Устройство двигателей внутреннего сгорания: Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Устройство двигателей внутреннего сгорания

Изучение устройства двигателей внутреннего сгорания.

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

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

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

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

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

4. числу цилиндров — на одно — и многоцилиндровые;

5.

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

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

На строительных машинах применяются четырехтактные многоцилиндровые карбюраторные и дизельные двигатели.

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

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

Принципиальное отличие рабочего цикла дизеля от карбюраторного двигателя состоит в способе смесеобразования и воспламенения смеси.

В цилиндр дизеля в такте впуска поступает воздух, который подвергается сжатию в такте сжатия до 3,5…4,5 МПа, что повышает температуру воздуха до 600.„.700 °С. В конце такта сжатия впрыскивается жидкое топливо, которое, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется и сгорает.

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

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

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

Кривошипно-ползунный механизм

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

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

Механизм газораспределения

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

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

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

Их соблюдение обеспечивается формой и взаиморасположением кулачков на распределительном валу.

Система охлаждения.

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

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

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

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

Охлажденная жидкость по патрубкам поступает в насос.

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

Система смазки

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

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

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

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

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

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

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

Система питания.

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

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

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

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

Система пуска двигателей.

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

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

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

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

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

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

Существуют следующие основные способы пуска двигателей:

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

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

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

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

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

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

Список литературы

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

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

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

устройство, принцип работы и тюнинг. Устройство двигателя внутреннего сгорания

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

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

История разработки автомобильного двигателя

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

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

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

Типы автомобильных двигателей

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

Классификация двигателей автомобиля:

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

Работа и конструкция двигателя внутреннего сгорания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы ДВС этих типов практически одинаковый.

Такты ДВС

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

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

Такты :

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

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

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

Работа карбюратора

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

Устройство карбюратора

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

Недостатки карбюраторных систем:

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

Компенсировать эти недостатки попытались прямой подачей бензина через инжекторы.

Работа инжекторных моторов

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

Конструкция инжектора

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

За счет этого варианта конструкции обеспечиваются достоинства таких двигателей:

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

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

Способы впрыска топлива

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

Одноточечный вариант впрыска

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

Моноточечный вариант подачи топлива

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

Прямой впрыск в камеру

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

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

Однако светильный газ годился не только для освещения.

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

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

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС

Роторный ДВС

Газотурбинный ДВС

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

ДВС классифицируют:

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

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

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

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

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

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

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

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

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

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

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

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

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

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

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

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

См. также

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

Примечания

Ссылки

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Первый такт — такт впуска

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

Второй такт — такт сжатия

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

Третий такт — рабочий ход

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

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

Четвертый такт — такт выпуска

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

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

Схемы устройства и принцип действия

Двигателем внутреннего сгорания называется тепловой двига­тель поршневого типа, в котором химическая энергия топлива пре­образуется в тепловую непосредственно внутри рабочего ци­линдра. В результате химической реакции топлива с кислородом воздуха образуются газообразные продукты сгорания с высокими давлением и температурой, которые являются рабочим телом дви­гателя. Продукты сгорания оказывают давление на поршень и вы­зывают его перемещение. Возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма превра­щается во вращательное движение коленчатого вала.

Двигатели внутреннего сгорания работают по одному из трех циклов: изохорному (цикл Отто), изобарному (цикл Дизеля) и смешанному (цикл Тринклера), различающихся характером про­текания процесса сообщения тепла рабочему телу. В смешанном цикле часть тепла сообщается при постоянном объеме, а осталь­ная часть при постоянном давлении. Отвод тепла во всех циклах совершается по изохоре.

Совокупность последовательных и периодически повторяю­щихся процессов, необходимых для движения поршня — наполне­ние цилиндра, сжатие, сгорание с последующим расширением газов и очистка цилиндра от продуктов сгорания — называется рабочим циклом двигателя. Часть цикла, проходящая за один ход поршня, называется тактом.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на четырехтактные и двухтактные; в четырехтактных двигателях рабочий цикл совер­шается за четыре хода поршня, а в двухтактных — за два.

Судовые двигатели внутреннего сгорания в основном работают по смешанному циклу. Крайние предельные положения поршня в цилиндре называются соответственно верхней и нижней мерт­выми точками (в. м. т., н. м. т.). Расстояние по оси цилиндра, проходимое поршнем от одного до другого крайнего положения, называется ходом поршня S (рис. 125). Объем, описываемый поршнем при его движении между в. м. т. и н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра V_s. Объем цилиндра над поршнем, когда последний находится в н. м. т., называется объемом камеры сжатия V_с. Объем цилиндра при положении поршня в н. м. т. на­зывается полным объемом цилиндра V_а : V_a= V_с + V_s.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия ? = V_a / V_c.

Величина степени сжатия зависит от типа двигателя. Для су­довых дизелей степень сжатия равна 12—18. Главными конструк­тивными характеристиками двига­теля являются диаметр цилиндра, ход поршня, число цилиндров и га­баритные размеры.

Четырехтактный двигатель.

На рис. 125 показана схема устройства четырехтактного дизеля. Фунда­ментная рама 15 дизеля покоится на судовом фундаменте 1. Блок ци­линдров 11 закрепляется на станине двигателя 14. Поршень 9 под дей­ствием газов совершает возвратно-поступательное движение по зерка­лу цилиндровой втулки 10 и с по­мощью шатуна 13 вращает коленча­тый вал 2. Верхняя головка шатуна с помощью поршневого пальца 3 соединена с поршнем, а нижняя ох­ватывает мотылевую шейку колен­чатого вала. В крышке 7 цилиндра размещены впускной клапан 4, вы­пускной клапан 8 и топливная фор­сунка 6. Впускной и выпускной клапаны приводятся в действие через систему штанг и рычагов 5 от кулачных шайб распредели­тельных валов 12. Последние получают вращение от коленчатого вала.

