности работы поршневых ДВС определили наличие у них следующих основных механизмов и систем: кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня под воздействием давления газов во вращательное движение коленчатого вала; механизм газораспределения, предназначенный для своевременного наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом и выпуска отработавших газов в атмосферу; система смазки, предназначенная для очистки и подачи к трущимся сопряженным поверхностям двигателя необходимого для смазки и охлаждения этих поверхностей количества масла; система охлаждения, служащая для охлаждения всех нагреваемых деталей двигателя путем отвода от них тепла; система питания, предназначенная для подачи в цилиндры дозированного количества топлива или горючей смеси в распыленном состоянии; система зажигания (у карбюраторных двигателей), служащая для принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах; система пуска, предназначенная для быстрого и уверенного запуска двигателя при любых температурных условиях.

Работу ДВС характеризует такой параметр, как эффективная мощность N3, являющаяся мощностью, снимаемой с коленчатого вала двигателя для производства полезной работы. Мощность указана в паспорте на двигатель. Кроме того, в паспорте дается и регуляторная характеристика двигателя, т. е. зависимости мощности и крутящего момента на валу двигателя от частоты его вращения.

Рекламные предложения:


Читать далее: Классификация и техническая характеристика ДВС автогрейдера

Категория: — Общие сведения об автогрейдерах

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Двигатель внутреннего сгорания — устройство и принцип работы

 

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой силовой агрегат, который уже ни один десяток лет используется в разного рода транспортных средствах. В начале XX в. он заменил собой паровые двигатели. Но даже сегодня в XXI в. он остается очень актуальным. Рассмотрим, что такое устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Определение

Двигатель имеет приставку «внутреннего сгорания» по одной простой причине. Дело в том, что топливо воспламеняется внутри рабочей камеры, а не внешне. Сгорая, топливо выделяет энергию, которая преобразуется в механическую работу для ее передачи остальным «органам» автомобиля.

Существуют разные виды двигателей, но большей популярностью пользуется поршневой. Данная разновидность мотора позволяет хранить топливо компактно, при этом много не затрачивать его при больших пробегах.

Устройство

Устройство ДВС включает в себя разнообразные системы с механизмами. Главными элементами мотора являются кривошипно-шатунный механизм (КШМ), который также состоит из нескольких элементов, блок цилиндров и его головка с ГРМ.

В процессе вращения коленвала КШМ помогает преобразовывать работу поршней. Энергия, сгорающая в цилиндрах, «запускает» поршни. Без функционирования механизма газораспределения невозможна работа этой системы. ГРМ помогает впускным и выпускным клапанам вовремя открываться. Они запускают рабочую смесь и выпускают отработанный газ.

Распределительные валы, из которых в разных количествах состоит ГРМ, обладают кулачками. Они, в свою очередь, толкают клапаны с возвратными пружинами. Если вспомогательная система функционирует правильно, то и все устройство двигателя внутреннего сгорания будет работать также.

Вспомогательная система состоит из других систем, каждая из которых имеет свое назначение. Подробнее о них будет информация дальше.

Внутренние системы

Охлаждение, питание и смазка — этими словами можно объяснять принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Без данных составляющих невозможно правильно функционировать мотору.

Первое время внутренние системы являлись механическими. Сегодня каждая из них содержит в себе долю «электроники». Двигатель работает более эффективно, если над ним ведется электронное управление. Системы же становятся «гибкими», за ними не нужен пристальный уход и бесконечное обслуживание.

Охлаждение

Когда в двигателе возникает процесс воспламенения, температура повышается до +2500 градусов (в камере). Соответственно, из-за высокой температуры есть риск перегрева поршней, цилиндров и остальных важных элементов. Это приводит, в конечном счете, к утере мощности, выгоранию масла и неполадкам в «движке». Чтобы ликвидировать излишнее тепло, была создана система охлаждения. Ее принцип работы заключается в том, что она с помощью жидкости (воздуха) отводит тепло принудительно.

Воздушная система в автомобилях не применяется. Ее используют в газонокосилках, либо мопедах. Что касается жидкостной системы, то она построена сложным образом, но при этом максимально эффективно отводит излишки тепла. Теплоносителем выступает «незамерзайка», т.е. антифризная жидкость, имеющая низкую температуру замерзания.

Канал для прохождения «незамерзайки» называется рубашкой охлаждения. Она соединена с радиатором с помощью патрубков. Радиатор принимает на себя тепловую массу и перенаправляет ее. В системе за ним находится вентилятор, помогающий быстрее пройти воздушным массам.

В процессе работы «движка» хладагент перемещается от насоса. Он же приходит в действие от коленчатого вала, либо электродвигателя. Для того, чтобы охлаждающая система могла создавать нужный режим температуры, контур охлаждения оснащают термостатом, соединенным с блоком управления.

Подача топлива

Система подачи топлива также подразделяется на виды: инжекторный и карбюраторный. Первый тип является самым востребованным. Инжекторная система подразделяется еще на несколько систем: подача (очистка) топлива, воздуха, дожигание и выпуск отработанного газа. Также подсистемы функционируют на сжигание и улавливание бензиновых паров.

Топливо из бака помогает «влить» электробензонасос, который включается при запуске ДВС. Горючее поступает к рампе с форсунками, проходя через топливный фильтр. Воздух, который наполняет цилиндры, и его количество регулируется дроссельной заслонкой. Она, в свою очередь, функционирует от электропривода, либо троса.

Шаговый электродвигатель осуществляет регулировку оборотов. Чтобы система работала слаженно, в электронный блок поступает информация с датчиков расхода воздуха, частоты и положения коленчатого вала и др.

Кроме распределенного впрыска есть система впрыска непосредственного. Это дорогостоящие агрегаты со сложным устройством. Сотрудниками фирмы «Митцубиси» удалось создать систему, которая получилась более сбалансированной. С ее помощью повысилась мощность «движка», а также улучшилась топливная экономичность.

Смазка

Смазочная система автомобиля защищает элементы от трения, а также не дает образоваться на деталях коррозии, смывает грязь и охлаждает полностью конструкцию. ДВС обычно оснащены комбинированным типом системы, где масло поставляется под давлением и разбрызгиванием.

Через горловину в поддон картера заливается масло в систему. В процессе функционирования «движка» насос с помощью маслозаборника всасывает смазку, после чего оно перенаправляется в основную магистраль.

Магистраль — это ответвленные каналы. Масло по ним переходит к подшипникам коленчатого вала, поршневой группе и т.д. Смазка льется из зазоров у подшипников, а потом начинается разбрызгивание (каплевидное и туманное). Затем масло поступает в поддон, смазывая привод ГРМ.

Смазочная система с сухим картером применима в отношении спортивных машин или тракторов. Масляная жидкость перекачивается в бак, оттуда подается в систему смазки. Подобная конструкция предотвращает перемещение жидкости во время резких движений.

Помимо всего перечисленного, смазочная система играет роль вентилирования от газов картера. Газы поступают через поршневые кольца, а затем комбинируются с парами воды и тем самым преобразуются в токсичные кислоты. Они провоцируют развитие коррозии. Именно поэтому их легче всего вывести в атмосферу.

ГРМ

ГРМ представляет собой газораспределительный механизм, главной функцией которого является своевременная подача смеси в цилиндры и выпуск из них продуктов горения. Чтобы ГРМ могла слаженно работать, для этого нужно на каждый цилиндр по одному впускному и выпускному клапану. У впускного клапана больше диаметр тарелки. Именно эта особенность улучшает наполняемость цилиндра.

В системе также есть распределительный вал, который запускается цепью или ремнем от коленчатого вала. Также он работает на закрытие и открытие клапанов.

Привод клапанов подразделяется на следующие разновидности:

 1. ОНV — распределительный вал находится в блоке цилиндров, но клапаны управляются с помощью штанги и доп.толкателей.

 2. ОНС — распределительный вал находится в головке, клапаны приводятся в действие рычажными толкателями.

 3. DОНС — два распределительных вала находятся в головке. Первый применяется для впускных, а второй, соответственно, для выпускных клапанов.

Открытие и закрытие клапанов происходит в определенные моменты, которые называются фазами. Отличное наполнение и очистка цилиндров обеспечиваются за счет грамотно подобранных цилиндров.

Выхлопная система

На мощность двигателя внутреннего сгорания сильно влияет выхлопная система. Помимо этого, она оказывает небольшое влияние на расход горючего и объема вредных выбросов. Каталитический нейтрализатор — это то, что помогает снизить содержание токсических веществ в газах. Нейтрализатор имеет окислительный и восстановительный катализаторы, способные углеводороды преобразовывать в водяной пар. Прибор ставят рядом с выпускным коллектором.

Нейтрализатор будет функционировать лучше в случае, когда ДВС начнет работу на воздушно-топливной смеси, соединенной в пропорции 14,7 к 1. Специальный датчик будет следить за уровнем воздуха в газах.

Классификация

Выяснив принцип работы двс, водитель может приступать к изучению классификации устройства. Каждый производитель старается его по-своему усовершенствовать. Кто-то пытается увеличить мощность, другие — уменьшить выход токсичных веществ в атмосферу, третьи — оптимизировать стоимость. Рассмотрим, какие на сегодняшний день существуют ДВС и по каким критериям их подразделяют.

Тип конструкции

Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на виды по типу конструкции: роторные, поршневые и газовые турбины.

Как работает двигатель внутреннего сгорания роторного типа? На ротор действует давление газов, при этом мотор не имеет ГРМ. Его роль выполняют выпускные (впускные) окна в стенках корпуса по бокам.

Поршневой тип функционирует от поршня, который приводится в действие от сгорающих газов. Поршень толкает коленчатый вал. Что касается газовых турбин, то в ДВС газы на большой скорости влетают на лопатки турбины. Компрессор, установленный в моторе, в свою очередь, предназначается для нагнетания воздуха.

Тип топлива

ДВС функционирует за счет сжигания смеси воздуха с дизелем, газом либо бензином. Если водитель предпочитает газовое топливо, то в его качестве используется сочетание пропана и бутана, сжиженного газа, метана или водорода.

Рабочий цикл

Двигатель внутреннего сгорания имеет рабочий цикл. Он представляет собой последовательность процессов в цилиндрах, которые превращают топливную энергию в механическую.

Существует 2-х тактный и 4-х тактный цикл, каждый из которых работает по своему принципу. В первом случае впуск и сжатие происходят одновременно, а во втором — по четырем тактам (сжатие, впуск, выпуск, рабочий ход).

Нельзя выделить из этих двух ДВС лучший, поскольку 2-х тактный по рабочему циклу является более компактным, а 4-х тактный считается лучше по экономичности.

Работа ГРМ

ГРМ устанавливается по одной из четырех схем, описанных выше по тексту. Каждая компоновка влияет на работу «движка». Помимо этого, приводы клапанов подразделяются по способу регулировки зазоров. Их настройка проводится ручным методом. Для этого меняют в коромыслах винты, либо устанавливают гидрокомпенсаторы для авторегулировки.

Количество цилиндров

Существует одноцилиндровые моторы, которые функционируют не столь равномерно, но это не сильно сказывается на их работе в мопедах и мотоциклах. «Движок» для авто устроен по-другому, здесь требуется более высокая мощность и большой объем цилиндров. В легковые машины по большей части ставят моторы с 4-мя цилиндрами, а в грузовики: 6-ти или 8-ми цилиндровые двигатели. В элитные автомобили марки Ауди могут быть установлены 12-ти цилиндровые «движки».

Расположение цилиндров

Поршневые двигатели подразделяются по схемам блока цилиндров. Они могут быть представлены в виде разного рода конструкций. Их около 5 разновидностей. В зависимости от компоновки под капот мотор ставят под разными углами.

Создание рабочей смеси

Способ смесеобразования — еще один критерий, по которому классифицируются ДВС. Существует внешнее и внутреннее смесеобразование. Первый тип присутствует в карбюраторных моторах, а также в агрегатах с впрыском во впускной коллектор. Второй тип находится в дизельных «движках», а также в бензиновых, имеющих впрыск в камеру сгорания.

