Такты работы двигателя внутреннего сгорания: Двигатель внутреннего сгорания — Автоблог 24premier.ru

Содержание

Такты работы ДВС — презентация онлайн

1. Тема 4. Такты работы ДВС (часть 1)

2. Вопросы: 1. Процесс газообмена: выпуск и впуск 2. Сжатие

Периоды газообмена
!
Процессы выпуска из цилиндра
продуктов
сгорания
и
наполнения цилиндра свежим
зарядом называют процессами
газообмена.
Продолжительность
данного
процесса определяется фазами
газораспределения.
Основные периоды процесса газообмена четырехтактного
двигателя следующие:
1. Свободный выпуск
2. Принудительный выпуск
3. Наполнение
4. Дозарядка
Круговая диаграмма
фаз газораспределения
четырехтактного
двигателя
Основные периоды процесса впуска:
1.
Период перекрытия клапанов
(от точки r’ до точки a’) –
интенсивный процесс
газообмена;
2.
Период (от точки a’ до точки a) –
наполнения свежим зарядом;
3.
Период (от точки a до точки a’’)
– дозарядка или обратный
выброс.
Показатели качества газообмена:
Коэффициент наполнения —
Коэффициент остаточных газов —
Коэффициент наполнения:
Действительное количество
свежего заряда,
поступившего в цилиндр
!
Коэффициент наполнения равен
отношению действительного
количества свежего заряда,
поступившего в цилиндр
двигателя двигателя к
теоретическому количеству
свежего заряда, которое там
может разместиться при
определенных условиях:
-для двигателя без наддува при
атмосферных условиях Po и To;
Теоретическое количество
свежего заряда, которое
может разместиться в
цилиндре при определенных
условиях
— для двигателя с наддувом при
давлении Pk и Tk во впускном
трубопроводе за компрессором и
охладителем.
Значения
коэффициента
наполнения

для
различных типов автомобильных и тракторных
двигателей при работе их с полной нагрузкой:
Для двигателей с электронным впрыском………..0,80-0,96
Для карбюраторных двигателей……………………0,70-0,90
Для дизелей без наддува……………………………0,80-0,94
Для дизелей с наддувом……………………………0,80-0,97
Коэффициент остаточных газов:
Количество остаточных
газов в цилиндре
!
Под коэффициентом остаточных
газов понимают отношение
количества остаточных газов к
количеству свежего заряда.
Величина коэффициента остаточных газов
изменяется в следующих пределах:
Количество свежего заряда в
цилиндре
Для бензиновых и газовых двигателей без
наддува……………………………0,04-0,10
Для дизелей без наддува…………0,02-0,05
Для двухтактных двигателей……0,05-0,40
Влияние на коэффициент наполнения различных
факторов:
Зависимость коэффициента
наполнения автомобильных
двигателей от частоты вращения
коленчатого вала
1 – ЗИЛ-130,
Зависимость коэффициента
наполнения от нагрузки
2- ЗАЗ-966А
+ степень сжатия
+ давление и температура на впуске
Примеры организации движения свежего заряда
Завихрение заряда в
цилиндре дизельного
двигателя в процессе
впуска
Применение четырех клапанов на один цилиндр с
завихрением заряда на впуске в бензиновых
двигателях
Завихрение заряда на впуске в зависимости от
режима работы двигателя
Изменение длины впускного коллектора
Длинный впускной коллектор
Короткий впускной коллектор
Задачи процесса сжатия:
-расширение температурных пределов рабочего цикла;
-создание условий, необходимых для воспламенения и сгорания
горючей смеси. Эти условия обеспечивают эффективное
преобразование теплоты в полезную работу.
!
Эффективность данного процесса определяется
степенью сжатия
Ориентировочные пределы степеней сжатия для двигателей
различных типов:
!
Действительный процесс сжатия отличается от
такового в обратимых термодинамических
циклах наличием утечек рабочего тела и
изменением его состава в результате испарения
и окисления топлива и масла, а также наличием
теплообмена со стенками
Давление (МПа) и температура (К) в конце процесса
сжатия определяются из уравнения политропы с
постоянным показателем:
где
показатель политропы
Влияние различных факторов на показатель адиабаты
сжатия:
* При одинаковой степени сжатия и температуре начала сжатия значение
для бензиновых двигателей обычно ниже, чем для дизелей. Причина –
испарение топлива.
* Увеличение частоты вращения приводит к увеличению показателя адиабаты.
Причина – время на процесс теплообмена со стенками уменьшается.
* Уменьшение отношения поверхности охлаждения
к объему цилиндра
приводит к увеличению показателя адиабаты.
* Повышение средней температуры процесса сжатия ведет к снижению
показателя адиабаты.
* Увеличение интенсивности охлаждения ведет к снижению показателя
адиабаты.
?
Вопрос. Показатель адиабаты выше у какого двигателя: с водяным
охлаждением или воздушным?
!

4 такта работы двигателя внутреннего сгорания | Гидравлика и пневматика

Большинство современных двигателей внутреннего сгорания — четырехтактные, это значит, что всю из работу можно разделить на 4 этапа — такта. Разобравшись в том, что происходит на каждом из этапов легко понять, как работает двигатель.

Двигатель внутреннего сгорания — ДВС

Прежде, чем перейти непосредственно к работе двигателя отметим основные элементы его конструкции, это поможет правильно понять описание его работы.

Элементы конструкции ДВС

Поршни перемешаются в цилиндрических расточках, выполненных в блоке цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом при помои шатунов. Газораспределительный механизм с клапанами позволяет соединять рабочую камеру с впускным или выпускным коллектором. Воспламенить топливную смесь позволяет свеча.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Цикл работы двигателя

Основные элементы конструкции двигателя определены, теперь можно разобраться в работе двигателя, как упоминалось ранее цикл его работы состоит из четырех тактов, рассмотрим подробнее каждый из них.

Такт 1

Первый такт работы ДВС

Чтобы двигатель мог, что то сжечь, надо сначала этим чем-то его заправить. В ДВС это смесь воздуха и топлива. При движении поршня вниз объем рабочей камеры увеличивается, значит давление в ней падает. Клапаны соединяющие рабочую камеры с впускным коллектором открываются и воздух заполняет ее. Топливо распыляется с помощью форсунки.

Такт 2

Второй такт

Полученную смесь надо сжать, чтобы при воспламенении она расширилась и переместила поршень. Для осуществления сжатия поршень нужно переместить вверх, клапаны в этот момент должны быть закрыты.

Такт 3

Третий такт

На третьем этапе свеча дает искру, которая воспламеняет смесь, она нагревается и расширяется, толкая поршень вниз. Поршень вращает коленвал.

Такт 4

Четвертый такт

От продуктов горения нужно избавиться. Для этого открываются клапаны со стороны выпускного коллектора, поршень движется вверх вытесняя газы в выхлопную систему.

После 4 такта вновь наступает первый.

Количество поршней

Таким образом поршень только на третьем этапе вращал коленчатый вал, а на всех остальных наоборот коленвал перемещал поршень. Но откуда на валу возьмется энергия для вращения вала. Можно использовать не один поршень, а несколько. Пожалуй,самым логичным решением будет установка четырех поршней (хотя их может быть и 3, и 6, и 12). Если в двигателе 4 поршня, то каждый из них в один момент находится на разных этапах:

первый — всасывает воздух;
второй — сжимает смесь;
третий — осуществляет рабочий ход;
четвертый — вытесняет выхлопные газы.

Для обеспечения плавной работы на валу двигателя может быть установлен маховик.

Презентация по физике двигатель внутреннего сгорания. Презентация

был несовершенен, с низким КПД и не мог быть применён
на практике. На помощь пришёл другой французкий
изобретатель Бо де Роша, который в 1862 году предложил
использовать в этом двигателе четыре такта:
1.Впуск
2.Сжатие
3.Рабочий ход
4.Такт выпуска
Первым автомобилем с четырёхтактным ДВС был
трёхколёсный экипаж Карла Бенца, построенный в 1885
году.
Годом позже (1886 г) появился вариант Готлиба Даймера.
Оба изобретателя работали независимо друг от друга.
В 1926 году они объединились, создав фирму Deimler-Benz
AG.

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 же работает это устройство 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. Степень
сжатия – 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 резкое 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. Чем лучше сработает
выпускной клапан, тем
больше отработанных газов
удалится из цилиндра,
освободив, тем самым,
место для новой порции
топливно-воздушной смеси.

Разновидности двигателя внутреннего сгорания

Дизельный двигатель внутреннего сгорания

Ди́зельный дви́гатель — поршневой
двигатель внутреннего сгорания,
работающий по принципу воспламенения
распыленного топлива от
соприкосновения со сжатым разогретым
воздухом. Дизельные двигатели работают
на дизельном топливе (в просторечии —
«солярка»).
В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию
«экономичного термического двигателя»,
который благодаря сильному сжатию в
цилиндрах значительно улучшает свою
эффективность. Он получил патент на свой
двигатель 23 февраля 1893. Первый
функционирующий образец, названый «Дизельмотором», был построен Дизелем к началу 1897
года, и 28 января того же года он был успешно
испытан.

Принцип работы инжекторного двигателя

В современных впрысковых
двигателях для каждого
цилиндра предусмотрена
индивидуальная форсунка.
Все форсунки соединяются с
топливной рампой, где
топливо находится под
давлением, которое создает
электробензонасос.
Количество впрыскиваемого
топлива зависит от
продолжительности открытия
форсунки. Момент открытия
регулирует электронный блок
управления (контроллер) на
основании обрабатываемых
им данных от различных
датчиков.

Слайд 1

Урок физики в 8 классе

Слайд 2

Вопрос 1:
Какая физическая величина показывает, сколько энергии выделяется при сжигании 1кг топлива? Какой буквой ее обозначают? Удельная теплота сгорания топлива. g

Слайд 3

Вопрос 2:
Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200г бензина. g=4,6*10 7дж/кг Q=9,2*10 6дж

Слайд 4

Вопрос 3:
Удельная теплота сгорания каменного угля примерно в 2 раза больше, чем удельная теплота сгорания торфа. Что это значит. Это значит, что для сгорания каменного угля потребуется в 2 раза большее количество теплоты.

Слайд 5

Двигатель внутреннего сгорания
Внутренней энергией обладают все тела – земля, кирпичи, облака и так далее. Однако чаще всего извлечь ее трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, «горючих» и «горячих» тел. К ним относятся: нефть, уголь, теплые источники вблизи вулканов и так далее. Рассмотрим один из примеров использования внутренней энергии таких тел.

Слайд 6

Слайд 7

Карбюраторный двигатель.
карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.

Слайд 8

Основные Основные части ДВС части ДВС
1 – фильтр для всасываемого воздуха, 2 – карбюратор, 3 – бензобак, 4 – топливопровод, 5 – распыляющийся бензин, 6 – впускной клапан, 7 – запальная свеча, 8 – камера сгорания, 9 – выпускной клапан, 10 – цилиндр, 11 – поршень.
:
Основные части ДВС:

Слайд 9

Работа этого двигателя состоит из нескольких повторяющихся друг за другом этапов, или, как говорят, тактов. Всего их четыре. Отсчет тактов начинается с момента, когда поршень находится в крайней верхней точке, и оба клапана закрыты.

Слайд 10

Первый такт называется впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь камеры сгорания. После этого впускной клапан закрывается.

Слайд 11

Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь.

Слайд 12

Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь почти мгновенно сгорает и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз.

Слайд 13

Четвертый такт – выпуск (рис «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает газы из камеры сгорания в выхлопную трубу. Затем клапан закрывается.

Слайд 14

физкультминутка

Слайд 15

Дизельный двигатель.
В 1892 г. немецкий инженер Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией.

Слайд 16

Принцип работы:
В цилиндры двигателя Дизеля попадает только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и внутренняя энергия воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.

Слайд 17

Такты работы:
всасывание воздуха; сжатие воздуха; впрыск и сгорание топлива – рабочий ход поршня; выпуск отработавших газов. Существенное отличие: запальная свеча становится ненужной, и ее место занимает форсунка – устройство для впрыскивания топлива; обычно это низкокачественные сорта бензина.

Слайд 18

Некоторые сведения о двигателях Тип двигателя Тип двигателя
Некоторые сведения о двигателях Карбюраторный Дизельный
История создания Впервые запатентован в 1860 г. французом Ленуаром; в 1878 г. построен нем. изобретателем Отто и инженером Лангеном Изобретен в 1893 г. немецким инженером Дизелем
Рабочее тело Воздух, насыщ. парами бензина Воздух
Топливо Бензин Мазут, нефть
Макс. давление в камере 6 × 105 Па 1,5 × 106 — 3,5 × 106 Па
Т при сжатии рабочего тела 360-400 ºС 500-700 ºС
Т продуктов сгорания топлива 1800 ºС 1900 ºС
КПД: для серийных машин для лучших образцов 20-25% 35% 30-38% 45%
Применение В легковых машинах сравнительно небольшой мощности В более тяжелых машинах большой мощности (тракторы, грузовые тягачи, тепловозы).

Слайд 19

Слайд 20

Назови основные части ДВС:

Слайд 21

1. Назовите основные такты работы ДВС. 2. В каких тактах клапаны закрыты? 3. В каких тактах открыт клапан 1? 4. В каких тактах открыт клапан 2? 5. Отличие ДВС от дизеля?

Слайд 22

Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре
Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой
Четырехтактный двигатель – один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4 такта).

Слайд 23

Заполнить таблицу
Название такта Движение поршня 1 клапан 2 клапан Что происходит
Впуск
Сжатие
Рабочий ход
выпуск
вниз
вверх
вниз
вверх
открыт
открыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
Всасывание горючей смеси
Сжатие горючей смеси и воспламенение
Газы выталкивают поршень
Выброс отработанных газов

Слайд 24

1. Тип теплового двигателя, в котором пар вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. 2. Обозначение удельной теплоты плавления. 3. Одна из частей двигателя внутреннего сгорания. 4. Такт цикла двигателя внутреннего сгорания. 5. Переход вещества из жидкого состояния в твердое. 6. Парообразование, происходящее с поверхности жидкости.

УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. В верхней части цилиндра имеется два клапана 1 и 2, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы. В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает градусов Цельсия.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ I ТАКТ Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала. При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз. Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ II ТАКТ При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь. В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ III ТАКТ Под действием расширяющихся нагретых газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах. Второй и третий такты происходят при закрытых клапанах.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ IV ТАКТ В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх. В конце четвертого такта клапан 2 закрывается.

создания..

История создания

Этьен Ленуар (1822-1900)

Этапы развития ДВС:

1860 г. Этьен Ленуар изобрел первый двигатель, работавший на светильном газе

1862 г. Альфонс Бо Де Роша предложил идею четырехтактного двигателя. Однако свою идею осуществить он не сумел.

1876 г. Николаус Август Отто создает четырехтактный двигатель по Роше.

1883 г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать как на газе, так и на бензине

Карл Бенц изобрел самоходную трехколесную коляску на основе технологий Даймлера.

К 1920 г. ДВС становятся лидирующими. экипажи на паровой и электрической тяге стали большой редкостью.