Рабочий цикл в четырехтактном двигателе происходит за два оборота коленчатого вала — за четыре хода (такта) поршня. Из четырех ходов (тактов) три хода (такта) являются подготови­тельными, а один рабочим. Каждый такт носит название основ­ного процесса, происходящего во время данного такта.

Первый такт — впуск. При движении поршня вниз (рис. 126) над поршнем в цилиндре создается разрежение, и через принуди­тельно открытый впускной клапан а атмосферный воздух запол­няет цилиндр. Для лучшего заполнения цилиндра свежим заря­дом воздуха впускной клапан а открывается несколько раньше, чем поршень достигнет в. м. т.—точка 1; имеет место предваре­ние впуска (15—30° по углу поворота коленчатого вала). Закан­чивается впуск воздуха в цилиндр в точке 2. Впускной клапан а закрывается с углом запаздывания 10—30° после н. м. т. возможность использовать инерцию входящего с большой ско­ростью воздуха, что приводит к более полной зарядке цилиндра. Продолжительность впуска соответствует углу поворота коленча­того вала на 220—250° и на рисунке показана заштрихованным углом 1—2, а па диаграмме р—? — линией впуска 1—2.

Второй такт — сжатие. С момента закрытия впускного кла­пана а (точка 2) при движении поршня вверх начинается сжатие. Объем уменьшается, температура и давление воздуха увеличи­ваются. Продолжительность сжатия составляет угол 140—160° по­ворота коленчатого вала и заканчивается в точке 3. Давление в конце сжатия достигает 3—4,5 Мн/м², а температура 800—1100° К. Высокая температура заряда воздуха обеспечивает самовоспламенение топлива. В конце хода сжатия, когда поршень .немного не дошел до в. м. т. (точка 3), производится впрыск топ­лива через форсунку б. Опережение подачи топлива (угол пред­варения 10—30°) дает возможность к приходу поршня в в. м. т. подготовить рабочую смесь к самовоспламенению.

Третий такт — рабочий ход. Происходит горение топлива и рас­ширение продуктов сгорания. Продолжительность сгорания топ­лива составляет 40—60° поворота коленчатого вала (процесс 3—4 на рисунке). В конце горения внутренняя энергия газов увеличи­вается, давление газов достигает значительной величины 5—8 Мн/м², а температура 1500—2000° К. Точка 4 — начало рас­ширения газов. Под давлением газов поршень движется вниз, со­вершая полезную механическую работу. В конце расширения (угол опережения 20—40° до н. м. т.) — точка 5 — открывается выпускной клапан в, давление в цилиндре резко падает и по дости­жении поршнем н. м. т. оказывается равным 0,1—0,11 Мн/м², а температура 600—800° К. Предварение выпуска обеспечивает минимальное сопротивление движению поршня вверх в последую­щем такте. Рабочий ход совершается за 160—180° угла поворота коленчатого вала.

Четвертый такт — выпуск. Продолжается от точки 5 до точки 6. При выпуске поршень, двигаясь вверх от н. м. т., выталкивает от­работавшие продукты сгорания. Выпускной клапан закрывается с некоторым запозданием (на 10—30° угла поворота коленчатого вала после в. м. т.). Это улучшает удаление отработавших про­дуктов горения за счет отсасывающего действия газов, тем более что в это время впускной клапан уже открыт. Такое положение клапанов называется «перекрытием клапанов». Перекрытие кла­панов обеспечивает более совершенное удаление продуктов сгора­ния. Выпуск осуществляется в течение 225—250° угла поворота коленчатого вала.

Двухтактный двигатель.

На рис. 127 показана схема работы двухтактного дизеля. Газораспределение в двухтактных двигате­лях осуществляется через продувочные окна П и выпускные окна В. Продувочные окна соединены с продувочным ресиве­ром Р, в который продувочным насосом Н нагнетается чистый воз­дух под давлением 0,12—0,16 Мн/м². Выпускные окна, несколько выше расположенные, чем продувочные, соединяются с выпускным коллектором. Топливо подается в цилиндр форсункой Ф. Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два хода поршня, за один оборот коленчатого вала. Открытие и закрытие выпускных и продувочных окон производится поршнем.

Рассмотрим последовательность процессов в цилиндре.

Первый такт — горение, расширение, выпуск и продувка. Пор­шень движется вниз от в. м. т. к н. м. т. В начале такта происхо­дит бурное горение с повышением давления газов до 5—10 Мн/м² и температуры до 1700—1900° К для тихоходных двигателей и 1800—2000° К для быстроходных. Горение заканчивается в точке 4 и затем происходит расширение продуктов сгорания (участок 4—5) до давления 0,25—0,6 Мн/м² и температуры 900—1200° К. При положении мотыля в точке 5 (за 50—70° до н. м. т.) откры­ваются выпускные окна, давление в цилиндре резко падает и на­чинается выпуск отработавших газов выпускного коллектора в ат­мосферу. Высота продувочных окон подбирается таким образом, чтобы к моменту их открытия давление газов в цилиндре было бы близко к давлению продувочного воздуха в продувочном ресивере. После открытия продувочных окон (точка 6) продувочный воздух, поступая в цилиндр, вытесняет продукты сгорания через выпускные окна, при этом часть воздуха уходит с отработавшими газами. При открытых продувочных окнах происходит принудительная очистка цилиндра и заполнение его свежим зарядом; этот процесс называется продувкой.

Второй такт. Процесс продувки продолжается также при дви­жении поршня вверх от н. м. т. до закрытия продувочных окон (точка 1). После закрытия поршнем выпускных окон (точка 2) процесс выпуска заканчивается и начинается процесс сжатия све­жего заряда воздуха. В конце сжатия (в. м. т.) давление воздуха равно 3,5—5 Мн/м², а температура составляет 750—800° К. Высо­кая температура воздуха в конце сжатия обеспечивает самовос­пламенение топлива. Затем цикл повторяется.

По тем же соображениям, что и для четырехтактных дизелей, топливо в цилиндр подается с опережением в 10—20° поворота ко­ленчатого вала до в. м. т. (точка 3).

