Устройство двигателя внутреннего сгорания: Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Устройство двигателя внутреннего сгорания простыми словами

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

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

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

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

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

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

Устройство двс

Рассмотрим двигатель в разрезе

Двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих компонентов и вспомогательных систем.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания совершает 4 цикла или такта.

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

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

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

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

Инновации двигателя внутреннего сгорания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды двигателей

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

Принцип работы

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

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

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

Устройство ДВС

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

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

Порядок работы

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

Конструкция ДВС

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

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

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

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

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

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

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

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

Дополнительные агрегаты

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

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

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

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

Тип топлива

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

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

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

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

Тюнинг

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

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

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

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

Устройство двигателя. Принцип работы ДВС

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

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

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

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

Классификация двигателей внутреннего сгорания

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

Бензиновые

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

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

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

Дизельные

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

Роторно-поршневые двигатели Ванкеля

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

Газотурбинные

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

Устройство двигателя внутреннего сгорания

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

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

Принцип работы ДВС

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

Принцип работы двухтактного ДВС

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

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

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

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

Четырёхтактный ДВС

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

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

Дополнительные системы ДВС

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

Система зажигания

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

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

Впускная система

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

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

Топливная систем

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

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

Выхлопная система

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

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

Система смазки

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

Для поддержания исправности системы предназначены следующие элементы:

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

Система охлаждения

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

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

Заключение

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

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

двигатель Устройство автомобиля

Как работают дизельный, бензиновый и инжекторный двигатели

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

Немного истории

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

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

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

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

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

Как это работает

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

Такой ДВС состоит из:

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

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

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

Данный видеоролик наглядно показывает устройство и работу двигателя автомобиля.

Два такта

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

Четыре такта

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

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

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

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

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

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

Виды ДВС

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

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

Бензиновые карбюраторные ДВС

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

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

Бензиновые инжекторные ДВС

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

Дизельные ДВС

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

Пути дальнейшего развития ДВС

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

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

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

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

Как устроен ДВС

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

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

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

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

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

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

ГРМ — газораспределительный механизм

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

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

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

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

Система охлаждения двигателя

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

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

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

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

Система смазки ДВС

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

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

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

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

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

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

Система выпуска

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

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

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

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

Устройство двигателей внутреннего сгорания

Изучение устройства двигателей внутреннего сгорания.

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

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

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

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

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

4. числу цилиндров — на одно — и многоцилиндровые;

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

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

На строительных машинах применяются четырехтактные многоцилиндровые карбюраторные и дизельные двигатели.

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

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

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

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

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

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

Кривошипно-ползунный механизм

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

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

Механизм газораспределения

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

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

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

Их соблюдение обеспечивается формой и взаиморасположением кулачков на распределительном валу.

Система охлаждения.

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

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

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

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

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

Система смазки

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

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

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

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

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

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

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

Система питания.

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

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

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

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

Система пуска двигателей.

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

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

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

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

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

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

Существуют следующие основные способы пуска двигателей:

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

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

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

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

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

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

Список литературы

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

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

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

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

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

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

Поршневой двигатель внутреннего сгорания в разрезе

Особенность работы

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

Виды моторов

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

Поршневая установка.

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

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

Поршневой мотор:

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

Роторно-поршневой мотор:

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

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

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

Читайте также…  Двигатели Лада Веста- Особенности и тюнинг

Газотурбинный мотор:

Устройство

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

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

Блок цилиндров мотора:

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

Кривошипно-шатунный механизм мотора:

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

Газораспределительный механизм мотора:

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

Карбюратор:

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

Свеча зажигания:

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

Приёмная труба:

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

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

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

Двухтактный мотор

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

Выполняемый порядок таков:

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

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

Принцип работы двухтактного мотора:

Четырёхтактный мотор

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

Читайте также…  Правильная рабочая температура двигателя

Порядок таков:

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

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

Принцип работы четырёхтактного мотора:

Механизм искрообразования

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

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

Система зажигания:

Механизм впуска

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

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

Система впуска:

Механизм питания

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

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

Читайте также…  Двигатель ЯМЗ 536 — Технические характеристики

Механизм питания:

Механизм смазки

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

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

Система смазки:

Механизм выпуска

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

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

Система выпуска мотора:

Механизм охлаждения

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

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

Система охлаждения мотора:

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

Устройство двигателя автомобиля

Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении.

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

 

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

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

Технические характеристики двигателя. При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.

Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.

Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Назначение и устройство двигателя внутреннего сгорания

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

История создания

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

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

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

Классификация ДВС

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство ДВС

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

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

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

Принцип действия двухтактных ДВС

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

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

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

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

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

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

Четырехтактный

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

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

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

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

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

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

Вспомогательные системы

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

Зажигание

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

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

Впускная система

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

Система питания

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

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

Смазочная система

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

Заключение

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

Устройство двигателей внутреннего сгорания

Изучение устройства двигателей внутреннего сгорания.

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

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

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

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

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

4. числу цилиндров — на одно — и многоцилиндровые;

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

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

На строительных машинах применяются четырехтактные многоцилиндровые карбюраторные и дизельные двигатели.

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

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

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

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

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

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

Кривошипно-ползунный механизм

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

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

Механизм газораспределения

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

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

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

Их соблюдение обеспечивается формой и взаиморасположением кулачков на распределительном валу.

Система охлаждения.

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

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

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

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

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

Система смазки

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

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

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

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

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

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

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

Система питания.

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

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

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

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

Система пуска двигателей.

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

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

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

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

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

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

Существуют следующие основные способы пуска двигателей:

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

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

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

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

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

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

Список литературы

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

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

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

Устройство и работа двигателей внутреннего сгорания

Схема устройства и работа двигателей внутреннего сгорания  [c.134]

СХЕМА УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 171  [c.171]

СХЕМА УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 173  [c.173]

ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ  [c.63]

Реальная система зажигания содержит еще целый ряд устройств, наличие которых определено требованиями надежной и экономичной работы автомобильного двигателя. Рассмотрим влияние особенностей работы двигателя внутреннего сгорания на характеристики и параметры системы зажигания.  [c.76]

При движении жидких и газообразных потоков в таких распространенных устройствах как компрессоры, двигатели внутреннего сгорания, турбореактивные и реактивные двигатели, происходит эрозионное разрушение различных деталей. Особенно следует отметить газопылевую эрозию сопловых устройств и газовых эжекторов, используемых в авиационной и ракетной технике. Также подвергаются эрозионному разрушению лопатки паровых и газовых турбин авиационных и ракетных жидкостных двигателей, которые работают при высоких температурах газовых потоков [15 .  [c.640]

Привод от двигателей внутреннего сгорания имеет большое преимущество перед электрическим приводом — независимость от источников питания. Однако он имеет и недостатки, к которым относятся недопустимость даже кратковременных перегрузок, невозможность реверса и неустойчивость работы двигателей внутреннего сгорания на малой скорости. Вследствие того что двигатель не может развить достаточный пусковой момент, его приходится запускать вхолостую, а затем с помощью фрикционной муфты подсоединять к нему рабочие механизмы грузоподъемной машины. Невозможность реверсирования двигателей внутреннего сгорания вызывает необходимость применения специальных реверсивных устройств — механических, электрических и др .  [c.69]

Режимы работы двигателя внутреннего сгорания в бурении следует рассматривать с точки зрения специ-, фики основных операций на приводе основных устройств бурения при роторном бурении — привод ротора, лебедки и буровых насосов при турбинном бурении — привод буровых насосов и лебедки.  [c.268]

По роду привода самоходные краны бывают паровые, с двигателями внутреннего сгорания, электрические, дизель-электрические и аккумуляторные. Для производства погрузочно-разгрузочных работ на складах железных дорог наибольшее распространение получили передвижные железнодорожные краны с паровым приводом или двигателями внутреннего сгорания. Железнодорожные краны с электрическим приводом и аккумуляторные в практике применяются сравнительно редко ввиду того, что радиус действия первых зависит от длины кабеля, а вторых от емкости аккумуляторных батарей. Дизель-электрические краны из-за большой их стоимости широкого применения на складах железнодорожного транспорта не получили. Краны на тележках большей частью бывают аккумуляторные и с двигателями внутреннего сгорания. На рис. 184 показано в схематическом виде устройство самоходного крана, который состоит из ходовой части, поворотной платформы и рабочего оборудования.  [c.250]

В большинстве случаев машины северного исполнения делают на базе серийно выпускаемых машин. При этом в модификации машины для районов с холодным климатом, как правило, остаются без изменения кинематические схемы механизмов, основные рабочие параметры и характеристика машины. В то же время такие машины существенно отличаются от обычных машин применением хладостойких низколегированных сталей в металлоконструкциях, узлах и деталях и введением специальных видов термической обработки и технологии изготовления их конструктивным упрочнением ответственных элементов и узлов (ходовой части, рабочего оборудования и др. ) использованием базовых машин и всех комплектующих изделий в северном исполнении (резинотехнических, электротехнических и др.) применением специальных сортов топлив, масел, смазок и рабочих жидкостей утепленной кабиной и комфортабельными условиями для работы машиниста оборудованием устройствами, облегчающими пуск двигателей внутреннего сгорания и установкой специальных обогревающих устройств для поддержания рабочей температуры основных узлов машины.  [c.454]

Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем, выполняющих различные функции. Рассмотрим устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя (рис. 6). В цилиндре 3 находится поршень с поршневыми кольцами, соединенный с колен-  [c.16]

Цель. Ознакомить учащихся с принципом работы авиамодельных двигателей и привить навыки грамотной их эксплуатации. Методические рекомендации. Для изучения этой темы потребуются два занятия. На первом следует ознакомить учащихся с классификацией авиамодельных двигателей, устройством и принципом работы двигателей внутреннего сгорания, рассказать об основных компонентах топливных смесей, дать рецепты и объяснить способы их приготовления.  [c.129]

При испытании двигателей внутреннего сгорания широким распространением пользуются так называемые гидротормоза. Работа двигателя при торможении превращается в теплоту трения, и для уменьшения нагрева тормозного устройства применяют водяное охлаждение.  [c.60]

Громоздкой получается и схема химического аккумулирования энергии ветра. По этой схеме предполагается направлять электрическую энергию, вырабатываемую ветроэлектростанцией, в специальные устройства для разложения воды на кислород и водород. Кислород поступает в народное хозяйство страны для использования, а водород хранится в газгольдерах ветростанции. На водороде в качестве горючего работает включаемый в период безветрия специальный двигатель внутреннего сгорания,  [c. 212]

Обязательным элементом каждой теплосиловой установки являются устройство, в котором производится работа при расширении рабочего тела (в турбоустановках — турбина, в двигателях внутреннего сгорания — цилиндр с поршнем в такте расширения, в реактивных двигателях — сопло и т. д.), и устройство, в котором за счет подвода работы извне осуществляется сжатие рабочего тела (компрессор, диффузор, насос, цилиндр двигателя внутреннего сгорания в такте сжатия и т. д.).  [c.303]

Для пуска установки можно использовать электродвигатель, турбину или двигатель внутреннего сгорания. После нажатия на пусковую кнопку начинает работать вспомогательный масляный насос и входит в зацепление муфта пускового двигателя и муфта валоповоротного устройства. Пусковой двигатель увеличивает скорость вращения вала турбокомпрессорной группы, и муфта валоповоротного устройства расцепляется. В течение первых пяти минут пуска при скорости вращения вала турбокомпрессорной группы 800 об/мин происходит продувка топливной системы, после чего происходит,зажигание и муфта пускового двигателя выходит из зацепления. После проверки зажигания специальным устройством открывается топливный клапан 14.  [c.148]

Регуляторы прямого действия являются наиболее распространенным типом регуляторов числа оборотов двигателей внутреннего сгорания. Их достоинствами являются простота конструкции, отсутствие вспомогательных агрегатов и простота обслуживания. Однако такие регуляторы имеют и ряд недостатков, к числу которых относится необходимость создания чувствительным элементом значительных перестановочных усилий, передаваемых органу (органам) управления, что увеличивает габариты самого регулятора. Без соответствующих дополнительных устройств регуляторы прямого действия не могут работать при малой неравномерности работы, обусловленной статической регуляторной характеристикой (при изменении нагрузки равновесный скоростной режим изменяется в некотором ограниченном диапазоне).  [c.152]