Август Отто (1832-1891)

Карл Бенц

История создания

Трехколесная коляска, изобретенная Карлом Бенцом

Принцип действия

Четырехтактный двигатель

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

Различают 4 такта:

1 такт – впуск (горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр)

2 такт – сжатие (клапаны закрыты и смесь сжимается, в конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива)

3 такт – рабочий ход (происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу)

4 такт – выпуск (отработавшие газы вытесняются поршнем)

Принцип действия

Двухтактный двигатель

Существует также двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.

1 такт 2 такт

На практике мощность двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительная часть хода (20-35%) поршень совершает при открытых клапанах

КПД двигателя

КПД двигателя внутреннего сгорания мал и примерно составляет 25% – 40% . Максимальный эффективный КПД наиболее совершенных ДВС около 44%. Поэтому многие ученые пытаются увеличить КПД, а также и при этом саму мощность двигателя.

Способы увеличения мощности двигателя:

Использование многоцилиндровых двигателей

Использование специального топлива (правильного соотношения смеси и рода смеси)

Замена частей двигателя (правильных размеров составных частей, зависящие от рода двигателя)

Устранение части потерь теплоты перенесением места сжигания топлива и нагревания рабочего тела внутрь цилиндра

КПД двигателя

Степень сжатия

Одной из важнейших характеристик двигателя является его степень сжатия, которая определяется следующее:

e V 2 V 1

где V2 и V1 — объемы в начале и в конце сжатия. С увеличением степени сжатия возрастает начальная температура горючей смеси в конце такта сжатия, что способствует более полному ее сгоранию.

Разновидности ДВС

Двигатели Внутренненго Сгорания

Основные компоненты двигателя

Строение яркого представителя ДВС – карбюраторного двигателя

Остов двигателя (блок-картер, головки цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, масляный поддон)

Механизм движения (поршни, шатуны, коленчатый вал, маховик)

Механизм газораспределения (кулачковый вал, толкатели, штанги, коромысла)

Система смазки (масло, фильтр грубой отчистки, поддон)

жидкостная (радиатор, жидкость, др.)

Система охлаждения

воздушная (обдув потоками воздуха)

Система питания (топливный бак, топливный фильтр, карбюратор, насосы)

Основные компоненты двигателя

Система зажигания (источник тока – генератор и аккумулятор, прерыватель + конденсатор)

Система пуска (электрический стартер, источник тока – аккумулятор, элементы дистанционного управления)

Система впуска и выпуска (трубопроводы, воздушный фильтр, глушитель)

Карбюратор двигателя

Слайд 2

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например на транспорте.

Слайд 3

Типы ДВС

Роторно-поршневые

Слайд 4

Бензиновые

Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), или непосредственно в цилиндре при помощи распыляющих форсунок, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

Слайд 5

Дизельные

Специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Возгорание смеси происходит под действием высокого давления и, как следствие, температуры в камере.

Слайд 6

Газовые

двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях: смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испаренная в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150-200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя. генераторный газ — газ, полученный превращением твердого топлива в газообразное. В качестве твердого топлива используются: уголь торф древесина

Слайд 7

Роторно-поршневые

За счет вращения в камере сгорания многогранного ротора динамически формируются объёмы, в которых происходит обычный цикл ДВС. Схема

Слайд 8

Четырехтактный ДВС

Схема работы четырехтактного цилиндра двигателя, цикл Отто1. впуск2. сжатие3. рабочий цикл4. выпуск

Слайд 9

Роторный ДВС

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый) ___________________________ Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг шестерни. Его грани при этом скользят по поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре.

Слайд 10

Двухтактный ДВС

Двухтактный цикл. в двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще. Впрыск горючего Сжатие Воспламенение Отвод газов

Слайд 11

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком ДВС является то, что он производит высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемыми атрибутами двигателя внутреннего сгорания являются трансмиссия и стартер. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Также ДВС нужны топливная система (для подачи топливной смеси) и выхлопная система (для отвода выхлопных газов).

Слайд 12

Запуск двигателя внутреннего сгорания

Электростартёр Наиболее удобный способ. При запуске двигатель раскручивается электродвигателем(на рисунке – схема вращения простейшего электродвигателя), питающимся от аккумуляторной батареи (после запуска аккумулятор подзаряжается от генератора, приводимого основным двигателем). Но у него есть один существенный недостаток: чтобы провернуть коленчатый вал холодного двигателя, особенно зимой, ему необходим большой пусковой ток.

История создания двигателя внутреннего сгорания презентация. Презентация к работе «история двигателей внутреннего сгорания». Основные компоненты двигателя

Подготовил: Тарасов Максим Юрьевич

Руководитель: мастер производственного обучения

МАОУ ДО МУК «Эврика»

Баракаева Фатима Курбанбиевна

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – одно из главных устройств в конструкции автомобиля, служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания построен на том, что топливо в соединении с воздухом образуют воздушную смесь. Циклически сгорая в камере сгорания, воздушно-топливная смесь обеспечивает высокое давление, направленное на поршень, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Его энергия вращения передается трансмиссии автомобиля.

Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используется стартер – обычно электрический двигатель, проворачивающий коленвал. В более тяжелых дизельных двигателях в качестве стартера и для той же цели применяется вспомогательный ДВС («пускач»).

Существуют следующие типы двигателей (ДВС):

бензиновые
дизельные
газовые
газодизельные
роторно-поршневые

Карбюраторная система считается устаревшей, поэтому сейчас повсеместно используется инжекторная система подачи топлива. Распыляющие топливо форсунки (инжекторы) осуществляют впрыск либо непосредственно в цилиндр, либо во впускной коллектор. Инжекторные системы делятся на механические и электронные. Во-первых для дозации топлива используются механические рычаговые механизмы плунжерного типа, с возможностью электронного контроля топливной смеси. Во вторых процесс составления и впрыска топлива полностью возложен на электронный блок управления (ЭБУ). Инжекторные системы необходимы для более тщательного сгорания топлива и минимизации вредных продуктов горения.

Дизельные ДВС используют специальное дизтопливо . Двигатели автомобиля подобного типа не имеют системы зажигания: топливная смесь, попадающая в цилиндры через форсунки, способна взрываться под действием высокого давления и температуры, которые обеспечивает поршневая группа.

Бензиновые и дизельные двигатели. Рабочие циклы бензинового и дизельного двигателя

используют газ в качестве топлива – сжиженный, генераторный, сжатый природный. Распространение таких двигателей было обусловлено растущими требованиями к экологической безопасности транспорта. Исходное топливо хранится в баллонах под большим давлением, откуда через испаритель попадает в газовый редуктор, теряя давление. Далее процесс аналогичен инжекторным бензиновым ДВС. В некоторых случаях газовые системы питания могут не использовать в своем составе испарители.

Современный автомобиль, чаще 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, 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.

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, 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.

Презентация подготовлена по материалам сайта http://autoustroistvo.ru

Слайд 1

Урок физики в 8 классе

Слайд 2

Слайд 3

Вопрос 2:
Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200г бензина. g=4,6*10 7дж/кг Q=9,2*10 6дж

Слайд 4

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Карбюраторный двигатель.
карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.

Слайд 8

Слайд 9

Слайд 10

Слайд 11

Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь.

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

физкультминутка

Слайд 15

Слайд 16

Слайд 17

Слайд 18

Слайд 19

Слайд 20

Назови основные части ДВС:

Слайд 21

Слайд 22

Слайд 23

Слайд 24

История создания первого двигателя внутреннего сгорания Первый по настоящему
работоспособный Двигатель Внутреннего Сгорания (ДВС)
появился в Германии в 1878 году. Но история создания
ДВС уходит своими корнями во Францию.
В 1860 году французский изобретатель Этвен Ленуар
изобрёл
первый двигатель внутреннего сгорания. Но этот агрегат
был несовершенен, с низким КПД и не мог быть применён
на практике. На помощь пришёл другой французкий
изобретатель Бо де Роша, который в 1862 году предложил
использовать в этом двигателе четыре такта:
1.Впуск
2.Сжатие
3.Рабочий ход
4.Такт выпуска
Первым автомобилем с четырёхтактным ДВС был
трёхколёсный экипаж Карла Бенца, построенный в 1885
году.
Годом позже (1886 г) появился вариант Готлиба Даймера.
Оба изобретателя работали независимо друг от друга.
В 1926 году они объединились, создав фирму Deimler-Benz
AG.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Первый такт — такт впуска

Второй такт — такт сжатия

Третий такт — рабочий ход

Четвертый такт — такт выпуска

Разновидности двигателя внутреннего сгорания

Дизельный двигатель внутреннего сгорания

Принцип работы инжекторного двигателя

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Август Отто В 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу- она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто. В 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма «Отто и Компания». На первый взгляд, двигатель Отто представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разряжённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разряжение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15%, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени.

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

Поиски нового горючего Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Ещё в 1872 году американец Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту — бензину. Но для того, чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина и получения горючей смеси его с воздухом. Брайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых «испарительных» карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Слайд 12

Описание слайда:

Слайд 13

Описание слайда:

Слайд 14

Описание слайда:

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

Двигатель автомобиля Подготовил: Тарасов Максим Юрьевич 11 класс Руководитель: мастер производственного обучения МАОУ ДО МУК «Эврика» Баракаева Фатима Курбанбиевна

2 слайд

Описание слайда:

3 слайд

Описание слайда:

Двигатель автомобиля Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – одно из главных устройств в конструкции автомобиля, служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания построен на том, что топливо в соединении с воздухом образуют воздушную смесь. Циклически сгорая в камере сгорания, воздушно-топливная смесь обеспечивает высокое давление, направленное на поршень, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Его энергия вращения передается трансмиссии автомобиля. Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используется стартер – обычно электрический двигатель, проворачивающий коленвал. В более тяжелых дизельных двигателях в качестве стартера и для той же цели применяется вспомогательный ДВС («пускач»).

4 слайд

Описание слайда:

Типы двигателей Существуют следующие типы двигателей (ДВС): бензиновые дизельные газовые газодизельные роторно-поршневые

5 слайд

Описание слайда:

Также ДВС классифицируются: по виду топлива, по числу и расположению цилиндров, по способу формирования топливной смеси, по количеству тактов работы двигателя внутреннего сгорания и т.д.

6 слайд

Описание слайда:

Бензиновые и дизельные двигатели. Рабочие циклы бензинового и дизельного двигателя Бензиновые двигатели внутреннего сгорания – наиболее распространенные из автомобильных двигателей. Топливом для них служит бензин. Проходя через топливную систему, бензин попадает через распыляющие форсунки в карбюратор или впускной коллектор, а затем эта воздушно-топливная смесь подается в цилиндры, сжимается под воздействием поршневой группы, поджигается искрой от свечей зажигания. Карбюраторная система считается устаревшей, поэтому сейчас повсеместно используется инжекторная система подачи топлива. Распыляющие топливо форсунки (инжекторы) осуществляют впрыск либо непосредственно в цилиндр, либо во впускной коллектор. Инжекторные системы делятся на механические и электронные. Во-первых для дозации топлива используются механические рычаговые механизмы плунжерного типа, с возможностью электронного контроля топливной смеси. Во вторых процесс составления и впрыска топлива полностью возложен на электронный блок управления (ЭБУ). Инжекторные системы необходимы для более тщательного сгорания топлива и минимизации вредных продуктов горения. Дизельные ДВС используют специальное дизтопливо. Двигатели автомобиля подобного типа не имеют системы зажигания: топливная смесь, попадающая в цилиндры через форсунки, способна взрываться под действием высокого давления и температуры, которые обеспечивает поршневая группа.

7 слайд

Описание слайда:

Газовые двигатели Газовые двигатели используют газ в качестве топлива – сжиженный, генераторный, сжатый природный. Распространение таких двигателей было обусловлено растущими требованиями к экологической безопасности транспорта. Исходное топливо хранится в баллонах под большим давлением, откуда через испаритель попадает в газовый редуктор, теряя давление. Далее процесс аналогичен инжекторным бензиновым ДВС. В некоторых случаях газовые системы питания могут не использовать в своем составе испарители.

8 слайд

Описание слайда:

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания Современный автомобиль, чаще 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).

9 слайд

Описание слайда:

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.

10 слайд

Описание слайда:

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.

11 слайд

Описание слайда:

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.

12 слайд

Описание слайда:

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. Презентация подготовлена по материалам сайта http://autoustroistvo.ru

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы, виды

Двигатели внутреннего сгорания построены по одному принципу – энергия сгорания топлива превращается в кинетическую энергия вращения коленвала. Существуют два типа моторов – двухтактные и четырехтактные. Оба обладают своими преимуществами и недостатками, попробуем разобраться в чем отличия.

Схема устройства двухтактного двигателя

Рабочий цикл двухтактного двигателя состоит из впуска и выпуска происходящего за один оборот коленчатого вала, тогда как 4-х тактный имеет следующие циклы — впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. И протекают они за два оборота маховика. В двигателе с 4 тактами впуск и выпуск осуществляются в виде разных процессов, в двухтактнике они совмещены со сжатием топливной смеси и расширением рабочих газов. Принцип действия двухтактного двигателя:

Первый такт – сжатие. Происходит движение поршня от нижней мертвой точки, при этом вначале закрывается продувочное окно. Отработанные выхлопные газы выводятся через выпускное отверстие. В этот момент в кривошипной камере под днищем поршня образуется область разрежения, куда поступает обогащенная топливная смесь из карбюратора (инжектора). Эта порция свежего воздуха выталкивает остатки выхлопных газов в выпускной коллектор. В момент наивысшего положения поршня происходит воспламенение смеси от свечи зажигания.
Второй такт – рабочий ход или расширение. Температура и давление газов в камере сгорания резко увеличивается, под его действием поршень начинает движение к нижней мертвой точке, совершая полезную работу. Повышенное давление в кривошипной камере перекрывает впускной клапан, препятствуя попаданию отработанных газов в карбюратор. Через систему выпускных окон отработавшие газы уходят в глушитель, а через продувочное окно начинает поступать свежая горючая смесь в камеру сгорания. В самой нижней точке действие второго такта заканчивается и процесс повторяется.

Двухтактный дизельный двигатель работает по такому же принципу, только у него отсутствует свеча зажигания, а воспламенение топлива происходит от сжатия. Поэтому степень сжатия в дизельных двс намного выше бензиновых.

Принцип работы ДВС

Самым главным механизмом, установленным в каждом автомобиле, является двигатель внутреннего сгорания. Механики любят называть его сердцем автомобиля. Именно он отвечает за преобразование энергии сгорания углеводородного топлива в механическое движение. Работают ДВС на жидком или газообразном топливе.

Принцип работы ДВС прост. Небольшие порции топлива, смешанного с воздухом в нужной пропорции, поступают в камеру сгорания. В ней топливная смесь воспламеняется. Выделяемая при этом энергия приводит в движение поршни, которые вращают вал.

Все остальные узлы автомобиля предназначены либо для повышения производительности силового агрегата, либо для контроля и управления. Вспомогательные системы создают также комфорт пассажирам и водителям, при этом обеспечивая им безопасную езду.

Более чем за полуторавековую историю своего развития появились ДВС, различающиеся конструкцией, мощностью и используемым топливом.

Видео: 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.

Главная классификация ДВС

Все существующие ДВС разделены на 3 вида:

поршневые;
роторные;
газотурбинные.

В поршневых агрегатах рабочим органом является поршень. В роторных моторах используется движение ротора. В газотурбинных двигателях движение осуществляется турбиной.

В каждом из видов этих силовых установок конструктивно реализованы разные схемы преобразования тепловой энергии в полезную работу. Это принципиально отличает их друг от друга. Максимальная производительность силовых агрегатов зависит от того, каким образом преобразуется тепловая энергия. Каждый вид силовых агрегатов создан для эффективной работы в своей области применения.

Ниже подробно описаны конструкции этих агрегатов и физические процессы, происходящие в них. Отдельный раздел статьи посвящён двигателю Стирлинга. Он относится к механизмам с внешней камерой сгорания. Но принцип работы этого мотора по нескольким признакам похож на ДВС. Это часто вызывает путаницу.

Газотурбинный двигатель

При воспламенении топлива образуются газы, которые при нагреве расширяются. Этот факт всем известен из школьного курса физики. Указанный принцип положен в основу газотурбинной установки. Топливная смесь сгорает, и нагретый газ моментально расширяется, заставляя лопасти турбины вращаться. Чем больше температура газа, тем быстрее он увеличивается в объёмах. Эта зависимость определяет коэффициент полезного действия этого вида ДВС: чем выше температура газов, тем больше КПД.

Разработано два типа газотурбинных установок, отличающихся количеством рабочих валов. Агрегаты с двумя валами мощнее по сравнению с одновальными механизмами.

Газотурбинные двигатели устанавливают на машины, где необходима большая мощность силовой установки. Например, грузовые автомобили, корабли, самолёты и железнодорожные локомотивы.

Видео: Принцип работы газотурбинного двигателя

Роторный ДВС

В моторах этого вида реализован принцип вращения вала от кругового движения ротора. Ротором является треугольный поршень, который вращается в овальной камере – статоре. Ротор закреплён на валу с эксцентриситетом. При таком расположении во время вращения ротора в цилиндре создаются полости для тактов зажигания, сгорания и выпуска. За один оборот ротора происходит 3 такта работы.

Достоинством роторного ДВС является отсутствие шатунов, коленчатого вала и многих сопутствующих узлов. Инженеры подсчитали, что деталей в агрегате роторного типа намного меньше, чем в моторах других типов. Поэтому роторные моторы гораздо меньше других. Это является ещё одним их преимуществом.

В Японии, известной своими передовыми разработками в автомобилестроении, были сконструированы двигатели, имеющие несколько роторов. Например, японцы сконструировали агрегат, имеющий такую же мощность, что и шестипоршневой двигатель гоночного автомобиля. Но размеры многороторного движка при этом гораздо меньше.

На ранних моделях вазовских автомобилей в своё время устанавливались роторные моторы.

Роторные двигатели гораздо проще и эффективнее поршневых. Но по непонятной причине роторные агрегаты используются очень редко.

Видео: Принцип работы роторного двигателя

Поршневой двигатель

Это – самый распространённый тип двигателя. Рассмотрим его принципиальную схему работы.

В конструкции мотора этого вида имеется несколько цилиндров, внутри каждого из них поршни совершают возвратно-поступательные движения. В обоих концах цилиндров расположены клапаны. Открываясь, клапан пропускает порцию топливной смеси в камеру сгорания, образующуюся в цилиндре перед поршнем. В это время поршень, двигаясь вверх, сжимает смесь. В расчётный момент происходит её воспламенение. Образующиеся газы расширяются и толкают поршень в другую сторону. Несколько таких поршней закреплены на валу П-образной конструкции. Обычно такой вал называют коленчатым. За каждое движение поршня вал проворачивается на определённую величину. Цикл движения поршня от одной стороны цилиндра до другой называется тактом. Скоординированная работа поршней заставляет коленчатый вал проворачиваться на полный оборот. Такие циклы постоянно повторяются, заставляя вращаться вал с большой скоростью.

Автомобилестроители постоянно совершенствуют поршневые двигатели. Каждое усовершенствование приводит к повышению мощности двигателя. Поршневые агрегаты являются самыми надёжными из всех видов силовых установок.

Видео: Принцип работы дизельного двигателя

Двигатель Стирлинга

В качестве примера разновидности двигательного агрегата с внешней камерой сгорания можно привести так называемый двигатель Стирлинга. Своё название он получил по фамилии изобретателя – шотландского священника Роберта Стирлинга. Этот оригинальный мотор работает на основе неоднократного нагрева рабочего тела – порции воздуха.

Принцип работы внешне похож на схему ДВС. В моторе Стирлинга тоже имеется цилиндр с поршнем, который двигается по возвратно-поступательной траектории и приводит в движение кривошипно-шатунный механизм. Мало того, цилиндр имеет радиатор охлаждения как в двигателе внутреннего сгорания.

Но главным отличием двигателя Стирлинга от ДВС является отсутствие топливной смеси. Её роль в данном случае выполняет воздух, который нагревается внешним источником тепла.

Дело в том, что уже находящийся в цилиндре воздух, нагреваясь, расширяется и толкает вытеснитель, который в свою очередь двигает рабочий поршень вверх. Поршень проворачивает кривошип. Проходя через зону охлаждения, воздух сжимается, давление в цилиндре уменьшается, образуя разрежение. В это время кривошип, двигаясь дальше, возвращает поршень в нижнее положение. Так периодически чередуя циклы нагрева и остывания рабочего тела (воздуха), извлекают энергию из процесса изменения давления.

Примечательно, что такой агрегат легко превратить в тепловой насос, изменив координацию работы рабочего поршня и вытеснителя.

Двигатель Стирлинга может работать практически на любом топливе, от дров до ядерной энергии. При этом конструкция этого агрегата очень проста и надёжна. Инженеры разработали 3 типа моторов подобного рода и назвали их буквами греческого алфавита. Выше описан принцип самого простого из них: бета-типа.

Двигатель конструкции Стирлинга незаменим в тех случаях, когда появляется необходимость преобразования очень маленького перепада температур. В таких условиях ни одна газовая турбина функционировать не может. Проще говоря, установки Стирлинга могут эффективно работать от обычной переносной газовой горелки или даже спиртовки. Туристы уже оценили такие устройства. Учёные предсказывают, что двигатели Стирлинга сделают революцию в солнечной энергетике.

Видео: Принцип работы двигателя Стирлинга

Эксплуатация и причины поломки двигателей

Чаще всего двухтактные моторы встречаются в мототехнике, лодочных двигателях, газонокосилках, цепных пилах и прочих устройствах, где требуется применение легкого и надежного двигателя. Тем не менее, даже такой простой по конструкции движок может выйти из строя из-за нарушения правил эксплуатации.

Низкое качество бензина. Плохое топливо часто приводит к появлению детонации. Чаще всего это заметно на невысоких оборотах при подгазовках. Возникающие ударные нагрузки приводят к поломке перегородок поршней, чрезмерным нагрузкам на подшипники коленвала. Детонация может возникать из-за перегрева двигателя, нагара на поршне и бедной смеси.
Низкое качество деталей, из которых собран мотор. Особенно это актуально для китайских производителей, часто допускающих брак в производстве комплектующих. Это приводит к раннему выходу из строя поршня, коленчатого вала, цилиндра и прочих деталей, а затем и капитальному ремонту. Обычно помогает оценить состояние поршневой простой замер компрессии.
Низкокачественное моторное масло. Топливомасляная смесь для двухтактных двигателей имеет очень важное значение. Именно от его качества будет зависеть как мягко работает мотор, чистота выхлопа, отсутствие перегрева и лишних шумов. Плохое масло приводит к образованию слоя нагара на поршне, в коренных и шатунных подшипниках, к задирам на стенках цилиндра и юбке поршня, проходное сечение глушителя уменьшается из-за нагара. Масла для двухтактных двигателей следует применять синтетические или полусинтетические, использование минералки нежелательно.
Перегрев на двухтактном двигателе воздушного охлаждения не редкость. К этому приводит длительная работа с полностью открытым дросселем, или неисправность системы охлаждения. Перегрев может быть кратковременным, когда наблюдается потеря мощности и максимальных оборотов, после снижения нагрузки и охлаждения двигателя все приходит в норму. Клин возникает вследствие очень сильного перегрева, когда тепловой зазор между поршнем и цилиндром уменьшается настолько, что силы трения намертво прихватывают их между собой. После него требуется ремонт ЦПГ.
Карбюратор не настроен. Топливная смесь получается слишком бедной или очень богатой. Езда на переобогащенной смеси чревата высоким расходом топлива, потерей мощности и образованию нагара. Бедная смесь может вызывать детонацию и снижение максимальной мощности двигателя.

Чтобы продлить срок службы и отсрочить капремонт, следует провести правильную обкатку двухтактного лодочного или мотоциклетного мотора. Для этого пропорция масла смешиваемого с бензином должна быть немного выше установленной для нормальной эксплуатации. На такой смеси дать двигателю поработать в режиме неполной мощности несколько часов, что эквивалентно 500-1000 км пробега для скутера и мотоцикла.

Все же из-за токсичности выхлопа двухтактные двигатели постепенно вытесняются современными четырехтактными. Они продолжают использоваться только там, где требуется высокая удельная мощность при минимальной массе и простоте конструкции – мототехника, бензопилы и триммеры, модели самолетов и многое другое.

Виды поршневых ДВС

Поршневые моторы классифицируются по типу используемого топлива:

бензиновые;
газовые;
дизельные.

Кроме того, двигатели отличаются системой зажигания. В установках, использующих принудительное зажигание, воспламенение топливной смеси производится устройствами, генерирующими искру. Их ещё называют свечами зажигания. В них периодически образуется электрическая дуга, которая и поджигает топливо в камере сгорания цилиндра. Работают свечи от электрического аккумулятора. Сложность представляет регулировка свечей. Необходимо отрегулировать свечи так, чтобы искра образовывалась точно в тот момент, когда смесь достигнет расчётного уровня сжатия.

Принудительное зажигание характерно только для бензиновых двигателей. Реже такая система применяется в двигателях, работающих на газе.

Топливная смесь может подаваться в цилиндры двумя способами: с помощью карбюратора или инжектора.

Поршневые агрегаты, использующие в качестве топлива солярку, называются дизельными и имеют другую систему воспламенения топлива в цилиндре. В дизельных установках смесь самопроизвольно воспламеняется в результате её сжатия поршнем. Отличительной особенностью дизельных двигателей является их «всеядность». Они способны работать на нескольких видах топлива. Дизели прекрасно функционируют, будучи заправлены другими горючими веществами. Например, керосином, мазутом или даже растительным маслом.

В зависимости от количества тактов рабочего цикла, различают двухтактные и четырёхтактные ДВС. Двухтактные двигатели обычно ставят на мотоциклы, мопеды или газонокосилки. Четырёхтактные моторы устанавливаются в современных автомобилях.

По пространственному расположению цилиндров ДВС тоже имеют свою классификацию.

Если цилиндры расположены на одной оси, то такие двигатели называются рядными. Обозначаются рядные моторы английским символом «R» с цифрой, указывающей на количество цилиндров.

Если цилиндры размещены под углом друг к другу, то такие агрегаты называют V-образными. Они гораздо компактнее других типов двигателей. Обычно угол между осями цилиндров составляет 120 градусов. Имеются модели V-образных моторов с другим углом между осями цилиндров.

Агрегаты, обозначаемые символом «Vr», имеют переходную конструкцию. Они обладают признаками и рядных, и V-образных двигателей.

При расположении цилиндров напротив друг друга, то есть под углом 180 градусов, двигатели называются оппозитными.

Устройство двигателя внутреннего сгорания: описание основных узлов ДВС

В этом разделе рассмотрено назначение и конструктивное исполнение отдельных узлов поршневых двигателей.

Кривошипно-шатунный механизм

Поршни в цилиндрах движутся возвратно-поступательно. Кривошип вместе с шатунами преобразуют это движение во вращение вала. Механизм называется кривошипно-шатунным (КШМ). Состоит из П-образного вала, называемого коленчатым, узла цилиндров, головки блока цилиндров (ГБЦ) и креплений.

Газораспределительная система

ГБЦ регулирует подачу обогащённой смеси в цилиндры. Процесс происходит за счёт скоординированных во времени циклов открытия и закрытия группы клапанов, осуществляющих подачу смеси и выпуск отработанных газов. Кроме этого, газораспределительная система отводит наружу выхлопные газы. Управляет клапанами распределительный вал, который связан с коленвалом зубчатой или ремённой передачей. Вращаясь, распределительный вал заставляет открываться и закрываться нужные клапана в строго определённое время.

Вся система состоит из распредвала и клапанных групп. Ремонт головки часто вызывает затруднения, так как требует тщательной установки уплотнений. При неправильно установленных прокладках произойдёт подсос воздуха, возможна также утечка топлива. Это нарушает баланс топливной смеси.

Система питания

Внутрь цилиндров подаётся не чистое горючее, а порция смеси, состоящей из обогащённого воздухом топлива. Карбюратор смешивает бензин с воздухом, то есть обогащает топливо. Затем приготовленная смесь через коллектор, называющийся впускным, попадает в камеру.

Если ДВС оборудован инжектором, то бензин под высоким давлением подается сразу во впускной коллектор. Впрыск происходит через форсунки. Бензин и воздух смешиваются не в карбюраторе, а непосредственно во впускном коллекторе.

Топливо циркулирует в системе питания за счёт работы насоса. В карбюраторных двигателях установлены механические насосы. В инжекторных — электрические.

Инжекторные двигатели обычно оснащаются электронным зажиганием. Такое зажигание эффективнее свечного, так как воспламенением топливно-воздушной смеси управляет бортовой компьютер. Для его эффективной работы в автомобиле установлены специальные датчики, собирающие все необходимые данные для компьютера.

Зажигание

В двигателях с карбюратором всегда имеются так называемые свечи зажигания. Они генерируют вольтову дугу, поджигающую топливную смесь. В народе такую дугу обычно называют искрой. В таких автомобилях система зажигания состоит из свечей и аккумулятора.

В двигателях на дизельном топливе процесс возгорания смеси принципиально отличается. Она самовоспламеняется. Это стало возможным благодаря уникальным свойствам дизельного топлива. Дизтопливо через форсунки под высоким давлением подаётся в цилиндр. Предварительно воздух в камере цилиндра тоже сжимается и нагревается до 700 градусов. В таких условиях солярка мгновенно самовоспламеняется.

Выхлопная система

Вывод газов наружу осуществляется системой выпуска продуктов сгорания — выхлопной системой. Токсичные газы направляются сначала в выпускной коллектор, в котором осуществляется сбор выхлопных газов от всех цилиндров. Из коллектора газ, содержащий большое количество вредных веществ, выбрасывается наружу через глушитель.

Последние модели всех автомобилей теперь выпускаются только с каталитическими нейтрализаторами. Они сильно снижают токсичность выхлопных газов, приводя их в соответствие с экологическими нормами.

Система смазки

В автомобиле есть много деталей вращения. Во время работы двигателя трущиеся между собой детали активно изнашиваются. Чтобы уменьшить износ и увеличить КПД двигателя, в каждом автомобиле предусмотрена замкнутая система, созданная для циркуляции смазки. Подача масла в систему осуществляет масляный насос. Перед тем, как попасть в двигатель, масло проходит через фильтр, где очищается от накопившихся загрязнений. Через систему распределения масло подаётся в подшипники коленчатого вала и в газораспределительный механизм для смазки деталей распределительного вала. Затем отработанное масло поступает в картер — специально сконструированную ёмкость в виде поддона. Из картера масло опять забирается насосом и направляется на следующий цикл смазки.

В результате работы системы смазки фильтры засоряются, что снижает степень очистки. Недостаточный уровень очистки ухудшает характеристики масла. По мере засорения фильтров давление масла начинает повышаться. Для сброса давления и безопасной работы узлов автомобиля устанавливают предохранительные, или так называемые редукционные клапаны, срабатывающие при превышении давления масла. Эти клапаны срабатывают вследствие засорения фильтров. Своевременная замена масла и фильтров является непременным условием эффективной работы ДВС.

Во время работы мотора масло нагревается, что тоже плохо отражается на работе мотора. Все мощные двигатели работают со своей системой охлаждения масла. Обычно их называют масляными радиаторами.

Системы охлаждения

Во время продолжительной работы двигатели могут нагреться до достаточно высоких температур. Температура внешней поверхности цилиндров достигает нескольких сотен градусов. Никакие механизмы не могут эффективно работать при таких высоких температурах. Поэтому конструкторы разработали системы для охлаждения узлов автомобиля. Принцип работы таких систем заключается в передаче тепла от нагретых частей к охлаждающей жидкости. Заметим, что состав таких жидкостей и их свойства постоянно улучшаются производителями.

Самым узнаваемым элементом системы охлаждения стал радиатор, который обычно находится в начале моторного отсека, непосредственно перед двигателем. Такое расположение позволяет радиатору дополнительно охлаждаться встречным потоком воздуха. Для повышения эффективности работы радиатора впереди него установлен мощный вентилятор.

Радиатор понижает температуру самого охлаждающего агента после того, как тот отберёт тепло от цилиндров. Вся система охлаждения состоит из термостата, помпы, небольшой расширительной ёмкости и устройства обогрева салона.

Работа системы охлаждения регулируется термостатом. Если двигатель ещё не нагрелся до критических величин, то помпа прогоняет охлаждающую жидкость по так называемому «малому» кругу, то есть только в пределах самого двигателя. Когда термостат включается, то жидкость пропускается через радиатор, охлаждаясь при этом гораздо эффективнее.

Порог срабатывания термостата обычно составляет 90 градусов. В некоторых моделях автомобилей температура срабатывания термостата может быть установлена больше или меньше этой величины.

Долговременная работа любого автомобиля невозможна без эффективной системы охлаждения.

Четырехтактный ДВС

Число тактов работы — одна из важнейших характеристик любого ДВС. Далее приведено описание взаимодействия поршня с клапанами поочерёдно в каждом такте. Напомним, 1 цикл — это 4 такта.

В первом такте выполняется впуск смеси. Топливо смешивается с воздухом. Поршень двигается к наивысшей точке. В камере сгорания создаётся область низкого давления — разрежение. Впускной клапан открывает отверстие в камере для подачи смеси. Коленвал начинает первый оборот.

Во втором такте смесь сжимается. Впускной клапан закрывается. Поршень, достигнув наивысшей точки, сжимает обогащённую топливную смесь. Коленвал завершает первый оборот.

Рабочий ход выполняется в третьем такте. Обогащённая смесь поджигается. В бензиновых двигателях поджигание производится электрической дугой от свечи. В дизельных — топливо воспламеняется самостоятельно в процессе сжатия. Облако расширяющихся газов заставляет поршень двигаться вниз. Начало второго оборота коленвала.

В четвёртом такте происходит выпуск. Открывается выпускной клапан. Газы выводятся в коллектор, а затем выбрасываются наружу. Поршень начинает двигаться вверх. Вал завершает второй оборот.

Таким образом, за 1 рабочий цикл этот двигатель совершает 4 такта, во время которых вал проворачивается дважды.

Видео: Принцип работы четырёхтактного двигателя

Как работает двухтактный мотор

Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.

Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.

Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.

Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.

Ход впуска — обзор

13.19 Цикл Аткинсона

В двигателях с циклом Отто давление в цилиндре в конце такта расширения (рабочего хода) все еще составляет от 3 до 5 атм, когда выпускной клапан открывается. Британский инженер Джеймс Аткинсон (1846–1914) понял, что эффективность цикла Отто может быть улучшена, если газы сгорания могут быть расширены до давления, близкого к атмосферному, перед тем, как они будут выпущены из двигателя. В 1882 году он изобрел поршневой двигатель, который позволял тактам впуска, сжатия, мощности и выпуска четырехтактного цикла происходить за один оборот коленчатого вала.Коленчатый вал был установлен на отдельной оси от поршневых штоков и был соединен серией рычагов, которые позволяли совершать все четыре хода цикла за один оборот коленчатого вала (рис. 13.51). Сложный коленчатый вал также произвел рабочий ход, который был длиннее, чем ход сжатия, что позволило двигателю достичь большей эффективности, чем эквивалентный двигатель цикла Отто.

Рисунок 13.51. Идеальный цикл Аткинсона состоит из следующих операций: 1–2 _с, изэнтропическое (обратимое и адиабатическое) расширение; 2 _с –3: изохорическое (постоянный объем) охлаждение; 3–4–3 ′, изобарический (постоянное давление) выпуск и впуск; 3–4 — изобарическое (постоянное давление) охлаждение; 4–5 _с, изоэнтропическое сжатие; 5 _с –1, изохорный нагрев (горение).

Двигатели с циклом Аткинсона были немного более эффективными, чем сопоставимые двигатели с циклом Отто того времени, но они также были больше и дороже. Следовательно, двигатель Аткинсона не добился успеха на рынке и вскоре исчез.

Дополнительная работа, производимая циклом Аткинсона по сравнению с эквивалентным циклом Отто, — это область, ограниченная областью 2 a → 2 с → 3 → 4 → 2 a . Тепловой КПД холодного ASC Аткинсона определяется как

(ηT) Atkinsoncold ASC = 1 − k (ER − CR) ERk − CRk

, где ER = v _{2 s}/ v ₁ — это степень изоэнтропического расширения, а CR = v ₄/ v _{5 s} — степень изоэнтропического сжатия.Обратите внимание, что по мере приближения степени расширения ER к степени сжатия CR тепловой КПД холодного ASC Аткинсона должен приближаться к тепловому КПД холодного ASC цикла Отто. Чтобы быть эффективным, степень расширения должна быть больше степени сжатия. Типичные значения: степень сжатия = 8: 1 и степень расширения = 10: 1.

Ilmor Engineering, фирма, совладельцем которой является Роджер Пенске и которая поставляет двигатели Honda для Indy Racing League, разрабатывает новый трехцилиндровый двигатель, имитирующий цикл Аткинсона.Два цилиндра работают в обычном четырехтактном цикле и опорожняют свой выхлоп в третий цилиндр расширения низкого давления, что позволяет процессам расширения и сжатия работать независимо. Опытный образец двигателя был впервые представлен на выставке двигателей в Штутгарте в 2009 году.

13.19.1 Современный цикл Аткинсона

В 1947 году американский инженер по имени Ральф Миллер запатентовал оригинальную вариацию оригинального цикла Аткинсона. Он понял, что вместо того, чтобы изменять фактическую длину такта впуска, можно просто отложить закрытие впускного клапана после окончания такта впуска.Затем, когда поршень возвращался вверх по цилиндру, он просто выталкивал воздух обратно во впускной коллектор. Сжатие начиналось только тогда, когда впускной клапан был окончательно закрыт, и, изменяя его при закрытии впускного клапана, можно было эффективно изменить степень сжатия двигателя.

Сегодня термин цикл Аткинсона используется для описания модифицированного четырехтактного цикла Отто Миллера, в котором впускной клапан остается открытым дольше, чем обычно, чтобы поршень выталкивал часть впускаемого воздуха обратно из цилиндра.Это снижает степень сжатия, но степень последующего расширения не изменяется. Это означает, что степень сжатия меньше степени расширения, что соответствует одной из основных характеристик цикла Аткинсона.

Целью современного цикла Аткинсона является обеспечение того, чтобы давление в камере сгорания в конце рабочего такта было как можно ближе к атмосферному давлению. Это максимизирует энергию, получаемую в процессе сгорания.

Поскольку двигатель с циклом Аткинсона не сжимает столько воздуха, сколько двигатель с циклом Отто аналогичного размера, он имеет более низкую удельную мощность (выходная мощность на единицу массы двигателя).Четырехтактные двигатели с циклом Аткинсона с добавлением турбонагнетателя или нагнетателя для компенсации потери удельной мощности известны как двигатели цикла Миллера .

Хотя двигатель с циклом Отто, модифицированный для работы по циклу Аткинсона, обеспечивает хорошую экономию топлива, он имеет меньшую выходную мощность, чем традиционный двигатель с циклом Отто. Однако мощность двигателя может быть дополнена электродвигателем в периоды, когда требуется больше мощности. Это составляет основу гибридных электромобилей с циклом Аткинсона.Их электродвигатели могут использоваться независимо от двигателя с циклом Аткинсона или в сочетании с ним, чтобы обеспечить наиболее эффективные средства производства желаемой мощности. Toyota, Ford, Chevrolet, Lexus и Mercedes в последние годы производили гибридные электромобили с двигателями цикла Аткинсона. Для получения дополнительной информации см. Анимированный двигатель цикла Аткинсона по адресу http://animatedengines.com/atkinson.shtml.

(PDF) Пятитактный двигатель внутреннего сгорания

I J C T A, 9 (13) 2016, стр.5855-5862

Департамент автомобильной инженерии *, Департамент машиностроения², ³

Университет SRM, Каттанкулатур, Ченнаи, Тамил Наду, Индия

Пятитактный двигатель внутреннего сгорания

М. Паланивендхан *, Hitesh Modi² и Garvit Bansal³

РЕЗЮМЕ

В этой статье представлена новая конструкция двигателя внутреннего сгорания, которая имеет лучшие характеристики, чем его предшественники

, и может дополнять технологические достижения в этой области.Технически концепция состоит в том, чтобы добавить еще один ход в классический четырехтактный цикл

, чтобы получить больше работы. Эта конструкция показывает двигатель внутреннего сгорания, который имеет три цилиндра

(два — цилиндры высокого давления, а третий — сравнительно низкого давления) и имеет пять тактов.

Выхлопные газы четырехтактных двигателей при высоких температурах, обладающие энергией, которая может быть использована в дальнейшем для извлечения

дополнительной работы для повышения общей эффективности и снижения температуры выбросов.С этой концепцией увеличения объема работы на

создается новая конструкция с конечной целью повышения эффективности и снижения веса конструкции.

Установлено, что добавление еще одного хода в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания приводит к увеличению степени расширения и тепловому КПД

. Это стало возможным за счет увеличенного хода расширения, который осуществляется в цилиндре с низким давлением

, который имеет больший объем по сравнению с двумя цилиндрами высокого давления.Увеличенный ход помогает

производить больше мощности и крутящего момента, потребляя меньшее количество топливной смеси и, следовательно, делая его более эффективным. Пятитактный двигатель общим объемом 750 куб. См может производить такую же мощность, что и классический четырехтактный двигатель

объемом 1200 куб. С помощью этого нового концептуального проекта можно достичь BSFC 226 г / кВт · ч с общей мощностью преобразования топлива

36,1%, что может обеспечить эффективную выходную мощность 40 кВт и крутящий момент

90 Н · м при 3500- 4000 об / мин рабочего диапазона.Кроме того, этот двигатель внутреннего сгорания на 20% легче обеспечивает тормозную мощность 32,5 кВт

при 4000 об / мин. Эта новая конструкция имеет более высокие характеристики и компактный размер, более высокую тепловую эффективность, сравнительно более низкие выбросы вредных газов

и низкие температуры выхлопных газов. Конструкция эффективна в определенных аспектах и может использоваться

в различных автомобилях с существующими технологиями производства.

Ключевые слова: пятитактный двигатель, термодинамический КПД, более низкие выбросы, более высокие характеристики, более легкая конструкция.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Двигатели внутреннего сгорания, которые обычно используются в автомобилях, работают по принципу классического четырехтактного цикла

, который был выполнен множеством различных способов и конфигураций, чтобы

увеличить удельную мощность и эффективность, а также снизить расход топлива. Внедрение концепций турбонаддува

и нагнетателя для увеличения удельной мощности двигателя появилось, но

давление нагрузки в них также ограничено из-за механических термических напряжений и геометрических факторов

, а также из-за неконтролируемых зажигание для бензиновых марок.Четырехтактный цикл имеет почти одинаковую степень расширения и

степеней сжатия, и для того, чтобы сделать двигатель более эффективным, нам требуются

более высокие степени расширения² и более низкие степени сжатия, чтобы ограничить напряжения из-за механических и

тепловых факторов. Чтобы сделать двигатель внутреннего сгорания лучше и эффективнее, эти ограничения должны быть преодолены, и

это стало возможным с помощью введения нового цикла или пятого такта, также называемого тактом

recycle³ в существующем четырехтактном цикле. .За счет этого дополнительного хода была получена конфигурация

, которая имеет независимые или разные степени расширения и сжатия. Более высокие степени расширения² помогают в

извлекать все больше и больше тепловой энергии для преобразования в механическую энергию, а более низкие степени сжатия

обеспечивают гигантский диапазон давлений нагрузки. Следовательно, необходимость повысить параметры качества двигателя

и сделать его экологически чистым за счет снижения расхода топлива породила новый двигатель, получивший название «Пятитактные двигатели внутреннего сгорания

».

Изучите автомобильную инженерию у инженеров-автомобилестроителей

4-тактный принцип

В 4-тактном двигателе ход поршня (движение от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке или наоборот) необходимы для завершения рабочего цикла.

Такт впуска (от ВМТ до НМТ): свежая смесь в двигателе SI (искровое зажигание) или свежий воздух в дизельном двигателе всасывается в цилиндр через впускные клапаны, которые могут открываться с небольшим опережением перед ВМТ и могут закрываться с некоторой задержкой после BDC, чтобы максимизировать введенную массу.

Такт сжатия (от НМТ до ВМТ): свежая смесь в двигателе SI или свежий воздух в дизельном двигателе сжимается при закрытых всех клапанах. Ближе к концу такта сжатия сгорание инициируется посредством искрового зажигания (двигатель с искровым зажиганием) или впрыска топлива (дизельный двигатель).

Рабочий ход (от ВМТ до НМТ): горячие сгоревшие газы расширяются, толкая поршень вниз и прикладывая к нему работу, которая в пять (или более) раз превышает работу, прилагаемую поршнем во время такта сжатия.Ближе к концу рабочего такта выпускные клапаны могут начать открываться, и часть сгоревших газов выбрасывается из цилиндра благодаря перепаду давления.

Такт выпуска (от НМТ до ВМТ): поршень удаляет оставшиеся сгоревшие газы. Ближе к концу такта выпуска впускные клапаны могут открываться, а вскоре после ВМТ выпускной клапан может закрываться, это называется перекрытием. После этого можно начинать новый цикл.

Хотя цикл завершается 4 ходами при 2 оборотах кривошипа, можно выделить 6 рабочих фаз, поскольку во время одного хода могут происходить разные фазы:

Впускной
Сжатие
Сгорание
Расширение
Выхлоп (продувка)
Выхлоп (смещение)

Следует отметить, что требуется 2 рабочих фазы для замены сгоревших газов свежей смесью.

2-тактный принцип

В 2-тактном двигателе полный рабочий цикл требует всего лишь двух ходов поршня (т.е. 1 оборот коленчатого вала).

Чтобы получить более высокую выходную мощность, два хода, используемые для газообмена, подавляются и заменяются процессом продувки. Процесс продувки определяется вытеснением сгоревших газов, когда поршень приближается к концу рабочего такта, посредством свежего заряда, находящегося под давлением.

В простейшей конструкции давление свежего заряда создается за счет самого картера, объем которого изменяется в зависимости от объема цилиндра, так что минимальный объем картера (а затем максимальное давление) достигается, когда поршень находится в положении НМТ в главном цилиндре.

Возможна более компактная конструкция по сравнению с 4-тактным двигателем, поскольку впускные и выпускные клапаны могут быть заменены портами (отверстиями) в гильзе цилиндра, открытием и закрытием которых можно управлять непосредственно движением поршня.

Два хода следующие:

Ход сжатия : после закрытия впускного и выпускного отверстий поршень сжимает заряд цилиндра (в то же время объем в картере увеличивается, втягивая свежий заряд в картер за счет нажатия) . Ближе к концу такта сжатия сгорание инициируется искровым зажиганием (двигатель SI) или впрыском топлива (дизельный двигатель).

Рабочий ход : горячие сгоревшие газы расширяются, толкая поршень вниз.Ближе к концу этого хода выпускное отверстие открывается, и часть отработавших газов удаляется из цилиндра благодаря разнице давлений. После этого отверстия продувки открываются, и свежий заряд под давлением выводит сгоревшие газы, так что новый цикл может начаться снова после того, как поршень достигнет НМТ.

Опять же, что касается 4-тактного двигателя, в течение 2-х тактов происходит 6 различных фаз:

Уборка
Впуск
Сжатие
Сгорание
Расширение
Продувка

Однако для достижения такого цикла необходим клапан с регулируемым давлением на продувочном отверстии.Если используются простые отверстия в стенках цилиндра, край впускного отверстия должен находиться ниже, чем выпускной канал, чтобы обеспечить фазу продувки. Это могло бы вызвать короткое замыкание части индуцированного свежего заряда в начале такта сжатия, поскольку выпускное отверстие остается открытым в течение некоторого времени после закрытия впускного отверстия.

Процесс продувки представляет собой ахилловую пяту двухтактного двигателя, поскольку в его простейшей схеме с простыми отверстиями в стенках цилиндров часть свежего заряда будет течь непосредственно в выпускное отверстие, вызывая высокий расход топлива и выбросы углеводородов в SI двигатель.

По этим причинам, , использование 2-тактных двигателей SI было ограничено вспомогательными двигателями малой мощности (такими как газонокосилки, пильные цепи, подвесные двигатели для движения лодок …), где недостатки считались приемлемыми из-за высокая простота, низкая стоимость и высокая удельная мощность этих двигателей.

2-тактные двигатели также используются для больших дизелей для морских и стационарных применений (диаметр цилиндра около 1 м), где они обычно предпочтительнее 4-тактных двигателей из-за чрезмерно высоких термомеханических напряжений, которые должны выдерживать клапаны (напряжение увеличивается с увеличением диаметра клапана). , который пропорционален диаметру цилиндра).

В настоящее время нет примеров применения двухтактных двигателей в автомобильной сфере.

Romain Nicolas отзыв:

Базовые 2-тактные и 4-тактные двигатели имеют почти противоположные характеристики. Тем не менее, некоторые исследования продолжаются, чтобы использовать преимущества одного типа и применить его к другому типу двигателя, например, с прямым впрыском для двухтактного двигателя. Считаете ли вы, что 2-тактный двигатель появится в автомобильной промышленности для нетрадиционных нужд, например, для применения в качестве расширителя диапазона для серийных гибридов? Как вы думаете, будут ли устранены недостатки двухтактных двигателей, чтобы они заняли место в сегодняшнем двигателе внутреннего сгорания?

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель, который использует жидкое топливо для выработки энергии, такой как двигатель внутреннего сгорания, по сути, представляет собой большой воздушный насос.Холодный воздух втягивается, смешивается с выбранным топливом для создания энергии, а затем удаляется в виде горячего выхлопного газа. Чем эффективнее дышит этот «воздушный насос» двигателя, тем эффективнее он вырабатывает мощность.

В этой статье мы сосредоточимся на том, как именно автомобильный двигатель внутреннего сгорания преобразует воздух и топливо в энергию, чтобы двигать ваш автомобиль по дороге. В этой статье мы определяем некоторую терминологию для различных частей, однако вы можете найти нашу статью по теме Глоссарий внутренних деталей двигателя полезен, если вы хотите узнать о других компонентах, не упомянутых здесь.

Имейте в виду, что это сложная тема; Хотя мы сделали все возможное, чтобы объяснить это в терминах непрофессионала, некоторые концепции может быть трудно продемонстрировать в двухмерном формате. Кроме того, некоторые описания функций двигателя были упрощены для ясности.

Каковы основные части двигателя?

Типичный блок двигателя V8.

Во-первых, давайте рассмотрим две основные части типичного двигателя внутреннего сгорания. Главный и самый большой кусок — это блок двигателя, составляющий нижнюю часть двигателя.Это дом для поршни, шатуны, коленчатый вал, масляный насос и распределительный вал, если двигатель имеет конструкцию с верхним расположением клапана. Поскольку эта секция содержит отверстия цилиндра, по которым перемещаются поршни, ее иногда называют блоком цилиндров.

Слева показана головка блока цилиндров, прикрепленная болтами к блоку двигателя. Справа и взломанная схема ГБЦ.

К верхней части блока цилиндров привинчена головка (или головки) блока цилиндров. Они содержат выпускные и впускные клапаны, а также распределительные валы, если двигатель имеет конструкцию с верхним кулачком.Рядные двигатели (все цилиндры в один ряд) имеют только одну головку блока цилиндров. Двигатели V-образной или H-образной формы имеют две головки блока цилиндров, по одной на ряд цилиндров.

Типичная секция картера, которая крепится болтами, образуя нижнюю часть блока цилиндров.

Как воздух попадает в герметичный блок двигателя?

Прежде чем мы рассмотрим этапы процесса внутреннего сгорания в двигателе, важно понять, как воздух попадает в герметичный блок двигателя.

Это происходит благодаря так называемому впускному коллектору. An Впускной коллектор, сделанный из металла или пластика, представляет собой узел, который находится над двигателем и состоит из ряда трубок, которые распределяют воздух и топливо в каждый цилиндр. (Подробнее о впускных коллекторах мы приглашаем вас прочитать наши статья по теме.)

Впускные коллекторы на V-образных двигателях обычно устанавливаются сверху между обоими рядами цилиндров.

После того, как воздух сначала проходит через впускную трубку и очищается воздушным фильтром, он попадает во впускной коллектор.Карбюратор, дроссельная заслонка или топливные форсунки впрыскивают соответствующее количество топлива, которое смешивается с этим всасываемым воздухом. Идеальное соотношение для воздушно-топливной смеси составляет 14,7: 1, что означает 14,7 частей воздуха на 1 часть топлива. Теперь нам нужно подать эту топливно-воздушную смесь в каждый цилиндр. Это начало «4-тактного цикла» двигателя нашего автомобиля.

Каковы 4 этапа 4-тактного цикла?

Автомобильные двигатели описываются как «4-тактные», потому что в процессе сгорания участвуют 4 основных этапа.(Существуют «двухтактные» двигатели, но они не использовались в дорожных автомобилях в течение многих десятилетий, и это обсуждение выходит за рамки данной статьи.)

Итак, нам ясно: шаги, описанные ниже, должны выполняться в КАЖДОМ цилиндре двигателя. Для ясности мы опишем четыре хода, как они происходят в ОДНОМ цилиндре.

Первый шаг: ход впуска

Двигателю требуется топливно-воздушная смесь, чтобы попасть в закрытую зону цилиндра.Для этого впускной клапан перемещается из закрытого положения в открытое. Смесь поступает в цилиндр. Поршень, который находится в верхней части цилиндра, начинает двигаться вниз, создавая частичный вакуум, который способствует всасыванию смеси. Выпускной клапан остается закрытым на этом этапе.

ВПУСКНОЙ ХОД:

ДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ: ВНИЗ
ВПУСКНОЙ КЛАПАН: ОТКРЫТ
ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТО
ДЕЙСТВИЕ: ВТЯНИЕ В СМЕСИ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Второй этап: ход сжатия

После того, как поршень достигает нижней части цилиндра (известной как «нижняя мертвая точка»), впускной клапан закрывается, и поршень начинает двигаться вверх, что сжимает топливно-воздушную смесь.Под давлением смеси она воспламеняется с большей силой, чем если бы она не была сжата. Впускные и выпускные клапаны остаются закрытыми, чтобы смесь оставалась в стенках цилиндра. Полное сжатие достигается, когда поршень достигает максимальной точки своего хода (известной как «верхняя мертвая точка»).

ХОД СЖАТИЯ:

ДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ: ВВЕРХ
ВПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТ
ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТ
ДЕЙСТВИЕ: СМЕСЬ СЖАТОГО ВОЗДУХА / ТОПЛИВА

Третий этап: рабочий ход

Этот ход начинается с поршня в верхней части цилиндра, при закрытых обоих клапанах и сжатой топливно-воздушной смеси.Это момент, когда загорается свеча зажигания, воспламеняя смесь и создавая давление (мощность), которое заставляет поршень опускаться. Оба клапана остаются закрытыми, чтобы сдерживать давление внутри стенок цилиндра.

СИЛОВОЙ ХОД:

ДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ: ВНИЗ
ВПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТ
ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТ
ДЕЙСТВИЕ: ЗАЖИГАТЬ СМЕСЬ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Четвертый этап: ход выхлопа

Поршень снова меняет направление и начинает двигаться вверх.Теперь двигатель должен удалить сгоревшие остатки топливно-воздушной смеси. Движение поршня вверх толкает этот выхлопной газ вверх, и выпускной клапан открывается, позволяя ему выйти из цилиндра в выпускной коллектор (и, в конечном итоге, в выхлопную трубу). Впускной клапан остается закрытым, так как двигатель хочет, чтобы все эти газы уходили через выхлопные трубы.

ХОД ВЫПУСКА:

ДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ: ВВЕРХ
ВПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТ
ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН: ОТКРЫТЬ
ДЕЙСТВИЕ: СМЕСЬ ВОЗДУХА / ТОПЛИВА EXPEL

Мы можем суммировать действия четырех штрихов на этой диаграмме:

Как клапаны узнают, когда открываться и закрываться?

Здесь впускные и выпускные клапаны (показаны зеленым и красным) приводятся в действие отдельными распределительными валами.Эти клапаны выполняют важную функцию, и их движение точно рассчитано по времени.

Назначение клапанов

Двигатель должен иметь как минимум один впускной клапан и один выпускной клапан для каждого цилиндра. Чтобы 4-тактный цикл был успешным, открытие и закрытие этих клапанов точно контролируется — синхронизируется с движением поршней, чтобы каждый клапан выполнял свою работу именно тогда, когда это необходимо. Этот точный контроль известен как «время».

Правильная синхронизация позволяет впускному клапану открываться и впускать топливно-воздушную смесь в цилиндр, когда поршень движется вниз во время такта впуска.А после того, как происходит сгорание, выпускной клапан открывается, поэтому сгоревшие газы могут выталкиваться из цилиндра, когда поршень движется обратно вверх.

Открытие и закрытие всех клапанов двигателя осуществляется распределительным валом. Каждый распределительный вал содержит несколько «выступов», которые представляют собой детали неправильной формы, расположенные на центральном валу. По мере вращения распределительного вала вращаются и эти выступы, которые контактируют с другими компонентами для перемещения клапанов. Клапаны обычно закрыты и удерживаются в закрытом состоянии с помощью клапанных пружин.Лепестки должны преодолевать давление пружины, чтобы открыть клапаны. Поскольку лепесток продолжает вращаться, пружины снова закрывают клапаны. Эти лепестки имеют точную форму и механическую обработку, поэтому они вносят свой вклад в поддержание правильной синхронизации двигателя.

Распределительные валы видны в двигателе с верхним распределительным валом (слева) и в двигателе с верхним расположением клапанов (справа).

В двигателях с верхним расположением клапанов распределительные валы расположены в блоке цилиндров и соединены с клапанами с помощью толкателей, толкателей и коромысел (в зависимости от конструкции двигателя).В двигателях с верхним расположением распредвала распредвалы находятся в головке блока цилиндров. По-прежнему существует механическое соединение с клапанами, но поскольку кулачок расположен ближе к клапанам, это более короткое и прямое соединение.

Клапаны и синхронизация двигателя

Без правильного выбора времени клапаны не будут открываться и закрываться, когда они должны это делать. 4-тактный цикл не будет работать должным образом. Хорошее сгорание было бы трудным, если не невозможным, и двигатель не работал бы, потому что это, по сути, гигантский воздушный насос.

Синхронизация движения поршня и клапана достигается за счет механического соединения коленчатого и распределительного валов. Поршни соединены с коленчатым валом (более подробно описано ниже). Коленчатый вал соединяется с распределительным валом одним из трех способов: шестернями ГРМ, цепью ГРМ или ремнем ГРМ (обратите внимание на использование слова «синхронизация»).

Эти иллюстрации демонстрируют, как цепи ГРМ или ремни ГРМ синхронизируют работу коленчатого и распределительного валов.

Для наших целей важно то, что малейшее вращательное движение коленчатого вала вызывает его вращение, в результате чего клапаны открываются или закрываются, в зависимости от положения лепестка. Пока синхронизация остается правильной, двигатель будет работать. Однако, если ремень или цепь ГРМ выскакивает на шестерню или, что еще хуже, щелкает, механическое соединение не синхронизировано или полностью обрывается. Двигатель будет плохо работать или вообще не будет работать.

Количество клапанов зависит от двигателя

Общее количество клапанов в двигателе может быть разным.Старые двигатели имеют 1 впускной и 1 выпускной клапан на цилиндр. У 8-цилиндрового двигателя всего 16 клапанов (2 x 8). Некоторые двигатели имеют 2 впускных клапана и 1 выпускной клапан на цилиндр. 6-цилиндровый двигатель с такой установкой с 3 клапанами на цилиндр будет иметь 18 клапанов (3 x 6). Многие современные двигатели имеют 2 впускных и 2 выпускных клапана на каждый цилиндр. Четырехцилиндровый двигатель с 4 клапанами на цилиндр, конечно, будет иметь в общей сложности 16 клапанов (4 x 4).

Как вы можете видеть из этих примеров, общее количество клапанов НЕ говорит вам, сколько цилиндров в двигателе.

Конфигурации с одним и двумя распредвалами

Все двигатели с верхним расположением клапанов (кулачок в блоке) имеют один распределительный вал для двигателя. Двигатели с верхним расположением кулачков с распределительными валами в головках могут иметь один цилиндр на головку или два на головку. Если их два, каждый распределительный вал предназначен для работы впускных или выпускных клапанов.

Терминология двигателя говорит нам, что двигатель с одним распредвалом НА ГОЛОВКУ является двигателем «SOHC» (с одним верхним распредвалом).Точно так же двигатель с двумя кулачками НА ГОЛОВКУ называется двигателем «DOHC» (с двумя верхними кулачками). Будьте осторожны при подсчете распредвалов! V-образный двигатель DOHC с двумя головками цилиндров имеет в общей сложности ЧЕТЫРЕ распредвала (по два на головку).

Как сила от поршней перемещает автомобиль?

Мы узнали, что на этапе 3 4-тактного цикла воспламенение топливно-воздушной смеси внутри цилиндра обеспечивает силу, толкающую поршень вниз. Теперь давайте посмотрим, как двигатель преобразует это движение вверх-вниз во вращательное движение, которое нам нужно для вращения коленчатого вала.

Здесь показан шатун с прилегающими элементами (слева) и сам по себе (справа).

Поршень прикреплен к прочной металлической детали, известной как шатун. Шатуны могут поворачиваться в этой точке соединения на поршне.

Нижний конец шатуна крепится к коленчатому валу, который служит выходным валом для всего двигателя. Эта точка крепления на коленчатом валу смещена от средней линии коленчатого вала. Когда шатун перемещается вверх и вниз вместе с поршнем, он вращает коленчатый вал.

Чтобы лучше представить себе это, представьте себе движения ног велосипедиста. Движение вверх-вниз в шарнирном колене очень похоже на то, что происходит с поршнем и верхней частью шатуна. Но голень и ступня велосипедиста вращают педаль велосипеда по кругу. Движение ноги велосипедиста вверх и вниз преобразуется во вращательное движение стопы, которое раскручивает кривошип велосипеда.

На рисунке выше показаны коленчатый вал, шатуны и поршни 4-цилиндрового двигателя.Каждый поршень совершает рабочий ход 4-тактного цикла в разное время. Это позволяет добиться нескольких целей: во-первых, он выравнивает импульсы мощности, чтобы двигатель работал более плавно. Во-вторых, поскольку все поршни соединены друг с другом через кривошип, рабочий ход одного поршня также создает такты впуска, сжатия и выпуска других поршней.

Присмотритесь к типичному коленчатому валу. Обратите внимание на отверстия, через которые проходит смазочное масло. Цапфы коренных подшипников предназначены для прилегания к изогнутым подшипникам картера.Противовесы сглаживают вращательные колебания.

Регулярное срабатывание цилиндров создает мощность, необходимую для поддержания постоянного и равномерного вращения коленчатого вала с постоянным крутящим моментом.

Коленчатый вал, если смотреть снизу двигателя, со снятой секцией картера.

Сам коленчатый вал находится в нижней части блока цилиндров. Поскольку коленчатый вал вынужден вращаться от мощности, производимой во время 4-тактного цикла, он создает крутящее движение или крутящий момент.Хвостовой конец кривошипа выходит из блока цилиндров сзади, и оттуда он соединяется с маховиком, трансмиссией, ведущим и полуосевым валами, в конечном итоге достигая ведущих колес. Это сила, которая продвигает ваш автомобиль вперед.

В задней части двигателя, где коленчатый вал выходит из блока цилиндров, прикреплен маховик.

Теперь, когда у вас есть базовое представление о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, вы будете знать, какие виды капитального ремонта включают в себя определенные типы.И вы оцените ценность регулярного обслуживания, особенно замены масла, при котором все движущиеся части остаются должным образом смазанными.

Если вы хотите перейти на новый уровень, выполнив перестройку движка (или наняв кого-нибудь для этого), мы рекомендуем прочитать нашу статью по теме ЧТО ВАМ НУЖНО ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ИЛИ ЗАМЕНЕ ДВИГАТЕЛЯ, чтобы получить представление об оборудовании и части, которые понадобятся для работы. У нас также есть полностью восстановленные двигатели, готовые к установке.

Если у вас есть какие-либо вопросы о запчастях, которые вам необходимо заказать, мы будем рады вашим запросам — наши компетентные представители находятся здесь семь дней в неделю!

9 мая 2018 г.

Как Николаус Август Отто создал 4-тактный двигатель внутреннего сгорания

Как мы уже обсуждали ранее, Этьен Ленуар оказал огромное влияние на разработку двигателя внутреннего сгорания , и его работа напрямую повлияет на один Николаус Август Отто, молодой Немецкий продавец.Во время своих путешествий Отто познакомился с первым двигателем внутреннего сгорания, построенным Ленуаром, и то, что Отто разработал, по-прежнему актуально для современных двигателей внутреннего сгорания.

Отто и его брат построили копию газового двигателя Ленуара и в январе 1861 года подали заявку на патент на двигатель на жидком топливе в Министерстве торговли Пруссии. Но это было отклонено. Ленуар в то время уже предлагал идею карбюратора для жидкого топлива.

Говорят, что Отто уже знал об интересе к предварительному сжатию топливовоздушной смеси перед воспламенением. Взял ли он это из термодинамики, или он был в контакте с самим Ленуаром, которого в этот момент консультировал Бо де Роша? Или он уже знал о Райтмане? Как бы то ни было, Отто начал испытания своего первого 4-тактного двигателя, основанного на двигателе Ленуара, в начале 1860-х годов. После нескольких минут работы двигатель сломался вместе с партнерством между Отто и его братом.

Отто искал инвесторов для финансирования своего исследования и нашел Ойгена Лангена, отец которого был промышленником.

Ланген был молодым немецким предпринимателем, инженером и изобретателем. Его собственные научные знания позволили ему признать великие способности Отто, и он решил объединить усилия с ним для создания первого завода по производству двигателей в континентальной Европе, NA Otto & Cie. Помимо своего участия в разработке двигателя внутреннего сгорания, Ланген разработал метод для производил кубики сахара на компании своего отца (1857 г.), а позже стал отцом знаменитой Вуппертальской подвесной железной дороги, называемой «Швебебан», в 1890-х годах.

Вместе Отто и Ланген построили свой первый атмосферный двигатель в 1864 году, который был очень похож на тот, который был построен и запатентован Эухенио Барсанти и Феличе Маттеуччи несколькими годами ранее. На Всемирной выставке в Париже в 1867 году двигатель Отто и Лангена получил предпочтение по сравнению с другими газовыми двигателями. После измерения расхода газа жюри присудило Гран-при немецкому двигателю, так как он потреблял меньше половины газа, чем другие двигатели.

N. A. Otto & Cie в конечном итоге обанкротится, но Langen собрал достаточно капитала, чтобы воссоздать новую компанию в Дойце, недалеко от Кельна, по производству газовых двигателей.Эта компания, Gasmotorenfabrik Deutz, позже станет промышленной группой Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) и, наконец, Deutz AG. Ойген Ланген также нанял двух инженеров, чьи имена до сих пор можно встретить на автомобилях, Готлиба Даймлера и Вильгельма Майбаха, чтобы они позаботились о производстве и дали Отто достаточно времени, чтобы осуществить свою первоначальную мечту о создании надежного 4-тактного двигателя. Обратите внимание, что, помимо Лангена, Отто, Даймлера и Майбаха, некоторые другие очень известные люди позже будут работать на Deutz, в том числе Проспер Л’Оранж (с 1904 по октябрь 1908 года), Этторе Бугатти (в 1907 году) и Роберт Бош.

Развитие цикла Отто

В 1876 году Отто разработал 4-тактный цикл газообразного топлива со сжатым зарядом, который впоследствии стал известен как цикл Отто. Этот принцип до сих пор используется в большинстве автомобильных двигателей. Он основал двигатель на этом цикле после 14 лет усилий: это система, характеризующаяся четырьмя тактами поршня (впуск, сжатие, мощность расширения и выпуск) при двух оборотах двигателя.

Во Франции Этьен Ленуар также работал над 4-тактной версией газового двигателя во время своей пенсии, которую он запатентовал в начале 1880-х годов.Этот двигатель производился Mignon & Rouart и Compagnie Parisienne du Gaz с 1894 года. Ленуар признал работу Отто, но ему уже ранее советовал двигаться в этом направлении его партнер Бо де Роша (который никогда не строил двигатель самостоятельно).

Переход от внутреннего сгорания без предварительного сжатия к 4-тактному циклу с предварительным сжатием позволил повысить КПД с чуть менее 5% до 15% в период с 1880 по 1890-е годы.

Однако не все шло гладко, и через некоторое время между Даймлером и Отто возникли серьезные личные разногласия.После нескольких патентных битв Daimler и Maybach начали разработку двигателей для автомобилей на основе 4-тактного двигателя Отто, одновременно увеличив рабочую скорость до 650 об / мин, что позволило достичь идеальной удельной мощности для таких приложений. Несколько автомобилей было построено в течение 1880 и 90-х годов.

В конце 1890-х годов дуэт разработал для австрийского бизнесмена Эмиля Еллинека автомобиль, кузов которого представлял собой существенный отход от прежнего принципа каретки, и чей двигатель мощностью 35 л.с. приводил автомобиль в движение с максимальной скоростью почти 90 км / ч. часАвтомобиль был назван в честь дочери Еллинека по имени Мерседес. Но это уже другая история…

Двигатель внутреннего сгорания | Autopedia

Четырехтактный цикл (или цикл Отто)
1. впуск
2. сжатие
3. мощность
4. выпуск

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловой двигатель, в котором сгорание топлива происходит в замкнутое пространство называется камерой сгорания. Эта экзотермическая реакция топлива с окислителем создает газы с высокой температурой и давлением, которые могут расширяться.Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что полезная работа выполняется расширяющимися горячими газами, которые непосредственно вызывают движение, например, воздействуя на поршни, роторы или даже нажимая и перемещая сам двигатель.

Это контрастирует с двигателями внешнего сгорания, такими как паровые двигатели, которые используют процесс сгорания для нагрева отдельной рабочей жидкости, обычно воды или пара, которые затем, в свою очередь, работают, например, путем нажатия на поршень, приводимый в действие паром.

Термин Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) почти всегда используется для обозначения поршневых двигателей, двигателей Ванкеля и аналогичных конструкций, в которых сгорание является прерывистым. Однако двигатели непрерывного сгорания, такие как реактивные двигатели, большинство ракет и многие газовые турбины, также определенно являются двигателями внутреннего сгорания.

Цветной автомобильный двигатель

История

Первые двигатели внутреннего сгорания не имели компрессии, но работали на той топливно-воздушной смеси, которая могла всасываться или вдуваться во время первой части такта впуска.Наиболее существенное различие между современными двигателями внутреннего сгорания и более ранними конструкциями заключается в использовании сжатия и, в частности, сжатия в цилиндре.

1509: Леонардо да Винчи описал двигатель без сжатия. (Его описание не может подразумевать, что эта идея исходила от него или что она действительно была построена.)
1673: Христиан Гюйгенс описал двигатель без сжатия.
1780-е годы: Алессандро Вольта построил игрушечный электрический пистолет ([1]), в котором электрическая искра взорвала смесь воздуха и водорода, запустив пробку из конца пистолета.

Ранние двигатели внутреннего сгорания использовались для питания сельскохозяйственного оборудования, аналогичного этим моделям.

XVII век: английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд использовал порох для привода водяных насосов.
1794: Роберт Стрит построил двигатель без сжатия, принцип работы которого будет доминировать почти столетие.
1823: Сэмюэл Браун запатентовал первый двигатель внутреннего сгорания для промышленного применения. Он был без сжатия и основан на том, что Харденберг называет «циклом Леонардо», который, как следует из этого названия, к тому времени уже устарел.Как и сегодня, раннее крупное финансирование в области, где стандарты еще не были установлены, досталось лучшим шоуменам раньше, чем лучшим работникам.
1824: Сади Карно основал термодинамическую теорию идеализированных тепловых двигателей во Франции в 1824 году. Это научно установило необходимость сжатия для увеличения разницы между верхней и нижней рабочими температурами, но неясно, знали ли об этом конструкторы двигателей раньше. сжатие уже широко использовалось.Это могло ввести в заблуждение дизайнеров, пытавшихся подражать циклу Карно бесполезными способами.
1826 г. 1 апреля: американец Сэмюэл Мори получил патент на «газовый или паровой двигатель» без сжатия.
1838: патент был выдан Уильяму Барнету (англ.). Это было первое зарегистрированное предположение о компрессии в цилиндре. Он, очевидно, не осознавал его преимуществ, но его цикл стал бы большим достижением, если бы был достаточно развит.
1854: итальянцы Эухенио Барсанти и Феличе Маттеуччи запатентовали первый работающий эффективный двигатель внутреннего сгорания в Лондоне (pt.Num. 1072), но в производство не попал. Он был похож по концепции на успешный двигатель непрямого действия Отто Лангена, но не так хорошо проработан в деталях.
1860: Жан Жозеф Этьен Ленуар (1822-1900) создал газовый двигатель внутреннего сгорания, внешне очень похожий на горизонтальный паровой двигатель двойного действия, с цилиндрами, поршнями, шатунами и маховиком, в которых газ, по существу, поглощал место пара. Это был первый серийный двигатель внутреннего сгорания.Его первый двигатель с компрессией шокировал сам себя.
1862: Николаус Отто разработал двигатель непрямого действия со свободным поршнем без сжатия, более высокая эффективность которого завоевала поддержку Лангена, а затем и большей части рынка, который в то время в основном предназначался для небольших стационарных двигателей, работающих на горючем газе.
1870: В Вене Зигфрид Маркус установил первый мобильный бензиновый двигатель на ручной тележке.
1876: Николаус Отто в сотрудничестве с Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом разработал практичный четырехтактный двигатель (цикл Отто).Немецкие суды, однако, не удержали его патент на все двигатели с цилиндрическим компрессором или даже на четырехтактный цикл, и после этого решения внутрицилиндровое сжатие стало универсальным.

Карл Бенц

1879: Карл Бенц, работавший независимо, получил патент на свой двигатель внутреннего сгорания, надежный двухтактный газовый двигатель, основанный на конструкции четырехтактного двигателя Николауса Отто. Позже Бенц спроектировал и построил свой собственный четырехтактный двигатель, который использовался в его автомобилях, которые стали первыми автомобилями в производстве.
1892: Рудольф Дизель изобрел дизельный двигатель.
1893 23 февраля: Рудольф Дизель получил патент на дизельный двигатель.
1896: Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель, также известный как горизонтально расположенный двигатель, в котором соответствующие поршни одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом уравновешивая друг друга по импульсу.
1900: Рудольф Дизель продемонстрировал дизельный двигатель в 1900 году на выставке Exposition Universelle (Всемирная выставка) с использованием арахисового масла (см. Биодизель).

Приложения

Двигатели внутреннего сгорания чаще всего используются в мобильных силовых установках. В мобильных сценариях внутреннее сгорание является преимуществом, поскольку оно может обеспечить высокое соотношение мощности к весу вместе с превосходной удельной топливной энергией. Эти двигатели используются почти во всех автомобилях, мотоциклах, многих лодках, а также в самых разных самолетах и локомотивах. Там, где требуется очень большая мощность, например, реактивные самолеты, вертолеты и большие корабли, они появляются в основном в виде газовых турбин.Они также используются в электрических генераторах и в промышленности.

Механика внутреннего сгорания

Картофельная пушка использует основные принципы, лежащие в основе любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: если вы поместите небольшое количество высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшое замкнутое пространство и воспламените его, высвободится невероятное количество энергии в виде расширяющийся газ. Вы можете использовать эту энергию, чтобы переместить картофель на 500 футов. В этом случае энергия переводится в движение картофеля. Вы также можете использовать его в более интересных целях.Например, если вы можете создать цикл, который позволяет запускать подобные взрывы сотни раз в минуту, и если вы можете использовать эту энергию полезным способом, то у вас есть ядро автомобильного двигателя!

В настоящее время почти все автомобили используют так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования бензина в движение. Четырехтактный подход также известен как цикл Отто в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867 году. Четыре такта показаны на рисунке 1. Это:

Ход всасывания
Ход сжатия
Ход сгорания
Ход выпуска

Работа

Все двигатели внутреннего сгорания зависят от экзотермического химического процесса сгорания: реакции топлива, обычно с воздухом, хотя могут использоваться другие окислители, такие как закись азота.Также см. Стехиометрию.

Наиболее распространенные виды топлива, используемые сегодня, состоят из углеводородов и получают из нефти. К ним относятся топливо, известное как дизельное топливо, бензин и сжиженный нефтяной газ. Большинство двигателей внутреннего сгорания, разработанных для бензина, могут работать на природном газе или сжиженном нефтяном газе без каких-либо модификаций, за исключением компонентов подачи топлива. Также можно использовать жидкое и газообразное биотопливо, такое как этанол. Некоторые могут работать на водороде, однако это может быть опасно.Водород горит бесцветным пламенем, и требуется модификация блока цилиндров, головки цилиндров и прокладки головки для герметизации фронта пламени.

Все двигатели внутреннего сгорания должны иметь средства зажигания, способствующие сгоранию. В большинстве двигателей используется электрическая система зажигания или система зажигания с подогревом от сжатия. В системах электрического зажигания обычно используются свинцово-кислотная батарея и индукционная катушка, которые создают электрическую искру высокого напряжения для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя.Эту батарею можно заряжать во время работы с помощью генератора переменного тока, приводимого в действие двигателем. Системы зажигания с компрессионным нагревом, такие как дизельные двигатели и двигатели HCCI, используют тепло, создаваемое в воздухе за счет сжатия в цилиндрах двигателя, для воспламенения топлива.

После успешного воспламенения и сгорания продукты сгорания, горячие газы, имеют больше доступной энергии, чем исходная сжатая топливно-воздушная смесь (которая имела более высокую химическую энергию). Доступная энергия проявляется в виде высокой температуры и давления, которые могут быть переведены в работу двигателем.В поршневом двигателе газы продукта высокого давления внутри цилиндров приводят в движение поршни двигателя.

После того, как доступная энергия удалена, оставшиеся горячие газы удаляются (часто путем открытия клапана или выхода выхлопных газов), что позволяет поршню вернуться в свое предыдущее положение (верхняя мертвая точка — ВМТ). Затем поршень может перейти к следующей фазе своего цикла, который варьируется в зависимости от двигателя. Любое тепло, не переведенное в работу, является отходом и выводится из двигателя с помощью системы воздушного или жидкостного охлаждения.

Детали

Иллюстрация нескольких ключевых компонентов типичного четырехтактного двигателя

Составные части двигателя различаются в зависимости от типа двигателя. Для четырехтактного двигателя ключевыми частями двигателя являются коленчатый вал (фиолетовый), один или несколько распределительных валов (красный и синий) и клапаны. Для двухтактного двигателя вместо клапанной системы могут быть просто выпускной патрубок и впускное отверстие для топлива. В обоих типах двигателей имеется один или несколько цилиндров (серый и зеленый), и для каждого цилиндра есть свеча зажигания (темно-серый), поршень (желтый) и кривошип (фиолетовый).Одиночный ход поршня вверх или вниз известен как ход поршня, а ход вниз, который происходит непосредственно после воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре, известен как рабочий ход.

Двигатель Ванкеля имеет треугольный ротор, который вращается в эпитроихоидной камере (в форме фигуры 8) вокруг эксцентрикового вала. Четыре фазы работы (впуск, сжатие, мощность, выпуск) происходят в разных местах, а не в одном месте, как в поршневом двигателе.

В двигателе Bourke используется пара поршней, встроенных в кулису, которая передает возвратно-поступательное усилие через специально разработанный подшипниковый узел для поворота кривошипно-шатунного механизма. Впуск, сжатие, мощность и выпуск — все это происходит при каждом такте вилки. По правде говоря, я понятия не имею, что я делаю или говорю.

Классификация

Существует широкий спектр двигателей внутреннего сгорания, соответствующих их многочисленным применениям. Аналогичным образом существует множество способов классификации двигателей внутреннего сгорания, некоторые из которых перечислены ниже.

Хотя термины иногда вызывают путаницу, реальной разницы между «двигателем» и «мотором» нет. Когда-то слово «двигатель» (от латинского через старофранцузское, ingenium , «способность») означало любую часть механизма. «Мотор» (от латинского мотор , «движитель») — это любая машина, вырабатывающая механическую энергию. Традиционно электродвигатели не называют двигателями, но двигатели внутреннего сгорания часто называют двигателями. (Электродвигатель относится к локомотивам, работающим от электричества).

Принципы работы

Бензиновый двигатель 1906 г.

Поршневой:

Поворотный:

Непрерывное горение:

Газовая турбина
Реактивный двигатель
Ракетный двигатель

Цикл двигателя

Двухтактный

Двигатели, основанные на двухтактном цикле, используют два хода (один вверх, один вниз) для каждого рабочего хода. Поскольку нет специальных тактов впуска или выпуска, необходимо использовать альтернативные методы очистки цилиндров.Наиболее распространенный метод в двухтактных двигателях с искровым зажиганием заключается в использовании движения поршня вниз для создания давления свежего заряда в картере, который затем продувается через цилиндр через отверстия в стенках цилиндра. Двухтактные двигатели с искровым зажиганием маленькие и легкие (для их выходной мощности) и очень просты в механическом отношении. Общие области применения включают снегоходы, газонокосилки, цепные пилы, водные мотоциклы, мопеды, подвесные моторы и некоторые мотоциклы. К сожалению, они также, как правило, громче, менее эффективны и гораздо более загрязняют окружающую среду, чем их четырехтактные аналоги, и они плохо масштабируются до больших размеров.Интересно, что самые большие двигатели с воспламенением от сжатия являются двухтактными и используются в некоторых локомотивах и больших кораблях. Эти двигатели используют принудительную индукцию для продувки цилиндров.

Четырехтактный

Двигатели, основанные на четырехтактном цикле или цикле Отто, имеют один рабочий ход на каждые четыре хода (вверх-вниз-вверх-вниз) и используются в автомобилях, больших лодках и многих легких самолетах. Как правило, они тише, эффективнее и крупнее своих двухтактных собратьев. Есть несколько разновидностей этих циклов, в первую очередь циклы Аткинсона и Миллера.В большинстве дизельных двигателей грузовиков и автомобилей используется четырехтактный цикл, но с системой зажигания с подогревом от сжатия можно отдельно говорить о дизельном цикле.

Двигатель Бурка

В этом двигателе два диаметрально противоположных цилиндра соединены с кривошипом шатунным штифтом, проходящим через общую вилку. Цилиндры и поршни сконструированы таким образом, что, как и в обычном двухтактном цикле, происходит два рабочих хода на оборот. Однако, в отличие от обычного двухтактного двигателя, отработанные газы и поступающий свежий воздух не смешиваются в цилиндрах, что способствует более чистой и эффективной работе.Механизм с кулисой также устраняет боковую тягу и, таким образом, значительно снижает трение между поршнями и стенками цилиндров.

Двигатель внутреннего сгорания

Это также цилиндрические двигатели, могут быть одно- или двухтактными, но в них вместо коленчатого вала и поршневых штоков используются два соединенных зубчатых колеса концентрических кулачка, вращающихся в противоположных направлениях, для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение. Эти кулачки практически нейтрализуют боковые силы, которые в противном случае оказывались бы на цилиндры поршнями, значительно повышая механический КПД.Профили кулачков (которые всегда нечетные и по крайней мере три) определяют ход поршня в зависимости от передаваемого крутящего момента. В этом двигателе есть два цилиндра, которые разнесены на 180 градусов для каждой пары кулачков встречного вращения. Для одноходовых версий существует такое же количество циклов на пару цилиндров, как и кулачков на каждом кулачке, в два раза больше для двухтактных агрегатов.

Ванкель

Двигатель Ванкеля работает с тем же разделением фаз, что и четырехтактный двигатель (но без ходов поршня, правильнее было бы назвать четырехфазным двигателем), поскольку фазы находятся в разных местах двигателя; однако, как и двухтактный поршневой двигатель, он обеспечивает один «ход» мощности на оборот на ротор, что дает ему такую же пространственную и весовую эффективность.Фаза сгорания в цикле Бурка более точно соответствует сгоранию с постоянным объемом, чем четырехтактный или двухтактный цикл. В нем также используется меньше движущихся частей, поэтому необходимо преодолевать меньшее трение, чем в двух других типах возвратно-поступательного движения. Кроме того, его более высокий коэффициент расширения также означает, что используется больше тепла от его фазы сгорания, чем используется в четырехтактных или двухтактных циклах.

Скудери

Новое изобретение Кармело Скудери, двигатель с раздельным циклом Scuderi, призвано повысить эффективность двигателя по сравнению с 33.От 2% до 42,6%. Кроме того, токсичные выбросы сокращаются на 80%.

Вышедшие из употребления методы

В некоторых старых двигателях внутреннего сгорания без компрессии: в первой части хода поршня вниз была засосана или вдувалась топливно-воздушная смесь. В остальной части хода поршня вниз впускной клапан закрылся, и топливно-воздушная смесь сгорела. При ходе поршня вверх выпускной клапан был открыт. Это была попытка имитации работы поршневого парового двигателя.

Виды топлива и окислителя

Используемые виды топлива включают бензин (британский термин: бензин), сжиженный нефтяной газ, испаренный нефтяной газ, сжатый природный газ, водород, дизельное топливо, JP18 (реактивное топливо), свалочный газ, биодизель, биобутанол, арахисовое масло и другие растительные масла, биоэтанол, биометанол (метиловый или древесный спирт) и другие виды биотоплива.Даже псевдоожиженные металлические порошки и взрывчатые вещества нашли применение. Двигатели, в которых в качестве топлива используются газы, называются газовыми двигателями, а двигатели, в которых используются жидкие углеводороды, называются масляными двигателями. Однако, к сожалению, бензиновые двигатели также часто в просторечии называют «газовыми двигателями».

Основные ограничения для топлива заключаются в том, что топливо должно легко транспортироваться через топливную систему в камеру сгорания, и что топливо выделяет достаточно энергии в виде тепла при сгорании, чтобы можно было использовать двигатель на практике.

Окислителем обычно является воздух, и его преимущество заключается в том, что он не хранится в транспортном средстве, что увеличивает удельную мощность. Однако воздух можно сжимать и переносить на борту транспортного средства. Некоторые подводные лодки предназначены для перевозки чистого кислорода или перекиси водорода, что делает их независимыми от воздуха. Некоторые гоночные автомобили содержат закись азота в качестве окислителя. Другие химические вещества, такие как хлор или фтор, нашли экспериментальное применение; но в основном непрактичны.

Дизельные двигатели обычно тяжелее, шумнее и мощнее на более низких оборотах, чем бензиновые двигатели.Они также более экономичны в большинстве случаев и используются в тяжелых дорожных транспортных средствах, некоторых автомобилях (в большей степени из-за их более высокой топливной эффективности по сравнению с бензиновыми двигателями), кораблях, железнодорожных локомотивах и легких самолетах. Бензиновые двигатели используются в большинстве других дорожных транспортных средств, включая большинство автомобилей, мотоциклов и мопедов. Обратите внимание, что в Европе сложные автомобили с дизельным двигателем стали довольно распространенными с 1990-х годов, составляя около 40% рынка. И бензиновые, и дизельные двигатели производят значительные выбросы.Есть также двигатели, работающие на водороде, метаноле, этаноле, сжиженном нефтяном газе (СНГ) и биодизеле. Парафиновые и тракторные двигатели с испарительным маслом (TVO) больше не встречаются.

Некоторые предполагают, что в будущем водород может заменить такое топливо. Кроме того, с внедрением технологии водородных топливных элементов использование двигателей внутреннего сгорания может быть прекращено. Преимущество водорода в том, что при его сгорании образуется только вода. Это не похоже на сжигание углеводородов, при котором также образуется двуокись углерода, основная причина глобального потепления, а также окись углерода в результате неполного сгорания.Большим недостатком водорода во многих ситуациях является его хранение. Жидкий водород имеет чрезвычайно низкую плотность — в 14 раз меньше, чем вода, и требует обширной изоляции, в то время как газообразный водород требует очень тяжелых резервуаров. Хотя водород имеет более высокую удельную энергию, объемный запас энергии все еще примерно в пять раз ниже, чем у бензина, даже в сжиженном состоянии. (Процесс «Водород по запросу», разработанный Стивеном Амендола, создает водород по мере необходимости, но здесь есть другие проблемы, такие как относительно дорогое сырье.)

Одноцилиндровый бензиновый двигатель (ок. 1910 г.).

Цилиндры

Двигатели внутреннего сгорания могут содержать любое количество цилиндров с обычными номерами от одного до двенадцати, хотя использовалось до 36 (Lycoming R-7755). Наличие большего количества цилиндров в двигателе дает два потенциальных преимущества: Первое. двигатель может иметь больший рабочий объем с меньшими индивидуальными возвратно-поступательными массами (то есть масса каждого поршня может быть меньше), что обеспечивает более плавную работу двигателя (поскольку двигатель имеет тенденцию вибрировать в результате движения поршней вверх и вниз).Во-вторых, с большим рабочим объемом и большим количеством поршней может быть сожжено больше топлива, и может быть больше событий сгорания (то есть больше рабочих ходов) в заданный период времени, что означает, что такой двигатель может генерировать больший крутящий момент, чем аналогичный двигатель. с меньшим количеством цилиндров. Недостатком большего количества поршней является то, что в целом двигатель будет иметь больший вес и иметь тенденцию создавать большее внутреннее трение, поскольку большее количество поршней трутся о внутреннюю часть их цилиндров. Это имеет тенденцию к снижению топливной экономичности и лишению двигателя части его мощности.Для высокопроизводительных бензиновых двигателей, использующих современные материалы и технологии (например, двигатели, используемые в современных автомобилях), кажется, есть точка разрыва около 10 или 12 цилиндров, после чего добавление цилиндров становится общим ущербом для производительности и эффективности, хотя есть исключения. например двигатель W16 от Volkswagen существуют.

Большинство автомобильных двигателей имеют от четырех до восьми цилиндров, некоторые высокопроизводительные автомобили имеют десять, двенадцать или даже шестнадцать, а некоторые очень маленькие легковые и грузовые автомобили имеют два или три цилиндра.В предыдущие годы некоторые довольно большие автомобили, такие как DKW и Saab 92, имели двухцилиндровые двухтактные двигатели.
Радиальные авиационные двигатели, ныне устаревшие, имели от трех до 28 цилиндров, такие как Pratt & Whitney R-4360. Строка содержит нечетное количество цилиндров, поэтому четное число указывает на двух- или четырехрядный двигатель. Самым большим из них был Lycoming R-7755 с 36 цилиндрами (четыре ряда по девять цилиндров), но он так и не был запущен в производство.
Мотоциклы обычно имеют от одного до четырех цилиндров, у некоторых высокопроизводительных моделей их шесть (хотя существуют «новинки» с 8, 10 и 12).
Снегоходы обычно имеют два цилиндра. У некоторых более крупных (не обязательно высокопроизводительных, но тоже туристических машин) их четыре.
Небольшие портативные приборы, такие как бензопилы, генераторы и бытовые газонокосилки, чаще всего имеют один цилиндр, хотя существуют и двухцилиндровые бензопилы.

Система зажигания

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по системе зажигания. Точка цикла, в которой воспламеняется смесь топлива и окислителя, напрямую влияет на КПД и мощность ДВС.Для типичного 4-тактного автомобильного двигателя горящая смесь должна достичь максимального давления, когда коленчатый вал находится под углом 90 градусов после ВМТ. Скорость фронта пламени напрямую зависит от степени сжатия, температуры топливной смеси и октанового или цетанового числа топлива. Современные системы зажигания предназначены для зажигания смеси в нужное время, чтобы фронт пламени не касался опускающейся головки поршня. Если фронт пламени касается поршня, это приводит к появлению детонации или детонации. Более бедные смеси и смеси с более низким давлением горят медленнее, что требует более точного момента зажигания.Сегодня в большинстве двигателей для зажигания используется электрическая или компрессионная система нагрева. Однако исторически использовались системы с внешним пламенем и горячими трубками. Никола Тесла получил один из первых патентов на механическую систему зажигания с патентом США « Электрический воспламенитель для газовых двигателей » 16 августа 1898 года.

Топливные системы

Основная статья: Впрыск топлива

Часто для более простых поршневых двигателей карбюратор используется для подачи топлива в цилиндр.Однако точный контроль количества топлива, подаваемого в двигатель, невозможно.

Более крупные бензиновые двигатели, используемые в автомобилях, в основном перешли на системы впрыска топлива (см. Прямой впрыск бензина). В дизельных двигателях всегда используется впрыск топлива.

В двигателях, работающих на сжиженном нефтяном газе, используется смесь систем впрыска топлива и карбюраторов с обратной связью.

В других двигателях внутреннего сгорания, таких как реактивные двигатели, используются горелки, а в ракетных двигателях используются различные идеи, включая ударные струи, сдвиг газа / жидкости, форсажные камеры и многие другие идеи.

Конфигурация двигателя

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по их конфигурации, которая влияет на их физические размеры и плавность хода (более плавные двигатели производят меньшую вибрацию). Общие конфигурации включают прямую или линейную конфигурацию, более компактную V-образную конфигурацию и более широкую, но более гладкую плоскую или боксерскую конфигурацию. Авиационные двигатели также могут иметь радиальную конфигурацию, которая обеспечивает более эффективное охлаждение. Также использовались более необычные конфигурации, такие как «H», «U», «X» или «W».

Конфигурации с несколькими коленчатыми валами вовсе не обязательно нуждаются в головке блока цилиндров, но вместо этого могут иметь поршень на каждом конце цилиндра, что называется конструкцией с оппозитным поршнем. Эта конструкция использовалась в дизельном авиационном двигателе Junkers Jumo 205 с двумя коленчатыми валами, по одному на обоих концах одного ряда цилиндров, и, что наиболее заметно, в дизельных двигателях Napier Deltic, в которых использовались три коленчатых вала для обслуживания трех групп двусторонних цилиндров. цилиндры расположены в равностороннем треугольнике с коленчатыми валами по углам.Он также использовался в двигателях одноблочных локомотивов и продолжает использоваться для судовых двигателей, как для тяги, так и для вспомогательных генераторов. Двигатель Gnome Rotary, использовавшийся в нескольких ранних самолетах, имел неподвижный коленчатый вал и ряд радиально расположенных цилиндров, вращающихся вокруг него.

Объем двигателя

Рабочий объем двигателя — это рабочий объем или рабочий объем поршней двигателя. Обычно он измеряется в литрах или кубических дюймах для двигателей большего размера и кубических сантиметрах (сокращенно кубических сантиметрах) для двигателей меньшего размера.Двигатели большей мощности обычно более мощные и обеспечивают больший крутящий момент на более низких оборотах, но при этом потребляют больше топлива.

Помимо разработки двигателя с большим количеством цилиндров, есть два способа увеличения мощности двигателя. Первый заключается в увеличении хода, а второй — в увеличении диаметра поршня (см. Также: Коэффициент хода) . В любом случае может потребоваться дополнительная регулировка подачи топлива в двигатель, чтобы обеспечить оптимальную производительность.

Заявленная мощность двигателя может быть больше вопросом маркетинга, чем инженерии. Morris Minor 1000, Morris 1100 и Austin-Healey Sprite Mark II имели двигатели с одинаковым ходом и диаметром цилиндра в соответствии с их спецификациями и были от одного производителя. Однако объем двигателя был указан как 1000 куб. См, 1100 куб. См и 1098 куб. См соответственно в торговой литературе и на значках автомобиля.

Загрязнение двигателя

Обычно двигатели внутреннего сгорания, особенно поршневые двигатели внутреннего сгорания, производят умеренно высокие уровни загрязнения из-за неполного сгорания углеродсодержащего топлива, что приводит к образованию оксида углерода и некоторого количества сажи, а также оксидов азота и серы и некоторых несгоревших углеводородов в зависимости от условий эксплуатации и соотношение топливо / воздух.Основными причинами этого являются необходимость работы бензиновых двигателей со стехиометрическим соотношением для достижения сгорания (топливо сгорает более полно в избытке воздуха) и «гашение» пламени относительно холодными стенками цилиндра.

Дизельные двигатели производят широкий спектр загрязняющих веществ, включая аэрозоли многих мелких частиц (PM10), которые, как считается, глубоко проникают в легкие человека. Двигатели, работающие на сжиженном нефтяном газе (LPG), имеют очень низкий уровень выбросов, поскольку LPG горит очень чисто и полностью и не содержит серы или свинца.

Многие виды топлива содержат серу, что приводит к образованию оксидов серы (SOx) в выхлопных газах, что способствует кислотным дождям.
Высокая температура горения создает большую долю оксидов азота (NOx), которые, как доказано, опасны как для здоровья растений, так и для животных.
Чистое производство углекислого газа не является обязательной характеристикой двигателей, но, поскольку большинство двигателей работают на ископаемом топливе, это обычно происходит. Если двигатели работают на биомассе, то чистый углекислый газ не образуется, поскольку растущие растения поглощают столько же или больше углекислого газа во время роста.
Двигатели, работающие на водороде, должны производить только воду, но при использовании воздуха в качестве окислителя также образуются оксиды азота.

См. Также

Уильям Барнетт — ранний патентообладатель (1838)

Библиография

Певец Чарльз Джозеф; Рэпер, Ричард, История технологии: Двигатель внутреннего сгорания , отредактированный Чарльзом Сингером … [и др.], Clarendon Press, 1954-1978. стр.157-176 [2]
Харденберг, Хорст О., Средние века двигателя внутреннего сгорания , Общество автомобильных инженеров (SAE), 1999

Внешние ссылки

Четырехтактный двигатель

: детали, работа и цикл Отто

Что такое четырехтактный двигатель?

Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом двигателя внутреннего сгорания и используется в различных автомобилях, которые специально используют бензин в качестве топлива, таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы.

Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня (или четыре хода поршня).Ниже представлена анимация четырехтактного двигателя и дальнейшее объяснение процесса.

Ход всасывания: Поршень движется вниз к основанию; это увеличивает объем, позволяя топливно-воздушной смеси попасть в камеру.
Ход сжатия: Впускной клапан закрывается, и поршень перемещается по камере вверх. Это сжимает топливно-воздушную смесь. В конце этого хода свеча зажигания обеспечивает сжатое топливо энергией активации, необходимой для начала горения.
Рабочий ход: Когда топливо достигает конца своего сгорания, тепло, выделяющееся при сгорании углеводородов, увеличивает давление, которое заставляет газ давить на поршень и создавать выходную мощность.
Ход выпуска: Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается. Оставшийся выхлопной газ выталкивается поршнем по мере его движения вверх.

Тепловой КПД этих бензиновых двигателей зависит от модели и конструкции автомобиля.Однако, как правило, бензиновые двигатели преобразуют 20% топлива (химическая энергия) в механическую энергию, из которой только 15% будет использоваться для движения колес.

Одним из способов повышения термодинамической эффективности двигателей является повышение степени сжатия. Это соотношение представляет собой разницу между минимальным и максимальным объемом в камере двигателя. Более высокое соотношение позволяет входить большей топливно-воздушной смеси, вызывая более высокое давление, что приводит к более горячей камере, что увеличивает тепловой КПД.

Детали четырехтактного двигателя:

Четырехтактные двигатели состоят из следующих частей:

Цилиндр: Это сердце двигателя. Поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре.
Головка блока цилиндров: Это верхняя крышка цилиндра в направлении ВМТ, которая называется головкой блока цилиндров.
Поршень: Это возвратно-поступательный элемент двигателя. Он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре.
Поршневые кольца: На поршне предусмотрено два или три поршневых кольца. Он закрывает зазор между гильзой цилиндра и поршнем.
Кривошип: Это вращающийся элемент. Он совершает круговое движение внутри картера.
Картер: Это корпус кривошипа и других деталей двигателя. Он также используется в качестве поддона для смазочного масла.
Шатун: Он используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Коленчатый вал: Это вращающийся элемент, который соединяет кривошип.
Ребра охлаждения или водяные рубашки: Используется для охлаждения.
Кулачок и распределительный вал: Он предназначен для открытия и закрытия впускного и выпускного клапана, а также для работы топливного насоса высокого давления в дизельном двигателе.
Впускной клапан: Этот клапан контролировал подачу заряда или воздуха внутрь цилиндра двигателя.
Выпускной клапан: Этот клапан управляет удалением сгоревшего газа после сгорания.
Впускной коллектор: Это канал, по которому проходит свежий наддув или воздух.
Выпускной коллектор: это канал, через который выхлопные газы выходят из цилиндра двигателя.
Свеча зажигания: Используется в бензиновых двигателях или двигателях SI для воспламенения топлива.
Топливная форсунка: Используется в дизельных двигателях или двигателях с непрерывным смешиванием для распыления топлива внутри цилиндра двигателя.
Карбюратор: Он используется в бензиновом двигателе для правильного смешивания воздуха и топлива.
Маховик: Он установлен на коленчатом валу и изготовлен из чугуна. Он хранит энергию в виде инерции.

Цикл Отто

Диаграмма давление-объем (PV-диаграмма), которая моделирует изменения давления и объема топливно-воздушной смеси в четырехтактном двигателе, называется циклом Отто. Изменения в них будут создавать тепло и использовать это тепло для перемещения транспортного средства или машины (поэтому это тип теплового двигателя).

Компонент в любом двигателе, который использует этот цикл, будет иметь поршень для изменения объема и давления топливно-воздушной смеси. Поршень получает движение от сгорания топлива (где это происходит, объясняется ниже) и электрического наддува при запуске двигателя.

Ниже описывается, что происходит во время каждого шага на фотоэлектрической диаграмме, когда сгорание рабочего тела бензина и воздуха (кислорода), а иногда и электричества, изменяет движение поршня:

Реальный шаг цикла 0 до 1 (идеальный цикл — зеленая линия) : называется фазой всасывания, поршень опускается вниз, чтобы позволить увеличению объема в камере, чтобы он мог «всасывать» топливно-воздушную смесь.С точки зрения термодинамики это называется изобарическим процессом.
Процессы с 1 по 2: На этом этапе поршень будет втянут, чтобы он мог сжимать топливно-воздушную смесь, попавшую в камеру. Сжатие вызывает небольшое повышение давления и температуры смеси, однако теплообмен не происходит. С точки зрения термодинамики это называется адиабатическим процессом. Когда цикл достигает точки 2, это происходит, когда свеча зажигания встречает топливо, которое должно воспламениться.
Процессы 2–3 : Здесь происходит возгорание из-за воспламенения топлива свечой зажигания. Сгорание газа завершается в точке 3, что приводит к образованию камеры с высоким давлением и большим количеством тепла (тепловой энергии). С точки зрения термодинамики это называется изохорическим процессом.
Процессы с 3 по 4: Тепловая энергия в камере в результате сгорания используется для работы с поршнем, которая толкает поршень вниз, увеличивая объем камеры.Это также известно как энергетический сток, потому что это когда тепловая энергия превращается в движение, приводящее в действие машину или транспортное средство.
Фиолетовая линия (процесс с 4 по 1 и фаза выпуска) : В процессе с 4 по 1 выпускной клапан открывается, и все отходящее тепло выводится из камеры двигателя. Когда тепло покидает газ, молекулы теряют кинетическую энергию, вызывая снижение давления. Затем происходит фаза выпуска (этапы от 0 до 1), когда оставшаяся в камере смесь сжимается поршнем для «выпуска» наружу без изменения давления.

Преимущества и недостатки четырехтактного двигателя:

Преимущества четырехтактного двигателя:

Больше крутящего момента
Больше экономии топлива, чем у 2-тактного двигателя
смазочное масло
Меньше загрязнения из-за правильного сжигания топлива
Больше долговечности
Хорошо управляемая система охлаждения, увеличивающая срок службы двигателя
Меньше шума
Очистка происходит очень хорошо, поэтому тепловая эффективность и мощность двигателя высоки

Недостатки 4-тактного двигателя:

Есть много движущихся частей и, следовательно, больше трения, поэтому двигатель имеет меньший механический КПД.
Конструкция сложная
Вес двигателя больше из-за более тяжелой конструкции маховика.
Из-за большего количества деталей техническое обслуживание требуется довольно часто.

Области применения четырехтактного дизельного двигателя:

Четырехтактный дизельный двигатель — один из самых популярных дизельных двигателей. Он имеет различные виды применения, например:

Малые насосные агрегаты
В автомобильной промышленности
Воздушный компрессор
Буровая установка
Лодки и корабли
Электропила
Бульдозеры
Цистерны
Дизель-электрические двигатели .

Система охлаждения четырехтактного двигателя:

Все тепло, производимое при сгорании топлива, не полностью преобразуется в мощность на коленчатом валу.

Только около 20 процентов тепла используется в качестве энергии на коленчатом валу. А 35 процентов тепла передается стенке цилиндра, что вызывает преждевременное воспламенение заряда, а также выгорает смазка из-за тепла, поэтому двигатель может заклинивать.