В настоящее время на судах применяют как двухтактные, так и четырехтактные дизели. Для крупнотоннажных грузовых и пас­сажирских судов основным является двухтактный двигатель. Ти­хоходные двухтактные крейцкопфного типа дизеля долговечны, отличаются высокой экономичностью, но имеют большой вес и га­бариты. При одной и той же частоте вращения и одинаковых раз­мерах цилиндров мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше мощности четырехтактного. Увеличение мощности двухтактного двигателя обусловлено сгоранием вдвое большего количества топлива, чем в четырехтактном, но так как объем ра­бочего цилиндра (из-за наличия выпускных и продувочных окон) используется неполностью, а часть мощности (4—10%) затрачи­вается на приведение в действие продувочного насоса, то факти­ческое превышение мощности в двухтактном двигателе над мощ­ностью четырехтактного составляет 70—80%.

Четырехтактный двигатель при одинаковых мощности и ча­стоте вращения с двухтактным имеет большие размеры и вес. Двухтактный двигатель при одинаковых частоте вращения и числе цилиндров с четырехтактным вследствие удвоенного числа рабо­чих циклов работает более равномерно. Минимальное число ци­линдров, обеспечивающее надежный пуск для двухтактного дви­гателя — четыре, а для четырехтактного — шесть.

Отсутствие клапанов и приводов к ним у двухтактного двига­теля со щелевой продувкой упрощает его конструкцию. Однако на изготовление деталей требуются более прочные материалы, так как двухтактные двигатели работают при более высоких темпера­турных условиях.

В двухтактных двигателях очистка, продувка и зарядка све­жим воздухом цилиндра осуществляется на протяжении части одного хода, поэтому качество этих процессов ниже, чем у четы­рехтактного двигателя.

Четырехтактные двигатели удобнее в отношении повышения их мощности путем наддува. Для них используют более простую схему наддува, теплонапряженность цилиндров меньше, чем у двухтактных дизелей. Для современных четырехтактных дизелей с газотурбинным наддувом удельный эффективный расход топ­лива составляет 0,188—0,190 кг/(квт ? ч), а для двухтактных тихо­ходных дизелей с наддувом 0,204—0,210 кг/(квт?ч).

Общие сведения о двигателях внутреннего сгораПринципы устройства и работы двигателей внутреннего сгорания и классификация двигателей

Оборудование, материаловедение, механика и …

Статьи Чертежи Таблицы О сайте Реклама Смотреть главы в:

Тепловозы Издание 2  -> Общие сведения о двигателях внутреннего сгораПринципы устройства и работы двигателей внутреннего сгорания и классификация двигателей

---

СтатьиЧертежиТаблицы

Двигатели классификация

Двигатель (общие сведения)

Двигатель Общее устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорани

Двигатель внутреннего сгорания

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Классификация общая классификация

Общая классификация

Общее устройство

Общее устройство двигателя

Общее устройство и работа

Общее устройство и работа двигателя

Общие сведения и классификация двигателей внутреннего сгорания

Общие сведения об устройстве

Работа внутренних сил

Работа двигателя

Устройство Классификация

Устройство двигателей

Устройство и работа

Устройство и работа двигателей внутреннего сгорания

Ц икл двигателя внутреннего

© 2021 Mash-xxl.info Реклама на сайте

Зеленая машина: переосмысление двигателей внутреннего сгорания

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

Земля 13 апреля 2010 г.

Хелен Найт

Разработка модернизации

(Изображение: WestEnd61 / Rex Features)

Может показаться грязным и устаревшим по сравнению с батареями, которыми питаются электромобили, но двигатель внутреннего сгорания настроен на модернизацию, которая может вдвое сократить выбросы парниковых газов.

Современные двигатели довольно неэффективны, они преобразуют только четверть энергии, содержащейся в топливе, в движение; остальные три четверти теряются в виде тепла. Таким образом, предпринимаются усилия по восстановлению части этой потерянной энергии в надежде сократить потребление топлива и выбросы.

До 40 процентов потенциальной мощности двигателя теряется в его выхлопе, говорит Гай Моррис, технический директор компании Controlled Power Technologies из Лейндона, Великобритания. Компания планирует восстановить часть этой энергии, установив турбину внутри выхлопной трубы и толстой кишки; Быстро движущиеся выхлопные газы, выходящие прямо из двигателя, приводят в действие турбину, вырабатывая электричество.

Прототип устройства, установленный на большом семейном автомобиле, собирает до 6 киловатт энергии при испытаниях на треке, говорит Моррис. Он утверждает, что это может быть возвращено в аккумулятор автомобиля для питания его бортовых электрических систем, что снизит расход топлива до 15 процентов.

Супер летать

В другом месте дизайнеры стремятся уловить энергию, которую большинство автомобилей теряет при торможении. Использование этой кинетической энергии уменьшило бы нагрузку на двигатель.

Гибридные автомобили с электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания уже оснащены рекуперативными тормозами, которые вырабатывают электричество при их включении.Но команда под руководством автопроизводителя Jaguar избавляется от электрического посредника с помощью системы, которая просто сохраняет нежелательную кинетическую энергию на потом.

Они разрабатывают гибридный автомобиль, оснащенный системой рекуперации кинетической энергии, аналогичной той, что использовалась в прошлом сезоне Формулы 1. У прототипа автомобиля, который должен выйти на тестовый трек в июне, есть маховик, соединенный с шестернями. Когда водитель хочет замедлить ход, маховик может использоваться для восстановления вращательной энергии колес и сохранения ее в виде кинетической энергии.Когда требуется больше мощности, система работает в обратном направлении, отбирая энергию от маховика и возвращая ее на карданный вал через шестерни. Система автоматически реагирует на движения педалей газа и тормоза, таким образом сохраняя мощность без необходимости управления со стороны водителя.

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

Крис Брокбанк из партнера проекта Torotrak, базирующегося в Лейланде, Великобритания, говорит, что более 70 процентов энергии, рекуперированной системой, можно преобразовать в движущую силу для движения автомобиля.По его словам, это делает его более чем в два раза эффективнее обычных гибридных автомобилей, которые могут рекуперировать только около 30 процентов энергии торможения.

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

Двигатель оборотный

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

Это побудило компанию IRIS Engines, базирующуюся в Вашингтоне, округ Колумбия, разработать камеру сгорания, названную структурой внутренне излучающего импульса (IRIS).Стены шестиугольной камеры будут перекрываться навесными панелями; когда горящая смесь в камере расширялась, она толкала панели наружу, заставляя их вращаться на шарнирах и создавая таким образом движущую силу. Это означает, что для движения будет использоваться большая часть поверхности двигателя, — говорит генеральный директор Iris Леви Тиллеманн-Дик.

Компьютерное моделирование конструкции IRIS, проведенное консультантом по автомобильным исследованиям и разработкам AVL, базирующимся в Граце, Австрия, предполагает, что топливная эффективность должна составлять до 45 процентов, говорит он.«Наша цель — создать прототип и лицензировать двигатель, который позволит производителям автомобилей удвоить эффективность своих автомобилей и, таким образом, сократить вдвое выбросы».

Подробнее по этим темам:

Новое устройство зажигания для двигателя внутреннего сгорания

1

Вайнберг, Ф. Дж. Inst. Мех. Англ. Symp. Горение в технике , Оксфорд, 65 (1983).

2

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

3

Topham, D.Р., Сми, П. Р. и Клементс, Р. М. Пламя горения 25 , 187 (1975).

CAS Статья Google ученый

4

Wyczalek, F. A., Frane, D. L., Neuman, J. C. SAE pap. 750349 (1975).

5

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

6

Asik, J. R., Piatkowski, P., Foucher, M. J. & Rado, W. G. SAE Pap. 770355 (1977).

7

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

CAS Статья Google ученый

8

Weinberg, F. J., Hom, K., Oppenheim, A. K. & Teichman, K. Nature 272 , 341 (1978).

ADS CAS Статья Google ученый

9

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

Google ученый

10

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

Google ученый

11

Тоцци, Л. и Дабора, Э. К. 19-й симп. внутр. on Combustion , 1467 (Институт горения, Питтсбург, 1982).

Google ученый

12

Pitt, P. L. & Clements, R. M. Combust. Sci. Technol. 55 , 555 (1982).

Google ученый

13

Грант, Дж. Ф., Макилвейн, М. Э. и Маррам, Э. П. Сжигание. Sci. Technol. 30 , 171 (1983).

CAS Статья Google ученый

14

Клементс, Р. М., Сми, П. Р. и Дейл, Дж. Д. Сжигание. Пламя 42 , 287 (1981).

CAS Статья Google ученый

15

Cetegen, B., Teichman, K. Y., Weinberg, F. J. & Oppenheim, A. K. SAE Pap. 80042 (1980).

16

Винс, И. М., Вовель, К.И Вайнберг, Ф. Дж. Сжигание. Пламя 105 , 56 (1984).

Google ученый

17

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

ADS CAS Статья Google ученый

18

Kimura, I. & Imajo, M. 16th Symp. внутр. по горению, 809 (Институт горения, Питтсбург, 1976).

Google ученый

19

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

CAS Статья Google ученый

20

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

21

Уоррис, А-М. И Weinberg, F. J. 20th Symp. внутр. on Combustion (Институт горения, Питтсбург, 1984).

Google ученый

22

Хиллиард, Дж. К. и Вайнберг, Ф. Дж. Nature 259 , 556 (1976).

ADS CAS Статья Google ученый

23

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

CAS Статья Google ученый

24

Чан, А.K.F., Hilliard, J.C., Jones, A.R., Weinberg, F.J. J. Phys. Д 13 , 2309 (1980).

ADS CAS Google ученый

25

Бехбахани, Х. Ф., Уоррис, А-М. И Вайнберг, Ф. Дж. Сжигание. Sci. Technol. 30 , 289 (1983).

CAS Статья Google ученый

26

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

Моделирование реагирующих газов и устройств доочистки для двигателей внутреннего сгорания

Аннотация

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

Простое устройство использует электрическое поле для повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания.

28 сентября 2008 г. Звучит слишком просто, чтобы быть правдой, но профессор физики университета разработал простое устройство, которое может повысить эффективность использования топлива в автомобиле на 20 процентов.Устройство создает электрическое поле, которое разжижает топливо или снижает его вязкость, так что в двигатель впрыскиваются более мелкие капли, что, в свою очередь, приводит к более эффективному и чистому сгоранию. Шесть месяцев дорожных испытаний на дизельном Mercedes-Benz показали, что пробег устройства увеличился с 32 миль на галлон до 38 миль на галлон. Результаты лабораторных и дорожных испытаний были опубликованы в этом месяце в Energy & Fuels, журнале, выходящем два раза в месяц. Американское химическое общество.

«Мы ожидаем, что это устройство найдет широкое применение во всех типах двигателей внутреннего сгорания, как нынешних, так и будущих», — написал Жунцзя Тао, председатель физического факультета Храма, в опубликованном исследовании «Электрореология ведет к эффективному сгоранию.«

Дальнейшие усовершенствования устройства могут привести к еще большему увеличению пробега», — полагает он, а двигатели, работающие на бензине, биодизеле и керосине, потенциально могут использовать устройство.

Temple подала заявку на патент на эту технологию, лицензия на которую была предоставлена ​​калифорнийской компании Save The World Air Inc., экологически ответственной компании, занимающейся проектированием, разработкой и коммерциализацией революционных технологий, направленных на сокращение выбросов от внутреннего сгорания. двигатели.

По словам Джо Делла, вице-президента по маркетингу STWA, компания в настоящее время работает с транспортной компанией недалеко от Рединга, штат Пенсильвания, чтобы протестировать устройство на грузовиках с дизельным двигателем, где, по его оценкам, оно может повысить топливную экономичность до минимума. 6-12 процентов.