В рассмотренном примере за время цикла термодинамическая система получает теплоту и совершает механическую работу. Такой цикл называется прямым, т.е. в прямом термодинамическом цикле происходит преобразование теплоты, подведенной к системе, в механическую работу. Примером устройства, использующего прямой цикл на практике, является двигатель внутреннего сгорания.  [c.102]

Гидравлические системы охлаждения и нагревания получили применение в качестве устройств для отвода теплоты от различных мащин или объектов (например, от двигателей внутреннего сгорания), а также для подвода теплоты к ним (например, к жилым помещениям). Принцип работы таких гидросистем заключается в следующем жидкость получает теплоту, затем переносит ее по трубопроводам на определенное расстояние и наконец отдает ее. В системах нагревания жидкость получает теплоту от нагревателя, а отдает ее нагреваемому объекту. В системах охлаждения жидкость получает теплоту от охлаждаемого объекта, а передает ее теплообменнику-охладителю. Следует отметить, что в рассматриваемых системах имеет место перенос теплоты жидкостью, но отсутствует преобразование теплоты в работу (или работы в теплоту), как в тепловых машинах или холодильных установках.  [c.260]

В различных технологических процессах и механизмах твердые материалы подвергаются тепловому воздействию, в результате чего в них происходят физико-химические явления, в том числе изменение размеров (линейное и объемное расширения). Неконтролируемое тепловое расширение конструкционных материалов может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик и как крайний вариант— к несчастным случаям,.. Знание зависимости теплового расширения твердых материалов от интенсивности нагрева (температуры) имеет большое значение при конструировании и создании различных нагревательных и осветительных устройств, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, тепловых регуляторов (реле), дымоходов, при сварочных работах, расчете термических напряжений и т.д.  [c.84]

В устройствах, работающих по замкнутому циклу, в том числе и в двигателе Стирлинга, необходимо избегать потерь рабочего тела, поскольку такие потери снижают среднее давление цикла и, следовательно, выходную мощность. Имеется много путей для просачивания рабочего тела из внутренней полости двигателя например, водород под действием высоких давлений и температур будет диффундировать сквозь металлические перегородки, изготовленные из больщинства металлов и сплавов (особенно это относится к нержавеющей стали). Однако чаще всего основной причиной утечки является просачивание газа под давлением около поршней и их штоков. На первый взгляд такую утечку можно ликвидировать, установив обычные уплотнения, т. е. металлические кольца или кольца из шнура, поскольку, например, газовые компрессоры работают при давлениях, превышающих давление в двигателях Стирлинга. Однако рабочие температуры в двигателях Стирлинга выше, чем в компрессорах, и это усложняет решение проблемы уплотнений. В двигателях внутреннего сгорания рабочие температуры сопоставимы с температурами в двигателях Стирлинга, однако в двигателях Стирлинга уплотнения должны работать в атмосфе ре, не содержащей масла, поскольку при попадании масла из картера в рабочие полости происходит его пиролиз и образование углеродных отложений, засоряющих теплообменники и особенно высокопористые регенераторы. Кроме того, масло в картере может загрязняться просачивающимся рабочим телом. Усовершенствование уплотнений не должно производиться за счет увеличения трения, поскольку это может привести к недопустимому падению рабочих характеристик на валу двигателя. Из сказанного видно, что создание работоспособной конструкции уплотнения для двигателей Стирлинга с высоким внутренним давлением представляет достаточно серьезную проблему. Этот вопрос рассматривается в разд. 1.7. Необходимо уяснить, что использование газообразного рабочего тела, находящегося под высоким давлением, делает чрезвычайно вероятной утечку газа безотносительно к степени совершенства уплотняющих устройств. Следовательно, чтобы поддерживать выходную мощность двигателя на одном уровне в течение длительного периода эксплуатации, такая утечка должна компенсироваться. Практически это означает, что на двигателях Стирлинга с высоким давлением должен быть установлен компрессор, автоматически нагнетающий сжатый газ в двигатель при падении давления цикла ниже определенного уровня иными словами, должен быть обеспечен процесс подкачки . Компрессор может быть расположен как внутри двигателя, так и вне его. В двигателе с косой шайбой Форд — Филипс имеется внутренний поршневой компрессор, состоящий из небольших порш-  [c.81]

При неработающих цилиндрах распределитель обеспечивает направление потока рабочей жидкости обратно в бак, так как насос подает рабочую жидкость к распределителю все время, пока работает двигатель внутреннего сгорания. Кроме того, распределитель обеспечивает плотное запирание каналов, соединенных с полостяхми цилиндров, препятствуя входу и выходу рабочей жидкости из полостей цилиндров, что позволяет удерживать поршни и штоки в нужном положении. При работе силовых гидроцилиндров распределитель обеспечивает подачу рабочей жидкости под давлением в рабочую полость п отвод масла из нерабочих полостей в масляный бак. Вместе с распределителями в гидравлических приводах применяются предохранительные устройства, смонтированные или в корпусе распределителей, пли представляющие отдельный узел.  [c.100]

Учебник написан коллективом преподавателей кафедры Двигатели внутреннего сгорания МВТУ им. Н. Э. Баумана по программе специальности Двигатели внутреннего сгорания . Методика изложения материала базируется на более чем семидесятилетием опыте подготовки инженеров по этим двигателям в МВТУ им. Н. Э. Баумана. Основы этой методики были заложены В. И. Гриневецким и в дальнейшем успешно развиты Н. Р. Брилингом, Е. К. Мазингом, Д. Н. Вырубовым, А. С. Орлиным, Г. Г. Калишем, Б. Г. Либровичем и другими преподавателями кафедры. Согласно этой методике в учебнике сначала рассматриваются устройства и общие принципы работы двигателей внутреннего сгорания и их систем, а затем приводятся конструкции конкретных двигателей. Материал излагается применительно к поршневым двигателям всех типов и назначений.  [c.7]

Хотя на местах имеется довольно много книг по общим вопросам устройства агрегатов с двигателями внутреннего сгорания, а также по применению их в сельском хозяйстве, на автотранспорте, в них недостаточно освещены вопросы автоматизации и не отражена специфика работы этих агрегатов на радиотрансляционных узлах и в предприятиях связи. Специальной же производственио-технической литературы по бензоэлектрическим и дизель-электри-ческим агрегатам, применяемым на радиотрансляционных узлах и сельских предприятиях связи за последние годы не издавалось.  [c.3]

Устройство регуляторов. Стационарные двигатели внутреннего сгорания при любых нагрузках должны развивать постоянное число оборотов. Это достигается тем, что работа газов в цилиндрах двигателя (индикаторная работа) должна р1ав1няться сумме всех сопротивлений — как самого механизма, так и В1нешних сопротивлений вагрузйи. В тех случаях, когда индикаторная работа будет больше со-  [c.324]

Разработка новых схем и тршов двигателей (двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных, воздушно-реактивных и ракетных двигателей), совершенствование их работы, разработка новых взрывчатых веществ, новых высококалорийных топлив, анализ безопасности ряда производств приводят к необходимости углубленного исследования гетерогенного горения взвесей распыленного жидкого или твердого горючего, исследования детонации, взрыва и других газодинамических явлений в газовзвесях. Результаты таких исследований особенно важны для анализа пожаро- и взрывобезопасности технических устройств, в которых могут образоваться способные к детонации и горению взвесене-сущие или газопылевые среды. Именно в газовзвесях можно по-1  [c.3]

Из расположения линий, характеризующих процессы подвода теплоты в этих двух циклах (см. рис. 7.2), следует, что средняя температура подводимой тепло1Ы в цикле с р = onst больше, чем в цикле с а = onst поэтому r tp > ip-j. Однако двигатели внутреннего сгорания с изобарным подводом теплоты обладают рядом существенных конструктивных недостатков (имеют специальный компрессор для распыления топлива, который забирает часть полезной работы в цикле и снижает экономичность двигателя устройство форсунок сложное н др.).  [c.114]

Закон движения ведомого звена выбирается с учетом условий работы механизма. Во многих случаях кулачковый механизм должен обеспечить движение ведомого звена по определенному закону, заданному функциональной зависимостью 5(ф) (вычислительные устройства, регуляторы, некоторые автоматы и др. ). В других случаях назначением кулачкового механизма является передача рабочему органу определенного конечного перемещения с выстоямн рабочего органа в крайних его положениях (механизмы топливной аппаратуры, газораспределения в двигателях внутреннего сгорания и др.). Здесь закон перемещения рабочего органа из одного крайнего положения в другое принципиального значения не имеет. Для таких механизмов обычно известны лишь величины периодов отдельных фаз удаления, дальнего стояния, возвращения и ближнего стояния. В этих случаях закон движения ведомого звена выбирают так, чтобы обеспечить наибольшую плавность движения и наиболее простой профиль кулачка.  [c.335]

Тепловые аккумуляторы — третий вид аккумуляторов, предложенный Ветчинкиным и Уфимцевым,— представляют собой большие цистерны с прочными и хорошо теплоизолированными стенками. В них находится вода, нагреваемая злектроподогревателями до высокой температуры. Тепловая энергия, запасенная в этих цистернах, может использоваться и для отопительных и для энергетических целей снижая давление, превращая воду в пар, можно потом заставлять ее работать в паровых машинах или турбинах. По расчетам авторов предложения, тепловые аккумуляторы могут оказаться в некоторых случаях в 300—500 раз экономичнее, чем электрические той же емкости. Общим недостатком всех этих проектов аккумуляторов является, кроме их громоздкости, необходимости держать в резерве крупные мощности дублирующих двигателей другого типа, которые простаивают во время работы ветродвигателя, и их сравнительно невысокий коэффициент полезного действия. Поднятая в водохранилище вода будет испаряться, не говоря уж о том, что часть энергии потеряется при работе насосной и гидротурбинной установок. Коэффициент полезного действия гидроаккумулятора составляет всего 40—50 процентов, а резервной станции с двигателем внутреннего сгорания, работающим на водороде в качестве горючего, вряд ли превзойдет 35 процентов. Еще ниже будет коэффициент полезного действия станции с паровой машиной или турбиной, не говоря уже о потерях тепла при хранении горячей воды в цистернах— теплоаккумуляторах. Ни одно из рассмотренных устройств при практическом исполнении не сможет, видимо, превратить в электрическую энергию свыше 50 процентов от затраченной.  [c.213]

Кроме того, в значительном числе случаев детали различных конструкций машин, выполняющие тождественные функции, например шатуны компрессоров, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и др., технологически индивидуализируются в большей степени, чем это практически необходимо. В силу этого типизацией технологических процессов с точки зрения обобщения методов производства может быть охвачена значительно большая номенклатура деталей машин различного функционального назначения, чем это имеет место в настоящее время. Сказанное подтверждается работами в области систематизации и классификации деталей машин самого различного назначения. Так, например, ЭНИМС установлено, что 88—85% по числу деталей автомобиля являются общемашиностроительными деталями и только 12—15% специфическими, предопределяющими особенности устройства и назначение автомобиля. Аналогичные явления имеют место и в других отраслях машиностроения.  [c.248]

