Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы
Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.
Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.
Как устроен ДВС
Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид.
Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.
Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:
- КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
- ГРМ — механизм регулировки фаз газораспределения.
- Система смазки.
- Система охлаждения.
- Система подачи топлива.
- Выхлопная система.
Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.
КШМ — кривошипно-шатунный механизм
КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:
- Блок цилиндров.
- Головка блока цилиндров.
- Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
- Коленчатый вал с маховиком.
ГРМ — газораспределительный механизм
Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным.
Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:
- Распределительный вал.
- Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
- Детали привода клапанов.
- Элементы привода ГРМ.
ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их
В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).
Система охлаждения двигателя
Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:
- Рубашка охлаждения двигателя
- Насос (помпа)
- Термостат
- Радиатор
- Вентилятор
- Расширительный бачок
Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.
Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него.
Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.
Система смазки ДВС
В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:
- Масляный картер (поддон).
- Насос подачи масла.
- Масляный фильтр с редукционным клапаном.
- Маслопроводы.
- Масляный щуп (индикатор уровня масла).
- Указатель давления в системе.
- Маслоналивная горловина.
Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.
Система питания
Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:
- Топливный бак.
- Датчик уровня топлива.
- Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой.
- Топливные трубопроводы.
- Впускной коллектор.
- Воздушные патрубки.
- Воздушный фильтр.
В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки.
Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры — воздушный фильтр и патрубки — тоже относятся к топливной системе.
Система выпуска
Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:
- Выпускной коллектор.
- Приемная труба глушителя.
- Резонатор.
- Глушитель.
- Выхлопная труба.
В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель.
Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.
В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.
Как работает двигатель внутреннего сгорания [простым языком]
Что такое цилиндры, турбонаддув, как расшифровывать характеристики двигателя без технической документации
Двигатель внутреннего сгорания работает за счет сжигания бензина и дизельного топлива. Независимо от вида топлива, на котором работает движок, принципы его работы, термины и названия запчастей одинаковы.
Как работает?
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания похож на принцип работы насоса: на одном конце в него втягивается воздух и воспламеняется (внутреннее сгорание), затем, через выхлопную трубу вытесняются отработанные (выхлопные) газы.
Движок преобразует энергию сгорания в механическую энергию для движения машины. Детальная работа «сердца машины» разобрана здесь, а в этой статье обсудим из чего состоит мотор машины и как устроен.
Для описания размера и мощности мотора автомобиля пользуются устоявшимися терминами и маркерами. Правда, не разобравшись в каждом, не сообразишь, что они означают. Если не до конца понимаете, что собой представляет 1,8-литровый, 4-цилиндровый, V-образный двигатель на 20 клапанов и с турбонаддувом эта статья для вас.
Что означает «1,8-литровый»?
Значение «1,8-литровый», «2-х литровый», «3-х литровый» указывает на объем движка. Объем двигателя влияет на объем воздуха, который тот может переработать в течение одного цикла. Эта величина обычно отображается в литрах или в кубических сантиметрах, в зависимости от производителя, но измерение в сантиметрах встречается крайне редко.
Чем больший объем мотора, тем больше он производит энергии. Больше энергии — больше расход топлива.
Правда, инженеры автоконцернов пытаются сломать этот стереотип. О том, как им это удается, читайте в статье журнала Zap-Online.ru: «Топ 10 улучшений в конструкции мотора автомобиля».
Характеристика «4-цилиндровый» означает количество цилиндров в движке
Цилиндром называют камеру двигателя цилиндрической формы, в которой смешиваются и сгорают воздух, и топливо. Каждая такая камера считается одним цилиндром. Чем больше цилиндров, тем больше мощность автомобиля и расход топлива. Для экономии топлива, некоторые современные 8-цилиндровые движки разработаны так, чтобы цилиндры оставались закрытыми, когда их работа не принципиально важна. Эта технология применена в последних моделях Mercedes. На светофоре движок будет работать на холостом ходу, отключив 6 цилиндров и оставив в работе 2, чтобы машина не заглохла. Движок будет смешивать топливо и воздух в двух цилиндрах вместо восьми, перекрыв подачу бензина или солярки в ненужные.
Также будет и на загородной трассе, где водитель, включив круиз-контроль, двигается с одной скоростью до 90 км/ч.
V-образный или рядный двигатель означает угол расположения цилиндров друг к другу — это называется конфигурация мотора
У автомобильных моторов бывают разные конфигурации: разные расположения цилиндров по отношению друг к другу. Размещение цилиндров в один ряд создает «линию» двигателя: 4-рядный– 4 цилиндра в линию, или 6-рядный — 6 цилиндров и т.д. —это общая и простая конфигурация классической силовой установки внутреннего сгорания.
Когда цилиндры расположены противоположно друг другу в угловых блоках, они имеют вид латинской буквы «V». Цифра, следующая за этим символом, опять-таки, обозначает количество цилиндров в одном ряду, например: V-4, V-6, V-8 и т.д.
Три блока цилиндров располагают в форме латинской буквы «W». По количеству цилиндров в одном ряду различают движки W-8, W-12 или W-16. От конфигурации цилиндров зависит физический размер движка и то, как ровно он работает. V – образная форма облегчает ход цилиндров, т.к. сила тяжести распределяется под наклоном, а не вертикально, как на обычных автомобильных моторах.
Все эти разработки стали результатом тщательнейших испытаний, которые привели к совершенствованию внутреннего КПД (коэффициента полезного действия) мотора и к его экономичности.
Клапаны
Воздух входит в цилиндры и выходит из них через клапаны, работающие по принципу работы клапанов сердца. Раньше цилиндры имели только два клапана: один для воздуха, который поступает в цилиндр, второй — для выхода отработанных газов. Современные двигатели имеют по три, четыре и даже пять клапанов в каждом цилиндре, что более эффективно перемещает воздух по двигателю, увеличивает мощность автомобиля и сокращает расход топлива. Обычно автопроизводители сообщают общее число клапанов в движке. Разделите это число на количество цилиндров и узнаете, сколько клапанов в каждом из них.
Наддув и турбонаддув
Нагнетание воздуха в двигатель под давлением называется «принудительная индукция». Нагнетанием воздуха можно резко увеличить мощность автомобиля. Наддув работает на ременном приводе от мотора автомобиля и разработан, чтобы немедленно давать дополнительную мощность, когда отработанный газ выходит из движка.
Турбонаддув приводится в действие выхлопными газами и требует меньших затрат мощности самого двигателя, что делает его более экономным, чем просто наддув. При этом у турбонаддува реакция на дроссель гораздо медленнее. Еще есть электрический турбонаддув, о нем подробно писали здесь, различия с классическим незначительные. Хотя при увеличении скорости наддувом и турбонаддувом сжигается больше топлива — они позволяют маленьким экономным моторам показывать те же результаты, что и их более большие собратья.
Остались вопросы по терминологии принципам работы мотора автомобиля? Задавайте их в комментариях, будем рады ответить.
Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания (18
Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:Смотрите также: Вся правда о полном приводе
В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса.
Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.
Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия).
Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.
Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.
Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх.
Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.
с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт. Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС).
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт — такт впуска
Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами.
Второй такт — такт сжатия
Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее.
Третий такт — рабочий ход
Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.
Четвертый такт — такт выпуска
Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.
После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля.
Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.
Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами.
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.
Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.
Принцип работы ГРМ
Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки.
Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами. При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.
Устройство КШМ
Поршень
Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.
Шатун
Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения.
Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.
Коленчатый вал
Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в получении усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.
Маховик
Маховик устанавливается на конце коленчатого вала.
На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.
Блок и головка цилиндров
Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.
В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма.
Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.Источник: autoustroistvo.ru
Как работает двигатель внутреннего сгорания, описание процессов
Цикл работы двигателя замкнутый. Возможна организация работы ДВС с кривошипно-шатунным механизмом по двух и четырехтактному циклу. Но подавляющее большинство автомобильных двигателей внутреннего сгорания работает по четырехтактному циклу. Рассмотрим, каким образом происходит эта работа.
Но для начала немного терминологии
Коленчатый вал вращается. Соединенный с ним поршень совершает в цилиндре движение вверх — вниз. Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Это верхняя мёртвая точка (сокращенно ВМТ) и нижняя мёртвая точка (НМТ).
Перемещение поршня от одного крайнего положения до другого называется тактом. Следовательно у четырехтактного двигателя цикл работы выполняется за четыре движения поршня вверх-вниз, что соответствует двум оборотам коленчатого вала.
Если умножить площадь торца (днища) поршня на расстояние между ВМТ и НМТ получим, так называемый, рабочий объем цилиндра, обозначаемый Vh.
Если умножить рабочий объем цилиндра на количество цилиндров в двигателе получается тот самый рабочий объем двигателя. Эта цифра в литрах всегда фигурирует среди технических параметров автомобиля. Многие автопроизводители гордо выносят эту цифру на шильдик, располагая его на задней части автомобиля (часто цифру привирают).
Цифра указывающая на рабочий объем двигателя
Объем над поршнем, когда он замер в ВМТ, называют объемом камеры сгорания (Vс). Именно в этом объеме начинается горение смеси паров топлива и воздуха. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра :Va = Vh + Vс.
