Двигатель внутреннего сгорания устройство и принцип работы: Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, в котором топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних средах. ДВС преобразует давление горючего в механическую работу.

Из истории

Первым двигателем ICE был блок питания De Rivaza, названный в честь его создателя Франсуа де Риваза, выходца из Франции, который спроектировал его в 1807 году.

У этого двигателя уже было искровое зажигание, это был шатун, с поршневой системой, то есть это своего рода прототип современных моторов.

57 лет спустя соотечественник де Риваса Этьен Ленуар изобрел двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение единственного цилиндра, имел искровое зажигание и работал на смеси осветительного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания на тот момент было уже достаточно для небольших лодок.

Спустя еще 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого уже был четырехтактный атмосферный двигатель с вертикальным цилиндром.КПД при этом увеличился на 11%, в отличие от КПД двигателя внутреннего сгорания Риваз он стал 15%.

Чуть позже, в 80-х годах того же века, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил в производство агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Daimler и Maybach усовершенствовали его до облегченного вида, который ставили на автомобили и автомобили.

В 1897 году Рудольф Дизель представил двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, использующий масло в качестве топлива.Этот тип двигателя стал предком дизельных двигателей, которые используются до сих пор.

Типы двигателей

• Бензиновые двигатели карбюраторного типа работают на топливе, смешанном с воздухом. Эта смесь предварительно готовится в карбюраторе, затем поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется от искры от свечи зажигания.
Инжекторные двигатели
• отличаются тем, что смесь подается непосредственно из форсунок во впускной коллектор… Этот тип имеет две системы впрыска — одиночный впрыск и многоточечный впрыск.
• В дизельном двигателе зажигание происходит без свечей зажигания. В цилиндре этой системы находится воздух, нагретый до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива. В этот воздух через сопло подается топливо, и вся смесь воспламеняется в виде факела.
• Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливо может быть как природным газом, так и углеводородом. Газ поступает в редуктор, где его давление стабилизируется на рабочем уровне.Затем он попадает в смеситель и в конечном итоге воспламеняется в цилиндре.
• Газодизельные ДВС работают по принципу газа, только в отличие от них зажигается смесь не от свечи, а от дизельного топлива, впрыск которого происходит так же, как и с обычным дизельным двигателем.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере в форме восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно понимать, что в данном случае ротор играет роль поршня, ремня ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует.За один оборот происходит сразу три рабочих цикла, что сопоставимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

Принцип действия

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы ДВС. Это связано с тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза — вверх и вниз одинаково два раза.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

1. Первый ход — поршень при движении вниз втягивает топливную смесь.В этом случае впускной клапан открыт.
2. После того, как поршень достигает нижнего уровня, он движется вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы ДВС, является вторым по счету. При этом клапаны находятся в закрытом состоянии, и чем плотнее, тем лучше происходит сжатие.
3. В третьем такте включается система зажигания, так как здесь воспламеняется топливная смесь.В обозначении режима работы двигателя он называется «рабочий», поскольку с этого начинается процесс приведения в действие агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает двигаться вниз. Как и во втором такте, клапаны закрыты.
4. Последняя мера — четвертая, градация, которая проясняет, что такое завершение полного цикла. Поршень отводит выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан. Затем все снова циклически повторяется, чтобы понять, как работает ДВС, можно представить циклическую работу часов.

Устройство ДВС

Логично рассматривать устройство ДВС от поршня, так как это основной элемент работы. Это своего рода «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Эти же кольца отвечают за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (сжатие), а также за предотвращение попадания масла в пространство над самим поршнем (маслосъемник).

Порядок работы

• Когда топливная смесь поступает в цилиндр, поршень совершает четыре описанных выше хода, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
• Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закрепляется на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленчатого вала фиксирует шатун. Поршень во время движения вращает коленчатый вал, который в свое время передает крутящий момент на трансмиссионную систему, оттуда на зубчатую передачу, а затем на ведущие колеса.В компоновке двигателей автомобилей с задним приводом карданный вал также выступает в колеса.

Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве ДВС отвечает за впрыск топлива, а также за выпуск газов.

Механизм ГРМ состоит из верхнего клапана и нижнего клапана, может быть двух типов — ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливают из стали методом штамповки или ковки.Есть виды шатунов из титана. Шатун передает усилия поршня на коленчатый вал.

Коленчатый вал из чугуна или стали представляет собой набор коренной и шатунной шейки. Внутри этих горловин есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

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

Головка блока цилиндров (головка блока цилиндров) большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных алюминиевых сплавов.В головке блока цилиндров расположены камеры сгорания, впускной и выпускной каналы, свечные отверстия. Между блоком цилиндров и головкой блока цилиндров имеется прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

Система смазки, в которую входит двигатель внутреннего сгорания, включает поддон, маслозаборник, масляный насос, масляный фильтр и масляный радиатор … Все это связано каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за снижение трения между деталями двигателя, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, а также за увеличение ресурса двигателя внутреннего сгорания.

Устройство двигателя, в зависимости от его типа, типа, страны-производителя, может быть чем-то дополнено или, наоборот, некоторые элементы могут отсутствовать из-за морального износа некоторых моделей, но общая компоновка двигателя остается неизменной. способ как стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные блоки

Конечно, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу.Система пуска раскручивает мотор, доводит его до рабочего состояния … В зависимости от типа мотора существуют разные принципы пуска работы: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развивать мощность в узком диапазоне оборотов. Система питания двигателя ДВС обеспечивает малую электроэнергию. Он включает аккумуляторную батарею и генератор, чтобы обеспечить постоянный поток электроэнергии и зарядить батарею.

Выхлопная система позволяет выпускать газы.Любое устройство автомобильного двигателя включает в себя: выпускной коллектор, собирающий газы в единую трубу, каталитический нейтрализатор, снижающий токсичность газов за счет уменьшения оксида азота и использующий образовавшийся кислород для сжигания вредных веществ.

Глушитель в этой системе служит для снижения шума, исходящего от двигателя. Двигатели внутреннего сгорания в современных автомобилях должны соответствовать законодательным нормам.

Вид топлива

Также следует помнить об октановом числе топлива, используемого в различных типах двигателей внутреннего сгорания.

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

Но есть и такие двигатели, для которых повышение октанового числа выше установленного производителем приведет к преждевременному выходу из строя. Это может произойти при выгорании поршней, разрушении колец, задымлении камер сгорания.

Завод обеспечивает собственное минимальное и максимальное октановое число, для чего требуется двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Те, кто любит увеличивать мощность двигателей внутреннего сгорания, часто устанавливают (если не предусмотрено производителем) различные типы турбин или компрессоров.

Компрессор на холостом ходу вырабатывает небольшую мощность, сохраняя при этом стабильную скорость. Турбина же выжимает максимальную мощность при включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации мастеров, имеющих опыт работы в узком направлении, так как ремонт, замена агрегатов или добавление дополнительных опций ДВС — это отклонение от предназначения двигателя и снижение ресурса двигателя. двигатель внутреннего сгорания, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть прекращена безвозвратно.

Двигатель внутреннего сгорания — New World Encyclopedia

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

Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, в котором сгорание топлива происходит в замкнутом пространстве, называемом камерой сгорания. Эта экзотермическая реакция топлива с окислителем создает газы с высокой температурой и давлением, которые могут расширяться. Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что полезная работа выполняется расширяющимися горячими газами, действующими непосредственно, вызывая движение, например, воздействуя на поршни, роторы или даже путем нажатия и перемещения самого двигателя.

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

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

Двигатели внутреннего сгорания используются в основном на транспорте. Несколько других применений предназначены для любой переносной ситуации, когда вам нужен неэлектрический двигатель. Самым большим применением в этой ситуации будет двигатель внутреннего сгорания, приводящий в действие электрогенератор. Таким образом, вы можете использовать стандартные электроинструменты с приводом от двигателя внутреннего сгорания.

Преимущество этого — портативность. Этот тип двигателя удобнее использовать в транспортных средствах над электричеством.Даже в случае гибридных автомобилей они по-прежнему используют двигатель внутреннего сгорания для зарядки аккумулятора. Недостатком является загрязнение, которое они тушат. Не только очевидное загрязнение воздуха, но и загрязнение сломанными или устаревшими двигателями и отработанными частями, такими как масло или резиновые изделия, которые необходимо выбросить. Еще одним фактором является шумовое загрязнение, многие двигатели внутреннего сгорания очень громкие. Некоторые из них настолько громкие, что людям нужны средства защиты органов слуха, чтобы не повредить уши. Еще один недостаток — размер.Очень непрактично иметь маленькие двигатели, которые могут иметь любую мощность. Электродвигатели для этого гораздо практичнее. Вот почему более вероятно увидеть электрический генератор, работающий на газе, в районе, где нет электричества для питания более мелких предметов.

История

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

• 1509: Леонардо да Винчи описал двигатель без сжатия. (Его описание не может подразумевать, что идея была оригинальной или что она действительно была построена.)
• 1673: Христиан Гюйгенс описал двигатель без сжатия. ^[1]
• 1780-е годы: Алессандро Вольта построил игрушечный электрический пистолет, в котором электрическая искра взорвала смесь воздуха и водорода, выпустив пробку из конца пистолета.
• Семнадцатый век: английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд использовал порох для привода водяных насосов.
• 1794: Роберт Стрит построил двигатель без сжатия, принцип работы которого будет доминировать почти столетие.
• 1806: Швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз построил двигатель внутреннего сгорания, работающий на смеси водорода и кислорода.
• 1823: Сэмюэл Браун запатентовал первый двигатель внутреннего сгорания для промышленного применения. Он был без сжатия и основан на том, что Харденберг называет «циклом Леонардо», который, как следует из этого названия, к тому времени уже устарел. Как и сегодня, раннее крупное финансирование в области, где стандарты еще не были установлены, досталось лучшим шоуменам раньше, чем лучшим работникам.
• 1824: Французский физик Сади Карно основал термодинамическую теорию идеализированных тепловых машин. Это научно установило необходимость сжатия для увеличения разницы между верхней и нижней рабочими температурами, но неясно, знали ли конструкторы двигателей об этом до того, как сжатие уже стало широко использоваться. Это могло ввести в заблуждение дизайнеров, пытавшихся подражать циклу Карно бесполезными способами.
• 1826 г. 1 апреля: Американец Сэмюэл Мори получил патент на «газовый или паровой двигатель без сжатия».«
• 1838: Патент был выдан Уильяму Барнету (англ.). Это было первое зарегистрированное предположение о сжатии в цилиндре. Он, очевидно, не осознавал его преимуществ, но его цикл стал бы большим достижением, если бы был достаточно развит.
• 1854: итальянцы Эухенио Барсанти и Феличе Маттеуччи запатентовали первый действующий эффективный двигатель внутреннего сгорания в Лондоне (номер пункта 1072), но не начали его производство. Он был похож по концепции на успешный двигатель непрямого действия Отто Лангена, но не так хорошо проработан в деталях.
• 1860: Жан Жозеф Этьен Ленуар (1822-1900) создал газовый двигатель внутреннего сгорания, внешне очень похожий на горизонтальный паровой двигатель двойного действия, с цилиндрами, поршнями, шатунами и маховиком, в которых газ, по существу, поглощал место пара. Это был первый серийный двигатель внутреннего сгорания. Его первый двигатель с компрессией шокировал сам себя.
• 1862: Николаус Отто разработал двигатель непрямого действия со свободным поршнем без сжатия, более высокая эффективность которого завоевала поддержку Лангена, а затем и большей части рынка, который в то время в основном предназначался для небольших стационарных двигателей, работающих на горючем газе.
• 1870: В Вене Зигфрид Маркус установил первый мобильный бензиновый двигатель на ручной тележке.
• 1876: Николаус Отто в сотрудничестве с Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом разработал практичный четырехтактный двигатель (цикл Отто). Немецкие суды, однако, не удержали его патент на все двигатели с цилиндрическим компрессором или даже на четырехтактный цикл, и после этого решения внутрицилиндровое сжатие стало универсальным.