Двигатели [внутреннего сгорания [F 02 свободнопоршневые В 71/00-71/06 со сжатием (воздуха В 3/00-3/12 горючей смеси В 1/00-1/14) на твердом топливе В 45/00-45/10 устройства для ручного управления D 11/00-11/10 с устройствами для продувки или заполнения цилиндров В 25/00-25/08) G 01 индикаторных диаграмм 23/32 датчики давления, комбинированные с системой зажигания двигателей 23/32 индикация (относительного расположения поршней и кривошипов 23/30 перебоев в работе 23/22 работы или мощности 23/00-23/32)) измерение расхода жидкого топлива F 9/00-9/02 испытание (М 15/00 деталей М 13/00-13/04)) F 01 рабочего тела К 25/00-25/14) изготовление для них ковкой или штамповкой В 21 К 1/22 использование теплоты отходящих газов (F 02 G 5/00-5/04 холодильных машин F 25 В 27/02) комбинированные с электрическим генератором Н 02 К 7/18 работа в компрессорном режиме F 04 В 41/04 на транспортных средствах В 60 К 5/00-5/12] (гравитационные 3/00-3/08 инерционные механические 7/00, 7/04-7/10) F 03 G для грейферов В 66 С 3/14-3/18 изготовление деталей В 21 D 53/84 многократного расширения в паросиловых установках F 01 К 1102-7104 объемного вытеснения F 01 В (агрегатирование с нагрузкой 23/00-23/12 атмосферные 29/02 комбинированные с другими машинами 21/00-21/04 конструктивные элементы 31/00-31/36 предохранительные устройства 25/16-25/18 преобразуемые 29/04-29/06 пуск 27/00-27/08 расположение и модификация распределительных клапанов 25/10 регулирование 25/00-25/14 сигнальные устройства 25/26) работающие на горючих газах F 02 G 1/00-1/06 рас-пределителыше механизмы F 01 L 1/00-13/08 для пишущих машин В 41 1 29/38 пневматические в избирательных переключателях Н 01 Н 63/30  [c. 72]

Режим пуска представляет собой вывод ГТУ на минимальный режим устойчивой работы. Для его осуществления необходим внешний источник энергии. Это объясняется тем, что до начала вращения ротора ГТУ невозможно зажечь топливо в КС. При малых частотах вращения ГТ создаваемый ею крутящий момент меньще момента, необходимого для вращения компрессора. При определенной частоте вращения моменты вращения компрессора и ГТ выравниваются, и только после этого можно отключить пусковое устройство (стартер). В качестве стартера можно использовать электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания, сжатый воздух из специального резервуара, перевод электрогенератора ГТУ в режим двигателя с помощью тиристорного пускового устройства (ТПУ) и др. Последний способ все чаще применяется на современных крупных энергетических ГТУ  [c.145]

Для обеспечения стабильного горения природный газ должен поступать к горелочному устройству КС ГТУ при определенном давлении, зависящем от типа ГТУ. При отсутствии на площадке электростанции газопровода ВД требуемое для работы ГТУ давление топливного газа достигается путем повышения давления поступающего на газораспределительный пункт (ГРП) природного газа с помощью дожимных компрессоров (ДК). Необходимость установки этих агрегатов оказывает существенное влияние на расход электроэнергии на собственные нужды. В зависимости от существующих нормативов и принятых проектных решений используется либо общестанционная дожимная компрессорная станция, либо индивидуальный ДК для каждой из ГТУ. Последнее справедливо и при проектировании электростанций с газодизельными двигателями внутреннего сгорания (ДВС).  [c.395]

Во многих случаях чем выше надежность машины, тем больше ее долговечность по физическому износу. Однако устройство может быть долговечным, но безотказность его работы низкой. Например, двигатель внутреннего сгорания, обладая большой долговечностью, теряет свой ресурс вследствие быстрой засоряемости топливной системы и отказа ее в работе золотниковые пары механизмов и гидроусилителей могут обладать достаточной износостойкостью, но при попадании посторонних механических частиц в зазоры или при отложении смолистых веществ, выделяющихся из рабочей жидкости, сопротивление трению может превысить рабочие усилия в системе. Повреждения поверхностей деталей при этом отсутствуют, и после промывки золотниковой пары ее работоспособность восстанавливается.  [c.7]

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

---

устройство, принцип работы и тюнинг. Устройство двигателя внутреннего сгорания

У каждого из нас есть определенный автомобиль, однако лишь некоторые водители задумываются о том, как устроен двигатель автомобиля. Нужно понимать также, что полностью знать устройство двигателя автомобиля необходимо лишь специалистам, работающим на СТО. К примеру, у многих из нас есть различные электронные устройства, но это вовсе не означает, что мы должны понимать, как они устроены. Мы просто пользуемся ими по прямому назначению. Однако с машиной ситуация немного другая.

Все мы понимаем, что появление неполадок в двигателе автомобиля напрямую влияет на наше здоровье и жизнь. От правильной работы силового агрегата нередко зависит качество езды, а также безопасность людей, которые находятся в автомобиле. По этой причине, рекомендуем уделить внимание изучению данной статьи о том, как работает двигатель автомобиля и из чего он состоит.

История разработки автомобильного двигателя

В переводе с оригинального латинского языка двигатель или мотор означает «приводящий в движение». Сегодня двигателем называют определенное устройство, предназначенное для преобразования одного из видов энергии в механическую. Самыми популярными сегодня считаются двигатели внутреннего сгорания, типы которых бывают разными. Первый такой мотор появился в 1801 году, когда Филипп Лебон из Франции запатентовал мотор, который функционировал на светильном газе. После этого свои разработки представили Август Отто и Жан Этьен Ленуар. Известно, что Август Отто первым запатентовал 4-тактный двигатель. До нашего времени строение двигателя практически не изменилось.

В 1872 году состоялся дебют американского двигателя, который работал на керосине. Однако данную попытку трудно было назвать удачной, поскольку керосин не мог нормально взрываться в цилиндрах. Уже через 10 лет Готлиб Даймлер презентовал свой вариант двигателя, который работал на бензине, причем работал довольно неплохо.

Рассмотрим современные типы двигателей автомобиля и разберемся, к какому из них принадлежит ваша машина.

Типы автомобильных двигателей

Поскольку наиболее распространенным в наше время считают двигатель внутреннего сгорания, рассмотрим типы двигателей, которыми оснащаются сегодня почти все машины. ДВС – это далеко не наилучший тип двигателя, однако именно его используют во многих транспортных средствах.

Классификация двигателей автомобиля:

• Дизельные двигатели. Подача дизельного топлива осуществляется в цилиндры посредством специальных форсунок. Такие моторы не нуждаются в электрической энергии для работы. Она им нужна лишь для запуска силового агрегата.
• Бензиновые двигатели. Они бывают и инжекторными. Сегодня используется несколько типов систем впрыска и . Работают такие моторы на бензине.
• Газовые двигатели. В таких двигателях может использоваться сжатый или сжиженный газ. Такие газы получают с помощью преобразования дерева, угля либо торфа в газообразное топливо.

Работа и конструкция двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы двигателя автомобиля – это вопрос, интересующий практически каждого автовладельца. В ходе первого ознакомления со строением двигателя все выглядит очень сложным. Однако в реальности, с помощью тщательного изучения, устройство двигателя становится вполне понятным. В случае необходимости знания о принципе работы двигателя можно использовать в жизни.

1. Блок цилиндров представляет собой своеобразный корпус мотора. Внутри него расположена система каналов, которая используется для охлаждения и смазки силового агрегата. Он используется в качестве основы для дополнительного оборудования, к примеру, картера и .

2. Поршень , являющийся пустотелым стаканом из металла. На его верхней части расположены «канавки» для поршневых колец.

3. Поршневые кольца. Кольца, расположенные внизу, называются маслосъемными, а верхние – компрессионные. Верхние кольца обеспечивают высокий уровень сжатия или компрессию смеси топлива и воздуха. Кольца используются для обеспечения герметичности камеры сгорания, а также в качестве уплотнителей, предотвращающих попадание масла в камеру сгорания.

4. Кривошипно-шатунный механизм. Отвечает за передачу возвратно-поступательной энергии поршневого движения на коленчатый вал двигателя.

Многие автолюбители не знают, что на самом деле принцип работы ДВС является достаточно несложным. Сначала попадает из форсунок в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом. Затем выдает искру, которая вызывает воспламенение топливно-воздушной смеси, из-за чего она взрывается. Газы, которые формируются в результате этого, двигают поршень вниз, в процессе чего он передает соответствующее движение коленчатому валу. Коленвал начинает вращать трансмиссию. После этого набор специальных шестерён осуществляет передачу движения на колеса передней или задней оси (в зависимости от привода, может и на все четыре).

Именно так работает двигатель автомобиля. Теперь вас не смогут обмануть недобросовестные специалисты, которые возьмутся за ремонт силового агрегата вашей машины.

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

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

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

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

Принцип работы ДВС этих типов практически одинаковый.

Такты ДВС

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

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

Такты :

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

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

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

Работа карбюратора

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

Устройство карбюратора

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

Недостатки карбюраторных систем:

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

Компенсировать эти недостатки попытались прямой подачей бензина через инжекторы.

Работа инжекторных моторов

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

Конструкция инжектора

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

За счет этого варианта конструкции обеспечиваются достоинства таких двигателей:

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

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

Способы впрыска топлива

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

Одноточечный вариант впрыска

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

Моноточечный вариант подачи топлива

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

Прямой впрыск в камеру

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

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

Однако светильный газ годился не только для освещения.

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

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

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС

Роторный ДВС

Газотурбинный ДВС

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

ДВС классифицируют:

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

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

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

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

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

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

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

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

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

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

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

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

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

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

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

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

См. также

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

Примечания

Ссылки

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

Это удивительно, что мы уже более 100 лет используем огонь, металл, бензин и масло, чтобы приводить автомобили в движение. И это в то время, когда в наши дни у каждого из нас есть мобильные телефоны, по мощности ничем не уступающие компьютерам. Наши смартфоны могут распознавать лица, отпечатки пальцев и даже измерять сердечный ритм. У нас есть технологии и высокотехнологичные объекты, которые могут разбить друг об друга протоны, позволяющие изучить их обломки. Это позволяет нам раскрывать тайны Вселенной. Мы также можем посадить зонд на комету и отправить спутник за пределы Солнечной системы. И так можно продолжать до бесконечности… Так почему же в век технологической революции мир до сих пор пользуется устаревшими двигателями внутреннего сгорания?

Несмотря на все наши достижения , двигатель внутреннего сгорания фактически остается основным источником движения всего автотранспорта в мире. И это с учетом того, что этот силовой агрегат был придуман более ста лет назад.

Примечательно, что на фоне других, более современных изобретений, двигатель внутреннего сгорания (ДВС) выглядит очень примитивно. Как и сто лет назад, ДВС работает за счет впрыска топлива, его сжатия, воспламенения и ударной волны, которая образуется из-за сгорания топлива.

Давайте немного проанализируем, как все работает в автомобиле с обычным двигателем.

И так. Вы вставляете в зажигание и поворачиваете его, чтобы запустить стартер. В итоге стартер начинает двигать поршни двигателя вверх и вниз. Далее начинает работать топливный насос подавая топливо в камеру сгорания двигателя.

Вместе с ним начинают работать водяной насос, масляный насос, клапана двигателя, которые начинают свой гармоничный танец, чтобы подавать топливо в камеру сгорания двигателя каждую секунду. В итоге двигатель начинает свою работу, где все его компоненты начинают вращаться и смазываться большим количеством масла.

Согласитесь, что этот процесс относится к очень расточительной операции. Ведь для работы двигателя задействовано множество вспомогательного оборудования, которое практически расходует 75 процентов энергии двигателя впустую. К тому же огромное количество вспомогательных компонентов ДВС быстро выходят из строя из-за постоянной высокой нагрузки.

Но, несмотря на это нельзя говорить, что двигатель внутреннего сгорания изначально основывается на глупой идее. Нет конечно. ДВС служит нам верой и правдой уже более 100 лет и фактически изменил наш мир до неузнаваемости. Но это не означает, что этот удивительный мотор должен служить нам еще следующие 100 лет. Для того времени, когда появился ДВС, это был прорыв, что соответствовало тем технологиям, которые господствовали в ту эпоху.

Но сегодня все изменилось и теперь двигатели внутреннего сгорания не вписываются в тот мир, который нас окружает.

Вы посмотрите на современные автомобили. Они фактически стали выглядеть, как транспортные средства, которые мы видели не раз в фантастических фильмах и футуристических рассказах. Новые автомобили имеют удивительный дизайн, благодаря новым технологиям конструкции и достижениям в аэродинамике.