Следующий важный параметр двигателя, это геометрическая степень сжатия. Обозначается ε. Она показывает, во сколько раз изменяется объем над поршнем, когда он перемещается от НМТ к ВМТ, ε = Va/Vc. Чем больше ε, тем выше температура и давление в смеси газов над поршнем при приближении его к ВМТ.
Повышение степени сжатия делает двигатель экономичнее и увеличивает его мощность.
Но величина ε зависит от топлива, на которое рассчитан двигатель. Для двигателя, работающего на бензине ε = 6 – 10, для газовых ε = 7 – 9, для дизельных ε = 15 – 20. Отсюда видно, почему бензиновый двигатель легко переоборудовать для работы на газе. У дизелей такое высокое значение ε необходимо для того, чтобы обеспечить самовоспламенение топлива.
Ну а теперь непосредственно о рабочем цикле
Первый такт цикла носит название «впуск». Поршень движется от ВМТ к НМТ. Впускной клапан открыт, и через него в цилиндр поступают пары бензина смешанные с воздухом, так называемая горючая смесь (у дизельного двигателя – чистый воздух).
Второй такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется от НМТ к ВМТ, рабочая смесь (горючая смесь и остатки продуктов горения от предыдущего цикла) сжимается. Когда поршень приближается в ВМТ, у бензиновых двигателей между контактами свечи зажигания проскакивает электрическая искра для поджигания смеси.
Почему искра подается не в ВМТ, а раньше?
Дело в том, что перед началом горения должны пройти реакции, подготавливающие смесь к горению. Интенсивное горение смеси должно начаться только когда поршень достигнет ВМТ. Время на подготовительные реакции всегда одинаковое, а скорость перемещения поршня изменяется при изменении оборотов коленчатого вала. Поэтому приходиться изменять момент подачи искры, изменять, так называемый «угол опережения зажигания».
Меняется угол опережения зажигания
У дизельных двигателей при приближении поршня к ВМТ через специальную форсунку в надпоршневое пространство под высоким давлением впрыскивается топливо. Пока поршень дойдет до ВМТ, топливо должно испариться, перемешаться с воздухом, приготовиться к горению и начать гореть, когда поршень окажется в ВМТ.
Время на подготовку также постоянное, поэтому на высоких оборотах топливо впрыскивается раньше. Изменяется так называемый «угол опережения впрыска».
Третий такт – рабочий ход.
Клапаны закрыты. Смесь интенсивно горит, её давление, и температура резко повышаются. Под действием давления поршень движется от ВМТ к НМТ и подталкивает коленчатый вал, подпитывая его энергией.
Четвертый такт – выпуск. Выпускной клапан открыт. Поршень движется от НМТ к ВМТ и отработанные газы выдавливаются из цилиндра.
Цикл закончился и начинается следующий. Следует заметить, что подпитка энергией коленчатого вала происходит только во время такта рабочего хода. Во время всех остальных тактов поршень перемещается (так называемые насосные ходы) за счет энергии, накопленной коленчатым валом от предыдущих рабочих циклов.
Как работает двигатель внутреннего сгорания — видео:
То есть в течение двух оборотов коленчатого вала подпитка его энергией происходит только пол-оборота. Это одна из причин невысокого коэффициента полезного действия четырехтактных двигателей.
Двигатель внутреннего сгорания: виды, устройство, принцип работы
Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.
Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации — от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.
При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.
В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы.
Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.
Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.
Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.
Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.
В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости — некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.
Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.
В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.
Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.
В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:
- рабочий объем,
- количество цилиндров,
- мощность системы,
- скорость вращения узлов,
- применяемое для работы топливо и др.
Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы. Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?
Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени — за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ — верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.
Такт № 1 — впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.
В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.
Такт № 2 — сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.
От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.
Такт № 3 — рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.
Такт № 4 — выпуск. Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.
Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.
Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.
Варианты конструкций внутреннего двигателя
Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание — основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.
Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа — инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы — сжигание бензина.
Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.
Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.
Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.
Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе. В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.
Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.
Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.
Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.
Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.
Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.
Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.
Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.
Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя внутреннего сгорания. —
Рассмотрим принцип устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, а также его рабочие циклы.
Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя
1234Рабочий цикл двигателя — ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.Автомобильные двигатели работают, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня. Состоит из: такта впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.
Принцип работы ДВС
Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ).
- Впуск. Коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.
- Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
- Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200оС.
- Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля
В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.
- Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.
- Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
- Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.
- Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
Принцип работы многоцилиндровых двигателей
На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).
Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.
Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3
Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.
Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы
Согласитесь, что сегодня невозможно представить себе современный мир без автомобилей, поездов, теплоходов и так далее. А ведь так было не всегда.
Еще совсем недавно каких-то двести лет назад единственным средством передвижения по земле кроме собственных ног были лошади. Лошади возили телеги, повозки, кареты, даже вагоны по рельсам.
И мысль о том, что все это можно передвигать без помощи этих несчастных животных была из области фантастики. Тогда-то, в начале 19 века, и начались первые изобретения самоходных машин на основе парового двигателя.
В таком двигателе нагревался огнем наполненный водой котел, и пар от кипящей воды совершал механическую работу по приведению двигателя в ход. Двигатели были чудовищными, малоэффективными, огромными и небезопасными. Однако, на основе этих двигателей были созданы первые автомобили, паровозы и пароходы.
Изобретение двигателя внутреннего сгорания
Людям понравилась эта затея, несмотря на все минусы. Тогда это было чудом техники. И лишь в 1860 году, когда паровые двигатели применялись уже повсеместно и перестали считаться чем-то необыкновенным, был изобретен первый двигатель внутреннего сгорания.
Еще 18 лет понадобилось, чтобы изобретение доработали до нормально работающего варианта, который и по сей день является основой любого двигателя внутреннего сгорания четырехтактного двигателя.
Еще через семь лет двигатели начали работать на бензине. До этого их топливом был светильный газ. В наше время практически везде применяются двигатели внутреннего сгорания с кратным четырем количеством цилиндров. Давайте рассмотрим устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания.
Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Он состоит из цилиндра с поршнем, клапанов для впуска топлива и выпуска отработанных паров и коленчатого вала, соединенного с поршнем. Разберем, как работает двигатель внутреннего сгорания на основе простейшего одноцилиндрового движка.
Во время первого такта сквозь топливный клапан впускается горючая смесь бензина и воздуха. Поршень двигается вниз.
На втором такте поршень двигается вверх, сжимая эту смесь, отчего она нагревается.
Третий такт: сжатая смесь поджигается электрической свечой, и энергия от этого небольшого взрыва толкает поршень вниз, приводя в движение коленчатый вал. Энергии толчка достаточно, чтобы коленвал, вращаясь по инерции, приводил в движение поршень при последующих тактах.
И наконец, на четвертом такте, сквозь второй клапан отработанные газы выталкиваются поршнем из цилиндра. Как видно, только один из четырех тактов рабочий.
Для равномерного вращения вала и увеличения мощности совмещают на одном валу четыре цилиндра таким образом, чтобы во время каждого такта один из цилиндров был в стадии рабочего хода. В таком случае они равномерно и последовательно вращают коленвал. Восемь, двенадцать и более цилиндров применяются уже исключительно для увеличения мощности движка.
Нужна помощь в учебе?
Предыдущая тема: Удельная теплота парообразования
Следующая тема:   Электризация тел: два рода зарядов
Принцип работы двигателей внутреннего сгорания
Для правильной работы двигателя он должен непрерывно выполнять некоторый цикл операций. Принцип работы двигателей с искровым зажиганием (SI) был изобретен Николаусом А. Отто в 1876 году; поэтому двигатель SI также называют двигателем Отто. Принцип работы двигателя с воспламенением от сжатия (CI) был обнаружен Рудольфом Дизелем в 1892 году, поэтому двигатель CI также называют дизельным двигателем.
Принцип работы двигателей SI и CI практически одинаков, за исключением процесса сгорания топлива, который происходит в обоих двигателях.В двигателях SI сжигание топлива происходит за счет искры, генерируемой свечой зажигания, расположенной в головке блока цилиндров. Топливо сжимается до высокого давления, и его сгорание происходит при постоянном объеме. В двигателях с ХИ сгорание топлива происходит из-за сжатия топлива до чрезмерно высокого давления, что не требует наличия искры для инициирования воспламенения топлива. В этом случае сгорание топлива происходит при постоянном давлении.
Двигатели SI и CI могут работать как с двухтактным, так и с четырехтактным циклом.Оба цикла описаны ниже:
Четырехтактный двигатель : В четырехтактном двигателе цикл работы двигателя завершается за четыре хода поршня внутри цилиндра. Четыре такта 4-тактного двигателя: всасывание топлива, сжатие топлива, такт расширения или рабочего хода и такт выпуска. В 4-тактных двигателях мощность вырабатывается, когда поршень совершает такт расширения. За четыре такта двигателя совершается два оборота коленчатого вала двигателя.
Двухтактный двигатель : В случае двухтактного двигателя такты всасывания и сжатия происходят одновременно. Точно так же такты расширения и выпуска происходят одновременно. Мощность вырабатывается во время такта расширения. По завершении двух тактов поршня производится один оборот коленчатого вала двигателя.
В четырехтактных двигателях топливо сжигается один раз за два оборота колеса, а в двухтактном двигателе топливо сжигается один раз за один оборот колеса.Следовательно, эффективность 4-тактных двигателей выше, чем у 2-тактных двигателей. Однако мощность двухтактных двигателей больше, чем у четырехтактных.