Принцип работы ДВС

Поняв, как работает двс, водителям стоит рассмотреть подробнее его принцип работы. Разберем работу двухтактного и четырехтактного двигателя.

Двигатель 2-х тактный

Газораспределительный механизм вместе с КШМ для двухтактного двигателя довольно сильно отличается от четырехтактного. В некоторых участках на цилиндрах вместо клапанов находятся небольшие отверстия, которые именуются как продувочные окна. В цилиндровой головке присутствуют свечи зажигания.

При наступлении первого такта поршень направляется от НМТ в ВМТ. Заполняя собой цилиндр, смесь поступает через впускное окошко. Выпускное окно, в свою очередь, остается открытым для выпуска остатков газов. Двигаясь, поршень создает окнам перекрытие, при этом смесь в этот момент сжимается. Около ВМТ возникает искра зажигания, запуская собой второй такт.

Под влиянием газового давления поршень смещается вниз. Начинается открытие впускного и выпускного окна. Через выпускное уходят отработанные газы, а через впускное поступает смесь.

Таким образом становится ясно, что 2-х тактный «движок» обладает высоким КПД. Рабочий цикл поршня совершает всего 2 хода, при этом коленвал делает единственный полный оборот. К недостаткам системы можно причислить тот момент, что часть ТПС растворяется с газами, что создает низкую топливную экономичность. При этом поршневые кольца довольно быстро подвергаются износу.

Двигатель 4-х тактный

Что касается четырехтактного устройства двс, то здесь работа строится немного по другому принципу. Поршень перемещается внутри цилиндра. Через шатун он соединен в коленвалом. Поднимаясь вверх, поршень остается в таком положении, которое называется верхней «мертвой точкой». Соответственно, после перемещения вниз он становится в положение нижней «мертвой точки» НМТ. Данный ход зовется «тактом». Таким образом, весь рабочий цикл состоит из 4-х тактов, последовательных друг за другом. Изучим каждый такт по отдельности.

 1. Впуск. При включении первого такта открывается впускной клапан. После этого поршень переход от ВМТ, а в цилиндр поступает смесь.

 2. Пройдя НМТ, поршень идет вверх, параллельно сжимая остаточные газы со смесью. Клапаны остаются закрытыми, при этом давление и температура газов возрастает. Свеча зажигания создает искру, помогающую воспламенить смесь.

 3. Смесь возгорается и в процессе горения толкает поршень вниз прямо от ВМТ, при этом клапаны по-прежнему остаются закрытыми.

 4. Выпускной клапан открывается только на выпуске, поршень движется наверх, одновременно толкая газы из цилиндра.

Что касается многоцилиндровых блоков, то в них одинаковые такты осуществляются в разном порядке. Если двигатель имеет 4-цилиндровый блок, то очередность его функционирования бывает в порядке 1-3-2-4. Иными словами, это означает, что впуск произойдет в первую очередь в 1, затем в 3, а потом 2 и 4 цилиндрах.

Плюсы и минусы

ДВС, как и любой тип двигателя, имеет свои преимущества и недостатки.

К плюсам относятся следующие особенности:

 1. Небольшой вес. Обычно такие устройства занимают мало места и имеют низкий вес.

 2. Высокая мощность. На сегодняшний день почти все ДВС обладают высоким значением лошадиных сил. Чем «сильнее» «движок», тем дороже он стоит и больше потребляет топлива.

 3. Есть возможность преодолеть большие расстояния. Эта проблема особо актуальна для тех, кто ездит в другие города ежедневно.

 4. Быстрая заправка. Сегодня заправки расположены повсеместно, поэтому автолюбителям не придется бояться за пустой бак. Заправка длится не более 10 минут.

 5. Простота эксплуатации. Большинство моторов, независимо от их типа, имеют схожую систему. Поэтому разобраться в работе двигателя сможет каждый водитель.

 6. Доступность. Сегодня автомобилем с ДВС никого не удивишь, они эксплуатируются повсеместно. На вторичном рынке их стоимость еще дешевле, так что каждый человек может позволить себе купить такое авто.

 7. Большой ресурс работы. Моторы, выпускаемые сегодня, способны функционировать ни один год подряд, а десятки лет. Возможно, кто-то скажет, что их надежность все же снижается, но это не исключает тот факт, что качество по-прежнему остается «на уровне».

Перечислив все преимущества ДВС, перейдем к недостаткам, которые, к сожалению, также встречаются у данного типа двигателя.

Минусы у ДВС следующие:

 1. Высокая степень выбросов в атмосферу во время езды автомобиля. Дело в том, что топливо не до конца сгорает, и в этом заключается главная проблема. Чтобы авто двигалось, требуется всего лишь 15% горючего, а все остальное уходит в воздух. Отработанный газ содержит множество вредных и токсичных веществ, а также тяжелых металлов.

 2. Требуется коробка переключения передач. Устройство обязательно, так как нужно, чтобы менялось передаточное число. Оно регулирует обороты двигателя, который перенаправляет энергию на колеса, а они вращаются либо быстро, либо медленно.

 3. Регулярная замена масла. Менять масло нужно каждые 10 000 км. Это нужно обязательно делать, так как жидкость загрязняется, а мелкие частицы грязи попадают в «движок».

 4. Высокая цена на топливо. Бензин и солярка с каждым годом возрастают в цене, соответственно, совсем скоро передвижение на авто с ДВС станет роскошью. Чтобы сэкономить на топливе, можно установить газовое оборудование, так как цена газа вдвое ниже остального горючего.

 5. Низкий КПД. Этот параметр наглядно показывает эффективность работы двигателя относительно вырабатываемой энергии. Показатель выражается в процентах. К примеру, электродвигатели имеют КПД около 95%, но в ДВС такие значения невозможны.

 6. Ограниченный ресурс дешевых моторов. Изготовители, выпускающие двигатели по низкой стоимости, используют некачественные детали. Они быстро изнашиваются и «выходят из строя». Но если водитель будет использовать смазку, а также вовремя менять расходные материалы, то «движок» прослужит дольше.

Таким образом, мы выяснили, что ДВС имеет как много преимуществ, так и много недостатков. Несмотря на это, он является одним из самых эффективных устройств на сегодняшний день.

Заключение

Двигатели, производимые сегодня, являются самыми лучшими, поскольку выгодно отличаются от своих предшественников. Сейчас у них нет конкурентов, и в ближайшее время не намечается. Возможно, в течение будущих 10 лет, будет придумано что-то более новое. Многим хотелось бы, чтобы ДВС эксплуатировались вечно, но их существование завершиться, как только в мире закончится нефть и придет эпоха электрических двигателей. Сейчас тенденция к этому уже давно идет вперед.

Принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания

В этой статье будут рассмотрены принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Этот двигатель взят для простоты понятия физических процессов, для того чтобы понять, как работают все подобные двигатели. На самом деле всё намного сложнее каждый процесс имеет столько особенностей, что и у специалистов, хорошо знающих работу двигателя, часто возникают споры по многим вопросам. Но все бензиновые двигатели (двигатели с принудительным зажиганием) работают на основе принципов, впервые описанных немецким инженером Отто.

Двигатель нужен для обеспечения автомобиля (если это не стационарный двигатель) механической энергией. Двигатель создаёт эту энергию. Но из школьного курса физики известно, что энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно. Что же является источником механической энергии, вырабатываемой двигателем, какую энергию он преобразует в механическую? Источником энергии двигателя внутреннего сгорания является энергия межмолекулярных связей углеводородного топлива, сгорающего в цилиндрах двигателя. Во время сгорания углеводородного топлива происходит разрыв этих связей с большим выделением тепловой энергии, которую двигатель и преобразует в механическую энергию в форме вращательного движения.

Для химических реакций, происходящих при сгорании топлива, требуется окислитель. Для этого используется кислород, содержащийся в окружающем атмосферном воздухе. Воздух это смесь газов, кислорода в этой смеси приблизительно 21%. В цилиндрах двигателя сгорает смесь топлива с воздухом. В идеальном случае все молекулы углеводородов, поданные в цилиндр, сгорая, соединяются со всеми молекулами кислорода, поданными в цилиндр во время одного рабочего цикла. То есть после процесса сгорания в цилиндре двигателя не должно остаться не одной молекулы топлива, и не одной свободной молекулы кислорода.

Химические реакции, во время которых полностью используются все активные вещества, называются стехиометрическими. Во время стехиометрического процесса для полного сгорания всех молекул 1-го килограмма топлива необходимо использовать приблизительно 14,7 килограммов воздуха. Это идеальный процесс, но реально при работе двигателя на различных режимах обеспечить его достаточно трудно, тем более что на некоторых режимах двигатель будет работать устойчиво, только если смесь отличается от стехиометрической.

Разобравшись, откуда берётся механическая энергия, приступим к изучению принципов работы двигателя. Как уже было отмечено ранее, здесь будет рассматриваться работа четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу Отто. Основным признаком цикла Отто можно назвать то, что перед воспламенением топливовоздушная смесь предварительно сжимается, а зажигание смеси происходит от постороннего источника – в современных двигателях только при помощи электрической искры.

За время становления и развития двигателя внутреннего сгорания было изобретено очень много различных конструкций и, разумеется, двигатель, работающий на принципах цикла Отто, был далеко не единственный. Из двигателей с возвратной поступательным движением поршня можно назвать двигатель, работающий по циклу Аткинсона, а из двигателей с круговым движением поршня наиболее известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Существует большое количество вообще экзотических конструкций. Но все они не получили широкого практического применения. Более 99,9% используемых в настоящее время двигателей внутреннего сгорания работают по циклу Отто, (в данной статье сюда будут отнесены и дизельные двигатели) которые в свою очередь подразделяются на двигатели с электрическим воспламенением смеси и дизельные двигатели, с компрессионным воспламенением смеси.

Принципы работы таких двигателей и будут рассмотрены в этой статье.

И бензиновые и дизельные двигатели могут быть не только четырёхтактными, но и двухтактными. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобиле не применяются, поэтому в данной главе они рассматриваться не будут.

Прежде чем рассматривать принципы работы двигателя рассмотрим, из каких основных деталей он состоит.

Основные детали простейшего ДВС

  1. Цилиндр.
  2. Поршень.
  3. Камера сгорания.
  4. Шатун.
  5. Коленчатый вал.
  6. Впускной канал.
  7. Впускной клапан.
  8. Впускной распределительный вал.
  9. Выпускной канал.
  10. Выпускной клапан.
  11. Выпускной распределительный вал.
  12. Свеча зажигания.
  13. Топливная форсунка (не показана).
  14. Маховик двигателя (не показан).

1. Цилиндр – основа двигателя, именно в нём происходит процесс сгорания топлива, цилиндр является направляющим элементом для движения поршня.

2. Поршень – деталь, перемещающаяся в цилиндре под воздействием расширяющихся газов или под воздействием кривошипно-шатунного механизма. Условно примем, что скользящее соединение, между поршнем и стенками цилиндра абсолютно герметично, то есть, ни какие газа не могут просочиться через это соединение.

3. Камера сгорания – пространство над поршнем, когда поршень находится в самой верхней точке своего хода (ВМТ).

4. Шатун – это стержень, передающий усилие от поршня к кривошипу коленчатого вала и, наоборот, от коленчатого вала к поршню.

5. Коленчатый вал – служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, именно такое движение наиболее удобно для использования.

6. Впускной канал – канал, по которому топливовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя.

7. Впускной клапан – соединяет впускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя.

8. Впускной распределительный вал – открывает и закрывает впускной клапан в нужное время.

9. Выпускной канал – канал, по которому отработавшие газы выводятся из двигателя в атмосферу.

10. Выпускной клапан – соединяет выпускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу отработавших газов из цилиндра двигателя.

11. Выпускной распределительный вал – открывает и закрывает выпускной клапан в нужное время.

12. Свеча зажигания – служит для воспламенения сжатой топливовоздушной смеси в необходимое время.

13. Топливная форсунка – служит для распыления топлива в воздухе, поступающем в цилиндр двигателя.

14. Маховик двигателя – служит для необходимого перемещения поршня за счёт сил инерции во время всех тактов, кроме рабочего.