Современные автомобили могут обмениваться информацией со спутниками, автоматически брать на себя управление автомобилем, предупреждать нас об опасностях на дороге, экстренно тормозить, чтобы избежать опасности, выходить в всемирную сеть Интернет и многое другое.

Но, несмотря на высокотехнологичность, под капотом современных автомобилей, чаще всего, устанавливаются двигатели внутреннего сгорания, которые являются пережитками прошлого. Это в наши дни выглядит точно также, если бы iPhone 7 оснащался поворотным диском для набора номера.

В наши дни, в 21 веке действительно выглядит устаревшим. Особенно его технология получения энергии, которая образуется путем сжигания материала (топлива), от которого образуются отходы в виде газа. И этот вредный газ мы возвращаем обратно в природу, нанося непоправимый вред всей планете.

Хочу отметить, что я не сумасшедший эколог, которые часами на пролет разглагольствуют о защите земли, атмосферы и сохранения пингвинов в Антарктиде. Таких «зеленых фанатов» в нашем мире и так предостаточно. Причем хочу отметить, что различных ярых защитников природы (на грани фанатизма) было очень много еще задолго появления паровых двигателей, не говоря уже о появлении ДВС. И хочу вас заверить, что подобных фондов и организаций, будет большое количество даже в том случае, если экологии нашей планеты больше ничего угрожать не будет.

Но несмотря на свой нейтралитет по отношению к экологии природы, я хочу однозначно сказать, что двигатель внутреннего сгорания действительно себя изжил и ему не место в нашем 21 веке и в нашем будущем.

Тем более, что в наши дни уже есть технологии, которые основываются на более простых и более эффективных способах получения энергии для движения транспорта.

Но, для того чтобы двигатель внутреннего сгорания ушел навсегда в прошлое, необходимо, чтобы мы с вами поняли, что пришло время поменять наш мир, начав с себя. Дело в том, чтобы любая технология стала основной для использования по всему миру необходимо, чтобы мы к ней привыкли, перестроив свои устои и привычки. Это точно также, как мы сначала тяжело привыкали к мобильным телефонам и долгое время не могли отказаться от домашних стационарных телефонов. Затем на смену пришли смартфоны, которые долгое время оставались нами незамеченными, но в итоге прочно вошли в нашу жизнь. Также можно сказать и о новых технологий в автопромышленности. Ведь пока с нашей стороны не появится спрос на новые источники энергии, новые технологии не смогут отправить двигатели внутреннего сгорания на пенсию.

К сожалению, в наши дни не стоит пока рассчитывать на скорое исчезновение ДВС из современных автомобилей. До того момента, когда двигатели внутреннего сгорания мы сможем увидеть только в музеи или в технической литературе в библиотеке или в Интернете, может пройти еще достаточно времени. Дело в том, что несмотря на устаревшую технологию получения энергии, двигатели внутреннего сгорания еще имеют небольшой потенциал развития и увеличения мощности и экономичности. Этим и пользуются автопроизводители. Но я считаю, что в настоящий момент мы наблюдаем переломный момент в истории ДВС и в скором времени люди начнут понимать, что пришло время отказаться от использования автомобилей, оснащенных традиционными двигателями, работающие . И как только это произойдет, автомобильные компании будут вынуждены в короткий срок перестроиться и начать выпускать массово автомобили без ДВС.

Поверьте, совсем скоро двигатели внутреннего сгорания, в качестве источника энергии для передвижения транспорта, станут, как лошади в начале 20 века.

На первом этапе заката двигателей , уйдут самые неэффективные силовые агрегаты. На рынке на определенное время останутся только самые инновационные и экологически чистые двигатели внутреннего сгорания. Затем исчезнут и они.

Так что наше будущее связано с автомобилями, которые будут оснащаться двигателями, работающие на альтернативных источниках энергии.

Скорее всего, совсем скоро мы будем владеть автомобилями с электрическими двигателями, часть которых будет заряжаться электроэнергией, а часть водородным топливом.

Современный автомобиль, чаще всего, приводится в движение . Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, внутреннего сгорания, похоже.

Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.

Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части . Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ) .

Первый такт — такт впуска

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

Второй такт — такт сжатия

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

Третий такт — рабочий ход

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

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

Четвертый такт — такт выпуска

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

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

Устройство двигателя внутреннего сгорания — презентация онлайн

ДВС
УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Двигатель состоит из
цилиндра, в котором
перемещается поршень 3,
соединенный при помощи
шатуна 4 с коленчатым валом
5.В верху имеется два клапана
1 и 2, которые при работе
двигателя автоматически
открываются и закрываются в
нужные моменты. Через клапан
1 в цилиндр поступает горючая
смесь, которая воспламеняется
с помощью свечи 6, а через
клапан 2 выпускаются
отработавшие газы.
Цикл работы двигателя состоит из
следующих четырех процессов:
1. Впуска,
2. Сжатия,
3. Рабочего хода,
4. Выпуска.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
I ТАКТ
Один ход поршня, или один такт
двигателя, совершается за пол-оборота
коленчатого вала. При повороте вала
двигателя в начале первого такта поршень
движется вниз . Объем над поршнем
увеличивается. Вследствие этого в
цилиндре создается разрежение.
В это время открывается клапан 1 и в
цилиндр входит горючая смесь.
К концу первого такта цилиндр
заполняется горючей смесью, а клапан 1
закрывается.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
II ТАКТ
При дальнейшем повороте вала
поршень движется вверх и
сжимает горючую смесь. В конце второго такта,
когда поршень дойдет до крайней мёртвой
точки, сжатая горючая смесь
воспламеняется (от электрической искры)
и быстро сгорает.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
III ТАКТ
Под действием расширяющихся
нагретых газов двигатель
совершает работу, поэтому этот такт
называют рабочим ходом. Движение поршня
передается шатуну, а через него коленчатому
валу с маховиком. Получив сильный толчок,
маховик затем продолжает вращаться
по инерции и перемещает скрепленный
с ним поршень при последующих тактах.
Второй и третий такты происходят при
закрытых клапанах.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
IV ТАКТ
В конце третьего такта открывается
клапан 2, и через него продукты
сгорания выходят из цилиндра в атмосферу.
Выпуск продуктов сгорания продолжается
и в течение четвертого такта, когда поршень
движется вверх. В конце четвертого
такта клапан 2 закрывается.

Новое устройство зажигания для двигателя внутреннего сгорания

1

Weinberg, F. J. Inst. мех. англ. Симп. Горение в технике , Оксфорд, 65 (1983).

2

Waterson, K. thesis, Oxford Univ. (1973).

3

Topham, D. R., Smy, P. R. & Clements, R. M. Пламя горения 25 , 187 (1975).

КАС Статья Google Scholar

4

Вычалек, Ф.A., Frane, D.L., Neuman, J.C. SAE pap. 750349 (1975).

5

Fitzgerald, D. J. SAE Pap. 76064 (1976).

6

Асик Дж. Р., Пятковски П., Фуше М. Дж. и Радо В. Г. SAE Pap. 770355 (1977).

7

Дейл, Дж. Д., Сми, П. Р. и Клементс, Р. М. Пламя горения 31 , 173 (1978).

КАС Статья Google Scholar

8

Вайнберг Ф.J., Hom, K., Oppenheim, A.K. и Teichman, K. Nature 272 , 341 (1978).

ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

9

Оррин, Дж. Э., Винс, И. М. и Вайнберг, Ф. Дж. 18-я симп. внутр. по сжиганию 1755 (Институт горения, Питтсбург (1981).

Google Scholar

10

Карлтон, Ф. Б., Винс, И. М. и Вайнберг, Ф.J. 19-й симп. внутр. on Combustion 1523 (Институт горения, Питтсбург, 1982).

Google Scholar

11

Tozzi, L. & Dabora, E.K. 19th Symp. внутр. on Combustion , 1467 (The Combustion Institute, Pittsburgh, 1982).

Google Scholar

12

Питт, П. Л. и Клементс, Р. М. Горение. науч. Технол. 55 , 555 (1982).

Google Scholar

13

Grant, J. F., McIlwain, M. E. & Marram, E. P. Combust. науч. Технол. 30 , 171 (1983).

КАС Статья Google Scholar

14

Клементс, Р. М., Смай, П. Р. и Дейл, Д. Д. Горение. Пламя 42 , 287 (1981).

КАС Статья Google Scholar

15

Цетеген, Б., Teichman, K.Y., Weinberg, FJ & Oppenheim, A.K. SAE Pap. 80042 (1980).

16

Винс, И. М., Вовелл, К. и Вайнберг, Ф. Дж. Combust. Пламя 105 , 56 (1984).

Google Scholar

17

Harrison, A.J. & Weinberg, F.J. Proc. соц. А 321 , 95 (1971).

ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

18

Кимура И.& Imajo, M. 16th Symp. внутр. о горении, 809 (Институт горения, Питтсбург, 1976).

Google Scholar

19

Кимура И., Аоки Х. и Като М. Пламя горения 42 , 297 (1981).

КАС Статья Google Scholar

20

Уоррис, А-М. диссертация, унив. Лондон (Имперский колледж) (1983).

21

Уоррис, А-М.& Weinberg, FJ 20th Symp. внутр. on Combustion (Институт горения, Питтсбург, 1984).

Google Scholar

22

Hilliard, J.C. & Weinberg, F.J. Nature 259 , 556 (1976).

ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google Scholar

23

Behbahani, H. F., Fontijn, A., Muller-Dethlefs, K. & Weinberg, F. J. Combust.науч. Технол. 27 , 123 (1982).

КАС Статья Google Scholar

24

Chan, A.K.F., Hilliard, J.C., Jones, A.R. & Weinberg, F.J. J. Phys. D 13 , 2309 (1980).

ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google Scholar

25

Бехбахани Х.Ф., Уоррис А.М. & Weinberg, FJ Combust. науч. Технол. 30 , 289 (1983).

КАС Статья Google Scholar

26

Заявка на патент Великобритании № 827009, PCT/GB/83/00253 (октябрь 1982 г.).

Двигатель внутреннего сгорания | Encyclopedia.com

Принципы

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Ресурсы

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

Однако основные принципы работы всех двигателей внутреннего сгорания остаются неизменными. Топливо сжигается внутри камеры, обычно цилиндра. Энергия, создаваемая сгоранием или сжиганием топлива, используется для движения устройства, обычно поршня, через камеру. Прикрепив поршень к валу вне камеры, движение и сила поршня могут быть преобразованы в другие движения.

Сгорание – это сжигание топлива.Когда топливо сгорает, оно выделяет энергию в виде тепла, которое вызывает расширение газа. Это расширение может быть быстрым и мощным. Силу и движение расширения газа можно использовать для толкания объекта. Встряхнуть банку газировки — это способ увидеть, что происходит, когда газ расширяется. Встряхивание вызывает реакцию углекислого газа — шипение газировки, которое, когда банка открыта, выталкивает газированную жидкость из банки и через отверстие.

Однако простое сжигание топлива не очень полезно для создания движения.Зажигание спички, например, сжигает кислород в окружающем ее воздухе, но поднявшееся тепло рассеивается во всех направлениях и, следовательно, дает очень слабый толчок. Чтобы расширение газа, вызванное горением, было полезным, оно должно происходить в ограниченном пространстве. Это пространство может направлять или направлять движение расширения; он также может увеличить свою силу.

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

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

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

Основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал. К ним присоединены другие компоненты, которые повышают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала.Топливо должно быть подано в цилиндр, а выхлоп, образующийся при взрыве топлива, должен быть обеспечен выходом из цилиндра. Также должно быть произведено воспламенение или зажигание топлива. В поршневом двигателе внутреннего сгорания это делается одним из двух способов.