Dell прогнозирует, что такое повышение топливной эффективности может сэкономить десятки миллиардов долларов в отрасли грузоперевозок и существенно повлиять на экономику за счет снижения затрат на доставку товаров и услуг.

«Университет Темпл очень воодушевлен переводом этой новой важной технологии из исследовательской лаборатории на рынок», — сказал Ларри Ф. Лемански, старший вице-президент по исследованиям и стратегическим инициативам компании Temple. «Это открытие обещает значительно улучшить топливную экономичность всех типов транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания и в то же время будет иметь далеко идущие последствия для снижения загрязнения окружающей среды».

Патент США на противодетонационное устройство и способ для двигателей внутреннего сгорания Патент (Патент № 7,066,137, выданный 27 июня 2006 г.)

Эта заявка основана на 35 U.S.C.119 (e) (1) на основании предварительной заявки на патент США заявителя сер. № 60 / 516,400, поданная 3 ноября 2003 г. на имя того же изобретателя и озаглавленная «Противодетонационное устройство для двигателей внутреннего сгорания».

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

1. Область

Настоящее изобретение в целом относится к устройству зажигания топлива уникальной конструкции и способу инициирования сгорания топлива (карбюратор или впрыск топлива) в камере сгорания двигателей внутреннего сгорания.

Детонация в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания очень разрушительна, поскольку вызывает значительные повреждения, такие как разрыв поршневых колец, прожигание отверстий в поршнях и разрушение контактных площадок поршневых колец.Настоящее изобретение по существу устраняет детонацию в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания.

Детонация происходит в обычных двигателях, когда значительная часть заряда топлива / воздуха воспламеняется из-за самовозгорания. Это самовозгорание является результатом того, что последняя часть последней фракции топливно-воздушного заряда в камере сгорания подвергается воздействию высокого давления и температуры. Когда свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь в камере сгорания, создается фронт пламени / давления.Этот фронт пламени / давления горит в камере сгорания. По мере того, как фронт пламени расширяется, это вызывает увеличение давления в областях за пределами фронта пламени, что сжимает оставшуюся топливно-воздушную смесь. Это сжатие вызывает повышение температуры, достаточно высокое, чтобы вызвать разложение топлива, остающегося в областях за пределами фронта пламени. Топливо распадается на соединения с более низкой молекулярной массой, которые имеют гораздо более низкие температуры самовоспламенения, чем исходное топливо. По мере увеличения сжатия происходит соответствующее повышение температуры, которое вызывает самовоспламенение / детонирование этих низкомолекулярных соединений перед фронтом пламени.Самовоспламенение / детонация неразложившегося топлива перед фронтом пламени также может произойти, если повышение давления / температуры перед фронтом пламени достаточно велико и задержка по времени достаточно велика. Эта Детонация происходит в областях, еще не воспламененных фронтом пламени, вызванным воспламенением свечи зажигания.

2. Уровень техники

Типичные устройства предшествующего уровня техники, в которых используется так называемая камера «предварительного сгорания», раскрыты в патентах США No. US 5,924,402, в котором переходные каналы 52 выполнены с возможностью симметричного наклона относительно оси «А».Эта структура и угол, очевидно, не предназначены для того, чтобы иметь возможность направлять какое-либо из выбрасываемого пламени в основном в горизонтальном направлении или в другом переменном направлении и, по-видимому, могут привести к горению верхних частей поршней обычных двигателей.

Промежуток времени между зажиганием свечи зажигания и самовоспламенением (детонацией) зависит от скорости фронта пламени. В соответствии с настоящим изобретением было обнаружено, что если бы скорость выброса пламени из сопла эжектора была достаточно высокой и если бы фронт пламени был направлен в сторону концентраций топлива, как правило, наибольшие области объема топливо-воздух в головной камере сгорания , фронт пламени достигнет топлива в зонах самовоспламенения до того, как произойдет детонация.Устройство, подробно описанное ниже, по существу устранит детонацию за счет воспламенения значительно большей части топливовоздушной смеси на большей начальной площади за счет скорости выброса пламени и направления, что сократит время, необходимое для прохождения фронта пламени через весь заряд топливного воздуха. в камере сгорания.

Настоящее устройство состоит из источника зажигания, такого как обычная свеча зажигания, топливной воздушной полости, ускорительной трубки и сопел или отверстий для выброса. На такте сжатия поршня происходят следующие события:

• • 1.топливно-воздушная смесь сжимается через эжекционное сопло устройства и вверх в ускорительной трубке в воздушную топливную полость;
  • 2. синхронизированная искра воспламеняет топливо в полости;
  • 3. Температура и давление в полости начинают повышаться;
  • 4. пламя ускоряется вниз по ускорительной трубке, воспламеняя больше топлива по мере его движения;
  • 5. к тому времени, когда пламя выходит из сопла, оно движется намного быстрее, чем скорость пламени была бы при воспламенении от свечи зажигания, установленной обычным образом в камере сгорания;
  • 6.кроме того, топливо воспламеняется в нескольких точках в зависимости от количества эжекторных форсунок;
  • 7. поскольку пламя, выходящее из сопла, находится под высоким давлением и движется быстрее, чем фронт пламени в камере сгорания с более низким давлением, пламя из сопла проникает в камеру сгорания; и
  • 8. топливно-воздушная смесь в камере сгорания воспламеняется из множества мест от пламени, выбрасываемого из множества форсунок, которые конструктивно ориентированы в сторону концентраций топлива.

Запаздывание по времени от воспламенения в топливно-воздушной полости до фронта пламени, достигающего на всем протяжении камеры сгорания, значительно сокращается по сравнению с запаздыванием по времени, возникающим при зажигании от одного источника, таком как свеча зажигания в обычном камера сгорания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в своем конструктивном варианте направлено на устройство эжектора пламени, имеющее корпус, в который может ввинчиваться свеча зажигания двигателя внутреннего сгорания, причем корпус имеет сформированную в нем топливно-воздушную полость и сообщение с электродами свечи зажигания, при этом сопла эжектора пламени предусмотрены через нижнюю часть корпуса, причем корпус расположен над соплами с резьбой, приспособленной для ввинчивания в порт свечи зажигания двигателя, и при этом оси выброса Указанные форсунки в основном ориентированы в основном горизонтально через камеры сгорания в направлении областей концентрации топлива внутри камеры сгорания двигателя, а не в ее осевом направлении.

Предпочтительный вариант осуществления способа приведен ниже на этапах (A) — (B), причем этапы могут быть расположены в любом порядке, удобном для производителя, для изготовления настоящего эжекторного устройства для последующей сборки в головке двигателя внутреннего сгорания, имеющего поршень установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндре, при этом камера сгорания предусмотрена в головке, причем камера сгорания имеет объемную среднюю плоскость, ориентированную перпендикулярно оси возвратно-поступательного движения поршня, и при этом отверстие для свечи зажигания с резьбой выполнено через головку и в связь с камерой сгорания,

• • упомянутый способ, содержащий
  • (A) определение типа и ориентации отверстий эжектора пламени, требуемых для конкретной камеры сгорания,
  • (B) обеспечение конструкции эжектора пламени, содержащей средства удлиненной стенки, образующие корпус, имеющий продольную ось, закрытую проксимальную концевую часть и открытую дистальную концевую часть, и внутренний Промежуточная часть, канал для потока жидкости, образованный, как правило, в осевом направлении через указанный корпус от указанной открытой части дальнего конца к указанной закрытой части проксимального конца, указанная часть дальнего конца имеет ориентированную в осевом направлении внутреннюю резьбу для размещения свечи зажигания с резьбой, в результате чего электродные элементы свечи будут в сообщении с указанным каналом,
  ,
  • (C), обеспечивающий наружную резьбу на указанной стенке, означает, что дистальнее указанных отверстий для выброса, для резьбового крепления указанного корпуса в указанном отверстии свечи зажигания, и
  ,
  • (D), образующий множество отверстий для выброса пламени через указанную стенку. означает, что примыкает к указанной закрытой проксимальной концевой части вдоль осей выброса пламени, которые сконструированы относительно указанной оси, а также ориентированы от параллели указанной средней плоскости до примерно угла 45 °, расходящегося от нее в соответствии со структурной конфигурацией указанной камеры сгорания, посредством чего пламя фронты, выбрасываемые из указанных портов, будут направлены в заранее определенные области с наибольшими объемами топлива и воздуха. в указанной камере, и посредством чего указанные фронты пламени пройдут через указанную камеру максимальные предписанные расстояния, прежде чем столкнуться с металлическими поверхностями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение будет понято из чертежей и описания, на которых различные фигуры не обязательно выполнены в масштабе или пропорции, и где:

Фиг. 1 представляет собой продольный частичный разрез и вид в перспективе двигателя внутреннего сгорания, показывающий типичное примерное относительное расположение и установку предпочтительного варианта осуществления настоящего устройства зажигания (эжектора пламени) в головке двигателя внутреннего сгорания по отношению к впуску и выпуску. клапаны и камера сгорания в головке и цилиндр двигателя и поршень на такте сжатия;

РИС.2-6 — виды в поперечном сечении пламегенераторного тела настоящего устройства, показывающие варианты отверстия сопла эжектора пламени;

РИС. 7 — вид, показанный на фиг. 1, показывающий камеру сгорания и верхнюю часть поршня особой формы, а также специально сконфигурированное расположение эжекторных сопел для выброса пламени зажигания в направлении концентраций топлива в камере сгорания и / или в верхней части поршня;

РИС. 8 — вид, показанный на фиг. 1, показывающий разновидность существующего эжектора пламени, выполненного за одно целое с нижней поверхностью головки цилиндров или предварительно прикрепленного к ней;

РИС.9 — вид, показанный на фиг. 7, показывающий конструкцию L-образной головки;

РИС. 10 — вид в разрезе камеры сгорания с большой площадью закалки; и

ФИГ. 11 — вид камеры сгорания по фиг. 10 в направлении линии 11 — 11 и показывает заранее спроектированные фронты пламени.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Далее, со ссылкой на чертежи и формулу изобретения в данном документе, настоящее эжекторное устройство 10 разработано для использования в двигателе внутреннего сгорания 12 , имеющем один или несколько поршней 14 , установленных с возможностью возвратно-поступательного движения в цилиндрах 16 , при этом камеры сгорания 18 предусмотрены в головке блока цилиндров двигателя 20 , при этом камеры сгорания имеют объемную среднюю плоскость 22 , ориентированную перпендикулярно оси возвратно-поступательного движения 24 поршней, и в которой сквозная искра Отверстие для заглушки , 26, выполнено через головку и сообщается с каждой камерой сгорания.

Устройство содержит средства удлиненной стенки 28 , предпочтительно цилиндрические, образующие корпус 30 , имеющий продольную ось 32 , средства стенки обеспечивают корпус с закрытой частью проксимального конца 34 открытой частью дальнего конца 36, , и трубчатая промежуточная часть , 38, , содержащая канал 40 , предпочтительно цилиндрический, проходящий в основном в осевом направлении через корпус от открытой дистальной концевой части к закрытой проксимальной концевой части.Часть дальнего конца 36 имеет внутреннюю резьбу 42 для резьбового вмещения свечи зажигания 44 , при этом электродные элементы 46 и 47 свечи будут сообщаться с указанным каналом 40 .

Множество отверстий для выброса пламени 48 предусмотрено через стеновые средства 28 , смежные с закрытой проксимальной концевой частью 34 , и имеют оси выброса пламени 50 , которые конструктивно ориентированы так, чтобы быть параллельными указанной средней плоскости 22 примерно до угла «α» 45 °, расходящегося от него, так что фронты пламени 52 , выбрасываемые из отверстий, будут направлены в такие области, как, например, 54 с наибольшими объемами топлива и воздуха, в результате чего фронты пламени пройдут максимально предписанные расстояния через указанную камеру перед столкновением с металлическими поверхностями, такими как 56 .Наружная резьба 58 сформирована на стеновых средствах 28 дистальнее отверстий выброса для резьбового крепления корпуса в отверстии свечи зажигания 26 .

Следует отметить, что когда здесь упоминаются «поршень», «цилиндр» и т.п., включается множество этих структур.

Устройство может быть закреплено в камере сгорания через резьбовое отверстие, которое когда-то удерживало свечу зажигания, или путем литья и / или механической обработки корпуса эжектора вместе с ускорительной трубкой и соплом непосредственно в головке цилиндров.Как показано на фиг. 1, в корпусе 30 предпочтительно обработана полость , 60, , которая является исходным местом для образования пламени зажигания. Меньшее отверстие 62 просверлено по длине устройства примерно на 0,250 дюйма от конца 34 устройства и образует ускорительную трубку.

Несколько сопел или отверстий эжектора пламени 48 с диаметром отверстия приблизительно 0,125 дюйма просверливаются под углом к ​​центральной оси ускорительной трубки.Форма поршней и камер сгорания определяет расположение, угол и количество этих форсунок. Угол сопла предпочтительно должен быть таким, чтобы выходящие фронты пламени двигались параллельно средней плоскости камеры сгорания. Следует проявлять осторожность, чтобы не допустить направления фронтов пламени в сторону поршня, если только это не требуется для воспламенения топлива в специальной полости, такой как полость сброса клапана , 58, в верхней части поршня. Размеры форсунок зависят от формы камеры сгорания.

Устройства с несколькими форсунками с разной конфигурацией диаметра показаны на чертежах. Длина ускорительной трубки будет варьироваться в зависимости от степени сжатия. Длины ускорительной трубки около 1 дюйма достаточно для значительного уменьшения времени, необходимого для полного сгорания в камере 18 . С помощью этого устройства время, необходимое для прохождения пламени через камеру сгорания, значительно сокращается за счет сначала зажигания топлива на верхнем конце ускорительной трубки, а затем введения выходящего пламени из многопортовых форсунок в камеру сгорания, таким образом создание значительно большего фронта пламени за гораздо более короткое время.

Глубина, на которую проксимальный конец 34 и сопла заходят в камеру сгорания, может быть спроектирована таким образом, чтобы оси отверстий сопел могли иметь минимальный угол «α» или вообще отсутствовать, в результате чего эжектируемые фронты пламени могут легко проходить через камера сгорания проходит через наиболее плотные зоны топливо-воздух и избегает прямого столкновения со стенками камеры и верхней частью поршня.

Форма отверстий сопла зависит от формы камеры сгорания. Например, полусферическая камера сгорания, показанная на фиг.8 будет иметь форсунки, равномерно разнесенные вокруг оси 32 , но головку блока цилиндров с большой площадью закалки, такой как у 350 куб. дюйм. Головка блока цилиндров Chevy, фиг. 10 и 11, имели бы форсунки, расположенные так, чтобы направлять фронты пламени на впускные и выпускные клапаны.

Скорость выходящего из сопла пламени зависит от формы сопла. На фиг. 3 представляет собой сужающееся сопло, которое ограничивает скорость выходящего пламени меньше скорости звука. Расширяющееся сопло, показанное на фиг.4 позволит выходящему пламени превысить скорость звука. В зависимости от конструкции головки может быть желательно иметь разные конструкции сопла на конце одной и той же ускорительной трубки. Например, в высокопроизводительном двигателе с высокой степенью сжатия верхняя часть поршня имеет глубокие карманы, такие как 58 , обработанные в нем, чтобы приспособиться к длительным временам открытия впускных и выпускных клапанов. Этот резервный карман во время воспламенения содержит значительное количество топлива и воздуха.

Объемная срединная плоскость 22 любой камеры сгорания определяется с практической точностью путем ввинчивания обычной свечи зажигания в отверстие свечи зажигания, переворачивания головки таким образом, чтобы ее нижняя часть была направлена ​​вверх и горизонтально, заполняя камеру сгорания жидкостью. жидкость, удаление и измерение объема жидкости, замена ½ жидкости в камеру сгорания и отметка ее уровня в противоположных точках на стенке камеры сгорания.Эта маркировка обозначает среднюю плоскость.

Настоящее устройство может быть надлежащим образом закреплено в головке блока цилиндров, уже установленной на двигателе, путем маркировки устройства, например, на верхней части 60 гайки корпуса 62 , при этом маркировка будет совмещена с маркировкой на головке, когда корпус 30 затянут в отверстие свечи зажигания. Типы и расположение отверстий выброса , 48, , требуемые для конкретной задействованной камеры сгорания, будут предварительно определены инженером, и вышеупомянутая маркировка сделана для обеспечения правильной ориентации осей выброса , 50, в камере сгорания.

В таких конструкциях, как двигатель Chrysler Pro Stock объемом 500 кубических дюймов, предохранительный карман клапана расположен в точке, наиболее удаленной от свечи зажигания. В результате, если топливо взрывается, оно обычно происходит в этом кармане. Конструкция сопла для этого двигателя будет иметь сопло с большим расширяющимся каналом, направленным фронтом пламени к этому карману, и сопло с сужающимся каналом меньшего размера, направленное в целом в направлении выпускного клапана. Между ними будет размещено еще меньшее сопло с прямым отверстием.Стандартная свеча зажигания, используемая в испытании, имела очень длинный вылет 61 (предпочтительно, чтобы свежий топливный заряд, впрыскиваемый в канал 40 через отверстия 48 , быстро достигал электродов), как показано на фиг. 1. Таким образом, искра возникла в топливной полости 60 и обеспечила присутствие горючей смеси во время воспламенения, хотя была использована свеча с малым радиусом действия без зарегистрированных пропусков зажигания.

Испытательный двигатель имел L-образную головку, как показано на фиг.9 с поршнем с плоским верхом. Коленчатый вал был соединен с поршневым гидравлическим насосом. Давление насоса, расход, температура выхлопных газов и температура головки цилиндров регистрировались для каждого пробного запуска. При использовании только стандартной свечи зажигания и двигателя, производящего 778 фунтов на квадратный дюйм при 4000 об / мин, был слышен металлический стук, который обычно является признаком детонации в камере сгорания. Свеча зажигания была заменена настоящим устройством, и металлический стук не был слышен при давлении 950 фунтов на квадратный дюйм и 6500 об / мин.

Типичные рабочие характеристики с L-образной головкой Давление, psi Давление, psiRPMS Стандартная свеча зажигания ¹ Эжектор пламени ² 6000

062008509406400825895 ^{1 Верхняя точка опережения зажигания} Это максимальные значения давления зажигания при 36 ° .Более или менее расчет времени привел к потере давления. ² Это максимальные давления, полученные при опережения зажигания 40 ° перед верхней мертвой точкой. Более или менее расчет времени привел к потере давления.

Разница в выходных фунтах на квадратный дюйм между стандартной свечой зажигания и настоящим устройством составляла примерно 9,3% при практически одинаковых рабочих условиях установки угла опережения зажигания, настройки дроссельной заслонки и числа оборотов в минуту.

Следует отметить, что камера сгорания другой формы дает разные результаты при одинаковой установке угла опережения зажигания.Например, карман 58 для зазора впускного клапана имеет объем 13,5 куб. Если предположить, что объем камеры сгорания составляет 60 куб. См, то карман будет составлять 22% от общего объема. Этот% значительный, учитывая, что это наиболее удаленная точка от свечи зажигания.

Изобретение было подробно описано со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления, но будет понятно, что изменения и модификации будут осуществляться в пределах сущности и объема изобретения.

Двигатели внутреннего сгорания | Анимация, Достоинства, Недостатки

Двигатель — это механическое устройство, которое используется для преобразования одной формы энергии в другую. Тип двигателя, о котором мы собираемся изучить в этой статье, преобразует тепло в работу.

По месту фактического сгорания топлива двигатели можно разделить на два типа.

Один из них — двигатель внутреннего сгорания (ДВС), другой — двигатель внешнего сгорания.

В этой статье мы ограничимся обсуждением двигателей внутреннего сгорания.

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

Из названия вполне очевидно, что в двигателях внутреннего сгорания топливо сжигается внутри двигателя. В отличие от двигателей внешнего сгорания, в которых топливо сжигается вне двигателя.

Самый популярный тип двигателя внутреннего сгорания, который мы видим сегодня, — это двигатель, который мы используем в наших автомобилях и мотоциклах.

Мы можем легко заметить, что мы заливаем топливо в эти двигатели, и что топливо сгорает внутри цилиндра. Двигатель преобразует энергию топлива в мощность и выпускает выхлопные газы процесса сгорания.

Анимация работы двигателя внутреннего сгорания

В приведенной выше анимации мы можем легко понять, как работает двигатель внутреннего сгорания.

Здесь синим цветом обозначено топливо, а коричневым цветом обозначены выхлопные газы.

Наиболее распространенными видами внутреннего сгорания являются

• Газовая турбина открытого цикла
• Поршневой двигатель внутреннего сгорания
• Двигатель Ванкеля и т. Д.

Преимущества двигателей внутреннего сгорания

1. Размер двигателя намного меньше по сравнению с двигателями внешнего сгорания
2. Отношение мощности к массе высокое
3. Очень подходит для приложений с малым энергопотреблением
4. Обычно более портативны, чем их аналоги двигателей внешнего сгорания
5. Безопаснее работать
6. Время пуска очень меньше
7. Более высокий КПД по сравнению с двигателем внешнего сгорания
8. Нет шансов утечки рабочих жидкостей
9. Требуется меньше обслуживания
10. Расход масла меньше по сравнению с двигателями внешнего сгорания
11. В случае поршневого внутреннего сгорания общая рабочая температура низкая, поскольку пиковая температура достигается только в течение небольшого периода времени (только при детонации топлива).

Недостатки двигателей внутреннего сгорания

1. Разнообразие видов топлива, которые можно использовать, ограничивается газообразным и жидким топливом очень хорошего качества
2. Используемое топливо очень дорогое, как бензин или дизельное топливо
3. Выбросы двигателя в целом высокие по сравнению с двигателем внешнего сгорания
4. Не подходит для крупномасштабной энергетики
5. При возвратно-поступательном движении внутреннего сгорания возникает шум из-за детонации топлива

Типы и области применения двигателей внутреннего сгорания

1. Бензиновые двигатели: они используются в автомобильной, морской и авиационной промышленности.
Газовые двигатели
2. : используются для промышленных целей.
Дизельные двигатели
3. : они используются в автомобильной, железнодорожной, энергетической и морской промышленности.
Газовые турбины
4. : они используются в энергетических, авиационных, промышленных, морских целях.

Источник изображения: Зефирис — собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10896588

Категория: Двигатели внутреннего сгорания

Преимущества устройств управления потоком охлаждающего воздуха в двигателях внутреннего сгорания

Автор (ы): Спиридон-Кристиан-Дан Дэскэлеску, Лаурентиу Димитриу

Филиал: Кафедра двигателей внутреннего сгорания и автотранспортных средств, Машиностроительный факультет, «Gh.Asachi »Технический университет Ласи, Румыния, факультет прикладной электроники, факультет электроники и телекоммуникаций, Технический университет« Gh.Asachi »в Ласи, Румыния

Страницы: 12

Событие: Конференция и выставка по системам теплового управления автомобилями

ISSN: 0148-7191

e-ISSN: 2688-3627

Также в: Материалы конференции 2001 г.