Список типов двигателей внутреннего сгорания [Детали, работа, применение] PDF
Из этой статьи вы узнаете, что такое двигатели внутреннего сгорания , его детали , принцип работы , Типы двигателей внутреннего сгорания. И разница между двигателем и двигателем IC.
А также загрузите файл PDF этой статьи в конце.
Двигатели внутреннего сгоранияКак следует из названия, двигатели внутреннего сгорания (кратко обозначаемые как I.C. Двигатель ) — это те двигатели, в которых сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя.
Другими словами, двигатели внутреннего сгорания — это те двигатели, в которых сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя за счет искры. Это бензиновые, дизельные и газовые двигатели.
Двигатель — это устройство, которое, используя химическую энергию топлива, преобразует ее в тепловую энергию путем сгорания, чтобы произвести механическую работу. Мы видели в паровых двигателях, что топливо подается в цилиндр. Это в виде пара. Которая уже нагрета и готова к работе в цикле сгорания двигателя.
Различия между паровыми двигателями и двигателями внутреннего сгорания.Ниже приведены различия между паровым двигателем и двигателем внутреннего сгорания:
Типы двигателей- Двигатели внешнего сгорания (ЕС)
- Двигатели внутреннего сгорания (IC)
Двигатели внешнего сгорания — Если сгорание топлива происходит вне цилиндра двигателя, это двигатель внешнего сгорания.Пример: паровая турбина, газовая турбина, паровая турбина и т. Д.
Двигатели внутреннего сгорания — Если топливо сгорает внутри цилиндра двигателя, это двигатель внутреннего сгорания. Пример: бензиновый двигатель, дизельный двигатель.
Типы двигателей внутреннего сгорания
Ниже приводится список типов двигателей внутреннего сгорания (классифицируются по разным методам):
- Используемый рабочий цикл
- Двухтактный двигатель
- Четырехтактный двигатель
- Используемое топливо
- Бензин
- Дизель
- Газовый двигатель
- Характер используемого термодинамического цикла
- Цикл Отто
- Дизельный цикл
- Двойной цикл
- Методы охлаждения
- 49 Охлаждение на воздухе
- Обороты двигателя
- Высокоскоростной двигатель
- Среднеоборотный двигатель
- Низкооборотный двигатель
- Область применения
- Стационарный двигатель
- Автомобильный двигатель
- Переносной двигатель
- Авиадвигатель
- Метод зажигания
- Двигатель с искровым зажиганием
- Двигатель с воспламенением от сжатия
- Расположение цилиндров двигателя
- Горизонтальный двигатель
- Вертикальный двигатель
- Радиальный двигатель
- Двигатель V-образного типа
- Цилиндр изготовлен из стали или алюминиевых сплавов.
- В этом поршень совершает движение для увеличения мощности.
- Выдерживает высокое давление и температуру.
- Головка цилиндра установлена в верхней части цилиндра.
- Изготовлен из стали или алюминиевых сплавов.
- Изготовлен методом литья.
- Между цилиндром и головкой цилиндра предусмотрена прокладка из меди или асбеста для обеспечения герметичности.
- Изготовлен из алюминиевых сплавов.
- Основная функция — передача силы, возникающей при сгорании заряда, на шатун.
- Это круглые кольца, изготовленные из специальных стальных сплавов.
- они размещаются в кольцевых канавках поршня.
- Имеются два набора колец, с верхним кольцом для предотвращения утечки отработавших газов в нижнюю часть и нижним кольцом для предотвращения утечки масла в цилиндр двигателя.
- Сохраняют эластичные свойства даже при более высоких температурах.
- Кольца снабжены герметичным уплотнением.
- Они расположены на головке блока цилиндров,
- Впускной клапан используется для подачи свежей смеси в цилиндр.
- Выпускной клапан служит для вывода отработанных газов из цилиндра.
- Это связующее звено между поршнем и коленчатым валом.
- Шатун предназначен для передачи усилия от поршня к коленчатому валу.
- Изготовлен из специальных стальных сплавов.
- Коленчатый вал предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное с помощью шатуна.
- Картер выполнен из чугуна.
- Удерживает цилиндр и коленчатый вал двигателя.
- Также служит поддоном (местом хранения) смазочного масла.
- Это большое твердое колесо, установленное на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания.
- Основная функция маховика — поддерживать постоянную скорость.
- Накапливает избыточную энергию во время подачи питания и отдает во время такта сжатия.
- Двигатели внутреннего сгорания используются в дорожных транспортных средствах, таких как скутеры, мотоциклы, автобусы и т. Д.
- Он также используется в самолетах. Двигатель
- IC обычно используется на моторных лодках. Двигатель
- IC находит широкое применение в небольших машинах, таких как газонокосилки, бензопилы и переносные двигатели-генераторы.
- Они также используются в автомобилях, мотоциклах, лодках и в большом количестве самолетов и локомотивов, требующих очень большой мощности, таких как реактивные самолеты, вертолеты и большие корабли.
- Двигатели IC используются в качестве передвижных двигателей в автомобилях, оборудовании и другой переносной технике.
- Применяются также в генераторах.
- Поршневой двигатель авто.
- Двигатель без наддува:
- Поршневой двигатель:
- Большинство автомобильных двигателей имеют от четырех до восьми цилиндров, некоторые высокопроизводительные автомобили имеют десять, двенадцать или даже шестнадцать, а некоторые очень маленькие легковые и грузовые автомобили имеют два или три цилиндра.В предыдущие годы некоторые довольно большие автомобили, такие как DKW и Saab 92, имели двухцилиндровые двухтактные двигатели.
- Радиальные авиационные двигатели, ныне устаревшие, имели от пяти до 28 цилиндров. Строка содержит нечетное количество цилиндров, поэтому четное число указывает на двух- или четырехрядный двигатель.
- Мотоциклы обычно имеют от одного до четырех цилиндров, а в некоторых высокопроизводительных моделях их шесть.
- Снегоходы обычно имеют два цилиндра. У некоторых более крупных (не обязательно высокопроизводительных, но тоже туристических машин) их четыре.
- Мелкие портативные приборы, такие как бензопилы, генераторы и бытовые газонокосилки, чаще всего имеют один цилиндр, хотя существуют и двухцилиндровые бензопилы.
- Многие виды топлива содержат серу, что приводит к образованию оксидов серы (SOx) в выхлопных газах, что способствует кислотным дождям.
- Высокая температура горения создает большую долю оксидов азота (NOx), которые, как доказано, опасны для здоровья растений и животных.
- Чистое производство углекислого газа не является обязательной характеристикой двигателей, но, поскольку большинство двигателей работают на ископаемом топливе, это обычно происходит.Если двигатели работают на биомассе, то чистый углекислый газ не образуется, поскольку растущие растения поглощают столько же или больше углекислого газа во время роста.
- Водородные двигатели должны производить только воду, но при использовании воздуха в качестве окислителя также образуются оксиды азота.
- Певец Чарльз Джозеф; Рэпер, Ричард, История технологии: Двигатель внутреннего сгорания , отредактированный Чарльзом Сингером … [и др.], Clarendon Press, 1954-1978.С. 157–176 [20]
- Харденберг, Хорст О., Средние века двигателя внутреннего сгорания , Общество автомобильных инженеров (SAE), 1999 г.
- 49 Охлаждение на воздухе
Ниже приведены Основные части двигателя внутреннего сгорания:
1.ЦилиндрЧитайте также: Поршневые кольца: Типы поршневых колец
5. КлапаныВ двигателях внутреннего сгорания (двигателях внутреннего сгорания) сгорание происходит внутри цилиндра, поэтому тепловая энергия топлива напрямую преобразуется в механическую работу.
Двигатель внутреннего сгорания имеет более высокий тепловой КПД, чем тепловой КПД двигателей с электронным управлением. В двигателях внутреннего сгорания, когда двигатель внутреннего сгорания работает непрерывно, мы можем рассматривать цикл, начинающийся с любых тактов.
Мы знаем, что, когда двигатель возвращается к такту, с которого он был запущен, мы говорим, что один цикл был завершен. Двигатель внутреннего сгорания имеет четыре этапа для завершения одного цикла, а именно:
Ход всасывания В этом такте пар топлива в правильной пропорции подается в цилиндр двигателя.
Ход сжатия В этом такте пары топлива сжимаются в цилиндре двигателя.
Ход расширения В этом такте горение паров топлива за счет свечи зажигания обеспечивается в верхней части цилиндра двигателя. при сгорании топлива давление резко повышается из-за расширения продуктов сгорания в цилиндре двигателя. Повышение давления толкает поршень с большим усилием и вращает коленчатый вал.Коленчатый вал, в свою очередь, приводит в движение подключенную к нему машину.
Ход выхлопа В этом такте отработавшие газы выпускаются из цилиндра двигателя, чтобы освободить место для свежих паров топлива.
Разница между бензиновым двигателем и дизельным двигателемОсновное различие между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в том, что бензиновый двигатель всасывает смесь бензина и воздуха во время такта всасывания. А дизельный двигатель во время такта всасывания втягивает только воздух.