Дизельные двигатели также называют двигателями с компрессией, потому что они используют сжатие для самовоспламенения топлива. Воздух сжимается, то есть выталкивается в небольшое пространство в цилиндре. Сжатие заставляет воздух нагреваться; когда топливо попадает в горячий сжатый воздух, топливо взрывается.Давление, создаваемое сжатием, требует, чтобы дизельные двигатели были более прочными и, следовательно, более тяжелыми, чем бензиновые двигатели, но они более мощные и требуют менее дорогого топлива. Дизельные двигатели обычно используются в крупных транспортных средствах, таких как грузовики и тяжелая строительная техника, или в стационарных машинах, но в 2000-х годах они находят свое применение и в автомобилях по мере совершенствования технологий и поиска потребности в менее дорогом топливе.

Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, поскольку они зависят от электрической искры, вызывающей взрыв топлива в цилиндре.Легче дизельного двигателя, газовый двигатель требует топлива более высокой степени очистки (таким образом, более дорогого).

В двигателе цилиндр размещается внутри блока двигателя, достаточно прочного, чтобы сдержать взрывы топлива. Внутри цилиндра находится поршень, который точно подходит к цилиндру. Поршни обычно имеют куполообразную форму сверху и полые снизу. Поршень прикреплен через шатун, установленный в полом дне, к коленчатому валу, который преобразует движение поршня вверх и вниз в круговое движение.Это возможно, потому что коленчатый вал не прямой, а имеет изогнутую часть (по одной на каждый цилиндр), называемую кривошипом.

Аналогичная конструкция приводит в движение велосипед. При езде на велосипеде верхняя часть ноги человека сродни поршню. От колена до ступни нога действует как шатун, который крепится к коленчатому валу кривошипом или педальным узлом велосипеда. Когда сила воздействует на верхнюю часть ноги, эти части приходят в движение. Возвратно-поступательное движение голени преобразуется во вращательное или вращательное движение коленчатого вала.

Обратите внимание, что при езде на велосипеде нога совершает два движения, одно вниз и одно вверх, чтобы завершить цикл вращения педалей. Это так называемые инсульты. Поскольку двигателю также необходимо всасывать топливо и снова выбрасывать топливо, большинство двигателей используют четыре такта для каждого цикла, который совершает поршень. Первый такт начинается, когда поршень находится в верхней части цилиндра, называемой головкой цилиндра. Когда он вытягивается, он создает вакуум в цилиндре. Это связано с тем, что поршень и цилиндр образуют герметичное пространство.Когда поршень опускается, пространство между ним и головкой цилиндра увеличивается, а количество воздуха остается прежним. Этот вакуум помогает подавать топливо в цилиндр, подобно действию легких. Поэтому этот такт называется тактом впуска.

Следующий такт, называемый тактом сжатия, происходит, когда поршень снова проталкивается вверх внутри цилиндра, сжимая или сжимая топливо во все более и более плотное пространство. Сжатие топлива к верхней части цилиндра вызывает нагрев воздуха, который также нагревает топливо.Сжатие топлива также облегчает его воспламенение и делает результирующий взрыв более мощным. Для расширяющихся газов взрыва меньше места, а это значит, что они будут сильнее давить на поршень, чтобы вырваться.

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

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

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

Двигатель внутреннего сгорания может иметь от одного до двенадцати или более цилиндров, все они действуют вместе в точно рассчитанной последовательности для привода коленчатого вала. Велосипедиста на велосипеде можно описать как двухцилиндровый двигатель, каждая нога которого помогает другой в создании мощности для движения велосипеда и в подтягивании друг друга через цикл гребков. Автомобили обычно имеют четырех-, шести- или восьмицилиндровые двигатели, хотя также доступны двухцилиндровые и двенадцатицилиндровые двигатели.Количество цилиндров влияет на объем двигателя; то есть общий объем топлива, прошедшего через цилиндры. Больший рабочий объем позволяет сжигать больше топлива, создавая больше энергии для привода коленчатого вала.

Искра подается через свечу зажигания, расположенную в головке блока цилиндров. Искра вызывает взрыв бензина. Свечи зажигания содержат два металлических конца, называемых электродами, которые входят в цилиндр. Каждый цилиндр имеет свою свечу зажигания. Когда электрический ток проходит через свечу зажигания, ток переходит от одного электрода к другому, создавая искру.

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

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

Момент зажигания цилиндров контролируется распределителем. Когда ток поступает в распределитель, он направляется к свечам зажигания по проводам, по одному на каждую свечу зажигания. Механические распределители, по сути, представляют собой вращающиеся роторы, которые по очереди подают ток в каждый вывод.Электронные системы зажигания используют компьютерные компоненты для выполнения этой задачи.

В самых маленьких двигателях используется аккумулятор, который при разрядке просто заменяется. Однако в большинстве двигателей предусмотрена возможность подзарядки аккумулятора с использованием движения вращающегося коленчатого вала для выработки тока обратно в аккумулятор.

Поршень или поршни толкают вниз и тянут вверх коленчатый вал, заставляя его вращаться. Такой переход от возвратно-поступательного движения поршня к вращательному движению коленчатого вала возможен потому, что для каждого поршня коленчатый вал имеет кривошип, т. е. участок, поставленный под углом к ​​возвратно-поступательному движению положения.На коленчатом валу с двумя или более цилиндрами эти кривошипы также расположены под углом друг к другу, что позволяет им действовать согласованно. Когда один поршень толкает кривошип вниз, второй кривошип толкает поршень вверх.

Большое металлическое колесообразное устройство, называемое маховиком, прикреплено к одному концу коленчатого вала. Его функция заключается в поддержании постоянного движения коленчатого вала. Это необходимо для четырехтактного двигателя, потому что поршни выполняют рабочий ход только один раз за каждые четыре такта.Маховик обеспечивает импульс для перемещения коленчатого вала до тех пор, пока он не получит следующий рабочий ход. Он делает это, используя инерцию, то есть принцип, согласно которому движущийся объект стремится остаться в движении. Как только маховик приводится в движение вращением коленчатого вала, он будет продолжать двигаться и вращать коленчатый вал. Однако чем больше цилиндров у двигателя, тем меньше ему нужно будет полагаться на движение маховика, потому что большее количество поршней будет поддерживать вращение коленчатого вала.

Когда коленчатый вал вращается, его движение можно приспособить для самых разных целей, прикрепив шестерни, ремни или другие устройства. Колеса можно заставить вращаться, пропеллеры можно заставить вращаться, а двигатель можно использовать просто для выработки электроэнергии. К коленчатому валу также прикреплен дополнительный вал, называемый распределительным валом, который открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра в соответствии с четырехтактным циклом поршней. Кулачок — это колесо, имеющее форму яйца, с длинным и коротким концами.К распределительному валу крепятся несколько кулачков, в зависимости от количества цилиндров двигателя. Поверх кулачков установлены толкатели, по два на каждый цилиндр, которые открывают и закрывают клапаны. Когда распределительный вал вращается, короткие концы позволяют толкателям отходить от клапана, заставляя клапан открываться; длинные концы кулачков толкают штоки обратно к клапану, снова закрывая его. В некоторых двигателях, называемых двигателями с верхним расположением распредвала, распределительный вал опирается непосредственно на клапаны, что устраняет необходимость в узле толкателя.Двухтактные двигатели, поскольку впуск и выпуск достигаются за счет движения поршня по каналам или отверстиям в стенке цилиндра, не требуют распределительного вала.

Еще два компонента могут управляться коленчатым валом: системы охлаждения и смазки. Взрыв топлива создает сильное тепло, которое может быстро привести к перегреву двигателя и даже плавлению, если оно не рассеивается или не отводится должным образом. Охлаждение достигается двумя способами: через систему охлаждения и, в меньшей степени, через систему смазки.

Существует два типа систем охлаждения. В системе жидкостного охлаждения используется вода, которую часто смешивают с антифризом для предотвращения замерзания. Антифриз снижает температуру замерзания, а также повышает температуру кипения воды. Вода, которая очень хорошо собирает тепло, прокачивается вокруг двигателя через ряд проходов, содержащихся в рубашке. Затем вода циркулирует в радиаторе, который содержит множество трубок и тонких металлических пластин, увеличивающих площадь поверхности воды. Вентилятор, прикрепленный к радиатору, пропускает воздух по трубкам, еще больше снижая температуру воды.И насос, и вентилятор приводятся в действие движением коленчатого вала.

В системах с воздушным охлаждением для отвода тепла от двигателя используется воздух, а не вода. Большинство мотоциклов, многие небольшие самолеты и другие машины, при движении которых создается сильный ветер, используют системы с воздушным охлаждением. В них металлические ребра прикреплены к внешней стороне цилиндров, создавая большую площадь поверхности; когда воздух проходит над ребрами, тепло, отдаваемое металлическим ребрам от цилиндра, уносится воздухом.

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

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

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

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

Вращательное движение — Движение, при котором объект вращается.

через двигатель также помогает отводить часть выделяемого тепла.

Коленчатый вал в нижней части двигателя упирается в картер. Он может быть заполнен маслом, или отдельный масляный поддон под картером служит резервуаром для масла. Насос подает масло через проходы и отверстия к различным частям двигателя. Поршень также оснащен резиновыми маслосъемными кольцами, в дополнение к компрессионным кольцам, для подачи масла вверх и вниз внутри цилиндра.Двухтактные двигатели используют масло как часть топливной смеси, обеспечивая смазку двигателя и устраняя необходимость в отдельной системе.

КНИГИ

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

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

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

M. L. Cohen

The Gale Encyclopedia of Science Cohen, M.

УКАЗАНИЕ НА ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ МНОГОЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Описан индикатор, заявленный как единственное известное устройство для надежного и экономичного получения составных индикаторных диаграмм, отображающих мощность, смещение и влияние нижнего контура на высокоскоростных многоцилиндровых двигателях внутреннего сгорания, широкая область полезности для таких орудие, способствующее развитию быстроходных двигателей, позволяющее точно исследовать процессы в цилиндрах двигателя давно очевидны, так как обычный индикатор выходит из строя при оборотах двигателя выше 300 об/мин.вечера. из-за инерционного воздействия на его карандашный механизм и барабан. Из-за большой потребности в получении точных индикаторных карт при высоких оборотах двигателя было решено сконструировать устройство, которое могло бы строить диаграммы с малым влиянием инерции или без него, из цилиндров двигателя, работающего на любой скорости, и сделать эти диаграммы доступны для анализа немедленно, без обращения к фотографическим или другим процессам.

Вкратце, стандартный тихоходный индикатор с барабаном 1½ дюйма.диаметром соединяется стандартным штуцером непосредственно с той частью устройства, которая имеет внутри небольшой тарельчатый клапан, который открывается на очень небольшой интервал каждого цикла двигателя и который, открываясь, завершает сообщение между коллектором двигатель и индикатор. Цилиндр индикатора заполнен тяжелым смазочным маслом для обеспечения надлежащего уплотнения поршня индикатора и минимизации переноса газа в цилиндр двигателя или из цилиндра двигателя во время каждого цикла двигателя.

Движение барабана контролируется струной, надетой на шкив и соединенной с крейцкопфом устройства, которое можно считать копией поршня двигателя, но которое совершает только один ход на каждые 800 ходов поршня двигателя и придает очень медленное возвратно-поступательное движение к барабану индикатора, что сводит на нет эффекты инерции.Крейцкопф управляется регулируемым по длине шатуном и градуированным кривошипным диском, образуя цепь, имеющую точно такие же характеристики, что и цепь, управляющая поршнем двигателя. Так как длина шатуна может варьироваться, соотношение шатуна и его кривошипа-диска можно сделать точно таким же, как соотношение между соответствующими частями двигателя. Направляющая крейцкопфа может быть отрегулирована для имитации смещения цилиндров, если такое смещение существует, и устройство может быть сделано доступным для использования на всех типах двигателей внутреннего сгорания и для передаточного отношения шатуна к кривошипу, варьирующегося от 3¾ до 1. и 5½ к 1.

Вал устройства, проходящий вертикально вверх от другого вала, приводимого в движение с частотой вращения двигателя, вращается со скоростью, равной половине скорости вращения двигателя. Горизонтальный вал с рукояткой приводится в движение при включенном сцеплении с частотой вращения коленчатого вала двигателя 1/40. Этот горизонтальный вал приводит в движение вертикальный вал, к которому через червячную передачу с передаточным числом 20:1 прикреплен градуированный кривошипный диск; таким образом, при включенном сцеплении этот диск приводится в движение двигателем со скоростью 1/800 оборотов двигателя и приводит в действие шатун устройства.При выключенном сцеплении градуированный кривошипный диск может вращаться рукояткой в ​​любом направлении.

Подробная информация и иллюстрации конструкции, применения, процедуры и работы включены. Этот индикатор успешно работает более 500 часов. тестирования и исследовательской работы в Университете штата Огайо. Утверждается, что составная индикаторная диаграмма, полученная за большое количество циклов двигателя, которые по отдельности, как правило, не похожи друг на друга, является явным преимуществом по сравнению с чем-либо еще, поскольку диаграмма строится на глазах инженера-испытателя.

Двигатель внутреннего сгорания, объяснение

Современный двигатель внутреннего сгорания — это технологическое чудо, механическое чудо, для использования которого требуется мало знаний о его работе. Если вы не автолюбитель, вы, вероятно, не слишком много думаете о двигателе своего автомобиля.

Пока что-то не пойдет не так под капотом, конечно. Когда дела идут плохо, проблемы и причины могут сбить с толку многих водителей, для которых такие термины, как «поршень» и «картер» — непонятная номенклатура, а «боксер» напоминает Мухаммеда Али, а не Фердинанда Порше.

Итак, чтобы дать немного ясности о том, что происходит под капотом, мы в Gear Patrol собрали краткое руководство о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, и краткое изложение различных типов двигателей внутреннего сгорания, доступных для массового потребителя. автомобили.

Термины, которые необходимо знать

Карбюратор: Устройство, которое смешивает воздух и топливо в правильном соотношении для сгорания. Система механическая, а не электронная, как современные двигатели с впрыском топлива или прямым впрыском; как таковой, он менее эффективен.
Картер: Часть блока цилиндров, в которой находится коленчатый вал. Обычно изготавливается из одного или двух кусков алюминия или чугуна.
Коленчатый вал: Компонент двигателя, соединенный с поршнями и обеспечивающий вращательное движение при сгорании.
Цилиндр: Часть блока цилиндров, в которой находятся поршень и шатун, а также место, где происходит сгорание.
Прямой впрыск: Метод, при котором бензин впрыскивается под давлением в камеру сгорания цилиндра.В отличие от впрыска топлива, когда газ впрыскивается во впускное отверстие цилиндра.
Harmonic Balancer: Также известное как демпфер, круглое устройство из резины и металла, прикрепленное к передней части коленчатого вала для поглощения вибрации и уменьшения износа коленчатого вала. Он уменьшает гармоники двигателя, возникающие при движении нескольких цилиндров вдоль коленчатого вала.
Поршень: Компонент, размещенный внутри стенок цилиндра и закрепленный поршневыми кольцами. Он движется вверх и вниз во время четырехтактного процесса сгорания, создавая силу при взрыве топлива, и воздух перемещает его.
Rev Matching: Технология в автомобилях с механической коробкой передач, в которой используются датчики на педали сцепления, переключении передач и трансмиссии, отправляющие сигналы в электронный блок управления, которые сообщают ему о необходимости автоматически увеличивать обороты двигателя, если число оборотов в минуту падает слишком низко. Согласование оборотов также происходит во время понижения передачи, повышая обороты, чтобы соответствовать более низкой передаче. Это снижает износ двигателя и делает процесс переключения более плавным.
Крутильная вибрация: Вибрация, возникающая из-за вращения валов внутри автомобиля.

Двигатель внутреннего сгорания

Как только вы снимаете защитную пластиковую крышку двигателя, которая есть в большинстве новых автомобилей, обнажается сердце автомобиля: двигатель, окруженный радиатором, резервуарами для жидкости, воздушной камерой и аккумулятором. Независимо от того, насколько сложными могут быть двигатели — отчасти благодаря таким функциям, как прямой впрыск, согласование оборотов и т. д. — в большинстве автомобилей используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования топлива в кинетическую энергию. В двух словах, ваш двигатель 1. всасывает воздух и топливо, 2. сжимает его, 3. воспламеняет его, толкая поршни вниз и создавая механическую силу, которая приводит в движение автомобиль, а 4. выталкивает воздух, чтобы освободить место для следующего раунда. цикла.

Хотя фактический процесс значительно сложнее, четыре этапа можно в основном суммировать следующим образом:

Такт впуска: Воздух и топливо всасываются в цилиндр по мере движения поршня вниз.
Такт сжатия: Воздух, подаваемый в двигатель, и топливо сжимаются, когда цилиндр перемещается в положение хода вверх.
Такт сгорания: Искра от свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, создавая давление. Расширяющаяся смесь толкает поршень вниз.
Такт выпуска: Образующаяся в результате воспламенения и расширения газовая смесь выбрасывается из цилиндра как отходы.

Мощность двигателя сильно различается в зависимости от количества цилиндров, конфигурации двигателя и таких технологий, как турбонаддув и наддув.Лошадиная сила — это не просто добавление цилиндров или рабочего объема; на самом деле, многие из современных высокопроизводительных четырехцилиндровых двигателей могут легко соответствовать или превосходить мощность своих шестицилиндровых собратьев. В наши дни это также игра технологий; соедините бензиновый двигатель меньшего размера с электродвигателем, и вы получите рецепт дополнительного ускорения. (Пример: BMW i8, который сочетает в себе 1,5-литровый рядный трехцилиндровый двигатель с турбонаддувом и электродвигатель общей мощностью 357 лошадиных сил и 420 фунт-фут крутящего момента.)

Типы двигателей

Современные двигатели внутреннего сгорания прошли долгий путь с 1876 года, когда уроженец Германии Николаус Отто построил первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Сегодня автомобильные инженеры регулярно творят чудеса, извлекая из конструкции максимальную мощность и эффективность. И хотя гибридные и электрические трансмиссии находятся на подъеме, на данный момент двигатели внутреннего сгорания — рядные/прямые, V-образные и оппозитные/плоские, работающие на бензине или дизельном топливе, владеют дорогой.

Рядные/прямые двигатели

Примеры рядных/прямых двигателей
Рядный/рядный-три: BMW i8
Рядный/прямой-четыре: Honda Civic Si
BMW X903S4: 4 BMW Straight-3S4 Рядный / X4 M

В «рядном» или «прямом» двигателе цилиндры расположены по прямой линии.Подавляющее большинство четырехцилиндровых автомобилей на дорогах представляют собой рядные четырехцилиндровые двигатели, поэтому в отрасли их обычно называют «четырехцилиндровыми». Рядные четырехцилиндровые двигатели, как правило, используются в автомобилях эконом-класса, поскольку они дешевле в изготовлении и проще в обслуживании — цилиндры расположены вдоль одного коленчатого вала, который приводит в движение поршни.

Рядный/рядный шестицилиндровый двигатель по своей природе сбалансирован благодаря тому, что в нем отсутствуют вторичные гармоники, генерируемые парами поршней, движущихся под нечетными углами или по разным осям относительно друг друга, что приводит к значительно меньшей вибрации, чем у рядных четырехцилиндровых двигателей. -цилиндровые двигатели.В настоящее время только BMW и Mercedes-Benz производят рядные/рядные шестицилиндровые двигатели для своих легковых автомобилей, и они имеют звездную репутацию благодаря плавности хода и сбалансированности.

V-типа двигатели

Примеры двигателей V-типа
V-4: Porsche 919 Hybrid Le MAN 9:
V-6: Toyota 4Runner
V-8: Dodge Challenger
10: Lamborghini Huracán
V-12: Ferrari 821 Superfast

«V-6» и «V-8» настолько прочно вошли в американский словарный запас, что некоторые люди могут не знать, что двигатели бывают другого формата.Двигатели V-типа обычно имеют два ряда цилиндров, установленных под углом 90 градусов друг к другу — отсюда и V-образная форма — с каждым рядом, имеющим половину общего количества цилиндров. В результате двигатели V-образного типа короче и занимают меньше места, чем прямые, что позволяет автопроизводителям уменьшить размер моторного отсека и увеличить зоны деформации и пространство для пассажиров. Их также легче установить ниже в автомобиле, что улучшает управляемость.

Если вы считаете себя фанатом автоспорта, вам нравятся V-образные двигатели, поскольку они часто используются в гоночных автомобилях.Жесткая конструкция и прочные материалы, используемые в двигателях V-образного типа, позволяют им выдерживать высокие нагрузки. Это также обеспечивает низкие силы крутильных колебаний, обеспечивая плавность хода при переключении передач и высоких оборотах.

Boxer/Flat Engine

Примеры Boxer/Flat Engine
Flat-Four: Subaru WRX
Flat-Six: Porsche 911 Carrera

лежат горизонтально друг к другу, подобно тому, как два противоборствующих боксера касаются перчаток в начале боя.Поршни в оппозитном / плоском двигателе образуют два ряда — по одному с каждой стороны одного коленчатого вала.

Оппозитный двигатель не просто звучит устрашающе; он обеспечивает более низкий центр тяжести, чем рядные / прямые и V-образные двигатели, улучшая управляемость. (Есть причина, по которой Porsche использует оппозитный двигатель в своих спортивных автомобилях 911, 718 Boxster и 718 Cayman.) Оппозитные двигатели, однако, имеют тенденцию быть более громоздкими и иметь более неуклюжую форму, что затрудняет их размещение в переднем моторном отсеке. . (Однако Subaru — единственный производитель автомобилей, использующий в настоящее время оппозитный двигатель, — умудряется делать это весьма успешно.)

Дизельные двигатели

Примеры дизельных двигателей
Турбодизель V-6: Ram 1500 EcoDiesel
Турбодизель V-8: Ford F-250 Super Duty

9000 хриплых 18-колесных транспортных средств; современные дизельные двигатели с чистым сгоранием, используемые в легковых автомобилях, гораздо менее грубы. Сгорание, которое происходит в дизельном двигателе, не требует искры; скорее, высокоэнергетическое дизельное топливо воспламеняется за счет сильного сжатия поршней: воздух сжимается, нагревая его до очень высоких температур; впрыскивается топливо, и смесь воспламеняется.

Хотя дизельные двигатели имеют разное количество цилиндров, они отличаются от своих газовых аналогов именно тем, что в них для воспламенения сжатой топливно-воздушной смеси используется сжатие, а не искра. Но дело не только в том, как происходит сгорание, что отличает эти силовые установки: в силу того факта, что для сгорания требуется более высокое давление, дизельный двигатель должен быть сконструирован как танк, чтобы противостоять злоупотреблениям. В результате они, как правило, служат дольше, чем стандартные двигатели внутреннего сгорания.Дизельные двигатели также более эффективны; они извлекают больше энергии из своего топлива, чем из бензина.

И, наконец, дизельные двигатели обладают одним преимуществом, которое любят многие энтузиасты: больший крутящий момент при более низких оборотах двигателя, благодаря чему они чувствуют себя более динамично при трогании с места.

Подробнее Обзоры Gear Patrol

Горячие дубли и подробные обзоры заслуживающих внимания, актуальных и интересных продуктов. Прочитать историю

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Моделирование реагирующих газов и устройств доочистки двигателей внутреннего сгорания

Аннотация

Поскольку во всем мире все больше внимания уделяется сокращению выбросов парниковых газов, производители автомобилей должны создавать более эффективные двигатели. В то же время законодательные органы хотят, чтобы эти двигатели производили меньше проблемных выбросов, таких как оксиды азота и твердые частицы.В ответ на это исследуются новые методы сгорания, такие как воспламенение от сжатия гомогенного заряда и топливные элементы, наряду со старым стандартом эффективности, воспламенением от сжатия или дизельным двигателем. Эти новейшие технологии имеют ряд преимуществ, но все еще имеют серьезные проблемы, которые необходимо преодолеть. В результате возобновился интерес к тому, чтобы сделать дизельные двигатели более чистыми. Ключом к очистке дизельного двигателя является размещение устройств дополнительной обработки выхлопных газов. Эти устройства продемонстрировали большой потенциал в снижении уровней выбросов ниже нормативных уровней, при этом обеспечивая повышенную экономию топлива по сравнению с бензиновым двигателем.Однако эти устройства подвержены многим проблемам с управлением потоком. Хотя экспериментальная оценка этих устройств помогает лучше понять эти проблемы, невозможно решить проблему только путем экспериментов из-за ограничений по времени и стоимости. Из-за этого необходимы точные модели в сочетании с экспериментальной работой. В этой диссертации автор исследует всю выхлопную систему, включая реагирующие газодинамики и устройства доочистки, и разрабатывает для нее полную численную модель.Автор начинает с анализа современных одномерных газодинамических моделей, используемых для моделирования двигателей внутреннего сгорания. Оказывается, существуют более точные и быстрые численные методы, в частности разработанные в авиационной технике, и автор успешно применяет один из них для выхлопной системы. Затем автор проводит всесторонний поиск литературы, чтобы лучше понять устройства доочистки. Некоторые из этих устройств требуют вторичного впрыска топлива или восстановителя в потоке выхлопных газов.Соответственно, автор разрабатывает простую модель впрыска после цилиндра, которую можно легко настроить в соответствии с экспериментальными данными. Кроме того, автор создает общую модель катализатора, которую можно использовать для моделирования практически всех различных устройств доочистки. Обширная проверка этой модели экспериментальными данными представлена ​​вместе со всеми численными алгоритмами, необходимыми для воспроизведения модели.

Зеленая машина: переосмысление двигателей внутреннего сгорания

Зеленая машина — наша новая еженедельная рубрика о последних достижениях в области экологических технологий

земной шар 13 апреля 2010 г.

Хелен Найт

Преобразование

(Изображение: WestEnd61/Rex Features)

Он может показаться грязным и устаревшим по сравнению с батареями, которые питают электромобили, но двигатель внутреннего сгорания готов к модернизации, которая может вдвое сократить выбросы парниковых газов.

Современные двигатели довольно неэффективны, они преобразуют в движение только около четверти энергии, содержащейся в топливе; остальные три четверти теряются в виде тепла. Поэтому предпринимаются усилия по восстановлению части этой потерянной энергии в надежде на снижение расхода топлива и выбросов.

До 40% потенциальной мощности двигателя теряется в его выхлопе, говорит Гай Моррис, технический директор компании Controlled Power Technologies из Лейндона, Великобритания. Компания планирует восстановить часть этой энергии, установив турбину внутри выхлопной трубы: быстро движущиеся выхлопные газы, выходящие прямо из двигателя, приводят в движение турбину, вырабатывающую электроэнергию.

По словам Морриса, прототип устройства, установленный на большой семейный автомобиль, вырабатывает до 6 киловатт энергии в ходе испытаний на треке. Он утверждает, что это может быть возвращено в аккумулятор автомобиля для питания его бортовых электрических систем, что снизит расход топлива до 15 %.

Супер муха

В других местах дизайнеры стремятся уловить энергию, которую большинство автомобилей теряет при торможении. Использование этой кинетической энергии уменьшит нагрузку на двигатель.

Гибридные автомобили, которые имеют как электродвигатель, так и двигатель внутреннего сгорания, уже имеют рекуперативные тормоза, которые генерируют электричество при их применении.Но команда, возглавляемая автопроизводителем Jaguar, устраняет электрических посредников с помощью системы, которая просто сохраняет нежелательную кинетическую энергию на потом.

Они разрабатывают гибридный автомобиль, оснащенный системой рекуперации кинетической энергии, аналогичной той, что использовалась в прошлогоднем сезоне Формулы-1. Прототип автомобиля, который должен выйти на тестовую трассу в июне, имеет маховик, соединенный с шестернями. Когда водитель хочет снизить скорость, маховик можно использовать для рекуперации энергии вращения колес и сохранения ее в виде кинетической энергии.Когда требуется больше мощности, система работает в обратном направлении, получая энергию от маховика и возвращая ее на карданный вал через шестерни. Система автоматически реагирует на движения педалей газа и тормоза, таким образом сохраняя мощность без необходимости контроля со стороны водителя.

Как и версия для Формулы 1, этот механизм создан компанией Flybrid Systems, расположенной недалеко от гоночной трассы Гран-при Великобритании в Сильверстоуне.

Крис Брокбанк из компании Torotrak, партнера по проекту, из Лейланда, Великобритания, говорит, что более 70 % энергии, рекуперируемой системой, может быть преобразовано в движущую силу для движения автомобиля.Это делает его более чем в два раза более эффективным, чем обычные гибридные автомобили, которые могут восстановить только около 30 % энергии торможения, говорит он.

Команда утверждает, что система снизит расход топлива и выбросы парниковых газов более чем на 30 % по сравнению с обычными бензиновыми двигателями. Более того, в отличие от аккумуляторов, маховик не требует регулярной замены, говорит Брокбэнк.

Двигатель-оборотень

Но, возможно, наибольшую экономию эффективности можно было бы получить, изменив форму самого двигателя.Традиционная цилиндро-поршневая конструкция, используемая в двигателях, означает, что только сама головка поршня создает движущую силу, поскольку она толкается вверх и вниз за счет расширения горящей топливно-воздушной смеси. Остальные 75 % площади поверхности цилиндра — стенки камеры — поглощают энергию горящего топлива в виде тепла, уменьшая количество, доступное для создания движущей силы.

Это побудило IRIS Engines, базирующуюся в Вашингтоне, округ Колумбия, спроектировать камеру сгорания, называемую импульсной структурой с внутренним излучением (IRIS).Стены шестиугольной камеры должны были быть перекрывающимися панелями на петлях; по мере того как горящая смесь в камере расширялась, она выталкивала панели наружу, заставляя их вращаться на шарнирах и, таким образом, создавать движущую силу. Это означает, что большая часть поверхности двигателя будет использоваться для создания движения, говорит генеральный директор Iris Леви Тиллеманн-Дик.

Компьютерное моделирование конструкции IRIS, проведенное консультантами по автомобильным исследованиям и разработкам AVL из Граца, Австрия, предполагает, что он должен иметь топливную экономичность до 45 %, говорит он.«Наша цель — создать прототип и лицензировать двигатель, который позволит производителям транспортных средств удвоить эффективность своих автомобилей и, таким образом, вдвое сократить выбросы».

Дополнительные сведения по этим темам:

Заявка на патент США в отношении способа и устройства для работы двигателя внутреннего сгорания Заявка на патент (заявка № 20200011262, выданная 9 января 2020 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка является заявкой международной заявки №PCT/EP2017/073507, поданная 18 сентября 2017 г., в которой указаны Соединенные Штаты Америки, и испрашивается приоритет заявки DE № 10 2016 219 572.7, поданной 1018 октября 2016 г., содержание которой настоящим включено посредством ссылки в их целостность.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Различные варианты осуществления включают способ и/или устройства для работы двигателя внутреннего сгорания.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В автомобилях, имеющих так называемую систему впрыска Common Rail (также называемую аккумуляторной системой впрыска), множество, как правило, все форсунки соединены с общим распределителем топлива (Common Rail), который находится под высокое давление.Количество топлива, которое должно быть впрыснуто в цилиндры двигателя внутреннего сгорания в каждом случае в течение цикла цилиндра, также называемого рабочим циклом, обычно в первую очередь измеряется на основании того факта, что соответствующая форсунка приводится в действие с периодом включения, который выбирается короче или длиннее, чтобы впрыскивать топливо в соответствующий цилиндр. Инжектор в каждом случае открывается в течение периода приведения в действие.

Из-за производственных допусков и явлений старения в системе впрыска массы впрыска могут различаться между отдельными цилиндрами.Это может привести к разнице крутящего момента между цилиндрами, что может отрицательно сказаться на плавности хода или характеристике выбросов двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, в частности явления износа или отложения могут привести к ситуации, в которой фактический период открытия или фактическая степень открытия форсунки для данного давления топлива и данного периода срабатывания изменяются в течение срока службы форсунок.

РЕЗЮМЕ

Настоящее раскрытие описывает способы и соответствующие устройства для работы двигателя внутреннего сгорания, которые обеспечивают надежную работу двигателя внутреннего сгорания, имеющего по меньшей мере два цилиндра.Например, некоторые варианты осуществления включают способ работы двигателя внутреннего сгорания ( 106 ), имеющего по меньшей мере два цилиндра ( 102 , 103 , 104 , 105 ), для автомобиля, включающий: определение соответствующий выходной крутящий момент цилиндров ( 102 , 103 , 104 , 105 ), который возникает в каждом случае за счет впрыска топлива в соответствующий цилиндр ( 102 , , 1443 903 , 105 ), определение разницы выходных крутящих моментов, сравнение разности выходных крутящих моментов с заданным пороговым значением выходного крутящего момента и, если определенная разница превышает пороговое значение, изменение массы впрыска не менее чем одного из цилиндров ( 102 ) в зависимости от установленной разницы выходных крутящих моментов, определяя дальнейший выходной крутящий момент по крайней мере одного из цилиндров ( 102 903 44), что происходит из-за впрыска измененной массы впрыска, определяя, соответствует ли дополнительный выходной крутящий момент измененной массе впрыска, и, если дополнительный выходной крутящий момент находится за пределами заданного диапазона допуска для соответствующей массы впрыска, устанавливая впрыскиваемой массы до исходного значения и изменением времени впрыска хотя бы в одном из цилиндров ( 102 ).

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает: определение соответствующего ускорения коленчатого вала коленчатого вала ( 107 ) двигателя внутреннего сгорания ( 106 ), при этом ускорение коленчатого вала происходит в каждом случае за счет впрыска топлива в соответствующий цилиндр ( 102 , 103 , 104 , 105 ) и определение соответствующего выходного крутящего момента в зависимости от соответствующего ускорения коленчатого вала.

В некоторых вариантах осуществления ускорение коленчатого вала определяется с помощью датчика передающего колеса и передающего колеса, соединенного с коленчатым валом ( 107 ).

В некоторых вариантах ускорение коленчатого вала определяется в зависимости от плавности работы двигателя внутреннего сгорания ( 106 ).

В некоторых вариантах ускорение коленчатого вала определяется в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала ( 107 ).

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает повторение этапов способа до тех пор, пока определяемая дополнительно разность выходных крутящих моментов не станет меньше заданного порогового значения для выходного крутящего момента.

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает определение другого дефекта, если после заданного интервала времени дополнительно определяемая разница не меньше заданного порогового значения для выходного крутящего момента.

В качестве другого примера некоторые варианты осуществления включают устройство, которое предназначено для осуществления способа, описанного выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Дополнительные преимущества, особенности и усовершенствования можно получить из следующих примеров, поясняемых вместе с рисунками, на которых:

РИС.1 показывает схематическую иллюстрацию системы, имеющей двигатель внутреннего сгорания, включающую принципы настоящего раскрытия;

РИС. 2 показывает схематическую иллюстрацию блок-схемы способа, включающего принципы настоящего раскрытия;

РИС. 3 показывает схематическую иллюстрацию взаимосвязи между крутящим моментом и массой впрыска, включающую принципы настоящего раскрытия; и

РИС. 4 показывает схематическую иллюстрацию взаимосвязи между временем впрыска и крутящим моментом, включающую принципы настоящего раскрытия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В некоторых вариантах осуществления определяется соответствующий выходной крутящий момент цилиндров. Выход крутящего момента происходит за счет впрыска топлива в соответствующий цилиндр. Определяется разница выходных крутящих моментов. Определенная разница сравнивается с заданным пороговым значением выходного крутящего момента. Если определяемая разность превышает пороговое значение, масса впрыска хотя бы для одного из цилиндров изменяется в зависимости от определяемой разности выходных крутящих моментов.Определяют дополнительный выходной крутящий момент по меньшей мере одного цилиндра, возникающий из-за впрыска измененной впрыскиваемой массы. Затем определяется, соответствует ли дальнейший выходной крутящий момент изменению массы впрыска. Если дополнительный выходной крутящий момент выходит за пределы заданного диапазона допустимых значений для соответствующей массы впрыска, вводимая масса впрыска устанавливается на исходное значение и изменяется время впрыска, по меньшей мере, в одном из цилиндров.

Масса впрыска, то есть масса топлива, которое в каждом случае впрыскивается в цилиндр для создания крутящего момента на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания, обычно находится в линейной зависимости от крутящего момента, возникающего в результате инъекционная масса.Таким образом, количество впрыскиваемого топлива обычно определяет выходную мощность соответствующего цилиндра. Таким образом, впрыскиваемое количество обычно пропорционально крутящему моменту коленчатого вала. Способ в соответствии с заявкой позволяет сделать вывод о том, возникают ли разные выходные крутящие моменты цилиндров из-за разных масс впрыска или является ли причиной разного выходного крутящего момента время впрыска.

Если ожидаемая линейная зависимость между массой впрыска и крутящим моментом не устанавливается после изменения массы впрыска, изменение массы впрыска изменяется на противоположное.Если увеличение массы впрыска не сопровождается соответствующим увеличением крутящего момента, изменение массы впрыска происходит в обратном порядке. Если уменьшение массы впрыска не сопровождается соответствующим уменьшением крутящего момента, изменение массы впрыска происходит в обратном порядке. Время впрыска впрыска, также называемое фазовым положением впрыска, впоследствии адаптируется. Время впрыска в каждом случае относится к рабочему циклу соответствующих цилиндров, также называемому рабочим циклом. Например, период времени цикла цилиндра начинается в верхней мертвой точке перед впуском и заканчивается в верхней мертвой точке после выпуска продуктов сгорания.

В некоторых вариантах осуществления способы согласовывают выходной крутящий момент отдельных цилиндров двигателя внутреннего сгорания на основе адаптации времени впрыска. За счет дополнительной адаптации времени впрыска можно избежать некачественной подстройки выравнивания цилиндров. Можно установить, действительно ли отклонение выходного крутящего момента происходит из-за разных масс впрыска или из-за неправильного времени впрыска. Таким образом, неточные диагнозы ошибок также могут быть уменьшены.

В дизельных двигателях внутреннего сгорания топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух в цилиндре. Затем сгорание инициируется самовоспламенением в результате повышения температуры цилиндра из-за сжатия. Время между началом впрыска и началом сгорания называется задержкой воспламенения. Время задержки химического воспламенения сильно зависит от испарения смеси и, следовательно, от давления и температуры. Изменение скорости вращения, в свою очередь, зависит от давления в цилиндре и массовых сил.

Максимальная температура сжатия устанавливается незадолго до верхней мертвой точки. Если сгорание инициируется слишком рано из-за слишком раннего впрыска, давление сгорания резко возрастает и противодействует движению поршня в цилиндре. Количество тепла, выделяющегося при этом, снижает КПД двигателя. Следовательно, опережающее во времени начало сгорания вызывает повышение температуры в цилиндре.

Слишком поздний впрыск может при малой нагрузке привести к неполному сгоранию.Это означает, что значения содержания углеводородов и угарного газа в выбросах увеличиваются, поскольку температура в камере сгорания уже снова начинает падать. Температуру камеры сгорания можно определить, например, с помощью датчика температуры выхлопных газов.

В некоторых вариантах осуществления соответствующее ускорение коленчатого вала, например, определяется с помощью датчика передающего колеса и передающего колеса, которое соединено с коленчатым валом. Колесо передатчика представляет собой, например, зубчатое колесо, а датчик колеса передатчика представляет собой, например, датчик Холла.Таким образом, можно оценить время зубьев, чтобы определить ускорение коленчатого вала. В некоторых вариантах ускорение коленчатого вала определяется в зависимости от плавности работы двигателя внутреннего сгорания. В некоторых вариантах ускорение коленчатого вала определяется в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала.

В некоторых вариантах осуществления описанные этапы способа по крайней мере частично повторяются до тех пор, пока определяемая дополнительно разница выходных крутящих моментов не станет меньше предварительно определенного порогового значения для выходного крутящего момента.В некоторых вариантах осуществления другой дефект определяется, если после заданного интервала времени определяемая дополнительно разность не меньше заданного порогового значения для выходного крутящего момента. Если способ в соответствии с заявкой, даже после повторного выполнения после заданного интервала времени, не приводит к согласованию выходных крутящих моментов, в качестве причины отклонения крутящего момента присутствует другой дефект, этот дефект не возникает из-за впрыска массы или время впрыска.Другим дефектом является, например, дефект рециркуляции отработавших газов или дефект сжатия.

РИС. 1 показана система 100 , имеющая двигатель внутреннего сгорания 106 и распределитель топлива 101 (также называемый общей магистралью). Топливо из топливного бака (не показано) собирается под высоким давлением в распределителе топлива 101 и затем впрыскивается непосредственно в цилиндры 102 , 103 , 104 и 105 двигателя внутреннего сгорания 90 446 106 .Сгорание впрыскиваемого топлива приводит к выходу крутящего момента цилиндров 102 по 105 на коленчатый вал 107 двигателя внутреннего сгорания 106 . В показанном варианте двигатель внутреннего сгорания 106 имеет четыре цилиндра 102 — 105 . В некоторых вариантах осуществления двигатель внутреннего сгорания имеет более четырех или менее четырех цилиндров. Цилиндры с 102 по 105 также можно назвать камерами сгорания двигателя внутреннего сгорания 106 .

Из-за производственных допусков в системе 100 и из-за явления старения масса фактически впрыскиваемого топлива может различаться между отдельными цилиндрами 102 по 105 . Например, количество топлива, которое фактически впрыскивается на одну форсунку при неизменном периоде срабатывания, изменяется. Эти различия между массами впрыска соответствующих цилиндров с 102 по 105 приводят к различному выходному крутящему моменту цилиндров 102 по 105 по отношению к коленчатому валу 107 .Эти различия в крутящем моменте могут отрицательно сказаться на плавности хода или характеристиках выбросов двигателя внутреннего сгорания.

Устройство 110 , которое, например, является частью контроллера двигателя, сконфигурировано для выполнения способа, поясняемого ниже в связи с фиг. 2, чтобы скорректировать различные выходные крутящие моменты, в результате чего соответствующие выходные крутящие моменты цилиндров 102 по 105 находятся в пределах заданного диапазона допуска.

Способ по фиг. 2 запускается на этапе 201 . Затем, на этапе 202 , выходной крутящий момент цилиндра 102 сравнивается с выходным крутящим моментом цилиндра 103 и с выходным крутящим моментом цилиндра 104 и с выходным крутящим моментом цилиндра 105 . Для этого, например, сравнивается ускорение коленчатого вала за цикл цилиндров 102 и 105 .В некоторых вариантах осуществления определяют разность ускорений коленчатого вала, чтобы сделать вывод об изменениях ускорения коленчатого вала. В некоторых вариантах осуществления для сравнения используются другие комбинации цилиндров с 102 по 105 .

Затем на этапе 203 определяется, превышает ли отклонение соответствующих выходных крутящих моментов цилиндров с 102 по 105 заданное пороговое значение.Например, выполняется сравнение того, превышает ли разница между выходными значениями крутящего момента заданное пороговое значение. Если разница меньше заданного порогового значения, делается вывод о нормально работающей системе, и способ по меньшей мере временно завершается на этапе , 207, без корректировки впрыска.

Если на шаге 203 определено, что отклонение выходного крутящего момента превышает заданное пороговое значение, масса впрыска по крайней мере в одном из цилиндров 102 — 105 впоследствии адаптируется на шаге 204 .Например, масса впрыска, которая впрыскивается в цилиндр 102 за цикл цилиндра, изменяется. Изменение зависит от определенной разницы между выходными крутящими моментами.

Как видно, в частности, из фиг. 3, масса впрыска и возникающий в результате крутящий момент линейно связаны друг с другом. Масса впрыска отложена по оси X, а крутящий момент — по оси Y. Если крутящий момент цилиндра 102 предполагается уменьшить на значение Y 1 , масса впрыска для цилиндра 102 соответственно уменьшается на значение X 1 .Если крутящий момент цилиндра 102 предполагается увеличить, соответственно увеличивается масса впрыска для цилиндра 102 .

Однако, если время впрыска указано неправильно, изменение массы впрыска может не привести к соответствующему изменению крутящего момента. Например, увеличение массы впрыска не приводит к увеличению возникающего в результате этого крутящего момента. Время впрыска — это, в частности, время, в течение которого происходит впрыск впрыскиваемой массы топлива, относящийся к крутящему моменту, за цикл цилиндра.Время впрыска также можно назвать положением впрыска и/или фазой впрыска.

Как видно, в частности, из фиг. 4, на которой время впрыска отложено по оси X, а крутящий момент отложен по оси Y, выходной крутящий момент уменьшается, если время впрыска отклоняется от оптимального времени впрыска T 1 . Коррекция времени впрыска происходит, например, итеративно с учетом температуры отработавших газов. Если, например, изменение времени впрыска в опережающем направлении приводит не к желаемому изменению выходного крутящего момента при новой адаптации массы впрыска, а к повышению температуры отработавших газов, то можно сделать вывод, что время впрыска до того, как регулировка была слишком продвинутой.Все дальнейшие шаги итерации должны происходить в запаздывающем направлении.

Чтобы учесть влияние времени впрыска на согласование выходных крутящих моментов, на этапе 205 определяется, является ли ожидаемое изменение крутящего момента результатом изменения массы впрыска на этапе 204 . Изменение крутящего момента проверяется на правдоподобие с изменением массы впрыска. Если выходной крутящий момент цилиндра , 102, соответствует изменению массы впрыска, то есть если, например, условие, как показано на фиг.3, способ снова запускается с этапа 202 и повторяется до тех пор, пока разность выходных крутящих моментов цилиндров 102 по 105 не станет ниже заданного порогового значения.

Если на этапе 205 определено, что изменение массы впрыска не приводит к ожидаемому изменению крутящего момента, изменение массы впрыска с этапа 205 отменяется на этапе 206 . Инжектируемая масса устанавливается равной исходному значению, которое было до шага 204 .

На этапе 206 время впрыска в цилиндр 102 затем изменяется. Например, время впрыска увеличено. В некоторых вариантах осуществления время инъекции увеличено. Процесс управления повторяется до тех пор, пока на всех цилиндрах с 102 по 105 не будет отображаться одинаковый крутящий момент из-за адаптации массы впрыска и времени впрыска. В частности, этапы способа с 202 по 206 повторяются до тех пор, пока на этапе 203 не будет определено, что разница меньше предварительно определенного порогового значения.

Если по истечении заданного периода времени не происходит сходимости метода, то есть если в течение заданного периода времени не установлено, что разница меньше заданного порогового значения, можно сделать вывод о другом дефекте в системе . В этом случае разные значения крутящего момента не связаны с разной массой впрыска или неправильным временем впрыска. Таким дефектом может быть, например, неточность рециркуляции отработавших газов или компрессии.

В некоторых вариантах осуществления не только масса впрыска адаптирована для согласования с выходным крутящим моментом цилиндров с 102 по 105 , но, кроме того, при необходимости также адаптировано время впрыска.Таким образом, можно избежать некачественной подстройки выравнивания цилиндра. В частности, для метода не требуются дополнительные входные переменные. Возможна надежная проверка правдоподобия, например, без информации о давлении в баллоне. Поскольку, например, значения коррекции впрыска также могут использоваться устройством 110 для оценки впрыска, можно избежать ошибочных диагнозов. Таким образом, возможна надежная балансировка цилиндров в двигателях внутреннего сгорания с непосредственным впрыском.Это обеспечивает надежную работу двигателя внутреннего сгорания 106 .

Знаки знаки

100 System

101 101 102 , 103 , 104 , 105 цилиндры

106 Двигатель внутреннего сгорания

107 Коленчатый вал

110 Устройство

201 — 207 Шаги метода

T 1 Время впрыска

.

No related posts.