• 1879: Карл Бенц, работавший независимо, получил патент на свой двигатель внутреннего сгорания, надежный двухтактный газовый двигатель, основанный на конструкции четырехтактного двигателя Николауса Отто.Позже Бенц спроектировал и построил свой собственный четырехтактный двигатель, который использовался в его автомобилях, которые стали первыми автомобилями в производстве.
• 1882: Джеймс Аткинсон изобрел двигатель цикла Аткинсона. Двигатель Аткинсона имел одну фазу мощности на оборот вместе с разными объемами впуска и расширения, что делало его более эффективным, чем цикл Отто.
• 1891: Герберт Акройд Стюарт передает права аренды нефтяного двигателя Хорнсби, Англия, для производства двигателей. Строят первые двигатели с холодным пуском и воспламенением от сжатия.В 1892 году они устанавливают первые на водонасосной станции. Экспериментальная версия с более высоким давлением производит самоподдерживающееся воспламенение только за счет сжатия в том же году.
• 1892: Рудольф Дизель разрабатывает двигатель типа теплового двигателя Карно, сжигающий угольную пыль.
• 1893 23 февраля: Рудольф Дизель получил патент на дизельный двигатель.
• 1896: Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель, также известный как горизонтально расположенный двигатель, в котором соответствующие поршни одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом уравновешивая друг друга по импульсу.
• 1900: Рудольф Дизель продемонстрировал дизельный двигатель в 1900 году на выставке Exposition Universelle (Всемирная выставка) с использованием арахисового масла (биодизеля).
• 1900: Вильгельм Майбах разработал двигатель, построенный в Daimler Motoren Gesellschaft — в соответствии со спецификациями Эмиля Еллинека — который требовал, чтобы двигатель был назван Daimler-Mercedes в честь его дочери. В 1902 году автомобили с этим двигателем были запущены в производство компанией DMG.

Приложения

Двигатели внутреннего сгорания чаще всего используются в качестве передвижных двигателей в автомобилях, оборудовании и другом переносном оборудовании.В мобильных сценариях внутреннее сгорание является преимуществом, поскольку оно может обеспечить высокое соотношение мощности к весу вместе с превосходной плотностью энергии топлива. Эти двигатели используются почти во всех автомобилях, мотоциклах, лодках и в самых разных самолетах и ​​локомотивах. Там, где требуется очень высокая мощность, например, реактивные самолеты, вертолеты и большие корабли, они появляются в основном в виде турбин. Они также используются в электрических генераторах и в промышленности.

Операция

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

Наиболее распространенное топливо, используемое сегодня, состоит из углеводородов и, в основном, из нефти. К ним относятся виды топлива, известные как дизельное топливо, бензин и нефтяной газ, а также редкое использование пропана. Большинство двигателей внутреннего сгорания, разработанных для бензина, могут работать на природном газе или сжиженном нефтяном газе без значительных модификаций, за исключением компонентов подачи топлива. Также можно использовать жидкое и газообразное биотопливо, такое как этанол и биодизель, форма дизельного топлива, которое производится из сельскохозяйственных культур, которые дают триглицериды, такие как соевое масло.Некоторые также могут работать на водороде.

Все двигатели внутреннего сгорания должны иметь способ зажигания в цилиндрах для создания сгорания. В двигателях используется либо электрический метод, либо система воспламенения от сжатия.

Процесс воспламенения бензина

Электрические / бензиновые системы зажигания (которые также могут работать на других видах топлива, как упоминалось ранее) обычно основаны на сочетании свинцово-кислотной батареи и индукционной катушки для создания высоковольтной электрической искры для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя.Эту батарею можно заряжать во время работы с помощью устройства, вырабатывающего электричество, такого как генератор переменного тока или генератор, приводимый в действие двигателем. Бензиновые двигатели впитывают смесь воздуха и бензина и сжимают до менее 170 фунтов на квадратный дюйм и используют свечу зажигания для воспламенения смеси, когда она сжимается головкой поршня в каждом цилиндре.

Процесс зажигания дизельного двигателя

Системы воспламенения от сжатия, такие как дизельный двигатель и двигатели HCCI (гомогенный заряд и воспламенение от сжатия), для воспламенения полагаются исключительно на тепло и давление, создаваемые двигателем в процессе сжатия.Возникающая компрессия обычно более чем в три раза выше, чем в бензиновом двигателе. Дизельные двигатели будут всасывать только воздух, и незадолго до пикового сжатия небольшое количество дизельного топлива впрыскивается в цилиндр через топливную форсунку, которая позволяет топливу мгновенно воспламениться. Двигатели типа HCCI будут потреблять как воздух, так и топливо, но по-прежнему будут полагаться на процесс самовоспламенения без посторонней помощи из-за более высокого давления и высокой температуры. Это также является причиной того, что дизельные двигатели и двигатели HCCI также более подвержены проблемам с холодным запуском, хотя после запуска они будут работать так же хорошо в холодную погоду.Большинство дизелей также имеют аккумуляторные батареи и системы зарядки, однако эта система является вторичной и добавляется производителями в качестве роскоши для простоты запуска, включения и выключения топлива, что также может быть выполнено с помощью переключателя или механического устройства, а также для работы вспомогательных электрических компонентов и аксессуаров. . Однако большинство современных дизелей полагаются на электрические системы, которые также управляют процессом сгорания, чтобы повысить эффективность и сократить выбросы.

Энергия

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 сбрасываются (часто путем открытия клапана или выхода выхлопных газов), что позволяет поршню вернуться в свое предыдущее положение (верхняя мертвая точка — ВМТ). Затем поршень может перейти к следующей фазе своего цикла, который варьируется в зависимости от двигателя.Любое тепло, не переведенное в работу, обычно считается отходом и удаляется из двигателя с помощью системы воздушного или жидкостного охлаждения.

Детали

Детали 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 эпитрохоидальной 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, встроенная 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 их многочисленным применениям.Аналогичным образом существует множество способов классификации двигателей внутреннего сгорания, некоторые из которых перечислены ниже.

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

С учетом сказанного, нужно понимать, что обычное использование часто требует определений. Многие люди рассматривают двигатели как те объекты, которые генерируют энергию изнутри, а двигатели — как требующие внешнего источника энергии для выполнения своей работы. Очевидно, корни слов действительно указывают на настоящую разницу. Кроме того, как и во многих определениях, корневое слово объясняет только начало слова, а не его текущее употребление.Конечно, можно утверждать, что так обстоит дело со словами мотор и двигатель.

Принципы работы

Поршневой:

• Двигатель на сырой нефти
• Двухтактный цикл
• Четырехтактный цикл
• Двигатель с горячей лампой
• Тарельчатые клапаны
• Рукавный клапан
• Цикл Аткинсона

• Предлагаемый
• Улучшения
• Двигатель внутреннего сгорания

Поворотный:

• Продемонстрировано:
• Предложено:
  • Орбитальный двигатель
  • Квазитурбина
  • Роторный двигатель цикла Аткинсона
  • Тороидальный двигатель

Непрерывное сгорание:

• Газовая турбина
• Реактивный двигатель
• Ракетный двигатель

Цикл двигателя

Двухтактный

Двигатели, основанные на двухтактном цикле, используют два хода (один вверх, один вниз) для каждого рабочего хода.Поскольку нет специальных тактов впуска или выпуска, необходимо использовать альтернативные методы очистки цилиндров. Наиболее распространенный метод в двухтактных двигателях с искровым зажиганием заключается в использовании движения поршня вниз для создания давления свежего заряда в картере, который затем продувается через цилиндр через отверстия в стенках цилиндра. Двухтактные двигатели с искровым зажиганием маленькие и легкие (для их выходной мощности) и очень просты в механическом отношении. Общие области применения включают снегоходы, газонокосилки, средства для удаления сорняков, цепные пилы, водные мотоциклы, мопеды, подвесные моторы и некоторые мотоциклы.К сожалению, они также, как правило, громче, менее эффективны и загрязняют 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. Двухтактные двигатели менее экономичны, чем другие типы двигателей, потому что неизрасходованное топливо, распыляемое в камеру сгорания, иногда может выходить из выхлопного тракта вместе с ранее отработанным топливом.Без специальной обработки выхлопных газов это также приведет к очень высокому уровню загрязнения, требуя, чтобы во многих областях применения небольших двигателей, таких как газонокосилки, использовались четырехтактные двигатели, и в некоторых странах с двухтактными двигателями меньшего размера, оснащенными каталитическими нейтрализаторами.

Четырехтактный

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

Пятитактный

Двигатели, основанные на пятитактном цикле, представляют собой вариант четырехтактного цикла. Обычно четыре цикла — это впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Пятый цикл, добавленный Delautour ^[2] , — это охлаждение.Двигатели, работающие с пятитактным циклом, на 30 процентов более эффективны, чем эквивалентный четырехтактный двигатель.

Двигатель Бурка

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

Двигатель с регулируемым сгоранием

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

Ванкель

Двигатель Ванкеля работает с тем же разделением фаз, что и четырехтактный двигатель (но без ходов поршня, правильнее было бы назвать четырехфазным двигателем), поскольку фазы находятся в разных местах двигателя.Этот двигатель обеспечивает три рабочих хода на оборот на ротор, что в среднем дает ему большее отношение мощности к массе, чем поршневые двигатели. Этот тип двигателя используется в нынешних моделях Mazda RX8 и RX7 ранее, а также в других моделях.

Газовая турбина

В газотурбинных циклах (особенно реактивных двигателях) вместо использования одного и того же поршня для сжатия и последующего расширения газов используются отдельные компрессоры и газовые турбины; давая постоянную мощность. По сути, всасываемый газ (обычно воздух) сжимается, а затем сжигается с топливом, что значительно повышает температуру и объем.Затем больший объем горячего газа из камеры сгорания подается через газовую турбину, которая затем легко может приводить в действие компрессор.

Вышедшие из употребления методы

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

Виды топлива и окислителя

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

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

Водород

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 ископаемого топлива, которое производит двуокись углерода, главную причину глобального потепления, окись углерода в результате неполного сгорания, а также другие местные и атмосферные загрязнители, такие как двуокись серы и окислы азота, которые вызывают проблемы с дыханием в городах, кислотные дожди. , и проблемы с газом озоном.Однако свободный водород для топлива не возникает в природе, при его сжигании выделяется меньше энергии, чем требуется для получения водорода в первую очередь самым простым и распространенным методом — электролизом. Хотя существует несколько способов производства свободного водорода, они требуют преобразования горючих молекул в водород, поэтому водород не решает никаких энергетических кризисов, более того, он решает только проблему переносимости и некоторые проблемы загрязнения. Большим недостатком водорода во многих ситуациях является его хранение.Жидкий водород имеет чрезвычайно низкую плотность — в 14 раз меньше, чем вода, и требует обширной изоляции, в то время как газообразный водород требует очень тяжелых резервуаров. Хотя водород имеет более высокую удельную энергию, объемный запас энергии все еще примерно в пять раз ниже, чем у бензина, даже в сжиженном состоянии. (Процесс «Водород по запросу», разработанный Стивеном Амендола, создает водород по мере необходимости, но здесь есть и другие проблемы, например, относительно дорогое сырье.) К другим видам топлива, более благоприятным для окружающей среды, относится биотопливо.Они не могут дать чистого прироста углекислого газа.

Цилиндры

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

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

Система зажигания

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по системе зажигания. Точка цикла, в которой воспламеняется смесь топлива и окислителя, напрямую влияет на КПД и мощность ДВС.Для типичного 4-тактного автомобильного двигателя горящая смесь должна достичь максимального давления, когда коленчатый вал находится под углом 90 градусов после ВМТ (верхней мертвой точки). Скорость фронта пламени напрямую зависит от степени сжатия, температуры топливной смеси и октанового или цетанового числа топлива. Современные системы зажигания предназначены для зажигания смеси в нужное время, чтобы фронт пламени не касался опускающейся головки поршня. Если фронт пламени соприкасается с поршнем, это может привести к появлению детонации или детонации.Более бедные смеси и смеси с более низким давлением горят медленнее, что требует более точного момента зажигания. Сегодня в большинстве двигателей для зажигания используется электрическая или компрессионная система нагрева. Однако исторически использовались системы с внешним пламенем и горячими трубками. Никола Тесла получил один из первых патентов на механическую систему зажигания — патент США 609250 (PDF) «Электрический воспламенитель для газовых двигателей» 16 августа 1898 года.

Топливные системы

Топливо сгорает быстрее и полнее, если большая площадь его поверхности контактирует с кислородом.Чтобы двигатель работал эффективно, топливо должно испаряться в поступающий воздух в виде того, что обычно называется топливно-воздушной смесью. Обычно используются два метода испарения топлива в воздух: карбюраторный и впрыск топлива.

Часто в более простых поршневых двигателях для подачи топлива в цилиндр используется карбюратор. Однако точный контроль количества топлива, подаваемого в двигатель, невозможно. Карбюраторы — это самые распространенные в настоящее время устройства для смешивания топлива, используемые в газонокосилках и других двигателях малой мощности.До середины 1980-х карбюраторы также были распространены в автомобилях.

Более крупные бензиновые двигатели, такие как используемые в автомобилях, в основном перешли на системы впрыска топлива. В дизельных двигателях всегда используется впрыск топлива.

В двигателях, работающих на автомобильном газе (СНГ), используются либо системы впрыска топлива, либо карбюраторы с открытым или закрытым контуром.

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

Помимо разработки двигателя с большим количеством цилиндров, есть два способа увеличения мощности двигателя. Первый — 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 были оснащены двигателем BMC серии A с одинаковым ходом и диаметром цилиндра в соответствии с их спецификациями и были от одного производителя. Однако в торговой литературе и на значках транспортных средств объем двигателя был указан как 1000 куб. См, 1100 куб. См и 1098 куб. См соответственно.

Смазочные системы

Используется несколько различных типов систем смазки. Простые двухтактные двигатели смазываются маслом, смешанным с топливом или впрыскиваемым в поток впуска в виде спрея.Ранние тихоходные стационарные и судовые двигатели смазывались под действием силы тяжести из небольших камер, подобных тем, которые использовались в паровых двигателях в то время, с тендером для пополнения их по мере необходимости. Поскольку двигатели были адаптированы для использования в автомобилях и самолетах, потребность в высоком соотношении мощности к массе привела к увеличению скорости вращения, повышению температуры и большему давлению на подшипники, что, в свою очередь, требовало смазки под давлением для шатунных подшипников и шейки шатуна, при условии, что либо посредством прямой смазки от насоса, либо косвенно посредством струи масла, направляемой на приемные чашки на концах шатуна, что имело то преимущество, что при увеличении частоты вращения двигателя создавалось более высокое давление.

Загрязнение двигателя

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

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

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

КПД двигателя внутреннего сгорания

КПД различных типов двигателей внутреннего сгорания различается.Принято считать, что большинство двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, даже при использовании турбонагнетателей и вспомогательных средств повышения эффективности имеют механический КПД около 20 процентов. Большинство двигателей внутреннего сгорания тратят около 36 процентов энергии бензина в виде тепла, теряемого в системе охлаждения, и еще 38 процентов через выхлопные газы. Остальное, около шести процентов, теряется из-за трения. Большинству инженеров не удавалось успешно использовать потраченную впустую энергию для каких-либо значимых целей, хотя существуют различные дополнительные устройства и системы, которые могут значительно повысить эффективность сгорания.

Впрыск водородного топлива, или HFI, представляет собой дополнительную систему двигателя, которая, как известно, улучшает экономию топлива двигателей внутреннего сгорания путем впрыска водорода в качестве улучшения сгорания во впускной коллектор. Можно увидеть рост экономии топлива от 15 до 50 процентов. Небольшое количество водорода, добавляемого к всасываемому топливно-воздушному заряду, увеличивает октановое число комбинированного топливного заряда и увеличивает скорость пламени, тем самым позволяя двигателю работать с более продвинутой синхронизацией зажигания, более высокой степенью сжатия и более бедной воздушно-топливной смесью. к топливной смеси, чем это возможно в противном случае.В результате снижается уровень загрязнения, увеличивается мощность и эффективность. Некоторые системы HFI используют бортовой электролизер для выработки используемого водорода. Также можно использовать небольшой резервуар с водородом под давлением, но этот метод требует повторного заполнения.

Также обсуждались новые типы двигателей внутреннего сгорания, такие как Scuderi Split Cycle Engine, которые используют высокое давление сжатия, превышающее 2000 фунтов на квадратный дюйм, и сгорают после верхней мертвой точки (самая высокая и самая сжатая точка в ход поршня внутреннего сгорания).Ожидается, что такие двигатели будут иметь КПД 50-55%.

Банкноты

Список литературы

• Харденберг, Хорст О. 1999. Средние века двигателя внутреннего сгорания . Варрендейл, Пенсильвания: Международное издательство SAE. ISBN 0768003911.
• Хейвуд, Джон. 1988. Основы двигателя внутреннего сгорания. Нью-Йорк: McGraw-Hill Science / Engineering / Math. ISBN 007028637X.
• Стоун, Ричард. 1999. Введение в двигатели внутреннего сгорания .Варрендейл, Пенсильвания: Международное издательство SAE. ISBN 0768004950.
• Тейлор, Чарльз Фейет. 1985. Двигатель внутреннего сгорания в теории и практике . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 0262700263.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 4 марта 2018 г.

• Знакомство с автомобильными двигателями — изображения в разрезе и хороший обзор двигателя внутреннего сгорания
• Библия по топливу и двигателям — хороший ресурс по различным типам двигателей и топливам
• youtube — Анимация компонентов 4-цилиндрового двигателя
• youtube — Анимация внутренних движущихся частей 4-цилиндрового двигателя

кредитов

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Электрооборудование двигателя

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

Механическое управление

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

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

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

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

Как это работает?

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

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

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

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

Навигация ..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Патент США на двигатель внутреннего сгорания с устройством впрыска, расположенным в цилиндре цилиндра, и способ работы двигателя внутреннего сгорания указанного типа. Патент (Патент № 10,590,898, выданный 17 марта 2020 г.)

В данной заявке испрашивается приоритет заявки на патент Германии №102016212084.0, подана 4 июля 2016 г. Все содержание упомянутой выше заявки включено сюда посредством ссылки во всей ее полноте для всех целей.

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с прямым впрыском.

Двигатели внутреннего сгорания имеют блок цилиндров и, по меньшей мере, одну головку цилиндров, которые соединены друг с другом, образуя цилиндры и их камеры сгорания. Блок цилиндров, как верхняя половина картера, обычно служит для крепления коленчатого вала и для размещения поршня и гильзы цилиндра каждого цилиндра.Поршень также может быть установлен и направлен непосредственно в отверстии блока, за исключением гильзы в качестве промежуточного элемента. В контексте настоящего раскрытия и гильза цилиндра, и канал ствола подпадают под выражение «цилиндр цилиндра».

Головка блока цилиндров обычно служит для размещения приводов клапанов, необходимых для перезарядки. В процессе обмена заряда выпуск дымовых газов через систему отвода отработавших газов происходит по меньшей мере через одно выпускное отверстие, а подача воздуха для горения через систему впуска происходит по меньшей мере через одно впускное отверстие. открытие баллона.В случае четырехтактных двигателей для управления перезарядкой обычно используются почти исключительно подъемные клапаны. Клапан, включая соответствующий приводной механизм, называется приводом клапана.

Коленчатый вал, который установлен в картере, поглощает усилия шатуна и преобразует колебательный ход поршней во вращательное движение коленчатого вала. Верхняя половина картера, образованная блоком цилиндров, регулярно дополняется масляным поддоном, который может быть установлен на блоке цилиндров и который служит нижней половиной картера.

При разработке двигателей внутреннего сгорания постоянно стремятся минимизировать расход топлива и уменьшить выбросы загрязняющих веществ.

Расход топлива представляет проблему, в частности, в двигателях с циклом Отто, то есть в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Причина этого кроется в принципе работы традиционного двигателя с циклом Отто. Традиционный двигатель с циклом Отто работает с внешним смесеобразованием и гомогенной топливно-воздушной смесью, в которой желаемая мощность устанавливается путем изменения заряда камеры сгорания, то есть регулирования количества.Регулируя дроссельную заслонку, которая предусмотрена во впускной системе, давление всасываемого воздуха после дроссельной заслонки может быть уменьшено в большей или меньшей степени. Таким образом, при постоянном объеме камеры сгорания масса воздуха, то есть количество, может задаваться давлением всасываемого воздуха. Это также объясняет, почему регулирование количества оказалось невыгодным, особенно при работе с частичной нагрузкой, поскольку низкие нагрузки требуют высокой степени дросселирования и большого снижения давления во впускной системе, в результате чего потери при перезарядке увеличиваются с уменьшением нагрузки. и увеличивающееся дросселирование.

Одним из подходов к уменьшению тяги рабочего процесса цикла Отто является использование прямого впрыска топлива. Впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания цилиндра считается подходящей мерой для заметного снижения расхода топлива даже в двигателях с циклом Отто. Дросселирование двигателя внутреннего сгорания осуществляется за счет регулирования качества, используемого в определенных пределах.

При непосредственном впрыске топлива в камеру сгорания можно, в частности, реализовать расслоенный заряд камеры сгорания, который может значительно способствовать уменьшению дросселирования рабочего процесса цикла Отто, поскольку двигатель внутреннего сгорания может быть наклонен к в значительной степени за счет режима послойной загрузки, который предлагает термодинамические преимущества, в частности, при работе с частичной нагрузкой, то есть в диапазоне низких и средних нагрузок, когда необходимо впрыскивать только небольшие количества топлива.

Прямой впрыск характеризуется неоднородным зарядом камеры сгорания, который не характеризуется равномерным соотношением воздуха, но который обычно имеет как бедные (λ> 1) части смеси, так и богатые (λ <1) части смеси. Неоднородность топливно-воздушной смеси также является причиной того, что выбросы частиц, известные из процесса дизельного двигателя, также имеют значение в случае двигателя с прямым впрыском Отто, тогда как указанные выбросы почти не имеют значения в случае традиционного двигателя цикла Отто.

Относительно мало времени доступно для впрыска топлива, для приготовления смеси в камере сгорания, в частности, для смешивания воздуха и топлива и подготовки топлива в контексте предварительных реакций, включая испарение, и для воспламенения. приготовленной смеси.

Возникающие в результате требования, предъявляемые к смесеобразованию, относятся не только к двигателю Отто с прямым впрыском, но в основном к любому двигателю внутреннего сгорания с прямым впрыском и, таким образом, также к дизельным двигателям с прямым впрыском.

Поскольку в случае прямого впрыска для образования смеси остается мало времени, необходимы меры, которые способствуют и ускоряют образование смеси, чтобы существенно гомогенизировать топливно-воздушную смесь перед воспламенением. , по крайней мере, до тех пор, пока нет спроса на операцию с расслоенным зарядом. В этом контексте распределение топлива в камере сгорания и, следовательно, впрыск топлива имеют особое значение.

В случае двигателя Отто с прямым впрыском топлива можно выделить три основных метода смесеобразования.

В случае метода с воздушным регулированием стремятся повлиять на образование смеси посредством движения, принудительно создаваемого входящим потоком, когда воздух вводится в камеру сгорания. Таким образом, стремятся достичь хорошей смеси всасываемого воздуха с впрыснутым топливом, при этом цель состоит в том, чтобы предотвратить прямое столкновение впрыскиваемого топлива с внутренними стенками камеры сгорания за счет движения генерируемого заряда или поток.

Например, создание так называемого падающего или закрученного потока может ускорить и способствовать образованию смеси. Кувырок — это воздушный вихрь вокруг воображаемой оси, который проходит параллельно продольной оси, то есть оси вращения коленчатого вала, в отличие от вихря, который представляет собой воздушный вихрь, ось которого проходит параллельно поршню. продольная ось, то есть продольная ось цилиндра.

Расположение и геометрия впускной системы, то есть впускных трубопроводов, оказывают значительное влияние на движение заряда и, следовательно, на образование смеси, при этом на движение заряда в цилиндре одновременно влияет камера сгорания. геометрия, в частности геометрия днища поршня или углубления поршня, которое может быть выполнено в днище поршня.В случае двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива могут использоваться углубления, которые являются осесимметричными относительно продольной оси поршня, в частности углубления в форме омега. Из-за условий ограниченного пространства в головке блока цилиндров оптимизация впускных трубопроводов в отношении образования смеси и перезарядки может быть невозможной, или может быть не полностью возможной, или может быть возможна только в том случае, если недостатки будут приняты в другом месте.

В случае способа управления стенкой топливо впрыскивается в камеру сгорания таким образом, что впрыскиваемая струя преднамеренно направляется к стенке, ограничивающей камеру сгорания, предпочтительно в углубление, предусмотренное на днище поршня.Здесь предполагается, что топливная струя в результате столкновения разбивается на множество частей струи и отклоняется таким образом, чтобы топливные струи охватывали как можно большую площадь камеры сгорания. В частности, часть впрыснутого топлива должна отводиться в непосредственной близости от устройства зажигания для образования там воспламеняющейся топливно-воздушной смеси с впускаемым воздухом.

Принимая во внимание, что в случае метода с воздушным регулированием следует предотвращать прямое столкновение впрыскиваемого топлива с внутренними стенками камеры сгорания, это желательно в случае метода с контролем по стенкам.Смачивание внутренних стенок камеры сгорания топливом способствует разжижению масла и неблагоприятно увеличивает необработанные выбросы несгоревших углеводородов и выбросы твердых частиц.

В случае метода струйного управления топливо впрыскивается целенаправленно в направлении устройства зажигания, что достигается за счет соответствующей ориентации инжекционных жиклеров и соответственно согласованного расположения устройства впрыска и устройства зажигания. например, расположением как устройства зажигания, так и устройства впрыска по центру в головке блока цилиндров на стороне, обращенной к днищу поршня.

Топливо транспортируется и распределяется, в основном, за счет импульса форсунок, так что образование смеси относительно не зависит от геометрии камеры сгорания, что составляет значительное преимущество по сравнению с двумя другими методами. Метод струйного управления подходит, в частности, для работы двигателя внутреннего сгорания со стратифицированным зарядом, потому что, во-первых, воспламеняющаяся смесь может быть образована в плотно ограниченной области вокруг устройства зажигания, а во-вторых, низкая концентрация топлива может быть реализована в большие площади камеры сгорания.

В большинстве методов смесеобразования используется как компонент, управляемый воздухом, так и компонент, управляемый струей.

В некоторых примерах устройство для впрыска расположено в головке цилиндров на стороне, обращенной к днищу поршня. В зависимости от глубины проникновения форсунок, количества впрыскиваемого топлива и времени впрыска, то есть положения поршня, большая или меньшая часть топлива ударяется о внутренние стенки камеры сгорания во время впрыска, в частности на днище поршня и цилиндр и смешивается с прилипшей к ним масляной пленкой.Топливо попадает вместе с маслом в картер и тем самым способствует разжижению масла. Смачивание внутренних стенок камеры сгорания топливом, кроме того, отрицательно сказывается на необработанных выбросах несгоревших углеводородов и на выбросах твердых частиц.

Следовательно, можно также использовать устройства для впрыска, форсунки которых имеют уменьшенную или небольшую глубину проникновения в камеру сгорания. Однако на практике было обнаружено, что, несмотря на уменьшенную глубину проникновения, внутренние стенки камеры сгорания смачиваются топливом, в частности, даже если форсунки не ударяются напрямую о внутренние стенки камеры сгорания.Причиной этого является неиспарившееся жидкое топливо, которое в виде капель топлива транспортируется к внутренним стенкам камеры сгорания и смачивает их из-за движения заряда в камере сгорания.

В некоторых примерах каждый цилиндр двигателя внутреннего сгорания снабжен форсункой впрыска в области цилиндра цилиндра. Форсунка цилиндра в этом случае ориентирована в сторону головки блока цилиндров; в некоторых случаях к выпускному клапану цилиндра.Эта мера предназначена для облегчения и ускорения испарения частиц топлива или капель топлива и, таким образом, содействия и ускорения образования смеси. В то же время головка и закрытый выпускной клапан охлаждаются за счет топлива. Также стремятся реализовать преимущества с точки зрения выбросов загрязняющих веществ. Также возможно использование двух инжекционных форсунок, которые могут взаимодействовать друг с другом, в результате чего стремятся еще больше улучшить образование смеси. Патент США В US 5421301 описан такой двигатель внутреннего сгорания.

Форсунка для впрыска, ориентированная по направлению к головке цилиндров, как описано в патенте США No. № 5421301 — подает топливо только в область камеры сгорания со стороны головки блока цилиндров во время процесса впрыска, тогда как область камеры сгорания между устройством впрыска и нижней мертвой точкой, то есть поршневой боковая область камеры сгорания, во время впрыска не учитывается.

Расположение впрыскивающего устройства в области цилиндра цилиндра имеет и другие недостатки.Например, устройство впрыска, предусмотренное в области цилиндра цилиндра, входит в выемку или канал в цилиндре цилиндра, при этом устройство впрыска обычно размещается в утопленном положении, так что мертвый объем, в котором впрыскиваемое топливо может Собирать, образует между наконечником на стороне камеры сгорания устройства впрыска и виртуальной внутренней поверхностью оболочки цилиндра цилиндра, который также приблизительно составляет рабочую поверхность поршня. Остатки топлива и кокса, образовавшиеся в результате неполного сгорания топлива при недостатке кислорода, откладываются на устройстве впрыска.

Осаждение жидкого топлива на устройстве впрыска приводит к увеличению необработанных выбросов несгоревших углеводородов. Отложения на впрыскивающем устройстве также приводят к увеличению выбросов твердых частиц из двигателя внутреннего сгорания. Это связано с тем, что впрыскиваемое топливо накапливается в пористых остатках коксования, которые, как правило, к концу горения, когда кислород, подаваемый для сжигания, почти полностью израсходован, подвергается неполному сгоранию и образует сажу, которая способствует увеличению количества необработанных частиц. выбросы двигателя внутреннего сгорания.

Остатки кокса также могут отделяться от устройства впрыска, например, в результате механической нагрузки, вызванной волной давления, распространяющейся в камере сгорания, или действием струи впрыска. Отделенные таким образом остатки не только увеличивают выбросы необработанных частиц из двигателя внутреннего сгорания, но также могут приводить к повреждению и, например, ухудшать функциональные возможности систем последующей обработки выхлопных газов, предусмотренных в системе выпуска выхлопных газов.

Кроме того, остатки кокса могут изменить геометрию инжекционного устройства, в частности, могут отрицательно повлиять на характеристику сквозного потока и / или препятствовать формированию инжекционной струи и тем самым нарушить приготовление смеси.

Дополнительные концепции могут быть предназначены для противодействия накоплению остатков коксования и / или которые служат для истощения отложений остатков коксования, то есть для удаления упомянутых остатков кокса из камеры сгорания и очистки камеры сгорания. В выложенном немецком документе DE 10199 45813 A1 описана концепция этого типа.Меры, предлагаемые для очистки камеры сгорания, включают целенаправленное инициирование детонационного горения и / или введение очищающей жидкости во всасываемый воздух для горения. Обе меры можно рассматривать как относящиеся к расходу топлива и выбросам загрязняющих веществ. В европейском патенте EP 1 404 955 B1 описан двигатель внутреннего сгорания, у которого по меньшей мере одна камера сгорания имеет, по меньшей мере, в некоторых местах каталитическое покрытие на поверхности для целей окисления остатков коксования.

Авторы настоящего изобретения признали проблемы, связанные с вышеуказанными подходами. Например, описанные выше концепции обычно относятся к форсунке для впрыска, расположенной в головке блока цилиндров и выступающей в камеру сгорания, и не подходят для устройств впрыска, расположенных утопленным в области цилиндра цилиндра, то есть для удаление или уменьшение остатков топлива или кокса, находящихся в углублении, то есть в мертвом объеме.

Соответственно, в данном документе предоставляется примерный подход, по крайней мере, для частичного решения вышеуказанных проблем.В одном примере двигатель внутреннего сгорания с прямым впрыском включает в себя головку блока цилиндров с цилиндром, причем цилиндр имеет по меньшей мере одно впускное отверстие для подачи воздуха для горения через систему впуска и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для выпуска выхлопных газов через систему впуска. система выпуска отработавших газов, цилиндр дополнительно содержит камеру сгорания, которая совместно образована головкой поршня поршня, цилиндром цилиндра, который ограничивает камеру сгорания в поперечном направлении, и головкой цилиндра, причем поршень может перемещаться вдоль поршня в продольном направлении. ось между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой.Двигатель включает устройство впрыска, расположенное в цилиндре цилиндра для прямого ввода топлива в камеру сгорания, причем это устройство впрыска имеет по меньшей мере одно отверстие, которое в ходе процесса впрыска выполнено с возможностью активации для подачи топлива в камеру сгорания. впрыскивающее устройство заканчивается на стороне камеры сгорания заподлицо с цилиндром цилиндра.

Таким образом, устройство впрыска топлива устанавливается в цилиндре цилиндра (например, в гильзе цилиндра) и имеет переднюю поверхность со стороны камеры сгорания, которая находится заподлицо с внутренней поверхностью гильзы цилиндра, без образования мертвого объема.Таким образом исключается или снижается риск образования отложений топлива и остатков кокса на впрыскивающем устройстве.

В двигателе внутреннего сгорания в соответствии с раскрытием изобретения устройство впрыска цилиндра заканчивается на стороне камеры сгорания заподлицо с цилиндром конкретного цилиндра. В контексте настоящего раскрытия это означает, во-первых, что по меньшей мере конец со стороны камеры сгорания устройства впрыска контактирует с виртуальной внутренней поверхностью оболочки цилиндра цилиндра, которая приблизительно образует рабочую поверхность поршня.Таким образом, мертвый объем, который образуется между концом со стороны камеры сгорания устройства впрыска и поверхностью оболочки цилиндра цилиндра, уменьшается, а в некоторых случаях полностью устраняется.

Наряду с мертвым объемом снижается риск осаждения топлива на устройстве впрыска или его наконечника, а также риск образования остатков коксования.

Следует понимать, что приведенное выше краткое изложение предоставлено для представления в упрощенной форме набора концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании.Оно не предназначено для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют любые недостатки, отмеченные выше или в любой части этого раскрытия.

ФИГ. 1 схематично показан пример двигателя, включающего цилиндр.

РИС. 2 схематически показано в поперечном сечении цилиндр, показанный на фиг.1.

РИС. 3 схематично показано устройство для впрыска топлива, вид спереди.

РИС. 4 — график примерных положений поршня относительно топливной форсунки во время части цикла цилиндра.

РИС. 5 — блок-схема, иллюстрирующая способ работы топливной форсунки.

Приготовление смеси в двигателях с прямым впрыском создает проблемы из-за негативного воздействия, вызываемого смачиванием стенок. Если топливный спрей попадает в гильзу цилиндра, масло потенциально разбавляется (например,g., топливо может собираться, а затем сливаться в масляный поддон, где оно может разбавлять масло). Если топливный спрей попадет на поршень, может произойти чрезмерное образование сажи. Одной из трудностей центрально установленных топливных форсунок в головке блока цилиндров является совмещение направлений потока топлива и воздуха. Отсутствие относительного движения между топливом и воздухом вызывает большую продолжительность испарения, большую длину проникновения струи и, следовательно, высокую вероятность смачивания стенок.

Форсунка сбоку от головки блока цилиндров, так называемая боковая форсунка прямого впрыска, не может в полной мере использовать боковой впрыск из-за близости форсунки к впускным клапанам и ограниченной свободы позиционирования из-за перетяжка в ГБЦ.

Согласно вариантам осуществления, раскрытым в данном документе, топливная форсунка может быть установлена ​​заподлицо в гильзе цилиндра напротив впускных клапанов на оптимальной высоте и под оптимальным углом к ​​оси цилиндра. Положение напротив впускных клапанов обеспечивает обратное направление потока наддувочного воздуха, проходящего через впускные клапаны, и топлива, поступающего из форсунки. Высокая относительная скорость смешивания топлива и воздуха обеспечивает быстрое испарение и низкое проникновение с минимальным риском намокания стенок.Благодаря наличию свободного пространства можно оптимизировать высоту позиционирования в гильзе и угол к оси гильзы, а также в определенной степени угловое положение в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. Инжектор, установленный заподлицо с поверхностью гильзы с цилиндрически отшлифованной передней пластиной, позволяет поршневым кольцам работать без фиксации и поддерживать чистоту поверхности инжектора. Кроме того, промывочное положение топливной форсунки устраняет мертвый объем, который может присутствовать, если форсунка утоплена в гильзе цилиндра.Отсутствие мертвого объема может снизить выбросы углеводородов, обычно связанные с мертвыми объемами.

Предлагаются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых устройство впрыска заканчивается заподлицо со цилиндром цилиндра, чтобы минимизировать мертвый объем. Предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых устройство впрыска оканчивается заподлицо с цилиндром цилиндра без образования мертвого объема. В данном случае мертвый объем, который образуется между концом со стороны камеры сгорания устройства впрыска и поверхностью оболочки цилиндра, устраняется полностью или в значительной степени, то есть в той степени, в которой это технически возможно.

В этом контексте представлены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых устройство впрыска имеет цилиндрическую форму на стороне камеры сгорания, так что цилиндрический наконечник, расположенный на стороне камеры сгорания, устройства впрыска совместно вместе с цилиндрическим цилиндром образует виртуальную цилиндрическую огибающую поверхность, благодаря чему мертвый объем полностью устраняется.

Предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых устройство для впрыска наклонено относительно продольной оси поршня.

В этом контексте представлены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых устройство для впрыска наклонено относительно продольной оси поршня в направлении по меньшей мере одной головки блока цилиндров. Таким образом снижается риск нежелательного смачивания поршня топливом.

Предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых устройство впрыска ориентировано по меньшей мере к одному входному отверстию конкретного цилиндра таким образом, что топливо, выходящее из устройства впрыска, направляется против поступающего воздуха для горения. камеру сгорания через впускное отверстие.

В вышеприведенном варианте осуществления устройство впрыска, расположенное в области цилиндра цилиндра, направлено к головке цилиндра конкретного цилиндра, не к выходу, а скорее к входу цилиндра, в частности, по меньшей мере к одному входному отверстию конкретного цилиндра. отверстие, так что топливо, вводимое в камеру сгорания, может взаимодействовать с противоположно направленным воздухом для горения, текущим в камеру сгорания.

Воздушный поток, поступающий в камеру сгорания, уменьшает глубину проникновения форсунок впрыскивающего устройства, тем самым противодействуя смачиванию внутренних стенок камеры сгорания топливом.Благодаря ориентации впрыскивающего устройства к головке блока цилиндров, в частности, предотвращается смачивание поршня. Наряду с смачиванием внутренних стенок камеры сгорания устраняется еще одна причина увеличения выбросов несгоревших углеводородов и увеличения выбросов твердых частиц.

Ориентация форсунок против входящего воздушного потока предназначена для содействия и ускорения испарения топливных частиц или капель топлива, а также для широкого распределения топлива в камере сгорания и продвижения и, таким образом, улучшения гомогенизации топлива. -воздушная смесь.

В отличие от двигателей внутреннего сгорания с устройством впрыска, направленным к головке блока цилиндров, в соответствии с раскрытием, используя динамику впускного потока, обе области камеры сгорания со стороны головки блока цилиндров и область камеры сгорания со стороны поршня снабжается топливом.

Если топливо попадает во впускную систему при открытом впускном отверстии, это топливо может служить для очистки и удаления отложений с задней стороны соответствующего впускного клапана.

Гомогенизация топливно-воздушной смеси приобретает все большее значение, в частности, с точки зрения снижения выбросов оксидов азота, поскольку для образования оксидов азота требуется не только избыток воздуха, но и высокие температуры, и поэтому их использование все чаще используется. состоит из методов горения с относительно низкими температурами горения, таких как, например, метод HCCI (гомогенное воспламенение от сжатия), который также называют методом пространственного воспламенения или методом CAI (контролируемое самовоспламенение) и который основан на контролируемом самовоспламенение топлива, подаваемого в цилиндр.Из-за низких температур сгорания двигатель внутреннего сгорания, работающий в режиме HCCI, демонстрирует относительно низкие выбросы оксидов азота, а также низкие или практически отсутствующие выбросы сажи.

Благодаря относительно низким температурам сгорания и связанным с ними относительно низким перепадам температур в двигателе внутреннего сгорания, тепловые потери ниже, чем в случае двигателей внутреннего сгорания, работающих традиционным способом. Это приводит к более высокому тепловому КПД.

Предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых по меньшей мере одно впускное отверстие для конкретного цилиндра расположено в головке блока цилиндров.

Предлагаются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых каждый цилиндр имеет по меньшей мере два впускных отверстия для подачи воздуха для горения.

Задача приводов клапанов состоит в том, чтобы открывать и закрывать впускные и выпускные отверстия цилиндров в нужное время, с быстрым открытием максимально возможных поперечных сечений потока во время перезарядки, чтобы сохранить потери на дросселирование. во входящем и выходящем потоках газа низкий и для обеспечения наилучшего заряда цилиндра, а также эффективный, то есть полный сброс дымовых газов.Поэтому цилиндры двигателя внутреннего сгорания предпочтительно имеют два или более впускных и выпускных отверстий соответственно.

По указанным выше причинам также предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых каждый цилиндр имеет по меньшей мере два выпускных отверстия для выпуска выхлопных газов.

В вариантах осуществления двигателя внутреннего сгорания, в которых цилиндр не имеет впрыскивающего устройства в конкретной головке цилиндра, конструктивное пространство, которое освобождается в результате отсутствия впрыскивающего устройства в головке цилиндров и которое, таким образом, снова становится доступным или становится дополнительно доступным, может использоваться для обеспечения дополнительного впускного или выпускного отверстия или для увеличения размера предусмотренных отверстий.В обоих случаях потери на дросселирование при перезарядке заметно снижаются.

Однако могут быть также предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых каждый цилиндр оборудован дополнительным устройством впрыска, которое расположено в головке блока цилиндров.

Далее, каждый цилиндр имеет два устройства впрыска, которые взаимодействуют друг с другом или совместно реализуют широкое распределение топлива в камере сгорания, в результате чего смесеобразование дополнительно улучшается, и, в частности, ускоряется гомогенизация топливно-воздушной смеси. .Второе устройство впрыска может оказаться особенно полезным в рабочих точках, в которых большие количества топлива могут быть введены в цилиндр. Однако также возможно использовать каждое из двух устройств впрыска по отдельности, так что в заранее заданных рабочих точках только одно из двух устройств впрыска используется для подачи топлива.

Также могут быть предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых каждый цилиндр оборудован дополнительным устройством впрыска, которое расположено в системе впуска для конкретного цилиндра.Посредством впрыска во впускной трубопровод можно было бы, например, при работе двигателя внутреннего сгорания при частичной нагрузке, подавать топливо во впускную систему перед впуском в цилиндр.

Предлагаются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых каждый цилиндр оборудован устройством зажигания для инициирования приложенного зажигания. Вышеупомянутый вариант осуществления относится к двигателям внутреннего сгорания с прикладным зажиганием, то есть к двигателям внутреннего сгорания, в которых, по меньшей мере, периодически используется прикладное зажигание.

Здесь могут быть предусмотрены варианты двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых каждый цилиндр оборудован дополнительным устройством зажигания для инициирования приложенного зажигания.

В вариантах осуществления двигателя внутреннего сгорания, в которых цилиндр не имеет устройства впрыска в головке блока цилиндров, конструктивное пространство, которое освобождается в результате отсутствия устройства впрыска в головке цилиндров и которое, таким образом, снова становится доступным или становится дополнительно доступным, может также использоваться для обеспечения устройства зажигания или дополнительного устройства зажигания.Если воспламенение затем инициируется в двух разнесенных друг от друга положениях двух устройств зажигания, пламя распространяется в камере сгорания из указанных двух положений, при этом подготовленная топливно-воздушная смесь, находящаяся в камере сгорания, быстрее полностью охватывается пламенем. чем было бы или было бы, если бы использовалось только одно устройство зажигания. Топливно-воздушная смесь как бы быстрее прогорает, что может дать термодинамические преимущества.

Предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых по меньшей мере одна головка цилиндров снабжена по меньшей мере одной рубашкой охлаждающей жидкости для образования системы жидкостного охлаждения.

Тепло, выделяющееся при сгорании в результате экзотермического химического превращения топлива, частично рассеивается в головку цилиндров и блок цилиндров через стенки, которые ограничивают камеру сгорания, и частично в соседние компоненты и окружающую среду через поток выхлопных газов. . Чтобы удерживать тепловую нагрузку головки блока цилиндров в определенных пределах, часть теплового потока, вводимого в головку блока цилиндров, должна снова отводиться от головки блока цилиндров.

Принципиально возможно, чтобы охлаждающее устройство могло иметь форму охлаждающего устройства воздушного или жидкостного типа.Из-за значительно более высокой теплоемкости жидкостей по сравнению с воздухом, можно отводить значительно большее количество тепла с помощью охлаждающей системы жидкостного типа, по этой причине двигатели внутреннего сгорания обычно оснащаются жидкостным охлаждением. договоренность. В этом контексте необходимо учитывать, что тепловая нагрузка на головку блока цилиндров постоянно возрастает, в частности, потому, что все большая часть двигателей внутреннего сгорания нагнетается наддувом — турбокомпрессором выхлопных газов или механическим нагнетателем.Вследствие все более плотной упаковки в моторном отсеке и все большей интеграции деталей и компонентов в головку блока цилиндров, например интеграции выпускного коллектора, тепловая нагрузка на головку блока цилиндров увеличивается, так что предъявляются повышенные требования. на систему охлаждения и приняты меры для надежного предотвращения тепловых перегрузок ДВС. Попытки использовать более легкие материалы для изготовления головки, которые менее устойчивы к термической нагрузке, к тому же повышают требования к охлаждающему устройству.

Если двигатель внутреннего сгорания имеет систему жидкостного охлаждения, в головке блока цилиндров обычно формируется множество каналов охлаждающей жидкости или, по меньшей мере, одна рубашка охлаждающей жидкости, которые проводят охлаждающую жидкость через головку цилиндра по каналам охлаждающей жидкости или рубашке охлаждающей жидкости; для этого требуется очень сложная конструкция головки блока цилиндров.

В вариантах осуществления двигателя внутреннего сгорания, в которых цилиндр не имеет впрыскивающего устройства в конкретной головке цилиндра, конструктивное пространство, которое освобождается в результате отсутствия впрыскивающего устройства в головке цилиндров и которое, таким образом, снова становится доступным или становится дополнительно доступным, может использоваться для размещения рубашки охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров рядом с камерой сгорания и, таким образом, в непосредственной близости от наиболее термически нагруженных областей головки.

Предусмотрены варианты осуществления, в которых рубашка охлаждающей жидкости интегрирована в головку цилиндров, причем эта рубашка охлаждающей жидкости имеет нижнюю рубашку охлаждающей жидкости, которая расположена между выхлопными линиями и зоной сборки головки цилиндров, и верхнюю рубашку охлаждающей жидкости, которая является расположен на той стороне выхлопных труб, которая расположена напротив нижней рубашки охлаждающей жидкости.

Предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых блок цилиндров, который соединяется по меньшей мере с одной головкой блока цилиндров, оборудован по меньшей мере одной рубашкой охлаждающей жидкости для образования системы жидкостного охлаждения, по меньшей мере одна рубашка охлаждающей жидкости, закрывающая цилиндр цилиндра по крайней мере одного цилиндра по крайней мере в некоторых областях.

Предусмотрены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых поршень для конкретного цилиндра с целью герметизации камеры сгорания оснащен по меньшей мере одним поршневым кольцом, которое расположено в области юбки поршня, которая ограничивает боковые границы поршень.

В этом контексте представлены варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с прямым впрыском, в которых, когда поршень расположен в верхней мертвой точке, по меньшей мере одно поршневое кольцо расположено между устройством для впрыска и верхней мертвой точкой.

Поршень, расположенный в верхней мертвой точке, затем закрывает устройство впрыска, расположенное в области цилиндра цилиндра, так что устройство впрыска подвергается воздействию давления цилиндра незащищенным образом только тогда, когда поршень, движущийся к нижней мертвой точке, открывает устройство впрыска в Сторона камеры сгорания. Следовательно, инъекционное устройство подвергается более низкому давлению. Это облегчает герметизацию инъекционного устройства. Конструкция уплотнения упрощается просто за счет того, что область цилиндра термически менее нагружена, чем, например, головка цилиндра.

В принципе, впрыск может быть выполнен только тогда, когда поршень конкретного цилиндра на своем пути к нижней мертвой точке прошел устройство впрыска и делает камеру сгорания доступной для отверстий устройства впрыска.

Поршень, движущийся, то есть колеблющийся между мертвыми точками, в некоторых случаях может также очищать, в частности механически, устройство впрыска на стороне камеры сгорания.

В одном примере способ работы двигателя внутреннего сгорания описанного выше типа включает, по меньшей мере, одно впускное отверстие для конкретного цилиндра, которое, по меньшей мере, периодически открывается во время процесса впрыска.

То, что уже было сказано в отношении двигателя внутреннего сгорания в соответствии с раскрытием, также применимо к способу в соответствии с раскрытием, по этой причине в данном контексте обычно делается ссылка на утверждения, сделанные выше в отношении внутреннего сгорания. двигатель.

Предусмотрены варианты осуществления способа, в которых по меньшей мере одно впускное отверстие для конкретного цилиндра открывается перед подачей топлива с помощью устройства впрыска.

Обычно открытие впрыскивающего устройства активируется благодаря тому, что упомянутое отверстие соединено с системой подачи топлива и, таким образом, открывается для подачи топлива в цилиндр.Затем процесс впрыска завершается за счет того, что отверстия отделены от системы подачи топлива, то есть деактивируются. Активация и / или деактивация отверстий также может выполняться со смещением по времени.

Обратимся теперь к фиг. 1, он включает в себя схематическую диаграмму, показывающую один цилиндр 1 многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания 10 . Двигатель 10 может управляться, по меньшей мере, частично, системой управления, включающей в себя контроллер 12 , и вводом от оператора 132 транспортного средства через устройство ввода 130 .В этом примере устройство ввода , 130, включает в себя педаль акселератора и датчик положения педали , 134, для генерации сигнала PP пропорционального положения педали.

Цилиндр сгорания 1 двигателя 10 может включать в себя стенки цилиндра сгорания (также называемые здесь цилиндром 4 ) с расположенным в них поршнем 5 . Поршень 5 может быть соединен с коленчатым валом 40 , так что возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.Коленчатый вал 40 может быть соединен по меньшей мере с одним ведущим колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик, чтобы обеспечить запуск двигателя 10 .

Цилиндр сгорания 1 может получать всасываемый воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может отводить газы сгорания через выпускной канал 48 . Впускной коллектор 44 и выпускной канал 48 могут выборочно сообщаться с цилиндром сгорания 1 через соответствующий впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 .В некоторых вариантах реализации цилиндр сгорания 1 может включать два или более впускных клапана и / или два или более выпускных клапана.

В этом примере впускной клапан 52 и выпускной клапан 54 могут управляться посредством срабатывания кулачка через соответствующие системы срабатывания кулачка 51 и 53 . Каждая из систем приведения в действие кулачков 51 и 53 может включать в себя один или несколько кулачков и может использовать одно или несколько из переключения профиля кулачка (CPS), переменной синхронизации кулачков (VCT), изменения фаз газораспределения (VVT) и / или переменного подъема клапана. (VVL) системы, которые могут управляться контроллером 12 для изменения работы клапана.Положение впускного клапана 52 и выпускного клапана 54 может определяться датчиками положения 55 и 57 соответственно. В альтернативных вариантах осуществления впускной клапан 52 и / или выпускной клапан 54 могут управляться с помощью электрического клапана. Например, цилиндр 1 может альтернативно включать в себя впускной клапан, управляемый посредством срабатывания электрического клапана, и выпускной клапан, управляемый с помощью срабатывания кулачка, включая системы CPS и / или VCT.

Топливная форсунка 6 показана подключенной непосредственно к цилиндру сгорания 1 для впрыска топлива непосредственно в него пропорционально ширине импульса сигнала FPW, полученного от контроллера 12 через электронный драйвер 68 . Таким образом, топливная форсунка 6 обеспечивает так называемый непосредственный впрыск топлива в цилиндр сгорания 1 . Как показано, топливная форсунка установлена ​​сбоку от цилиндра сгорания. В некоторых примерах может присутствовать не только топливный инжектор, например, на другой стороне цилиндра сгорания или в верхней части цилиндра сгорания.Топливо может подаваться в топливную форсунку 6 системой подачи топлива (не показана), включая топливный бак, топливный насос и топливную направляющую. В некоторых вариантах реализации цилиндр 1 сгорания может альтернативно или дополнительно включать топливный инжектор, расположенный во впускном канале 42 в конфигурации, которая обеспечивает так называемое впрыскивание топлива во впускной канал перед цилиндром 1 сгорания. Следует понимать, что положение топливного инжектора на фиг.1 схематично, и топливная форсунка может быть расположена в других местах. Как будет объяснено более подробно ниже со ссылкой на фиг. 2, топливная форсунка может быть расположена на стороне цилиндра, противоположной впускному клапану.

Впускной канал 42 может включать в себя клапан управления движением заряда (CMCV) 74 и пластину CMCV 72 , а также может включать дроссельную заслонку 62 с дроссельной заслонкой 64 . В этом конкретном примере положение дроссельной заслонки 64 может быть изменено контроллером 12 посредством сигнала, подаваемого на электродвигатель или привод, включенный в дроссельную заслонку 62 , конфигурация, которая может называться электронным управлением дроссельной заслонкой ( ТАК ДАЛЕЕ).Таким образом, дроссельная заслонка 62 может использоваться для изменения всасываемого воздуха, подаваемого в цилиндр 1 сгорания среди других цилиндров сгорания двигателя. Впускной канал 42 может включать в себя датчик массового расхода воздуха , 120, и датчик давления воздуха в коллекторе , 122, для подачи соответствующих сигналов MAF и MAP на контроллер 12 .

Система зажигания 88 может подавать искру зажигания в цилиндр сгорания 1 через свечу зажигания 92 в ответ на сигнал опережения зажигания SA от контроллера 12 в выбранных режимах работы.Хотя показаны компоненты искрового зажигания, в некоторых вариантах осуществления цилиндр 1 сгорания или одна или несколько других камер сгорания двигателя 10 могут работать в режиме воспламенения от сжатия, с искрой зажигания или без нее.

Датчик выхлопных газов 126 показан соединенным с выхлопным каналом 48 перед устройством обработки выхлопных газов 70 . Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для обеспечения индикации соотношения воздух / топливо в выхлопных газах, например, линейный датчик кислорода или UEGO (универсальный или широкий диапазон кислорода в выхлопных газах), двухпозиционный датчик кислорода или EGO, HEGO (EGO с подогревом), датчик NO _x , HC или CO.Устройство 70 для последующей обработки выхлопных газов может включать в себя фильтр твердых частиц бензина (GPF) и одно или несколько устройств контроля выбросов, таких как трехкомпонентный катализатор (TWC), соединенные вместе или по отдельности. В других вариантах осуществления одно или несколько устройств контроля выбросов могут быть ловушкой NOx, различными другими устройствами контроля выбросов или их комбинациями.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, включая микропроцессорный блок , 102, , порты ввода / вывода , 104, , электронный носитель данных для исполняемых программ и значений калибровки, показанный как микросхема памяти только для чтения 106 в этом конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108 , поддерживайте активность памяти , 110, и шину данных.Контроллер 12 может получать различные сигналы и информацию от датчиков, связанных с двигателем 10 , в дополнение к тем сигналам, которые обсуждались ранее, включая измерение всасываемого массового расхода воздуха (MAF) от датчика массового расхода воздуха 120 ; температура охлаждающей жидкости двигателя (ECT) от датчика температуры 112 , соединенного с охлаждающей втулкой 7 a ; сигнал датчика зажигания профиля (PIP) от датчика Холла , 118, (или другого типа), соединенного с коленчатым валом 40 ; положение дроссельной заслонки (ТП) от датчика положения дроссельной заслонки; и сигнал абсолютного давления в коллекторе, MAP, от датчика давления 122 .Запоминающее устройство , 106, только для чтения может быть запрограммировано машиночитаемыми данными, представляющими инструкции, выполняемые процессором 102 для выполнения способа, описанного ниже, а также его разновидностей. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков фиг. 1 и использует различные приводы, показанные на фиг. 1 для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера.

РИС. 2 схематично показано в поперечном сечении фрагмент цилиндра 1 двигателя 10 по фиг.1.

В качестве привода автомобиля используется двигатель внутреннего сгорания указанного типа. В контексте настоящего изобретения выражение «двигатель внутреннего сгорания» охватывает двигатели с циклом Отто и дизельные двигатели, а также гибридные двигатели внутреннего сгорания, то есть двигатели внутреннего сгорания, которые работают с использованием гибридного процесса сгорания, и гибридные приводы, которые содержат не только двигатель внутреннего сгорания, но также электрическую машину, которая может быть соединена в качестве привода с двигателем внутреннего сгорания и которая получает мощность от двигателя внутреннего сгорания или которая в качестве переключаемого вспомогательного привода дополнительно выдает мощность.

Цилиндр 1 имеет два выпускных отверстия для выпуска отработавших газов через систему выпуска отработавших газов, каждое выпускное отверстие примыкает к выпускному трубопроводу, а каждое выпускное отверстие оборудовано выпускным клапаном (также называемым в качестве выпускного клапана 54 ) для открытия выпускного отверстия во время перезарядки. Кроме того, цилиндр 1 имеет два впускных отверстия для подачи воздуха для горения через систему впуска, при этом к каждому впускному отверстию примыкает впускной трубопровод, а каждое впускное отверстие оборудовано впускным клапаном (также называемым впускным клапаном). клапан 52 ) для открытия впускного отверстия во время замены заряда (не показано).

Каждый цилиндр 1 двигателя внутреннего сгорания содержит камеру сгорания 2 , которая вместе образована головкой поршня 5 a конкретного поршня 5 , цилиндром 4 который ограничивает камеру сгорания 2 сбоку и головку блока цилиндров 9 . Когда двигатель внутреннего сгорания работает, поршень 5 колеблется вдоль продольной оси поршня 5 b между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой.В варианте осуществления, показанном на фиг. 2 поршень 5 установлен с возможностью перемещения непосредственно, без гильзы в качестве промежуточного элемента, в канале блока цилиндров 3 , при этом канал образует цилиндр 4 . Для уплотнения камеры сгорания 2 по отношению к картеру поршень 5 снабжен по меньшей мере одним поршневым кольцом 8 a , которое входит в юбку поршня 8 , ограничивающую поршень в поперечном направлении. 5 .

Блок цилиндров 3 снабжен несколькими рубашками для охлаждающей жидкости 7 a , чтобы образовать систему жидкостного охлаждения 7 , в которой рубашки для жидкости / охлаждающие втулки 7 a крышка или окружение термонагруженный цилиндр ствол 4 в регионах.

Каждый цилиндр 1 двигателя внутреннего сгорания оборудован в области цилиндра 4 устройством впрыска 6 для непосредственного ввода топлива в камеру сгорания 2 .В данном случае форсунка 6 a служит в качестве устройства впрыска 6 , причем форсунка расположена под наклоном своей продольной оси 6 c относительно продольной оси поршня 5 b in в направлении головки блока цилиндров и имеет несколько отверстий, которые во время процесса впрыска активируются, то есть открываются, для подачи топлива в камеру сгорания 2 .Для завершения процесса впрыска отверстия форсунки 6 a отделены от системы подачи топлива.

Форсунка для впрыска 6 a направлена ​​в сторону впускного отверстия конкретного цилиндра, в частности так, что топливные форсунки 6 b , выходящие из форсунки 6 a , направлены против сгорания воздух, поступающий в камеру сгорания 2 через впускное отверстие.

Инъекционное устройство 6 , показанное на ФИГ. 2 заканчивается заподлицо с цилиндром 4 , не образуя мертвого объема. Таким образом, полностью устраняется мертвый объем, который мог образоваться между концом 6 d на стороне камеры сгорания устройства для впрыска 6 и огибающей поверхностью цилиндра 4 .

Для этого устройство впрыска 6 имеет цилиндрическую форму со стороны камеры сгорания, так что наконечник 6 d устройства впрыска 6 образует цилиндрический цилиндр 4 . , виртуальная цилиндрическая поверхность оболочки.Упомянутая виртуальная цилиндрическая огибающая поверхность приблизительно также образует рабочую поверхность поршня 5 или поршневого кольца 8 a в цилиндре 4 . Используемый здесь термин «виртуальная цилиндрическая поверхность оболочки» представляет собой составную поверхность, состоящую из внутренней стенки / поверхности цилиндра (например, обращенной в камеру сгорания), передней поверхности устройства впрыска и любых дополнительных компонентов устройства впрыска. (например, печать).Вместе эти поверхности образуют фактически непрерывную «виртуальную» поверхность, так что, хотя внутренняя поверхность цилиндра цилиндра прерывается отверстием, в котором находится инъекционное устройство, инъекционное устройство входит в отверстие и имеет переднюю поверхность, которая находится заподлицо с внутренняя поверхность. Другими словами, если бы внутренняя поверхность цилиндра цилиндра проходила поперек устройства для впрыска, внутренняя поверхность могла бы образовывать непрерывную цилиндрическую оболочку, которая не выпирала бы или не углублялась в области устройства для впрыска.

Цилиндр 1 включает поперечную ось 11 , которая перпендикулярна оси цилиндра (ось цилиндра обозначена пунктирной линией на фиг. 2). Сторона конца горения 6 d устройства впрыска (например, передняя поверхность) находится заподлицо и изогнута аналогично внутренней поверхности цилиндра 4 цилиндра. Если разрез цилиндра выполняется вдоль поперечной оси в точке, которая пересекает устройство для впрыска (например, в точке, показанной на фиг.2) радиус поперечного сечения r 1 от оси цилиндра до заданной точки на устройстве впрыска вдоль поперечной оси равен радиусу поперечного сечения r 2 от оси цилиндра до заданной точки на цилиндр ствола по поперечной оси. Таким образом, передняя поверхность впрыскивающего устройства не выступает в камеру сгорания, и передняя поверхность не утоплена в сторону от камеры сгорания, а скорее образует эффективно непрерывную поверхность с внутренней поверхностью цилиндра цилиндра.

РИС. 3 показан вид 300 в разрезе области цилиндра цилиндра. В частности, внутренняя поверхность цилиндра 4 , окружающая устройство для впрыска 6 , показана в прямом направлении (например, при виде спереди на переднюю поверхность устройства для впрыска). Как показано, устройство для впрыска 6 включает конец 6 d на стороне камеры сгорания (также называемый передней поверхностью устройства для впрыска), который окружен внутренней поверхностью цилиндра и находится на одном уровне с ней. 4 .Устройство для впрыска включает в себя множество отверстий для сопел, таких как отверстие , 302, , через которые впрыскивается топливо. В некоторых примерах уплотнение 304 может присутствовать между устройством для впрыска 6 и цилиндром 4 . Как видно из фиг. 3 передняя поверхность инъекционного устройства имеет цилиндрическую форму. Кроме того, передняя поверхность может иметь форму, соответствующую кривизне цилиндра цилиндра (например, передняя поверхность может быть вогнутой с радиусом кривизны, который соответствует радиусу кривизны цилиндра цилиндра).

РИС. 4 показана временная диаграмма , 400 , иллюстрирующая движение поршня относительно устройства для впрыска во время впрыска топлива в цилиндр 1 на фиг. 1-2. В начале такта впуска в цилиндр (при угле поворота коленчатого вала 0 ° (CA), когда поршень находится в верхней мертвой точке) поршень блокирует отверстия форсунок впрыска, как показано в 402 . Таким образом, устройство впрыска не может впрыскивать топливо. Когда поршень движется вниз, сопловые отверстия впрыскивающего устройства открываются для камеры сгорания, например, при 90 ° CA, как показано под номером 404 .Когда отверстия сопла открыты для камеры сгорания, впрыск топлива может начаться во время, определяемое рабочими параметрами двигателя. Отверстия сопла остаются открытыми для камеры сгорания на протяжении всего такта впуска и такта сжатия. Как показано под номером 406 , отверстия сопла открыты под углом 180 ° CA (нижняя мертвая точка), который является концом такта впуска, до примерно 270 ° CA хода сжатия, как показано под номером 408 . После 270 ° CA поршень движется вверх и снова блокирует отверстия сопла.Таким образом, в зависимости от положения устройства впрыска и движения поршня, устройство впрыска имеет «окно впрыска», в течение которого можно впрыскивать топливо. В показанном примере окно впрыска может включать в себя часть такта впуска (например, когда поршень движется вниз мимо впрыскивающего устройства) и часть такта сжатия (например, до тех пор, пока поршень не переместится вверх мимо впрыскивающего устройства). Например, окно впрыска может включать от 90 ° CA до 270 ° CA.

Кроме того, когда поршень проходит мимо инъекционного устройства, часть поршня может контактировать с инъекционным устройством, таким образом очищая инъекционное устройство.Как показано под номером 410 , поршневое кольцо может непосредственно контактировать с передней поверхностью инъекционного устройства, когда поршень движется вверх мимо инъекционного устройства во время такта сжатия, например, около 315 ° CA. В конце такта сжатия (например, 360 ° CA) поршень может блокировать отверстия сопла, хотя поршень может не контактировать напрямую с устройством впрыска.

Следует принимать во внимание, что временные характеристики угла поворота коленчатого вала, показанные на фиг. 4 являются примерными, и другие моменты времени для окна впрыска находятся в пределах объема этого раскрытия.Кроме того, во время рабочего такта и такта выпуска отверстия сопла снова могут быть открыты для камеры сгорания. Таким образом, в течение этого времени может выполняться вторичный дополнительный впрыск, например, для подачи топлива в устройство обработки выхлопных газов, находящееся ниже по потоку, во время регенерации.

РИС. 5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 500 впрыска топлива из топливного инжектора, расположенного в цилиндре, такого как устройство впрыска 6 на фиг. 1-4. Инструкции для выполнения способа , 500, и остальные методы, включенные в данный документ, могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, таких как описанные датчики. выше со ссылкой на фиг.1. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя (например, устройство впрыска 6 ) системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, описанными ниже.

По адресу 502 метод 500 включает определение рабочих параметров. Определенные рабочие параметры могут включать в себя частоту вращения двигателя, нагрузку на двигатель, температуру двигателя, массовый расход всасываемого воздуха и другие рабочие параметры. На этапе 504 способ 500 получает целевой объем впрыска топлива и целевой момент впрыска топлива на основе определенных рабочих параметров.Например, целевое воздушно-топливное соотношение может быть определено из справочной таблицы, логических правил или другого механизма в соответствии с частотой вращения двигателя и нагрузкой, а количество впрыскиваемого топлива может быть определено из целевого воздушно-топливного отношения и всасываемого воздуха. массовый поток. Момент впрыска топлива может быть определен согласно справочной таблице на основе частоты вращения и нагрузки двигателя и / или других параметров, таких как температура двигателя.

По адресу 506 метод 500 включает в себя активацию топливной форсунки в заданный момент впрыска топлива для впрыска заданного количества топлива.Активация топливной форсунки может включать впрыск топлива в конце такта впуска и / или в начале такта сжатия, как указано в 508 . Как объяснено выше со ссылкой на фиг. 4, топливная форсунка может иметь окно для впрыска, в течение которого топливо может выходить из форсунки (из-за того, что сопловые отверстия форсунки открыты для камеры сгорания). Топливо может впрыскиваться во время окна впрыска в определенное время, которое продиктовано условиями эксплуатации (по крайней мере, в некоторых примерах).Например, топливо может впрыскиваться во время такта впуска, когда впускной клапан (клапаны) открыт. Впускной клапан может быть открыт до начала впрыска топлива, и впрыск топлива может выполняться, пока впускной клапан все еще открыт. Таким образом может происходить повышенное распыление и смешивание топлива с всасываемым воздухом.

По адресу 510 , метод 500 включает протягивание поршневого кольца по передней поверхности топливной форсунки во время такта сжатия. Когда поршень движется обратно к верхней мертвой точке во время такта сжатия после впрыска, поршневое кольцо может непосредственно контактировать с лицевой стороной инжектора.При этом поверхность форсунки может быть очищена от излишков топлива, сажи или другого мусора, что может предотвратить засорение отверстий форсунок топливных форсунок. Затем возвращается метод 500 .

РИС. 1-3 показаны примеры конфигураций с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что они непосредственно контактируют друг с другом или напрямую связаны, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно связанными, соответственно, по крайней мере, в одном примере. Точно так же элементы, показанные смежными или смежными друг с другом, могут быть смежными или смежными друг с другом, соответственно, по меньшей мере, в одном примере.В качестве примера, компоненты, находящиеся в контакте с разделением лица друг с другом, могут называться контактом с разделением лица. В качестве другого примера элементы, расположенные отдельно друг от друга, только с промежутком между ними и отсутствием других компонентов, могут упоминаться как таковые, по меньшей мере, в одном примере. В качестве еще одного примера элементы, показанные друг над другом / под другим, на противоположных сторонах друг от друга или слева / справа друг от друга, могут упоминаться как таковые относительно друг друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый верхний элемент или точка элемента могут упоминаться как «верх» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента могут упоминаться как «низ» компонента в хоть один пример.Используемые здесь термины «верх / низ», «верх / низ», «вверху / внизу» могут относиться к вертикальной оси фигур и использоваться для описания расположения элементов фигур относительно друг друга. Таким образом, в одном примере элементы, показанные над другими элементами, расположены вертикально над другими элементами. В качестве еще одного примера, формы элементов, изображенных на фигурах, могут упоминаться как имеющие эти формы (например, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, закругленные, скошенные, скошенные и т.п.).Кроме того, элементы, показанные пересекающимися друг с другом, могут называться пересекающимися элементами или пересекающими друг друга по меньшей мере в одном примере. Более того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный вне другого элемента, может упоминаться как таковой в одном примере.

Обратите внимание, что приведенные здесь примерные процедуры управления и оценки могут использоваться с различными конфигурациями двигателя и / или системы транспортного средства. Раскрытые здесь способы и процедуры управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимой памяти и могут выполняться системой управления, включающей в себя контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя.Конкретные процедуры, описанные здесь, могут представлять одну или несколько из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерываниями, многозадачность, многопоточность и т.п. По существу, различные проиллюстрированные действия, операции и / или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях опускаться. Точно так же порядок обработки не обязательно требуется для достижения характеристик и преимуществ описанных здесь примерных вариантов осуществления, но предоставляется для простоты иллюстрации и описания.Одно или несколько проиллюстрированных действий, операций и / или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и / или функции могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован в энергонезависимую память машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются путем выполнения инструкций в системе, включающей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в данном документе, являются примерными по своей природе, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, поскольку возможны многочисленные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитным 4 двигателям и другим типам двигателей. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новые и неочевидные комбинации и субкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие признаки, функции и / или свойства, раскрытые в данном документе.

В нижеследующей формуле изобретения особо выделены определенные комбинации и субкомбинации, которые считаются новыми и неочевидными. Эти пункты формулы могут относиться к «элементу» или «первому» элементу или их эквиваленту. Следует понимать, что такая формула изобретения включает включение одного или нескольких таких элементов, не требуя и не исключающих два или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и / или свойств могут быть заявлены посредством внесения поправок в настоящую формулу изобретения или посредством представления новой формулы изобретения в этой или связанной с ней заявке.Такие формулы изобретения, будь то более широкие, более узкие, равные или отличающиеся по объему от исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего раскрытия.

Устройство и принцип работы ДВС (18 фото + 4 видео)

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде полого металлического стакана, расположенного сферическим днищем (головкой поршня) вверх.Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец — обеспечить, во-первых, герметичность пространства эпиппера, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиновоздушной смеси и образовавшийся расширяющийся газ не может, поощряя юбку, устремляясь под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла под поршень в пространство для транспортировки. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнений.Нижнее (нижнее) поршневое кольцо называется масляно-цепным, а верхнее (верхнее) — компрессионным, то есть обеспечивает высокую степень сжатия смеси.

Когда топливно-воздушная или топливная смесь из карбюратора или форсунки находится внутри цилиндра, она сжимается поршнем при движении вверх и воспламеняется электрическим разрядом от свечи зажигания (в дизеле есть самовоспламенение смеси из-за резкого сжатия). Образовавшиеся газы сгорания имеют гораздо больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз.Таким образом, тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее вам нужно преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня находится палец, на котором закреплена верхняя часть шатуна, последний закреплен на кривошипе коленчатого вала. Коленчатый вал свободно вращается на опорных подшипниках, которые находятся в картере двигателя внутреннего сгорания. При перемещении поршня шатун начинает вращать коленчатый вал, от которого крутящий момент передается на трансмиссию и — далее через зубчатую передачу — на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя. Характеристики двигателя При движении вверх и вниз поршень находится в двух положениях, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (NTC) — это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; Нижняя мертвая точка (НМТ) — это самое нижнее положение поршня, после которого направление направления меняется, и поршень устремляется вверх. Расстояние между NTT и NMT называется поршнем, объем верхней части цилиндра в положении поршня в VMT образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра в положении поршня в NMT. называется полным цилиндром.Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила название рабочего объема цилиндра.
Общий рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, он выражается в литрах, поэтому в эксплуатации называется подстилкой двигателя. Второй наиболее важной характеристикой любого внутреннего сгорания является степень сжатия (SS), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания.В карбюраторных двигателях СС варьируется в пределах от 6 до 14, в дизельных — от 16 до 30. Именно этот показатель наряду с мощностью двигателя определяет его мощность, КПД и полноту сгорания воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВК.
Мощность двигателя имеет двоичное обозначение — в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода агрегатов один в другой применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя определяется двумя оборотами коленчатого вала — от полуоборота до такта, соответствующего такту поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня с взрывным сгоранием смеси и ее замедление по мере приближения к НМТ и далее. Чтобы остановить эту неравномерность, на валу вне корпуса двигателя устанавливается массивный дисковый маховик с большой инерцией, за счет чего момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаша всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей огромное множество. Они различаются объемом, количеством цилиндров, мощностью, частотой вращения используемого топлива (дизельный, бензиновый и газовый двигатель). Но в принципе устройство ДВС аналогично.
Как работает двигатель и почему его называют четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно.Внутри двигателя горит топливо. А почему 4 муфты двигателя, что это такое? Действительно, есть двухтактные двигатели. Но на автомобилях они встречаются крайне редко.
Четырехтактный двигатель получил название из-за того, что его работу можно разделить на четыре равные по времени части. Поршень четыре раза проходит через цилиндр — дважды вверх и дважды вниз. Тактика начинается, когда поршень находится в чрезвычайно нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхней мертвой точкой (НТТ) и нижней мертвой точкой (НМТ).
First Tact — Inlet Tact

Первые часы, входящие, начинаются с NTC (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень всасывает топливно-воздушную смесь в цилиндр. Работа этого такта происходит при открытом впускном клапане. Кстати, есть много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии могут существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых в зависимости от нажатия педали происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии.Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое после зажигания увеличивает мощность двигателя. Автомобиль в этом случае может разгоняться намного быстрее.

Второй такт — такт сжатия

Следующие часы работы двигателя — такт сжатия. После того, как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым сжимая попавшую в цилиндр смесь во впускной такт. Топливная смесь сжимается до объема камеры сгорания.Что это за камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке, называется камерой сгорания. Клапаны работы двигателя полностью закрыты, при этом закрыты. Чем плотнее они закрыты, тем лучше компрессия. Большое значение в данном случае имеет состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если будут большие зазоры, то компрессия не будет хорошей, и соответственно мощность такого двигателя будет намного ниже.Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — работа

Третий такт — рабочий, начинается с NTC. Рабочим это называется не случайно. В конце концов, именно в этом такте происходит действие, заставляющее машину двигаться. В эти часы срабатывает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что он отвечает за воспламенение сжатой в цилиндре топливной смеси в камере сгорания.Работает это очень просто — свеча системы дает искру. Справедливости ради стоит отметить, что искра выходит на свечу зажигания в несколько градусов, пока не будет достигнута верхняя точка. В современном двигателе эти градусы регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того, как топливо загорится, происходит взрыв — его количество резко увеличивается, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — выдача такта

Четвертый такт работы двигателя, последний — градуировка.Достигнув нижней точки, по истечении рабочих часов в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Поднимаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра — вентилирует его. Степень сжатия в цилиндрах зависит от четкости работы клапанов, полного отвода выхлопных газов и необходимого количества всасываемой топливно-воздушной смеси.

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выхлопных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам газораспределительный механизм делится на новую заслонку, когда распредвал находится в блоке цилиндров, и на топлес. Механизм верхнего перекрытия подразумевает фундамент распредвала в головке блока цилиндров (GBC). Существуют также альтернативные механизмы распределения газа, такие как виновная система GDM, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
У двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется с помощью впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей наиболее распространена система верхнего зажима, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится цилиндр (головка блока цилиндров) с расположенными на нем распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распределительного вала находится вне головки блока цилиндров. Чтобы исключить вытекание моторного масла из-под клапанной крышки, на шейке распределительного вала установлен сальник.Сама клапанная крышка установлена ​​на маслобензостойкой прокладке. Ремень ГРМ или цепь одевает шкив распределительного вала и приводит в движение шестерню коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для натяжения цепей — «башмаки». Обычно ремень ГРМ приводится в движение насосом системы водяного охлаждения, промежуточным валом системы зажигания и приводом насоса высокого давления ТНВД (для дизельных версий).
На противоположной стороне распределительного вала посредством прямой передачи или с помощью ремня может работать вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распределительный вал представляет собой ось, в которой находятся подшипники. Кулачки расположены на валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, щелкают по ним точно в соответствии с рабочими часами двигателя.
Есть двигатели и два распредвала (DOHC) и большое количество клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распределительный вал закрывает впускные или выпускные клапаны одного типа.
Клапан прижимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем.Различают два типа толкателей. Первый — толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй — гидротерапевты. Гидротерапевт смягчает удар по клапану за счет масла, находящегося в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхом толкателя не требуется.

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого и распределительного валов. А также открытие впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршня.
При точном расположении распредвала относительно коленчатого вала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма метки совмещаются и фиксируются. Затем ремень одевают, «освобождают» шкивы, после чего ремень растягивают с помощью натяжных (и) роликов.
При открытии клапана происходит следующее: распредвал «наезжает» на коромысло, которое прижимает клапан, после прохождения кулачка клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае расположены V-образно.
Если двигатель установлен в двигателе, распределительный вал находится непосредственно над толкателями, при вращении давит на них кулачками. Преимущество такого тайминга — небольшие шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения такой же, только при сборке механизма цепь натягивается на вал вместе со шкивом.

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно KSM) — это механизм двигателя.Основное назначение CSM — преобразование возвратно-поступательных движений цилиндрического поршня во вращательные движения коленчатого вала в ДВС и наоборот.

Устройство KSM.
Поршень

Поршень имеет форму цилиндра из алюминиевых сплавов. Основная функция этой части — преобразовывать в механическую работу изменение давления газа или, наоборот, давление нагнетания за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень сложен вместе днищем, головкой и юбкой, которые выполняют совершенно разные функции. Дно поршня плоское, вогнутой или выпуклой формы содержит камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, в которые помещаются поршневые кольца (компрессионные и масляные пермь). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые масляные дифракционные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке есть два бункера, обеспечивающих размещение поршневого пальца, соединяющего поршень.

Стальной штампованный или кованый (реже титановый) стержень имеет шарнирные соединения. Основная роль соединительной цены заключается в передаче поршневого усилия на коленчатый вал. Конструкция стержня предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с входным сечением. В верхней головке и катушках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка складывается, позволяя, тем самым обеспечивая плотное соединение с шейкой вала.Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Маховик установлен на конце коленчатого вала. На сегодняшний день широко используются двухмачтовые маховики, имеющие форму двух упруго связанных между собой дисков. Компьютерщик маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок цилиндров и головка

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отлиты из чугуна (реже — алюминиевых сплавов).Рубашки охлаждения предусмотрены в блоке цилиндров, постелях подшипников коленчатого вала и КРУ, а также в точках крепления устройств и узлах. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндров имеет камеру сгорания, впускно-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечивается прокладкой. Кроме того, ГБЦ закрывается штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

Понимание правил стационарных двигателей

На этой странице:

Как EPA регулирует стационарные двигатели?

Требования EPA к качеству воздуха для стационарных двигателей различаются в зависимости от:

• независимо от того, является ли двигатель новым или существующим и
• , расположен ли двигатель в области источника или основного источника и является ли двигатель двигателем с воспламенением от сжатия или двигателем с искровым зажиганием.Двигатели с «искровым зажиганием» далее подразделяются по циклам мощности — то есть, двухтактный или четырехтактный, и является ли двигатель «богатым» (сгорает с большим количеством топлива по сравнению с воздухом) или «бедным сгорает» (меньше топлива по сравнению с воздухом) двигатель.

Ряд нормативных актов расширил количество и типы стационарных RICE, которые должны соответствовать федеральным требованиям. К ним относятся:

1. Двигатели мощностью> 500 лошадиных сил (л.с.) в основном источнике HAP:

   Существующие двигатели , если они построены до 19 декабря 2002 г.
   Новые двигатели , если построены 19 декабря 2002 г. или позднее
   Восстановленные двигатели , если реконструкция началась 19 декабря 2002 г. или позднее

2. Двигатели мощностью ≤500 л.с., расположенные у основного источника HAP, и двигатели всей мощностью, расположенные в районе источника HAP:

   Существующие двигатели , если они построены до 12 июня 2006 г.
   Новые двигатели , если построены 12 июня 2006 г. или позднее
   Восстановленные двигатели , если реконструкция началась 12 июня 2006 г. или позднее

На какие типы двигателей НЕ распространяются правила?

1. Автомобили или внедорожные двигатели, к которым относятся:
   • самоходная (тракторы, бульдозеры)
   • приводится в движение при выполнении своих функций (газонокосилки)
   • переносной или переносной (с колесами, салазками, ручками для переноски, тележкой, прицепом или платформой).Примечание: переносной внедорожный двигатель становится стационарным, если он находится в одном месте более 12 месяцев (или полный годовой период работы сезонного источника)
2. Существующие аварийные двигатели , расположенные в жилых, институциональных или коммерческих зонах источников и не используемые для обеспечения надежности на местном уровне. Двигатель должен соответствовать требованиям подраздела ZZZZ к работе аварийного двигателя:
   • Неограниченное использование в чрезвычайных ситуациях (например, отключение электроэнергии, пожар, наводнение)
   • Аварийные двигатели могут работать в течение 100 часов в год для обслуживания / тестирования
   • 50 часов в год из 100 часов в год могут быть использованы для:
     1. Чрезвычайные ситуации при отсутствии финансовой договоренности
     2. надежность на местном уровне в рамках финансового соглашения с другим предприятием при соблюдении определенных критериев (существующий RICE только в местных источниках HAP).

Диаграмма давление-объем (pV) и как работа выполняется в ICE — x-engineer.org

Двигатель внутреннего сгорания — это тепловая машина . Принцип его работы основан на изменении давления и объема внутри цилиндров двигателя. Все тепловые двигатели характеризуются диаграммой давление-объем , также известной как диаграмма pV , которая в основном показывает изменение давления в цилиндре в зависимости от его объема для полного цикла двигателя.

Кроме того, работа , производимая двигателем внутреннего сгорания, напрямую зависит от изменения давления и объема внутри цилиндра.

К концу этого руководства читатель должен уметь:

• Понять значение диаграммы pV
• как строится pV-диаграмма для 4-тактного двигателя внутреннего сгорания
• , когда впускные и выпускные клапаны приводятся в действие во время цикла двигателя
• , когда зажигание / впрыск производится во время цикла двигателя
• как работает производит двигатель внутреннего сгорания
• в чем разница между указанным и работа тормозов
• что такое механический КПД двигателя

Давайте начнем с рассмотрения pV-диаграммы четырехтактного атмосферного двигателя внутреннего сгорания.

Изображение: диаграмма давление-объем (pV) для типичного 4-тактного двигателя ICE

где:

S — ход поршня
V _c — зазор
V _d — рабочий объем
p ₀ — атмосферное давление
Вт — рабочее
ВМТ — верхняя мертвая точка
НМТ — нижняя мертвая точка
IV — впускной клапан
EV — выпускной клапан
IVO — открытие впускного клапана
IVC — закрытие впускного клапана
EVO — открытие выпускного клапана
EVC — закрытие выпускного клапана
IGN (INJ) — зажигание (впрыск)

Диаграмма давление-объем (pV) для модели построена путем измерения давления внутри цилиндра и нанесения его значения в зависимости от угла поворота коленчатого вала в течение полного цикла двигателя (720 °).

Давайте посмотрим, что происходит в цилиндре во время каждого хода поршня, как изменяются давление и объем внутри цилиндра.

Обратите внимание, что синхронизация впускных и выпускных клапанов имеет опережение и задержку относительно положения поршня. Например, впускной клапан открывается во время такта выпуска поршня и закрывается во время такта сжатия. В то же время, когда начинается такт впуска, выпускной клапан еще некоторое время открыт.Открытие выпускного клапана происходит до завершения рабочего хода.

ВПУСКНОЙ (a-b)

Цикл двигателя начинается в точках — . Впускной клапан уже открыт, и поршень движется от ВМТ к НМТ. Объем постоянно увеличивается по мере того, как поршень перемещается по длине хода. Максимальный объем достигается, когда поршень находится в НМТ. Давление ниже атмосферного на протяжении всего хода, потому что движение поршня создает объем, а воздух втягивается внутрь цилиндра из-за эффекта вакуума.

СЖАТИЕ (b-c)

После того, как поршень прошел НМТ, начинается такт сжатия. В этой фазе объем начинает уменьшаться, а давление увеличиваться. Требуется некоторое время, пока давление в цилиндре не превысит атмосферное, чтобы впускной клапан оставался открытым даже после того, как поршень пройдет НМТ. По мере того, как поршень приближается к ВМТ, давление постепенно увеличивается. Примерно за 25 ° до ВМТ срабатывает зажигание, и давление быстро повышается до максимального.

МОЩНОСТЬ (c-e)

После события зажигания / впрыска давление в цилиндре резко повышается, пока не достигнет максимальных значений p _max . Значение максимального давления зависит от типа двигателя, на каком топливе он используется. Для типичного двигателя легкового автомобиля максимальное давление в цилиндре может составлять около 120 бар (бензин) или 180 бар (дизель). Рабочий ход начинается, когда поршень движется от ВМТ к НМТ. Высокое давление в цилиндре толкает поршень, поэтому объем увеличивается, а давление начинает постепенно падать.

ВЫХЛОП (e-a)

После рабочего хода поршень снова находится в НМТ. Объем в цилиндре снова на максимальном значении, а давление около минимального (атмосферное давление). Поршень начинает двигаться в сторону ВМТ и выталкивает сгоревшие газы из цилиндра.

Как видите, давление и объем внутри цилиндров двигателя постоянно меняются. Мы увидим, что работа, производимая ДВС, зависит от изменений давления и объема.

Работа Вт [Дж] — это произведение силы F [Н] , которая толкает поршень, и смещения, которым в нашем случае является ход S [м] .