Бензиновый двигатель работает по циклу Отто. Его легко запустить, он легче и дешевле, он отличается высокими эксплуатационными расходами и низкими затратами на обслуживание.
Дизельный двигатель работает по дизельному циклу. Его сложно запустить, он тяжелее и дороже, он имеет низкие эксплуатационные расходы и высокую стоимость обслуживания.
Тепловой КПД бензиновых двигателей составляет около 26%. Это высокоскоростные двигатели, которые используются в легковых автомобилях. У дизельных двигателей тепловой КПД составляет около 40%. Это тихоходные двигатели, которые используются в автомобилях большой грузоподъемности.
Применение двигателей внутреннего сгоранияНиже приводится применение двигателей внутреннего сгорания:
Итак, теперь мы надеемся, что мы развеяли все ваши сомнения по поводу двигателя внутреннего сгорания.Если у вас все еще есть сомнения по поводу « типов двигателей внутреннего сгорания », вы можете задать вопрос в комментариях.
Спасибо, что прочитали. Если вам понравилась наша статья, поделитесь ею с друзьями.
Загрузите PDF-файл этой статьи:
Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления, когда мы загружаем новые статьи.
Читать далее:
| Устройство и принцип действия двигателей Мы широко используем тепловые двигатели с момента их изобретения в 17 веке.Есть много видов двигателей, и они используются в нашей жизни. На этом занятии представлены конструкция, принцип и характеристики тепловых двигателей и источника энергии. Поршневой паровой двигатель Поршневой паровой двигатель — первый двигатель, получивший практическое применение. Этот двигатель получает механическую мощность за счет статического давления пара. После промышленной революции он долгое время использовался в качестве источника энергии для промышленности и транспорта.Но его заменяют двигатели внутреннего сгорания, и в настоящее время он не используется. Двигатель Стирлинга Двигатель Стирлинга состоит из двух поршней, как показано на правом рисунке. Это двигатель внешнего сгорания с замкнутым циклом, который многократно использует рабочий газ без какого-либо клапана.Запоминающейся характеристикой этого двигателя является то, что для получения высокого КПД используется регенератор. В те дни был изобретен двигатель, который назывался «Двигатель горячего воздуха» вместе с двигателем Эрикссон, описанным ниже. После многих разработок двигатели Стирлинга в настоящее время получают высокую мощность и высокий КПД за счет использования гелия или водорода под высоким давлением в качестве рабочего газа. Но этот двигатель еще не получил практического применения, потому что у него есть несколько проблем, таких как большой вес и высокая стоимость производства. Ericsson Engine Дж. Эрикссон разработал несколько двигателей, модернизировав двигатель Стирлинга (в наши дни называемый двигателем горячего воздуха). Один из них сегодня называется движком Ericsson. Это двигатель внешнего сгорания с открытым циклом с двумя клапанами на подающем цилиндре и силовом цилиндре, как показано на правом рисунке. Также в большинстве двигателей, изобретенных Дж. Эриксоном, использовался регенератор. Бензиновый двигатель В настоящее время бензиновый двигатель (двигатель с искровым зажиганием) широко используется в качестве источника энергии для автомобилей.По принципу этого двигателя смесь топлива и воздуха сначала сжимается в цилиндре. А газ взрывается от свечи зажигания и генерирует выходную мощность. В качестве хороших характеристик двигателя может быть реализован двигатель меньшего размера и легкого веса, при этом возможны высокие обороты двигателя и большая мощность. Также обслуживание двигателя очень простое. Паровая турбина Паровая турбина имеет вращающиеся лопатки вместо поршня и цилиндра поршневого парового двигателя.Этот двигатель используется в качестве источника энергии на тепловых и атомных электростанциях. Паровая турбина использует динамическое давление пара и преобразует тепловую энергию в механическую, хотя поршневой паровой двигатель использует статическое давление пара. Оба двигателя используют энергию, получаемую при расширении пара. Дизельный двигатель Газовая турбина По принципу газовой турбины рабочий газ (воздух) сжимается компрессором и сначала нагревается за счет энергии сгорания топлива. Рабочий газ становится высокой температуры и высокого давления. Двигатель преобразует энергию рабочего газа во вращающуюся энергию лопастей, используя взаимодействие между газом и лопастями. Ракетный двигатель Ракетный двигатель получает газообразные продукты сгорания высокой температуры и высокого давления из топлива и окислителя в конбусторе.Газообразные продукты сгорания приобретают высокую скорость с адиабатическим расширением через сопло и выбрасываются в заднюю часть двигателя. Движущая сила получается за счет реакции высокоскоростного газа. Топливный элемент Вышеупомянутые тепловые двигатели меняют энергию топлива на механическую за счет тепловой энергии. С другой стороны, топливный элемент напрямую преобразует химическую энергию топлива в электрическую. |
Двигатель внутреннего сгорания: определение и работа
Что такое двигатель внутреннего сгорания?
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловой двигатель, в котором сгорание топлива с окислителем (обычно воздухом) происходит 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.Сила обычно применяется к поршням, лопаткам турбины, ротору или соплу.
Эта сила перемещает компонент на расстояние и преобразует химическую энергию в полезную работу. Он заменяет двигатель внутреннего сгорания там, где важен вес или размер двигателя.
Термин «двигатель внутреннего сгорания» обычно относится к двигателю, в котором сгорание является прерывистым, например, к более популярным четырехтактным и двухтактным поршневым двигателям, а также к их вариантам, таким как шеститактный поршневой двигатель и роторный двигатель Ванкеля.
Второй класс двигателей внутреннего сгорания использует непрерывное сгорание: газовые турбины, реактивные двигатели и большинство ракетных двигателей, каждый из которых является двигателем внутреннего сгорания по тому же принципу, что описан ранее.
Огнестрельное оружие также является разновидностью двигателя внутреннего сгорания, хотя оно настолько специализировано, что обычно рассматривается как отдельная категория.
Кто изобрел двигатель внутреннего сгорания?
В 1872 году американец Джордж Брайтон изобрел первый коммерческий двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе.В 1876 году Николаус Отто, работая с Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом, запатентовал четырехтактный двигатель со сжатым зарядом. В 1879 году Карл Бенц запатентовал надежный двухтактный газовый двигатель.
Как работает двигатель внутреннего сгорания?
Горение, также известное как горение, — это основной химический процесс, используемый для высвобождения энергии из топливно-воздушной смеси. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) топливо воспламеняется и сжигается внутри самого двигателя.
Затем двигатель преобразует часть энергии сгорания в работу.Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня.
Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал. В конечном итоге это движение приводит в движение колеса автомобиля через систему трансмиссии в трансмиссии.
В настоящее время производится два типа двигателей внутреннего сгорания: бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия.
Большинство из них четырехтактные, что означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня.Цикл включает четыре различных процесса: впуск, сжатие, сгорание и рабочий ход, а также выпуск.
Бензиновые двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели с воспламенением от сжатия различаются по способу подачи и воспламенения топлива. В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом, а затем вводится в цилиндр во время процесса впуска.
После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее и вызывает возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода.В дизельном двигателе воздух вводится в двигатель, а затем сжимается.
Дизельные двигатели затем распыляют топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозированной скоростью, вызывая его возгорание.
Применение двигателя внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергогенерирующими устройствами из существующих в настоящее время. Примеры включают бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газотурбинные двигатели и ракетные двигательные установки.Двигатель
IC имеет множество применений, например,
Классификация двигателей внутреннего сгорания
В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания: бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия.Большинство из них представляют собой четырехтактные двигатели, а это означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня.
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по используемому топливу, термодинамическому циклу, типу зажигания, типу системы охлаждения, расположению цилиндров, способу наддува и т. Д. Теперь мы подробно рассмотрим это.
1) В соответствии с рабочим циклом:
Мы знаем, что двигатели внутреннего сгорания преобразуют химическую энергию в механическую при циклической работе. Существует множество термодинамических циклов, напримерЦикл 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 IC можно разделить на следующие типы.
1. Двигатель цикла Отто:
Он также известен как двигатель с искровым зажиганием или двигатель постоянного объема с добавлением тепла, бензиновый двигатель и т. Д. В этом цикле происходит добавление тепла (сжигание топлива) и отвод (выхлоп) при постоянном объеме и расширении и сжатии происходят при изоэнтропии.Эти двигатели выдают низкую мощность на высоких оборотах.
2. Двигатель с дизельным циклом
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 постоянный объем. Этот двигатель выдает большую мощность на малых оборотах.
3. Двигатель двойного цикла:
Двойной цикл представляет собой комбинацию цикла Отто и дизельного цикла.В этом двигателе добавление тепла происходит как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении в некотором соотношении.
Некоторые двигатели работают по циклам Стирлинга и Эрикссона, но они не используются в коммерческих целях.
2) В зависимости от типа используемого топлива:
Большинство из нас знает об этих двигателях. Это бензиновые двигатели и дизельные двигатели. В настоящее время в двигателях внутреннего сгорания также используется газообразное топливо, такое как СНГ, КПГ, водород и т. Д. Эти двигатели называются нетрадиционными двигателями.
3) По способу заправки:
Зарядка означает, как происходит впуск топливно-воздушной смеси.Это можно классифицировать следующим образом.
В этом двигателе впуск топливовоздушной смеси (двигатель SI) или только воздуха (двигатель CI) происходит из-за разницы давления внутри цилиндра и атмосферного давления.
2. Двигатели с наддувом:
В этом двигателе для подачи заряда внутрь цилиндра используется отдельный компрессор. Этот компрессор работает от двигателя (связан с коленчатым валом с ременной передачей).
3. Двигатель с турбонаддувом:
В этом двигателе используется турбина, которая втягивает воздух в цилиндр и работает на выхлопных газах. Это тоже похоже на наддув, но компрессор приводится в действие турбиной, которая вращается за счет выхлопных газов.
4) По зажиганию:
В двигателе внутреннего сгорания зажигание заряда может происходить двумя способами. В первом случае для воспламенения топлива используется отдельная свеча зажигания или любое другое устройство (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).
5) В зависимости от типа системы зажигания:
В бензиновых двигателях мы использовали свечу зажигания для воспламенения топлива. Эта искра на свече зажигания производится системой зажигания. По системе зажигания различают 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).
6) В соответствии с конструкцией двигателя:
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.
2. Роторный двигатель:
В роторном двигателе используется ротор. Сила давления, создаваемая сгоранием 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.
7) По охлаждению:
В двигателях внутреннего сгорания используются два типа охлаждения: воздушное охлаждение и водяное охлаждение. Таким образом, это двигатели с воздушным охлаждением или двигатели с водяным охлаждением. Обе эти системы охлаждения имеют свои преимущества, о которых мы поговорим позже. Моторное масло также служит охлаждающей средой.
8) В зависимости от хода двигателя:
Мы знаем, что ход — это максимальное расстояние, которое поршень может пройти внутри цилиндра или между ВМТ и НМТ.Если двигатель переходит из ВМТ в НМТ, это называется одноходовым. Если он возвращается в BDC, это называется двумя тактами. Коленчатый вал совершает одно вращение за два хода. В соответствии с ним было изобретено три типа двигателей.
1. Двухтактный двигатель:
В этом двигателе коленчатый вал совершает один оборот за один рабочий ход. Этот двигатель дает большую мощность по сравнению с другими. Он используется в стрелках, кораблях, генераторах и т. Д.
2. Четырехтактные двигатели:
Этот двигатель обеспечивает два оборота коленчатого вала за один рабочий ход.Они дают низкую мощность, но высокий КПД. Он используется в автомобилях, грузовиках, мотоциклах и т. Д.
3. Шеститактные двигатели:
Эти двигатели находятся в процессе разработки. Как следует из названия, он обеспечивает вращение трех коленчатых валов за один рабочий ход.
9) По расположению двигателя:
Эти двигатели можно лучше понять по диаграмме по сравнению со словами.
Часто задаваемые вопросы.
Что такое двигатель внутреннего сгорания?Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловой двигатель, который использует окислитель (обычно воздух) для сжигания топлива 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 компонент двигателя.
Как работает двигатель внутреннего сгорания?Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая возгорание. Расширение дымовых газов толкает поршень во время рабочего хода.
Кто изобрел двигатель внутреннего сгорания?В 1872 году американец Джордж Брайтон изобрел первый коммерческий двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе. В 1876 году Николаус Отто, работая с Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом, запатентовал четырехтактный двигатель со сжатым зарядом. В 1879 году Карл Бенц запатентовал надежный двухтактный газовый двигатель.
Как классифицировать двигатель Ic?В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания: бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия.Большинство из них представляют собой четырехтактные двигатели, а это означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня.
Читайте также
СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИДвигатель внутреннего сгорания | Engineering
Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, в котором сгорание происходит в замкнутом пространстве, называемом камерой сгорания. Сгорание топлива создает газы с высокой температурой / давлением, которые могут расширяться. Расширяющиеся газы используются для непосредственного перемещения поршня, лопаток турбины, ротора (ов) или самого двигателя, выполняя полезную работу.
Характеристики []
Двигатели внутреннего сгорания могут работать на любом топливе, которое может сочетаться с «окислителем» в камере.
Напротив, двигатель внешнего сгорания, такой как паровой двигатель, действительно работает, когда в процессе сгорания нагревается отдельная рабочая жидкость, такая как вода или пар, который, в свою очередь, работает.
Реактивные двигатели, большинство ракет и многие газовые турбины строго классифицируются как двигатели внутреннего сгорания, но термин двигатель внутреннего сгорания также используется для обозначения поршневых двигателей, двигателей Ванкеля и аналогичных конструкций, в которых сгорание является прерывистым.
Сегодня двигатель внутреннего сгорания сокращается до аббревиатуры ICE.
Четырехтактный цикл (или цикл Отто)
История []
Без сжатия []
Леонардо да Винчи [1] в 1509 году и Христиан Гюйгенс [2] в 1673 году описали двигатели постоянного давления. (Описание Леонардо не может подразумевать, что идея исходила от него или что она действительно была сконструирована.)
Непрямое внутреннее сгорание или принцип всасывания может не соответствовать определению двигателя, потому что процесс не повторяется.
Первые двигатели внутреннего сгорания использовались для питания сельскохозяйственного оборудования.
Английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд [3] использовал порох [4] для привода водяных насосов в 17 веке. В 1794 году Роберт Стрит построил двигатель без сжатия, принцип работы которого будет доминировать почти столетие.
Первый двигатель внутреннего сгорания, который будет применяться в промышленности, был запатентован Самуэлем Брауном в 1823 году. Он был основан на том, что Харденберг называет «циклом Леонардо», который, как следует из этого названия, к тому времени уже был устаревшим.Как и сегодня, раннее крупное финансирование в области, где стандарты еще не были установлены, досталось лучшим шоуменам раньше, чем лучшим работникам. Итальянцы Эухенио Барсанти [5] и Феличе Маттеуччи [6] запатентовали первый работающий и эффективный двигатель внутреннего сгорания в 1854 году в Лондоне (номер детали 1072), но не начали его производство. Он был похож по концепции на успешный двигатель непрямого действия Отто Лангена, но не так хорошо проработан в деталях.
В 1860 году Этьен Ленуар [7] (1822-1900) создал газовый двигатель внутреннего сгорания, внешне не отличающийся от парового двигателя.Он очень напоминал горизонтальный паровой двигатель двойного действия с цилиндрами, поршнями, шатунами и маховиком, в котором газ по существу заменял пар. Это был первый серийный двигатель внутреннего сгорания. Американец Сэмюэл Мори [8] получил патент 1 апреля 1826 г. на «газовый или паровой двигатель».
Его первый (1862 г.) двигатель со сжатием, разошедшийся на части, Николаус Отто [9] разработал двигатель непрямого действия со свободным поршнем без сжатия, более высокая эффективность которого получила поддержку Лангена, а затем и большей части рынка, который в то время, в основном предназначался для небольших стационарных двигателей, работающих на газовом топливе.В 1870 году в Вене Зигфрид Маркус [10] поставил на ручную тележку первый передвижной бензиновый двигатель.
Сжатие []
Наиболее существенное различие между современными двигателями внутреннего сгорания и ранними конструкциями заключается в использовании сжатия, в частности сжатия в цилиндре. Термодинамическая теория идеализированных тепловых двигателей была основана Николя Леонардом Сади Карно [11] во Франции в 1824 году. Это научно доказало необходимость сжатия для увеличения разницы между верхней и нижней рабочими температурами, но неясно, были ли разработчики двигателей знали об этом до того, как сжатие уже стало широко использоваться.Фактически, это могло ввести в заблуждение дизайнеров, которые пытались подражать циклу Карно бесполезными способами.
Первым зарегистрированным предложением компрессии в цилиндре был патент, выданный Уильяму Барнету (англ.) В 1838 году. Он, очевидно, не осознавал его преимуществ, но его цикл был бы большим достижением, если бы был достаточно развит.
Отто, работая с Готлибом Даймлером [12] и Вильгельмом Майбахом [13] в 1870-х годах, разработал практический четырехтактный двигатель (цикл Отто).Немецкие суды, однако, не удержали его патент на все двигатели с цилиндрическим компрессором или даже на четырехтактный цикл, и после этого решения внутрицилиндровое сжатие стало универсальным.
Приложения []
Двигатели внутреннего сгорания чаще всего используются в мобильных силовых установках. В мобильных сценариях внутреннее сгорание является преимуществом, поскольку оно может обеспечить высокое соотношение мощности к весу вместе с превосходной удельной топливной энергией. Эти двигатели используются почти во всех автомобилях, мотоциклах, многих лодках, а также в самых разных самолетах и локомотивах.Там, где требуется очень большая мощность, например, реактивные самолеты, вертолеты и большие корабли, они появляются в основном в виде газовых турбин. Они также используются в электрических генераторах и в промышленности.
Для маломощных мобильных и многих немобильных приложений электродвигатель является конкурентоспособной альтернативой. В будущем электродвигатели также могут стать конкурентоспособными для большинства мобильных приложений. Однако высокая стоимость, вес и низкая удельная энергия батарей PbA и даже NiMH, а также отсутствие доступных по цене бортовых электрических генераторов, таких как топливные элементы, в значительной степени ограничивают их использование в специализированных приложениях.Однако последние достижения в области легких литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов позволили довести безопасность, удельную мощность, срок службы и стоимость до приемлемых или даже желаемых уровней. Например, недавно аккумуляторные электромобили начали демонстрировать дальность действия 300 миль на литии, теперь улучшенная мощность делает их привлекательными для подключаемых к сети гибридных электромобилей, запас хода на которых менее критичен, имея внутреннее сгорание для неограниченного диапазона .
Операция []
Все двигатели внутреннего сгорания зависят от экзотермического химического процесса сгорания: реакции топлива, обычно с воздухом, хотя могут использоваться другие окислители, такие как закись азота.См. Также стехиометрию [14].
Наиболее распространенные виды топлива, используемые сегодня, состоят из углеводородов и получают из нефти. К ним относятся топливо, известное как дизельное топливо, бензин и сжиженный нефтяной газ. Большинство двигателей внутреннего сгорания, разработанных для бензина, могут работать на природном газе или сжиженном нефтяном газе без каких-либо модификаций, за исключением компонентов подачи топлива. Также можно использовать жидкое и газообразное биотопливо соответствующего состава.
Некоторые предполагают, что в будущем водород может заменить такое топливо.Кроме того, с внедрением технологии водородных топливных элементов использование двигателей внутреннего сгорания может быть прекращено. Преимущество водорода в том, что при его сгорании образуется только вода. Это не похоже на сжигание углеводородов, при котором также образуется двуокись углерода, основная причина глобального потепления, а также окись углерода в результате неполного сгорания. Большим недостатком водорода во многих ситуациях является его хранение. Жидкий водород имеет чрезвычайно низкую плотность — в 14 раз меньше, чем вода, и требует обширной изоляции, в то время как газообразный водород требует очень тяжелых резервуаров.Хотя водород легкий и поэтому имеет более высокую удельную энергию, объемный КПД все же примерно в пять раз ниже, чем у бензина. Вот почему водород необходимо сжимать, чтобы сохранить полезное количество энергии.
Все двигатели внутреннего сгорания должны иметь средства зажигания, способствующие сгоранию. В большинстве двигателей используется электрическая система зажигания или система зажигания с подогревом от сжатия. В системах электрического зажигания обычно используются свинцово-кислотная батарея и индукционная катушка, которые создают электрическую искру высокого напряжения для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя.Эту батарею можно заряжать во время работы с помощью генератора с приводом от двигателя. Системы зажигания с компрессионным нагревом (дизельные двигатели и двигатели HCCI) полагаются на тепло, создаваемое в воздухе за счет сжатия в цилиндрах двигателя, для воспламенения топлива.
После успешного воспламенения и сгорания продукты сгорания (горячие газы) имеют больше доступной энергии, чем исходная сжатая топливно-воздушная смесь (которая имела более высокую химическую энергию). Доступная энергия проявляется в виде высокой температуры и давления, которые могут быть переведены в работу двигателем.В поршневом двигателе газы продукта высокого давления внутри цилиндров приводят в движение поршни двигателя.
После того, как доступная энергия удалена, оставшиеся горячие газы удаляются (часто путем открытия клапана или выхода выхлопных газов), что позволяет поршню вернуться в свое предыдущее положение (верхняя мертвая точка — ВМТ). Затем поршень может перейти к следующей фазе своего цикла (который зависит от двигателя). Любое тепло, не переведенное в работу, является отходом и удаляется из двигателя с помощью системы воздушного или жидкостного охлаждения.
Детали []
Иллюстрация нескольких ключевых компонентов типичного четырехтактного двигателя
Составные части двигателя различаются в зависимости от типа двигателя. Для четырехтактного двигателя ключевыми частями двигателя являются коленчатый вал (фиолетовый), один или несколько распределительных валов (красный и синий) и клапаны. Для двухтактного двигателя вместо клапанной системы могут быть просто выпускной патрубок и впускное отверстие для топлива. В обоих типах двигателей имеется один или несколько цилиндров (серый и зеленый), и для каждого цилиндра есть свеча зажигания (темно-серый), поршень (желтый) и кривошип (фиолетовый).Одиночный ход поршня вверх или вниз известен как ход, а ход вниз, который происходит непосредственно после воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндре, известен как рабочий ход.
Двигатель Ванкеля имеет треугольный ротор, который вращается в эпитроихоидной камере (в форме фигуры 8) вокруг эксцентрикового вала. Четыре фазы работы (впуск, сжатие, мощность, выпуск) происходят в разных местах, а не в одном месте, как в поршневом двигателе.
В двигателе Бурка используется пара поршней, встроенная в кулисный механизм, который передает возвратно-поступательное усилие через специально разработанный подшипниковый узел для поворота кривошипно-шатунного механизма. Впуск, сжатие, мощность и выпуск — все это происходит при каждом такте вилки.
Классификация []
Существует широкий спектр двигателей внутреннего сгорания, соответствующих их многочисленным применениям. Аналогичным образом существует множество способов классификации двигателей внутреннего сгорания, некоторые из которых перечислены ниже.
Хотя термины иногда вызывают путаницу, реальной разницы между «двигателем» и «мотором» нет. Когда-то слово «двигатель» (от латинского [15], через старофранцузское [16], ingenium , «способность») означало любую часть механизма. «Мотор» (от латинского мотор , «движитель») — это любая машина, вырабатывающая механическую энергию. Традиционно электродвигатели не называют «двигателями», но двигатели сгорания часто называют «двигателями».
Принципы работы []
Поршневой:
Поворотный:
Непрерывное горение:
Цикл двигателя []
Двигатели, основанные на двухтактном цикле, используют два хода (один вверх, один вниз) для каждого рабочего хода.Поскольку нет специальных тактов впуска или выпуска, необходимо использовать альтернативные методы очистки цилиндров. Наиболее распространенный метод двухтактных двигателей с искровым зажиганием заключается в использовании движения поршня вниз для создания давления свежего заряда в картере, который затем продувается через цилиндр через отверстия в стенках цилиндра. Двухтактные двигатели с искровым зажиганием маленькие и легкие (для их выходной мощности) и очень просты в механическом отношении. Общие области применения включают снегоходы, газонокосилки, цепные пилы, водные мотоциклы, мопеды, подвесные моторы и некоторые мотоциклы.К сожалению, они также, как правило, громче, менее эффективны и гораздо более загрязняют окружающую среду, чем их четырехтактные аналоги, и они плохо масштабируются до больших размеров. Интересно, что самые большие двигатели с воспламенением от сжатия являются двухтактными и используются в некоторых локомотивах и больших кораблях. Эти двигатели используют принудительную индукцию для продувки цилиндров.
Двигатели, основанные на четырехтактном цикле или цикле Отто, имеют один рабочий ход на каждые четыре хода (вверх-вниз-вверх-вниз) и используются в автомобилях, больших лодках и многих легких самолетах.Как правило, они тише, эффективнее и крупнее своих двухтактных собратьев. Есть несколько разновидностей этих циклов, в первую очередь циклы Аткинсона и Миллера. В большинстве дизельных двигателей грузовиков и автомобилей используется четырехтактный цикл, но с системой зажигания с подогревом от сжатия можно отдельно говорить о дизельном цикле. Двигатель Ванкеля работает с тем же разделением фаз, что и четырехтактный двигатель (но без ходов поршня, правильнее было бы назвать четырехфазным двигателем), поскольку фазы находятся в разных местах двигателя; однако, как и двухтактный поршневой двигатель, он обеспечивает один «ход» мощности на оборот на ротор, что дает ему такую же пространственную и весовую эффективность.Фаза сгорания в цикле Бурка более точно соответствует сгоранию с постоянным объемом, чем четырехтактный или двухтактный цикл. В нем также используется меньше движущихся частей, поэтому необходимо преодолевать меньшее трение, чем в двух других типах возвратно-поступательного движения. Кроме того, его более высокий коэффициент расширения также означает, что используется больше тепла от его фазы сгорания, чем используется в четырехтактных или двухтактных циклах.
Типы топлива и окислителя []
Используемые виды топлива включают бензин (британский термин: бензин), сжиженный нефтяной газ, испаренный нефтяной газ, сжатый природный газ, водород, дизельное топливо, JP18 (реактивное топливо), свалочный газ, биодизель, арахисовое масло, этанол, метанол (метил или древесина). алкоголь).Даже псевдоожиженные металлические порошки и взрывчатые вещества нашли применение. Двигатели, в которых в качестве топлива используются газы, называются газовыми двигателями, а двигатели, в которых используются жидкие углеводороды, называются масляными двигателями. Однако, к сожалению, бензиновые двигатели также часто называют «газовыми двигателями».
Основные ограничения для топлива заключаются в том, что топливо должно легко транспортироваться через топливную систему в камеру сгорания, и что топливо выделяет достаточно энергии в виде тепла при сгорании, чтобы можно было использовать двигатель на практике.
Окислителем обычно является воздух, и его преимущество заключается в том, что он не хранится в транспортном средстве, что увеличивает удельную мощность. Однако воздух можно сжимать и переносить на борту транспортного средства. Некоторые подводные лодки предназначены для перевозки чистого кислорода или перекиси водорода, что делает их независимыми от воздуха. Некоторые гоночные автомобили содержат закись азота в качестве окислителя. Другие химические вещества, такие как хлор или фтор, нашли экспериментальное применение; но в основном непрактичны.
Дизельные двигатели обычно тяжелее, шумнее и мощнее на более низких оборотах, чем бензиновые двигатели.Они также более экономичны в большинстве случаев и используются в тяжелых дорожных транспортных средствах, некоторых автомобилях (в большей степени из-за их более высокой топливной эффективности по сравнению с бензиновыми двигателями), кораблях и некоторых локомотивах и легких самолетах. Бензиновые двигатели используются в большинстве других дорожных транспортных средств, включая большинство автомобилей, мотоциклов и мопедов. Обратите внимание, что в Европе сложные автомобили с дизельным двигателем стали довольно распространенными с 1990-х годов, составляя около 40% рынка. И бензиновые, и дизельные двигатели производят значительные выбросы.Есть также двигатели, работающие на водороде, метаноле, этаноле, сжиженном нефтяном газе (СНГ) и биодизеле. Парафиновые двигатели и двигатели с испарительным маслом для тракторов (TVO) больше не используются.
Цилиндры []
Двигатели внутреннего сгорания могут содержать любое количество цилиндров, обычно с номерами от одного до двенадцати, хотя было использовано целых 28 цилиндров. Наличие большего количества цилиндров в двигателе дает два потенциальных преимущества: Первое. двигатель может иметь больший рабочий объем с меньшими индивидуальными возвратно-поступательными массами (то есть масса каждого поршня может быть меньше), что обеспечивает более плавную работу двигателя (поскольку двигатель имеет тенденцию вибрировать в результате движения поршней вверх и вниз).Во-вторых, с большим рабочим объемом и большим количеством поршней может быть сожжено больше топлива, и может быть больше событий сгорания (то есть больше рабочих ходов) в заданный период времени, что означает, что такой двигатель может генерировать больший крутящий момент, чем аналогичный двигатель. с меньшим количеством цилиндров. Недостатком большего количества поршней является то, что в целом двигатель будет иметь больший вес и иметь тенденцию создавать большее внутреннее трение, поскольку большее количество поршней трутся о внутреннюю часть их цилиндров. Это имеет тенденцию к снижению топливной экономичности и лишению двигателя части его мощности.Для высокопроизводительных бензиновых двигателей, использующих современные материалы и технологии (например, двигатели, используемые в современных автомобилях), кажется, есть точка разрыва около 10 или 12 цилиндров, после чего добавление цилиндров становится общим ущербом для производительности и эффективности, хотя есть исключения. такие как двигатель W-16 от Volkswagen.
Система зажигания []
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по системе зажигания. Сегодня в большинстве двигателей для зажигания используется электрическая или компрессионная система нагрева. Однако исторически использовались системы с внешним пламенем и горячими трубками. Никола Тесла получил один из первых патентов на механическую систему зажигания с патентом США « Электрический воспламенитель для газовых двигателей » 16 августа 1898 года.
Топливные системы []
Часто для более простых поршневых двигателей используется карбюратор для подачи топлива в цилиндр. Однако точный контроль количества топлива, подаваемого в двигатель, невозможно.
Более крупные бензиновые двигатели, используемые в автомобилях, в основном перешли на системы впрыска топлива. В двигателях, работающих на сжиженном нефтяном газе, используется смесь систем впрыска топлива и карбюраторов с обратной связью. В дизельных двигателях всегда используется впрыск топлива.
В других двигателях внутреннего сгорания, таких как реактивные двигатели, используются горелки, а в ракетных двигателях используются различные идеи, включая ударные струи, сдвиг газа / жидкости, форсажные камеры и многие другие идеи.
Конфигурация двигателя []
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по их конфигурации, которая влияет на их физические размеры и плавность хода (более плавные двигатели производят меньшую вибрацию). Общие конфигурации включают прямую или линейную конфигурацию, более компактную V-образную конфигурацию и более широкую, но более гладкую плоскую или боксерскую конфигурацию. Авиационные двигатели также могут иметь радиальную конфигурацию, которая обеспечивает более эффективное охлаждение. Также использовались более необычные конфигурации, такие как «H», «U», «X» или «W».
Конфигурации с несколькими коленчатыми валами вовсе не обязательно нуждаются в головке блока цилиндров, но вместо этого могут иметь поршень на каждом конце цилиндра, что называется конструкцией с оппозитным поршнем. Эта конструкция использовалась в дизельном авиационном двигателе Junkers Jumo 205 с двумя коленчатыми валами, по одному на обоих концах одного ряда цилиндров, и, что наиболее заметно, в дизельных двигателях Napier Deltic, в которых использовались три коленчатых вала для обслуживания трех групп двусторонних цилиндров. цилиндры расположены в равностороннем треугольнике с коленчатыми валами по углам.Он также использовался в одноблочных локомотивных двигателях и продолжает использоваться для судовых двигателей, как для тяги, так и для вспомогательных генераторов. Двигатель Gnome Rotary, использовавшийся в нескольких ранних самолетах, имел неподвижный коленчатый вал и ряд радиально расположенных цилиндров, вращающихся вокруг него.
Объем двигателя []
Рабочий объем двигателя — это рабочий объем поршня двигателя. Обычно он измеряется в литрах или кубических дюймах для двигателей большего размера и в кубических сантиметрах (сокращенно кубических сантиметрах) для двигателей меньшего размера.Двигатели большей мощности обычно более мощные и обеспечивают больший крутящий момент на более низких оборотах, но при этом потребляют больше топлива.
Помимо разработки двигателя с большим количеством цилиндров, есть два способа увеличения мощности двигателя. Первый — удлинить ход, второй — увеличить диаметр поршня. В любом случае может потребоваться дополнительная регулировка подачи топлива в двигатель, чтобы обеспечить оптимальную производительность.
Заявленная мощность двигателя может быть больше вопросом маркетинга, чем инженерии.Morris Minor 1000, Morris 1100 и Austin-Healey Sprite Mark II имели двигатели с одинаковым ходом и диаметром цилиндра в соответствии с их спецификациями и были от одного производителя. Однако объем двигателя был указан как 1000 куб. См, 1100 куб. См и 1098 куб. См соответственно в торговой литературе и на значках автомобиля.
Загрязнение двигателя []
Обычно двигатели внутреннего сгорания, особенно поршневые двигатели внутреннего сгорания, производят умеренно высокие уровни загрязнения из-за неполного сгорания углеродсодержащего топлива, что приводит к образованию оксида углерода и некоторого количества сажи, а также оксидов азота и серы и некоторых несгоревших углеводородов в зависимости от условий эксплуатации и соотношение топливо / воздух.
Дизельные двигатели выделяют широкий спектр загрязняющих веществ, включая аэрозоли из множества мелких частиц, которые, как считается, глубоко проникают в легкие человека.
Библиография []
Внешние ссылки []
Шаблон: Commons
Electric против двигателя внутреннего сгорания: в чем разница?
(кредиты изображений: https://manufacturingstories.com/electric-cars-vs-petrol-cars/)
Двигатели внутреннего сгорания вот уже несколько десятилетий правят улицами.Они приводят в действие большинство автомобилей по всему миру. Люди встают утром, направляются к своим машинам, включают зажигание и надеются, что двигатель заработает, чтобы они не опоздали на работу.
Но технологии постоянно развиваются, и вместе с ними появляются новые революционные идеи, которые могут стать революционными. Хотя электромобили существуют уже более десяти лет, только сейчас благодаря достижениям в определенных технологиях мы наблюдаем всплеск их производства.
Tesla — известный производитель автомобилей, активно продвигающий электромобили. Во всей линейке Tesla ничего не пахнет бензином — это исключительно производитель электромобилей. Некоторые другие производители автомобилей, включая Mercedes, Audi, BMW, также производят электромобили среди подавляющего большинства своих вариантов с выбросом углерода.
Но почему электромобили становятся все популярнее? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте рассмотрим фундаментальные различия между двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем с абстрактной точки зрения.
Двигатель внутреннего сгорания
(изображения: https://www.autoevolution.com/news/german-combustion-engines-have-six-years-to-walk-the-plank-119981.html)
Проще говоря, горение означает горение. Это экзотермическая химическая реакция, в которой участвуют топливо и окислители. Этот принцип лежит в основе двигателей внутреннего сгорания. Немного топлива, немного воздуха и несколько десятков деталей, работающих вместе, чтобы контролировать процесс.
Тепло, образующееся в результате сгорания, используется для приведения автомобиля в движение из его неподвижного положения.Теперь вы можете понять, почему процесс запуска двигателя называется «зажиганием».
Электродвигатель
(изображения: https://www.powerelectronicsnews.com/technology/electric-vehicles-special-report-to-satisfy-your-curiosity-and-increase-your-engineering-skills)
По сравнению с двигателями внутреннего сгорания, электрические двигатели не имеют движущихся частей. На самом деле, у него всего пара основных частей.
В основе концепции электродвигателя лежит магнетизм.Двигатель получает энергию от аккумулятора, создавая магнитную силу, которая толкает автомобиль вперед. Три основных компонента электромобиля — это электродвигатель, контроллер и аккумулятор.
Литий-ионный аккумулятор — наиболее распространенный аккумулятор, используемый в электромобилях.
Отличия электромобилей
Электромобили намного быстрее, чем их аналоги сгорания. Это связано с тем, что электромобили могут создавать высокий крутящий момент с самого начала, тогда как двигатели внутреннего сгорания достигают этого крутящего момента после набора скорости.Это дает электромобилям преимущество в скорости запуска и помогает разгоняться от 0 до 60 за более короткое время. Важную роль играет фактор легкости из-за отсутствия металла под капотом на килограммы.
А поскольку нет движущихся частей, стоимость обслуживания намного ниже — забудьте о замене масла — самая большая повторяющаяся стоимость будет приходиться на аккумулятор. Универсальные компоненты, такие как лобовое и автостекло, дворники, шины, по-прежнему потребуют внимания.
В электромобиляхиспользуются литий-ионные батареи, нуждающиеся в подзарядке.Из-за характера литий-ионной технологии ее способность удерживать мощность со временем снижается. Владельцы электромобилей могут рассчитывать на меньшее количество миль со временем.
Однако он значительно улучшился. И Tesla упорно работает над созданием альтернативы литий-ионной батарее, которая революционизирует даже небольшие устройства, такие как сотовые телефоны и ноутбуки.
Поскольку электромобили не полагаются на сгорание, выбросы из выхлопной трубы практически нулевые.
Изменение климата — одна из самых серьезных проблем, стоящих перед человечеством.Из-за быстрого таяния ледяных шапок в странах по всему миру происходят резкие изменения климата, и это также сказывается на дикой природе. В такие времена стремление к созданию экологически чистых автомобилей становится все более важным.
Хотя количество электромобилей на дорогах растет, они все еще на световые годы опережают замену всех автомобилей внутреннего сгорания на планете. Это все еще роскошь первого мира.
(изображения: https://www.cnbc.com/2017/04/24/tesla-will-double-number-of-supercharger-stations-in-2017.html)
Даже если бы вам пришлось импортировать электромобиль, он не пригодился бы в дальних поездках. Отсутствие электростанций не позволяет вам вывести свой автомобиль за пределы предполагаемого пробега.
Большинство автолюбителей предпочитают автомобили внутреннего сгорания просто потому, что им доставляет огромное удовольствие нажать на педаль и услышать рев двигателя во всей красе — чего не могут сделать электромобили.
Принципы масштабного эффекта в двигателях внутреннего сгорания
Производство энергии двигателями внутреннего сгорания (ВС) регулируется потоком воздуха, образованием топливовоздушной смеси, химией сгорания, теплопередачей, включая потери тепла через стенку двигателя и механические потери на трение.
Физические процессы, включая смешивание воздуха и топлива, распространение пламени и движение поршня, которое непосредственно производит механическую энергию, регулируются термогидродинамикой и обсуждаются с использованием принципа классических теорий двигателей внутреннего сгорания. С другой стороны, процесс выделения тепла является типичным химическим процессом, скорость которого определяется температурой и давлением поля горения. За исключением смешения воздух-топливо, этот химический процесс не зависит напрямую от объема и скорости двигателя.Турбулентное движение в поле сгорания играет важную роль в согласовании характерного времени химического процесса тепловыделения со временем термогидродинамики в двигателе.
В узком смысле эффект масштаба — это влияние длины / размера на характеристики двигателя. Однако, когда мы рассматриваем низко- и высокоскоростные двигатели, влияние шкалы времени на тепловыделение и тепловые потери становятся важными факторами для общих принципов различных двигателей. Кроме того, потери тепла и трения обычно зависят от физических явлений и регулируются их собственными физическими законами, которые не зависят от размера двигателя.Молекулярная масляная пленка в зоне механического трения контролируется ультрамикромасштабной динамикой. Явление горения обычно происходит в микромасштабе по длине и времени. Диаметр ствола и скорость являются факторами управления на макроуровне. Поведение при распылении топлива и образование топливовоздушной смеси под действием турбулентности считаются мезомасштабными событиями и важны для преодоления микромасштабных явлений горения и выработки энергии на макроуровне. Однако эти события недостаточно проанализированы как мезомасштабные события продолжительности и времени, хотя исследования двигателей концентрируются на этих событиях.
Каждое событие в цилиндре двигателя и системе впуска / выпуска имеет собственные значения продолжительности и шкалы времени. Здесь собственное значение означает характеристический параметр, присущий физическому / химическому событию (например, задержка самовоспламенения, толщина пограничного слоя и т. Д.). Таким образом, предпочтительно нормировать каждое событие двигателя по его собственным значениям характерной длины и времени. Есть много ведущих работ и обзоров, посвященных сравнению двигателей разного масштаба. Однако сравнение продолжительности и шкалы времени для двигателей различного масштаба требует более подробного обсуждения, основанного на собственных значениях каждого физического / химического события.Дальнейший закон подобия масштабов, основанный на нормализации собственных значений каждого физического / химического события, должен быть разработан. Выявление собственных значений мезомасштабных событий в движке поможет нам разработать более эффективные движки. Таким образом, данная тема исследования «Принципы эффекта масштаба в двигателях внутреннего сгорания» является важным новым форумом для предложения новых направлений исследований двигателей.
В этой теме исследования предлагаются оригинальные исследовательские работы и обзоры по темам, включая, помимо прочего:
• Закон подобия в двигателях внутреннего сгорания
• Масштабный эффект распыления топлива
• Временной масштаб образования топливной смеси
• Закон подобия тепловыделения
• Масштаб пограничного слоя в явлениях теплопередачи
• Тепловой КПД и размер двигателя
Ключевые слова : Двигатель внутреннего сгорания, эффект масштаба, подобие шкалы, безразмерный масштаб распыления, уменьшение габаритов, скорость двигателя, топливная форсунка, распыление топлива, распределение топлива, зажигание
Важное примечание : Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как это определено в их заявлениях о миссии.Frontiers оставляет за собой право направить рукопись за пределами области охвата в более подходящий раздел или журнал на любом этапе рецензирования.
Производство энергии двигателями внутреннего сгорания (ВС) регулируется потоком воздуха, образованием топливовоздушной смеси, химией сгорания, теплопередачей, включая потери тепла через стенку двигателя и механические потери на трение.
Физические процессы, включая смешивание воздуха и топлива, распространение пламени и движение поршня, которое непосредственно производит механическую энергию, регулируются термогидродинамикой и обсуждаются с использованием принципа классических теорий двигателей внутреннего сгорания.С другой стороны, процесс выделения тепла является типичным химическим процессом, скорость которого определяется температурой и давлением поля горения. За исключением смешения воздух-топливо, этот химический процесс не зависит напрямую от объема и скорости двигателя. Турбулентное движение в поле сгорания играет важную роль в согласовании характерного времени химического процесса тепловыделения со временем термогидродинамики в двигателе.
В узком смысле эффект масштаба — это влияние длины / размера на характеристики двигателя.Однако, когда мы рассматриваем низко- и высокоскоростные двигатели, влияние шкалы времени на тепловыделение и тепловые потери становятся важными факторами для общих принципов различных двигателей. Кроме того, потери тепла и трения обычно зависят от физических явлений и регулируются их собственными физическими законами, которые не зависят от размера двигателя. Молекулярная масляная пленка в зоне механического трения контролируется ультрамикромасштабной динамикой. Явление горения обычно происходит в микромасштабе по длине и времени.Диаметр ствола и скорость являются факторами управления на макроуровне. Поведение при распылении топлива и образование топливовоздушной смеси под действием турбулентности считаются мезомасштабными событиями и важны для преодоления микромасштабных явлений горения и выработки энергии на макроуровне. Однако эти события недостаточно проанализированы как мезомасштабные события продолжительности и времени, хотя исследования двигателей концентрируются на этих событиях.
Каждое событие в цилиндре двигателя и системе впуска / выпуска имеет собственные значения продолжительности и шкалы времени.Здесь собственное значение означает характеристический параметр, присущий физическому / химическому событию (например, задержка самовоспламенения, толщина пограничного слоя и т. Д.). Таким образом, предпочтительно нормировать каждое событие двигателя по его собственным значениям характерной длины и времени. Есть много ведущих работ и обзоров, посвященных сравнению двигателей разного масштаба. Однако сравнение продолжительности и шкалы времени для двигателей различного масштаба требует более подробного обсуждения, основанного на собственных значениях каждого физического / химического события.Дальнейший закон подобия масштабов, основанный на нормализации собственных значений каждого физического / химического события, должен быть разработан. Выявление собственных значений мезомасштабных событий в движке поможет нам разработать более эффективные движки. Таким образом, данная тема исследования «Принципы эффекта масштаба в двигателях внутреннего сгорания» является важным новым форумом для предложения новых направлений исследований двигателей.
В этой теме исследования предлагаются оригинальные исследовательские работы и обзоры по темам, включая, помимо прочего:
• Закон подобия в двигателях внутреннего сгорания
• Масштабный эффект распыления топлива
• Временной масштаб образования топливной смеси
• Закон подобия тепловыделения
• Масштаб пограничного слоя в явлениях теплопередачи
• Тепловой КПД и объем двигателя
Ключевые слова : Двигатель внутреннего сгорания, эффект масштаба, подобие шкалы, безразмерный масштаб распыления, уменьшение габаритов, скорость двигателя, топливная форсунка, распыление топлива, распределение топлива, зажигание
Важное примечание : Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как это определено в их заявлениях о миссии.