Принцип работы двс: Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания — устройство и принцип работы ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.

Внизу страницы смотрите видео, на котором наглядно показано устройство и принцип работы бензинового ДВС.

В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

В подавляющем большинстве легковых автомобилей устанавливают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы и берём его за основу. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового ДВС, предлагаем вам взглянуть на рисунок:


Устройство двигателя внутреннего сгорания

Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый – впуск), сжимается (такт второй – сжатие) и воспламеняется от искры свечи зажигания. При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, заставляющее поршень двигаться вниз к так называемой нижней мертвой точке (НМТ), совершая при этом такт третий – рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение коленчатый вал. Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля – это четвертый такт (выпуск) работы двигателя внутреннего сгорания.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом, в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

  1. Такт первый — ВПУСК. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом возникает разряжение и полость цилиндра ДВС заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Смесь, попадая в камеру сгорания, смешивается с остатками отработавших газов. В конце впуска давление в цилиндре составляет 0,07–0,095 МПа, а температура 80-120 ºС.
  2. Такт второй – СЖАТИЕ. Поршень движется к ВМТ, оба клапана закрыты, рабочая смесь в цилиндре сжимается, а сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300-400 ºС).
  3. Такт третий – РАСШИРЕНИЕ. При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура (до 2500 градусов по Цельсию). Под давлением поршень перемещается к НМТ. Давление равно 4–6 МПа.
  4. Такт четвертый – ВЫПУСК. Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выпускной трубопровод, а затем в окружающую среду. Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа, температура 600-900 ºС.

И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором также очень хорошо показан принцип работы ДВС.

Видео: как устроен двигатель внутреннего сгорания

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, устройство ДВС

Двигатель внутреннего сгорания — один из ключевых элементов конструкции транспортного средства. Он представляет собой внушительный агрегат, принцип работы двигателя внутреннего сгорания основывается на изменении энергии для действия определенных частей агрегата.

Виды моторов

Существует три вида двигателей, встречаемых в транспортных средствах:

  • поршневой
  • роторно-поршневой
  • газотурбинный

Большой популярностью пользуется первый вариант моторов. На некоторые модели автомобилей устанавливают так поршневые двигатели с четырьмя тактами. Вызвана такая популярность тем, что подобные агрегаты стоят дешевле, имеют небольшой вес и подходят для использования практически во всех машинах вне зависимости от производства.

Если говорить простыми словами, то двигатель автомобиля — это особый механизм, способный изменить энергию тепла, превратив ее в механическую энергию, благодаря чему удается обеспечить работу множества элементов конструкции автомобиля, а также его систем.

Изучить принцип действия мотора не составит труда. Например, поршневые ДВС делятся на двух- и четырехтактные агрегаты. Четырехтактными двигатели называют потому, что в одном рабочем цикле элемента поршень двигается четыре раза (такта). Подробнее о том, что представляют собой такты, написано далее.

Устройство мотора

Прежде, чем разбираться с принципом работы, стоит сначала понять, как устроен силовой агрегат и что входит в его конструкцию. Так как поршневые считаются наиболее востребованными, рассматриваться будет именно такое устройство. К основным деталям следует отнести:

  1. Цилиндры, образующие отдельный блок
  2. Головку блока с ГРМ
  3. Кривошипно-шатунный механизм

Последний приводит в движение коленчатый вал, заставляя его вращаться. Механизм передает валу энергию, получаемую от двигающегося поршня, который в несколько тактов меняет свое положение. Движение поршня регулирует энергия тепла, возникающая в результате горения топлива.

Невозможно представить и организовать движение силового агрегата без установленных в нем механизмов. Так, например, ГРМ меняет положение клапанов, за счет чего удается обеспечить регулярную подачу топлива, впуская и выпуская определенные составы. Система поступления новых газов и выхода отработавших налажена.

Работа двигателя возможна только при одновременной работе всех включенных в конструкцию деталей, механизмов и других элементов. Также вместе с ними должны бесперебойно действовать следующие системы:

  • зажигания, основная роль которой заключается в воспламенении топлива,
  • содержащего также воздух;
  • впускная, регулирующая своевременную подачу воздуха внутрь цилиндра;
  • топливная, благодаря которой удается обеспечить подачу топлива для сгорания и дальнейшей работы транспорта;
  • система смазки, снижающая износ трущихся деталей конструкции во время их работы;
  • выхлопная, посредством действия которой удается удалить отработавшие газы, в результате чего снижается их токсичность.

Также работает система охлаждения, регулирующая температуру внутри агрегата и следящая за тем, чтобы она была оптимальной.

Рабочий цикл ДВС

Основной цикл мотора подразумевает выполнение четырех основных тактов. Именно о них и пойдет речь дальше по тексту.

Первый такт: впуск

Начальный — движение кулачков, которые являются частью конструкции распределительного вала. Они меняют воздействуют на клапан впуска, заставляя его открыться.

Далее, вслед за открывшимся клапаном, с места двигается поршень. Деталь постепенно перемещается из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Воздух внутри цилиндра в связи с уменьшением пространства поршнем становится более разреженным, благодаря чему становится возможным поступление подготовленной рабочей смеси.

После этого поршень начинает действовать на коленвал через шатун, вследствие чего вал поворачивается на 180 градусов. Сам поршень уже достигает своего критического нижнего положения, и на этом моменте начинается второй такт.

Второй такт: сжатие

Он подразумевает дальнейшее сжатие смеси, находящейся внутри цилиндра. Клапан впуска закрывается, и поршень меняет свое направление, двигаясь вверх. Воздух в связи с уменьшением пространства начинает сжиматься, а рабочая смесь — нагреваться. Когда второй такт подходит к концу, в действие приходит система зажигания. Ее основное назначение — подача на свечу заряда электричества для образования искры. Именно эта искра поджигает сжатую смесь из топлива и воздуха, приводя к ее воспламенению.

Отдельно стоит рассмотреть, как зажигается топливо у дизельного ДВС. Как только завершается сжатие, начинает поступать мелкораспыленное дизельное топливо через форсунку внутрь камеры. Впоследствии горючее вещество перемешивается с воздухом внутри, благодаря чему происходит воспламенение.

Что касается карбюраторного двигателя со стандартным топливом, то на втором такте коленчатый вал успевает сделать полный оборот.

Третий такт: рабочий ход

Третий такт называется рабочим ходом. Газы, оставшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень, перемещая его вниз. Полученная деталью энергия передается коленвалу, и тот снова поворачивается, но уже на половину оборота.

Четвертый такт: выпуск

Четвертый такт — выпуск оставшихся газов. Когда такт только начинается, кулачок меняет положение на этот раз выпускного клапана, открывая его. Это способствует началу движения поршня наверх, вследствие чего из цилиндра начинают выходить отработавшие газы.

Интересно, что на современных моделях транспортных средств ДВС оборудованы не одним цилиндром, а несколькими. Благодаря их слаженной работе обеспечивается более качественная работа мотора и систем машины. При этом в каждом цилиндре единовременно выполняются разные такты. Так, например, в одном цилиндре вовсю идет рабочий ход, а во втором — коленчатый вал еще только совершает оборот. Подобная конструкция также:

  • избавляет от ненужных вибраций;
  • уравновешивает силы, которые действуют на работу коленвала;
  • организует ровную работу мотора.

Ввиду компактности двигатели с несколькими цилиндрами изготавливают не рядными, а V-образными. Также существует форма оппозитных двигателей, которые часто можно встретить на автомобилях производства Subaru. Такое решение позволяет сэкономить много места под капотом.

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.

Преимущества и недостатки

Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.

Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.

Также читайте:

Какое моторное масло лучше заливать в двигатель Мерседес

Компрессор Мерседес: Виды компрессоров Плюсы и Минусы

ТОП 5 ЛУЧШИХ и ХУДШИХ МОТОРОВ MERCEDES

Что означает индикатор Check Engine и почему может гореть?

Что такое VIN CODE ? Как расшифровать вин код автомобиля Мерседес

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

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

Из истории

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

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

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

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

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

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

Виды двигателей

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

Принцип работы

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

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

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

Устройство ДВС

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

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

Порядок работы

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

Конструкция ДВС

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

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

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

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

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

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

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

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

Дополнительные агрегаты

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

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

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

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

Тип топлива

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

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

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

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

Тюнинг

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

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

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

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).

 

Первый такт — такт впуска

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

 

Второй такт — такт сжатия

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

 

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

 

Четвертый такт — такт выпуска

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

 

 

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

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

Принцип работы ДВС современного типа простыми словами

Современные двигатели работают по достаточно простой схеме, которая была изобретена целый век назад. Единственное, что подверглось сильному изменению после производства первого двигателя внутреннего сгорания, это система питания. С карбюраторов и прочих не слишком эффективных средств подачи топлива промышленность перешла на инжектор для бензиновых двигателей. Дизельные агрегаты обладают отдельным типом впрыска через систему с повышенным давлением. Все последние разработки в технологиях работы ДВС являются мелочными дополнениями к уже известной конструкции, которые призваны обеспечить либо автоматическую регулировку определенных параметров работы, либо определенную экономию топлива.

Тем не менее, суть двигателя остается прежней. По части работы двигателя внутреннего сгорания сегодня мы обсудим отдельно службу бензинового и дизельного силового агрегата, а также обсудим некоторые особенности использования бензинового двигателя в гибридных устройствах. Также затронем тему турбины в различных агрегатах, ее типов и смысла использования. Ознакомившись со всеми тонкостями работы современных силовых агрегатов внутреннего сгорания, вы поймете, что нынешние ДВС фактически ничем не отличаются от классических устройств.

Содержание

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — тонкости работы

Двигатель на бензиновом топливе представляет собою классический вариант силового агрегата, который может работать только на очищенном и качественном бензине, производимом из нефти. Современные двигатели работают только на бензине с октановым числом 95 или даже 98. Залив в хороший агрегат бензин плохого качества, вы можете приобрести массу проблем.

Топливо подается в агрегат с помощью бензонасоса, а количество подачи регулируется специальной системой впрыска. Инжекторы обладают тонкими форсунками, которые распыляют топливо в системе, позволяя его полностью сжечь в камерах сгорания. После подачи топлива по трубке на систему инжектора происходят следующие процессы:

  • инжектор распыляет бензин, превращая его в облако пара, а также смешивает получившиеся частицы с воздухом;
  • смесь бензина и кислорода попадает дальше в камеру сгорания, где в верхней части поджигается свечей зажигания;
  • подожженный бензин быстро воспламеняется, формируя определенной мощности взрыв с конкретным давлением и усилием;
  • камера сгорания исключительно герметична, потому сила этого взрыва направляется на рабочую плоскость поршня;
  • от мощности удара поршень опускается вниз и приводит в движение коленчатый вал, на котором закреплены другие поршни;
  • с помощью неоднократного повторения такого процесса происходит постоянное вращение двигателя.

Если топливо не распыляется должным образом, поскольку форсунки забиты или поломаны, один из цилиндров не будет давать нужной мощности, поскольку топливо не сможет поджигаться и нормально выполнять свои функции. В таком случае двигатель теряет мощность и значительно увеличивает расход. Также в таком агрегате крайне важна фильтрация воздуха.

Турбина в бензиновых двигателях представляет собой механизм усиленной подачи воздуха, за счет чего на определенных режимах работы увеличивается мощность агрегата без увеличения потребления топлива. Интенсивная подача воздуха с разными значениями позволяет компаниям достигать невероятных технических характеристик вполне стандартных бензиновых агрегатов.

Дизельный силовой агрегат — второй тип ДВС

Еще один важный тип двигателя, который стал прекрасной альтернативой бензиновому агрегату в обыденной и коммерческой эксплуатации, — это дизельный силовой агрегат. Его стандартными преимуществами считается менее активный расход топлива и очень ощутимая тяга. Такие выгоды дают возможность полностью переформатировать стиль поездки, изменить привычки управления автомобилем.

Дизельный силовой агрегат подает топливо также через форсунки со значительным распылением. Это требует высокой чистоты дизельного топлива и значительной безопасности работы системы подачи топлива, поскольку жидкость подается на форсунки в достаточно большом давлении. Принцип работы агрегата несколько отличается от бензинового:

  • топливо подается на распыление в гораздо большем давлении, оно прогревается еще до входа в камеры сгорания;
  • под воздействием значительного давления поршней в камерах сгорания топливо самовоспламеняется;
  • создаваемая при этом энергия производит толчок поршня в нижнее положение, выводя при этом другие поршни вверх;
  • для работы двигателя требуется меньше топлива, а вот подача воздуха имеет большое значение;
  • по данной причине в дизельных двигателях практически всегда присутствует турбина, распространены только турбодизели;
  • агрегат создает очень завидную мощность поршней, потому даже на низких оборотах он обладает большой тягой.

Определенная специфика работы дизельного двигателя вызывает и некоторые особенности его эксплуатации. В частности, водителю придется научиться раньше переключать передачи, довольствоваться низкими оборотами и контролировать тягу машины. Современные турбодизели потребляют на 15-20 процентов меньше топлива на ту самую мощность, чем бензиновые агрегаты.

Объемистые и тяговитые дизельные двигатели в промышленности могут работать не только на продуктах нефтеобработки. Многие агрегаты приспособлены даже на сжигание сырой нефти, а также принимают в качестве топлива природные биомасла, которые воспламеняются при сильном давлении. Это может стать одним из будущих перспективных моментов автомобилестроения.

Бензиновый гибридный двигатель — электричество в моде

Не так давно на рынок начали поступать гибридные автомобили. Это машины, у которых силовой агрегат состоит из двух частей. Первая часть не отличается от стандартных бензиновых агрегатов, но зачастую не столь объемистая и мощная. А вторая часть представлена электродвигателями в разных количествах и расположениях.

Батареи для электродвигателя оснащены отдельным генератором, который заряжается от работы бензинового агрегата. Также энергия берется из рекуперации энергии торможения и прочих процессов, которые обычно теряются в стандартном исполнении. Гибрид работает по следующей схеме:

  • в стандартных ситуациях городской поездки используются только электромоторы, вы ведете электромобиль;
  • когда энергия батарей на исходе, в дело включается бензиновый двигатель, нагнетающий запас в аккумуляторах;
  • также при резком нажатии на педаль газа включаются сразу все двигатели, давая огромную энергию;
  • при полной разрядке батарей ДВС продолжает работать и весьма экономично везет вас в нужном направлении;
  • у некоторых гибридных автомобилей есть выход для зарядки батарей от обычной электрической сети.

Такие технологии являются дыханием будущего, поскольку экономия на гибридных автомобилях ощутима. Большой внедорожник с такой установкой может затрачивать всего 5-6 литров топлива, независимо от выбранного режима поездки. Хороший двигатель внутреннего сгорания обеспечивает быструю зарядку батарей.

Сегодня активно развивается применение гибридных установок на основе дизельного двигателя. В таком случае расход опускается до невероятных 2-3 литров на 100 километров. Впрочем, технологии гибридного использования знают и расход в 1 литр на 100 километров, который является эталонным для современных производителей автомобилей. Предлагаем изучить принцип работы гибридного двигателя на следующем видео:

Подводим итоги

Сегодня покупатель автомобилей имеет большой выбор технологий, которые для него будут оптимальными во всех отношениях. Подобрать лучшее решение будет непросто, поскольку производители расписывают преимущества своих предложений в самых неожиданных аспектах. Иногда правильно преподнесенная технология кажется нам самым важным элементом автомобиля, но на самом деле не занимает и части технического потенциала транспорта.

Потому многие покупатели просто становятся жертвами рекламного влияния, покупая те или иные технологии и оплачивая их в полной мере. Сегодня лучше отказаться от рекламы при выборе типа машины. Положитесь на собственные впечатления и ощущения, на решения, которые вам нравятся больше всего. В каждом типе двигателя и силовой установки есть свои преимущества и недостатки. Расскажите о главных преимуществах двигателя в вашем автомобиле.

Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания. —

Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

1234

Рабочий цикл двигателя — ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Автомобильные двигатели работают, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня. Состоит из: такта впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.
Принцип работы ДВС 

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ).

  • Впуск. Коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.
  • Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
  • Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200оС.
  • Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

  • Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.
  • Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
  • Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.
  • Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).
Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.


Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3


Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

 

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Автор автомеханик А.Зарядин На чтение 14 мин. Просмотров 1.8k. Опубликовано

Первым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) считается изобретение французского механика Ленуара в 1860 году. Поршневой агрегат работал за счёт сжигания в цилиндре светильного газа. Более удачную конструкцию предложил немец Отто в 1866 году. Его двигатель работал по 4-тактному циклу, сжимая в цилиндрах смесь газа и воздуха перед воспламенением запальной свечи. Следующим этапом развития стал переход на жидкое нефтяное топливо и внесение технических новшеств в конструкцию ДВС.

Что такое ДВС

Двигатель преобразует топливную, электрическую и другие виды энергии в механическую для передачи её исполнительным органам машины или установки: трансмиссии, насосу, ротору и т.д. Автомобильные двигатели различаются по виду первичной энергии и процессу её преобразования:

  • поршневой двигатель внутреннего сгорания;
  • газовая турбина;
  • паровой двигатель;
  • роторно-поршневой мотор;
  • двигатель внешнего сгорания;
  • электромотор;
  • маховичный двигатель и др.

Наиболее распространён поршневой двигатель внутреннего сгорания. Источником энергии ДВС служит жидкое нефтяное топливо или горючий газ. Популярность этого типа мотора обусловлена возможностью компактного хранения топлива и его малого расхода при большом пробеге автомобиля.

Рассмотрим подробнее, что такое двигатель внутреннего сгорания, его устройство, принцип работы, плюсы и минусы.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

В устройство двигателя внутреннего сгорания входят различные механизмы и системы. Так, поршневой 4-тактный агрегат состоит из кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ) механизмов:

  • КШМ включает в себя подвижные и неподвижные детали. Основу составляет блок цилиндров, установленный на картере. Сверху блок закрыт головкой, в которой находятся впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания, форсунки. Внутри цилиндров перемещаются поршни, соединённые через поршневой палец с верхней головкой шатуна. Нижняя часть шатуна охватывает шейку коленвала. На конце вала закреплён маховик;
  • в состав ГРМ входит распределительный вал, клапаны и привод ГРМ. Подробнее о механизме поговорим ниже.

 

В 2-тактном поршневом ДВС клапана отсутствуют. Вместо них в конструкции предусмотрены продувочные окна.

Достойной заменой поршневому агрегату можно рассмотреть только роторно-поршневой мотор или двигатель Ванкеля. Он работает по 4-тактому циклу, а поршень имеет форму треугольника Рёло. Газораспределение в роторном агрегате происходит через впускные и выпускные окна, поэтому необходимость в сложном клапанном механизме отпадает. Двигатели Ванкеля встречаются в машинах Mazda и советских ВАЗах.

Системы двигателя

Надёжная и долговременная работа двигателя внутреннего сгорания невозможна без питания, смазки, охлаждения. Кроме того, нужно обеспечить первый запуск коленвала и каждый раз воспламенять рабочую смесь в цилиндрах. Для этих целей разработаны следующие системы двигателя:

  • смазки;
  • охлаждения;
  • питания;
  • запуска;
  • зажигания;
  • впрыска;
  • управления.

Если раньше системы были механические, сейчас в них появляется больше электроники. Электронное управление делает работу мотора высокоэффективной, экономичной и надёжной. Системы становятся компактными, но требуют качественного и регулярного обслуживания.

ГРМ — газораспределительный механизм

Устройство двигателя внутреннего сгорания включает в себя ГРМ. Его функция — вовремя подать в определённые цилиндры рабочую смесь, а также выпустить из этих цилиндров продукты горения. Работу механизма определяют последовательность работы цилиндров и фазы газораспределения.

Для функционирования ГРМ необходимы минимум 1 впускной и 1 выпускной клапан на каждый цилиндр. Диаметр тарелки впускного клапана обычно больше, чем у выпускного, что позволяет улучшить наполняемость цилиндра и увеличить рабочие показатели ДВС. Открытие и закрытие клапанов регулирует кулачковый распределительный вал. Сам вал приводится цепью или ремнём от коленвала.

Конструктивно привод клапанов делится на 4 вида:

  • OHV — распредвал расположен в блоке цилиндров, а управление клапанами происходит через дополнительные толкатели и штанги;
  • ОНС — распредвал размещён в головке блока, привод клапанов осуществляется за счёт рычажных толкателей;
  • DОНС — схема расположения с двумя распредвалами в головке блока. В этом случае один вал используется для впускных, а другой для выпускных клапанов.

Фазы газораспределения — это моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленвала. Правильно подобранные фазы обеспечивают лучшее наполнение и очистку цилиндров. Если в устройство двигателя включить механизм управления фазами VVT, это позволит получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленвала и экономить ресурсы на малых оборотах.

Система смазки

Смазка двигателя автомобиля защищает детали от трения, коррозии, охлаждает конструкцию и смывает грязь. В ДВС часто используются комбинированные системы, в которых моторное масло подаётся под давлением и разбрызгиванием.

В типичной смазочной системе масло заливают через маслозаливную горловину в поддон картера до определённого уровня. При работе двигателя маслонасос высасывает из поддона смазку через маслозаборник. Затем масло фильтруется от примесей и переходит в главную магистраль.

Магистраль представляет собой ответвления каналов, по которым масло поступает к коренным подшипникам коленвала, опорам распредвала, поршневой группе и другим деталям. Из зазоров подшипников смазка вытекает и разбрызгивается движущимися элементами в виде капель и масляного тумана. Под действием силы тяжести масло стекает в поддон, смазывая при этом привод ГРМ.

В высокофорсированных ДВС спорткаров, в тракторах и спецавтомобилях применяется система смазки с сухим картером. Масло постоянно выкачивается дополнительным маслонасосом в масляный бак, из которого подаётся под давлением в систему смазки двигателя. Такое решение помогает предотвратить перемещение масла при резких манёврах, когда маслозаборник окажется выше уровня масла.

Система смазки выполняет функцию вентиляции картера от газов, которые прорываются из цилиндра через поршневые кольца. Соединяясь с парами воды, газы образуют агрессивные кислоты и могут вызвать коррозию. Самым простым способом вентиляции картерных газов является выведение их в атмосферу. Однако, высокие нормы экологии привели к появлению закрытых принудительных систем вентиляции, в которых газы направляются в камеры сгорания через впускной тракт.

Система охлаждения

Температура в камере сгорания в момент воспламенения доходит до 2500℃. Перегрев цилиндров, поршней, головки блока и других деталей приводит к потере мощности, тепловому расширению, выгоранию масла, обгоранию клапанов и заклиниванию двигателя. Для охлаждения конструкции разработана система, которая принудительно отводит тепло потоком воздуха или жидкости.

Воздушная система охлаждения ДВС применяется на мопедах, мотоциклах и газонокосилках. Жидкостная система более сложная и шумная, но обеспечивает равномерный и эффективный отвод тепла. В качестве теплоносителя используются антифризы — жидкости с низкой температурой замерзания.

Для отвода тепла от блока цилиндров и головки предусмотрена рубашка охлаждения — канал для прохождения жидкости. Рубашка соединяется патрубками с радиатором, который забирает тепло от жидкости и выбрасывает его в воздух. За радиатором располагают вентилятор, который увеличивает скорость прохождения воздуха. Вентилятор приводится от ременной передачи коленвала или электропривода. Часто вентилятор оснащают вязкостной или гидравлической муфтой.

Во время работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует от насоса, который приводится от коленвала или электродвигателя. Чтобы система обеспечивала оптимальный температурный режим, в контур охлаждения встраивают термостат с управляемым теплочувствительным элементом. Термостат может быть соединён с электронным блоком управления.

Система подачи топлива

Система подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания может быть карбюраторной или инжекторной. Наиболее распространённой является инжекторная система питания с распределённым впрыском. Она состоит из следующих подсистем:

  • подачи и очистки топлива;
  • подачи и очистки воздуха;
  • улавливания и сжигания паров бензина;
  • выпуска и дожигания отработанных газов;
  • электронной части с набором датчиков.

Во время включения ДВС запускается электробензонасос, который закачивает топливо из бака. Бензин проходит через топливный фильтр к рампе с форсунками. На корпусе форсунки находятся электрические контакты, которые регулируют количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

За количеств воздуха, поступающего в цилиндры ДВС, отвечает дроссельная заслонка. Она работает от механического троска или электропривода.  Регулировку оборотов на холостом ходу осуществляет шаговый электродвигатель или непосредственно компьютер. Для корректной работы системы впрыска электронный блок получает информацию с датчиков массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости, положения и частоты вращения коленвала и др.

Помимо распределённого впрыска существуют системы непосредственного впрыска. Однако, они более сложные и дорогие. Специалистам компании Mitsubishi удалось разработать сбалансированную систему, которая улучшила топливную экономичность и повысила мощность мотора. Это объясняется возможностью двигателя работать на обеднённых смесях и повышением степени сжатия до с 10 до 12,5.

Впервые система непосредственного впрыска появилась в моторах 1,8 GDI на Mitsubishi Galant в 1996 году. Сейчас подобные двигатели внутреннего сгорания встречаются в машинах Peugeot-Citroen, Renault, Toyota.

Системы питания дизельных ДВС отличаются от бензиновых. Существуют две схемы подачи дизельного топлива: с разделённой камерой сгорания и непосредственный впрыск. Первый вариант работает мягче и тише, но распространение получил второй вариант с лучшей топливной экономичностью в 20 %.

Дизельное топливо поступает из бака в нагнетательный трубопровод, затем через подкачивающий насос в топливный фильтр. После очистки дизель попадает в топливный насос высокого давления ТНВД, который распределяет топливо по форсункам.

Альтернативой системе с ТНВД является система питания Common Rail от Bosch. Особенность системы — установка аккумуляторного узла со штуцерами для подсоединения форсунок. Топливо в узле находится постоянно под высоким давлением, что позволяет подавать в цилиндр небольшие и точно отмеренные порции.

Выхлопная система

Выхлопная система влияет на мощность ДВС, расход топлива и количество выбросов в атмосферу. Для уменьшения содержания вредных веществ в отработанных газах применяется каталитический нейтрализатор.  Он состоит из восстановительного и двух окислительных катализаторов, которые превращают углеводороды в водяной пар, а окиси углерода — в углекислый газ. Нейтрализатор устанавливают максимально близко к выпускному коллектору.

Нейтрализатор работает эффективнее, если двигатель внутреннего сгорания работает на смеси из воздуха и топлива в соотношении 14,7:1. Количество воздуха в отработанных газах отслеживает датчик лямбда-зонд. Уровень вредных окисей азота снижают с помощью системы рециркуляции путём забора части газов из выпускной системы для подачи его во впуск.

Классификация двигателей

Конструкция ДВС бывает различной. Каждый разработчик мотора пытается внести свои улучшения, повысить мощность и экономичность, снизить выбросы вредных веществ и стоимость агрегата. Давайте посмотрим, по каким критериям классифицируют двигатели внутреннего сгорания.

По рабочему циклу

Рабочий цикл ДВС — это последовательность процессов внутри каждого цилиндра, в результате которой энергия топлива превращается в механическую энергию. Цикл может быть двухтактным или четырехтактным:

  • четырёхтактный мотор работает по «циклу Отто» или Аткинсона и включает в себя такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск;
  • в двухтактном ДВС впуск и сжатие происходят одновременно за один такт, а рабочий ход переходит в выпуск на втором такте.

Если сравнивать двигатели внутреннего сгорания одной мощности по рабочему циклу, 2-тактный окажется проще и компактнее. А вот по топливной экономичности и экологическим показателям в выигрыше окажется 4-тактный мотор.

По типу конструкции

По конструкции ДВС делятся на:

  • поршневые, в которых расширяющиеся при сгорании газы приводят в движение поршень, который в свою очередь толкает коленвал;
  • роторные.Растущее давление газов воздействует на ротор, соединённый с корпусом через зубчатую передачу. Роторный мотор не имеет ГРМ. Его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках корпуса;
  • газовые турбины. В этих двигателях внутреннего сгорания газы с высокой скоростью попадают на лопатки силовой турбины, которая соединяется через редуктор с трансмиссией. Для нагнетания воздуха в мотор установлен турбинный компрессор.

Моторы могут быть без наддува, с турбокомпрессором или нагнетателем. Конструкция подбирается под назначение двигателя: будь то стационарная установка или транспорт.

По количеству цилиндров

Одно цилиндровые двигатели работают неравномерно, что не критично для лодочных моторов, мопедов и мотоциклов. Двигатель автомобиля устроен сложнее, поскольку нужна высокая мощность, а значит и большой объём цилиндра. Так, в транспорте малого класса применяются 4-цилиндровые моторы. В грузовые автомобили ставят 6- и 8-цилиндровые ДВС.

В моделях премиум класса встречаются 12-цилиндровые агрегаты. Например, в Audi A8 установлен мотор W12 с 4 клапанами на каждый цилиндр и мощностью 420 л.с.

По принципу создания рабочей смеси

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания различается способами смесеобразования:

  • внешнее: в карбюраторных моторах и в агрегатах с впрыском топлива во впускной коллектор;
  • внутреннее: в дизельных двигателях и бензиновых с непосредственным впрыском в камеру сгорания.

По расположению цилиндров

Поршневые двигатели автомобиля различаются компоновочной схемой блока цилиндров и могут представлять собой конструкцию:

  • рядную;
  • V-образную;
  • оппозитную с углом развала между поршнями 180°;
  • VR-образную;
  • W -образную.

В зависимости от компоновки моторы устанавливаются в подкапотное пространство вертикально, горизонтально или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты конструкции.

По типу топлива

Работа двигателя внутреннего сгорания происходит за счёт сжигания смеси воздуха с бензином, газа или дизеля. В качестве газового топлива ДВС применяются углеводород, сжиженный газ, смесь пропана и бутана, метан, водород.

По принципу работы ГРМ

Выше мы рассматривали, что ГРМ может быть устроен по схеме OHV, ОНС или DОНС. Выбор компоновки влияет на принцип работы двигателя. Также приводы клапанов различаются способами регулировки тепловых зазоров, которые увеличиваются в результате нагрева конструкции. Настройку зазоров проводят вручную, меняя специальные винты в коромыслах, или устанавливают гидрокомпенсаторы для автоматической регулировки.

Принцип работы двигателя

Изучив устройство, перейдём к рассмотрению принципа работы ДВС. Как работает двигатель внутреннего сгорания разберём на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается поршень, соединённый с коленчатым валом через шатун. Положение, в котором остаётся поршень после перемещения вверх, называется верхней мёртвой точкой ВМТ. А положение после перемещения вниз — нижней мёртвой точкой НМТ. Ход поршня между двумя крайними точками называется тактом. Рабочий цикл включает 4 последовательных такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Посмотрим поэтапно, как работает 4-тактный двигатель внутреннего сгорания:

  1. В начале такта впуска открывается впускной клапан, а поршень перемещается от ВМТ. В это время в цилиндр всасывается горючая смесь.
  2. После прохода НМТ поршень поднимается вверх, сжимая рабочую смесь и остаточные газы. Все клапана закрыты. Растёт давление и температура сжатых газов. В это время свеча зажигания даёт искру для воспламенения смеси.
  3. Рабочая смесь горит, толкая поршень от ВМТ вниз. Клапана ещё закрыты.
  4. На такте выпуска открывается выпускной клапан, и поршень поднимается вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.

В многоцилиндровом блоке одинаковые такты в цилиндрах проходят в разном порядке. Например, если в устройство двигателя входит 4-цилиндровый блок, то очередность работы может выглядеть, как 1-3-2-4. Это означает, что такт впуска пройдёт сначала в 1, потом в 3, затем во 2, а после в 4 цилиндре.

Принцип работы двухтактного двигателя

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя с двумя рабочими тактами отличаются от 4-тактного. Здесь вместо клапанов в определённых местах цилиндра предусмотрены отверстия — продувочные окна. Свечи зажигания установлены в головке цилиндра.

Во время первого такта поршень двигается от НМТ к ВМТ. Через впускное окно под давлением насоса поступает рабочая смесь, заполняя цилиндр. Выпускное окно открыто и выпускает остатки отработавших газов. Перемещаясь, поршень перекрывает окна. Горючая смесь сжимается. Вблизи ВМТ подаётся искра зажигания, после чего начинается второй такт.

Поршень перемещается вниз под действием давления газов. Открываются окна. Сначала выпускное, через которое выходят отработанные газы, а затем впускное, через которое снова подаётся смесь.

Схема двухтактного двигателя имеет большой КПД: поршень за весь рабочий цикл совершает 2 хода, а коленчатый вал делает один полный оборот. Однако, часть топливно-воздушной смеси теряется вместе с отработанными газами, что даёт низкую топливную экономичность. Кроме того, поршневые кольца, постоянно пересекая кромки продувочных окон, быстро изнашиваются.

Преимущества и недостатки ДВС

ДВС — основной силовой агрегат, который устанавливают в автомобили. Несмотря на популярность, устройство двигателя внутреннего сгорания далеко от идеала.

Плюсы ДВС

Минусы ДВС

Автономная работа Зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения коленвала
Топливная экономичность Токсичные выбросы
Высокая мощность Трудный запуск при минусовых температурах
Доступная цена Вибрация и шум
Сложная конструкция с большим количеством расходников
Необходимость использования коробки передач
Малый ресурс
Затраты на обслуживание

Заключение

Устройство двигателя внутреннего сгорания постоянно усложняется, в попытках угодить запросам потребителей. Растёт количество модификаций, применяются новые электронные системы и перспективные виды топлива. Но эпоха доминирования ДВС постепенно заканчивается, на смену приходят более экологические чистые, эффективные и бесшумные конструкции. Например, гибридная машина, в которой ДВС работает в паре с электродвигателем. 

Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций

Администрация — Навыки, процедуры, обязанности военнослужащих и т. Д.

Продвижение — Военное продвижение по службе книги и др.

Аэрограф / Метеорология — Метеорология основы, физика атмосферы, атмосферные явления и др.
Руководство по аэрографии и метеорологии ВМФ

Автомобили / Механика — Руководства по техническому обслуживанию автомобилей, механика дизельных и бензиновых двигателей, руководства по автомобильным запчастям, руководства по запчастям дизельных двигателей, руководства по запчастям для бензиновых двигателей и т. Д.
Автомобильные аксессуары | Перевозчик, Персонал | Дизельные генераторы | Механика двигателя | Фильтры | Пожарные машины и оборудование | Топливные насосы и хранилище | Газотурбинные генераторы | Генераторы | Обогреватели | HMMWV (Хаммер / Хаммер) | и т.п…

Авиация — Принципы полета, авиастроение, авиационная техника, авиационные силовые установки, руководства по авиационным деталям, руководства по деталям самолетов и т. д.
Руководства по авиации ВМФ | Авиационные аксессуары | Общее техническое обслуживание авиации | Руководства по эксплуатации вертолетов AH-Apache | Руководства по эксплуатации вертолетов серии CH | Руководства по эксплуатации вертолетов Chinook | и т.д …

Боевой — Служебная винтовка, пистолет меткая стрельба, боевые маневры, органическое вспомогательное оружие и т. д.
Химико-биологические, маски и оборудование | Одежда и индивидуальное снаряжение | Инженерная машина | и т.д …

Строительство — Техническое администрирование, планирование, оценка, календарное планирование, планирование проекта, бетон, кладка, тяжелые строительство и др.
Руководства по строительству ВМФ | Агрегат | Асфальт | Битуминозный распределитель кузова | Мосты | Ведро, раскладушка | Бульдозеры | Компрессоры | Обработчик контейнеров | Дробилка | Самосвалы | Земляные двигатели | Экскаваторы | и т.п…

Дайвинг — Руководства по дайвингу и утилизации разного оборудования.

Чертежник — Основы, приемы, составление проекций, эскизов и др.

Электроника — Руководства по обслуживанию электроники для базового ремонта и основ. Руководства по компьютерным компонентам, руководства по электронным компонентам, руководства по электрическим компонентам и т. Д.
Кондиционер | Усилители | Антенны и мачты | Аудио | Аккумуляторы | Компьютерное оборудование | Электротехника (NEETS) (самая популярная) | Техник по электронике | Электрооборудование | Электронное общее испытательное оборудование | Электронные счетчики | и т.п…

Инженерное дело — Основы и приемы черчения, черчение проекций и эскизов, деревянное и легкое каркасное строительство и т. Д.
Военно-морское дело | Программа исследования прибрежных заливных отверстий в армии | так далее…

Еда и кулинария — Руководства по рецептам и оборудованию для приготовления пищи.

Логистика — Логистические данные для миллионов различных деталей.

Математика — Арифметика, элементарная алгебра, предварительное исчисление, введение в вероятность и т. д.

Медицинские книги — Анатомия, физиология, пациент уход, оборудование для оказания первой помощи, аптека, токсикология и др.
Медицинские руководства военно-морского флота | Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний

MIL-SPEC — Государственные стандарты MIL и другие сопутствующие материалы

Музыка — мажор и минор масштабные действия, диатонические и недиатонические мелодии, ритм биения, пр.

Ядерные основы — Теории ядерной энергии, химия, физика и др.
Справочники DOE

Фотография и журналистика — Теория света, оптические принципы, светочувствительные материалы, фотографические фильтры, копия редактирование, написание статей и т. д.
Руководства по фотографии и журналистике военно-морского флота | Армейская фотография Полиграфия и пособия по журналистике

Религия — Основные религии мира, функции поддержки поклонения, венчания в часовне и т. д.

Основы работы с двигателем

Основы работы с двигателем

Ханну Яэскеляйнен, Магди К.Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Аннотация : Поршневые двигатели внутреннего сгорания — подкласс тепловых двигателей — могут работать в четырех- и двухтактных циклах. В каждом случае двигатель может быть оборудован системой сгорания с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (CI). Возможен ряд других классификаций двигателей, основанных на мобильности двигателя, применении, топливе, конфигурации и других параметрах конструкции.Теоретически процесс сгорания можно смоделировать, применяя законы сохранения массы и энергии к процессам в цилиндре двигателя. Основные параметры конструкции и рабочих характеристик двигателей внутреннего сгорания включают степень сжатия, рабочий объем, зазор, выходную мощность, указанную мощность, термический КПД, указанное среднее эффективное давление, среднее эффективное давление при торможении, удельный расход топлива и многое другое.

Тепловые двигатели

Определение и классификация

Тепловые двигатели — это машины преобразования энергии — они преобразуют химическую энергию топлива в работу, сжигая топливо в воздухе для производства тепла.Это тепло используется для повышения температуры и давления рабочего тела, которое затем используется для выполнения полезной работы. Тепловые двигатели можно классифицировать как:

  1. Двигатели внутреннего сгорания, или
  2. Двигатели внешнего сгорания.

Их также можно разделить на возвратно-поступательные и вращательные. В поршневых двигателях рабочая жидкость используется для линейного перемещения поршня. Затем поступательное движение обычно преобразуется во вращательное с помощью кривошипно-скользящего механизма (шатун / коленчатый вал).В роторном двигателе рабочая жидкость вращает ротор, соединенный с выходным валом.

Двигатели внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) рабочее тело состоит из воздуха, топливовоздушной смеси или продуктов сгорания самой топливно-воздушной смеси. Поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением являются, пожалуй, наиболее распространенной формой известных двигателей внутреннего сгорания. Они приводят в движение автомобили, грузовики, поезда и большинство морских судов. Они также используются во многих небольших служебных приложениях.Они могут работать на жидком топливе, таком как бензин и дизельное топливо, или на газообразном топливе, таком как природный газ и сжиженный нефтяной газ. Двумя общими подкатегориями поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением являются двухтактный двигатель и четырехтактный двигатель . Примеры роторных двигателей внутреннего сгорания включают роторный двигатель Ванкеля и газовую турбину.

Общие цели при проектировании и разработке всех тепловых двигателей включают: максимизацию работы (выходную мощность), минимизацию потребления энергии и уменьшение загрязняющих веществ, которые могут образовываться в процессе преобразования химической энергии в работу.На рисунке 1 показаны основные узлы поршневых двигателей внутреннего сгорания. Конструкция магистрального двигателя является наиболее распространенной, хотя термин «магистральный двигатель» редко используется за пределами отрасли крупных двигателей. Конструкция крейцкопфа в настоящее время используется только в больших тихоходных двухтактных двигателях. Впускные и выпускные клапаны опущены для простоты, однако стоит отметить, что в некоторых конструкциях двухтактных двигателей используются впускные и выпускные отверстия, а не клапаны.

Рисунок 1 . Основные узлы поршневых (а) и крейцкопфных (б) двигателей

Как двух-, так и четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть оборудован системой сгорания с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (CI).

Обычно системы с искровым зажиганием характеризуются предварительно смешанным зарядом (т.е. топливо и воздух смешиваются перед зажиганием) и внешним источником воспламенения, таким как свеча зажигания. Предварительное смешивание может происходить во впускном коллекторе или в цилиндре. Хотя предварительно смешанный заряд имеет относительно однородное пространственное распределение воздуха и топлива в большинстве случаев, это распределение также может быть неоднородным. Возгорание инициируется искрой, и пламя распространяется наружу вдоль фронта от места искры.Сгорание в двигателях SI считается кинетическим, потому что вся смесь воспламеняется, а скорость сгорания определяется тем, насколько быстро химическая реакция может поглотить эту смесь, начиная с источника воспламенения.

Обычные дизельные двигатели характеризуются впрыском топлива непосредственно в цилиндр примерно в то время, когда требуется зажигание. В результате заправка воздуха и топлива в этих двигателях очень неоднородна: одни регионы являются чрезмерно богатыми, а другие — обедненными.Между этими крайностями смесь топлива и воздуха будет существовать в различных пропорциях. При впрыске топливо испаряется в этой высокотемпературной среде и смешивается с горячим окружающим воздухом в камере сгорания. Температура испарившегося топлива достигает температуры самовоспламенения и самовоспламеняется, чтобы начать процесс сгорания. Температура самовоспламенения топлива зависит от его химического состава. В отличие от системы SI, сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия может происходить во многих точках, где соотношение воздух-топливо и температура могут поддерживать этот процесс.Считается, что основная часть процесса сгорания в двигателях с ХИ регулируется смешиванием, потому что скорость регулируется образованием воспламеняющихся смесей воздуха и топлива в камере сгорания.

В некоторых случаях различие между модулями SI и CI может быть нечетким. В связи с необходимостью снижения выбросов и расхода топлива были разработаны системы сгорания, которые могут использовать некоторые особенности двигателей SI и CI; например, самовозгорание предварительно смешанных смесей бензина, дизельного топлива или их смеси.

Газовые турбины, рис. 2, являются еще одним примером двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением, сгорание происходит отдельно в специальной камере сгорания.

Рисунок 2 . Микрогазовая турбина для расширителей диапазона в транспортных средствах средней и большой грузоподъемности

(Источник: Wrightspeed Inc.)

Двигатели внешнего сгорания

В двигателях внешнего сгорания рабочее тело полностью отделено от топливовоздушной смеси.Тепло от продуктов сгорания передается рабочему телу через стенки теплообменника. Паровая машина — хорошо известный пример двигателя внешнего сгорания.

Примером поршневого двигателя внешнего сгорания является двигатель Стирлинга, в котором тепло добавляется к рабочему телу при высокой температуре и отводится при низкой температуре. Тепло, добавляемое к рабочему телу, может быть получено практически от любого источника тепла, такого как сжигание ископаемого топлива, дерева или любого другого органического материала.

Цикл Ренкина, на котором основаны многие конструкции паровых двигателей, является еще одним примером двигателя внешнего сгорания. Тепло, поступающее от внешнего источника, повышает температуру жидкости, такой как вода, до тех пор, пока она не превратится в пар, который используется для перемещения поршня или вращения турбины. Паровые двигатели приводили в движение автомобили в США с 1900 по 1916 год; однако к 1924 году они почти исчезли. Паровые грузовики были популярны в Англии до середины 1930-х годов. В то время как паровые локомотивы во многих странах постепенно заменялись тепловозами на протяжении большей части 20 -го -го века, некоторые из них оставались в эксплуатации до 21-го, -го и -го века.Причины отказа от парового двигателя в качестве основного двигателя в мобильных приложениях заключались в размере и количестве основных компонентов, необходимых для их работы, таких как печь, котел, турбина, клапаны, а также их сложных элементов управления [422] . Паровая турбина, которая до сих пор работает на многих стационарных электростанциях, является примером роторного двигателя внешнего сгорания.

В XXI веке, и годах, акцент на повышении эффективности двигателей вызвал возобновление интереса к циклу Ренкина для мобильных приложений — в форме рекуперации отработанного тепла выхлопных газов (WHR).В то время как в некоторых из этих устройств используется пар, в других используются органические жидкости, которые лучше подходят для применений с относительно низкой температурой выхлопных газов транспортных средств. Из-за комбинации цикла Ренкина и органической рабочей жидкости эти системы часто называют системами рекуперации отходящего тепла с органическим циклом Ренкина (ORC).

###

Исследование сгорания с управляемым самовоспламенением (CAI) в двигателях внутреннего сгорания

Тезис

, опубликованный 18.12.2015, 09:27 Несой Милованович

Сгорание с управляемым самовоспламенением (CAI) — это новый принцип сгорания во внутреннем сгорании. двигатели внутреннего сгорания, которые в последние годы привлекают повышенное внимание.В ЦАИ горение, сочетающее в себе особенности искрового зажигания (SI) и воспламенения от сжатия (CI), воздушно-топливная смесь предварительно смешивается, как при сгорании SI, и самовоспламеняется. поршневым сжатием, как при сгорании ХИ. Зажигание предусмотрено в нескольких точках, и, таким образом, заряд дает одновременное высвобождение энергии. Это приводит к единообразию и одновременное самовоспламенение и химическая реакция по всему заряду без распространения пламени. Горение CAI контролируется химической кинетикой воздушно-топливной смеси без влияния турбулентности.Двигатель CAI имеет преимущества по сравнению с двигателем с искровым зажиганием и сжатием. зажигание двигателей с более высоким КПД за счет устранения потерь на дросселирование и холостые нагрузки. Есть возможность использовать высокие степени сжатия, так как это не с ограничением детонации и значительно меньшими выбросами NOx (≈90%) и твердыми частицами выбросы (≈50%), благодаря гораздо более низкой температуре горения и устранению богатые топливом зоны. Однако у двигателя CAI есть несколько недостатков, которые ограничивают его практическое применение. применение, например, высокий уровень выбросов углеводородов и окиси углерода, высокий пиковое давление, высокая скорость тепловыделения, пониженная мощность на рабочий объем и трудности с запуском и управлением двигателем.Управление работой в широком диапазоне нагрузок и скоростей, вероятно, является основным трудности, с которыми сталкиваются двигатели CAI. Фактически, управление состоит из двух компонентов: фазирования самовоспламенения и регулирования скорости тепловыделения. Как горение CAI контролируется химической кинетикой топливовоздушной смеси, моментом самовоспламенения и скорость тепловыделения определяются свойствами заряда, такими как температура, состав и давление. Следовательно, изменения в параметрах работы двигателя или в видов топлива, приводит к изменению свойств заряда.Следовательно, самовоспламенение сроки и скорость тепловыделения. В диссертации исследуется управляемое самовоспламенение (CAI) сгорания при внутреннем сгорании. двигатели, подходящие для транспортных средств. Среда двигателя CAI моделируется с использованием модели однозонного однородного реактора с переменной времени объем в соответствии с соотношением ползунка и кривошипа. В модели используется подробный химический кинетика и распределенные потери тепла согласно соотношению Вощини [1]. Основы химической кинетики и их связь с горением, связанные с проблемы представлены.Феноменология и принципы самовоспламенения Объясняется сам процесс и его особенности при горении КАИ. Моделирование создана и откалибрована модель для представления среды двигателя CAI относительно экспериментальных данных. Влияние состава топлива на Исследуются момент самовоспламенения и скорость тепловыделения в двигателе CAI. Влияние параметров двигателя на сгорание CAI в различных концепциях двигателей заправлены различными видами топлива. Эффекты внутренней рециркуляции газа (IEGR) в управлении моментом самовоспламенения и скоростью тепловыделения в CAI исследуются двигатели, работающие на различных видах топлива.Эффекты регулируемого клапана тайминговая стратегия процесса газообмена в двигателе CAI, работающая на коммерческой бензин (95 АИР).

История

Школа

  • Аэронавтика, автомобилестроение, химия и материаловедение

Кафедра

  • Авиационная и автомобильная инженерия

Издатель

© Небойса Паблишер Милованович

9007 в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Международная (CC BY-NC-ND 4.0) лицензия. Полная информация об этой лицензии доступна по адресу: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Дата публикации

2003

Примечания

Докторская диссертация. Представлено при частичном выполнении требований для присвоения степени доктора философии Университета Лафборо.

Язык

en

Современный двигатель внутреннего сгорания

Современный двигатель внутреннего сгорания

Джоаб Камарена


7 декабря 2015 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2015 г.

Введение

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — вот что движет большинство автомобилей сегодня и существует уже много лет.ICE имеет подвергся многочисленным изменениям исключительно с целью улучшения выходная мощность и минимизация потерь энергии. Как работает процесс что есть впуск через отверстия портов, который толкает поршень вниз начало его цикла сжатия и декомпрессии, с энергией от этого передается на коленчатый вал, позволяя движение автомобиль. Более распространенный двигатель внутреннего сгорания основан на четырех ход поршня для завершения своего цикла и высвобождения энергии для перемещения транспортное средство.[1-3]

Как это работает

В этом цикле четыре этапа: 1) прием, 2) компрессия, 3) сгорание и рабочий ход, и, наконец, 4) выхлоп (Рисунок 1). Вот как это работает:

  1. Впуск: Топливо-воздушная смесь входит в цилиндр, когда поршень опускается и впускной открывается.

  2. Сжатие: При закрытии на впуске топливно-воздушная смесь увеличивается по давлению и температура, поскольку поршень сжимает газ, перемещая вверх.

  3. Горение и удар: Энергия высвобождается в результате реакции горения, вызванной зажигание свечи зажигания, воспламеняющей топливно-воздушную смесь и доводит до высокой температуры. По мере увеличения смеси по температуре и давлению он давит на поршень, следовательно, вызывая рабочий ход, который вращает коленчатый вал.

  4. Выхлоп: Побочные продукты, образующиеся затем реакция горения выпускается через выхлоп трубы, и цикл повторяется после открытия впускного и выпускного клапан закрывается.[2,3]

Энергетический анализ

Хотя это обычно используемый двигатель в транспортных средствах сегодня это не значит, что он самый эффективный. Горение неэффективность измеряет часть энергии, которая не используется из топливо. Установлено, что тепловые потери теплоносителя и тепловые потери энергии выхлопных газов являются самыми большими источниками тепловых потерь, что способствует отсутствию оборота энергии. Постоянно утверждается, что Второй закон Термодинамика не позволяет всем двигателям достигать максимальной температуры. эффективность, но это не означает, что мы не можем улучшить коэффициент конверсии энергии.Постоянные инновации и модернизация внутреннего сгорания двигатель позволили улучшить преобразование энергии топлива. [4]

Заключение

Знать, как работает двигатель внутреннего сгорания и в чем заключается его неэффективность, правильная технология и дизайн двигатель внутреннего сгорания позволит нам лучше использовать энергию в топливе. Хотя цены на газ постоянно колеблются, наиболее вероятной тенденцией в будущем будет повышение цен на газ, что только заставит двигаться к разработке высокоэффективных автомобилей сильнее.Это возможно даже при постоянном диалоге о отказ от ископаемого топлива и последствия изменения климата, что, наряду с нашим нынешним технологическим бумом, мы больше не будем полагаться на двигатель внутреннего сгорания для транспортных средств будущего.

© Жоаб Камарена. Автор дает разрешение копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] J. R. Clarke et al. , «Индукция двигателя Система и метод », Патент США 4860709, 29 августа 89 г.

[2] Д. К. Джанколи, Физика: принципы с Приложения, 7-е изд. (Addison-Wesley, 2013), стр. 421.

[3] Б. Кроу, «Внутренний Двигатель внутреннего сгорания, Physics 240, Стэнфордский университет, осень 2012 г.

[4] М. Баглионе, М.Дьюти и Г. Панноне, «Автомобиль». Методология системного энергетического анализа и инструмент для определения транспортного средства Подсистема энергоснабжения и спроса », Технический документ SAE 2007-01-0398, г. 16 апреля 07.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

4-тактный двигатель внутреннего сгорания
Гленн

Исследовательский центр
Центр

Это анимированный компьютерный рисунок одного цилиндра Райт. Авиадвигатель братьев 1903 года.Этот двигатель приводил в действие первый, тяжелее воздушные, самоходные, маневренные, пилотируемые самолеты; Райт Флаер 1903 года. Двигатель состоял из четырех цилиндры как показано выше, с каждый поршень подключен к общему коленчатый вал. Коленчатый вал был соединен с двумя противоположно вращающимися. пропеллеры который произвел тяга, необходимая для преодоления сопротивление самолета.

Дизайн братьев очень прост по сегодняшним меркам, так что это хороший двигатель для студентов, чтобы изучить основы работа двигателя.Этот тип внутреннее сгорание двигатель называется четырехтактный двигатель , потому что есть четыре движения, или удары поршня перед повторением всей последовательности запуска двигателя. Четыре штриха описаны ниже с некоторыми неподвижными фигурами. В анимации и на всех рисунках мы раскрасили система впуска топлива / воздуха красный, электрическая система зеленый, а Система вытяжки синий. Мы также представляем топливно-воздушную смесь и выхлопные газы небольшими цветные шарики, чтобы показать, как эти газы проходят через двигатель.Поскольку мы будем иметь в виду движение различных частей двигателя, вот рисунок, показывающий названия частей:

Ход на впуске

Двигатель цикл начинается с впускной ход как поршень тянул в сторону коленчатого вала (на рисунке слева).

Впускной клапан открыт, топливо и воздух проходят через клапан. и в камеру сгорания и цилиндр от впускного коллектора, расположенного в верхней части камеры сгорания.Выпускной клапан закрыт, а электрический контактный выключатель разомкнут. Топливно-воздушная смесь находится на относительно низком уровне. давление (около атмосферного) и окрашен в синий цвет на этом рисунке. В конце такта впуска поршень расположен в крайнем левом углу и начинает двигаться назад в сторону верно.

Цилиндр и камера сгорания заполнены топливно-воздушной смесью низкого давления. и, когда поршень начинает двигаться вправо, впускной клапан закрывается.

Историческая справка — Открытие и закрытие впускного клапана двигателя Wright 1903 был назван братьями «автоматическим».Он основан на немного более низком давлении внутри в цилиндре во время такта впуска, чтобы преодолеть силу пружины, удерживающей клапан в закрытом состоянии. Современные двигатели внутреннего сгорания делают не работайте так, но используйте кулачки и коромысла, как выхлопную систему братьев. Кулачки и коромысла обеспечивают лучший контроль и время открытия и закрытие клапанов.

Ход сжатия

Когда оба клапана закрыты, комбинация цилиндра и камеры сгорания образуют полностью закрытую емкость, содержащую топливно-воздушную смесь.Как поршень сдвигается вправо, объем уменьшается, а топливно-воздушная смесь сжатый во время ход сжатия.

Во время сжатия нет высокая температура переходит в топливно-воздушную смесь. Поскольку объем уменьшается из-за движения поршня, давление в газе увеличился, как описано по законам термодинамика. На рисунке смесь окрашена желтый цвет означает умеренное повышение давления. Чтобы создать повышенное давление, мы должны сделать работай на смеси, просто так как вам нужно выполнить работу, чтобы накачать велосипедную шину с помощью насоса.Во время такта сжатия электрический контакт остается разомкнутым. Когда объем самый маленький, и давление самое высокое, как показано на рисунке, контакт замкнут, и поток электричество течет через вилку.

Рабочий ход

В начале рабочего хода электрический контакт размыкается. Внезапное размыкание контакта вызывает искру в камере сгорания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Стремительный горение топливных выбросов высокая температура, и производит выхлопные газы в камере сгорания.

Поскольку впускной и выпускной клапаны закрыты, сгорание Топливо находится в полностью закрытом сосуде (и почти постоянного объема). В сгорание увеличивает температура выхлопных газов, остаточного воздуха в камере сгорания, и в самой камере сгорания. Из закон идеального газа, повышенная температура газов также приводит к увеличению давление в камере сгорания. Мы покрасили газы в красный цвет на рисунке. для обозначения высокого давления.Высокое давление газов, действующих на лицевой стороной поршня заставляет поршень перемещаться влево, что инициирует рабочий ход.

В отличие от такта сжатия, горячий газ воздействует на поршень во время рабочего такта. Сила на поршне передается штоком поршня на коленчатый вал, где линейный движение поршня преобразуется в угловое движение коленчатого вала. Работа сделано на поршне, затем используется для вращения вала и пропеллеров, и для сжатия газов в такте сжатия соседнего цилиндра.Имея возникла искра зажигания, электрический контакт остается разомкнутым.

Во время рабочего такта объем, занимаемый газами увеличивается из-за движения поршня и нет высокая температура переходит в топливно-воздушную смесь. Поскольку объем увеличивается из-за движения поршня, давление и температура газа уменьшилось. Мы покрасили «молекулы» выхлопных газов в желтый цвет, чтобы обозначить умеренное давление. в конце рабочего хода.

Историческая справка — Способ получения электрической искры братья Райт называли соединением «замыкай и прерывай».Там подвижные части, расположенные внутри камеры сгорания. Современное внутреннее сгорание двигатели не используют этот метод, а вместо этого используют свечу зажигания, чтобы произвести искра зажигания. Свеча зажигания не имеет движущихся частей, что намного безопаснее, чем у свечи зажигания. метод, используемый братьями.

Ход выхлопа

В конце рабочего хода поршень находится в крайнем левом положении. Нагрейте это осталось от рабочего хода сейчас переведен к воде в водная рубашка пока давление не приблизится к атмосферному давление.Затем открывается выпускной клапан. кулачком, нажав на коромысло, чтобы начать такт выхлопа.

Назначение выхлопа ход должен очистить цилиндр от отработанного выхлопа для подготовки к следующему цикл зажигания. В начале такта выпуска цилиндр и камера сгорания заполнены. продуктов выхлопа при низком давлении (окрашены в синий цвет на рисунке выше). Потому что выпускной клапан открыт, выхлопные газы проходят мимо клапана и выходят из двигателя. Впускной клапан закрыт, а электрическая контакт открыт во время этого движения поршня.

В конце такта выпуска выпускной клапан закрывается и двигатель начинается еще один такт впуска.

Историческая справка — Выхлопная система братьев Райт заставил горячий выхлоп самостоятельно выходить из каждого цилиндра … пилоту. Этот двигатель тоже был очень громким. Современные автомобили собирают выхлоп из всех цилиндров в выпускной коллектор (точно так же, как впускной коллектор б / у братьев). Выпускной коллектор проходит через выхлоп к каталитическому нейтрализатору для удаления опасных газов, а затем через глушитель, чтобы он не шуметь, и, наконец, выхлопную трубу.

Теперь вы можете понять анимация вверху этой страницы. Обратите внимание, что коленчатый вал делает два оборотов за каждый оборот кулачков. Это движение контролируется временная цепь. Также обратите внимание, как кулачок перемещает выпускной клапан. в нужный момент и как быстро впускной клапан открывается после выпуска клапан закрыт. В реальной работе двигателя ход выпуска не может вытолкнуть все выхлоп из цилиндра, поэтому настоящий двигатель работает не так хорошо, как идеальный двигатель описан на этой странице.Когда двигатель работает и нагревается, производительность изменения. Современные автомобильные двигатели регулируют соотношение топливо / воздух с компьютерным управлением. топливные форсунки для поддержания высокой производительности. Братьям просто нужно было смотреть мощность их двигателя упала с примерно 16 лошадиных сил, когда двигатель был сначала начал примерно с 12 лошадиных сил, когда он был горячим.


Виды деятельности:

Экскурсии

Навигация ..


Руководство для начинающих Домашняя страница

Двигатель внутреннего сгорания | Проектирование

Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, в котором сгорание происходит в замкнутом пространстве, называемом камерой сгорания.Сгорание топлива создает газы с высокой температурой / давлением, которые могут расширяться. Расширяющиеся газы используются для непосредственного перемещения поршня, лопаток турбины, ротора (ов) или самого двигателя, выполняя полезную работу.

Характеристики []

Двигатели внутреннего сгорания могут работать на любом топливе, которое может сочетаться с «окислителем» в камере.

Напротив, двигатель внешнего сгорания, такой как паровой двигатель, действительно работает, когда в процессе сгорания нагревается отдельная рабочая жидкость, такая как вода или пар, который, в свою очередь, работает.

Реактивные двигатели, большинство ракет и многие газовые турбины строго классифицируются как двигатели внутреннего сгорания, но термин двигатель внутреннего сгорания также используется для обозначения поршневых двигателей, двигателей Ванкеля и аналогичных конструкций, в которых сгорание является прерывистым.

Сегодня двигатель внутреннего сгорания сокращается до аббревиатуры ICE.

Четырехтактный цикл (или цикл Отто)

История []

Без сжатия []

Леонардо да Винчи [1] в 1509 году и Христиан Гюйгенс [2] в 1673 году описали двигатели постоянного давления.(Описание Леонардо не может подразумевать, что идея исходила от него или что она действительно была сконструирована.)

Непрямое внутреннее сгорание или принцип всасывания может не соответствовать определению двигателя, потому что процесс не повторяется.

Первые двигатели внутреннего сгорания использовались для питания сельскохозяйственного оборудования.

Английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд [3] использовал порох [4] для привода водяных насосов в 17 веке. В 1794 году Роберт Стрит построил двигатель без сжатия, принцип работы которого будет доминировать почти столетие.

Первый двигатель внутреннего сгорания, который будет применяться в промышленности, был запатентован Самуэлем Брауном в 1823 году. Он был основан на том, что Харденберг называет «циклом Леонардо», который, как следует из этого названия, к тому времени уже был устаревшим. Как и сегодня, раннее крупное финансирование в области, где стандарты еще не были установлены, досталось лучшим шоуменам раньше, чем лучшим работникам. Итальянцы Эухенио Барсанти [5] и Феличе Маттеуччи [6] запатентовали первый работающий эффективный двигатель внутреннего сгорания в 1854 году 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.

В 1860 году Этьен Ленуар [7] (1822-1900) создал газовый двигатель внутреннего сгорания, внешне не отличающийся от парового двигателя. Он очень напоминал горизонтальный паровой двигатель двойного действия с цилиндрами, поршнями, шатунами и маховиком, в котором газ по существу заменял пар. Это был первый серийный двигатель внутреннего сгорания.Американец Сэмюэл Мори [8] получил патент 1 апреля 1826 г. на «газовый или паровой двигатель».

Его первый (1862 г.) двигатель со сжатием, разошедшийся на части, Николаус Отто [9] 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 газовом топливе. В 1870 году в Вене Зигфрид Маркус [10] поставил на ручную тележку первый передвижной бензиновый двигатель.

Сжатие []

Наиболее существенное различие между современными двигателями внутреннего сгорания и ранними конструкциями заключается в использовании сжатия, в частности сжатия в цилиндре. Термодинамическая теория идеализированных тепловых двигателей была основана Николя Леонардом Сади Карно [11] во Франции в 1824 году. Это научно доказало необходимость сжатия для увеличения разницы между верхней и нижней рабочими температурами, но неясно, были ли разработчики двигателей знали об этом до того, как сжатие уже стало широко использоваться.Фактически, это могло ввести в заблуждение дизайнеров, которые пытались подражать циклу Карно бесполезными способами.

Первым зарегистрированным предложением о сжатии в цилиндре был патент, выданный Уильяму Барнету (англ.) В 1838 году. Он, очевидно, не осознавал его преимуществ, но его цикл был бы большим достижением, если бы был достаточно развит.

Отто, работая с Готлибом Даймлером [12] и Вильгельмом Майбахом [13] в 1870-х годах, разработал практический четырехтактный двигатель (цикл Отто).Немецкие суды, однако, не удержали его патент на все двигатели с цилиндровым сжатием или даже на четырехтактный цикл, и после этого решения компрессия в цилиндрах стала универсальной.

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.

Для маломощных мобильных и многих немобильных приложений электродвигатель является конкурентоспособной альтернативой. В будущем электродвигатели также могут стать конкурентоспособными для большинства мобильных приложений. Однако высокая стоимость, вес и низкая удельная энергия батарей PbA и даже NiMH, а также отсутствие доступных по цене бортовых электрических генераторов, таких как топливные элементы, в значительной степени ограничивают их использование в специализированных приложениях.Однако последние достижения в области легких литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов позволяют снизить безопасность, удельную мощность, срок службы и стоимость до приемлемых или даже желаемых уровней. Например, недавно аккумуляторные электромобили начали демонстрировать дальность действия 300 миль на литиевой основе, теперь улучшенная мощность делает их привлекательными для подключаемых к сети гибридных электромобилей, запас хода которых менее критичен, поскольку внутреннее сгорание составляет неограниченный диапазон .

Операция []

Все двигатели внутреннего сгорания зависят от экзотермического химического процесса сгорания: реакции топлива, обычно с воздухом, хотя могут использоваться другие окислители, такие как закись азота.См. Также стехиометрию [14].

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 соответствующего состава.

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 легкий и поэтому имеет более высокую удельную энергию, объемный КПД все же примерно в пять раз ниже, чем у бензина. Вот почему водород необходимо сжимать, чтобы сохранить полезное количество энергии.

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 с приводом от двигателя. Системы зажигания с компрессионным нагревом (дизельные двигатели и двигатели HCCI) полагаются на 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 зависит от двигателя). Любое тепло, не переведенное в работу, является отходом и удаляется 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, а ход вниз, который происходит непосредственно после воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре, известен как рабочий ход.

Двигатель Ванкеля имеет треугольный ротор, вращающийся 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 Бурка используется пара поршней, встроенных в кулисный механизм, который 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.

Классификация []

Существует широкий спектр двигателей внутреннего сгорания, соответствующих многим различным сферам их применения. 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 [15], через старофранцузское [16], ingenium , «способность») означало любую часть механизма. «Мотор» (от латинского мотор , «движитель») — это любая машина, производящая механическую энергию. Традиционно электродвигатели не называют двигателями, но двигатели сгорания часто называют двигателями.

Принципы работы []

Поршневой:

Поворотный:

Непрерывное горение:

Цикл двигателя []

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, как правило, громче, менее эффективны и загрязняют окружающую среду больше, 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.

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 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.

Типы 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, арахисовое масло, этанол, метанол (метил или древесина). алкоголь).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 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 и некоторых 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 двигатели и двигатели с испарительным маслом для тракторов (TVO) больше не используются.

Цилиндры []

Двигатели внутреннего сгорания могут содержать любое количество цилиндров с номерами от одного до двенадцати, хотя их было использовано целых 28. 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. такие как двигатель W-16 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 пяти до 28 цилиндров. Строка содержит нечетное количество цилиндров, поэтому четное число указывает на двух- или четырехрядный двигатель.
  • Мотоциклы обычно имеют от одного до четырех цилиндров, а в некоторых высокопроизводительных моделях их шесть.
  • Снегоходы обычно имеют два цилиндра. У некоторых более крупных (не обязательно высокопроизводительных, но тоже туристических машин) их четыре.
  • Мелкие портативные приборы, такие как бензопилы, генераторы и бытовые газонокосилки, чаще всего имеют один цилиндр, хотя существуют двухцилиндровые бензопилы.

Система зажигания []

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по системе 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 []

Часто для более простых поршневых двигателей используется карбюратор 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. В двигателях, работающих на сжиженном нефтяном газе, используется смесь систем впрыска топлива и карбюраторов с обратной связью. В дизельных двигателях всегда используется впрыск топлива.

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 одноблочных локомотивных двигателях 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 []

Мощность 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 увеличить мощность двигателя. Первый — удлинить ход, второй — увеличить диаметр поршня. 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.

Дизельные двигатели выделяют широкий спектр загрязняющих веществ, включая аэрозоли из множества мелких частиц, которые, как считается, глубоко проникают в легкие человека.

  • 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 здоровья 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.
  • Водородные двигатели должны производить только воду, но при использовании воздуха в качестве окислителя также образуются оксиды азота.

Библиография []

  • Певец Чарльз Джозеф; Рэпер, Ричард, История технологии: Двигатель внутреннего сгорания , отредактированный Чарльзом Сингером … [и др.], Clarendon Press, 1954-1978.С. 157–176 [20]
  • Харденберг, Хорст О., Средние века двигателя внутреннего сгорания , Общество автомобильных инженеров (SAE), 1999 г.

Внешние ссылки []

Шаблон: Commons

Список типов двигателей внутреннего сгорания [Детали, работа, применение] PDF

В этой статье вы узнаете, что такое двигатели внутреннего сгорания и его детали , принцип работы , Типы двигателей внутреннего сгорания. А разница между двигателем и двигателем IC.

А также загрузите PDF-файл этой статьи в конце.

Двигатели внутреннего сгорания

Как следует из названия, двигатели внутреннего сгорания (кратко обозначаемые как I.C. Двигатель ) — это те двигатели, в которых сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя.

Другими словами, двигатели внутреннего сгорания — это те двигатели, в которых сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя за счет искры.Это бензиновые, дизельные и газовые двигатели.

Двигатель — это устройство, которое, используя химическую энергию топлива, преобразует ее в тепловую энергию путем сгорания, чтобы произвести механическую работу. Мы видели в паровых двигателях, что топливо подается в цилиндр. Это в виде пара. Которая уже нагрета и готова к работе в цикле сгорания двигателя.

Различия между паровыми двигателями и двигателями внутреннего сгорания.

Ниже приведены различия между паровым двигателем и двигателем внутреннего сгорания:

Типы двигателей
  1. Двигатели внешнего сгорания (ЕС)
  2. Двигатели внутреннего сгорания (IC)

Двигатели внешнего сгорания — Если сгорание топлива происходит вне цилиндра двигателя, это двигатель внешнего сгорания.Пример: паровая турбина, газовая турбина, паровая турбина и т. Д.

Двигатели внутреннего сгорания — Если топливо сгорания происходит внутри цилиндра двигателя, это двигатель внутреннего сгорания. Пример: бензиновый двигатель, дизельный двигатель.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Ниже приводится список типов двигателей внутреннего сгорания (классифицируются по разным методам):

  1. Используемый рабочий цикл
    1. Двухтактный двигатель
    2. Четырехтактный двигатель
  2. Используемое топливо
    1. Бензин
    2. Дизель
    3. Газовый двигатель
  3. Характер используемого термодинамического цикла
    1. Цикл Отто
    2. Дизельный цикл
    3. Двойной цикл
  4. Охлаждение водой
  5. Скорость двигателя
    1. Высокоскоростной двигатель
    2. Среднеоборотный двигатель
    3. Низкооборотный двигатель
  6. Область применения
    1. Стационарный двигатель
    2. Автомобильный двигатель
    3. Портативный двигатель
    4. Аэродвигатель
    5. 901
    6. Метод зажигания
      1. Двигатель с искровым зажиганием
      2. Двигатель с воспламенением от сжатия
    7. Расположение цилиндра двигателя
      1. Горизонтальный двигатель
      2. Вертикальный двигатель
      3. Радиальный двигатель
      4. V-образный двигатель

    Части двигателей внутреннего сгорания 9973 Основные части двигателя внутреннего сгорания:

    1.Цилиндр
    • Цилиндр изготовлен из стали или алюминиевых сплавов.
    • В этом поршень совершает движение для увеличения мощности.
    • Выдерживает высокое давление и температуру.

    2. Головка цилиндра
    • Головка цилиндра установлена ​​в верхней части цилиндра.
    • Изготовлен из стали или алюминиевых сплавов.
    • Изготовлен методом литья.
    • Между цилиндром и головкой цилиндра предусмотрена медная или асбестовая прокладка, обеспечивающая герметичность.

    3. Поршень
    • Изготовлен из алюминиевых сплавов.
    • Основная функция — передача силы, возникающей при сгорании заряда, на шатун.

    4. Поршневые кольца
    • Это круглые кольца, изготовленные из специальных стальных сплавов.
    • они размещены в кольцевых канавках поршня.
    • Имеются два набора колец, с верхним кольцом для предотвращения утечки сгоревших газов в нижнюю часть и нижним кольцом для предотвращения утечки масла в цилиндр двигателя.
    • Они сохраняют эластичные свойства даже при более высоких температурах.
    • Кольца снабжены герметичным уплотнением.

    Читайте также: Поршневые кольца: Типы поршневых колец

    5. Клапаны
    • Они расположены на головке блока цилиндров,
    • Впускной клапан используется для подачи свежей смеси в цилиндр.
    • Выпускной клапан используется для вывода отработанных газов из цилиндра.

    6. Шатун
    • Это связь между поршнем и коленчатым валом.
    • Шатун предназначен для передачи усилия от поршня к коленчатому валу.

    7. Коленчатый вал
    • Изготовлен из специальных стальных сплавов.
    • Коленчатый вал предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное с помощью шатуна.

    8. Картер двигателя
    • Картер выполнен из чугуна.
    • Он удерживает цилиндр и коленчатый вал двигателя.
    • Также служит отстойником (местом хранения) смазочного масла.

    9. Маховик
    • Это большое сплошное колесо, установленное на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания.
    • Основная функция маховика — поддерживать постоянную скорость.
    • Он накапливает избыточную энергию во время подачи питания и отдает во время такта сжатия.

    Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

    В двигателях внутреннего сгорания (двигателях внутреннего сгорания) сгорание происходит внутри цилиндра, поэтому тепловая энергия топлива напрямую преобразуется в механическую работу.

    Двигатель внутреннего сгорания имеет более высокий тепловой КПД, чем тепловой КПД двигателей с электронным управлением. В двигателях внутреннего сгорания, когда двигатель внутреннего сгорания работает непрерывно, мы можем рассматривать цикл, начинающийся с любых тактов.

    Мы знаем, что когда двигатель возвращается к такту, с которого он был запущен, мы говорим, что один цикл был завершен. Двигатель внутреннего сгорания имеет четыре этапа для завершения одного цикла, а именно:

    Ход всасывания В этом такте пар топлива в правильной пропорции подается в цилиндр двигателя.

    Ход сжатия В этом такте пары топлива сжимаются в цилиндре двигателя.

    Ход расширения В этом такте горение паров топлива за счет свечи зажигания обеспечивается в верхней части цилиндра двигателя. при сгорании топлива давление резко повышается из-за расширения продуктов сгорания в цилиндре двигателя. Повышение давления толкает поршень с большим усилием и вращает коленчатый вал.Коленчатый вал, в свою очередь, приводит в движение подключенную к нему машину.

    Ход выхлопа В этом такте отработавшие газы выпускаются из цилиндра двигателя, чтобы освободить место для свежих паров топлива.

    Разница между бензиновым двигателем и дизельным двигателем

    Основное различие между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в том, что бензиновый двигатель всасывает смесь бензина и воздуха во время такта всасывания. А дизельный двигатель во время такта всасывания втягивает только воздух.

    Бензиновый двигатель работает по циклу Отто. Его легко запустить, он легче и дешевле, он отличается высокими эксплуатационными расходами и низкими затратами на обслуживание.

    Дизель работает по дизельному циклу. Его сложно запустить, он тяжелее и дороже, он имеет низкие эксплуатационные расходы и высокую стоимость обслуживания.

    Тепловой КПД бензиновых двигателей составляет около 26%. Это высокоскоростные двигатели, которые используются в легковых автомобилях. У дизельных двигателей тепловой КПД составляет около 40%. Это тихоходные двигатели, которые используются в автомобилях большой грузоподъемности.

    Применение двигателей внутреннего сгорания

    Ниже приводится применение двигателей внутреннего сгорания:

    1. Двигатели внутреннего сгорания используются в дорожных транспортных средствах, таких как скутеры, мотоциклы, автобусы и т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *