Общее устройство двигателя внутреннего сгорания: Устройство и теория двигателей внутреннего сгорания авто (подробно)

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.

§ 46. Двигатели внутреннего сгорания. Общее устройство судов

§ 46. Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются поршневыми тепловыми двигателями, в которых топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Образующаяся при сгорании смесь газов, расширяясь, перемещает поршень, совершающий механическую работу – вращение вала.

В качестве судовых ДВС в большинстве случаев применяются только дизели. Дизелями называются такие ДВС, в которых топливо, вводимое в цилиндр, в конце сжатия в нем поршнем свежего воздуха самовоспламеняется под действием температуры, поднявшейся вследствие образовавшегося в цилиндре высокого давления.

Двигатели, работающие на бензине с внешним смесеобразованием (карбюраторные двигатели) и с искусственным зажиганием топлива от электрической искры, устанавливают преимущественно на легких судах и быстроходных катерах.

Двигатели, в которых свежий воздух поступает в цилиндры под давлением выше атмосферного, называются двигателями с наддувом . Большинство ДВС средней и большой мощности бывают двигателями с наддувом.

Как известно, двигатели делятся на четырёхтактные , в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, и двухтактные , в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.

В соответствии с количеством оборотов коленчатого вала различают двигатели тихоходные и быстроходные . Дизели, совершающие 100-200 об/мин, называются малооборотными.

Двигатели внутреннего сгорания разделяются на реверсивные – те, которые могут менять направление вращения, и на нереверсивные . Судовые двигатели в большинстве случаев являются реверсивными. Нереверсивные двигатели устанавливают для привода электрических генераторов.

Рис. 73. Схема устройства для работы дизеля подводной лодки на перископной глубине. 1 – воздушная шахта; 2 – обтекатель; 3 – головка с клапаном; 4 – шаровой поплавок, управляющий клапаном; 5 – козырек выхлопной шахты; 6 – выхлопная шахта; 7 – клапан; 8 – рычаг.

При работе нереверсивных двигателей на винт их снабжают реверсивными муфтами или реверс-редукторами, обеспечивающими изменение вращения винта без остановки двигателя или перемены направления вращения коленчатого вала. Нереверсивные двигатели могут быть применены при использовании винтов регулируемого шага (ВРШ).

Обычно судовые дизели средней и большой мощности делаются реверсивными с особым устройством, обеспечивающим перемену направления вращения коленчатого вала.

В качестве топлива для судовых дизелей используют тяжелые сорта жидкого топлива – дизельное и моторное.

Эффективный к. п. д. современных малооборотных дизелей достигает 42%, быстроходных- 37%. Наибольший эффективный к. п. д. и наименьший удельный расход топлива-у двигателей большой мощности. В опытных образцах двигателей с высоким наддувом эффективный к. п. д. достигает 45%.

Пуск в ход дизелей осуществляется сжатым воздухом, подаваемым из специальных пусковых баллонов под давлением 25- 30 атм, содержащих запас воздуха не менее чем на 6 пусков. На судах применяют как четырехтактные, так и двухтактные двигатели. Наибольшая мощность четырехтактных двигателей обычно не превышает 1500 э. л. с, поэтому в большинстве случаев на судах они применяются как вспомогательные и лишь в установках малой мощности – в качестве главных двигателей. В качестве же главных двигателей средней и большой мощности применяют двухтактные двигатели. На современных морских теплоходах ставят мощные малооборотные двигатели с непосредственной перодачей вращения на гребной вал.

«Единый двигатель» представляет собой энергетическую установку, обеспечивающую работу обычного дизеля подводной лодки в подводном положении по замкнутому циклу.

Эта установка работает на окислителе, которым служит газообразный или жидкий кислород, содержащейся в баллонах. Выхлопные газы дизеля, очищенные и обогащенные кислородом, снова подаются во всасывающий коллектор, а избыточное количество газов отводится за борт.

На опытной немецкой подводной лодке среднего водоизмещения, построенной в период второй мировой войны, была предусмотрена установка, работающая по замкнутому циклу, мощностью всего лишь 1500 л. с. Суммарный удельный расход топлива и кислорода при работе этой установки был очень велик. Поэтому основными недостатками подводных лодок с-«единым двигателем» является малая дальность плавания, зависящая от запасов кислорода, а также повышенная взрыво- и пожароопасность в помещениях лодки.

Работа дизеля под водой (РДП) обеспечивается устройством, выдвигающимся на поверхность воды при плавании подводной лодки на перископной глубине и подающим наружный воздух. Впервые это устройство было применено в 1944 г. на немецких подводных лодках и получило название «шноркеля».

Принципиальная схема такого устройства показана на рис. 73.

Как работает двигатель? Устройство двигателя внутреннего сгорания

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора.

В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Содержание статьи:

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях.

В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу.

Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
• карбюраторные
  , в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
• инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
• дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
• Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался.

В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

• блок цилиндров , внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
• кривошипно-шатунный механизм , который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
• газораспределительный механизм , который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
• система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси ;
• система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания.

При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности.

По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных.

При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

• Такт первый, впуск . Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
• Такт второй, сжатие . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
• Такт третий, расширение . Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
• Такт четвёртый, выпуск . Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры , воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

• Источник питания . Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
• Включатель, или замок зажигания . Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
• Накопитель энергии . Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
• Распределитель зажигания (трамблёр) . Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

• Воздухозаборник . Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
• Воздушный фильтр . Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
• Дроссельная заслонка . Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
• Впускной коллектор . Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

— Топливная система

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

• Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
• Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
• Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
• Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
• Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
• Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла ; удаление продуктов нагара и износа ; защита металла от коррозии . Система смазки ДВС включает в себя:

• Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
• Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
• Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
• Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

• Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
• Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
• Резонатор , или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
• Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
• Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

• Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
• Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
• Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
• Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

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

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

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

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

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

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

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

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

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

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.

Достаточно простые, несмотря на множество деталей, из которых он состоит. Рассмотрим это более подробно.

Общее устройство ДВС

Каждый из моторов имеет цилиндр и поршень. В первом происходит превращение тепловой энергии в механическую, которая способна вызвать движение автомобиля. Всего лишь за одну минуту этот процесс повторяется несколько сот раз, благодаря чему коленчатый вал, который выходит из мотора, вращается непрерывно.

Двигатель машины состоит из нескольких комплексов систем и механизмов, преобразующих энергию в механическую работу.

Ее базой являются:

газораспределительный;

кривошипно-шатунный механизм.

Помимо этого, в нем работают следующие системы:

• зажигания;

• охлаждения;

Кривошипно-шатунный механизм

Благодаря ему возвратно-поступательное движение коленвала превращается во вращательное. Последнее передается всем системам легче, чем циклическое, тем более что конечным звеном передачи являются колеса. А они работают посредством вращения.

Если бы автомобиль не был колесным транспортным средством, то этот механизм для передвижения, возможно, не был бы необходимым. Однако в случае с машиной кривошипно-шатунная работа полностью оправдана.

Газораспределительный механизм

Благодаря ГРМ рабочая смесь или воздух поступает в цилиндры (в зависимости от особенностей образования смеси в моторе), затем удаляются отработавшие уже газы и продукты сгорания.

При этом обмен газов происходит в назначенное время в определенном количестве, организуясь с тактами и гарантируя качественную рабочую смесь, а также получение наибольшего эффекта от выделяемой теплоты.

Система питания

Смесь воздуха с топливом сгорает в цилиндрах. Рассматриваемая система регулирует их подачу в строгом количестве и пропорции. Бывает внешнее и внутреннее смесеобразование. В первом случае воздух и топливо перемешиваются вне цилиндра, а в другом — внутри него.

Систему питания с внешним образованием смеси имеет специальное устройство под названием карбюратор. В нем топливо распыляется в воздушной среде, а затем поступает в цилиндры.

Автомобиля с системой внутреннего смесеобразования называется инжекторным и дизельным. В них происходит заполнение цилиндров воздухом, куда впрыскивается топливо посредством специальных механизмов.

Система зажигания

Здесь происходит принудительное воспламенение рабочей смеси в моторе. Дизельным агрегатам это не нужно, так как у них процесс осуществляется через высокую воздуха, который становится фактически раскаленным.

В основном в двигателях применяется искровый электрический разряд. Однако, помимо этого, могут использоваться запальные трубки, которые воспламеняют рабочую смесь горящим веществом.

Она может поджигаться и другими способами. Но самым практичным на сегодняшний день продолжает оставаться электроискровая система.

Пуск

Данной системой достигается вращение коленвала мотора при запуске. Это необходимо для начала функционирования отдельных механизмов и самого двигателя в целом.

Для запуска в основном используется стартер. Благодаря ему, процесс осуществляется легко, надежно и быстро. Но возможен и вариант пневматического агрегата, который работает на запасе в ресиверах либо обеспеченного компрессором с электрическим приводом.

Самой простой системой является заводная рукоятка, через которую в моторе проворачивается коленвал и начинается работа всех механизмов и систем. Еще недавно все водители возили ее с собой. Однако ни о каком удобстве в этом случае речи быть не могло. Поэтому сегодня все обходятся без нее.

Охлаждение

В задачу этой системы входит поддержание определенной температуры работающего агрегата. Дело в том, что сгорание в цилиндрах смеси происходит с выделением теплоты. Узлы и детали мотора нагреваются, и им необходимо постоянно охлаждаться, чтобы работать в штатном режиме.

Наиболее распространенными являются жидкостная и воздушная системы.

Для того чтобы двигатель охлаждался постоянно, необходим теплообменник. В моторах с жидкостным вариантом его роль исполняет радиатор, который состоит из множества трубок для ее перемещения и отдачи тепла стенкам. Отвод еще больше увеличивается через вентилятор, который установлен рядом с радиатором.

В приборах с воздушным охлаждением используется оребрение поверхностей самых нагретых элементов, из-за чего площадь теплообмена существенно возрастает.

Эта система охлаждения является низкоэффективной, а поэтому на современных автомобилях она устанавливается редко. В основном ее используют на мотоциклах и на небольших ДВС, для которых не нужна тяжелая работа.

Система смазки

Смазывание деталей необходимо для сокращения потерь механической энергии, которая происходит в кривошипно-шатунном механизме и ГРМ. Помимо этого, процесс способствует уменьшению износа деталей и некоторому охлаждению.

Смазка в двигателях автомобилей в основном используется под давлением, когда масло подается через трубопроводы посредством насоса.

Некоторые элементы смазываются путем разбрызгивания или окунания в масло.

Двухтактные и четырехтактные моторы

Устройство двигателя автомобиля первого вида в настоящее время применяется в довольно узком диапазоне: на мопедах, недорогих мотоциклах, лодках и бензокосилках. Его недостатком является потеря рабочей смеси во время удаления выхлопных газов. Кроме этого, принудительная продувка и завышенные требования к термической устойчивости выхлопного клапана служат причиной роста цены мотора.

В четырехтактном двигателе указанных недостатков нет благодаря наличию газораспределительного механизма. Однако и в этой системе имеются свои проблемы. Наилучший режим работы мотора будет достигнут в очень узком диапазоне оборотов коленчатого вала.

Развитие технологий и появление электронных БУ позволило решить эту задачу. Во внутреннее устройство двигателя теперь входит электромагнитное управление, при помощи которого выбирается оптимальный режим газораспределения.

Принцип работы

ДВС работает следующим образом. После того как рабочая смесь попадает в камеру сгорания, она сжимается и воспламеняется от искры. При сжигании в цилиндре образуется сверхсильное давление, которое приводит в движение поршень. Он начинает продвигаться к нижней мертвой точке, что является третьим тактом (после впуска и сжатия), называющимся рабочим ходом. В это время благодаря поршню начинает вращаться коленвал. Поршень, в свою очередь, перемещаясь к верхней мертвой точке, выталкивает отработанные газы, что является четвертым тактом работы двигателя — выпуском.

Вся четырехтактная работа происходит довольно просто. Чтобы легче было понять как общее устройство двигателя автомобиля, так и его работу, удобно посмотреть видео, наглядно демонстрирующее функционирование мотора ДВС.

Тюнинг

Многие автовладельцы, привыкнув к своей машине, хотят получить от нее больше возможностей, чем она способна дать. Поэтому нередко для этого делают тюнинг двигателя, увеличивая его мощность. Это можно реализовать несколькими способами.

Например, известен чип-тюнинг, когда путем компьютерного перепрограммирования мотор настраивают на более динамичную работу. У этого способа есть как сторонники, так и противники.

Более традиционным методом является тюнинг двигателя, при котором осуществляются некоторые его переделки. Для этого производится замена с подходящими под него поршнями и шатунами; устанавливается турбина; проводятся сложные манипуляции с аэродинамикой и так далее.

Устройство двигателя автомобиля не такое уж сложное. Однако в связи с огромным количеством элементов, в него входящих, и необходимости согласования их между собой, для того чтобы любые переделки возымели желаемый результат, требуется высокий профессионализм того, кто их будет осуществлять. Поэтому, прежде чем решаться на это, стоит потратить усилия для поиска настоящего мастера своего дела.

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.

Двигатель внутреннего сгорания устройство составные компоненты

Как известно, движущей силой большинства автомобилей является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Устройство его достаточно сложно даже для профессионала, не говоря уже о новичках. Но, покупая машину, всегда приходится обращать внимание на характеристики двигателя. Зачастую люди попросту теряются, не зная, какой автомобиль или какую его версию выбрать. Данная статья поможет вам освоиться в такой сложной технической сфере, как двигатели внутреннего сгорания.

Прежде всего, поговорим о технических характеристиках двигателей.

Основными внешними характеристиками являются:

Количество цилиндров

В современных автомобилях варьируется от 2 до 16. Этот показатель является достаточно серьезным. Так, два двигателя с одинаковым объемом и мощностью, могут сильно различаться по другим параметрам.

Расположение цилиндров

Различают два типа расположения: рядное, когда все цилиндры расположены последовательно друг за другом, и V-образное, когда на одном коленвале цилиндры расположены с обоих сторон. В этом случае большую роль играет угол развала цилиндров.

Так, большой угол развала понижает центр тяжести, облегчает охлаждение и маслоподачу, но в то же время снижает динамические характеристики и увеличивает инерционность, малый угол позволяет достичь уменьшения веса и инерционности, но способствует более быстрому перегреву.

Радикальной разновидностью такого двигателя является оппозитный двигатель с углом развала в 180°. В этом случае все его преимущества и недостатки выражаются в своем максимальном проявлении. Еще одна разновидность V-образного двигателя – W-образный. Он представляет из себя два V-образных двигателя, синхронизированных и включенных в общую систему привода. V-образные двигатели также называют двурядными, а W-образные – четырехрядными.

Существует также уникальный тип двигателя – рядно-V-образный, являющийся синтезом этих двух разновидностей. В этом случае цилиндры расположены последовательно, но с отклонением по обе стороны, что способствует лучшему охлаждению.

В целом же можно заметить, что различие между двумя основными типами двигателей заключается в их массе и габаритах. Но наиболее важным является то, что наименьший уровень шума и вибраций достигается только тогда, когда в нем в одном ряду расположено четное количество цилиндров.

Объем камер сгорания

Зачастую в литературе встречается выражение «объем двигателя», аналогичное данному. Объем напрямую влияет абсолютно на все остальные характеристики ДВС. Следует заметить, что в большинстве случаев увеличение объема ведет к увеличению как расхода топлива, так и мощностных характеристик. Уменьшение же объема – наоборот.

Материал двигателя

Современные двигатели в основном изготовлены из трех типов материалов – чугун или другие ферросплавы дает наибольшую прочность, но является наиболее тяжелым. Алюминий и его сплавы – малый вес и средняя прочность. Магниевые сплавы – наименьший вес и высокая прочность, однако цена просто огромна.

Однако, эти характеристики, по сути, отражают лишь ресурсные и шумовибрационные качества двигателей.

Для владельцев авто обычно более важными являются выходные характеристики:

Мощность

Максимальный уровень отдачи. Измеряется в лошадиных силах (л. с.) или киловаттах (кВт). Определяет скорость автомобиля и время его разгона до определенной скорости.

Крутящий момент

Максимальное тяговое усилие, создаваемое двигателем. Измеряется в Ньютон-метрах (Н·м). Косвенно влияет на скорость и разгон и прямо – на эластичность двигателя – способность ускоряться на низких оборотах.

Максимально допустимое число оборотов коленвала в минуту (об/мин)

Показывает, сколько оборотов коленвала в минуту сможет выдержать двигатель без потери в ресурсной прочности. Обычно большое число оборотов указывает на более резкий и динамичный характер авто.

Эти характеристики имеют наибольшее значение при покупке автомобиля.

Но, кроме того, не менее важны расходные характеристики:

Расход топлива

В большинстве стран измеряется в литрах на 100 километров. Обычно разделяется на расход в городском, загородном и смешанном циклах.

Тип топлива

Марка потребляемого бензина или дизельного топлива (ДТ). В современных автомобилях возможно использование любых марок топлива, но при снижении октанового числа падают как ресурсная прочность, так и мощность, а при повышении сверх нормы – повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер.

Расход масла

Как и для топлива, измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель для исправной машины – 1л/1000км.

Марка потребляемого масла

Обычно используется цифровое обозначение вида ххWхх. Первое число – густота масла, второе – его вязкость. Например – 0W40 и 5W40 – синтетические масла, 10W40 – полусинтетическое масло, 15W40 и 20W40 – минеральные масла. Второе число также может изменяться. Более густые и вязкие масла улучшают прочность и надежность двигателя, менее густые – улучшают динамические выходные характеристики.

Внимание! Масла с обозначением типа 70W90 или 95W100 являются трансмиссионными и ни в коем случае не подлежат использованию в двигателе. Использование таких масел гарантированно приведет к неисправности двигателя!

Ресурсная прочность – как часто двигатель нуждается в техническом обслуживании

Обычно изменяется в пределах 5000—30000 километров пробега. Также к ресурсной прочности относится предельный пробег двигателя, который примерно позволяет определить срок его службы и гарантийный пробег, после которого прекращаются гарантийные обязательства.

Вот, пожалуй и все характеристики, которые интересуют среднестатистического владельца.

Однако, для двигателя также выделяется широкий ряд сложных технических спецификаций:

Тип топливной системы

Существуют две основные разновидности – бензиновые и дизельные двигатели. Бензиновые двигатели обычно имеют большую мощность, в то время как дизельные отличаются более низким расходом и большим крутящим моментом.

Тип бензиновой системы впуска

Современные автомобили оснащаются исключительно электронной системой впрыска (инжекции) топлива. Такая система позволяет добиться большего коэффициента полезного действия (КПД). Однако ранее автомобили в большинстве оснащались карбюраторной системой впуска топлива. В отличии от инжектора, карбюратор не распыляет топливо в камере сгорания, а вбрасывает в нее струю, что негативно влияет на КПД, расход топлива и удобство управления.

Обычно карбюратор устанавливается на двигатель в одном экземпляре, многокарбюраторные двигатели – прерогатива тюнинговых и спортивных моделей.

Тип бензиновой системы впрыска

Если говорить о впрыске бензина, то тут выделяют две большие группы двигателей – с одноточечным и многоточечным впрыском. В современных двигателях одноточечная система практически не используется, так как падение мощности намного больше, чем снижение расхода топлива.

Многоточечный впрыск, в свою очередь, также делится на распределенный впрыск и прямой впрыск. При распределенном впрыске в камере сгорания создается равномерная смесь. Эта система обеспечивает стабильность работы в любых режимах и неприхотливость. Прямой, или непосредственный впрыск, как это ни парадоксально, повышает одновременно мощность и ресурсную прочность, а также снижает расход топлива. Но недостатки этой системы – большая стоимость, требовательность к качеству топлива и нестабильная работа на малых оборотах и при холодном старте.

Обе системы имеют достоинства и недостатки, поэтому одно из последних новшеств – комбинированный или двойной впрыск. Устройство этой системы просто – в двигателе применены обе эти системы раздельно и при изменении режимов работы электроника переключается между ними.

Тип дизельной системы впрыска

Несмотря на простоту дизельного двигателя, система его впрыска сложнее, чем у бензинового. В общем, применяются те же системы впрыска, но они построены по другому принципу.

Существуют следующие разновидности этих систем: система с топливным насосом высокого давления (ТНВД), насос-форсунками, общей топливной рампой Common Rail и аккумуляторной рампой Common Rail.

ТНВД – наиболее примитивная система дизельного впрыска. Она обеспечивает достаточно скромные характеристики, поэтому сама по себе эта система почти не используется.

Система с насос-форсунками – также малоиспользуемый вариант. В этом случае каждая форсунка впрыска является еще и насосом, подающим топливо в камеру сгорания. Характеристики в этом случае получше, но стабильной работы двигателя все равно добиться сложно.

Общая топливная рампа высокого давления Common Rail является синтезом этих двух систем. В ней используется ТНВД, подающий топливо в рампу, где оно сжимается и под высоким давлением впрыскивается в камеру сгорания. Данная система является лучшей на сегодняшний день, так как она обеспечивает высокие мощностные характеристики и низкий расход топлива.

Аккумуляторно-возвратная рампа Common Rail второго поколения является продолжением данной идеи. В ней сжатие в рампе происходит за счет накопления топлива, а излишки возвращаются обратно в ТНВД, что уменьшает насосные потери мощности и расход топлива.

Тип форсунок впрыска – механические или пьезотронные

Различий в характеристиках двигателя они не создают, но пьезотронные форсунки создают более плавный рабочий цикл и, кроме того, их легче настраивать.

Количество клапанов на впуске/выпуске
Варьируется от 2 до 5 на цилиндр. Большее число клапанов обеспечивает более плавную работу и большую мощность, при этом незначительно увеличивая расход топлива.

Наличие компрессора

По этому параметру двигатели делятся на атмосферные, компрессорные и турбонаддувные.

Атмосферные двигатели – не имеющие компрессора. Все компрессоры работают по одному и тому же принципу – сжатия впускной смеси.

Различие между механическими компрессорами и турбонаддувом заключается в типе их привода. Если механический компрессор приводится непосредственно от коленвала двигателя, что создает определенные потери в мощности и увеличивает расход топлива, то турбонаддув включает в себя крыльчатку турбины, которая раскручивается от давления выхлопных газов. Такая схема надежнее и не дает потерь, но обеспечивает меньший прирост крутящего момента, особенно на малых оборотах.

Встречаются отдельные двигатели, на которых установлены несколько компрессоров – либо последовательно, что улучшает стабильность работы, либо параллельно, что повышает характеристики в пиковых режимах работы.

Система газораспределения

Состоит из механизма газораспределения, распределительных валов и привода. Количество распределительных валов может изменяться, но наиболее распространенная схема – по 1 распредвалу на каждые 8 клапанов.

Привод газораспределительного механизма (ГРМ) бывает двух типов – цепь и ремень. Ремень более прост, однако требует регулярной замены. Цепь же по определению более надежна, но более шумна (издает характерный металлический лязг) и дорога.

Механизм газораспределения

Кроме простейшего статического механизма выделяют динамические – с изменяемой высотой подъема клапанов или изменяемыми фазами газораспределения.

Первая система позволяет переключаться между двумя режимами движения – например, между экономичным и скоростным. Система изменения фаз газораспределения обеспечивает более ровную работу во всем диапазоне рабочих оборотов коленвала двигателя.

Существует также большое множество других особенностей и спецификаций двигателей, но они оказывают меньшее влияние на их характеристики.

Надеемся, что данная статья поможет вам лучше ориентироваться в сложном мире техники….

Сколько типов двигателей существует в автомобиле

В этой статье мы узнаем о различных типах двигателей. Классификация двигателей зависит от типа используемого топлива, рабочего цикла, числа тактов, типа зажигания, количества цилиндров, расположения цилиндров, расположения клапанов, типов охлаждения и т. Д. Эти двигатели используются в различных областях, таких как в автомобильной, авиационной, морской промышленности и т. д. в зависимости от пригодности они используются в различных областях.Итак, давайте поговорим о различных типах двигателей один за другим.

Типы двигателей

В основном двигатели бывают двух типов, и это двигатели внешнего сгорания и двигатели внутреннего сгорания.

(i). Двигатель внешнего сгорания: В двигателе внешнего сгорания сгорание топлива происходит вне двигателя. Пример: паровой двигатель.

(ii). Двигатель внутреннего сгорания: В двигателе внутреннего сгорания сгорание топлива происходит внутри двигателя.Двухтактные и четырехтактные бензиновые и дизельные двигатели являются примерами двигателей внутреннего сгорания.

Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания (I.C.), и их классификация зависит от различных оснований.

I.C. Двигатели классифицируются по следующему принципу:

1. Типы конструкции

(i). Поршневой двигатель: В поршневом двигателе есть поршень и цилиндр, поршень совершает возвратно-поступательное движение (в направлении и назад) внутри цилиндра.Из-за возвратно-поступательного движения поршня его называют поршневым двигателем. Двухтактные и четырехтактные двигатели являются типичными примерами поршневых двигателей.

(ii). Роторный двигатель: В роторном двигателе ротор совершает вращательное движение для выработки энергии. Возвратно-поступательного движения нет. В камере находится ротор, который совершает вращательное движение внутри камеры. Роторный двигатель Ванкеля, газотурбинные двигатели относятся к роторным типам двигателей.

2. Типы используемого топлива

По типам используемого топлива двигатель классифицируется как бензиновый, дизельный и газовый.

(i). Бензиновый двигатель: Двигатель, работающий на бензине, называется бензиновым двигателем.

(ii). Дизельный двигатель: Двигатель, работающий на дизельном топливе, называется дизельным двигателем.

(iii). Газовый двигатель: Двигатель, работающий на газовом топливе, называется газовым двигателем.

3. Цикл работы

На основе рабочего цикла типы двигателей:

(i). Двигатель цикла Отто: Эти типы двигателей работают по циклу Отто.

(ii). Дизельный двигатель: Двигатель, работающий по дизельному циклу, называется двигателем с дизельным циклом.

(iii). Двухтактный двигатель или двигатель с полудизельным циклом: Двигатель, работающий как на дизельном, так и на цикле Отто, называется двухтактным двигателем или двигателем с полудизельным циклом.

4. Число ходов

Типы двигателей на основе числа ходов:

(i). Четырехтактный двигатель: Это двигатель, в котором поршень перемещается четыре раза i.е. 2 движения вверх (от НМТ к ВМТ) и 2 движения вниз (от ВМТ к НМТ) за один цикл рабочего такта называются четырехтактными двигателями.

Четырехтактный двигатель

(ii). Двухтактный двигатель: Двигатель, в котором поршень совершает двукратное движение, т. Е. Одно из ВМТ в НМТ, а другое из НМТ в ВМТ для получения рабочего хода, называется двухтактным двигателем.

Двухтактный двигатель

(iii).Двигатель с воспламенением от горячей точки: Этот тип двигателя не используется на практике.

5. Тип зажигания

По типу зажигания двигатели классифицируются как:


(i). Двигатель с искровым зажиганием (двигатель S.I.): В двигателе с искровым зажиганием на головке двигателя установлена ​​свеча зажигания. Свеча зажигания производит искру после сжатия топлива и воспламеняет топливовоздушную смесь для сгорания. Бензиновые двигатели представляют собой двигатель с искровым зажиганием.

(ii). Двигатель с воспламенением от сжатия (двигатель C.I.): В двигателе с воспламенением от сжатия на головке блока цилиндров нет свечи зажигания. Топливо воспламеняется от тепла сжатого воздуха. Дизельные двигатели представляют собой двигатель с воспламенением от сжатия.

Также читайте:

6. Количество цилиндров

На основании количества цилиндров, имеющихся в двигателе, типы двигателей следующие:

(i). Одноцилиндровый двигатель: Одноцилиндровый двигатель называется одноцилиндровым двигателем.Обычно одноцилиндровые двигатели используются в мотоциклах, скутерах и т. Д.

(ii). Двухцилиндровый двигатель: Двухцилиндровый двигатель называется двухцилиндровым двигателем.

(iii). Многоцилиндровый двигатель: Двигатель, состоящий более чем из двух цилиндров, называется многоцилиндровым двигателем. Многоцилиндровый двигатель может иметь три, четыре, шесть, восемь, двенадцать и шестнадцать цилиндров.

7. Расположение цилиндров

По расположению цилиндров классификация двигателей:

(i).Вертикальный двигатель: в вертикальных двигателях цилиндры расположены в вертикальном положении, как показано на схеме.

(ii). Горизонтальный двигатель: В горизонтальных двигателях цилиндры расположены горизонтально, как показано на схеме, приведенной ниже.

(iii). Радиальный двигатель: Радиальный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания возвратно-поступательного типа, в котором цилиндры выходят наружу из центрального картера, как спицы колеса. Если смотреть спереди, он напоминает стилизованную звезду и называется «звездообразным» двигателем.До того, как газотурбинный двигатель не стал преобладающим, его обычно использовали для авиационных двигателей.

(iv). V-образный двигатель: В двигателях V-типа цилиндры расположены в двух рядах с некоторым углом между ними. Угол между двумя рядами должен быть как можно меньше, чтобы предотвратить вибрацию и проблемы с балансировкой.

(в). Двигатель типа W: В двигателях типа w цилиндры расположены в три ряда, образуя расположение типа W. Двигатель типа W производится при выпуске 12- и 16-цилиндровых двигателей.

(vi). Двигатель с оппозитными цилиндрами: В двигателе с оппозитными цилиндрами цилиндры расположены напротив друг друга. Поршень и шатун движутся одинаково. Он работает плавно и имеет большую балансировку. Размер оппозитно-цилиндрового двигателя увеличивается из-за его расположения.

8. Расположение клапанов

В зависимости от расположения впускного и выпускного клапана в различных положениях в головке или блоке цилиндров автомобильные двигатели подразделяются на четыре категории.Эти аранжировки обозначаются как «L», «I», «F» и «T». Легко запомнить слово «LIFT», чтобы вспомнить четырехклапанный механизм.

(i). Двигатель с L-образной головкой: В двигателях этих типов впускные и выпускные клапаны расположены рядом и приводятся в действие одним распределительным валом. Цилиндр и камера сгорания образуют перевернутый L.

(ii). Двигатель с I-образной головкой: В двигателях с I-образной головкой впускные и выпускные клапаны расположены в головке цилиндров. Один клапан приводит в действие все клапаны.Эти типы двигателей в основном используются в автомобилях.

(iii). Двигатель с F-образной головкой: Это комбинация двигателей с I-образной головкой и F-образной головкой. В этом случае один впускной клапан обычно находится в головке, а выпускной клапан находится в блоке цилиндров. Оба набора клапанов приводятся в действие одним распредвалом.

(iv). Двигатель с Т-образной головкой: В двигателях с Т-образной головкой впускной клапан расположен с одной стороны, а выпускной клапан — с другой стороны цилиндра. Здесь для работы требуются два распределительных вала: один для впускного клапана, а другой — для выпускного клапана.

Также читайте:

9. Типы охлаждения

По типам охлаждения двигатели классифицируются как:

(i). Двигатели с воздушным охлаждением: В этих двигателях воздух используется для охлаждения двигателей. В двигателях с воздушным охлаждением цилиндры разделены и используются металлические ребра, которые обеспечивают площадь излучающей поверхности, увеличивающую охлаждение. Двигатели с воздушным охлаждением обычно используются в мотоциклах и скутерах.

(ii).Двигатели с водяным охлаждением: В двигателях с водяным охлаждением вода используется для охлаждения двигателя. Двигатели с водяным охлаждением используются в легковых автомобилях, автобусах, грузовиках и других четырехколесных транспортных средствах, а также в тяжелых автотранспортных средствах. В воду добавляется антифриз, чтобы она не замерзла в холодную погоду. Каждый двигатель с водяным охлаждением имеет радиатор для охлаждения горячей воды от двигателя.

Помимо вышеуказанных типов двигателей, двигатель внутреннего сгорания также классифицируется на основании следующих факторов.

1. Скорость:

Исходя из скорости, типы двигателей следующие:

(i). Низкооборотный двигатель
(ii). Среднеоборотный двигатель
(iii). Высокоскоростной двигатель

2. Способ впрыска топлива

По способу впрыска топлива двигатели классифицируются как:

(i). Карбюраторный двигатель
(ii). Двигатель с впрыском воздуха
(iii). Двигатель с безвоздушным или твердым впрыском топлива

3. Метод регулирования

(i).Двигатель с управляемым попаданием и промахом: Это тип двигателя, в котором подача топлива регулируется регулятором. Он контролирует скорость двигателя, отключая зажигание и подачу топлива в двигатель на очень высоких оборотах.

(ii). Качественно управляемый двигатель
(iii). Двигатель с количественным управлением

4. Заявка

(i). Стационарный двигатель: Стационарный двигатель — это двигатель, в котором его каркас не движется. Он используется для привода неподвижного оборудования, такого как насос, генератор, мельница, заводское оборудование и т. Д.

(ii). Автомобильный двигатель: Это типы двигателей, которые используются в автомобильной промышленности. Например: бензиновый двигатель, дизельный двигатель, газовый двигатель — двигатели внутреннего сгорания попадают в категорию автомобильных двигателей.

(iii). Двигатель локомотива: Двигатели, которые используются в поездах, называются локомотивными двигателями.

(iv). Судовой двигатель: Двигатели, которые используются в морской пехоте для движения лодок или судов, называются судовыми двигателями.

(в). Авиационный двигатель: Тип двигателя, который используется в самолете, называется авиационным двигателем. В силовых установках самолетов используются радиальные и газотурбинные двигатели.

Это все о различных типах движков. Если вы обнаружите, что что-то отсутствует или неверно, не забудьте прокомментировать нас. И если вам понравилась эта статья, ставьте лайк и поделитесь с нами на Facebook

Понимание правил стационарных двигателей

На этой странице:

---

Как EPA регулирует стационарные двигатели?

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

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

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

На какие типы двигателей распространяются правила?

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

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

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

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

На какие типы двигателей НЕ распространяются правила?

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

Двигатель внутреннего сгорания: основы и конструкция

Двигатели внутреннего сгорания прерывистого действия

В двигателе внутреннего сгорания прерывистого или возвратно-поступательного действия топливо вводится в замкнутую камеру с плотно установленным внутри поршнем . Камера неподвижна, но поршень может двигаться. Топливо попадает в камеру вместе с кислородом и воспламеняется. Взрыв толкает поршень вперед с огромной силой.

Поршень прикреплен к коленчатому валу , который перемещается с движением вперед и назад скольжения поршня внутри камеры. Коленчатый вал может преобразовывать линейное движение поршня во вращательное движение. Затем вращательное движение используется для поворота колес или лопастей.

Изображение коленчатого вала, показывающее линейное движение поршня и вращательное движение коленчатого вала

Двигатели внутреннего сгорания непрерывного действия

Двигатель внутреннего сгорания непрерывного действия очень отличается, но все же включает сжигание топлива в камере сгорания.В этом типе двигателя воздух и топливо воспламеняются в камере непрерывно. Воздух засасывается в двигатель воздушным компрессором, который всасывает и нагнетает воздух в камеру сгорания. Топливо вводится в камеру сгорания, и смесь воспламеняется. Очень сжатый и очень горячий воздух проходит через турбину и выходит из двигателя с большой силой, толкает весь двигатель вперед.

Изображение двигателя внутреннего сгорания непрерывного действия

Концепция реактивного двигателя на самом деле довольно проста: по той же причине, по которой воздушный шар поднимается вверх, если вы позволяете воздуху внутри воздушного шара вырваться наружу.Воздух, выпущенный из воздушного шара, сталкивается с атмосферным воздухом, и, в свою очередь, атмосферный воздух отталкивается назад, продвигая воздушный шар вперед. В самолете двигатель выталкивает выхлопные газы наружу, а выхлопные газы толкают двигатель вперед.

КПД двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания также называют тепловыми двигателями , поскольку они превращают тепло взрыва в работу. Однако тепло никогда нельзя полностью превратить в работу; всегда есть убытки.Фактически, французский инженер Николя Леонард Сади Карно определил теоретическое максимальное количество тепла, которое двигатель может преобразовать в работу. Теоретический максимум никогда не бывает 100%.

Эффективность теплового двигателя по превращению тепла в работу зависит от разницы температур между резервуарами . В тепловом двигателе мы говорим о горячем резервуаре и холодном резервуаре, при этом энергия всегда течет от горячего к холодному. Двигатель получает тепло от горячего резервуара при взрыве в камере сгорания, преобразует часть этого тепла в работу, а оставшееся тепло отводит в холодный резервуар, выхлопные газы.Тогда эффективность зависит от разницы между температурой горячего резервуара, представленного как Thot, и температурой холодного резервуара, представленного как Tcold. Соотношение следующее:

Идеальная эффективность = (Thot — Tcold) / Thot (Обратите внимание, что температура должна быть выражена в Кельвинах.)

Итак, если у вас есть камера сгорания на 500 K (эквивалент 227 C), выхлопных газов при 300 K (эквивалент 27 C), идеальный КПД будет (500-300) / 500, что составляет 40%.Этот идеальный КПД имеет решающее значение для целей проектирования и дает верхний предел того, сколько работы может обеспечить определенный тепловой двигатель.

Резюме урока

Из этого урока вы узнали, что двигатель внутреннего сгорания всегда включает в себя преобразование химической энергии топлива в механическую. Двигатели внутреннего сгорания могут работать на прерывистом сгорании , процесс, который включает толкание поршней, прикрепленных к коленчатым валам. Они также могут работать на непрерывном сгорании , когда горячий воздух с высокой скоростью принудительно выталкивается из двигателя, продвигая двигатель вперед.Вы также узнали, что двигатель внутреннего сгорания никогда не может быть эффективным на 100%. Эффективность ограничена разницей температур горячего и холодного резервуаров , а идеальный КПД двигателя можно рассчитать по формуле Идеальная эффективность = (Thot — Tcold) / Thot (с температурами в Кельвинах).

Общая классификация двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, в которых сгорание топлива происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания, которая является неотъемлемой частью контура потока рабочего тела.В двигателе внутреннего сгорания расширение газов с высокой температурой и высоким давлением, образующихся при сгорании, оказывает прямое воздействие на некоторые компоненты двигателя. Усилие обычно прикладывают к поршням, лопаткам турбины или соплу.

Принцип действия:

Топливно-воздушная смесь в камере сгорания воспламеняется либо от свечи зажигания (в случае двигателей SI), либо за счет сжатия (в случае двигателей CI). Это воспламенение производит огромное количество тепловой энергии и давления внутри цилиндра.Это вызывает возвратно-поступательное движение в поршне. Мощность поршня передается на коленчатый вал, который совершает вращательное движение. Вращательное движение в конечном итоге передается на колеса транспортного средства через систему трансмиссии для создания тяги в транспортном средстве.
Поскольку сгорание происходит внутри цилиндра (часть контура рабочего тела), двигатель называется двигателем внутреннего сгорания.

Автомобильные системы контроля топлива и выбросов PDF (открывается в новой вкладке браузера)

Классификация двигателей внутреннего сгорания:

Современные двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по нескольким направлениям.Некоторые из способов классификации двигателей внутреннего сгорания (ВС) перечислены ниже: 1. На основании заявки

• Автомобильный двигатель
• Авиационный двигатель
• Локомотивный двигатель
• Судовой двигатель
• Стационарный двигатель

2. На основе базовой конструкции двигателя

• Поршневой: одноцилиндровый, рядный многоцилиндровый, V, радиальный, оппозитный цилиндр, оппозитный поршень.
• Вращающийся: один двигатель, несколько двигателей

3.На основе рабочего цикла

• Atkinson (для полного расширения SI-двигателя)
• Diesel (для идеального дизельного двигателя)
• Dual (для актуального дизельного двигателя)
• Miller (для раннего / позднего закрытия впускного клапана типа SI Engine)
• Otto (для Конвекционный двигатель СИ)

4. На основе рабочего цикла

• Четырехтактный цикл
• Двухтактный цикл
  • Очистка; прямоточный / картерный / поперечный; обратный поток / петля; Uni flow
  • Без наддува или с турбонаддувом

5.На основе конструкции клапана / порта и расположения

• Конструкция клапана / порта
  • Тарельчатый клапан
  • Поворотный клапан
• Расположение клапана / порта

6. На основе топлива

• Конвекционные
  • Производные сырой нефти; Бензин, дизель
  • Прочие источники; уголь, биомасса, гудрон, сланец
• Альтернатива
  • Полученное из нефти: CNG, LPG
  • Полученное из биомассы: спирты, растительные масла, генераторный газ, биогаз и водород
• Смешивание
• Bi- Топливные и комбинированные топлива

7.На основе приготовления смеси

• Карбюрация
• Впрыск топлива

8. На основе зажигания

• Искровое зажигание
• Компрессионное зажигание

9. На основе расслоения заряда

• Однородный заряд
• Послойный заряд
  • С карбюратором
  • С впрыском топлива

10. В зависимости от конструкции камеры сгорания

• Открытая камера: Диск, клин, полусферический, чаша в поршне, ванна.
• Разделенная камера:
  • (для CI) 1. Вихревая камера, 2. Предварительная камера
  • (для SI) 1. CVCC, 2. Другие исполнения

11. На основе системы охлаждения

• Система воздушного охлаждения
• Система водяного охлаждения

Современные дизельные технологии: дизельные двигатели PDF (открывается в новой вкладке браузера)

Классификация двигателей внутреннего сгорания:

Двигатели

IC можно классифицировать по используемому топливу, термодинамическому циклу, типу зажигания, типу системы охлаждения, расположению цилиндров, способу зарядки и т. Д.Теперь изучим его подробнее.

Согласно циклу эксплуатации:

Мы знаем, что двигатели внутреннего сгорания преобразуют химическую энергию в механическую в циклическом режиме. Существует множество термодинамических циклов, таких как цикл Карно, цикл Отто, дизельный цикл, цикл Ренкина и т. Д. Двигатели внутреннего сгорания работают по трем циклам Отто, дизельному циклу и двойному циклу. Таким образом, двигатели внутреннего сгорания можно разделить на следующие типы.

Циклический двигатель Отто: Он также известен как двигатель с искровым зажиганием или двигатель постоянного объема с добавлением тепла, бензиновый двигатель и т. Д.В этом цикле добавление тепла (сжигание топлива) и отвод (выхлоп) происходит при постоянном объеме, а расширение и сжатие происходит изоэнтропически. Эти двигатели выдают низкую мощность на высоких оборотах.

Дизельный двигатель: Он известен как двигатель с воспламенением от сжатия, дизельный двигатель, двигатель постоянного давления и т. Д. В этом цикле добавление тепла (сжигание топлива) происходит при постоянном давлении, а отвод тепла происходит при постоянном объеме. Этот двигатель выдает большую мощность на малых оборотах.

Двигатель двойного цикла: Двойной цикл представляет собой комбинацию цикла Отто и дизельного цикла. В этих двигателях добавление тепла происходит как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении в некотором соотношении.
Некоторые двигатели работают по циклам Стриллинга и Эрикссон, но они не используются в коммерческих целях.

В зависимости от типа используемого топлива:

Большинство из нас знает об этих двигателях. Это бензиновый двигатель и дизельный двигатель. Теперь газообразное топливо, такое как СНГ, КПГ, водород и т. Д.также используются в двигателях внутреннего сгорания. Эти двигатели называются нетрадиционными двигателями.

Разработка двигателей внутреннего сгорания PDF (открывается в новой вкладке браузера)

Согласно способу зарядки:

Зарядка означает, как происходит впуск топливовоздушной смеси. Это можно классифицировать следующим образом.

Двигатель без наддува: В этих двигателях впуск воздушно-топливной смеси (двигатель SI) или только воздуха (двигатель CI) происходит из-за разницы давления внутри цилиндра и атмосферного давления.

Двигатели с наддувом: В этих двигателях для подачи заряда внутрь цилиндра используется отдельный компрессор. Этот компрессор работает от двигателя (соединяется с коленчатым валом с ременной передачей).

Двигатель с турбонаддувом: В этих двигателях используется турбина, которая втягивает воздух в цилиндр и работает за счет энергии выхлопных газов. Это тоже похоже на наддув, но компрессор приводится в действие турбиной, которая вращается за счет выхлопных газов.

По воспламенению:

В двигателе внутреннего сгорания зажигание заряда может происходить двумя способами.В первом случае используется отдельная свеча зажигания или любое другое устройство, используемое для воспламенения топлива (двигатель с искровым зажиганием), а во втором — воспламенение топлива из-за тепла, выделяемого во время сжатия или топлива (двигатель с воспламенением от сжатия). Таким образом, согласно этим методам, доступны два двигателя с искровым зажиганием или двигатель SI (бензиновый двигатель) и двигатель с воспламенением от сжатия или двигатель CI (дизельный двигатель).

По типу системы зажигания:

В бензиновых двигателях для воспламенения топлива использовалась свеча зажигания.Эта искра на свече зажигания производится системой зажигания. По системе зажигания существует два типа двигателей. Первый — это двигатель с аккумуляторным зажиганием (используйте аккумулятор для генерации искры), а другой — двигатель с зажиганием от магнето (используйте небольшой генератор для генерации искры).

Согласно конструкции двигателя:

Поршневой двигатель: В этом типе двигателя используется поршень, который совершает возвратно-поступательное движение за счет силы давления, создаваемой сгоранием топлива.Коленчатый вал преобразует это возвратно-поступательное движение во вращательное движение. Большинство автомобильных двигателей — поршневого типа.

Роторный двигатель: В роторном двигателе используется ротор. Сила давления, возникающая при сгорании топлива, действует на этот ротор, который дополнительно вращает колесо. Двигатель Ванкеля — это один из типов роторных двигателей. Эти двигатели в настоящее время не используются в автомобильных двигателях.

По охлаждению:

В двигателях внутреннего сгорания используются два типа охлаждения: воздушное и водяное.Итак, двигатели бывают двигателями с воздушным охлаждением или двигателями с водяным охлаждением. Обе эти системы охлаждения имеют свои преимущества, о которых мы поговорим позже. Моторное масло также служит охлаждающей средой.

По ходу двигателя:

Мы знаем, что ход — это максимальное расстояние, которое поршень может пройти внутри цилиндра, или расстояние между ВМТ и НМТ. Если двигатель движется из ВМТ в НМТ, это называется одноходовым. Если он возвращается в BDC, это называется двухтактным. Коленчатый вал совершает одно вращение за два хода.В соответствии с ним изобрели три типа двигателей.