Далее придётся понять и запомнить довольно много специальных терминов, но сейчас упомянем, без полного объяснения, только некоторые.

1 — Верхняя мёртвая точка (ВМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вверх цилиндра на движение вниз.

2 — Нижняя мёртвая точка (НМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вниз цилиндра на движение вверх.

3 — Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ или наоборот.

4 — Такт двигателя – перемещение поршня от одной мёртвой точки к другой. Во время каждого такта коленчатый вал двигателя совершает половину оборота (180?).

5 — Цикл – периодичное повторение четырёх тактов двигателя во время работы. Полный цикл двигателя состоит из четырёх тактов и совершается за два полных оборота коленчатого вала (720?).

Принципы работы простейшего одноцилиндрового четырёхтактного двигателя:

1 — Такт всасывания

(поступления топливовоздушной смеси в цилиндр).

Впускной клапан открыт.
Выпускной клапан закрыт.

Под воздействием внешнего усилия (стартёра двигателя, заводной ручки или инерции маховика), передаваемого поршню шатуном, поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Поскольку соединение между поршнем и цилиндром полностью герметично, в пространстве над поршнем образуется пониженное давление (разрежение). Под воздействием атмосферного давления воздух через впускной канал, и открытый впускной клапан, начинает поступать в цилиндр двигателя. В это время топливная форсунка распыляет в поступающем воздухе необходимое количество топлива, в результате чего в цилиндр поступает горючая топливовоздушная смесь.

При достижении поршнем НМТ впускной клапан закрывается.

2 — Такт сжатия.

Оба клапана закрыты.

Под воздействием внешнего усилия поршень перемещается из НМТ к ВМТ. При этом в цилиндре происходит сжатие топливовоздушной смеси. По окончании такта сжатия, когда поршень встаёт в положении ВМТ, вся топливовоздушная смесь находится в сжатом состоянии в камере сгорания.

В это время свеча зажигания при помощи электрической искры воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь. В дизельном двигателе в камеру сгорания при помощи топливной форсунки впрыскивается мелко распылённое топливо. В результате чего в обоих случаях происходит воспламенение смеси.

3 — Рабочий такт.

Оба клапана закрыты.

При сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре резко поднимается температура и, главное, давление. Это давление равномерно давит во все стороны, но стенки камеры сгорания и цилиндра рассчитаны на это давления. А вод давление, оказываемое расширяющимися газами на поршень, днище которого является нижней частью камеры сгорания, заставляет поршень перемещаться вниз от ВМТ к НМТ. Это усилие через шатун передаётся на кривошип коленчатого вала, который преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение.

При достижении поршнем НМТ открывается выпускной клапан.

4 — Такт выпуска.

Впускной клапан закрыт.
Выпускной клапан закрыт.

Под воздействием внешнего усилия, передаваемого на поршень через шатун, поршень перемещается из положения НМТ в положение ВМТ. Во время этого перемещения поршень вытесняет из цилиндра отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал и далее в атмосферу.

И так, мы рассмотрели полный цикл двигателя, состоящий из четырех тактов. Далее этот цикл повторяется бесконечно, пока двигатель не будет выключен или не закончится бензин в баке автомобиля.

Наверное, Вы обратили внимание, что из четырёх тактов полезным является только один – рабочий такт. Именно во время этого такта вырабатывается необходимая энергия. Все другие такты являются вспомогательными. Возможно, такая конструкция может показаться не эффективной, но лучшего, по всем показателям, пока ничего не изобретено. Да, существуют двухтактные двигатели, в которых полный цикл осуществляется за один поворот коленчатого вала. Существует роторно-поршневой двигатель Ванкеля, в котором вообще нет деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, но этим конструкциям, при некоторых преимуществах, присущи свои недостатки, поэтому двигатели, работающие по четырёхтактному циклу Отто, в настоящее время имеют практически монопольное распространение в мире. И какой-либо замены им, в обозримом будущем, реально не предвидится.

Дизельный двигатель.

Двигатель, изобретённый немецким изобретателем Рудольфом Дизелем, очень похож и по конструкции и принципам работы на двигатель, работающий на бензине, описанный ранее. Но есть одно существенное различие. В этом двигателе воспламенение топливовоздушной смеси происходит не при помощи электрической искры, а за счёт контакта топлива с горячим воздухом находящемся в цилиндре. Такое воспламенение рабочей смеси называется компрессионным зажиганием. А откуда в цилиндре взялся горячий воздух, где его подогрели? Разумеется, никто его нарочно не грел. Если Вам когда-либо приходилось накачивать ручным насосом шину велосипеда, или автомобиля, вы могли обратить внимание, что довольно быстро насос начинает нагреваться. И вообще из школьного курса физики известно, что при сжатии все газы нагреваются, а воздух есть ничто иное, как смесь газов. Сжатие воздуха в двигателе происходит очень быстро, поэтому к концу такта сжатия воздух, находящийся в цилиндре дизельного двигателя, имеет очень высокую температуру (700 ? 900?С).

Поскольку физический процесс немного отличается от описанного ранее бензинового двигателя, в конструкции дизельного двигателя имеются некоторые отличия. Главное отличие в более высокой степени сжатия. У дизельного двигателя отсутствует свеча зажигания, вместо неё непосредственно в головку блока цилиндров вставлена топливная форсунка, разумеется, во впускном канале топливная форсунка отсутствует. В отличие от бензинового двигателя, в цилиндры которого во время такта всасывания поступает смесь бензина с воздухом, цилиндры дизельного воздуха поступает чистый воздух. При достижении поршнем ВМТ во время такта сжатия, в камере сгорания дизельного двигателя находится сжатый воздух, имеющий высокую температуру. И в то время, когда в бензиновом двигателе происходит воспламенение смеси при помощи электрической свечи, в камеру сгорания дизельного двигателя под большим давлением впрыскивается мелко распылённое дизельное топливо. Соприкасаясь с горячим воздухом, находящимся в камере сгорания, топливо воспламеняется.

Запомните основные отличия дизельного двигателя от бензинового.

1 – Топливо в дизельном двигателе воспламеняется не при помощи электрической искры, а за счёт контакта топлива с воздухом, имеющим высокую температуру.

2 – Регулировка крутящего момента и мощности двигателя осуществляется за счёт изменения качества, а не количества топливовоздушной смеси, поэтому в дизельном двигателе отсутствует дроссельная заслонка, регулирующая количество поступающего в цилиндры двигателя воздуха. То есть крутящий момент изменяется количеством впрыскивания топлива без изменения объёма всасываемого воздуха.

Не путайте дизельный двигатель с современными бензиновыми двигателями, с непосредственным впрыском. В этих двигателях топливная форсунка перенесена из впускного канала на головку двигателя, но не вместо свечи зажигания, а установлена совместно с ней. В этом случае топливная форсунка впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр. Топливовоздушная смесь в таком двигателе воспламеняется не при помощи компрессионного зажигания, а при помощи электрической искры. А имеющаяся во впускном тракте дроссельная заслонка регулирует количество воздуха, поступающего в цилиндр.

Мы рассмотрели принципы работы простейшего одноцилиндрового двигателя, поняли, как возникает необходимая нам механическая энергия, но для простоты объяснения пришлось прибегнуть очень ко многим упрощениям. Например, клапаны открываются или закрываются не точно в ВМТ или НМТ. Свеча бензинового двигателя воспламеняет смесь или топливная форсунка дизельного двигателя нагнетает топливо в цилиндр не совсем точно при нахождении поршня в ВМТ. Да и двигатель, чаще всего имеет не один, а несколько цилиндров, от 1-го до 16, в автомобильной промышленности, а авиации или на флоте встречались двигатели, имеющие 64 цилиндра. Но основой любого двигателя является цилиндр.

Ранее были рассмотрены некоторые термины, имеющие отношение к цилиндру двигателя, теперь придётся их рассмотреть более подробно и познакомиться с некоторыми новыми.

1. Радиус кривошипа.

Расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала.
Коренными называются шейки коленчатого вала, в которых вал вращается в блоке цилиндров двигателя.
Шатунными называются шейки, к которым подсоединены шатуны поршней.
Для образования кривошипа ось коренных шеек смещена относительно оси шатунных шеек.
Радиус кривошипа является очень важным конструкционным параметром двигателя. Изменяя радиус кривошипа можно подобрать необходимое соотношение между крутящим моментом и максимальными оборотами двигателя, при неизменном объёме цилиндра.
(Обычно измеряется в миллиметрах)

2. Ход поршня:
Ход поршня, то есть расстояние между НМТ и ВМТ, равен удвоенной величине радиуса кривошипа.

3. Диаметр цилиндра:

Это диаметр внутреннего отверстия цилиндра. Условно принимаем, что диаметр поршня равен диаметру цилиндра.
(Обычно измеряется в миллиметрах)

4. Рабочий объём цилиндра:
Рабочим объёмом цилиндра называется объём, вытесняемый поршнем при перемещении от НМТ к ВМТ.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах (см?) или литрах.)
Рабочий объём цилиндра равен произведению хода поршня на площадь днища поршня.

5. Объём камеры сгорания.
Это объем пространства, находящегося над поршнем, во время нахождения поршня в ВМТ.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах.)
Камера сгорания большинства двигателей имеет сложную форму, поэтому определить её точный объём расчётным методом сложно. Для определения объёма камеры сгорания применяются различные методы прямого измерения.

6. Полный объём цилиндра.
Это сумма объёма камеры сгорания и рабочего объёма цилиндра.
(Обычно измеряется в кубических сантиметрах или литрах.)
Полный объём многоцилиндрового двигателя равен полному объёму одного цилиндра умноженному на количество цилиндров двигателя.

7. Степень сжатия.
Это соотношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания. Другими словами это соотношение объёма цилиндра в сумме с объёмом камеры сгорания, когда поршень находится НМТ к объёму пространства, расположенному над поршнем, когда поршень находится в положении ВМТ.
(Безразмерная единица)

8. Соотношение диаметра цилиндра к величине хода поршня:
Является очень важным параметром при конструировании двигателя внутреннего сгорания. Двигатели, в которых ход поршня больше диаметра цилиндра называются длиноходными, двигатели, в которых ход поршня меньше диаметра цилиндра, называются короткоходными.

Значение степени сжатия.

Степень сжатия это один из очень важных технических показателей двигателя внутреннего сгорания, поэтому рассмотрим его более подробно. В общем, повышение степени сжатия поднимает эффективность работы двигателя внутреннего сгорания, то есть при сгорании равного объёма топлива двигатель производит больше механической энергии. При повышенной степени сжатия молекулы топлива физически приближаются друг к другу. При этом топливовоздушная смесь имеет более высокую температуру, в результате чего достигается лучшее испарение частичек топлива и их более равномерное перемешивание с воздухом. Для каждого типа бензина имеется предельное значение степени сжатия. Чем выше октановое число бензина, тем выше степень сжатия, при которой может работать двигатель. При превышении допустимой степени сжатия и, соответственно температуры в камере сгорания, двигатель начинает работать с детонацией (самопроизвольное воспламенение смеси). Процесс детонации достаточно сложный, поэтому, на данном этапе, ограничимся пониманием, что причиной детонации является неправильное сгорание топливовоздушной смеси. При работе двигателя с детонацией резко уменьшается эффективность работы двигателя, и более того, возросшие ударные нагрузки могут привести к разрушению двигателя. Сильные стуки во время работы двигателя являются признаком детонации. Этот режим работы очень вреден для двигателя.

Современные электронные системы управления двигателем практически исключили работу двигателя с детонацией, но те, кому пришлось ездить на автомобилях с двигателями, не имеющих электронных систем управления, помнят, что режим детонации возникал довольно часто.

Раньше для повышения октанового числа бензина применялись специальные присадки на основе свинца. Применение этих присадок позволяло поднять степень сжатия до 12,5:1, но сейчас, в соответствии с законодательными нормами по охране окружающей среды, по причине того, что свинец наносит большой вред окружающей среде, применение присадок на основе свинца запрещено.