Достижения в области двигателей внутреннего сгорания и топливных технологий (открывается в новой вкладке браузера)

Двухтактный двигатель: В этих двигателях коленчатый вал совершает один оборот за один рабочий ход. Эти двигатели дают большую мощность по сравнению с другими. Он используется в стрелках, кораблях, генераторах и т. Д.
Четырехтактный двигатель: Этот двигатель обеспечивает два поворота коленчатого вала за один рабочий такт. Они дают низкую мощность, но высокую эффективность.Он используется в автомобилях, грузовиках, мотоциклах и т. Д.
Шеститактный двигатель: Эти двигатели находятся в процессе разработки. Как следует из названия, он дает три оборота коленвала за один рабочий такт.

По расположению двигателя:

Эти двигатели можно лучше понять по диаграмме по сравнению со словами.

Теперь вы должны задать себе эти вопросы?

• Как можно классифицировать двигатели внутреннего сгорания? Что такое двигатели с наддувом и с турбонаддувом?
• В чем разница между двигателем SI и CI?
• Какие основные системы зажигания и охлаждения используются в двигателях внутреннего сгорания?

Основы двигателей внутреннего сгорания

В вашей профессии требуется образованное понимание двигателей внутреннего сгорания, а не обязательно.Этот двухдневный семинар-обзор технологий охватывает самые актуальные темы — от химии сгорания до кинематики внутренних компонентов современного двигателя внутреннего сгорания — для максимального понимания. Слушатели получат практический практический подход к основам наиболее распространенных конструкций двигателей внутреннего сгорания, поскольку они применяются к газовым циклам, термодинамике и передаче тепла основным компонентам, а также к теориям проектирования, которые воплощают эти концепции.

Цели обучения

Посещая этот семинар, вы сможете:

• Подробно обсудите основные функции и взаимодействие компонентов в современном двигателе внутреннего сгорания, в частности; двух- и четырехтактные циклы, как они относятся к конструкциям поршневых и роторных двигателей
• Описать общие термодинамические концепции, регулирующие работу двигателя внутреннего сгорания и его различные циклы.
• Сравните основные эксплуатационные различия различных видов топлива, используемых в двигателях внутреннего сгорания, их доступность и поймите применимость каждого
• Обсудить функции и работу всех основных компонентов и систем современного двигателя внутреннего сгорания.
• Определите рабочие принципы, лежащие в основе сроков и рабочих взаимоотношений между всеми внутренними компонентами, и сформулируйте важность этих взаимоотношений
• Признать ограничения текущих проектов и реализаций современного двигателя внутреннего сгорания
• Выполните базовую оценку и оценку новых, передовых конструкций и новых инициатив в области трансмиссии, применительно к индустрии мобильности
  

Кому следует прийти

Предназначен для инженеров силовых агрегатов, поставщиков компонентов, специалистов по разработке трансмиссий на платформах транспортных средств, а также тех, кто участвует в разработке, разработке и обсуждении двигателей.Присутствующим на семинаре рекомендуется иметь высшее инженерное образование.

Также доступен курс SAE по запросу!
Основы двигателей внутреннего сгорания (PD730944)

Отзывы

«Инструктор SAE, доктор Уильям Марк Маквеа, сделал сложные концепции понятными и предоставил реальные примеры применения».
Хеленанн Габлер
Сертификационный персонал
Технический центр Toyota

«Курс хорошо разработан и преподается профессионально.Он намного превзошел мои ожидания и является отличным знакомством с двигателями внутреннего сгорания ».
Мэтт Джексон
Менеджер
Юго-западный научно-исследовательский институт

«Меня попросили узнать больше. Это было отличное введение в двигатели внутреннего сгорания».
Пол Слейтер
Wescast Industries, Inc.

«Настоятельно рекомендую новым сотрудникам».
Брайан Гросс
Старший инженер проекта
Polaris Industries, Inc.

«Отличный класс и очень хорошо преподают. Прекрасное освежение для всех!»
Пол Коннор
Инженер по калибровке
Ilmor Engineering, Inc.

«Очень компетентный инструктор с огромными знаниями. Очень интересный и заинтересовавший всех».
Соня Занарделли
Руководитель трансмиссии
Армия США TARDEC

Вы должны пройти все контактные часы курса и успешно сдать обучающий экзамен, чтобы получить CEU.

Двигатели внутреннего сгорания 24-421

Лекция: День и время: Вторник и четверг, 13:30 — 14:50 Расположение: SH 220 Часы работы инструктора: Время: Четверг: 12:00 — 13:00 Расположение: Scaife Hall 319 TA Часы работы: Время: Среда: 17:00 — 18:00 Расположение: SH 203 Описание курса: Этот курс предоставит понимание принципов работы обычных и усовершенствованных двигателей внутреннего сгорания (IC).Особое внимание будет уделено термодинамике, механике жидкости и сгоранию двигателя внутреннего сгорания. После прохождения этого курса студенты смогут получить общее представление о том, как конфигурация системы сгорания, поток жидкости в цилиндрах, химические характеристики топлива, теплопередача двигателя и смешивание топлива и воздуха в цилиндрах влияют на производительность и выбросы загрязняющих веществ от автомобилей. и тяжелые двигатели типа IC. Студенты проанализируют данные, полученные от многотопливного бензинового двигателя с переменной степенью сжатия.Студенты также будут выполнять моделирование системы сгорания дизельного двигателя с использованием вычислительной гидродинамики (CFD). Предварительные требования: Термодинамика, гидромеханика или аналог Учебное пособие: Основы двигателя внутреннего сгорания, Джон Хейвуд Оценка: Домашнее задание (40%) Анализ лабораторных данных и отчетность (10%) CFD проект (20%) Экзамен 1 (15%) Экзамен 2 (15%) Предварительный план программы: ————————————————— ——————- 27 августа — 07 декабря (15 недель) ————————————————— ——————- 1 неделя Введение и принципы работы История двигателей внутреннего сгорания, расположение поршней, двух- и четырехтактные циклы, типы систем сгорания 2 неделя Геометрические и рабочие параметры Геометрическая терминология двигателя, взаимосвязь движений кривошипа и поршня, введение в важные рабочие параметры 3 неделя Система впуска и обработки воздуха Расположение клапанов, движение клапана и синхронизация, различные потери во впускной системе, объемный КПД, факторы, влияющие на объемный КПД, увеличение всасываемого заряда (нагнетатель по сравнению с турбонагнетателем) 4 неделя Топливо и термохимия Моторные топлива и их химические характеристики, химия реакций сгорания, расчет теплотворной способности топлива, максимальная температура пламени, анализ выхлопных газов двигателя 5 неделя Термодинамический анализ циклов двигателя Стандартные циклы Отто и Дизеля, цикл Брайтона, сравнение идеальных и реальных циклов, введение в сверхрасширенный цикл, максимально возможная работа 6 неделя Двигатель с искровым зажиганием (SI) Учет топлива и приготовление смеси, искровое зажигание, развитие пламени, аномальное сгорание, влияние параметров двигателя на работоспособность и детонация Неделя 7 Двигатель с воспламенением от сжатия (CI) Конфигурации системы сгорания, впрыск топлива, разбрызгивание, различные фазы сгорания дизельного топлива, структура пламени, анализ скорости горения Неделя 8 Гидромеханическое взаимодействие с горением-I Возникновение турбулентности, опрокидывающиеся и закрученные потоки 18 октября Экзамен 1 Неделя 9 Механическое взаимодействие жидкостей с горением-II Сочетание потока в цилиндре и горения, концепции ламинарной и турбулентной скоростей горения Образование и контроль загрязняющих веществ Типы загрязняющих веществ, источники загрязняющих веществ в двигателях SI и CI, технологии уменьшения образования загрязняющих веществ, очистка выхлопных газов Неделя 10 Введение в Advanced Engine Concepts Бензиновые двигатели с прямым впрыском, двигатели HCCI, двухтопливные двигатели, введение в гибридные автомобили, последовательные и параллельные гибридные системы Неделя 11 Компьютерное моделирование двигателей IC Цель моделирования, феноменологические модели для систем внутреннего сгорания и сгорания дизельного двигателя, введение в анализ CFD двигателя, Обучение настройке анализа сгорания дизельного двигателя в коммерческом программном обеспечении CFD.После этого обучения студенты смогут работать над вычислительным проектом. Неделя 12 Теплопередача двигателя Поток энергии в двигателе внутреннего сгорания, различные режимы теплопередачи, влияние теплопередачи на КПД двигателя при различных скоростях и нагрузках Рекуперация отработанного тепла двигателей внутреннего сгорания Термодинамический анализ энергетического баланса, внедрение двигателя Sterling и термоэлектриков для рекуперации тепла Неделя 13 Эксплуатационные характеристики и производительность двигателя Различные мощности в зависимости от числа оборотов, влияние момента зажигания и соотношения топливо / воздух на мощность и КПД, влияние системы рециркуляции отработавших газов на эффективность и синхронизацию MBT, влияние степени сжатия и размера двигателя на эффективность, производительность двигателя Перерыв на День благодарения Неделя 14 Газотурбинные двигатели Анализ цикла Брайтона, конструкция и характеристики камеры сгорания 04 декабря Презентации проектов CFD 06 декабря Экзамен 2

Двигатель внутреннего сгорания | Разное Эссе

Эта страница является превью — загрузите полную версию этого эссе выше.

ВНУТРЕННЕЕ СГОРАНИЕ ДВИГАТЕЛЬ

ВВЕДЕНИЕ

Внутренний Двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором топливо сжигается (то есть объединяется с кислородом) в ограниченном пространстве самого двигателя. Это горение процесс высвобождает большое количество энергии, которая превращается в работу через механизм двигателя. Этот тип двигателя отличается от паровой двигатель, который работает с двигателем внешнего сгорания, сжигаемое топливо кроме двигателя.Основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой двигатель, такой как двигатель Отто и дизельные двигатели; и поворотный двигатели, такие как двигатель Ванкеля и Газотурбинный двигатель.

В целом, двигатель внутреннего сгорания стал средством передвижения в транспортная сфера, за исключением больших судов, требующих более 4000 валовая мощность (л.с.).

В стационарные приложения, размер установки и местный фактор часто определяют выбор между использованием парового и дизельного двигателя.Дизельные электростанции имеют явное экономическое преимущество перед паровой машиной, когда размер завода меньше около 1000 л.с. Однако есть много заводов по производству дизельных двигателей, которые намного больше, чем это. Двигатели внутреннего сгорания особенно подходят для сезонных промышленности, из-за небольших потерь в режиме ожидания с этими двигателями во время период отключения.

История

Первый экспериментальный двигатель внутреннего сгорания изготовил голландский астроном, Кристиан Гюйгенс, который в 1680 году применил принцип, предложенный Жаном де Hautefeuille в 1678 году для рисования воды.Этот принцип был основан на том, что что взрыв небольшого количества пороха в закрытой камере обеспечивал с выпускными клапанами создавал бы вакуум, когда газы сгорания охлаждались. Гюйгенс, используя цилиндр с поршнем, смог переместить его в этом способом за счет внешнего атмосферного давления.

Первый коммерчески практичный двигатель внутреннего сгорания был построен французским инженер, (Жан Жозеф) Этьен Ленуар, около 1859-1860 гг. Используется подсветка газ как топливо.Два года спустя Альфонс Бо де Роша провозгласил принципы четырехтактного цикла, но Николай Август Отто построил первый успешный двигатель (1876 г.), работающий по этому принципу.

Возвратно-поступательный Двигатель

Компоненты Двигатели

Самое важное части цикла Отто и дизельные двигатели одинаковы. Камера сгорания состоит из цилиндра, обычно неподвижного, закрытого с одного конца и в котором скользит плотно прилегающий поршень. Движение поршня вперед и назад изменяет объем камеры между внутренней поверхностью поршня и закрытым концом цилиндра.Наружная поверхность поршня прикреплена к коленчатому валу с помощью шатун. Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршень во вращательное движение. В многоцилиндровых двигателях коленчатый вал имеет одну смещенная часть, называемая шатунной шейкой, для каждого шатуна, так что мощность от каждого цилиндра прикладывается к коленчатому валу в соответствующей точке его вращение. Коленчатые валы имеют тяжелые маховики и противовесы, которые инерция сводит к минимуму неравномерность движения вала.Двигатель может иметь от 1 до 28 цилиндров.

Рис. 1, Компонент поршневых двигателей.

Топливо Система питания двигателя внутреннего сгорания состоит из бака, топливного насоса, и устройство для испарения или распыления жидкого топлива. В двигателях с циклом Отто это устройство карбюратор. Испаренное топливо в большинстве многоцилиндровых двигатели передаются в цилиндры через разветвленную трубу, называемую впускной. коллектор, а во многих двигателях аналогичный выпускной коллектор предназначен для от газов, образующихся при сгорании.Топливо поступает в каждый цилиндр и отходящие газы, отводимые через тарельчатые клапаны с механическим управлением или втулку клапаны. Клапаны обычно удерживаются закрытыми за счет давления пружин и открываются в нужное время во время рабочего цикла кулачками на вращающемся распределительный вал, который соединен с коленчатым валом. К 1980-м годам более сложные системы впрыска топлива, также используемые в дизельных двигателях, в значительной степени заменили этот традиционный метод подачи правильного смешивания воздуха и топлива; системы контроля с компьютерным управлением улучшили экономию топлива и уменьшили загрязнение.

Зажигание

Во всех двигателях должны быть предусмотрены средства воспламенения топлива в цилиндре. Например, система зажигания двигателей с циклом Отто, смесь воздуха и бензина пар, подаваемый в цилиндр из карбюратора, и следующая операция заключается в том, что воспламенения заряда, заставляя искру перескакивать зазор между электроды свечи зажигания, выступающие сквозь стенки цилиндра. Один электрод изолирован фарфором или слюдой; другой заземлен через металл вилки, и оба образуют часть вторичной цепи индукционная система.

основным типом высоковольтного зажигания, который широко используется в настоящее время, является система батареи и катушки. Ток от батареи протекает через катушка низкого напряжения и намагничивает железный сердечник. Когда эта цепь разомкнута при распределитель указывает кулачком прерывателя, переходный высокочастотный ток вырабатывается в первичной обмотке с помощью конденсатора. Это вызывает переходный высокочастотный ток высокого напряжения во вторичной обмотке. обмотка. Это вторичное высокое напряжение необходимо для того, чтобы искра проскочила разрыв в свече зажигания.Искра направляется в соответствующий цилиндр для зажигания. распределителем, который соединяет вторичную обмотку со свечами зажигания в несколько цилиндров в их правильной последовательности срабатывания. Кулачок прерывателя и распределитель приводятся от одного вала, количество точек излома на кулачок прерывателя равен количеству цилиндров.

Система охлаждения

Из-за теплота сгорания, все двигатели должны быть оборудованы системой охлаждения система. Некоторые авиационные и автомобильные двигатели, малые стационарные двигатели и лодочные моторы для лодок охлаждаются воздухом.В этой системе снаружи Поверхности цилиндра имеют форму излучающих ребер с большим область металла для излучения тепла от цилиндра. Остальные двигатели с водяным охлаждением. и их цилиндры заключены во внешнюю водяную рубашку. В автомобилях, вода циркулирует через рубашку с помощью водяного насоса и охлаждается за счет проходя через ребристые змеевики радиатора. Некоторые автомобильные двигатели также с воздушным охлаждением, а в морских двигателях для охлаждения используется морская вода.

Стартер

В отличие от пара двигатели и турбины, двигатели внутреннего сгорания не развивают крутящий момент, когда запускается, и поэтому необходимо предусмотреть возможность поворота коленчатого вала так, чтобы что цикл операции может начаться.Автомобильные двигатели обычно запускаются с помощью электродвигателя или стартера, который соединен с коленчатым валом с муфта, которая автоматически отключает двигатель после запуска двигателя. Небольшие двигатели иногда запускают вручную, поворачивая коленчатый вал с кривошипом или натянув трос, несколько раз намотанный на маховик. Методы Запуск больших двигателей включает инерционный стартер, который состоит из маховик, который вращается вручную или с помощью электродвигателя, пока его кинетической энергии достаточно для поворота коленчатого вала и взрывного стартера, который использует взрыв холостого патрона для запуска

турбинное колесо который соединен с двигателем.Инерционные и взрывные пускатели в основном используется для запуска двигателей самолетов.

Цикл Отто Двигатели

Обычный Двигатель Отто-цикла — четырехтактный двигатель; то есть его поршни составляют четыре ходов, два к головке (закрытой головке) цилиндра и два от голова, в полном энергетическом цикле. Во время первого хода цикла поршень отодвигается от головки блока цилиндров, при этом впускной клапан открыт. Движение поршня во время этого хода всасывает некоторое количество топливно-воздушная смесь в камеру сгорания.Во время следующего удара поршень движется к головке блока цилиндров и сжимает топливную смесь в камера сгорания. В момент, когда поршень достигнет конца этого ход и объем камеры сгорания минимальный, топливо смесь воспламеняется от свечи зажигания и горит, расширяясь и оказывая давление

давление на поршень, который затем отводится от головки блока цилиндров в третьем такте. В конце рабочего такта давление сгоревших газов в цилиндре равно 2.От 8 до 3,5 кг / кв. см (от 40 до 50 фунтов / кв. дюйм). Во время последнего штриха выпускной клапан открывается, и поршень движется к головке блока цилиндров, приводя в движение выхлопные газы из камеры сгорания и оставление цилиндра готовым повторить цикл.

Рис. 2, цикл Отто Двигатели.

КПД современного двигателя с циклом Отто ограничивается рядом факторов, в том числе потери на охлаждение и на трение. В целом эффективность таких двигателей определяется степенью сжатия двигателя.Сжатие соотношение (соотношение между максимальным и минимальным объемами сгорания камера) обычно составляет от 8 до 1 или от 10 до 1 в большинстве современных двигателей с циклом Отто. Более высокая степень сжатия, примерно до 12: 1, что приводит к увеличению эффективности, возможны при использовании высокооктановых антидетонационных топлив. В КПД современных хороших двигателей с циклом Отто колеблется от 20 до 25 процентов. (другими словами, только этот процент тепловой энергии топлива составляет превращается в механическую энергию).

Дизельные двигатели

Теоретически дизельный цикл отличается от цикла Отто тем, что сгорание происходит при постоянный объем, а не постоянное давление. Большинство дизелей также четырехтактные двигатели, но работают иначе, чем четырехтактные двигатели Отто двигатели. Первый такт или такт всасывания втягивает воздух, но не топливо, в камера сгорания через впускной клапан. На втором такте или такте сжатия воздух сжимается до небольшой части своего прежнего объема и нагревается до приблизительно 440 ° C (приблизительно 820 ° F) за счет этого сжатия.В конце во время такта сжатия парообразное топливо впрыскивается в камеру сгорания

рис.3, Четырехтактные дизельные двигатели.

и ожоги мгновенно из-за высокой температуры воздуха в камере. Некоторые дизели имеют вспомогательную электрическую систему зажигания для воспламенения топлива при включении двигатель заводится, и пока не прогреется. Это сгорание приводит в движение поршень. третий или силовой такт цикла. Четвертый ход, как в цикле Отто двигатель, это такт выхлопа.

КПД дизельного двигателя, который в целом определяется тем же факторов, которые контролируют эффективность двигателей с циклом Отто, по сути больше, чем у любого двигателя с циклом Отто, и в современных двигателях чуть более 40 процентов. Дизели — это обычно тихоходные двигатели с частота вращения коленчатого вала от 100 до 750 оборотов в минуту (об / мин) по сравнению с От 2500 до 5000 об / мин для типичных двигателей с циклом Отто. Однако некоторые виды дизельного топлива иметь скорость до 2000 об / мин. Поскольку в дизелях используется степень сжатия 14 или больше к 1, они, как правило, более прочны, чем двигатели с циклом Отто, но этот недостаток компенсируется их большей эффективностью и тем, что что они могут работать на более дешевом жидком топливе.

Двухтактный Двигатели

Подходит конструкция позволяет эксплуатировать цикл Отто или дизель как двухтактный или двухтактный двигатель с рабочим ходом вместо каждого второго хода поршня один раз в четыре удара. КПД таких двигателей меньше, чем у четырехтактные двигатели, поэтому мощность двухтактного двигателя всегда вдвое меньше, чем у четырехтактного двигателя сопоставимого размера.

Генерал принцип двухтактного двигателя заключается в сокращении периодов, в течение которых топливо введены в камеру сгорания и в которой отработанные газы отводятся к небольшой части продолжительности удара вместо того, чтобы позволить каждому из эти операции занимать полный цикл.В простейшем виде двухтактный двигателя, тарельчатые клапаны заменяются на рукавные клапаны или порты (отверстия в стенка цилиндра, открытая поршнем в конце его наружу путешествовать). В двухтактном цикле топливная смесь или воздух вводятся через впускной канал, когда поршень полностью выведен из цилиндра. В следует такт сжатия, и заряд воспламеняется, когда поршень достигает конец этого штриха. Затем поршень перемещается наружу во время рабочего хода, открывая выпускное отверстие и позволяя газам выходить из камера сгорания.

рис.4, Двухтактные двигатели.

Роторный двигатель

Двигатели Ванкеля

Рис. Двигатель Ванкеля

В 1950-х гг. Немецкий инженер Феликс Ванкель разработал концепцию внутреннего сгорания. двигатель принципиально новой конструкции, в котором поршень и цилиндр были заменен трехгранным ротором, вращающимся в примерно овальной камере. В топливно-воздушная смесь всасывается через впускной канал и задерживается между лицо вращающегося ротора и стенка овальной камеры.Поворот ротор сжимает смесь, которая воспламеняется свечой зажигания. Выхлоп затем газы удаляются через выхлопное отверстие под действием вращающийся ротор. Цикл происходит поочередно на каждой стороне ротора, давая три рабочих хода на каждый оборот ротора. Двигатель Ванкеля компактный размер и, как следствие, меньший вес по сравнению с поршневым двигателем придал ему все большее значение и важность с ростом цен на бензин в 1970-е и 80-е годы. Кроме того, он предлагает практически безвибрационную работу, а его механическая простота обеспечивает низкие производственные затраты.Охлаждение требования низкие, а его низкий центр тяжести способствует вождению безопасность.

Газовая турбина

Также называется турбина внутреннего сгорания, двигатель, в котором в качестве рабочего тела используется поток газа. тепловая энергия преобразуется в механическую энергию. Газ добывается в двигатель за счет сжигания определенных видов топлива. Стационарные форсунки нагнетательные жиклеры этот газ против лопаток турбинного колеса. Импульсная сила форсунок заставляет вал вращаться. Газовая турбина простого цикла включает в себя компрессор, который закачивает сжатый воздух в камеру сгорания.Топливо в газообразном или жидком виде форма также вводится в эту камеру, и там происходит горение. В продукты сгорания проходят из камеры через сопла в турбину колесо. Вращающееся колесо приводит в движение компрессор и внешнюю нагрузку, такую ​​как электрический генератор.

в турбина или компрессор, ряд неподвижных лопаток и соответствующий ряд подвижных лопасти, прикрепленные к ротору, называются ступенью. В больших машинах используется многоступенчатая осевые компрессоры и турбины.В многовальных механизмах начальная ступень (или ступени) турбины приводит в действие компрессор на одном валу, в то время как более поздняя ступень (или ступени) турбины питает внешнюю нагрузку на отдельном валу.

КПД газотурбинного цикла ограничен необходимостью непрерывного работа при высоких температурах в камере сгорания и ранней турбине этапы. Небольшая газовая турбина простого цикла может иметь относительно низкую термодинамический КПД, сравнимый с обычным бензиновым двигателем. Достижения в области жаропрочных материалов, защитных покрытий и охлаждения устройства сделали возможными большие установки с эффективностью простого цикла 34 процента или выше.

эффективность газотурбинных циклов может быть повышена за счет использования вспомогательных такое оборудование, как промежуточные охладители, регенераторы и подогреватели. Эти устройства однако дорого, а их использование обычно исключается по экономическим соображениям.

в парогазовая электростанция, значительное количество тепла остается в газовой турбине выхлоп направляется в котел, называемый парогенератором-утилизатором. В Рекуперированное таким образом тепло используется для подъема пара для соответствующей паровой турбины. В комбинированный выход примерно на 50 процентов больше, чем у газа одна турбина.Комбинированные циклы с тепловым КПД 52% и выше вводятся в эксплуатацию. Газовые турбины были применены к движению корабли и железнодорожные локомотивы. Модифицированная форма газовой турбины — турбореактивный двигатель, используется для приведения в движение самолета. Мощные газовые турбины как в простых, так и в комбинированные циклы стали важными для крупномасштабного производства электричество. Доступны блоки мощностью более 200 мегаватт (МВт). В парогазовая мощность может превышать 300 МВт.

Обычный топливо, используемое в газовых турбинах, представляет собой природный газ и жидкости, такие как керосин и дизельное топливо.Уголь можно использовать после преобразования в газ в отдельном газогенераторе.

Внутреннее сгорание Двигатели и загрязнение воздуха

Загрязнение воздуха от автомобильных двигателей (смог) впервые был обнаружен около 1942 года в Лос-Анджелесе, CA. Смог возникает в результате индуцированных солнечным светом фотохимических реакций между азотом. диоксид и несколько сотен углеводородов в атмосфере. Нежелательно продукты реакции включают озон, альдегиды и пероксиацилнитраты ( СКОВОРОДА ). Они обладают высокой окислительной способностью и вызывают воспаление глаз и горла. раздражение.Двуокись азота и аэрозоли, снижающие видимость, также сформирован.

Пять категории загрязнителей воздуха и процентный вклад от всех перевозок источник и подмножество автомашин показаны в Таблице -1. Практически все транспорт CO, около половины углеводородов и около одной трети оксиды азота поступают из бензиновых двигателей. Дизельные двигатели составляют твердые частицы.

Таблица-1. Расчетные общие годовые выбросы в США из искусственных источников (1980)

Углеводороды Оксид углерода Сульфуроксиды Окиси азота Твердые частицы

Всего, тераграмм / год.85,4 21,8 23,7 20,7 7,8

Все транспорт,% 81 36 3,8 44 18

Дорожная техника, % 72 29 1,7 32 14

ИСТОЧНИК: EPA Отчет 450 / 4-82-001, 1982 г.

Выбросы из к двигателям внутреннего сгорания относятся двигатели от прорывов, испарения и выхлоп. Они могут значительно различаться по количеству и составу в зависимости от тип двигателя, конструкция и состояние, тип топливной системы, летучесть топлива и рабочая точка двигателя. Для автомобиля без контроля выбросов это по оценкам, от 20 до 25 процентов выбросов углеводородов связаны с прорывом газа, 60 процентов от выхлопных газов, а остаток от потерь от испарения в первую очередь из топливного бака и в меньшей степени из карбюратора.Все остальные неуглеводородные выбросы происходят из выхлопных газов.

Не менее В выхлопных газах обнаружено 200 углеводородных (HC) соединений. Некоторые, такие как олефиновые соединения реагируют с продуктами. Их называют реактивными углеводородами. Другие, например парафин, практически не реагируют.

Специальный События

Stratified-Charge Engine — модификация обычного искрового зажигания. поршневой двигатель, двигатель со слоистым зарядом разработан для снижения выбросов без необходимости в системе рециркуляции выхлопных газов или каталитической конвертер.Его ключевая особенность — двойная камера сгорания для каждого цилиндра, с форкамера, в которую поступает богатая топливно-воздушная смесь, в то время как основная камера заряжен очень бедной смесью. Искра воспламеняет богатую смесь, которая в очередь воспламеняет обедненную основную смесь. Результирующая пиковая температура низкая. достаточно, чтобы подавить образование оксидов азота, а средняя температура составляет достаточно высокий, чтобы ограничить выбросы окиси углерода и углеводородов.

Двое вернее различные средства для выполнения условия стратифицированного заряда находятся под рассмотрение:

1.Один камера сгорания с хорошо управляемым вращательным движением воздуха. Эта договоренность проиллюстрирован (Рис.