Степень сжатия современных бензиновых двигателей равна 10:1 ? 11:1. Величина степени сжатия может изменяться не только от качества предполагаемого к использованию бензина, но и от конструкции двигателя. Современные двигатели, имеющие систему управления двигателя с датчиком детонации, позволяют поднять степень сжатия до 13:1. Такие системы управления, регулируя угол опережения зажигания в каждом отдельном цилиндре, на основе информации, полученной от датчика детонации, позволяют двигателю работать на грани возникновения детонации, но не допускают её. Двигатели с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания из-за особенностей процессов, протекающих в цилиндре, тоже могут работать с повышенной степенью сжатия.

Поскольку воспламенение топлива в дизельных двигателях происходит за счёт нагрева воздуха, находящегося в цилиндре, степень сжатия дизельных двигателей выше, чем бензиновых. Степень сжатия дизельных двигателей лежит в диапазоне 14:1 ? 23:1.

Двигатели с принудительным нагнетанием воздуха в цилиндры (турбокомпрессор или механический нагнетатель), как бензиновые, так и дизельные, имеют более низкую степень сжатия по сравнению с атмосферными двигателями. Это вызвано тем, что перед началом такта сжатия в цилиндре находится большая масса воздуха (и топлива). Слишком высокое давление в цилиндре в конце такта сжатия может привести к разрушению двигателя.

Ранее отмечалось, что повышение степени сжатия явление, в целом, очень желательное, но в действительности всё несколько сложнее. Двигатель внутреннего сгорания, особенно автомобильный, постоянно работает на различных режимах скорости вращения и нагрузок. Научные исследования в данной области показали, что на некоторых режимах двигатель эффективней работает с более низкой степенью сжатия, а на других режимах степень сжатия может быть повышена без риска нанесения повреждений двигателю. Некоторые производители попытались создать двигатель с изменяемой во время работы степенью сжатия. Пионером в этой области, добившимся заметных результатов, был шведский производитель автомобилей SAAB. Работы в этом направлении проводились и другими производителями автомобилей. Но до настоящего времени серийные автомобили с изменяемой степенью сжатия на рынке отсутствуют. Очевидно, это будет следующим направлением повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания.

Ранее были рассмотрены некоторые термины, определяющие геометрические показатели двигателя. Далее запомним некоторые термины, определяющие работу двигателя внутреннего сгорания, как простейшего одноцилиндрового, так более сложных двигателей.

  1. Мощность двигателя. Измеряется в киловаттах (кВт) или в старых, для некоторых более привычных единицах измерения, лошадиных силах (л.с.)
  2. Крутящий момент. Измеряется в ньютонах на метр (Н•м).
  3. Удельная литровая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к рабочему объёму цилиндров двигателя (кВт/литр)
  4. Удельная весовая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к весу двигателя (кВт/Кг).
  5. Топливная эффективность. Измеряется массой топлива, которое необходимо потратить на выработку мощности в один киловатт в течение часа (гр/кВт*час)
  6. Скорость вращения. В автомобилестроении, как и во многих других областях техники, скорость (частота) вращения коленчатого вала измеряется в оборотах в минуту (об/мин).

За прошедшие более чем сто лет с момента изобретения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) количество его конструкций было столь велико, что их не только описать невозможно, их просто никто даже перечислить не сможет, да и задачи такой, в общем, нет. Четко понимая общие принципы работы ДВС (кратко описанные в данной статье), можно разобраться в любой конструкции.

Е.Н. Жарцов

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 — кривошипно-шатунный механизм

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 питания

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.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Для правильной работы двигателя он должен непрерывно выполнять некоторый цикл операций. Принцип работы двигателей с искровым зажиганием (SI) был изобретен Николаусом А. Отто в 1876 году; поэтому двигатель SI также называют двигателем Отто. Принцип работы двигателя с воспламенением от сжатия (CI) был обнаружен Рудольфом Дизелем в 1892 году, поэтому двигатель CI также называют дизельным двигателем.

Принцип работы двигателей SI и CI практически одинаков, за исключением процесса сгорания топлива, который происходит в обоих двигателях.В двигателях SI сжигание топлива происходит за счет искры, вырабатываемой свечой зажигания, расположенной в головке блока цилиндров. Топливо сжимается до высокого давления, и его сгорание происходит при постоянном объеме. В двигателях с ХИ сгорание топлива происходит из-за сжатия топлива до чрезмерно высокого давления, что не требует наличия искры для инициирования воспламенения топлива. В этом случае сгорание топлива происходит при постоянном давлении.

Двигатели SI и CI могут работать как с двухтактным, так и с четырехтактным циклом.Оба цикла описаны ниже:

  1. Четырехтактный двигатель : В четырехтактном двигателе цикл работы двигателя завершается за четыре хода поршня внутри цилиндра. Четыре такта 4-тактного двигателя: всасывание топлива, сжатие топлива, такт расширения или рабочего хода и такт выпуска. В 4-тактных двигателях мощность вырабатывается, когда поршень совершает такт расширения. За четыре такта двигателя совершается два оборота коленчатого вала двигателя.

  2. Двухтактный двигатель : В случае двухтактного двигателя такты всасывания и сжатия происходят одновременно. Точно так же такты расширения и выпуска происходят одновременно. Мощность вырабатывается во время такта расширения. По завершении двух ходов поршня производится один оборот коленчатого вала двигателя.

В 4-тактных двигателях топливо сжигается один раз за два оборота колеса, а в 2-тактном двигателе топливо сжигается один раз за один оборот колеса.Следовательно, эффективность 4-тактных двигателей выше, чем у 2-тактных двигателей. Однако мощность двухтактных двигателей больше, чем у четырехтактных.

Двигатель внутреннего сгорания | Encyclopedia.com

Принципы

Структура двигателя внутреннего сгорания

Ресурсы

Двигатель внутреннего сгорания — это любой тепловой двигатель, который получает механическую энергию путем сжигания химической энергии (топлива) в замкнутом пространстве (камере сгорания). Изобретение и разработка двигателя внутреннего сгорания в девятнадцатом веке оказали глубокое влияние на человеческую жизнь.Двигатель внутреннего сгорания представляет собой относительно небольшой и легкий источник той мощности, которую он производит. Использование этой мощности сделало возможным создание практичных машин, начиная от самой маленькой модели самолета и заканчивая самым большим грузовиком. Электроэнергия часто вырабатывается двигателями внутреннего сгорания. Газонокосилки, бензопилы и генераторы также могут использовать двигатели внутреннего сгорания. Важным устройством на базе ДВС является автомобиль.

Однако во всех двигателях внутреннего сгорания основные принципы остаются неизменными.Топливо сжигается внутри камеры, обычно в цилиндре. Энергия, создаваемая сгоранием или сгоранием топлива, используется для продвижения устройства, обычно поршня, через камеру. Прикрепив поршень к валу за пределами камеры, движение и сила поршня могут быть преобразованы в другие движения.

Горение — это сжигание топлива. Когда топливо сгорает, оно выделяет энергию в виде тепла, что приводит к расширению газа. Это расширение может быть быстрым и мощным.Сила и движение расширения газа могут быть использованы для толкания объекта. Взболтать банку с газировкой — это способ увидеть, что происходит, когда газ расширяется. Встряхивающее движение вызывает реакцию углекислого газа — шипение газировки, — которое при открытии банки выталкивает газированную жидкость из банки через отверстие.

Однако простое сжигание топлива не очень полезно для создания движения. Например, зажигание спички сжигает кислород в воздухе вокруг нее, но поднимаемое тепло теряется во всех направлениях и, следовательно, дает очень слабый толчок.Чтобы расширение газа, вызванное сгоранием, было полезным, оно должно происходить в ограниченном пространстве. Это пространство может направлять или направлять движение расширения; он также может увеличить свою силу.

Цилиндр — это полезное пространство для передачи силы сгорания. Круглая внутренняя часть цилиндра позволяет газам легко течь, а также увеличивает силу движения газов. Круговое движение газов также может способствовать втягиванию воздуха и паров в цилиндр или их повторному вытеснению.Ракета — простой пример использования внутреннего сгорания в цилиндре. В ракете нижний конец цилиндра открыт. Когда топливо внутри цилиндра взрывается, газы быстро расширяются к отверстию, давая толчок, необходимый для отталкивания ракеты от земли.

Эта сила может быть еще более полезной. Его можно заставить толкать объект внутри цилиндра, заставляя его двигаться через цилиндр. Пуля в пистолете — пример такого объекта. Когда топливо, в данном случае порох, взрывается, возникающая сила продвигает пулю через цилиндр или ствол пистолета.Это движение полезно для определенных вещей; однако его можно сделать еще более полезным. Закрыв концы цилиндра, можно управлять движением объекта, заставляя его двигаться вверх и вниз внутри цилиндра. Это движение, называемое возвратно-поступательным движением, затем можно использовать для выполнения других задач.

Двигатели внутреннего сгорания обычно используют возвратно-поступательное движение, хотя газовые турбины, ракетные и роторные двигатели являются примерами других типов двигателей внутреннего сгорания. Однако поршневые двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенными и используются в большинстве автомобилей, грузовиков, мотоциклов и других машин с приводом от двигателя.

Самыми основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал. К ним прикреплены другие компоненты, которые повышают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала. Топливо должно поступать в цилиндр, а выхлоп, образованный взрывом топлива, должен обеспечивать выход из цилиндра. Также необходимо произвести зажигание или зажигание топлива. В поршневом двигателе внутреннего сгорания это делается одним из двух способов.

Дизельные двигатели также называют двигателями сжатия, поскольку они используют сжатие для самовоспламенения топлива. Воздух сжимается, то есть выталкивается в небольшое пространство цилиндра. Сжатие вызывает нагревание воздуха; когда топливо попадает в горячий сжатый воздух, топливо взрывается. Давление, создаваемое сжатием, требует, чтобы дизельные двигатели были более прочными и, следовательно, тяжелее, чем бензиновые двигатели, но они более мощные и требуют менее дорогостоящего топлива.Дизельные двигатели обычно используются в больших транспортных средствах, таких как грузовики и тяжелая строительная техника, или в стационарных машинах, но в 2000-х годах они находят свое применение в автомобилях, поскольку технологии совершенствуются и возникает потребность в менее дорогих видах топлива.

Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, потому что они зависят от искры электричества, вызывающей взрыв топлива в цилиндре. Газовый двигатель легче дизельного двигателя и требует более очищенного топлива (следовательно, более дорогостоящего).

В двигателе цилиндр размещен внутри блока цилиндров, достаточно прочного, чтобы сдерживать взрывы топлива. Внутри цилиндра находится поршень, который точно соответствует цилиндру. Поршни обычно имеют куполообразную форму вверху и полую внизу. Поршень прикреплен через шатун, установленный в полой нижней части, к коленчатому валу, который преобразует движение поршня вверх и вниз в круговое движение. Это возможно, потому что коленчатый вал не прямой, а имеет изогнутую часть (по одной на каждый цилиндр), называемую кривошипом.

Аналогичная конструкция приводит в движение велосипед. При езде на велосипеде верхняя часть ноги человека похожа на поршень. От колена до ступни нога действует как шатун, который прикрепляется к коленчатому валу с помощью кривошипа или педального узла велосипеда. Когда сила прикладывается к верхней части ноги, эти части начинают двигаться. Возвратно-поступательное движение голени преобразуется во вращательное или вращательное движение коленчатого вала.

Обратите внимание, что при езде на велосипеде нога делает два движения, одно вниз и одно вверх, чтобы завершить цикл вращения педалей.Это так называемые удары. Поскольку двигатель также должен всасывать топливо и снова выпускать топливо, большинство двигателей используют четыре хода для каждого цикла, который совершает поршень. Первый ход начинается, когда поршень оказывается в верхней части цилиндра, называемой головкой цилиндра. Когда он опускается, в цилиндре создается вакуум. Это потому, что поршень и цилиндр образуют герметичное пространство. Когда поршень опускается, пространство между ним и головкой блока цилиндров увеличивается, а количество воздуха остается прежним.Этот вакуум помогает подавать топливо в цилиндр, подобно действию легких. Поэтому этот ход называется тактом впуска.

Следующий ход, называемый тактом сжатия, происходит, когда поршень снова подталкивается вверх внутри цилиндра, сжимая или сжимая топливо в более тесное и тесное пространство. Сжатие топлива в верхней части цилиндра вызывает нагревание воздуха, что также нагревает топливо. Сжатие топлива также облегчает воспламенение и делает взрыв более мощным.У расширяющихся газов взрыва меньше места, а это означает, что они будут сильнее давить на поршень, чтобы уйти.

В верхней части такта сжатия топливо воспламеняется, вызывая взрыв, который толкает поршень вниз. Этот ход называется рабочим ходом, и это ход, при котором вращается коленчатый вал. Последний ход, такт выпуска, снова поднимает поршень вверх, который вытесняет выхлопные газы, образовавшиеся в результате взрыва, из цилиндра через выпускной клапан.Эти четыре удара также обычно называют «сосать, сжимать, хлопать и дуть». Двухтактные двигатели исключают такты впуска и выпуска, комбинируя их с тактами сжатия и увеличения мощности. Это позволяет создать более легкий и мощный двигатель — по сравнению с размером двигателя — требующий менее сложной конструкции. Однако двухтактный цикл — менее эффективный метод сжигания топлива. Остаток несгоревшего топлива остается внутри цилиндра, что препятствует сгоранию. Двухтактный двигатель также воспламеняет топливо в два раза чаще, чем четырехтактный двигатель, что увеличивает износ деталей двигателя.Поэтому двухтактные двигатели используются в основном там, где требуется двигатель меньшего размера, например, на некоторых мотоциклах и с небольшими инструментами.

Для горения требуется присутствие кислорода, поэтому для воспламенения топливо необходимо смешать с воздухом. Дизельные двигатели подают топливо непосредственно для реакции с горячим воздухом внутри цилиндра. Однако двигатели с искровым зажиганием сначала смешивают топливо с воздухом вне цилиндра. Это делается либо через карбюратор, либо через систему впрыска топлива. Оба устройства испаряют бензин и смешивают его с воздухом в соотношении примерно 14 частей воздуха на каждую часть бензина.Дроссельная заслонка в карбюраторе регулирует количество воздуха, смешиваемого с топливом; на другом конце дроссельная заслонка контролирует, сколько топливной смеси будет отправлено в цилиндр.

Вакуум, создаваемый при движении поршня вниз по цилиндру, втягивает топливо в цилиндр. Поршень должен точно входить в цилиндр, чтобы создать этот вакуум. Резиновые компрессионные кольца, вставленные в канавки поршня, обеспечивают герметичность посадки. Бензин поступает в цилиндр через впускной клапан.Затем бензин сжимается в цилиндр следующим движением поршня в ожидании воспламенения.

Двигатель внутреннего сгорания может иметь от одного до двенадцати или более цилиндров, которые действуют вместе в точно синхронизированной последовательности для привода коленчатого вала. Велосипедиста на велосипеде можно описать как двухцилиндровый двигатель, в котором каждая нога помогает другой создавать мощность для управления велосипедом и подтягивать друг друга в цикле движений. Автомобили обычно имеют четырех-, шести- или восьмицилиндровые двигатели, хотя также доступны двух- и двенадцатицилиндровые двигатели.Количество цилиндров влияет на рабочий объем двигателя; то есть общий объем топлива, прошедшего через цилиндры. Больший рабочий объем позволяет сжигать больше топлива, создавая больше энергии для привода коленчатого вала.

Искра попадает через свечу зажигания, расположенную в головке блока цилиндров. Искра вызывает взрыв бензина. Свечи зажигания содержат два металлических конца, называемых электродами, которые входят в цилиндр. У каждого цилиндра своя свеча зажигания. Когда электрический ток проходит через свечу зажигания, ток переходит от одного электрода к другому, создавая искру.

Этот электрический ток возникает в батарее. Однако ток батареи недостаточно силен, чтобы вызвать искру, необходимую для воспламенения топлива. Поэтому он проходит через трансформатор, который значительно увеличивает его напряжение или силу. Затем ток можно направить на свечу зажигания.

Однако в случае двигателя с двумя или более цилиндрами искра должна направляться в каждый цилиндр по очереди. Последовательность срабатывания цилиндров должна быть рассчитана таким образом, чтобы, пока один поршень находился в рабочем такте, другой поршень находился в такте сжатия.Таким образом, сила, действующая на коленчатый вал, может поддерживаться постоянной, что позволяет двигателю работать плавно. Количество цилиндров влияет на плавность работы двигателя; чем больше цилиндров, тем постояннее усилие на коленчатом валу и тем плавнее будет работать двигатель.

Время срабатывания цилиндров регулируется распределителем. Когда ток поступает в распределитель, он направляется к свечам зажигания через провода, по одному на каждую свечу зажигания. Механические распределители — это, по сути, вращающиеся роторы, которые по очереди подают ток в каждый провод.Электронные системы зажигания используют компьютерные компоненты для выполнения этой задачи.

В самых маленьких двигателях используется аккумулятор, который при разряде просто заменяется. Однако в большинстве двигателей предусмотрена возможность перезарядки аккумулятора, используя движение вращающегося коленчатого вала для выработки тока обратно в аккумулятор.

Поршень или поршни толкают коленчатый вал вниз и вверх, вызывая его вращение. Это преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала возможно, потому что для каждого поршня коленчатый вал имеет кривошип, то есть секцию, расположенную под углом к ​​движению вверх-вниз.На коленчатом валу с двумя или более цилиндрами эти кривошипы также установлены под углом друг к другу, что позволяет им работать согласованно. Когда один поршень толкает кривошип вниз, второй кривошип толкает его поршень вверх.

Большое металлическое колесо, похожее на маховик, прикреплено к одному концу коленчатого вала. Он поддерживает постоянное движение коленчатого вала. Это необходимо для четырехтактного двигателя, поскольку поршни совершают рабочий ход только один раз на каждые четыре хода.Маховик обеспечивает импульс, переносящий коленчатый вал во время его движения, пока он не получит следующий рабочий ход. Он делает это с помощью инерции, то есть принципа, согласно которому движущийся объект будет стремиться оставаться в движении. Как только маховик приводится в движение поворотом коленчатого вала, он продолжает двигаться и вращать коленчатый вал. Однако чем больше цилиндров в двигателе, тем меньше ему нужно будет полагаться на движение маховика, потому что большее количество поршней будет поддерживать вращение коленчатого вала.

После того, как коленчатый вал вращается, его движение можно адаптировать для самых разных целей путем присоединения шестерен, ремней или других устройств. Колеса можно заставить вращаться, пропеллеры можно заставить вращаться, или двигатель можно использовать просто для выработки электроэнергии. К коленчатому валу также прикреплен дополнительный вал, называемый распределительным валом, который открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра в последовательности с четырехтактным циклом поршней. Кулачок — это колесо, имеющее форму яйца, с длинным и коротким концом.К распределительному валу крепится несколько кулачков в зависимости от количества цилиндров двигателя. Сверху кулачков установлены толкатели, по два на каждый цилиндр, которые открывают и закрывают клапаны. Когда распределительный вал вращается, короткие концы позволяют толкателям отойти от клапана, заставляя клапан открываться; длинные концы кулачков толкают стержни назад к клапану, снова закрывая его. В некоторых двигателях, называемых двигателями с верхним расположением кулачка, распределительный вал опирается непосредственно на клапаны, что устраняет необходимость в узле толкателя.Двухтактные двигатели, поскольку впуск и выпуск достигаются за счет движения поршня над портами или отверстиями в стенке цилиндра, не требуют распределительного вала.

Коленчатый вал может управлять еще двумя компонентами: системами охлаждения и смазки. Взрыв топлива создает сильное тепло, которое быстро приведет к перегреву двигателя и даже к расплавлению, если он не будет должным образом рассеян или отведен. Охлаждение достигается двумя способами: через систему охлаждения и, в меньшей степени, через систему смазки.

Есть два типа систем охлаждения. В системе жидкостного охлаждения используется вода, которая часто смешивается с антифризом для предотвращения замерзания. Антифриз снижает температуру замерзания, а также повышает температуру кипения воды. Вода, которая очень хорошо собирает тепло, прокачивается вокруг двигателя через ряд каналов, содержащихся в рубашке. Затем вода циркулирует в радиаторе, который состоит из множества трубок и тонких металлических пластин, увеличивающих площадь поверхности воды. Вентилятор, прикрепленный к радиатору, пропускает воздух по трубке, дополнительно снижая температуру воды.И насос, и вентилятор приводятся в действие движением коленчатого вала.

В системах с воздушным охлаждением для отвода тепла от двигателя используется воздух, а не вода. В большинстве мотоциклов, многих небольших самолетов и других машин, движение которых создает сильный ветер, используются системы воздушного охлаждения. В них металлические ребра прикреплены к внешней стороне цилиндров, создавая большую площадь поверхности; когда воздух проходит через ребра, тепло, передаваемое к металлическим ребрам от цилиндра, уносится воздухом.

Смазка двигателя жизненно важна для его работы. Движение деталей друг относительно друга вызывает сильное трение, которое вызывает нагревание и вызывает износ деталей. Смазочные материалы, например масло, образуют тонкий слой между движущимися частями. Прохождение масла

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Инерция — Тенденция движущегося объекта оставаться в движении, а тенденция покоящегося объекта оставаться в покое.

Возвратно-поступательное движение —Движение, при котором объект перемещается вверх и вниз или назад и вперед.

Вращательное движение —Движение, при котором объект вращается.

через двигатель также помогает отводить часть выделяемого тепла.

Коленчатый вал в нижней части двигателя упирается в картер. Он может быть заполнен маслом, или отдельный масляный поддон под картером служит резервуаром для масла. Насос подает масло по каналам и отверстиям к различным частям двигателя. Поршень также оснащен резиновыми маслосъемными кольцами в дополнение к компрессионным кольцам для перемещения масла вверх и вниз по внутренней части цилиндра.В двухтактных двигателях масло используется в составе топливной смеси, что обеспечивает смазку двигателя и устраняет необходимость в отдельной системе.

КНИГИ

Кроул, Дэниел А. Понимание взрывов . Нью-Йорк: Центр безопасности химических процессов, Американский институт инженеров-химиков, 2003.

Ниссен, Уолтер, Р. Процессы сжигания и сжигания . Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2002.

Политцер, Питер и Джейн С. Мюррей, ред. Энергетические материалы . Амстердам, Нидерланды и Бостон, Массачусетс: Elsevier, 2003.

M. L. Cohen

The Gale Encyclopedia of Science Cohen, M.

Как работает судовой двигатель?

Судовые двигатели обеспечивают движение судна из одного порта в другой. Независимо от того, идет ли речь о небольшом корабле, курсирующем в прибрежных районах, или о большом корабле, путешествующем по международным водам, на борту корабля для двигательной цели установлен четырехтактный или двухтактный морской двигатель.

Судовые двигатели — это тепловые двигатели, используемые для преобразования тепла, выделяемого при сжигании топлива, в полезную работу, т. Е. Выработку тепловой энергии и преобразование ее в механическую энергию. Двигатели, используемые на борту судов, представляют собой двигатели внутреннего сгорания (тип), в которых сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя, а тепло выделяется после процесса сгорания.

Принцип работы судового двигателя

Как упоминалось ранее, двигатели внутреннего сгорания (внутреннего сгорания) в основном используются в морских силовых установках и для выработки электроэнергии.Работу судового двигателя можно объяснить следующей процедурой:

— Топливо впрыскивается в контролируемом количестве под высоким давлением

— Смесь топлива и воздуха сжимается внутри цилиндра двигателя с помощью поршня, что приводит к взрыву смеси при повышении давления за счет сжатия. В результате выделяется тепло, которое увеличивает давление горючего газа

2-тактные и 4-тактные двигатели

— Внезапное увеличение давления толкает поршень вниз и передает поперечное движение во вращательное движение коленчатого вала с помощью шатуна.Взрыв повторяется непрерывно для поддержания выходной мощности в зависимости от типа морского двигателя и его использования.

Прочтите по теме: 14 Терминологий, используемых для определения мощности судового силового двигателя

Коленчатый вал через маховик соединен либо с генератором, либо с гребным винтом для выполнения механической работы. Чтобы коленчатый вал постоянно вращался, взрыв необходимо повторять непрерывно.

Перед следующим взрывом отработанные газы вытягиваются из цилиндра через выпускной клапан и подается свежий воздух, который помогает вытолкнуть отработанный газ, а также обеспечивает свежий воздух для следующего процесса сгорания.

Прочтите по теме: Компоненты и конструкция системы выпуска отработавших газов

Типы судовых дизелей:

Два основных типа судовых дизельных двигателей: —

  • Двигатель 4-х тактный
  • Двухтактный двигатель

Четырехтактный двигатель может быть установлен на судне для выработки электроэнергии, а также для приведения в движение корабля (обычно на небольших судах). Этому двигателю требуется 4 цикла для завершения передачи мощности от камеры сгорания к коленчатому валу.

Связанное чтение: Почему 2-тактные двигатели чаще используются для движения на кораблях, чем 4-тактные?

События, происходящие в I.C. двигатель следующие:

  1. Ход всасывания для забора свежего воздуха внутрь камеры — это движение поршня вниз
  2. Такт сжатия для сжатия топливовоздушной смеси — движение поршня вверх
  3. Рабочий ход — при котором происходит взрыв и поршень толкается вниз
  4. Такт выпуска — движение поршня вверх для откачивания отработанных газов

Четыре события завершаются четырьмя тактами поршня (два оборота коленчатого вала).Впускной и выпускной клапаны расположены в верхней части головки блока цилиндров для всасывания свежего воздуха и удаления отработанных выхлопных газов.

И клапаны, и топливный насос (подающий топливо в форсунку) приводятся в действие с помощью распределительного вала, который приводится в движение коленчатым валом с помощью зубчатой ​​передачи. В четырехтактном двигателе распредвал вращается на половине скорости коленчатого вала. Картер открыт для гильзы поршня, которая способствует смазке гильзы.

2-тактные двигатели используются для движения судов и имеют больший размер по сравнению с 4-тактными двигателями.В этом двигателе полная последовательность выполняется за два цикла, т. Е.

.
  1. Такт всасывания и сжатия — это движение поршня вверх для втягивания свежего воздуха внутрь и сжатия топливовоздушной смеси
  2. Мощность и выхлоп — движение поршня вниз из-за взрыва внутри камеры с последующим удалением выхлопных газов через выпускной клапан, установленный в верхней части цилиндра. Используется сальник, который отделяет картер от камеры сгорания и изолирует его.

Ниже показано базовое видео о работе судового двигателя:

В этом видео показано, как работает двухтактный судовой двигатель на судне —

Как и где производится судовой двигатель?

Если вы видели двигатели на кораблях, в том числе небольшие четырехтактные двигатели-генераторы, а также массивные двухтактные двигатели, одна мысль, которая должна была прийти вам в голову, — как и где были сделаны эти двигатели?

Наиболее известные производители двигателей, двигатели которых используются на судах:

  1. MAN Diesel & Turbo (ранее двигатели B&W) — известные судовые двигатели с высокой, средней и низкой частотой вращения.
  2. Wartsila (ранее — Sulzer Engines) — известна производством судовых двигателей высокой, средней и малой скорости.
  3. Mitsubishi — производство двигателей для легких, средних и тяжелых условий эксплуатации
  4. Rolls Royce — известный своими двигателями для круизных лайнеров и кораблей
  5. Caterpillar производит — для среднеоборотных и высокоскоростных судовых дизельных двигателей

Прочтите по теме: Самые популярные судовые двигатели в судоходной отрасли

Wartsila по-прежнему является держателем рекорда Гиннеса по самому большому судному двигателю из когда-либо построенных.

Двухтактный двигатель Wärtsilä RT-flex96C с турбонаддувом удерживает этот рекорд. Изготовлен для крупных контейнеровозов, его габариты следующие:

Длина — 27 метров (88 футов 7 дюймов),

Высота — 13,5 метра (44 фута 4 дюйма)

вес> 2300 тонн.

Выходная мощность ~ 84,42 МВт (114800 л.с.).

Размер судового двигателя варьируется от корабля к кораблю, типа хода и выходной мощности. Судовой двигатель может быть высотой до 5-этажного здания, и для его размещения машинное отделение корабля должно быть спроектировано соответствующим образом.

Где производятся судовые двигатели?

Эти судовые двигатели построены на мощностях производителей. Например, MAN Diesel имеет производственные мощности в Аугсбурге, Копенгагене, Фредериксхавне, Сен-Назере, Шанхае и т. Д.

Аналогичным образом, Wartsila имеет производственные мощности в Финляндии, Германии, Китае и т. Д.

Судовой двигатель также может быть изготовлен на известной верфи при наличии контракта между двумя компаниями.

Двигатель обычно состоит из трех различных секций (поясняется ниже) и в зависимости от размера машинного отделения и доступа для установки он может быть установлен на верфи либо по частям, либо как целая сборка.

Связанное чтение: Как крупные главные двигатели устанавливаются в машинном отделении корабля?

Материал, используемый для изготовления судового двигателя

Материал, из которого изготовлен судовой двигатель и различные детали судового двигателя:

Опорная плита: Опорная плита — это самая нижняя часть двигателя, которая является его основанием и вмещает подшипники коленчатого вала и А-образную раму. Для небольшого двигателя используется одинарная отливка из чугуна, а для больших двухтактных двигателей используются сборные литые стальные поперечные секции с продольными балками.

Чтение по теме: Важные вещи, которые нужно проверить Опорная плита судового двигателя

A рама: A-образная рама, как следует из названия, имеет форму буквы «A» и установлена ​​над фундаментной плитой двигателя. Он построен отдельно, чтобы нести направляющую крейцкопфа, а сверху он поддерживает основание антаблемента. Нижняя поверхность А-образной рамы обработана для создания сопрягаемой поверхности для установки поверх опорной плиты.

Антаблемент: Антаблемент, также известный как блок цилиндров, изготовлен из чугуна и используется для размещения охлаждающей воды и продувочного воздушного пространства.В зависимости от размера двигателя отливка может быть индивидуальной или многоцилиндровой (скрепленной болтами). Нижняя часть блока цилиндров обработана на станке для образования сопрягаемой поверхности и прикреплена к А-образной раме с помощью установленных болтов.

Другие части судового двигателя, которые устанавливаются внутри двигателя:

Детали двигателя Wartsila RTFlex Electronic

Поршень, гильза, цилиндр, шатун, коленчатый вал, распределительный вал, топливный насос, выпускной клапан и т. Д., И эти важные детали можно подробно изучить в нашей электронной книге —

Техническое обслуживание судовых двигателей

Базовое техническое обслуживание судового двигателя состоит из планового технического обслуживания, которое включает в себя капитальный ремонт важных подвижных и неподвижных частей камеры сгорания.

Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных видов технического обслуживания судового двигателя:

  1. Ремонт и измерение поршня, колец и штока
  2. Ремонт и обмер гильзы цилиндра
  3. Капитальный ремонт и обмер выпускного клапана
  4. Ремонт и обмер сальника
  5. Ремонт и обмер подшипников шатунных и крейцкопфных
  6. Ремонт и обмер коренных подшипников

Прочтите по теме: Типы коренных подшипников судовых двигателей и их свойства

7.Измерение прогиба коленчатого вала

8. Контроль и измерение фаз газораспределения топливного насоса

9. Проверки и капитальный ремонт пусковой воздушной системы

Время между капитальным ремонтом различных частей двигателя указано производителем в руководстве по эксплуатации двигателя. Техническое обслуживание необходимо проводить в соответствии со временем, указанным между двумя периодами капитального ремонта, независимо от проблем, обнаруженных двигателем.

Помимо своевременного ремонта, параметры двигателя и мощность необходимо проверять с помощью цифрового индикатора мощности.Осмотр продувочного пространства также проводится для проверки состояния поршневого кольца, которое, в свою очередь, определяет эффективность системы смазки гильзы цилиндра.

Судовые двигатели, используемые на судах, являются одними из самых сложных инженерных сооружений. Поэтому морские инженеры проходят специальную подготовку по эксплуатации, техническому обслуживанию и устранению неисправностей судовых двигателей на борту судов.

Вы также можете прочитать:

На что следует обратить внимание при капитальном ремонте топливного клапана

Отказ от ответственности: Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight.Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом. Автор и компания «Марин Инсайт» не заявляют об их точности и не берут на себя ответственность за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Статья или изображения не могут быть воспроизведены, скопированы, переданы или использованы в любой форме без разрешения автора и Marine Insight.

Теги: Судовые двигатели Судовой двигатель

Модель дизельного двигателя Принцип работы Физический эксперимент Инструмент для испытания двигателя внутреннего сгорания

Модель дизельного двигателя Принцип работы Физический эксперимент Инструмент для испытания двигателя внутреннего сгорания


Характеристики:

. Простое управление: Включите питание и медленно поверните ручку в направлении, указанном стрелкой

. Наблюдайте за режимом работы: Процесс вдоха: впускной клапан открывается, выпускной клапан закрывается, и поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку.смесь топлива и воздуха поступает в цилиндр через впускной патрубок

. Процесс сжатия: Впускной и выпускной клапаны закрывают поршень для движения сверху вниз, и топливо сжимается в цилиндре, и температура быстро повышается

. Рабочий процесс: Когда поршень достигает мертвой точки, газ в цилиндре быстро расширяется из-за воспламенения, заставляя поршень двигаться

. Процесс выпуска: Из-за инерции вращающегося механизма выпускной клапан открывается, и отработанный газ выходит из выпускной трубы

.Циркуляция: выпускной клапан закрыт, впускной клапан открыт, поршень движется вниз, цикл

. Сильная играбельность: Изысканные детали, изысканные изгибы, могут быть полноценными украшениями для дома и офиса. Изделие подходит для людей старше 8 лет и является отличным подарком для мальчиков

Технические характеристики:

. Цвет: Как показано
. Материал: Металл + Пластик
. Размеры изделия: 16,5 x 10,5 x 30 см
. Вес изделия: 800 г
.Размеры упаковки: 20 x 12 x 35 см
. Вес упаковки: 820 г
. Упаковка: Коробка

Содержимое упаковки:

. 1 x Модель дизельного двигателя

Советы:

1. Бесплатная доставка всех заказов

2. Если у вас возникли проблемы с продукцией набора для стирлинга, пожалуйста, свяжитесь с нами )

Политика доставки:

1. Бесплатная доставка всех заказов.

2.Вы получите электронное письмо с подтверждением после размещения заказа и еще одно электронное письмо после того, как ваш заказ будет отправлен. Второй будет содержать информацию об отслеживании и некоторые инструкции по отслеживанию вашей посылки.

3. Узнать больше

Политика возврата:

1. Все продукты могут быть запрошены для разрешения на возврат товара в рамках гарантии возврата.

2. Гарантия возврата: 30 дней с момента получения посылки

3. Узнать больше

(Советы: Если у вас возникли проблемы с политикой стирлинга, пожалуйста, свяжитесь с нами )

Q1: Если мой пароль забыли, что делать?
A1: Отправьте письмо по адресу: [email protected] . с тем же адресом электронной почты, что и учетная запись sterlingkit. Наши сотрудники сбросят ваш пароль в кратчайшие сроки.

Q2: Где мой заказ?
A2: Вы можете отслеживать свой заказ на 17track.сеть. Или, если вам нужна помощь членов команды, свяжитесь с нашей службой поддержки, и мы свяжемся с вами, чтобы обновить статус.

Q3: Возврат
A 3: Возврат осуществляется в течение 1-5 рабочих дней после того, как вы получили наше подтверждение на отмена.

Q4: Как отменить заказ?
A4: Вы можете отменить свой заказ только в том случае, если он не был отправлен.Свяжитесь с нами [email protected] , , мы отменим ваш заказ и полностью вернем вам деньги.

Q5: Возврат
A5: При заказе, приобретенном в магазине или через Интернет, предоставляется 30-дневная гарантия возврата.

Q6: Как мне вернуть неисправный продукт?
A6: Если вы приобрели в магазине неисправный продукт, вы можете вернуть его в магазин для тестирования, обмена или возврата денег.Иногда продукт, купленный в Интернете, может прибыть с дефектом, в этом случае свяжитесь с нашей дружелюбной службой поддержки клиентов

.

Q7: Я хочу купить большое количество определенных продуктов, вы предлагаете оптовые скидки?
A7: Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения предложения.

Электрооборудование двигателя

В течение сорока лет после первый полет братьев Райт использовались самолеты двигатель внутреннего сгорания повернуть пропеллеры генерировать толкать.Сегодня большинство самолетов авиации общего назначения или частных самолетов все еще находятся в эксплуатации. с пропеллерами и двигателями внутреннего сгорания, как и ваш автомобильный двигатель. Мы обсудим основы двигатель внутреннего сгорания с использованием Двигатель братьев Райт 1903 года, показанный на рисунке в качестве примера. Дизайн братьев очень прост по сегодняшним меркам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы изучить и изучить основы двигателей и их операция. На этой странице мы представляем компьютерный чертеж электрической системы Райта Авиадвигатель братьев 1903 года.

Механическое управление

На рисунке вверху показаны основные компоненты электрической системы двигателя Wright 1903. В любом двигателе внутреннего сгорания топливо и кислород объединяются в процесс горения произвести силу, чтобы повернуть коленчатый вал двигателя. Задача электрической системы — обеспечить искру, которая инициирует горение.

Электроэнергия вырабатывается магнето в задней части двигателя.Магнето полагается на физический принцип , электрическая индуктивность для производства электричества; когда провод проходит через магнитное поле, электрический ток наведено в проводе. Магнето имеет большой U-образный постоянный магнит вверху. Между плечами магнита намотана проволока. вал который вращается фрикционным приводом трение колеса о маховик двигателя. В движущемся проводе индуцируется электрический ток. Мощность для поворота магнето обеспечивается работающим двигатель.Магнето очень похоже на генератор или генератор на современный автомобиль. Братья Райт купили свой магнето, и он обеспечивал очень скромные 10 вольт при 4 амперах в работе. Два провода подключают магнето к двигателю; провод заземления к нога картер, и провод питания к шине снаружи четырех камер сгорания двигателя.

В каждой камере сгорания электрическая шина проводит электричество к зажигание , свеча , которая ввинчивается через стенку камеры.В заглушка изолирована от стенки камеры. Внутри камеры там это контактный переключатель , который является подвижным. Когда переключатель замкнут, создается цепь, и через нее проходит электричество. провода, шину и вилку. При быстром размыкании переключателя возникает искра. сгенерировано. Вы можете увидеть этот эффект, если отключите работающий прибор дома. Пружинные рычаги , установленные снаружи камеры, используется для размыкания и замыкания контактного переключателя с помощью изолированного вала, проходящего через через стенку камеры сгорания.Пружинные рычаги прикреплены к картеру двигателя, который заземлен на магнето. Рычаги активируются кулачками которые включают распредвал под двигатель. Кулачковый вал соединен шестернями с кулачковым валом выпускного клапана. который превращается временная цепь. Шестерни и кулачки гарантируют, что контактный выключатель размыкается, и искра зажигания возникает как раз при подходящий момент двигателя цикл. Вот компьютерная анимация действия рычагов и контактного переключателя:

В этой анимации мы вырезали открытый цилиндр №3, чтобы вы могли наблюдать движение клапанов, кулачков, коромысел, электрических контактов и переключателей.Пружина, которая перемещает электрический контакт внутри цилиндра №3 частично скрыт самим цилиндром. Весна еле видна за синей пружиной выпускного клапана. Вы можете лучше увидеть действие электрический кулачок и пружина на соседнем цилиндре №4 справа. Но обратите внимание что синхронизация движения переключателей и клапанов различается между соседние цилиндры. В анимации мы вырезали шину, чтобы чтобы увидеть цилиндр №3 изнутри; штанга оборачивается вокруг цилиндра №3 в таким же образом, как он оборачивается вокруг цилиндра №2 слева.

Как это работает?

Чтобы понять, как работает электрическая система, мы нарисовали Упрощенная схема подключения двигателя :

Мы пронумеровали цилиндры (и камеры сгорания) от 1 до 4. идёт от передней части двигателя к задней. Магнито, провода, контактные выключатели и заземленные цилиндры производят электрическая схема , о которой вы слышали в школе. Этот конкретный тип схемы называется параллельной схемой . потому что есть параллельные линии , проходящие через четыре цилиндры.Контактный выключатель на любом цилиндре может быть открыт или закрыт не затрагивая соседние цилиндры. (Если бы цилиндры были подключен к серии , размыкание любого переключателя отключит ток ко всем цилиндрам.)

На протяжении почти всего цикла для данного цилиндра контактный выключатель удерживается разомкнутым, и через систему не течет ток. Но когда кулачок нажимает на рычаги, контактный переключатель в одном цилиндре изначально замкнут, что производит ток электричество от магнето через шину, выключатель и рычаги, к картеру и обратно к магнето.Это состояние для цилиндра №1 показано в верхней части рисунка. Когда кулачок продолжает двигаться, контактный переключатель внезапно размыкается, как показано внизу рисунка. Небольшая искра возникает, когда выключатель открыт (вы можете увидеть этот эффект, если выдернете вилку из операционная лампа в вашем доме.) Внутри камеры сгорания эта искра используется для воспламенения топлива / воздуха. смесь в конце ход сжатия. Контактный выключатель остается разомкнутым внутри цилиндр до следующего обжига. Открытие переключателя называется электрический разрыв (цепи), и эта техника зажигания называется системой «сделать и сломать».Четыре цилиндра этого двигателя горят по одному в порядке срабатывания , который повторяется. Братья использовал порядок стрельбы 1 — 3 — 4 — 2, чтобы сбалансировать стрельбы и сделать двигатель работает максимально плавно.

Историческая справка — Обратите внимание, что в системе «сделать и сломать» есть подвижные части, расположенные внутри камеры сгорания. Современное внутреннее сгорание двигатели не используют этот метод, а вместо этого используют свечу зажигания, чтобы произвести искра зажигания.Свеча зажигания не имеет движущихся частей, что намного безопаснее, чем у свечи зажигания. метод, используемый братьями. В современных системах также используется очень высокое напряжение по сравнению с системой братьев. Но у братьев было одно преимущество перед современными системами. Их контактные данные перемещались во время цикла двигателя, поэтому оставались относительно чистыми. Современные свечи зажигания могут испортить из-за масла и грязи, присутствующих в Камера сгорания собирается в зазоре свечи. «Сделать и break «система не имеет этой проблемы.


Действия:

Экскурсии с гидом

Навигация ..


Руководство для начинающих Домашняя страница
Двигатель внешнего сгорания

: типы и применение — стенограмма видео и урока

Двигатели внешнего и внутреннего сгорания

Разница между двигателями внешнего и внутреннего сгорания довольно проста и очевидна благодаря разнице в их названиях.В двигателе внешнего сгорания топливо не сжигается внутри двигателя. В двигателе внутреннего сгорания камера сгорания находится прямо посередине двигателя.

Внешние двигатели имеют рабочую жидкость, нагреваемую топливом. Двигатели внутреннего сгорания полагаются на взрывную силу топлива в двигателе, чтобы произвести работу. В двигателях внутреннего сгорания взрыв с силой выталкивает поршни или выталкивает горячий газ под высоким давлением из двигателя на больших скоростях.Как движущиеся поршни, так и выбрасываемый с высокой скоростью газ могут выполнять свою работу. В двигателях внешнего сгорания при сгорании нагревается жидкость, которая, в свою очередь, выполняет всю работу.

Типы двигателей внешнего сгорания

Паровой двигатель — это один из типов двигателей внешнего сгорания. В паровом двигателе в камере сгорания сжигается такое топливо, как уголь. Это тепло превращает воду в бойлере в пар. По трубам пар подается в турбину, у которой к валу прикреплен ряд лопастей.При прохождении через турбину высокотемпературный пар расширяется, давит на лопасти и заставляет их вращать вал. Вращающийся вал может приводить в движение электрогенератор, приводить в движение гребной винт или выполнять другую полезную работу.

Другая конфигурация включает нагнетание пара высокого давления в камеру с поршнем. Пар давит на поршень, соединенный с коленчатым валом. Коленчатый вал может преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое может вращать колеса или пропеллеры.

Второй тип двигателя внешнего сгорания — это двигатель Стирлинга . Двигатель Стирлинга отличается от парового двигателя тем, что его рабочая жидкость всегда находится в газовой фазе, в отличие от парового двигателя, который превращает жидкую воду в газообразный пар. Кроме того, двигатель Стирлинга непрерывно рециркулирует свою рабочую жидкость, тогда как паровые двигатели выбрасывают конденсированный пар, как только он проходит через двигатель.

Двигатели Стирлинга работают на горячем газе, нагретом от внешнего источника, через поршни, которые вращают коленчатый вал.В сложной конфигурации газ циркулирует между горячим и холодным концом поршневой камеры, расширяясь при нагревании и сжимаясь при охлаждении. Расширенный газ толкает поршень вперед, в то время как сжимающийся газ толкает поршень назад. Тепло, генерируемое при сгорании, используется для производства работы и непрерывного цикла рабочего тела в горячих и холодных циклах.

Использование двигателей внешнего сгорания

Паровые двигатели были первыми изобретенными удачными двигателями, и именно они стали движущей силой промышленной революции.Это то, что питало знаменитый паровоз с его струей пара, вырывающейся из трубы. В настоящее время они используются для производства большого количества электроэнергии в мире. Любая угольная или атомная электростанция приводится в движение паровыми двигателями. Любой, кто когда-либо ездил на электростанции, видел гигантские белые клубы пара, поднимающиеся из нескольких труб.

Двигатель Стирлинга имеет более ограниченное применение и не так широко распространен, как паровой двигатель. Двигатели Стирлинга используются для выработки электроэнергии в некоторых частях мира.Они также используются на подводных лодках и для отопления жилых домов. Недавно они были объединены с солнечными фермами для выработки электроэнергии.

Резюме урока

Таким образом, двигатель внешнего сгорания классифицируется как таковой, потому что он работает на сгорании топлива, но сгорание происходит в камере, внешней по отношению к двигателю. Таким образом, он отличается от двигателя внутреннего сгорания , поскольку в двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит внутри двигателя.

Двигатели внешнего сгорания могут быть паровыми двигателями или двигателями Стирлинга. Паровые двигатели превращают жидкую воду в газообразный пар и работают на паровозах и электростанциях и очень широко используются. Двигатели Стирлинга отличаются от паровых двигателей тем, что в них рабочая жидкость всегда находится в газовой фазе, ограничены в их использовании. В некоторых частях света они вырабатывают электроэнергию, обогревают дома и подводные лодки.

Двигатель

IC: работа, классификация, типы, методы, конструкция и примечания

В этой статье мы поговорим о двигателе IC: — 1.Замечания по двигателю внутреннего сгорания 2. Основные операции двигателя внутреннего сгорания 3. Классификация 4. Конструкция 5. Наддув 6. Порядок зажигания 7. Способы запуска двигателей внутреннего сгорания 8. Управление.

Состав:

  1. Примечания к двигателю внутреннего сгорания
  2. Основные операции двигателя внутреннего сгорания
  3. Классификация двигателей внутреннего сгорания
  4. Производство двигателей внутреннего сгорания
  5. Наддув двигателей внутреннего сгорания
  6. Порядок запуска двигателя внутреннего сгорания
  7. Способы запуска двигателей внутреннего сгорания
  8. Управление двигателями внутреннего сгорания

1.Примечания к двигателю внутреннего сгорания:

Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания) — это машины, в которых происходит сгорание топлива, а выделяемое тепло используется для обеспечения работы в расширительном устройстве, которое называется первичным двигателем.

В паровом двигателе или турбине происходит сгорание топлива, и тепло сгоревшего топлива используется для генерации пара, который действует как среда для привода парового двигателя или паровой турбины. Эти двигатели называются двигателями внешнего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания являются первичными двигателями, которые развивают мощность после сгорания топлива и переводят тепло в механическую работу либо путем прямого сгорания топлива в цилиндре двигателя, либо сгорания топлива вне цилиндра.

Работа создается за счет использования давления и сил горячих газов, возникающих при сгорании топлива, а затем эти газы выпускаются из двигателя. Двигатели внутреннего сгорания преобразуют тепловую энергию в механическую энергию.

Тепловая энергия вырабатывается путем прямого сгорания топлива в цилиндре двигателя, и часть тепла преобразуется в фактическую работу. При этом используется кривошипно-ползунковый механизм для преобразования тепла в реальную работу.

Есть два типа двигателей внутреннего сгорания:

(1) Поршневые двигатели и

(2) Роторные двигатели или газовые турбины.


2. Основные операции двигателя внутреннего сгорания:

В поршневых двигателях внутреннего сгорания для выработки энергии в основном используется кривошипно-шатунный механизм.Поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре и соединен с шатуном и коленчатым валом. Кривошипный механизм ползуна преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное движение.

Топливо сгорает в цилиндре двигателя либо самовоспламенением, либо внешними средствами, такими как свеча зажигания. Топливно-воздушная смесь подается в цилиндр двигателя. Сгорание топлива происходит из-за его реакции с кислородом воздуха. При этом в цилиндре двигателя образуются горячие газы, которые прикладывают силу к поршню, и возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение.На Рис. 13-2 показаны основные операции I.C. двигатель.


3. Классификация двигателей внутреннего сгорания:

Не существует стандартных методов или способов классификации I.C. Двигатели.

Их можно классифицировать по-разному, например:

(1) Расположение цилиндров двигателя:

(i) Горизонтальный двигатель

(ii) Вертикальный двигатель

(iii) V двигатель

(iv) Рядный двигатель

(v) Двигатель с оппозитным цилиндром

(vi) Двигатель с оппозитным поршнем

(vii) Двигатель Deltic

(viii) Двигатель Y

(ix) Радиальный двигатель

(2) Занятый рабочий цикл:

(i) Четырехтактный двигатель

(ii) Двухтактный двигатель

(3) Используемое топливо:

(i) Бензиновый двигатель

(ii) Дизельный двигатель

(iii) Газовый двигатель

(iv) Двухтопливный двигатель

(4) Природа используемого термодинамического цикла:

(i) Двигатель цикла Отто

(ii) Дизельный двигатель

(iii) Двигатель с двойным циклом сгорания.

(5) Скорость:

(i) Низкооборотный двигатель

(ii) Среднеоборотный двигатель

(iii) Высокоскоростной двигатель

(6) Метод охлаждения:

(i) Двигатель с воздушным охлаждением

(ii) Двигатель с водяным охлаждением

(7) Область применения:

(i) Стационарный двигатель

(ii) Судовой двигатель

(iii) Автомобильный двигатель

(iv) Мотоциклетный двигатель

(v) Авиадвигатель

(vi) Локомотивный двигатель и т. Д.

(8) Метод зажигания:

(i) Двигатель с воспламенением от сжатия

(ii) Двигатель с искровым зажиганием.


4. Производство двигателей внутреннего сгорания:

На рис. 13-15 показаны механические элементы поршневого I.C. двигатель. Поршень, совершающий возвратно-поступательное движение в цилиндре, очень плотно прилегает к цилиндру. Чтобы предотвратить утечку газа с одной стороны поршня на другую его сторону, поршневые кольца вставляются в кольцевые канавки поршня.

Цилиндр просверлен в блоке цилиндров, может быть прикручен к верхней части картера. Верхняя часть цилиндра уплотняется путем прикручивания к ней головки блока цилиндров. Обычно между цилиндром и головкой цилиндра вставляется прокладка из медных листов и асбеста. Камера сгорания находится в верхней части головки блока цилиндров.

Поскольку сгорание происходит в цилиндре двигателя, он становится очень горячим. Чтобы сохранить материалы двигателя и смазку, двигатель следует охлаждать.На рис. 13-16 каналы для охлаждающей среды показаны в стенках блока цилиндров вокруг цилиндра, а также в головке цилиндров вокруг камеры сгорания.

Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала посредством шатуна и кривошипа. Шатун соединяет поршень и кривошип, который установлен на коленчатом валу. Штифт, который соединяет поршень и шатун, известен как поршневой палец или поршневой палец.

Конец шатуна, который надевается на поршневой палец, называется малым концом шатуна, а другой конец, который надевается на палец кривошипа, называется большим концом шатуна. На рис. 13-15 показан эскиз I.C. двигатель.

Дно двигателя закрыто поддоном. Этот поддон часто содержит масло, которое перекачивается по двигателю для смазки.

Механический цикл двигателя внутреннего сгорания может завершаться за один оборот (двухтактный цикл) коленчатого вала или за два оборота (четырехтактный цикл) коленчатого вала.

В двигателе, работающем по принципу четырехтактного цикла, есть клапаны с механическим управлением, которые регулируют впуск и выпуск в цилиндр двигателя и из него. Открытие и закрытие клапанов регулируется кулачками, закрепленными на распределительном валу.

Распределительный вал приводится в действие посредством зубчатой ​​передачи или цепной передачи от коленчатого вала. Распределительный вал вращается на половину скорости вращения коленчатого вала. Клапаны, известные как тарельчатые клапаны, удерживаются в закрытом положении с помощью пружин клапана.

В случае двигателя, работающего в двухтактном цикле, управление впуском и выпуском осуществляется посредством отверстий, прорезанных по окружности в стенках цилиндров. Эти порты открываются и закрываются с помощью движущегося поршня. Все эти серии событий образуют полный цикл событий, и эти события происходят в одном и том же порядке в любом цикле.

Если все события завершаются за четыре хода поршня, то говорят, что двигатель работает по принципу четырехтактного цикла.Если, с другой стороны, эти события завершаются за два хода поршня, то говорят, что двигатель работает по принципу двухтактного цикла. На рис. 13-6 показан эскиз двухтактного двигателя.


5. Наддув двигателей внутреннего сгорания:

Нагнетание — это процесс повышения давления топливовоздушной смеси, поступающей в бензиновый двигатель, до давления, превышающего давление атмосферного воздуха, и обычно достигается с помощью небольшого компрессора или нагнетателя, называемого нагнетателем.Нагнетатели также перемешивают смесь до более однородного состояния.

Мощность, необходимая для привода нагнетателей или нагнетателей, отбирается от двигателя через шестерни. Нагнетатели используются для увеличения мощности существующего двигателя или для уменьшения размера двигателя при той же мощности или для восстановления нормальной морской мощности двигателя, когда он работает на больших высотах.

Было обнаружено, что при наддуве бензинового двигателя до удвоенного атмосферного давления мощность увеличивается более чем вдвое, а такая же степень наддува в двигателях с воспламенением от сжатия увеличивает их мощность примерно на 75%.


6. Порядок включения двигателя внутреннего сгорания:

Порядок запуска двигателя — это последовательность, в которой запускаются многоцилиндровые двигатели. В многоцилиндровом двигателе запускаются не в обычной последовательности, а в другой последовательности. Порядок стрельбы поддерживается для правильной балансировки двигателя и регулировки неуравновешенных сил. Порядок срабатывания указывает последовательность срабатывания цилиндров.Номер цилиндра записывается последовательно.

В следующей таблице показан порядок включения различных двигателей:


7. Способы запуска двигателей внутреннего сгорания:

Пусковые устройства обычно используются в двигателях с воспламенением от сжатия, особенно в двигателях, оборудованных турбулентными камерами сгорания. Бензиновые двигатели, а также газовые двигатели и малые агрегаты низкой компрессии C.I. двигатели могут запускаться вручную или электростартером.Как правило, инструкция по эксплуатации, поставляемая производителями, должна быть тщательно изучена перед процедурой запуска.

С более крупными агрегатами в низком классе сжатия C.I. для запуска двигателей используются следующие способы:

(1) Паяльная лампа

(2) Электронагреватель в камере сгорания

(3) Сжатый воздух

(4) Специальный картридж.

На рис. 13-91 показан способ запуска паяльной лампы. Паяльная лампа прикладывается к горячей колбе или неохлаждаемой части цилиндра, пока пятно не станет достаточно горячим, чтобы воспламениться пары масла.Затем двигатель закрывается, и когда происходит впрыск, масло воспламеняется, и двигатель начинает работать.

Электронагреватель действует точно так же, как паяльная лампа, но тепло подается электрическими средствами. Клапан сброса сжатия также используется с небольшими устройствами для облегчения работы по запуску. Двигатели средней и высокой степени сжатия всегда запускаются сжатым воздухом.

Воздух используется в течение нескольких циклов для накопления энергии в маховике, а масло распыляется.В многоцилиндровых двигателях цилиндры приводятся в действие по одному или по два за раз. У дорожных транспортных средств с дизельными двигателями отключены все цилиндры, кроме одного, и двигатель запускается электрическим стартером или вручную. Когда двигатель проработает несколько секунд, задействуются другие цилиндры.

Сжатый воздух может подаваться с помощью:

(i) Компрессоры с ручным приводом для малых установок

(ii) Компрессоры с приводом от самого двигателя

(iii) Компрессоры с отдельным приводом.


8. Управление двигателями внутреннего сгорания:

(1) В бензиновых двигателях управление осуществляется с помощью дроссельной заслонки, которая размещается во впускном коллекторе сразу после карбюратора. Величина открытия дроссельной заслонки определяет, сколько смеси может попасть в цилиндр. В автомобилях дроссельная заслонка управляется ножным блоком управления или педалью акселератора.

Изменится среднее эффективное давление в цилиндре и, как следствие, мощность, развиваемая в цилиндре двигателя.Положение дроссельной заслонки может регулироваться регулятором скорости центробежного типа. Для некоторых приложений дроссельная заслонка может быть установлена ​​в зависимости от нагрузки, при этом скорость поддерживается постоянной.

(2) В дизельных двигателях поток топлива регулируется центробежным регулятором, который приводит в действие тяги, которые приводят в действие какое-либо устройство на топливном насосе для обхода части топлива, которое в противном случае было бы впрыснуто в цилиндр двигателя. В насосе впрыска плунжерного типа регулятор изменяет относительное угловое положение плунжера, как показано на рис.13-94. Губернатор работает на стойке.

Поскольку дизельный двигатель не полагается на фиксированные пропорции воздуха и топлива для сгорания, можно использовать любое соотношение топлива до точки, когда весь кислород потребляется.

(3) В газовых двигателях есть три метода управления —

(i) Метод ударов и промахов

(ii) Контроль качества

(iii) Регулирующее количество.

(i) Метод управления ударами и промахами:

Рис.13-93 показано устройство для управления типом попадания и промаха.

В этой конструкции, когда скорость превышает допустимое значение, регулирующая втулка поднимается, и рычаг, прикрепленный к втулке, поднимает педальный блок, так что газовый клапан не открывается; в результате в цилиндр двигателя попадает только воздух.

Таким образом, в этом цикле мощность в цилиндре двигателя не развивается из-за полного отсутствия топлива, и в результате скорость падает. Скорость продолжает уменьшаться до тех пор, пока клюв не вернется в исходное положение.Таким образом, мы видим, что взрывы пропускаются периодически, но каждый заряд имеет нормальную силу.

Это простой способ управления газовыми двигателями, но он редко используется в других двигателях, потому что этот метод имеет недостаток, заключающийся в сравнительно большом изменении скорости из-за дополнительной продувки, которая происходит сразу после пропущенных взрывов. Это эффективный метод с точки зрения экономии расхода газа.

(ii) Контроль качества:

В этом методе изменяется крепость смеси.Когда скорость высока, соотношение воздух-топливо увеличивается. Это приводит к более низкому давлению и, следовательно, снижению скорости.

Зажигание не всегда удовлетворительное при таком управлении. Невозможно найти наиболее подходящую точку для всех крепостей смеси. Также снижается термический КПД.

(iii) Регулирующее количество:

В этом методе прочность смеси остается прежней, но количество смеси, поступающей в цилиндр для сжатия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *