Принцип работы и устройство двс: Общее устройство двигателя автомобиля, схема работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС): устройство, принцип работы и классификация

Вокруг активно говорят про электокары, но двигатель внутреннего сгорания (ДВС) никуда не исчезает. Почему? О принципе работы и конструкции двигателей внутреннего сгорания, плюсах и минусах ДВС – в нашем материале.

Что такое ДВС?

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.

ДВС работает благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.

Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).

Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т.е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).

Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.

  • Несмотря на то, что технологии, в том числе, в транспортной сфере, развиваются семимильными шагами, ДВС на авто человечество будет устанавливать еще долго. Даже концерн Volkswagen, который, как известно, готовит масштабную программу электрификации модельного ряда своих двигателей, пока не спешит отказываться от ДВС. Открытой является информация, что автомобили с ДВС будут выпускаться не только в ближайшие 5, но и 30 лет. Да, время разработок новых ДВС у концерна уже подходит к финальной стадии, но производство никто сворачивать не будет. Нынешние актуальные разработки будут использоваться и впредь. Некоторые же концерны по производству авто и вовсе не спешат переходить на электромоторы. Это можно обосновать и экономически, и технически. Именно ДВС из всех моторов одни из наиболее надежных и при этом дешёвых, а постоянное совершенствование моделей ДВС позволяет говорить об уверенном прогрессе инженеров, улучшении эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания и минимизации их негативного влияния на атмосферу.
  • Современные дизельные двигатели внутреннего сгорания позволяют снизить расход топлива на 25-30 %. Лучше всего такое уменьшение расхода топлива смогли достигнуть производители дизельных ДВС. Но и производители бензиновых двигателей внутреннего сгорания активно удивляют. Ещё в 2012-м году назад американский концерн Transonic Combustion (разработчик так называемых сверхкритических систем впрыска топлива) впечатлил решением TSCiTM. Благодаря новому подходу к конструкции топливного насоса и инжекторам, бензиновый двигатель стал существенно экономичней.
  • Большие ставки на ДВС делает и концерн Mazda. Он акцентирует внимание на изменении конструкции выпускной системы. Благодаря ей улучшена продувка газов, повышена степень их сжатия, а, вместе с тем, снижены и обороты (причём сразу на 15%). А это и экономия расхода топлива, и уменьшение вредных выбросов – несмотря на то, что речь идёт о бензиновом двигателе, а не о дизеле.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

  1. Блок цилиндров. Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
  2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).
  3. Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

Замену ГРМ проводят через каждые 60000 — 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

  • Система питания. В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
  • Система смазки. Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
  • Система охлаждения. Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.
  • Выхлопная система. Служит для отвода от мотора продуктов сгорания.
    Включает:
    — выпускной коллектор (приёмник отработанных газов),
    — газоотвод (приёмная труба, в народе- «штаны»),
    — резонатор для разделения выхлопных газов и уменьшения их скорости,
    — катализатор (очиститель) выхлопных газов,
    — глушитель (корректирует направление потока газов, гасит шум).
  • Система зажигания. Входит в состав только бензодвигателей. Неотъемлемые компоненты системы – свечи и катушки зажигания. Самый популярный вариант конструкции – «катушка на свече». У двигателей внутреннего сгорания старого поколения также были высоковольтные провода и трамблер (распределитель). Но современные производители моторов, прежде всего, благодаря появлению конструкции «катушка на свече», могут себе позволить не включать в систему эти компоненты.
  • Система впрыска. Позволяет организовать дозированную подачу топлива.
  • В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора.

    Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС.

    Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени. Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

    А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения «Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля», на платформе ELECTUDE. Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор.

    Принцип работы двигателя

    Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива — тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

    При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

    Самый распространённый вариант такой:

    1. Поршень в цилиндре движется вниз.
    2. Открывается впускной клапан.
    3. В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
    4. Поршень поднимается.
    5. Выпускной клапан закрывается.
    6. Поршень сжимает воздух.
    7. Поршень доходит до верхней мертвой точки.
    8. Срабатывает свеча зажигания.
    9. Открывается выпускной клапан.
    10. Поршень начинает двигаться вверх.
    11. Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

    Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само.

    При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE.

    Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход. Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.

    Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

    Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

    1. Такт выпуска.
    2. Такт сжатия воздуха.
    3. Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
    4. Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

    4 такта образуют рабочий цикл.

    При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.

    Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

    • Поршень двигается снизу-вверх.
    • В камеру сгорания поступает топливо.
    • Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
    • Возникает компрессия. (давление).
    • Возникает искра.
    • Топливо загорается.
    • Поршень продвигается вниз.
    • Открывается доступ к выпускному коллектору.
    • Из цилиндра выходят продукты сгорания.

    То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй — опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

    Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

    Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

    В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

    У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).

    Классификация двигателей

    Двигатели разделяют по нескольким параметрам: рабочему циклу, типу конструкции, типу подачи воздуха.

    Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

    В зависимости от цикла, описывающего термодинамический (рабочий процесс), выделяют два типа моторов:

    1. Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
    2. Ориентированные на цикл Дизеля. Топливо в данном случае воспламеняется не от искры, а непосредственно от разогретого рабочего тела. Такой цикл лежит в основе работы дизельных двигателей.

    Чтобы работать с современными дизельными моторами, важно уметь хорошо разбираться в системе управлениям дизелями EDC (именно от неё зависит стабильное функционирование предпускового подогрева, системы рециркуляции отработанных газов, турбонаддува), особенностях системы впрыска Common Rail (CRD), механических форсунках, лямбда-зонда, обладать навыками взаимодействия с ними.

    А для работы с агрегатами, работающими по циклу Отто, не обойтись без комплексного изучения свечей зажигания, системы многоточечного впрыска. Важно отличное знание принципов работы датчиков, каталитических нейтрализаторов.

    И изучение дизелей, и бензодвигателей должно быть целенаправленным и последовательным. Рациональный вариант – изучать дизельные ДВС в виде модулей.

    Классификация двигателей в зависимости от конструкции

    • Поршневой. Классический двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом. При работе принципа ДВС рассматривалась как раз такая конструкция. Ведь именно поршневые ДВС стоят на большинстве современных автомобилей.
    • Роторные (двигатели Ванкеля). Вместо поршня установлен трехгранный ротор (или несколько роторов), а камера сгорания имеет овальную форму. У них достаточно высокая мощность при малых габаритах, отлично гасятся вибрации. Но производителям невыгодно выпускать такие моторы. Производство двигателей Ванкеля дорогостоящее, сложно подстроиться под регламенты выбросов СО2, обеспечить агрегату большой срок службы. Поэтому современные мастера СТО при ремонте и обслуживании с такими автомобилями встречаются крайне редко. Но знать о таких двигателях также очень важно. Может возникнуть ситуация, что на сервис привезут автомобили Mazda RX-8. RX-8 (2003 по 2012 годов выпуска) либо ВАЗ-4132, ВАЗ-411М. И у них стоят именно роторные двигатели внутреннего сгорания.

    Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

    Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса:

    1. Атмосферные. При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
    2. Турбокомпрессорные. Организована дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания.

    Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.

    Атмосферные системы активно встречаются как среди дизельных, так и бензиновых моделей. Турбокомпрессорные ДВС – в большинстве своём, дизельные двигатели. Это связано с тем, что монтаж турбонаддува предполагает достаточно сложную конструкцию самого ДВС. И на такой шаг готовы пойти чаще всего производители авто премиум-класса, спорткаров. У них установка турбокомпрессора себя оправдывает. Да, такие решения более дорогие, но выигрыш есть в весе, компактности, показателе крутящего момента, уровни токсичности. Более того! Выигрыш есть и в расходе топлива. Его требуется существенно меньше.

    Очень часто решения с турбокомпрессором выбирают автовладельцы, которые предпочитают агрессивный стиль езды, высокую скорость.

    Преимущества ДВС

    1. Удобство. Достаточно иметь АЗС по дороге или канистру бензина в багажнике – и проблема заправки двигателя легко решаема. Если же на машине установлен электромотор, зарядка доступна пока ещё не во всех местах.
    2. Высокая скорость заправки двигателя топливом.
    3. Длительный ресурс работы. Современные двигатели внутреннего сгорания легко работают в заявленный производителем период (в среднем 100-150 тыс. км. пробега), а некоторые и 300-350 тыс. км пробега. Впрочем, мировой рекордсмен – пробег и вовсе

    4 800 000 км. И здесь нет лишних нулей. Такой рекорд установлен на двигателе Volvo» P1800. Единственное, за время работы двигатель два раза проходил капремонт.

  • Компактность. Двигатели внутреннего сгорания существенно компактнее, нежели двигатели внешнего сгорания.
  • Недостатки ДВС

    При использовании двигателя внутреннего сгорания нельзя организовать работу оборудования по замкнутому циклу, а, значит, организовать работу в условиях, когда давление существенно превышает атмосферное.

    Большинство ДВС работает за счёт использования невозобновляемых ресурсов (бензина, газа). И исключение – машины, работающие на биогазе, этиловом спирте (на практике встречается редко, так как при использовании такого топлива невозможно добиться высоких мощностей и скоростей).

    Существует тесная зависимость работы ДВС от качества топлива. Оно должно обладать определённым определенным цетановым и октановым числами (характеристиками воспламеняемости дизельного топлива, определяющими период задержки горения рабочей смеси и детонационной стойкости топлива), плотностью, испаряемостью.

    Автомеханики называют ДВС сердцем авто, инженеры модернизируют ГРМ, а производители бензина не беспокояться о том, что все перейдут на электротранспорт.

    Сердце автомобиля – ДВС или двигатель внутреннего сгорания, сложный технологический узел, обладающий множеством параметров. Их необходимо знать автолюбителю , чтобы ориентироваться при выборе автомобиля и ориентироваться во время эксплуатации и при ремонте. Наиболее значимыми параметрами являются:

    • Объем камер сгорания – определяет показатель расхода топлива и в значительной степени мощности;
    • Мощность – измеряется в киловаттах, но чаще используются лошадиные силы;
    • Крутящий момент – тяговое усилие;
    • Расход топлива – показатель указывается в литрах на 100 км. При этом учитываются дорожные условия: город, шоссе, смешанный режим;
    • Расход масла — тут важно учитывать тип, а порой и марку потребляемого масла.

    Типовые параметры работы двигателей

    Существует разделение ДВС на такие типы:

    • Бензиновые – часто используются в гражданском автомобилестроении, наиболее распространенный тип;
    • Дизельные – эти агрегаты отличаются надежностью и экономичностью. При этом несколько уступают бензиновым аналогам в динамике (набор скорости), но выигрывают по показателям проходимости. Широко используются военными, распространены в гражданском автомобилестроении;
    • Газовые – используют в качестве топлива сжиженный, природный, сжатый газ, который закачивается в специальные баллоны;

    В список можно включить гибридные газодизельные агрегаты и роторно-поршневые. Последний тип широко использовался авиацией до середины XX века, в современных условиях встречается редко.

    Количество цилиндров двигателя

    Количество цилиндров в ДВС определяют его мощность. В процессе технической и технологической эволюции их количество постепенно увеличилось с 1 до 16. С увеличением количества цилиндров сами агрегаты становились больше. Решением в части экономии пространства стала концепция расположения цилиндров.

    Расположение цилиндров

    Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением. Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме. В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:

    • W-образное расположение цилиндров;
    • Y-образное расположение цилиндров.

    Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.

    Объем двигателя

    Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня. В результате получается рабочий объем.
    Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом. Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.

    Материал, из которого изготавливается двигатель

    Основным материалом в производстве двигателей являются металлы и их сплавы:

    • Чугун – обеспечивает надежность и прочность, но минусом является внушительный вес;
    • Алюминиевые сплавы – дают неплохую прочность, при этом легкие. Недостаток – большая стоимость;
    • Магниевые сплавы – наиболее дорогостоящий материал, отличается высокой прочностью.

    Многие производители автомобилей комбинируют материалы. Это во многом диктуется принадлежностью модели к тому или иному классу, что ставит ее в определенные ценовые рамки.

     

     

    Мощность двигателя

    Основополагающий параметр ДВС. Он измеряется в лошадиных силах, реже в кВт (киловатты). Мощность определяет скоростной предел и динамику разгона. Это еще один важный момент в условиях высокой конкуренции между производителями. Серьезная борьба идет в сегменте премиумных, спортивных автомобилей, а также в классе роадстеров и мускулкаров. Здесь разгон от 0 до 100 км/ч играет важную роль и может быть меньше 4 секунд.

    Крутящий момент

    Крутящий момент – параметр, определяющий тяговую силу мотора, обозначается Н/м (Ньютоны на метр). Значение непосредственно связано с мощностью и динамикой, хотя и не является для них определяющим. В значительной степени крутящий момент влияет на «эластичность» силового агрегата. Под этим словом подразумевается возможность ускоряться при низких оборотах. Соответственно, чем больше ускорение, тем эластичней мотор.

    Расход топлива

    Показатель потребления топлива двигателем зависит от его рабочего объема, а соответственно мощности. Основополагающую роль играет тип топливной системы:

    • Карбюраторная;
    • Инжекторная.

    Измеряется показатель в литрах на 100 км. Техническая документация современных автомобилей предоставляет данные о расходе топлива при нескольких режимах движения: езда по городу, трассе, смешанный тип. В некоторых моделях, преимущественно внедорожниках, указывается расход при движении в условиях бездорожья, так как задействуются все 4 колеса и потребление бензина, дизеля значительно возрастает.

    Тип топлива

    ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:

    • Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает:
      А – бензин автомобильный;
      И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом.
      Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98;
    • Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества:
      1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива;
      2. Метилнафталин – не горючий компонент.
      Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).

    Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.

    Расход масла

    Показатель расхода масла указывается производителем автомобиля в технической документации к нему. Нормальным считается потребление смазки в соотношении 0,8–3% от потребляемого количества топлива. Также на этот показатель влияет размер двигателя, он увеличивается на больших, мощных агрегатах, особенно дизельных.
    Различают расход масла:

    • Штатный – испарение смазочного материала с цилиндров, выдавливание через картер газами, смазка компрессора турбины;
    • Нештатный – течи уплотнений, потеря масла через сальники коленвала, маслосъемные поршневые кольца, перемычки поршня, когда происходит их разрушение.

    К чрезмерному расходу приводит использование масла низкого качества и несоответствующей требованиям технической эксплуатации марки.

    Ресурсная прочность

    Ресурсная прочность – показатель, определяющий частоту проведения ТО. Измеряется пробегом. Оптимальное количество пройденных километров от 5000 до 30 000. Этот показатель дает возможность рассчитать максимальный срок эксплуатации силового агрегата.

    Тип топливной системы

    На бензиновые и дизельные моторы устанавливаются разные типы топливных систем. Бензиновые агрегаты могут оснащаться карбюраторной или инжекторной системой. Первая основана на механическом принципе, подача топлива регулируется дроссельной заслонкой. Второй тип – инжекторный позволяет осуществлять настройки с помощью электронных средств. Это значительно увеличивает КПД двигателя, сокращает расход топлива.
    Дизельные агрегаты оснащаются ТНВД (топливными насосами высокого давления). Это устройство считается устаревшим и ненадежным. Чаще всего оно используется совместно с форсунками, обладающими функциями насоса. Но сами по себе они не могут обеспечить стабильную работу двигателя.

    Тип бензиновой системы впуска

    Существует 2 разновидности топливных бензиновых систем: карбюраторная, инжекторная. Они отличаются конструктивным устройством, а также принципами подачи топлива в цилиндры:

    • Карбюратор вливает бензин сплошным потоком, что затрудняет его смешивание с воздухом и детонацию. Это приводит к увеличенному расходу топлива, снижению технических характеристик мотора;
    • Инжекторная система превращает топливо в мелкодисперсную субстанцию – распыляет его. Это дает ему возможность быстро смешиваться с воздухом внутри цилиндра и приводит к увеличению характеристик двигателя и уменьшению расхода топлива.

    Тип бензиновой системы впрыска

    Существует одноточечная и многоточечная система впрыска. Первая не используется на современных моторах, вторая, в свою очередь, многоточечная система бывает:

    • Распределенной . Она обеспечивает стабильную работу силового агрегата, но не обеспечивает высокую динамику и не увеличивает мощность;
    • Прямой . В этом случае обеспечивается оптимальный расход топлива, увеличивается мощность двигателя и его ресурсная прочность. Недостатком системы является нестабильность работы на малых оборотах. Также минусом можно считать высокую требовательность к качеству бензина.

    Дизельная система впрыска

    Классическая схема впрыска топлива дизельного ДВС выглядит так:

    • ТНВД – топливный насос высокого давления подает горючее в рампу;
    • В рампе дизельное топливо нагнетается и с помощью форсунок-насосов подается в камеру сгорания.

    На сегодняшний день это наиболее надежная схема впрыска дизельного топлива.

    Форсунки впрыска

    По принципу работы форсунки впрыска бывают:

    • Механические;
    • Пьезотронные.

    Последние обеспечивают плавную работу двигателя. Больше ни на какие характеристики мотора форсунки впрыска не влияют.

    Количество клапанов

    Клапана, их количество влияет на показатель мощности мотора. Считается, что при большем количестве клапанов, работа двигателя становится плавнее. Устанавливаются они на впуск и выпуск цилиндра от 2 до 5 штук. Недостатком большого количества клапанов является увеличенный расход топлива.

    Компрессор

    Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным. Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля.
    Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи. Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы.
    Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:

    • Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
    • Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
    • Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.

    Система газораспределения

    ГРМ или газораспределительный механизм отвечает за потоками газов в цилиндре. Он также выполняет функцию переключателя фаз процесса распределения. Принцип действия основан на блокировании и открывании впускных и выпускных отверстий камер сгораний. Это делается при помощи регулировочных элементов:

    • Клапанов;
    • Валов с приводами;
    • Толкателей;
    • Коромысел;
    • Шлангов.

    По принципу управления процессом распределения газов ГРМ разделяются на:

    • Клапанные;
    • Золотниковые;
    • Поршневые.

    Автомобильные поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) обладают множеством показателей – мощность, крутящий момент, расход топлива, выброс вредных веществ и т. д., которые во многом зависят от их конструктивных параметров.

    Типы двигателей

    Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:

    • впуск воздуха или его смеси с топливом;
    • сжатие рабочей смеси,
    • рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
    • выпуск отработавших газов.

    Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.

    Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:

    • в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
    • в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
    • двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.

    Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).

    Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:

    • большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
    • большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
    • меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.

    Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.

    Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.

    Компоновка поршневых двигателей

    Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

    Рядный двигатель V-образный двигатель

    Рядный двигатель (рис. 1, а) — компоновка, при которой все цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает значительной длиной.

    V-образный двигатель (рис. 1, б) — цилиндры у него расположены в двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить длину двигателя, но увеличивает его ширину.

    Оппозитный двигатель VR-двигатель

    Оппозитный двигатель (рис. 1, в) имеет угол развала 180°, благодаря этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.

    VR-двигатель (рис. 1, г) обладает небольшим углом развала (порядка 15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры агрегата.

    W-двигатель W-двигатель

    W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с большим углом развала (рис. 1, д) или как бы две VR-компоновки (рис. 1, е).Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.

    Конструктивные параметры двигателей

    Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно заданными параметрами (рис. 2), практически неизменными в процессе эксплуатации автомобиля.

    Конструктивные параметры двигателей

    Объем камеры сгорания — объем полости цилиндра и углубления в головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем положении на наибольшем удалении от коленвала.

    Рабочий объем цилиндра — пространство, которое освобождает поршень при движении от верхней до нижней мертвой точки. Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от коленвала.

    Полный объем цилиндра — равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

    Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех цилиндров.

    Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.

    Показатели двигателей

    Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

    Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

    Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

    Крутящий момент увеличивается с ростом:

    • рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
    • давления горящих газов в цилиндрах , которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется “стуком поршневых пальцев”) или ростом нагрузок в дизелях.

    Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

    Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

    Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

    • рабочего объема , что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
    • оборотов коленчатого вала , число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т.д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
    • давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

    Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

    Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

    Характеристики двигателей

    При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

    Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рис. 4), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

    Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

    Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

    Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

    Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике (см. рис. 4). Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

    Пунктирной линией на графике показаны более оптимальные характеристики двигателя.

    Источник Источник Источник Источник http://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya/
    Источник http://gearavto.ru/parametry-dvigatelej-avtomobilya/

    Типы и параметры ДВС

    Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания презентация, доклад

    Слайд 1
    Текст слайда:

    Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания


    Слайд 2
    Текст слайда:

    УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

    Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. В верхней части цилиндра имеется два клапана 1 и 2, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы. В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600—1800 градусов Цельсия.


    Слайд 3
    Текст слайда:

    РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
    I ТАКТ

    Один ход поршня, или один такт
    двигателя, совершается за пол-оборота
    коленчатого вала. При повороте вала
    двигателя в начале первого такта поршень
    движется вниз . Объем над поршнем
    увеличивается. Вследствие этого в
    цилиндре создается разрежение.
    В это время открывается клапан 1 и в
    цилиндр входит горючая смесь.
    К концу первого такта цилиндр
    заполняется горючей смесью, а клапан 1
    закрывается.


    Слайд 4
    Текст слайда:

    РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
    II ТАКТ

    При дальнейшем повороте вала
    поршень движется вверх (второй такт) и
    сжимает горючую смесь. В конце второго такта,
    когда поршень дойдет до крайнего
    верхнего положения, сжатая горючая смесь
    воспламеняется (от электрической искры)
    и быстро сгорает.


    Слайд 5
    Текст слайда:

    РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
    III ТАКТ

    Под действием расширяющихся
    нагретых газов (третий такт) двигатель
    совершает работу, поэтому этот такт
    называют рабочим ходом. Движение поршня
    передается шатуну, а через него коленчатому
    валу с маховиком. Получив сильный толчок,
    маховик затем продолжает вращаться
    по инерции и перемещает скрепленный
    с ним поршень при последующих тактах.
    Второй и третий такты происходят при
    закрытых клапанах.


    Слайд 6
    Текст слайда:

    РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

    IV ТАКТ

    В конце третьего такта открывается
    клапан 2, и через него продукты
    сгорания выходят из цилиндра в атмосферу.
    Выпуск продуктов сгорания продолжается
    и в течение четвертого такта, когда поршень
    движется вверх. В конце четвертого
    такта клапан 2 закрывается.


    Слайд 7
    Текст слайда:

    Итак, цикл работы двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов):

    впуска,
    сжатия,
    рабочего хода,
    выпуска.


    Слайд 8
    Текст слайда:

    Щелкните на картинке


    Слайд 9
    Текст слайда:

    Карбюраторные двигатели

    900igr.net


    Слайд 10
    Текст слайда:

    История создания карбюраторного двигателя

    В 1885 году немецкие инженеры Готлиб Даймлер (1834-1900) и Вильгельм Майбах (1846-1929) изобрели легкий, быстроходный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), использовавший качестве топлива бензин. Они установили его на деревянный велосипед и создали первый в мире мотоцикл.
    В 1889 году Даймлер и Майбах построили первый четырехколесный автомобиль. На этом автомобиле впервые был установлен двигатель, оснащенный четырехступенчатой коробкой передач и карбюратором. Карбюратор был разработан Даймлером, в нем топливо распыляется, смешивается с воздухом и подается в цилиндр.
    Это обстоятельство значительно повышало эффективность работы данного двигателя, впоследствии названного карбюраторным.


    Слайд 11
    Текст слайда:

    Применение карбюраторных двигателей

    Карбюраторные двигатели находят широкое применение в современной жизни. Их используют в основном на транспортных средствах (из-за высокой стоимости топлива которые данные виды двигателей используют), к таким транспортным средствам относятся:
    Мотоциклы, Автомобили, а также Катера; Моторные лодки и т. п.
    Мне бы хотелось сосредоточить ваше внимание на использование карбюраторных двигателей в современном автомобильной промышленности.
    Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли народного хозяйства — автомобильной промышленности, которая на современном этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения.
    В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В царской России неоднократно делались попытки организовать собственное машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей.


    Слайд 12
    Текст слайда:

    После Великой Октябрьской социалистической революции практически заново пришлось создавать отечественную автомобильную промышленность.
    Начало развития российского автомобилестроения относится к 1924 году, когда в Москве на заводе АМО были построены первые грузовые автомобили АМО-Ф-15.
    В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое производство автомобилей. В 1931 г. на заводе АМО началось массовое производство грузовых автомобилей. В 1932 г. вошел в строй завод ГАЗ.
    В 1940 г. начал производство малолитражных автомобилей Московский завод малолитражных автомобилей. Несколько позже был создан Уральский
    автомобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй:
    Кутаисский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные заводы.
    Начиная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения характеризуется особо быстрыми темпами. В 1971 г. вступил в строй Волжский автомобильный завод им. 50-летия СССР.


    Слайд 13
    Текст слайда:

    Спасибо за внимание!


    Скачать презентацию

    Двигатель (ДВС): устройство, принцип работы, классификация

    Называть двигатель сердцем автомобиля – сравнение банальное, но точное. Можно сколько угодно перебирать подвеску, настраивать рулевое управление или совершенствовать тормоза – если мотор не в порядке, всё это превращается в пустую трату времени.

    Сегодня на дорогах можно встретить автомобили разных поколений: и со старенькими карбюраторными ДВС, и с мощными дизельными моторами, управляемыми электроникой, и даже новейшие водородные двигатели, которые еще только начинают совершенствоваться. И во всём этом разнообразии довольно сложно сориентироваться, если не знать основ и принципов работы двигателя внутреннего сгорания.

    Содержание

    1. Что такое ДВС и для чего он нужен?
    2. Устройство двигателя внутреннего сгорания
    3. Принцип работы двигателя
    4. Принцип работы четырехтактного двигателя
    5. Принцип работы двухтактного двигателя
    6. Классификация двигателей
    7. По рабочему циклу
    8. По типу конструкции
    9. По количеству цилиндров
    10. По расположению цилиндров
    11. По типу топлива
    12. По принципу работы ГРМ
    13. По принципу подачи воздуха
    14. Преимущества и недостатки ДВС
    15. Заключение

    Что такое ДВС и для чего он нужен?

    Устройство двигателя

    Чтобы транспорт ехал, что-то должно приводить его в движение. В разные времена это были запряженные животные, затем на смену пришли паровые и электродвигатели (да, прародители современных автомобилей появились даже раньше, чем традиционные ДВС), затем моторы, работающие на горючем топливе.

    Современный двигатель внутреннего сгорания – это механизм, преобразующий энергию вспышки топлива (тепла) в механическую работу. Несмотря на достаточно громоздкую конструкцию, на сегодняшний день ДВС остается самым удобным источником энергии.

    Электротранспорт, конечно, всё больше входит в обиход, но время его «заправки» сводит на нет все преимущества – канистру с электричеством в багажник не положишь.

    Свое применение ДВС нашел во многих сферах: по одинаковому принципу работают автомобили, мотоциклы и скутеры, сельскохозяйственная и строительная техника, водный транспорт, двигатели самолетов, военная техника, газонокосилки… То есть, практически всё, что ездит или летает.

    Устройство двигателя внутреннего сгорания

    Несмотря на разнообразие типов и конструкций ДВС, принцип его устройства остается практически неизменным на любой технике. Конечно, отдельные элементы конструкции могут сильно отличаться на разных двигателях, но основные узлы и компоненты очень похожи между собой.

    Итак, двигатель внутреннего сгорания состоит из таких конструктивных узлов.

    1. Блок цилиндров (БЦ) – «оболочка» ЦПГ и всего двигателя в целом, в том числе с рубашкой системы охлаждения.

      Блок цилиндров

    2. Кривошипно-шатунный механизм, он же КШМ – узел, в котором происходит преобразование прямолинейного движения поршня во вращательное. Состоит из коленвала, поршней, шатунов, маховика, а также подшипников скольжения (вкладышей), на которые опирается коленвал и крепления шатунов.

      Кривошипно-шатунный механизм: 1 — цилиндр; 2 — маховик; 3 — шатунный подшипник; 4 — коленчатый вал; 5 — колено; 6 — коренной подшипник; 7 — шатун.

    3. Газораспределительный механизм (ГРМ) – это система подачи в цилиндры топливно-воздушной смеси и отвода выхлопных газов. Состоит из распредвалов, клапанов с коромыслами или штангами, ремня ГРМ, благодаря которому вся система работает синхронно с оборотами коленвала.

      Газораспределительный механизм

    4. Система питания – это узел, в котором происходит подготовка топливно-воздушной смеси, которая затем подается в камеры сгорания. В зависимости от конструкции система подачи топлива может быть карбюраторной (одна форсунка на двигатель), инжекторной (форсунки установлены перед впускным клапаном каждого цилиндра), с непосредственным впрыском (форсунка установлена внутри камеры сгорания). Включает в себя топливный бак с фильтром и насосом, карбюратор (опционально), впускной коллектор, форсунки, ТНВД (в дизельных двигателях), воздухозаборника с воздушным фильтром.

      Система питания

    5. Система смазки двигателя – обеспечивает подачу смазки в каждый из узлов трения, а также на участки, требующие дополнительного охлаждения (например, на нижнюю часть поршней). Состоит из масляного насоса, подключенного к коленвалу, системы трубок и каналов, выходящих на пары трения, масляного фильтра, масляного поддона. В зависимости от конструкции различаются двигатели с «сухим» и «мокрым» картером. У первых емкость для сбора моторного масла расположена отдельно, во вторых – непосредственно под двигателем.

      Система смазки двигателя: 1 – масляный насос; 2 – пробка сливного отверстия картера; 3 – маслоприемник; 4 – редукционный клапан; 5 – отверстие для смазывания распределительных шестерен; 6 – датчик сигнальной лампы аварийного давления масла; 7 – датчик указателя давления масла; 8 – кран масляного радиатора; 9 – масляный радиатор; 10 – масляный фильтр.

    6. Система зажигания – нужна для поджига топливной смеси в камере сгорания. Применяется только на бензиновых двигателях, поскольку дизтопливо воспламеняется само от сжатия. Включает в себя свечи зажигания, высоковольтные провода, катушки зажигания, а также распределитель (трамблер) на двигателях старого типа. В современных моторах система зажигания обходится без трамблера и даже без проводов: используется конструкция «катушка на свече».

      Система зажигания двигателя: 1 – генератор; 2 – выключатель зажигания; 3 – распределитель зажигания; 4 – кулачок прерывателя; 5 – свечи зажигания; 6 – катушка зажигания; 7 – аккумуляторная батарея.

    7. Система охлаждения – заботится о поддержании заданной рабочей температуры двигателя. Жидкостная система охлаждения состоит из теплоносителя (охлаждающей жидкости, антифриза), рубашки охлаждения (сеть камер и каналов внутри блока цилиндров), теплообменника (радиатор охлаждения), водяного насоса и термостата.

      Система охлаждения

    8. Электросистема – это источники энергии, необходимой для старта двигателя и поддержания его работы. К электросистеме относится аккумуляторная батарея, генератор, стартер, проводка и датчики работы двигателя.
    9. Выхлопная система – отводит продукты сгорания из двигателя, выполняет функцию доочистки выхлопных газов, регулирует звук работы мотора. Состоит из выпускного коллектора, катализатора и сажевого фильтра (опционально), резонатора, глушителя.

    Выхлопная система

    Каждая их этих частей постепенно развивается и совершенствуется в зависимости от запросов времени. Стремление к росту мощности сменилось поиском самых надежных и долговечных решений, затем на первое место вышла экономия топлива, а сегодня – забота о природе.

    Принцип работы двигателя

    Во всех ДВС, какой бы конструкции они ни были, используется один и тот же принцип работы. Это преобразование энергии теплового расширения при сгорании топлива сначала в прямолинейное, а затем во вращательное движение.

    Принцип работы четырехтактного двигателя

    Такты четырехтактного двигателя

    Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации. Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта). Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

    1. На такте впуска поршень в цилиндре движется вниз, от клапанов к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он начинает опускаться, открывается впускной клапан и в цилиндр поступает топливно-воздушная смесь (или только воздух, если двигатель с непосредственным впрыском). При движении поршень сам «накачивает» нужный объем воздуха в камеру сгорания, если двигатель атмосферный, или воздух поступает под напором, если установлен турбонаддув.
    2. Дойдя до нижней мертвой точки поршень начинает подниматься. При этом впускной клапан закрывается, и при движении поршень сжимает воздух с распыленным в нём топливом до критического давления.
    3. Как только поршень условно доходит до верхней мертвой точки и компрессия становится максимальной, срабатывает свеча зажигания и топливо вспыхивает (дизтопливо зажигается при сжатии само, без искры). Микровзрыв от вспышки толкает поршень снова вниз, к НМТ.
    4. И на четвертом такте открывается выпускной клапан. Поршень снова движется вверх, выдавливая из камеры сгорания выхлопные газы в выпускной коллектор.

    Работа четырехтактного двигателя

    По сути, полезной работы в двигателе только один такт из четырех, когда при сгорании топлива создается избыточное давление, толкающее поршень. Остальные три такта нужны как вспомогательные, которые не дают импульса к движению, но на них расходуется энергия.

    При таких условиях двигатель мог бы остановиться, когда кривошипно-шатунный механизм (КШМ) приходит к энергетическому равновесию. Но чтобы этого не произошло, используется  большой маховик, соединенный с системой сцепления, и противовесы на коленвале, уравновешивающие нагрузки от работы поршней.

    Принцип работы двухтактного двигателя

    Такты двухтактного двигателя

    Двухтактные двигатели используются не слишком широко. В основном это моторы скутеров и мопедов, легких моторных лодок, газонокосилок. Весь рабочий процесс такого двигателя можно разделить на два основных этапа:

    1. В начале движения поршня снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней) в камеру сгорания поступает топливно-воздушная смесь. Поднимаясь, поршень сжимает ее до критической компрессии, и когда он находится в верхней мертвой точке, происходит поджиг.
    2. Сгорая, топливо толкает поршень вниз, при этом одновременно открывается доступ к выпускному коллектору и продукты сгорания выходят из цилиндра. Как только поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ), повторяется первый такт – впуск и сжатие одновременно.

    Работа двухтактного двигателя

    Казалось бы, двухтактный двигатель должен быть вдвое эффективней четырехтактного, ведь здесь на полезное действие приходится половина работы. Но в реальности мощность двухтактного двигателя намного ниже, чем хотелось бы, и причина этого кроется в несовершенном механизме газораспределения.

    При сгорании топлива часть энергии уходит в выпускной коллектор, не выполняя никакой работы кроме нагрева. В итоге, двухтактные двигатели применяются только в маломощном транспорте и требуют особых моторных масел.

    Классификация двигателей

    Поскольку ДВС растут и совершенствуются уже более 100 лет, набралось довольно много их разновидностей. Классифицируют двигатели по разным признакам и свойствам.

    По рабочему циклу

    Это уже известное нам деление двигателей на двухтактные и четырехтактные.

    1. Двухтактные – один полный рабочий цикл состоит из двух этапов, при этом коленвал совершает один оборот;
    2. Четырехтактные – за один полный рабочий цикл проходит четыре этапа, а коленвал делает два оборота.

    По типу конструкции

    Есть два основных типа ДВС: поршневой и роторный.

    1. Поршневой – это тот самый привычный нам двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом, который стоит практически в любом транспорте;
    2. Роторно-поршневой, он же двигатель Ванкеля – особый вид ДВС, в котором вместо поршня используется трехгранный ротор, а камера сгорания имеет овальную форму. Двигатель Ванкеля использовался в некоторых моделях автомобилей, но сложность производства и обслуживания заставила инженеров отказаться от применения этой конструкции.

    Работа роторного двигателя

    По количеству цилиндров

    В ЦПГ двигателя может устанавливаться от 1 до 16 цилиндров, для легковых автомобилей это обычно 3-8. Как правило, конструкторы предпочитают четное количество цилиндров, чтобы уравновесить циклы их работы. Самое известное исключение из правил – двигатель Ecoboost, разработанный концерном Ford, во многих моделях которого ставится как раз три цилиндра.

    По расположению цилиндров

    Компоновка ЦПГ не всегда рядная (хоть рядный двигатель – самый простой в ремонте и обслуживании). В зависимости от фантазии инженеров, двигатели делятся на несколько типов компоновки:

    1. Рядные – все цилиндры выстроены в один ряд и на один коленвал.

      Работа рядного двигателя

    2. V-образные – два ряда цилиндров, установленные под углом от 45 до 90 градусов на один коленвал.

      Работа V-образного двигателя

    3. VR-образные – два ряда цилиндров с маленьким углом развала, 10-20 градусов, установленные на один коленвал.

      Работа VR-образного двигателя

    4. W-образные – представляют собой блок из 3 или 4 рядов цилиндров, установленных на один коленвал.

      Работа W-образного двигателя

    5. U-образные – два параллельных ряда цилиндров, установленные на два коленвала, объединенных в один силовой блок.

      Работа U-образного двигателя

    6. Оппозитные – с двумя рядами цилиндров, установленными горизонтально под 180 градусов друг к другу на один коленвал.

      Работа оппозитного двигателя

    7. Встречные – особая конструкция двигателя, в котором на каждый цилиндр приходится два поршня, движущихся во встречных направлениях. По сути, это одна цилиндро-поршневая группа, установленная на два коленвала.

      Работа встречного двигателя

    8. Радиальные – с круговым размещением ЦПГ, установленной на коленвал, расположенный в центре.

    Работа радиального двигателя

    В легковых автомобилях используются рядные, V-, VR-, W- и U-образные двигатели, а в некоторых моделях и оппозитные. А вот радиальные применяются в авиационной технике.

    По типу топлива

    Классика жанра здесь – бензиновые и дизельные двигатели. Набирают популярность газовые, постепенно совершенствуются гибридные и водородные.

    1. Бензиновые двигатели требуют поджига топливно-воздушной смеси. Для этого используются свечи и катушки зажигания, работающие синхронно с движением коленвала. Особенность бензиновых двигателей – способность развивать большую скорость;
    2. Дизельные двигатели работают по принципу самовоспламенения топливно-воздушной смеси. В них нет свечей зажигания, зато есть система прямого впрыска, требующая подачи топлива под большим давлением. Для запуска двигателя используются свечи накаливания, которые предварительно подогревают воздух и отключаются после прогрева камеры сгорания. Дизельные двигатели способны развивать большую мощность, но не скорость, поэтому используются в тяжелой технике;
    3. Газовые установки популярны за счет низкой стоимости сжиженного газа (по сравнению с бензином). Газовые двигатели работают при более высоких температурах, чем бензиновые или дизельные, что, в свою очередь, требует качественной работы системы охлаждения и особого моторного масла;
    4. Гибридные – это комбинация ДВС и электромотора. В стандартном режиме вождения задействован только электрический мотор, а ДВС задействуется при необходимости повысить нагрузку или подзарядить аккумуляторы;
    5. Водородные двигатели до недавнего времени были довольно опасны: кислород и водород, выработанные из воды путем электролиза, сгорали нестабильно и с риском детонации. Сравнительно недавно был найден другой способ использования водородно-кислородного соединения: водород заправляется в баки (причем заправка длится около 3 минут), кислород захватывается из воздуха, после чего они поступают на электрогенератор, а не в ДВС. По сути, получается процесс, обратный процессу электролиза, в результате которого образуется электроэнергия и вода. Первым автомобилем с водородной силовой установкой стала Toyota Mirai.

    По принципу работы ГРМ

    Ключевой элемент газораспределительного механизма – распредвал, объединенный с коленвалом двигателя с помощью ремня или цепи ГРМ. Распредвал за счет своей конструкции регулирует работу клапанов, и вся система работает синхронно с частотой оборотов двигателя. Обрыв ремня ГРМ – почти всегда путь на капремонт.

    В зависимости от компоновки ЦПГ в двигателе может стоять 1 распредвал, если двигатель рядный, или 2-4 распредвала, если это V-образная компоновка.

    Однако стандартная система ГРМ перестала отвечать современным требованиям к мощности и экономичности двигателей. И теперь, кроме стандартной механической системы, есть адаптивные системы, такие как Honda i-VTEC, VTEC-E и DOHC, Toyota VVT-i, Mitsubishi MIVEC, разработки компаний Volkswagen и Eco-Motors, а также пневматическая система ГРМ, установленная на Koenigsegg Regera и в перспективе добавляющая 30% мощности двигателю.

    По принципу подачи воздуха

    Еще одна классификация, которая часто встречается в обиходе: деление двигателей на атмосферные и турбированные.

    1. Атмосферный двигатель – это тот самый ДВС, который затягивает порцию воздуха при движении поршня в цилиндре вниз. Подача кислорода идет стандартным способом;
    2. Турбина (турбокомпрессор) – это дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания. Турбокомпрессор работает за счет потока выхлопных газов, вращающих турбину, которая, в свою очередь, нагнетает крыльчаткой воздух во впускной коллектор.

    Работа двигателя с турбиной

    Турбированные двигатели имеют свои преимущества и недостатки: с одной стороны, чем больше воздуха, тем больше мощности может развить двигатель. С другой – эффект турбоямы способен серьезно попортить нервы любителю спортивной езды. Да и лишний узел – лишнее слабое место, так что турбированные двигатели (или битурбо, как называют мотор с двумя турбинами) нравятся далеко не всем. Иногда хорошо собранный атмосферник может «заткнуть за пояс» любой наддув.

    1. Если говорить о преимуществах двигателей внутреннего сгорания, то на первое место выйдет удобство для пользователя. За столетие бензиновой эпохи мы обросли сетью АЗС и даже не сомневаемся, что всегда будет возможность заправить машину и ехать дальше. Есть риск не встретить заправочную станцию – не беда, можно взять с собой бензин в канистрах. Именно инфраструктура делает использование ДВС таким комфортным.
    2. С другой стороны, заправка двигателя топливом занимает пару минут, проста и доступна. Залил бак – и едь себе дальше. Это не идет ни в какое сравнение с подзарядкой электромобиля.
    3. Способность служить долго при грамотном обслуживании – то, чем могут похвастаться знаменитые двигатели-миллионники. Регулярное своевременное ТО способно сохранить работоспособность мотора на очень долгий срок.
    4. И, конечно, не будем забывать про милый сердцу рев мощного мотора. Настоящий, честный, совершенно не похожий на озвучку современных электрокаров. Не зря же некоторые автоконцерны специально настраивали звук двигателей своих машин.

    Какой же основной недостаток у ДВС?

    1. Конечно, это низкий КПД — в пределах 20-25%. Самый высокий на сегодняшний день показатель КПД среди ДВС – 38%, который выдал двигатель Toyota VVT-iE. По сравнению с этим электромоторы смотрятся гораздо выигрышней, особенно с системами рекуперативного торможения.
    2. Второй значительный минус – это общая сложность всей системы. Современные двигатели давно перестали быть такими «простачками», как описывается в схеме классического ДВС. Наоборот, требования к моторам становятся всё выше, сами моторы – более точными и сложными, появляются новые технологии и инженерные решения. Всё это дополнительно усложняет конструкцию двигателя, и чем она сложней, тем больше в ней слабых мест.

    Так что, если раньше сосед дядя Вася перебирал двигатель своей «копейки» самостоятельно, но на новеньких современных машинах вряд ли кто-то полезет в тонкую систему ДВС без специального оборудования и инструментов.

    И, наконец, нефтяная эра сама по себе отходит в прошлое. Не зря же растут требования к экологической безопасности транспорта, а заодно и эффективность солнечных батарей. Да, бензиновые и дизельные моторы еще не скоро исчезнут с улиц, но уже Европа борется за внедрение электромобилей, благодаря которым человечество когда-нибудь забудет слово «бензиновый смог».

    Заключение

    Несмотря на любые недостатки, ДВС остается «главным по транспорту». Химики придумывают новые моторные масла, инженеры разрабатывают новые системы ГРМ, а производители бензина не спешат снижать цены. Всё потому, что с удобством и автономностью привычных нам двигателей пока не может сравниться ни один вид транспорта.

    Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

    Устройство двигателя автомобиля важно знать не только механикам и диагностам, но и просто владельцам авто для того, чтобы своевременно определять возможные неполадки.

    Именно двигатель отвечает на обеспечение транспортного средства энергией, которая нужна для движения. Чаще всего механизм запуска возможен за счёт применения бензина или дизеля (дизельного топлива). Сгораемое внутри мотора, оно продуцирует тепло, и это приводит к увеличению температуры газов внутри цилиндра двигателя, а также росту давления газов. Подвижные части под их влиянием вступают в работу, и тепловая энергия преобразуется в механическую.

    В случае неисправностей двигателя важно незамедлительно обнаружить причину и при необходимости провести ремонт. Это стоит доверить специалисту.

    Виды и устройство

    Двигатель внутреннего сгорания — это достаточно сложная конструкция. Существуют двух- и четырехтактные моторы. Наиболее распространены 4-тактные модели в автомобилях. Двухтактники также могут использоваться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных или даже воздушных судов. Двухтактные моторы применяют также в мотокосах, бензопилах и другом строительном бензоинструменте.

    Конструкторы придумали большое количество устройств, которые можно назвать двигателями внутреннего сгорания. Мы поговорим о наиболее распространенных вариантах.

    Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять, как он работает, разберемся, из чего он состоит:

    • цилиндры, в которых располагаются поршни;
    • коленчатый вал;
    • газораспределительный механизм.

    Сюда же можно добавить системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

    Классифицируют устройства таким образом:

    1. По количеству цилиндров.
    2. По расположению цилиндров.
    3. По виду топлива.

    Цилиндров, как правило, бывает от одного до шести. В более мощных авто могут использоваться 8, 12 или 16 цилиндров.

    В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу находятся один за другим в ряд. Повысить мощность без существенного изменения размеров можно, если удвоить их количества. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип называют V-образным.

    Также существует и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, используются в автомобилях Subaru. Благодаря особенностям расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также небольшую. высоту капота.

    ДВС, как известно, может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, а воспламенение происходит из-за высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в ДВС со смешанным топливом может быть применен газ, например, метан.

    В одной модели автомобиля может использоваться целая линейка двигателей с разными характеристиками — в данном случае выбор делает покупатель. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

    Как работает двигатель

    В устройстве ДВС поршень является основным элементом всего рабочего процесса. Он выглядит как металлический пустотелый стакан, расположенный сферическим дном (головкой) вверх. Направляющая часть, которую также называют юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец.

    Назначение поршневых колец – обеспечивать, в первую очередь, герметичность надпоршневого пространства, где при работе происходит сгорание бензиново-воздушной смеси. Важно, чтобы образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца не позволяют маслу попадать в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне работают в качестве уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называют маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

    Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сдавливается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания. Отметим, что в дизеле происходит самовоспламенение смеси из-за резкого сжатия. Образующиеся газы сгорания обладают существенно большим объемом, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, они резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива превращается в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня.

    После этого необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это таким образом: внутри юбки находится палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна. А последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал вращается на опорных подшипниках, которые расположены в картере ДВС. При движении поршня шатун начинает двигать коленвал, а крутящий момент с него передается на трансмиссию, а далее через систему шестерен на ведущие колеса автомобиля.

    При движении вверх-вниз у поршня может быть два положения, которые называются мертвыми точками:

    1. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и самого поршня вверх, после которого он начинает движение вниз.
    2. Нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение, после которого вектор направления меняется, и он устремляется вверх.

    Расстояние между ВМТ и НМТ называют ходом поршня. Объем верхней части цилиндра при положении в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении в НМТ называют полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания называется рабочим объемом цилиндра.

    Суммарный рабочий объем всех цилиндров ДВС указывается в технических характеристиках двигателя. Он выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом.

    Еще одной важной характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), которая определяется как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, как и объем ДВС, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что и влияет на токсичность выбросов при его работе.

    Мощность имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Чтобы перевести эти единицы одна в другую, используют коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.

    Рабочий цикл четырехтактного ДВС характеризуется двумя оборотами коленчатого вала – по половине оборота на такт, который соответствует одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе возможна неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и после этого. Чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливают массивный диск-маховик с большой инерционностью. Благодаря этому момент вращения вала во времени становится более стабильным.

    Если в двигателе используется сразу несколько цилиндров, движение их поршней находится под управлением газораспределительного механизма таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на нескольких тактах. Систем управления газораспределением бывает несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

    Все движимые детали в обязательном порядке должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение в большинстве случаев производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей. Далее она сама должна охладиться и опять вернуться в мотор. Превышение допустимых температур способно привести к практически моментальному разрушению всего устройства.

    В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может быть вплоть до восьми тысяч в минуту. Для того, чтобы минимизировать механический износ, система смазки должна работать безотказно. Поэтому необходимо следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, и это ведет к сужению или полному перекрытию каналов движения жидкостей.

    Поэтому столь важно регулярно проводить диагностику автомобиля у специалистов, а при необходимости проводить своевременное устранение неполадок.

    Двигатель внутреннего сгорания: виды, устройство, принцип работы

    Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.

    Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации — от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.

    При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.

    В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы.

    Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.

    Будет интересно: Первый двигатель внутреннего сгорания

    Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.

    Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.

    Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.

    В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости — некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.

    Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.

    В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.

    Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.

    Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

    Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.

    В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:

    • рабочий объем,
    • количество цилиндров,
    • мощность системы,
    • скорость вращения узлов,
    • применяемое для работы топливо и др.

    Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы. Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?

    Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени — за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ — верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.

    Такт № 1 — впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.

    В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.

    Такт № 2 — сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.

    От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.

    Такт № 3 — рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.

    Такт № 4 — выпуск. Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.

    Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.

    Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.

    Варианты конструкций внутреннего двигателя

    Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание — основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.

    Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа — инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы — сжигание бензина.

    Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.

    Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.

    Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.

    Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе. В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.

    Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.

    Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.

    Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.

    Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.

    Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.

    Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.

    Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.

    Принцип работы ДВС современного типа простыми словами

    Современные двигатели работают по достаточно простой схеме, которая была изобретена целый век назад. Единственное, что подверглось сильному изменению после производства первого двигателя внутреннего сгорания, это система питания. С карбюраторов и прочих не слишком эффективных средств подачи топлива промышленность перешла на инжектор для бензиновых двигателей. Дизельные агрегаты обладают отдельным типом впрыска через систему с повышенным давлением. Все последние разработки в технологиях работы ДВС являются мелочными дополнениями к уже известной конструкции, которые призваны обеспечить либо автоматическую регулировку определенных параметров работы, либо определенную экономию топлива.

    Тем не менее, суть двигателя остается прежней. По части работы двигателя внутреннего сгорания сегодня мы обсудим отдельно службу бензинового и дизельного силового агрегата, а также обсудим некоторые особенности использования бензинового двигателя в гибридных устройствах. Также затронем тему турбины в различных агрегатах, ее типов и смысла использования. Ознакомившись со всеми тонкостями работы современных силовых агрегатов внутреннего сгорания, вы поймете, что нынешние ДВС фактически ничем не отличаются от классических устройств.

    Содержание

    • Тонкости работы бензинового двигателя
    • Дизельный силовой агрегат
    • Бензиновый гибридный двигатель
    • Подводим итоги

    Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — тонкости работы

    Двигатель на бензиновом топливе представляет собою классический вариант силового агрегата, который может работать только на очищенном и качественном бензине, производимом из нефти. Современные двигатели работают только на бензине с октановым числом 95 или даже 98. Залив в хороший агрегат бензин плохого качества, вы можете приобрести массу проблем.

    Топливо подается в агрегат с помощью бензонасоса, а количество подачи регулируется специальной системой впрыска. Инжекторы обладают тонкими форсунками, которые распыляют топливо в системе, позволяя его полностью сжечь в камерах сгорания. После подачи топлива по трубке на систему инжектора происходят следующие процессы:

    • инжектор распыляет бензин, превращая его в облако пара, а также смешивает получившиеся частицы с воздухом;
    • смесь бензина и кислорода попадает дальше в камеру сгорания, где в верхней части поджигается свечей зажигания;
    • подожженный бензин быстро воспламеняется, формируя определенной мощности взрыв с конкретным давлением и усилием;
    • камера сгорания исключительно герметична, потому сила этого взрыва направляется на рабочую плоскость поршня;
    • от мощности удара поршень опускается вниз и приводит в движение коленчатый вал, на котором закреплены другие поршни;
    • с помощью неоднократного повторения такого процесса происходит постоянное вращение двигателя.

    Если топливо не распыляется должным образом, поскольку форсунки забиты или поломаны, один из цилиндров не будет давать нужной мощности, поскольку топливо не сможет поджигаться и нормально выполнять свои функции. В таком случае двигатель теряет мощность и значительно увеличивает расход. Также в таком агрегате крайне важна фильтрация воздуха.

    Турбина в бензиновых двигателях представляет собой механизм усиленной подачи воздуха, за счет чего на определенных режимах работы увеличивается мощность агрегата без увеличения потребления топлива. Интенсивная подача воздуха с разными значениями позволяет компаниям достигать невероятных технических характеристик вполне стандартных бензиновых агрегатов.

    Дизельный силовой агрегат — второй тип ДВС

    Еще один важный тип двигателя, который стал прекрасной альтернативой бензиновому агрегату в обыденной и коммерческой эксплуатации, — это дизельный силовой агрегат. Его стандартными преимуществами считается менее активный расход топлива и очень ощутимая тяга. Такие выгоды дают возможность полностью переформатировать стиль поездки, изменить привычки управления автомобилем.

    Дизельный силовой агрегат подает топливо также через форсунки со значительным распылением. Это требует высокой чистоты дизельного топлива и значительной безопасности работы системы подачи топлива, поскольку жидкость подается на форсунки в достаточно большом давлении. Принцип работы агрегата несколько отличается от бензинового:

    • топливо подается на распыление в гораздо большем давлении, оно прогревается еще до входа в камеры сгорания;
    • под воздействием значительного давления поршней в камерах сгорания топливо самовоспламеняется;
    • создаваемая при этом энергия производит толчок поршня в нижнее положение, выводя при этом другие поршни вверх;
    • для работы двигателя требуется меньше топлива, а вот подача воздуха имеет большое значение;
    • по данной причине в дизельных двигателях практически всегда присутствует турбина, распространены только турбодизели;
    • агрегат создает очень завидную мощность поршней, потому даже на низких оборотах он обладает большой тягой.

    Определенная специфика работы дизельного двигателя вызывает и некоторые особенности его эксплуатации. В частности, водителю придется научиться раньше переключать передачи, довольствоваться низкими оборотами и контролировать тягу машины. Современные турбодизели потребляют на 15-20 процентов меньше топлива на ту самую мощность, чем бензиновые агрегаты.

    Объемистые и тяговитые дизельные двигатели в промышленности могут работать не только на продуктах нефтеобработки. Многие агрегаты приспособлены даже на сжигание сырой нефти, а также принимают в качестве топлива природные биомасла, которые воспламеняются при сильном давлении. Это может стать одним из будущих перспективных моментов автомобилестроения.

    Бензиновый гибридный двигатель — электричество в моде

    Не так давно на рынок начали поступать гибридные автомобили. Это машины, у которых силовой агрегат состоит из двух частей. Первая часть не отличается от стандартных бензиновых агрегатов, но зачастую не столь объемистая и мощная. А вторая часть представлена электродвигателями в разных количествах и расположениях.

    Батареи для электродвигателя оснащены отдельным генератором, который заряжается от работы бензинового агрегата. Также энергия берется из рекуперации энергии торможения и прочих процессов, которые обычно теряются в стандартном исполнении. Гибрид работает по следующей схеме:

    • в стандартных ситуациях городской поездки используются только электромоторы, вы ведете электромобиль;
    • когда энергия батарей на исходе, в дело включается бензиновый двигатель, нагнетающий запас в аккумуляторах;
    • также при резком нажатии на педаль газа включаются сразу все двигатели, давая огромную энергию;
    • при полной разрядке батарей ДВС продолжает работать и весьма экономично везет вас в нужном направлении;
    • у некоторых гибридных автомобилей есть выход для зарядки батарей от обычной электрической сети.

    Такие технологии являются дыханием будущего, поскольку экономия на гибридных автомобилях ощутима. Большой внедорожник с такой установкой может затрачивать всего 5-6 литров топлива, независимо от выбранного режима поездки. Хороший двигатель внутреннего сгорания обеспечивает быструю зарядку батарей.

    Сегодня активно развивается применение гибридных установок на основе дизельного двигателя. В таком случае расход опускается до невероятных 2-3 литров на 100 километров. Впрочем, технологии гибридного использования знают и расход в 1 литр на 100 километров, который является эталонным для современных производителей автомобилей. Предлагаем изучить принцип работы гибридного двигателя на следующем видео:

    Подводим итоги

    Сегодня покупатель автомобилей имеет большой выбор технологий, которые для него будут оптимальными во всех отношениях. Подобрать лучшее решение будет непросто, поскольку производители расписывают преимущества своих предложений в самых неожиданных аспектах. Иногда правильно преподнесенная технология кажется нам самым важным элементом автомобиля, но на самом деле не занимает и части технического потенциала транспорта.

    Потому многие покупатели просто становятся жертвами рекламного влияния, покупая те или иные технологии и оплачивая их в полной мере. Сегодня лучше отказаться от рекламы при выборе типа машины. Положитесь на собственные впечатления и ощущения, на решения, которые вам нравятся больше всего. В каждом типе двигателя и силовой установки есть свои преимущества и недостатки. Расскажите о главных преимуществах двигателя в вашем автомобиле.

    Понравился этот контент? Подпишитесь на обновления!

     

    Фирменные турбины бензиновых двигателей

    Принцип работы карбюратора – главные проблемы и возможные неполадки

    Принцип работы двигателя на дизельном топливе

    Устройство топливных систем автомобилей: основные элементы и неполадки

    Как заводить машину правильно в зависимости от типа двигателя?

    К списку статей

    Социальные комментарии Cackle

    Учебные ресурсы для двигателей внутреннего сгорания

    Эта серия видеороликов была первоначально создана во время протоколов инструкций COVID для облегчения гибридного обучения курса Принципов двигателей внутреннего сгорания Университета Кентукки, Департамента биосистем и сельскохозяйственной инженерии. Студенты должны были просмотреть видео перед тем, как собраться в небольших группах, чтобы обсудить содержание и ответить на вопросы. Видео публикуются здесь в качестве ресурса, который другие преподаватели и студенты могут использовать в учебных занятиях по курсу двигателей. Создатели видео приветствуют отзывы о том, как используются видео, и предложения о новых ресурсах.

    Инструктор, представляющий эти видеоролики, — доктор Тим Стомбог. Он был преподавателем в Университете Кентукки с 2000 года и проводил расширение, исследования и обучение в различных областях, связанных с машинными системами и автоматизацией.

    Краткое описание каждого видео представлено ниже вместе со ссылкой на соответствующее видео на YouTube.

    Рекомендуемая ссылка:
    Stombaugh, Tim. (2022). Учебные ресурсы из AEN / TSM 220: Принципы работы двигателей внутреннего сгорания [серия видео]. Факультет биосистем и сельскохозяйственной инженерии Университета Кентукки. https://www. uky.edu/bae/instructional-resources-internal-combustion-engines

     

    1. Мощность, крутящий момент и скорость

    Двигатели часто классифицируют по выходным характеристикам, а именно по выходной мощности. В этих видеороликах исследуются концепции силы, крутящего момента, энергии и скорости, а также то, насколько эти концепции важны для понимания мощности.

    1а. Сила и крутящий момент Сила и крутящий момент Объясняет основные понятия силы и крутящего момента.

    1б. Работа, энергия и мощность Объясняет, как действие силы и крутящего момента создает мощность.

    2. Пример расчета мощности, крутящего момента и скорости

    Представлено несколько примеров расчета крутящего момента, скорости и мощности. Эти примеры основаны на концепциях, обсуждавшихся в разделе 1, и сосредоточены на том, как управлять единицами измерения и поддерживать их согласованность посредством вычислений.

    2а. Пример линейной мощности Представляет собой пример расчета мощности, создаваемой линейной силой, действующей на объект.

    2б. Пример вращательной мощности Представляет пример расчета мощности, производимой двигателем, с учетом его крутящего момента и скорости.

    2с. Расчет крутящего момента, СИ Представляет другой расчет крутящего момента-скорости-мощности с использованием единиц СИ.

    3. Основные принципы работы двигателей внутреннего сгорания

    Двигатели внутреннего сгорания на самом деле представляют собой устройства для переоборудования двигателей. Они преобразуют потенциальную энергию, запасенную в химическом топливе, в термодинамическую энергию путем сжигания (сгорания) топлива, а затем в механическую энергию, заставляя вращаться вал. Эти видеоролики исследуют основные принципы того, как происходит это преобразование энергии.

    3а. Функциональные принципы поршневых двигателей внутреннего сгорания Объясняет, как топливо сгорает для создания термодинамической энергии, заставляющей поршень двигаться, что в конечном итоге приводит к вращению вала.

    3б. 4-тактные двигатели Подробно рассказывается о том, как работают 4-тактные двигатели.

    3с. 2-тактные двигатели Более подробно рассказывается о том, как работают 2-тактные двигатели и чем они отличаются от 4-тактных двигателей.

    3д. Конфигурации двигателя Показывает несколько примеров различных конфигураций однопоршневых и многопоршневых двигателей.

    4. Количественная оценка объема двигателя

    Объем двигателя часто определяется рабочим объемом и степенью сжатия. В этих видеороликах показано, как измеряются эти величины, и показано несколько примеров расчета.

    4а. Рабочий объем двигателя Исследует понятие рабочего объема двигателя и способы его расчета.

    4б. Степень сжатия Объясняется, как рассчитывается степень сжатия, и объясняется, почему она важна для работы двигателя.

    5. Измерение характеристик двигателя

    Измерение характеристик двигателя Объясняет, как измеряются характеристики двигателя с помощью динамометров.

    6. Системы зажигания

    Двигатели обычно делятся на две основные категории по способу воспламенения топлива внутри двигателя: искровое зажигание и воспламенение от сжатия. В этих видеороликах рассказывается об основных различиях между этими типами двигателей и о том, как они связаны с типом топлива, используемого двигателем. Они также изучают основные компоненты, используемые в системах искрового зажигания.

    6а. Системы зажигания Объясняет различия между двигателями с искровым и компрессионным зажиганием.

    6б. Компоненты искрового зажигания Описывает четыре основных компонента систем искрового зажигания.

    6с. Работа системы искрового зажигания Объясняет, как компоненты системы искрового зажигания работают вместе для создания воспламеняющей искры в двигателе.

    7. Системы подачи топлива

    Количество топлива и воздуха, подаваемых в двигатель, имеет решающее значение для оптимальной работы. Существует ряд различных методов, которые можно использовать для управления топливно-воздушной смесью. Эти видеоролики описывают основные цели системы подачи топлива в двигателе и основные методы карбюрации и впрыска.

    7а. Введение в системы подачи топлива Выделяет основные цели любой системы подачи топлива и знакомит с концепциями карбюратора и впрыска.

    7б. Принципы карбюратора Объясняет принцип Бернулли и то, как он используется карбюраторами для создания топливно-воздушной смеси.

    7с. Технология карбюратора Подробно рассказывается об основных типах и функциях карбюраторов, а также рассказывается о сложности, которая может существовать в более совершенных системах карбюратора.

    7д. Системы впрыска в двигателях с воспламенением от сжатия Описывает основные компоненты топливной системы, используемые в двигателях с воспламенением от сжатия.

    7д. Системы впрыска топлива в двигателях с искровым зажиганием Попытки прояснить распространенную путаницу в отношении того, как технология впрыска используется в двигателях с искровым зажиганием, и в чем отличия от впрыска в двигателях с воспламенением от сжатия.

    8. Контроль скорости для двигателей внутреннего сгорания

    Важно иметь возможность контролировать скорость двигателя внутреннего сгорания, чтобы предотвратить повреждение из-за превышения скорости и постоянно поддерживать надлежащую рабочую скорость для применения. Эти видеоролики объяснят важность контроля скорости и общие механизмы для достижения надлежащего контроля скорости.

    8а. Регуляторы Представляет функциональное значение регуляторов и принципы работы основных механических регуляторов.

    8б. Регуляторы малых двигателей Объясняет функцию основных механических регуляторов, обычно используемых на небольших бензиновых двигателях.

    8с. Управление регулятором Показывает, как на кривые характеристик крутящего момента и скорости двигателя влияет регулятор двигателя. Обсуждаемые концепции включают наклон регулятора и выбор двигателя.

    9. Блоки клапанов

    Способность подавать воздух и топливо в двигатель и выпускать выхлопные газы часто является одним из основных ограничивающих факторов для работы двигателя. Клапаны являются ключевой частью этого газообмена. В этих видеороликах объясняются функциональные требования к клапанному механизму двигателя и освещаются основные компоненты распространенных систем клапанного механизма.

    9а. Клапаны Перечисляет функциональные требования к клапанам двигателя и показывает общие компоненты различных конфигураций клапанного механизма.

    9б. Распределительные валы Объясняет функции и особенности распределительных валов в клапанном механизме.

    9с. Регулировка клапана и синхронизация Объясняет важность регулировки и синхронизации движения клапана с использованием диаграмм опережения зажигания.

    10. Принципы термодинамики двигателей внутреннего сгорания

    Эти видеоролики углубляются в теорию работы двигателя, рассматривая основные термодинамические процессы, как показано на кривых зависимости давления от объема. Эти обсуждения помогают нам понять, как давление в камере сгорания влияет на работу двигателя. Тогда легче понять влияние различных модификаций двигателя на характеристики двигателя.

    10а. Термодинамика двигателя Объясняет, что такое кривые P-V и как они связаны со сгоранием в двигателе.

    10б. Модификации кривой PV Пошагово рассмотрим несколько примеров распространенных модификаций двигателя, как они влияют на кривую PV для этого двигателя и, в конечном счете, какое влияние они оказывают на производительность двигателя.

    10с. Реальные кривые PV Показывает, чем реальные кривые PV для двигателей отличаются от идеальных кривых, и иллюстрирует важность инноваций и дизайна современных двигателей.

    11. Турбокомпрессоры и нагнетатели

    Турбокомпрессоры и нагнетатели — это устройства, используемые во многих различных коммерческих и высокопроизводительных двигателях для увеличения мощности двигателя. В этом видеоролике объясняется, как работают эти устройства и как они влияют на характеристики двигателя, влияя на кривые P-V двигателя.

    12. Свойства топлива

    Очевидно, что топливо, используемое в двигателе, напрямую влияет на его работу и характеристики. В этих видеороликах рассматриваются несколько ключевых физических и химических свойств топлива и то, как они влияют на работу двигателя.

    12а. Свойства топлива Знакомит с наиболее важными свойствами топлива и приводит несколько примеров различных нефтяных и возобновляемых видов топлива, используемых в двигателях.

    12б. Характеристики топлива Показывает математический способ оценки влияния различных свойств топлива на характеристики двигателя.

    12с. Самовоспламенение Исследует свойства самовоспламенения топлива, количественно определяемые октановым числом или цетановым числом, и то, как они влияют на работу и характеристики двигателей с искровым и компрессионным зажиганием.

    12д. Топливная эффективность Показывает, как количественно оценить эффективность двигателя путем сравнения эквивалентной мощности топлива, потребляемого двигателем, с вырабатываемой мощностью.

    13. Процессы сгорания

    В этих видеороликах более подробно рассматриваются процессы сгорания, происходящие в двигателе, путем рассмотрения основных химических реакций. Эти концепции помогают учащимся понять важность соотношения воздух/топливо при сгорании, а также причины образования нежелательных газов в выхлопных газах.

    13а. Теория горения Использует базовые знания химии для создания уравнения химической реакции, управляющего сгоранием топлива в камере сгорания.

    13б. Соотношение воздух-топливо Показывает, как рассчитать идеальное соотношение воздух/топливо для сжигания различных видов топлива.

    13с. Причины выбросов Обсуждается, как выбросы образуются в выхлопных газах двигателя из-за отклонений от идеальной реакции сгорания.

    13д. Стратегии контроля выбросов Объясняет общие методы и устройства, используемые в современных двигателях для снижения вредных выбросов.

    14. Охлаждение двигателя

    Большая часть энергии топлива, потребляемой двигателем, которая не преобразуется в полезную выходную мощность, приводит к выработке тепла. Это видео иллюстрирует важность охлаждения двигателя для предотвращения повреждений и показывает примеры различных методов охлаждения. Видео

    15. Смазка двигателя

    В технологии смазки двигателя реализовано множество технических достижений. В этих видеороликах рассматриваются различные типы систем смазки, которые используются в двигателях, и свойства жидкостей, используемых в этих системах.

    15а. Системы смазки Описывает основные типы систем смазки, которые используются в двигателях различных размеров.

    15б. Свойства смазочных материалов Перечисляет и объясняет критические свойства смазочных жидкостей и способы выбора подходящей жидкости для двигателя.

    Двигатели внутреннего сгорания | Создание двадцатого века: технические инновации 1867-1914 гг. и их долговременное влияние

    Фильтр поиска панели навигации

    Oxford AcademicСотворение двадцатого века: технические инновации 1867-1819 гг. 14 и их долгосрочное влияниеЭкономическая историяКнигиЖурналы
    Термин поиска мобильного микросайта

    Закрыть

    Фильтр поиска панели навигации

    Oxford AcademicСоздание двадцатого века: технические инновации 1867-1914 гг. и их долгосрочное влияниеЭкономическая историяКнигиЖурналы
    Термин поиска на микросайте

    Расширенный поиск


    • Иконка Цитировать

      Цитировать

    • Разрешения

    • Делиться

      • Твиттер
      • Подробнее

    CITE

    SMIL, Vaclav,

    ‘Двигатели внутреннего сжигания

    ,

    Создание двадцатого века: технические инновации 1867-1914 и их длительный удар

    (

    Нью-Йорк,

    2005; онлайн-издание,

    Oxford Academic

    , 14 июля 2005 г.

    ), https://doi.org/10.1093/0195168747.003.0003,

    по состоянию на 1 октября 2022 г.

    Выберите формат
    Выберите format.ris (Mendeley, Papers, Zotero).enw (EndNote).bibtex (BibTex).txt (Medlars, RefWorks)

    Закрыть

    Фильтр поиска панели навигации

    Oxford AcademicСоздание двадцатого века: технические инновации 1867-1914 гг. и их долгосрочное влияниеЭкономическая историяКнигиЖурналы
    Термин поиска мобильного микросайта

    Закрыть

    Фильтр поиска панели навигации

    Oxford AcademicСоздание двадцатого века: технические инновации 1867-1914 гг. и их долгосрочное влияниеЭкономическая историяКнигиЖурналы
    Термин поиска на микросайте

    . Соединенные Штаты. Бензиновые двигатели с циклом Отто стали доминирующими двигателями в легковых автомобилях, а также в первых самолетах, в то время как дизельные двигатели первоначально использовались только в тяжелых морских и железнодорожных условиях. Поточная сборка, введенная Генри Фордом, обеспечила долгосрочное решение для массового производства. Автомобильная промышленность со временем стала ведущим сектором современной экономики, а автомобильная культура оказала глубокое влияние на многие аспекты современной жизни.

    Ключевые слова:
    двигатели внутреннего сгорания, цикл Отто, бензиновые двигатели, дизельные двигатели, легковые автомобили, Генри Форд, массовое производство, автомобильная промышленность, автомобильная культура

    Предмет

    Экономическая история

    В настоящее время у вас нет доступа к этой главе.

    Войти

    Получить помощь с доступом

    Получить помощь с доступом

    Доступ для учреждений

    Доступ к контенту в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок. Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту одним из следующих способов:

    Доступ на основе IP

    Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с IP-аутентификацией.

    Войдите через свое учреждение

    Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения. Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

    1. Нажмите Войти через свое учреждение.
    2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
    3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
    4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

    Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

    Войти с помощью читательского билета

    Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

    Члены общества

    Доступ члена общества к журналу достигается одним из следующих способов:

    Войти через сайт сообщества

    Многие общества предлагают единый вход между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Если вы видите «Войти через сайт сообщества» на панели входа в журнале:

    1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
    2. При посещении сайта общества используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
    3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

    Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

    Вход через личный кабинет

    Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам. Смотри ниже.

    Личный кабинет

    Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

    Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

    Просмотр учетных записей, вошедших в систему

    Щелкните значок учетной записи в правом верхнем углу, чтобы:

    • Просмотрите свою личную учетную запись и получите доступ к функциям управления учетной записью.
    • Просмотр институциональных учетных записей, предоставляющих доступ.

    Выполнен вход, но нет доступа к содержимому

    Oxford Academic предлагает широкий ассортимент продукции. Подписка учреждения может не распространяться на контент, к которому вы пытаетесь получить доступ. Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этому контенту, обратитесь к своему библиотекарю.

    Ведение счетов организаций

    Для библиотекарей и администраторов ваша личная учетная запись также предоставляет доступ к управлению институциональной учетной записью. Здесь вы найдете параметры для просмотра и активации подписок, управления институциональными настройками и параметрами доступа, доступа к статистике использования и т. д.

    Покупка

    Наши книги можно приобрести по подписке или приобрести в библиотеках и учреждениях.

    Информация о покупке

    Как работает двигатель внутреннего сгорания – x-engineer.

    org

    Подавляющее большинство автомобилей (легковых и коммерческих автомобилей), которые продаются сегодня, оснащены двигателями внутреннего сгорания . В этой статье мы собираемся описать, как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания .

    Двигатель внутреннего сгорания классифицируется как тепловой двигатель . Он называется внутренний , потому что сгорание воздушно-топливной смеси происходит внутри двигателя, в камере сгорания, и часть сгоревших газов является частью нового цикла сгорания.

    По сути, двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энергию горящей воздушно-топливной смеси в механическую энергию . Он называется 4 такта , потому что поршню требуется 4 такта для выполнения полного цикла сгорания. Полное название двигателя легкового автомобиля: 4-тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания , сокращенно ДВС (двигатель внутреннего сгорания).

    Теперь давайте посмотрим, что является основным компонентом ДВС.

    Image: Internal combustion engine (DOHC) parts

    Legend:

    1. exhaust camshaft
    2. exhaust valve bucket
    3. spark plug
    4. intake valve bucket
    5. intake camshaft
    6. exhaust valve
    7. intake valve
    8. головка блока цилиндров
    9. поршень
    10. поршневой палец
    11. шатун
    12. блок цилиндров
    13. коленчатый вал

    ВМТ – ВМТ

    НМТ – нижняя мертвая точка

    Головка блока цилиндров (8) обычно содержит распредвалы, клапаны, тарелки клапанов, возвратные пружины клапанов, свечи зажигания и форсунки (для двигателей с непосредственным впрыском) . Через головку блока цилиндров протекает охлаждающая жидкость двигателя.

    Внутри блока двигателя (12) мы можем найти поршень, шатун и коленчатый вал. Что касается головки блока цилиндров, через блок цилиндров течет охлаждающая жидкость, помогая контролировать температуру двигателя.

    Поршень движется внутри цилиндра от НМТ к ВМТ. Камера сгорания — это объем, создаваемый между поршнем, головкой блока цилиндров и блоком цилиндров, когда поршень находится вблизи ВМТ.

    На рисунке 1 мы можем рассмотреть полный набор механических компонентов ДВС. Некоторые компоненты неподвижны (например, головка блока цилиндров, блок цилиндров), а некоторые из них подвижны. На рисунке ниже мы рассмотрим основные движущиеся части ДВС, которые преобразуют давление газа внутри цилиндра в механическую энергию.

    Image: Internal combustion engine moving parts

    Legend:

    1. camshaft sprocket
    2. piston
    3. crankshaft
    4. connecting rod
    5. valve
    6. valve bucket
    7. camshaft

    The rotation of the camshaft is synchronised с вращением коленчатого вала через зубчатый ремень или цепь. Положение впускного и выпускного клапанов должно быть точно синхронизировано с положением поршня, чтобы циклы сгорания происходили соответствующим образом.

    Полный цикл двигателя 4-тактного ДВС состоит из следующих фаз (тактов):

    1. впуск
    2. сжатие
    3. мощность (расширение)
    4. выпуск

    Ход — это движение поршня между двумя мертвыми центры (нижний и верхний).

    Теперь, когда мы знаем, из каких компонентов состоит ДВС, мы можем исследовать, что происходит в каждом такте цикла двигателя. В таблице ниже вы увидите положение поршня в начале каждого хода и подробности о событиях, происходящих в цилиндре.

    Такт 1 — ВПУСК

    Такт впуска двигателя внутреннего сгорания

    В начале такта впуска поршень находится вблизи ВМТ. Впускной клапан открывается, поршень начинает двигаться в сторону НМТ. В цилиндр всасывается воздух (или воздушно-топливная смесь). Этот такт называется ВПУСК, потому что в двигатель подается свежий воздух/смесь. Такт впуска заканчивается, когда поршень находится в НМТ.

    Во время такта впуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов).

    Ход 2 – СЖАТИЕ

    Такт сжатия двигателя внутреннего сгорания

    Такт сжатия завершается после того, как поршень впуска находится в НМТ. В такте сжатия оба клапана, впускной и выпускной, закрыты, и поршни перемещаются к ВМТ. Когда оба клапана закрыты, воздух/смесь сжимается, достигая максимального давления, когда поршень находится близко к ВМТ.

    До достижения поршнем ВМТ (но очень близко к ней), на такте сжатия:

    • для бензинового двигателя: искра образуется
    • для дизеля: впрыск топлива

    На такте сжатия двигатель потребляет энергии (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов), больше, чем такт впуска.

    Ход 3 – МОЩНОСТЬ

    Рабочий ход двигателя внутреннего сгорания

    Рабочий ход начинается с положения поршня в ВМТ. Оба клапана, впускной и выпускной, все еще закрыты. Сгорание топливовоздушной смеси начинается в конце такта сжатия, что вызывает значительное повышение давления внутри цилиндра. Давление внутри цилиндра толкает поршень вниз, к НМТ.

    Только во время рабочего такта двигатель вырабатывает энергию.

    Ход 4 — ВЫПУСК

    Такт выпуска двигателя внутреннего сгорания

    Такт выпуска начинается с поршня в НМТ после завершения рабочего такта. Во время этого хода выпускной клапан открыт. Движение поршня от НМТ к ВМТ выталкивает большую часть выхлопных газов из цилиндра в выхлопные трубы.

    Во время такта выпуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов).

    Как видите, для циклов полного сгорания (двигатель) поршень должен совершить 4 такта. Это означает, что один цикл двигателя занимает двух полных оборотов коленчатого вала (720°).

    Единственный ход, создающий крутящий момент (энергию), это рабочий ход , все остальные потребляют энергию.

    Прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала через шатун.

    Для лучшего понимания мы суммируем начальное положение поршня, положение клапана и энергетический баланс для каждого хода.

    Stroke order Stroke name Piston initial position Intake valve state Exhaust valve state Energy balance
    1 Intake ВМТ Open Closed Consumes
    2 Compression BDC Closed Closed Consumes
    3 Power TDC Closed Closed Produces
    4 Выхлоп BDC Закрыто Открыто Потребление

    На анимации ниже хорошо видно, как работает двигатель внутреннего сгорания. Обратите внимание на положение поршня, положение клапана, момент зажигания и последовательность тактов.

    Анимация двигателя внутреннего сгорания

    В следующих статьях мы подробно рассмотрим параметры, производительность и компоненты двигателя внутреннего сгорания. Если у вас есть вопросы или комментарии по поводу этой статьи, используйте форму ниже для публикации.

    Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!

    Проверьте свои знания о двигателях внутреннего сгорания, пройдя тест ниже:

    ТЕСТ! (нажмите, чтобы открыть)

    Способ и устройство для работы автомобиля с двигателем внутреннего сгорания

    Изобретение относится к способу эксплуатации автомобиля, в котором маховик, служащий для устранения или минимизации неравномерности вращательного движения и взаимодействующий с коленчатым валом и расцепляемый с ним, связан с приводным двигателем, составляющим двигатель внутреннего сгорания. Изобретение также относится к устройству или устройству для осуществления способа, а также к автомобилю, работающему согласно способу.

    В соответствии с известным способом эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в автомобилях связь между приводным двигателем и массой маховика прерывается в тех условиях эксплуатации, когда приводной двигатель не приводит транспортное средство в движение, например, при движении накатом и на холостом ходу, а также когда маховик, соединяемый с коленчатым валом и отсоединяемый от него, продолжает вращаться с минимальной частотой вращения, а двигатель в целях экономии топлива выключается. Затем маховик продолжает вращаться как аккумулятор энергии, и двигатель внутреннего сгорания снова запускается за счет соединения с ним массы маховика, когда вышеупомянутые рабочие условия прекращаются. Этот метод особенно хорошо подходит для эксплуатации относительно небольших транспортных средств, безопасность дорожного движения которых не ухудшается при отключении приводного двигателя или двигателя.

    Задачей изобретения является создание способа и устройства для управления автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, которые обеспечивают, даже для более крупных транспортных средств, минимально возможное потребление энергии и, в частности, расход топлива в соответствии с типом описанные во введении к настоящему документу, без негативного влияния на безопасность дорожного движения.

    С учетом вышеизложенного и других целей в соответствии с изобретением предложен способ эксплуатации автомобиля, в котором масса маховика для устранения или сведения к минимуму неравномерности вращательного движения входит в зацепление с коленчатым валом и отсоединяется от него в течение приводной двигатель, представляющий собой двигатель внутреннего сгорания, который включает в рабочем состоянии, когда автомобиль находится в движении, но двигатель не приводит в движение автомобиль, включая замедление, торможение и движение накатом и т.п., прерывание приводного соединения между ведущими колесами автомобиль и двигатель, поддерживая вращение двигателя с зацепленной с ним массой маховика, на минимальной скорости, такой как скорость холостого хода, в то время как в состоянии, когда автомобиль кратковременно останавливается, например, на светофоре или т.п. , прерывая приводную связь между ведущими колесами автомобиля и двигателем, но отключая массу маховика от t двигатель, чтобы масса маховика продолжала вращаться и останавливала двигатель, а для повторного запуска двигателя повторно зацепляла массу маховика с двигателем при сохранении разрыва приводной связи между ведущими колесами транспортного средства и двигателем.

    Такой способ, с одной стороны, обеспечивает минимальный расход топлива, а с другой стороны, одновременно обеспечивает безопасную эксплуатацию автомобиля, так как по крайней мере вспомогательные и вспомогательные агрегаты, приводимые в движение двигателем внутреннего сгорания, для например, гидроусилитель руля, усилитель тормозов, а также генератор и другие агрегаты, необходимые для безопасности или надежности вождения, приводятся в действие и их действие обеспечивается, по крайней мере, до тех пор, пока транспортное средство находится в движении. Для двигателей Отто и при наличии тормозного сервопривода с пониженным давлением эффект усиления торможения сохраняется во время движения, поскольку источник для создания пониженного давления продолжает работать.

    Для перезапуска двигателя внутреннего сгорания, когда это требуется, в конце преднамеренных кратковременных остановок, таких как остановки на красный свет и т. п., которые можно контролировать, подключая массу маховика, например, в зависимости от срабатывания газа педали и для того, чтобы всегда иметь в наличии требуемую кинетическую энергию массы маховика, способ включает в условиях, когда автомобиль кратковременно останавливается, а масса маховика отсоединена от двигателя внутреннего сгорания и продолжает вращаться, поддерживая массы маховика при заданной частоте вращения электроприводом, достаточной для обеспечения запуска двигателя при повторном зацеплении двигателя массой маховика. На электродвигатель можно непрерывно или короткими последовательными импульсами подавать слабый ток, и, таким образом, масса маховика может поддерживаться, по меньшей мере, практически на постоянном уровне скорости. Требуемая для этого электрическая мощность чрезвычайно мала.

    Другая возможность поддержания кинетической энергии массы маховика на заданном минимальном уровне для повторного запуска двигателя внутреннего сгорания, при котором обеспечивается практически неуменьшаемый энергетический баланс транспортного средства, включает, в том числе, в условиях, когда масса маховика свободно может вращаться при выключенном двигателе, снова разгоняя массу маховика до более высокого уровня скорости, когда скорость падает ниже заданного предела, путем повторного соединения или повторного зацепления массы маховика с двигателем внутреннего сгорания, чтобы провернуть последний и доведение его до более высоких оборотов и повторное отсоединение или расцепление массы маховика при достижении заданной номинальной частоты вращения и останов двигателя внутреннего сгорания. Масса маховика при этом продолжает свободно вращаться и немного подтормаживается практически только за счет трения его подшипников и сопротивления воздуха.

    Другая возможность поддержания кинетической энергии массы маховика, необходимой для повторного запуска двигателя с минимальной энергией, в соответствии с дополнительным признаком изобретения включает доведение массы маховика до более высокого уровня скорости, когда двигатель или приводной двигатель выключается и достигается заданный нижний предел скорости через пусковые электродвигатели, и отключение пусковых электроприводов при повторном достижении заданной номинальной или опорной скорости.

    В соответствии с дополнительным признаком изобретения пусковым двигателем является стартер с фрикционным колесом, имеющий фрикционное колесо, и этап поддержания кинетической энергии массы маховика включает в себя приведение фрикционного колеса в зацепление с массой маховика так, чтобы разогнать последний до номинальной скорости вращения.

    В соответствии с дополнительным признаком изобретения и для поддержания кинетической энергии массы маховика, необходимой для повторного запуска двигателя внутреннего сгорания с помощью электродвигателя или пускового двигателя, отключаемая масса маховика образует ротор электродвигатель привода и/или пусковой двигатель. Статор может крепиться к двигателю внутреннего сгорания или к картеру трансмиссии. Этот признак изобретения может быть использован в таких устройствах, в которых масса маховика расположена концентрично или соосно коленчатому валу двигателя внутреннего сгорания и может вращаться относительно него, а также в устройствах, в которых масса маховика расположена на подшипнике. расположение на удалении от коленчатого вала.

    В соответствии с еще одним признаком изобретения, в условиях, когда работает двигатель внутреннего сгорания, пусковое устройство может быть переведено в режим работы генератора. Такое устройство особенно просто и надежно, так как два второстепенных и вспомогательных узла могут быть объединены в один узел и не требуется механических средств передачи, таких как фрикционное колесо, клиновые ремни и т. п., между электродвигателем привода или генератором и маховиком. масса.

    В связи с этим, в соответствии с еще одним признаком изобретения, двигатель с маховиком, интегрированный в двигатель-генератор, не имеет обмоток и работает по известному реактивному принципу. В соответствии с другими признаками изобретения двигатель-генератор выполнен по линейному принципу или по принципу Гюйшена.

    В соответствии с сопутствующим признаком изобретения предложено устройство для реализации способа согласно изобретению для управления автомобилем, в котором за приводным двигателем, составляющим двигатель внутреннего сгорания, следует масса маховика для устранения или минимизации неравномерность вращательного движения, при этом масса маховика выводится из зацепления с коленчатым валом муфтой и может вращаться в расцепленном состоянии относительно коленчатого вала, устройство содержит переключающее и управляющее устройство для разрыва приводной связи между ведущими колесами автомобиля и двигателем через дополнительное сцепление в зависимости от таких условий эксплуатации, когда автомобиль движется, но двигатель не приводит в движение транспортное средство, как, например, в случае замедления, торможения, движения накатом и т. п., а также для переключения двигателя с массы маховика, взаимодействующей с ним, на работу на холостом ходу, при этом устройство переключения и управления имеет коннектор средства управления, которые в случае остановок, таких как остановки на светофоре и т.п., прерывают приводную связь между ведущими колесами транспортного средства и двигателем внутреннего сгорания аналогичным образом с помощью дополнительного сцепления, но останавливают двигатель и сначала отключают Масса маховика преобразуется с помощью муфты, чтобы иметь возможность перезапустить двигатель, при этом масса маховика продолжает вращаться, и дополнительные средства переключения для повторного зацепления массы маховика с выключенным двигателем, чтобы перезапустить его и, таким образом, провернуть коленчатый вал. двигатель при нажатии на педаль газа, а электропривод — для первого пуска двигателя, электропривод — привод массы маховика в выключенном состоянии как одного сцепления, так и другого сцепления, до заданного номинального скорости, при этом двигатель прокручивают и запускают путем зацепления массы маховика с коленчатым валом, при этом приводная связь между ведущими колесами транспортного средства и двигателем внутреннего сгорания прерывается.

    Другие признаки, которые считаются характерными для изобретения, изложены в прилагаемой формуле изобретения.

    Хотя изобретение проиллюстрировано и описано здесь как воплощенное в способе и устройстве для эксплуатации автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, тем не менее, оно не предназначено для ограничения показанными деталями, поскольку могут быть сделаны различные модификации и конструктивные изменения в нем без отклонения от сущности изобретения и в пределах объема и диапазона эквивалентов формулы изобретения.

    Конструкция и способ работы изобретения, вместе с его дополнительными целями и преимуществами, будут лучше всего поняты из следующего описания конкретных вариантов осуществления, если читать его вместе с одной ФИГУРОЙ чертежа, который представляет собой схематический и схематический вид. устройства для управления автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, выполненным в соответствии с изобретением.

    Ссылаясь теперь на ФИГУРУ чертежа, показано устройство 1 для реализации способа эксплуатации автомобиля с приводным двигателем 2, представляющим собой двигатель внутреннего сгорания, и массой маховика 3, соединенной с двигателем внутреннего сгорания. двигатель и соединяемый с коленчатым валом 6 двигателя внутреннего сгорания и отсоединяемый от него посредством муфты 4, которая приводится в действие подходящим сервоприводом 5. С помощью дополнительной муфты 7, которая управляется сервоприводом 8 через обычный привод, подробно не показанный, трансмиссия 10 соединяется с двигателем 2 и может отсоединяться от него через входной вал 9 трансмиссии.

    Трансмиссия 10 имеет приводные валы 11 и 12 для привода колес 13 и 14 автомобиля.

    Устройство также имеет стартер 15, который может приводить в действие пусковое колесо, такое как фрикционное колесо 16, например, если переключатель 17 замкнут, например, с помощью ключа зажигания.

    Для пуска двигателя внутреннего сгорания 2 в первый раз, т.е. при начале движения, оба сцепления 4 и 7 должны быть выключены через сервоприводы 5 и 8, управляемые коммутационно-управляющим устройством 18 при срабатывании выключателя 17 . Холостой ход маховика 3, установленный с возможностью вращения относительно коленчатого вала 6, может быть затем с помощью фрикционного колеса 16 доведен до надлежащей стартовой скорости с помощью стартера 15, на который подается ток через переключатель 17 и переключатель. и устройство 18 управления, при этом сцепление 4 замкнуто или зацеплено сервоприводом 5, в тот момент, когда датчик 19 скоростиопределяет начальную скорость, а следящее устройство 5 получает соответствующую команду от коммутационно-управляющего устройства 18. Масса маховика 3 связана с коленчатым валом 6 двигателя внутреннего сгорания 2 и тем самым проворачивает последний.

    При нормальном вождении, когда автомобиль приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, муфта переключения передач 7 включена. Для переключения передач сцепление 7 можно выключать и снова включать посредством сервопривода 8 обычным способом.

    В тех рабочих состояниях, когда приводной двигатель или двигатель 2 не приводит в движение транспортное средство, находящееся в движении, например, в случае замедления, торможения, движения накатом и т. п., то есть каждый раз, когда педаль 20 газа отпускается и контакт 21 замыкается, приводная связь между ведущими колесами 13 и 14 автомобиля и двигателем 2 прерывается через муфту 7 и, собственно, через коммутационно-управляющее устройство 18. Последнее подает на серводвигатель 8 в зависимости от упомянутого рабочего состояния и указывают ли два датчика вращательное движение на устройство 18 переключения и управления, управляющий сигнал, который вызывает отключение сцепления 7 и, следовательно, вызывает отделение двигателя вместе с подсоединенным к нему маховиком 3 от ведущих колес транспортного средства. 13 и 14. Благодаря настройке, соответствующей педали газа, и воздушной заслонке в случае карбюраторных двигателей или двигателей, двигатель 2, таким образом, работает на холостом ходу. В связи с этим расход топлива сводится к минимуму, но работа вторичных узлов, таких как усилитель тормозов, усилитель рулевого управления, а также генератор, которые необходимы для безопасности движения, сохраняется.

    Выключение сцепления 7 и, следовательно, также описанный выше режим экономии топлива при сохранении полной эксплуатационной безопасности, может происходить, однако, также в зависимости от изменения крутящего момента, т.е. в момент, когда крутящий момент не передается двигателем 2 на ведущие колеса транспортного средства и/или каждый раз, когда происходит движение накатом, или каждый раз, когда происходит переход от движения вперед к движению накатом.

    Далее можно было бы управлять выключением сцепления 7 в зависимости от изменения разрежения, создаваемого в двигателе внутреннего сгорания, например, во впускном канале. Это может происходить регулярно, если уровень пониженного давления увеличивается с любого уровня, который мог существовать ранее. Однако вместо того, чтобы зависеть от устройств измерения крутящего момента или давления, отключение трансмиссии также может происходить каждый раз, когда педаль газа или элемент, управляемый последним, перемещается назад из ранее занятого положения в направлении, означающем «меньше газа». «. Это может быть выполнено, например, с помощью тормозного переключателя 23 с помощью устройства свободного хода и т.п. Благодаря таким мерам или средствам гарантируется, что это экономичное рабочее состояние будет установлено не только тогда, когда педаль акселератора будет полностью возвращена в исходное положение, но даже когда начнется работа с частичной нагрузкой или движение накатом.

    При коротких остановках, таких как остановки на светофоре и т.п., датчики скорости 22 показывают «остановку» и дополнительно прерывается приводная связь между ведущими колесами 13 и 14 автомобиля и двигателем внутреннего сгорания 2 через дополнительную муфту 4 коммутационно-управляющим устройством 18 через следящее устройство 8, так что масса маховика 3 может продолжать вращаться относительно коленчатого вала, а двигатель внутреннего сгорания 2 выключается. Это осуществляется через прерыватель 24 подачи топлива и/или зажигания, который управляется коммутационным и управляющим устройством 18.

    Чтобы перезапустить двигатель, когда требуется дальнейшее движение, масса маховика 3 снова соединяется с двигателем через муфту 4, и таким образом двигатель прокручивается. Это может произойти в зависимости от приведения в действие педали газа через переключатели 21 и 23 соответственно, при этом сервопривод 5 приводится в действие устройством переключения и управления 18.

    Для обеспечения в случае кратковременных остановок кинетической энергии, запасенной в массе маховика 3, будет достаточно, чтобы обеспечить безаварийный повторный запуск двигателя 2, масса маховика 3 удерживается выше заданного уровня скорости.

    Это выполняется следующим образом: Когда устройство 18 переключения и управления получает сигналы значений от датчика 19, которые соответствуют снижению скорости ниже заданного нижнего предела скорости, и датчик 25 показывает «двигатель остановлен», переключение и управляющее устройство 18 вызывает замыкание или зацепление сцепления 4 через сервопривод 5 и, таким образом, осуществляет повторное соединение массы маховика 3 с двигателем 2, в результате чего двигатель запускается, а маховик, таким образом, снова разгоняется до более высокой скорости. и когда достигается эта более высокая скорость, датчик 19 подает дополнительный управляющий сигнал., в результате чего сцепление 4 снова выключается через устройство переключения и управления 18 и сервопривод 5, и тем самым осуществляется свободное вращение массы маховика 3, и двигатель 2 одновременно снова выключается через устройство 24.

    Дополнительная возможность для наличие достаточной кинетической энергии в массе маховика 3 для повторного запуска двигателя 2 обеспечивается включением стартера 15 через коммутационно-управляющее устройство 18, когда датчик 19 сигнализирует о нижнем пределе скорости на коммутационно-управляющее устройство 18. . Последний может быть выполнен, например, в виде стартера бендиксного или червячного типа и может приводить в движение маховик 3 через фрикционное колесо 16 до тех пор, пока коммутационно-управляющее устройство 18 не выключит двигатель стартера 15 в тот момент, когда будет достигнута необходимая скорость. определяется датчиком 19. Однако стартер 15 также может поддерживать массу 3 маховика всегда на заданной скорости после достижения нижнего предела скорости или как только двигатель 2 остановится. Затем стартер 15 может быть выключен с помощью переключающего и управляющего устройства 18 в зависимости от приведения в действие педали газа, сцепления 4 или вращательного движения коленчатого вала 6 соответственно. Двигатель внутреннего сгорания 2 запускается в первый раз нажатием выключателя 17.

    Масса маховика 3 также может быть частью электрической машины 26 для запуска тягового двигателя 2 в модифицированном варианте осуществления изобретения. Масса маховика 3 представляет собой ротор электрической машины 26, а статор 27 расположен концентрически с ротором 3. Двигатель 2 запускается в первый раз при срабатывании выключателя 17 через коммутационно-управляющее устройство 18, муфты 4 и 7, расцепляются с помощью соответствующих сервоприводов 5 и 8 способом, описанным выше. Статор 27 возбуждается и при достижении заданной скорости передается через датчик 19к устройству 18 переключения и управления, последнее вызывает зацепление муфты 4 через сервопривод 5. Таким образом, двигатель 2 запускается. Подача тока на статор 27 прерывается через коммутационно-управляющее устройство 18 и остается таковым до тех пор, пока коммутационно-управляющее устройство не получит индикацию через датчик 19 о том, что скорость упала ниже заданного предела. Снижение частоты вращения ниже заданного предела и остановка коленчатого вала 6, сигнализируемая датчиком 25, вызывает подачу тока на статор 27, благодаря чему сохраняется кинетическая энергия массы маховика 3 для повторного запуска двигателя 2, что может быть достигнуто, например, нажатием на педаль газа 20. Ток может подаваться непрерывно или также пульсирующим образом или таким образом, чтобы масса маховика 3 приводилась к скорости, значительно превышающей скорость запуска, и могла свободно вращаться. пока не будет достигнут нижний предел скорости.

    Электрическая машина 26 может быть переведена, однако, и на генераторную работу в зависимости от минимальной частоты вращения двигателя 2, которая определяется датчиком 25 и затем передается на коммутационно-управляющее устройство 18. Коммутационно-управляющее устройство 18 влияет на переход от генератора к работе двигателя и наоборот.

    Мотор-генератор 26 также может работать по принципу Гюйшена или по принципу линейного двигателя.

    Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания в связи с изменением размеров

    • Вход в панель авторов

    Что такое открытый доступ?

    Открытый доступ — это инициатива, направленная на то, чтобы сделать научные исследования бесплатными для всех. На сегодняшний день наше сообщество сделало более 100 миллионов загрузок. Он основан на принципах сотрудничества, беспрепятственного открытия и, самое главное, научного прогресса. Будучи аспирантами, нам было трудно получить доступ к нужным нам исследованиям, поэтому мы решили создать новое издательство с открытым доступом, которое уравняет правила игры для ученых со всего мира. Как? Упрощая доступ к исследованиям и ставя академические потребности исследователей выше деловых интересов издателей.

    Наши авторы и редакторы

    Мы являемся сообществом из более чем 103 000 авторов и редакторов из 3 291 учреждения в 160 странах, в том числе лауреатов Нобелевской премии и самых цитируемых исследователей мира. Публикация на IntechOpen позволяет авторам получать цитирование и находить новых соавторов, а это означает, что больше людей увидят вашу работу не только из вашей собственной области исследования, но и из других смежных областей.

    Оповещения о содержимом

    Краткое введение в этот раздел, посвященный открытому доступу, особенно с точки зрения IntechOpen

    Как это работаетУправление предпочтениями

    Контакты

    Хотите связаться? Свяжитесь с нашим головным офисом в Лондоне или командой по работе со СМИ здесь

    Карьера

    Наша команда постоянно растет, поэтому мы всегда ищем умных людей, которые хотят помочь нам изменить мир научных публикаций.

    Рецензируемая глава в открытом доступе

    Автор:

    Zbigniew J. Sroka

    Представлено: 23 сентября 2020 г. Рецензировано: 10 марта 2021 г. Опубликовано: 20 апреля 2021 г.

    DOI: 10.5772/intechopen.97144

    СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

    Из отредактированного тома

    Под редакцией Enhua Wang
    303 Глава Загрузки

    Посмотреть полные показатели

    СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

    Рекламное объявление

    Abstract

    Над разработкой двигателя внутреннего сгорания стоит еще поработать, потому что его время еще не закончилось. Это продемонстрировал авторский обзор литературы, указывающий как минимум на перспективу 2050 г. на универсальность двигателя в качестве основного движителя или опоры в гибридных транспортных единицах. Представленные соображения могут иметь более широкую перспективу, когда указываются термодинамические проблемы тепловой машины, такой как двигатель внутреннего сгорания. В этой главе рассматриваются вопросы изменения рабочего объема, известного как уменьшение/улучшение размера. Введен эквивалентный рабочий объем, определяемый коэффициентами, определяющими изменение диаметра цилиндра и хода поршня. Сделана попытка найти взаимосвязь между эффективностью рабочего цикла и параметрами работы двигателя. Методология исследования была предложена в виде сочетания лабораторных испытаний и теоретических анализов, на основании которых было установлено, что при сохранении одного и того же значения индекса разгрузки, несмотря на различные допустимые сочетания изменения диаметра цилиндра и хода поршня, КПД цикла остается неизменной. Изменяются параметры работы двигателя в результате использования систем поддержки корректировки геометрических изменений.

    Ключевые слова

    • двигатель внутреннего сгорания
    • рабочий цикл
    • оптимизация

    существенное их снижение в связи с внедрением гибридного привода в транспортные средства [1].

    А ведь у этого привода еще и двигатель внутреннего сгорания!

    Когда в 2007 году в Кракове (Польша) проходил 2-й Конгресс двигателей PTNSS, международная группа ученых и исследователей определила три сценария развития двигателей внутреннего сгорания:

    1. краткосрочная (до 2017 г.): совершенствование конструкции двигателей внутреннего сгорания с учетом экологических норм и использование альтернативных видов топлива,

    2. среднесрочная (2017–2037 гг.): разработка гибридных систем,

    3. долгосрочные (более 30 лет, т.е. более 2037 г.): независимость транспорта от ископаемого топлива [2].

    С течением лет и проверкой прогнозов на основе реальных данных на необходимость разработки двигателей внутреннего сгорания указывалось косвенно в связи с переходом от линейного к экспоненциальному транспортному показателю пассажиро-километр, что вынуждает увеличение производства автотранспортных средств (легковых, грузовых автомобилей и автобусов) с нынешних 70 млн ежегодно до более 107 млн ​​единиц в 2050 г. [3, 4].

    17 августа 2017 года Норман Майерсон в журнале The New York Times в статье под названием «Двигатель внутреннего сгорания еще не умер» взял интервью у профессора Джона Хейвуда, бесспорного гуру в области проектирования и испытаний двигателей внутреннего сгорания. . Профессор Хейвуд указал на наличие двигателей внутреннего сгорания со значительной долей в 2050 году – цитата: «Определенно. Джон Хейвуд, профессор машиностроения в Массачусетском технологическом институте, прогнозирует, что в 2050 году 60 процентов легковых автомобилей по-прежнему будут иметь двигатели внутреннего сгорания, часто работающие с электродвигателями в гибридных системах и в основном оснащенные турбокомпрессором. По его оценке, транспортные средства, работающие исключительно от аккумуляторов, составят 15 процентов продаж»9.0827 [5].

    В апреле 2020 года состоялся виртуальный 41-й Международный Венский автомобильный симпозиум (в связи с пандемией коронавируса COVID19), в ходе которого обсуждались вопросы разработки двигателей внутреннего сгорания [6].

    Это было время сессии «Новые и оптимизированные двигатели», в ходе которой Ford представил новейшие решения в области технологии EcoBoost, подчеркнув важность наддува [7].

    Компания Toyota рассказала о решениях для двигателей объемом 1,5 литра на платформе новой глобальной архитектуры Toyota (TNGA), подчеркнув важность баланса между конструкцией и применением. Среди прочего, обсуждались: гидравлическое изменение фаз газораспределения, очень высокая степень сжатия, регулируемая циклом Аткинсона, более длинный диаметр цилиндра и передаточное отношение, применение многоканальной системы форсунок для достижения «высокой скорости сгорания», в результате чего тепловое сопротивление составляет более 40%. эффективность [8].

    Авторы другой презентации указывали на аналогичный смысл модульной конструкции и технологической платформы для двигателей внутреннего сгорания [9].

    Модульность двигателей, но применительно к дизелю, обсуждалась на сессии «Новые двигатели SI и CI» [10], где были продемонстрированы модульные решения компании BMW.

    Аналогичным решениям Toyota TNGA у Mercedes-Benz является FAME (Семейство модульных двигателей), предполагающее создание последующих модификаций двигателя на базе двигателя М-254. [11]. Все посвящено выполнению глобального CO 2 цели флота. Цитата „.. M 254 прокладывает путь к нейтральности CO2 и качеству воздуха, приближаясь к стратегии устойчивого развития Ambition 2039.

    Важность процесса наполнения как на стороне наддува, так и изменение геометрии всасывания системы были подчеркнуты. Внимание также уделялось уменьшению трения в системе поршень-гильза цилиндра. Итог всего был таков — цитата … ДВС еще далеко не в конце пути!

    Защита окружающей среды является основной темой всех публикаций. То же самое относится и к другому исследованию [12], где VW указал на многочисленные возможности соответствия стандартам Euro 6d.

    Последующие исследования указывают на важность альтернативных видов топлива с особым упором на водород [13, 14]. Полная полезность типичных двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде, была продемонстрирована в отношении все еще разрабатываемой технологии топливных элементов.

    При широком обсуждении не забыто применение двигателей грузовых автомобилей [15]. Здесь важна долговечность использования. Рассмотрение велось в перспективе 2050 года!

    Наконец, в общем обсуждении были указаны сценарии развития двигателей внутреннего сгорания [16, 17]. В краткосрочной перспективе, т.е. до 2030 г., подчеркивалась важность охраны окружающей среды, а в более долгосрочной, т.е. до 2050 г., дополнительно обращалось внимание на важность экологичности и безопасного использования двигателей в окружающей среде.

    Вышеизложенные соображения имеют общий знаменатель – мир не отказывается от двигателей внутреннего сгорания. Исследовательские центры и университеты до сих пор работают над разработкой конструкции этой тепловой машины.

    Одной из тенденций развития является уменьшение размеров двигателей внутреннего сгорания, которое продолжается уже более десяти лет и недавно было изменено в сторону уменьшения размеров. Эта тенденция заключается не столько в уменьшении рабочего объема, сколько в выборе правильного размера для достижения баланса между ожиданиями клиентов в отношении комфорта при эксплуатации и способностью производителя снизить расход топлива и выбросы CO 2 .

    Суть исследовательской задачи, представленной в данной главе, состоит в том, чтобы продемонстрировать существование параметров, характеризующих рабочий объем двигателя, что является доминирующим признаком уменьшения/уменьшения размеров, позволяющим оценить эффективность изменения показателей работы двигателя внутреннего сгорания.

    Это означает, что основной исследовательский вопрос можно сформулировать следующим образом — можно ли заменить рабочий объем двигателя внутреннего сгорания в рассуждениях о его рабочем цикле неким эквивалентным объемом, и можно ли применить новое решение используется для исследования причинно-следственных связей между термодинамическими параметрами и показателями работы двигателя внутреннего сгорания?

    Поиск ответа на исследовательский вопрос связан с анализом термодинамического рабочего цикла уменьшенного двигателя. Оценено влияние изменения рабочего объема и эквивалентного объема на параметры сравнительного рабочего цикла при аналогичных значениях коэффициента сокращения.

    Объявление

    2. Оптимизация двигателя внутреннего сгорания

    Опытно-конструкторские работы, связанные с концепцией оптимизации, направлены в первую очередь на увеличение удельной объемной мощности. Таким образом, эти действия аналогичны тем, которые предпринимались ранее для уменьшения габаритов, при уменьшении рабочего объема при сохранении или увеличении мощности двигателя на литр рабочего объема.

    Суть сокращения вытекает из степенного уравнения, которое принимает вид (1) [18, 19].

    Ne=peVssn30τE1

    Изменяя объем двигателя по правилу — объем «после» меньше «до», т.е. ssd — рабочий объем двигателя после уменьшения габаритов) и при этом сохраняя мощность двигателя N ed  = N e (где: N ed — уменьшение мощности двигателя), уравнение (2) получается

    peVssn30τ=pedVssdnd30τdE2

    Индикаторы с индексом «d» указывают на данные сокращения.

    Предполагая, что скорость двигателя постоянства N D = N и постоянство количества инсультов τ D = τ , для получения (3). как конкретное значение ( г e ) можно записать как (4)

    ge=1ηeWuE4

    где полезный КПД η e выражается соотношением (5)

    ηe=MRLppeToηvWupoE5

    При разумном допущении неизменности значения за пределами работы двигателя после уменьшения размеров полезный КПД становится зависимым только от среднего эффективного давления тормоза ( p e  = BMEP ).

    Удельный расход топлива при торможении ( BSFC = g e ) также может быть выражен путем определения фактического количества топлива, сжигаемого в единицу времени, с указанием единицы мощности (6).

    ge=GeNeE6

    Сохранение постоянной полезной мощности после сокращения, т. е. N ed  = N e , следующее уравнение (7) получается

    Gedged=GegeE7

    которое с учетом тесной связи между расходом топлива и концентрацией углекислого газа в выхлопных газах изменится на (8)

    CO2d=CO2geE8

    Изменения, вызванные идею сокращения можно проиллюстрировать на диаграммах — рис. 1.

    Рисунок 1.

    Идея сокращения.

    Если при уменьшении размера двигателя внутреннего сгорания уменьшить частоту вращения двигателя ( снижение скорости ), эффект снижения расхода топлива и ограничения выбросов углекислого газа будет усилен. Для этого случая, предполагая стабильность значений параметров, как в уравнении. (9)

    Vssd2=Vssd1,Ned2=Ned1,τd2=τd1,E9

    и изменение только скорости n d2  < n d1 , можно получить (10) и (11)

    ped1Vssd1nd130τd1=ped2Vssd2nd230τd2E10

    ped2=ped1nd1nd2E11

    Индекс 1 представляет уменьшенный базовый двигатель.

    Индекс 2 обозначает двигатель уменьшенного размера с измененной (уменьшенной) частотой вращения.

    Мерой модернизации двигателя, как при уменьшении, так и при уменьшении, является степень (индекс) изменений, определяемая различными способами [19, 20, 21]. Независимо от определения, этот показатель показывает изменение или степень остатка после уменьшения или увеличения охваченного объема.

    В отличие от всех остальных, индекс уменьшения размеров ( W d ) автор определил исходя из степеней изменения компонентов, описывающих цилиндрическую камеру сгорания (эквивалентный объем), которая доминирует в конструкции двигателей внутреннего сгорания [19]. ]. Согласно этому определению индекс сокращения может быть описан формулой (12).

    Wd=1−AB2dlaA=SdSB=DdDE12

    При графической интерпретации теоретически и практически можно выделить три формы изменения рабочего объема — как на рис. 2.

    Рис. 2.

    Формы сокращения [19].

    Реализуя идею оптимизации размеров, можно получить одинаковые изменения показателя W d при разных значениях хода поршня и диаметра цилиндра, что является следствием разных значений коэффициентов А и В (см. формулу 12). Комбинации даунсайзинга/райтинга представлены в виде матрицы изменения коэффициентов А и В — рисунок 3. Матрица может отображать две зоны волатильности W d Индикатор: уменьшение и увеличение размера, важно при рассмотрении вопроса об изменении размера.

    Рис. 3.

    Матрица изменения индекса сокращения/расширения по различным сочетаниям коэффициентов А и В (по формуле 12).

    Обладая знаниями конструкции камеры сгорания и кривошипно-шатунной системы в общепринятых геометрических соотношениях между диаметром цилиндра и ходом поршня [18, 22], а также исходя из реальных соотношений этих параметров, определяемых на основании двигатели из конкурса «Двигатель года» за 19 лет99–2019 гг. [19, 20] удалось определить реальные диапазоны изменчивости отношения диаметра цилиндра к ходу поршня, которые составляют от 0,77 до 1,30, что дает значение Вт d индекс в диапазоне минус -1,20 на стороне увеличения и плюс +0,51 в случае сокращения.

    Для сохранения эксплуатационных параметров двигателя внутреннего сгорания при снижении его рабочего объема необходимо реализовать новые или усилить существующие функции, выполняемые отдельными структурно-функциональными системами в двигателе. Среди них важное место занимают: непосредственный впрыск топлива, наддув, изменение фаз газораспределения, изменение степени сжатия. И всем этим управляет электроника [23, 24, 25].

    Идея прямого впрыска топлива развивалась по-разному в двух разных типах двигателей (дизельном и бензиновом). Она почти всегда использовалась в дизельных двигателях, но особую роль сыграло внедрение системы Common Rail корпорацией Denso/Toyota. Произошло это в 1995 г., хотя идея была известна еще в 1916 г. (компания Vickers) [26]. Однако в то время отсутствовала технология получения высокого давления, распыления капель топлива и возможности многократного впрыска топлива за один цикл [27]. Сегодня в результате этого снижается расход топлива и значительно снижается выброс вредных компонентов выхлопа за счет более низкой температуры в камере сгорания. Дополнительно достигается более низкий уровень шума, что значительно повышает комфортность работы [28].

    С другой стороны, внедрение прямого впрыска бензина в двигателях с искровым зажиганием привело к большему положительному влиянию на экономический и экологический баланс разработки двигателей. Первые попытки впрыска бензина непосредственно в камеру сгорания были предприняты Йонасом Хессельманом в 1925 году, но успех в разработке принесло только решение, предложенное Mitsubishi в 1996 году. Это решение известно как GDI — прямой впрыск бензина [29]. Впрыск бензина, осуществляемый как минимум в две фазы на такте впуска и сжатия, позволяет осуществлять послойное сгорание, в том числе сгорание очень бедных смесей (50:1 против стехиометрического — обычного 14,7:1), что в свою очередь способствует увеличению степени сжатия без ударного эффекта. Использование специальной геометрии камеры сгорания в днище поршня и, таким образом, достижение завихрения нагрузки увеличивает мощность двигателя при одновременном снижении расхода топлива. Недостатком этой системы является, к сожалению, увеличение выбросов оксидов азота, а это означает, что двигатель должен быть оборудован восстановительным катализатором и системой рециркуляции отработавших газов. Большое значение при реализации GDI имеет управление, в том числе адаптивными системами [30]. Использование непосредственного впрыска очень хорошо вписывается в архитектуру двигателя, на который распространяется уменьшение/оптимизация размеров, поскольку оно напрямую компенсирует потери мощности, возникающие в результате изменения геометрии.

    Еще одной вспомогательной системой уменьшения/улучшения размеров является зарядка, наличие которой необходимо для правильного наполнения баллона. Еще в 1885 году Готлиб Даймлер в своем патенте о необходимости увеличения давления воздуха выше атмосферного в начале каждого цикла заметил необходимость зарядки для повышения уровня наполнения [18]. Затем появилась концепция повторного использования энергии, потраченной впустую при выпуске выхлопных газов, и в 1916 году Огюст Рето построил первый турбокомпрессор. Долгие годы концепция единого турбокомпрессора функционировала до появления турбокомпрессора Honeywell, где из-за ограниченного времени реакции на изменение нагрузки двигателя на общую ось рядом с одной турбиной появилось два компрессорных колеса. Двигатель с такой системой работает более эффективно, особенно в диапазоне низких оборотов (об/мин) и нагрузки. В последующие годы стали появляться различные решения, в том числе с изменяемой настройкой VNT (Variable Nozzle Turbine). Интересным решением является система из двух параллельно работающих турбокомпрессоров, заменяющих один большой. Благодаря этому решению размеры турбокомпрессоров меньше (в соответствии с идеей уменьшения размеров), что приводит к меньшим потерям тепла в атмосферу.

    Существуют также комбинации механической, электрической и традиционной зарядки. [31, 32, 33]. Наддув — это простейшая форма поддержки двигателя с уменьшенным / оптимальным размером как с точки зрения потери мощности, так и путем создания условий для сжигания бедных смесей для удовлетворения экологических требований.

    Повышение объемного КПД также достигается за счет применения систем изменения фаз газораспределения. Система изменения фаз газораспределения обеспечивает соответствие углов и времени открытия и закрытия клапанов текущей нагрузке и частоте вращения двигателя.

    Существует множество систем изменения фаз газораспределения, которые претерпевают последовательные конструктивные преобразования и носят разные названия в зависимости от производителя [34]. Первая система изменения фаз газораспределения появилась в 1981 году на двигателях Alfa Romeo, но только введение электронного управления в 1989 году компанией Honda позволило разработать эту конструкцию, известную как VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control), а в последняя версия i-VTEC (i — интеллектуальная система, работающая на опережение).

    Напротив, система VarioCam, разработанная Porsche в 1992 году, изменила положение клапанов, изменив натяжение в цепи, соединяющей впускной и выпускной распределительные валы. Сегодня система разработана и также предлагает возможность подъема клапана. Другой пример — система Valvetronic от BMW с полным контролем подъема впускных клапанов, что значительно снижает потери потока, а время реакции на изменение нагрузки сводится к минимуму.

    Еще одним примером в этой области является система Ford TI-VCT (Twin Independent — Variable Camshaft Timing) с независимой работой впускного и выпускного клапанов, основным преимуществом которой по сравнению с другими системами является лучшее заполнение цилиндров и продувка камеры сгорания.

    Система изменения фаз газораспределения является хорошим дополнением к методу уменьшения/оптимизации размеров, поскольку она способна уменьшить потери потока из-за меньших размеров клапана и обеспечивает правильное заполнение камеры сгорания для поддержания или повышения эффективности двигателя.

    При наддуве двигателей с искровым зажиганием может возникнуть опасность самовозгорания, что по своей природе нежелательно. Чтобы этого не допустить, следует снизить степень сжатия, которая, в свою очередь, определяет давление в камере сгорания, а это влияет на мощность двигателя во всем его рабочем диапазоне. Решением этой проблемы является система с переменной степенью сжатия.

    Принцип работы системы переменной степени сжатия — ВКМ связан с изменением объема камеры сжатия при изменении нагрузки. Есть несколько технических решений этой проблемы. Одним из них является изменение хода в кривошипно-шатунном механизме (Multi Cycle Engine 5, реализованный компанией Peugeot).

    Другой способ — угловое смещение головки блока цилиндров, предлагаемое SAAB (система SVC — Saab Variable Compression). Еще одно решение — динамическое движение всей кривошипно-шатунной системы (Cortina VC — Variable Compression). Конструктивно решение GoEngine интересно тем, что обеспечивает изменение степени сжатия в диапазоне от 8:1 до 18:1. Существенным преимуществом данной системы является возможность значительного (до 20%) удлинения такта расширения по отношению к такту сжатия, что обеспечивает лучшие условия для сжигания дозы топлива, создает более благоприятное распределение давления на днище поршня и снижает температуру выхлопных газов. Систему переменной степени сжатия, изменяя объем цилиндра, можно рассматривать как одну из форм динамического уменьшения/улучшения размера, а не как вспомогательную систему.

    Из инженерной практики можно привести ряд примеров развития идеи уменьшения/уменьшения размеров. Можно даже упомянуть двигатели, устанавливаемые на автомобили Ford или Volkswagen.

    Двигатель Ford с рабочим объемом 2,3 дм 3  V6 был уменьшен до 2,0 дм 3 и 1,6 дм 3 , чтобы, наконец, достичь впечатляющих 0,999 дм 3 4 двигателя EcoBoost. водоизмещением 5,0 дм 3 Coyote быть родоначальником всех изменений по уменьшению/уменьшению размеров. Это делает изменения своеобразным каскадом действий.

    Рис. 4.

    Оптимизация на примере двигателей Ford.

    В свою очередь двигатели Volkswagen изменили рабочий объем с 2,8 дм 3 или 2,0 дм 3 на 1,8 дм 3 , а затем до 1,4 дм 3 , выполняя допущение о сокращении ) двигатель 1,4 дм 3 заменен на 1,5 дм 3 .

    В целом тенденция изменения рабочего объема хорошо представлена ​​двигателями, рассматриваемыми в международном конкурсе «Двигатель года», который с 1999 был организован журналом Engine Technology International — UK & International Press [35]. Двигатели-победители во всех категориях демонстрируют четкую тенденцию изменения рабочего объема с годами. Это выражается в увеличении удельной мощности и уменьшении выбросов углекислого газа, которые увеличиваются с уменьшением рабочего объема — Рисунок 5.

    Рисунок 5.

    Удельная мощность двигателей внутреннего сгорания вместе с выбросами углекислого газа «победителей» конкурса «Двигатель года» во всех номинациях.

    В автомобильной практике двигатели внутреннего сгорания, разработанные в технике уменьшения и уменьшения размеров, встречаются в автомобилях с целым пакетом проэкологических решений и включаются в маркетинговые названия, например: EcoBoost/Econetic (Ford) или Blue Motion ( Фольксваген) [2].

    Объявление

    3. Эффективность обобщенного рабочего цикла двигателя в условиях оптимизации — методика исследования

    В камере сгорания поршневого двигателя внутреннего сгорания топливо в смеси с воздухом создает рабочее тело, которое претерпевает термодинамические изменения, связанные, среди прочего, к объему камеры сгорания. Эти изменения повторяемы, хотя их величина зависит от текущих условий работы двигателя. Происходящие преобразования создают цикл работы двигателя, математически описываемый различными способами [36, 37, 38]. В обобщенном виде, соответствующем всем известным теориям двигателей внутреннего сгорания, рабочий цикл можно описать КПД (ηt) по формуле (13) и выразить графически, как на рис. 6.

    Рис. 6.

    Обобщенный термодинамический рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания [36].

    ηt=1−λpρpεsκ−1δκ−1+κρ’−1−ρ’εsκ−1λpκρp−κ−11+ρplnρT−1E13

    Отдельные безразмерные величины, входящие в формулу (13), описываются в соответствии с рис. 6 [ 19].

    λp = pz’pc = pz ″ pce14

    ρp = VZ ″ VZ ′ = VZ ″ VCE15

    εs = VAVCE16

    • ISENTROPIC EXPONTON

    • vENTROPIC

    9019 vvc17.0003

    ρ’=VdVa=VbVaE19

    ρT=VzVz″E20

    ε=VbVc=VdVcE21

    Вводя в формулу (13) величины, выраженные формулами (14)–(21), можно получить соотношения которые подчеркивают изменения в различных объемах, которые могут быть использованы для описания изменений, вызванных сокращением (22)

    Vz″VclnVzVz″−1E22

    λp, Va, Vz, Vz», κ — компоненты, вытекающие из свойств используемого топлива и логистики процесса сгорания, а V b и V c являются расчетными параметрами двигателя внутреннего сгорания, относящимися к камере сгорания и, следовательно, относящимися к операции корректировки размеров.

    Введение в формулу (22) переменных А и В из формулы (12) дает полную картину изменения термодинамических превращений в теоретическом цикле двигателя уменьшения/уменьшения размеров. При оценке эффективности применения идеи оптимизации можно рассмотреть три случая:

    1. изменяются все рассматриваемые компоненты, а именно: рабочий объем Vsd ≠ Vs вместе с объемом сжатия V cd ≠ V c и степень сжатия ε d  ≠ ε )

    ? −1AB2κd−1λpdκdVz″dVcε−1εd−1AB2−κd−11+Vz″dVcε−1εd−1AB2lnVzdVz″d−1E23

    Если предположить, что выбор степени сжатия для разреженного/улучшенного двигателя будет производиться на основании экспериментальных данных, т.е. путем сравнения значений степени сжатия двигателей, входящих в Двигатель года , то для характерных примеров была выявлена ​​зависимость между ε и ε d [19] (16).

    εd=0,547ε+4,239E24

    Имеется в виду возможность введения нового коэффициента (C), выражаемого соотношением (25).

    εd−1ε−1=CE25

    После учета зависимости (25) формула, описывающая теоретический КПД рабочего цикла двигателя, принимает вид (26).

    ηtd=1−λpdVz″dVcAB2CVadVcAB2Cκd−1Vs+Vc1CAB2Vzdκd−1+κdVs+Vc1CAB2Vad−1−Vs+Vc1CAB2VadVadVcAB2Cκd−1λpdκdVz″dVcAB2C−κd−11+Vz″dVcAB2ClnVzdVz″d−1E26

    1. the following are subject to change : Объединенный объем V SD ≠ V S и объем сжатия V CD ≠ V C без изменения коэффициента компрессии ε D без изменения коэффициента компрессии ε D без изменения компрессии ε D без изменения компрессионной коэффициенты ε D. ?0003

      1. В третьем случае — это изменение смешанного тома V SD ≠ V S и соотношение сжатия ε D ♠ ε без изменения площади D ♠ ε без изменения с компенсом. C (28)

      ηtd = 1 —λpdvz ″ DVCVADVCκD — 1VSAB2+VCVZDκD -1+κDVSAB2+VCVAD -1 -V -V -il -il -v1 -V -V -V -V -V -V -V -V -il -il -v1 -V -V -V -V -V -V -il.

      В методологии оценки испытаний реальные значения пар коэффициентов A и B вводятся из матрицы, описанной на рисунке 2. Таким образом, можно рассчитать изменения термодинамической эффективности рабочего цикла. Остальные данные были взяты из исследований двигателей 1.4 TSI, 1.5 TFSI, 1.8 T и 2.0 TDI, которые являются примером звена в цепочке уменьшения/улучшения размеров двигателей Volkswagen.

      Исследование охватывало крайний случай изменений, т. е. изменения как рабочего объема, сжатия, так и степени сжатия (формула 23).

      Для оценки исследовательской задачи были использованы теоретические и экспериментальные данные испытаний двигателя внутреннего сгорания VW 1.4 TSI, проведенных на кафедре автомобилестроения Вроцлавского университета науки и техники — рисунок 7. Следующие данные были использованы из испытания на динамометрическом стенде автомобилей с двигателями 1,8 Т и 2,0 TDi — рисунок 8.

      Рисунок 7. Двигатель

      w3.org/1999/xlink» xmlns:xsi=»http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance»> VW 1,4 дм 3 на испытательном стенде [39].

      Рис. 8.

      Испытанный автомобиль с двигателем 1,8 Т на динамометрическом стенде.

      Данные исследования, составляющие граничные условия для оценки двигателя 1.5 TFSI, были получены из литературы [40].

      Показатели уменьшения/уменьшения размеров по формуле (12) для каскада изменения рабочего объема:

      • 2,0 дм 3 na 1.8 dm 3 W d  = 0.09

      • 2.0 dm 3 na 1.5 dm 3 W d  = 0.25

      • 2.0 dm 3 na 1.4 dm 3 W d  = 0,29

      Для каждого случая, кроме заводского варианта, теоретические изменения, связанные с поведением показателя W d с разными коэффициентами A и B, взятыми из матрицы изменений — Рисунок 2 , считались.

      In this way, a package of variables was obtained and analyzed — Table 1.

      Engines S A S d D B D D W D D /S D D /S D . Remarks /S D . РЕМЯТ mm mm mm mm
      2.0 92. 80 82.50 0 0.89 base
      1.8 0.91 84.10 1.00 82.50 0.090 0.98 Factory-1.8_1
      1.8 1.00 92.80 0.955 78.80 0.088 0.85 Test-1.8_2
      1.8 0.97 90.00 0.97 80.00 0. 087 0.89 Test-1.8_3
      1.5 0.93 85.9 0.90 74.50 0.247 0.87 Factory-1.5_1
      1.5 0.75 69.60 1.00 82.5 0.250 1.19 Test-1.5_2
      1.5 1.00 92.80 0.87 71.50 0.243 0.77 Test-1.5_3
      1.4 0.82 75.60 0.93 76. 50 0.291 1.01 Factory-1.4_1
      1.4 1.00 92.80 0.84 69.30 0.294 0.75 Does not meet 0.77 ≤ D/S ≤ 1.30
      1.4 0.97 90.00 0.855 70.50 0.291 0.78 Test-1.4_2
      1.4 0.71 65.00 1.00 82.50 0.290 1.25 Test-1.4-3

      Таблица 1.

      Значения хода и диаметра цилиндра и соответствующие коэффициенты определяют область уменьшения/уменьшения размеров.

      Стоит отметить, что в случае двигателя 1,4 дм 3 , в котором предполагалось уменьшение/улучшение размеров по форме «исполнение цилиндра» (А = 1), правило взаимосвязи диаметра и хода поршня, который должен быть в пределах (0,77–1,30) – как обсуждалось выше. Отсюда решение изменить отношение на ближайшую единицу к A = 0,97.

      Принятые для оценки значения коэффициентов А и В заполняют последовательные значения индекса уменьшения/уменьшения размеров W d , обеспечивая их неизменность в пределах заданного объема цилиндра. Остальные данные, заполняющие форму формулы КПД сравнительного цикла с эквивалентным объемом (формула 23) и позволяющие оценить показатели работы двигателя, были получены в результате вышеупомянутых лабораторных испытаний.

      Объявление

      4. Обсуждение результатов

      Оценивались типовые эксплуатационные показатели работы двигателя совместно с параметрами термодинамического цикла, в том числе КПД обобщенного рабочего цикла. Полученные данные представлены в виде относительных изменений, т.е. в процентах от данных для базового двигателя 2,0 дм 3 — Таблицы 2–4.

      Параметр Изготовитель-2.0 Изготовитель-1.8_1 Test-1.8_2 Test-1.8_3
      % 1.8/2.0 % 1.8/2.0 % 1.8/2.0
      ε 10.5 −4.7 − 4.7 −4.7
      rpm 6000 −8.3 −8.3 −8.3
      n 1 1.35 −1. 5 +0.4 −1.0
      2 1.19 0 −0.2 0
      T max , K 2706 −0.7 +0.1 −0.5
      η v 0.92 +29.1 +28.9 +29.1
      BMEP 1.11 +36.8 +35.9 +36.0
      BSFC, g/kWh 264 −5.6 −5.2 −5.0
      N e , kW 110 +13. 6 +13.7 +13.7
      η e 0.32 +6.0 +5.5 +5.3
      η t 0.45 +0.7 +0.4 +0.4

      Table 2.

      Values ​​of selected engine operating parameters 1.8 dm 3 по отношению к 2,0 дм 3 при различных значениях коэффициентов уменьшения/уменьшения размеров А и В (табл. 1).

      Parameter Manufacturer-2.0 Manufacturer-1.5_1 Test-1.5_2 Test-1.5_3
      % 1. 5/2.0 % 1.5/2.0 % 1,5/2,0
      ε 10,5 +19,1 +19.1 +19.1
      rpm 6000 −16.7 −16.7 −16.7
      n 1 1.35 +9.0 +9.0 +9.7
      n 2 1.19 −2.5 −2.5 −2.5
      T max , K 2706 +6.6 +6.6 +7.5
      η v 0.92 +26. 6 +26.6 +29.7
      BMEP 1.11 +54.3 +56.7 +59.4
      BSFC, g/kWh 264 −19.7 −20.9 −19.5
      N e , kW 110 +2.9 +2.1 +0.22
      η e 0,32 +24.5 +26.4 +24.2
      η t 0.45 +6.9 +7.2 +6.8

      Table 3.

      Values ​​of selected engine рабочие параметры 1,5 дм 3 по отношению к 2,0 дм 3 при различных значениях коэффициентов уменьшения/уменьшения размеров А и В (табл. 1).

      . ε

      Параметр Производитель-2,0 Производитель-1,4_1 Тест-1,4_2 Тест-1,4_3
      % 1,4/2,0 % 1.4/2,01307

      % 1,4/2,0 % 1.4/2,0 % 1,4/2,0 10.5 −4.7 −4.7 −4.7
      rpm 6000 0 0 0
      n 1 1.35 +7.5 +7,4 +9.6
      n 2 1. 19 −3.4 −3.4 −2.5
      T max , K 2706 +5.0 +5.0 +6.5
      η v 0.92 +38.4 +39.0 +37.8
      BMEP 1.11 +62.2 +60.4 +62.0
      BSFC, g/kWh 264 −13.7 −12.4 −14.0
      N e , kW 110 +13.6 +13.6 +13.5
      η e 0. 32 +15.9 +14.2 +13.5
      η t 0.45 +2.7 +2.7 +2.6

      Table 4

      Значения выбранных параметров работы двигателя 1,4 дм 3 по отношению к 2,0 дм 3 при различных значениях коэффициентов уменьшения/уменьшения размеров А и В (табл. 1).

      Данные, содержащиеся в таблице 2, относятся к двигателю 1,8 дм 3 и подтверждают правильность задумки по уменьшению габаритов за счет снижения расхода топлива в среднем на 5%. Благодаря вспомогательным системам с наддувом на переднем крае и контролю процесса сгорания даже увеличение мощности почти на 14% по сравнению с 2,0 дм 3 единиц было достигнуто.

      Достигнута большая эффективность как теоретическая, так и полезная. Различия между изменениями эффективности η e и η t обусловлены потерями выхлопных газов и охлаждением.

      Следует подчеркнуть, что изменение коэффициентов А и В таким образом, чтобы индекс сокращения W d сохранялся, не вызывало существенных различий в значениях всех исследуемых параметров и находилось в пределах статистической значимости.

      Данные таблицы 3 относятся к двигателю 1,5 дм 3 и подтверждают правильность концепции уменьшения габаритов за счет снижения расхода топлива в среднем почти на 20%. Предложение уменьшить ударный объем примерно на 25% близко к агрессивному сокращению.

      Прибл. Повышение объемного КПД на 27% связано с системой наддува и системой изменения фаз газораспределения. Мощность двигателя была сохранена с, казалось бы, разумным наддувом, что привело к большему, чем 1,8 дм 3 , но менее 1,4 дм 3 увеличение BMEP. В группе протестированных двигателей это единственный двигатель, в котором применена концепция замедления , изменяющая максимальное значение частоты вращения двигателя с 6000 до 5000 об/мин. Значимого повышения температуры в максимальном рабочем цикле не наблюдалось. При сохранении индекса уменьшения/уменьшения размеров W d на уровне 0,25 показано, что изменение коэффициентов А и В не вызывает дифференциации теоретической эффективности рабочего цикла.

      Данные в Таблице 4 относятся к двигателю 1,4 дм 3 и указывают на агрессивное уменьшение размеров до 30%. Ожидаемый эффект был достигнут – удельный расход топлива снижен в среднем на 13 %, что, очевидно, выражается в снижении выбросов углекислого газа в атмосферу. Внедрение систем поддержки геометрических изменений привело к значительному увеличению BMEP более чем на 60%, что может привести к снижению долговечности деталей двигателя, особенно в области поршневой и кривошипно-шатунной систем.

      Различия между изменениями эффективности η e и η t обусловлены потерями в выхлопной системе и системе охлаждения.

      Изменение коэффициентов А и В не оказывает существенного влияния, и даже различия в значениях незначительны, на исследуемые параметры.

      С точки зрения оптимизации следует отметить четкую взаимосвязь между эффективностью цикла и необходимым изменением рабочего объема, т.е. такую, которая будет соответствовать устойчивому подходу к проектированию путем удовлетворения потребностей заказчика и в то же время выполнение возможностей производителя.

      На рис. 9 представлена ​​взаимосвязь между эффективностью цикла и индексом сокращения, которая показывает, что сокращение рабочего объема будет эффективным до определенного предела. Для анализируемого случая примером этого является реализация двигателя объемом 1,5 дм 3 вместо 1,4 дм 3 .

      Рис. 9.

      Изменение КПД рабочего цикла двигателя в зависимости от коэффициента уменьшения размеров.

      Реклама

      5. Резюме

      Проблема изменения рабочего объема двигателя внутреннего сгорания известна как уменьшение размера, но в последнее время она претерпевает трансформацию в сторону уменьшения размера. Это результат нового подхода к процессу проектирования и эксплуатации, предполагающего балансировку требований заказчика и возможностей производителя, причем в конкретной среде, например. постоянное ужесточение экологических стандартов. В любом случае, экологический аспект является наиболее желательным критерием для оценки концепции оптимизации, которая выражается в стремлении к снижению расхода топлива и, как следствие, сокращению выбросов углекислого газа, и все это для правильного выбора рабочего объема двигателя.

      Определена задача исследования, заключающаяся в оценке влияния различий геометрических изменений хода поршня и диаметра цилиндра при сохранении одинакового значения коэффициента сжатия на эффективность рабочего цикла двигателя.

      Для достижения цели исследования была модифицирована зависимость, описывающая теоретический КПД общего эталонного цикла, в которой вместо рабочего объема подставлены коэффициенты, определяющие изменение величины хода поршня (А) и диаметра цилиндра (В) были выявлены.

      Для рассмотрения был принят впечатляющий случай изменений, предполагающий изменение рабочего объема и сопутствующие изменения пространства сжатия и степени сжатия. Необходимые данные для анализа были получены из лабораторных исследований и из литературы. Неоднократно оценивались промежуточные величины, определяющие КПД двигателя, поддерживаемый полученными параметрами работы двигателя.

      Анализ результатов показывает, что эффективность цикла ДВС стабильна, независимо от коэффициентов А и В, определяющих геометрические изменения рабочего объема двигателя.

      Также было продемонстрировано наличие предельного значения индекса сокращения/уменьшения размеров, при котором достигается наивысший уровень положительного изменения эффективности циркуляции, соответствующий требованиям устойчивости.

      На следующих этапах исследовательская работа должна быть направлена ​​на проведение детальных испытаний на токсичность отработавших газов двигателей уменьшенного/улучшенного размера в условиях дорожного движения. Из-за значительной нагрузки на конструкцию двигателя также будет важно уделить внимание вопросам материаловедения и трибологических процессов, связанных с концепцией уменьшения/улучшения размеров.

      Объявление

      Благодарности

      Работы проводились в исследовательском комплексе GEO-3EM Вроцлавского университета науки и техники, в лабораториях кафедры автомобильной техники.

      Это исследование финансировалось Вроцлавским университетом науки и техники, номер гранта MPK

      60000/8201003902.

      Объявление

      Номенклатура

      А

      коэффициент изменения хода поршня

      Б

      коэффициент изменения диаметра цилиндра

      BMEP = p e

      среднее эффективное давление в тормозной системе

      BSFC = g e

      удельный расход топлива при торможении

      D

      диаметр цилиндра — состояние ввода час

      л p

      индекс молей окружающего воздуха

      MR

      универсальная газовая постоянная

      Н e

      полезная мощность

      p o

      давление окружающей среды

      об/мин = n

      обороты двигателя0003 S

      ход поршня — входное состояние

      S D

      ход поршня в рассеянном двигателе

      T O

      Температура окружающей среды

      V SS

      Права. индекс

      W u

      теплотворная способность топлива

      δ

      степень другого процесса расширения

      ε

      степень геометрического сжатия

      ε s

      степень эффективного сжатия

      η t

      теоретический КПД рабочего цикла

      κ

      показатель изоэнтропы

      λ p

      степень повышения давления при изохорном теплообмене

      ρ’

      степень предварительного сжатия при отводе тепла при постоянном давлении

      ρ p

      степень расширение при изобарной теплопередаче

      ρ T

      степень расширения при изотермической теплопередаче

      τ

      индекс хода (количество ходов)

      Литература

      1. 1. Warnecke W., Lueke W., Clarke L., Louis J. ., Кемпсел С., Топливо будущего. Материалы 27-го Международного Венского автомобильного симпозиума, Вена, 2006 г.
      2. 2. Вислоцки К., Волански П., Экер Х., Лундквист Ю., Пирсон Р. Дж., Хартланд Дж., Бирнат К., Червински Ю., Вышински М., Разработка трансмиссии с точки зрения панельных дискуссий на второй Международный конгресс PTNSS, Двигатели внутреннего сгорания 2/2007 (129), 38–53
      3. 3. Ленц Х.П., 30-й Международный Венский моторный симпозиум. 7–8 мая 2009 г. — Отчет по случаю Международного конгресса PTNSS по двигателям внутреннего сгорания 2009 г. в Ополе, Двигатели внутреннего сгорания 2/2009 (137), 150–154.
      4. 4. Уолш М.П., ​​Глобальные тенденции в борьбе с загрязнением от автотранспорта: обновление 2011 г. – часть 3, Двигатели внутреннего сгорания 4/2011 (167), 98–103.
      5. 5. Майерсон Н. Двигатель внутреннего сгорания еще не умер, журнал New York Times, 17 августа 2017 г.
      6. 7. Ruhland H., Wirth M., Friedfeld R., Linsel J., Weber C., Krämer F., Ford Werke GmbH, Кельн; Абкенар Ф., Ford Motor Company, Дирборн, США: EcoBoost 500: вывод отмеченной наградами технологии на новый уровень, отчеты 41-го Международного автомобильного симпозиума в Вене, 22–24 апреля 2020 г. , стр.
      7. 8. Китадани Х., Канеда Р., Мидзогути С., Шинохара Ю., Такеучи Дж., Toyota Motor Corporation, Toyota, Япония: новый 1,5-литровый бензиновый двигатель из серии TNGA, отчеты 41-го Международного автомобильного симпозиума в Вене, 22–24 апреля 2020 г.,
      8. 9. Сонг Д., Хайсет е-Чуанг, Great Wall Motor, Хэбэй, Китай; В. Хаппенхофер, Great Wall Motor, Хэбэй, Китай: модульная платформа двигателя с высокой тепловой эффективностью 1,5 т, доклады 41-го Международного Венского автомобильного симпозиума, 22–24 апреля 2020 г.,
      9. 10. Steinparzer F., Hiemesch D., Kranawetter E., Салмансбергер М., Штютц В., BMW Motoren GmbH, Steyr: Техническая концепция новых 6-цилиндровых модульных дизельных двигателей BMW 2-го поколения, отчеты 41-го Международного автомобильного симпозиума в Вене, 22–24 апреля 2020 г.,
      10. 11. Д-р Т. Шелл, Mercedes-Benz AG, Штутгарт: M254 – будущее 4-цилиндрового бензинового двигателя, отчеты 41-го Международного автомобильного симпозиума в Вене, 22–24 апреля 2020 г. ,
      11. 12. Хелбинг К., Köhne M., Kassel T., Wietholt B., Krause A., Lohre L., Gerhardt N., Eiglmeier C., Volkswagen AG, Вольфсбург: TDI-двигатели Volkswagen для стандарта Euro 6d — чистая эффективность для современной мобильности, отчеты 41-й Венский международный автомобильный симпозиум, 22–24 апреля 2020 г.,
      12. 13. Швибердинген; Унив.-проф. Д-р Х. Эйхлседер, д-р П. Грабнер, д-р К. Шаффер, Технологический университет Граца: ДВС h3 для будущих легковых и легких коммерческих автомобилей, отчеты 41-го Международного автомобильного симпозиума в Вене, 22–24 апреля 2020 г., стр.
      13. 14. Корн Т., KEYOU GmbH, Унтершлайсхайм: Самый эффективный способ снижения выбросов CO2: новое поколение водородных двигателей внутреннего сгорания, доклады 41-го Международного Венского автомобильного симпозиума, 22–24 апреля 2020 г.,
      14. 15. Лозановский А. , Гесс А., Штутгартский университет; Дипл.-инж. О. Дингель, дипл. -инж. (FH) Т. Земпер, IAV GmbH, Хемниц: Техническая оценка и оценка жизненного цикла потенциальных большегрузных автомобилей для дальних перевозок к 2050 году, отчеты 41-го Международного автомобильного симпозиума в Вене, 22–24 апреля 2020 г., стр.
      15. 16. Пишингер С. — Рейнско-Вестфальский технический университет Ахена; ван дер Пут Д., Хойзер П. — FEV Group GmbH, Ахен; Линдеманн Б., Мютер М., Шёнен М. — FEV Europe GmbH, Ахен: Эффективные коммерческие силовые агрегаты – как добиться сокращения выбросов парниковых газов на 30% к 2030 г., отчеты 41-го Международного автомобильного симпозиума в Вене, 22–24 апреля 2020 г.,
      16. 17. Хартунг С., член правления, председатель отдела мобильных решений для бизнеса, Robert Bosch GmbH, Штутгарт: Силовые агрегаты будущего – устойчивые, безопасные, захватывающие, отчеты 41-го Международного Венского автомобильного симпозиума, 22–24 апреля 2020 г.,
      17. 18. Heywood J.B., Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw HiU International Editions 1989.
      18. 19. Sroka Z.J., Wybrane zagadnienia teorii tłokowych silni-ków spalinowych w aspekcie zmian objetości skokowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2013
      19. 20. Fraser ADJ, Как низко мы можем пойти? Проблемы и возможности уменьшения размеров двигателя для сокращения выбросов CO2, Материалы семинара IMechE, Лондон, 9 февраля 2011 г., стр. 1–9.
      20. 21. Пелеха И., Чеслик В., Боровски П. и др. Уменьшение количества цилиндров в двигателях внутреннего сгорания – современные тенденции уменьшения габаритов. Двигатели внутреннего сгорания. 2014 г., ISSN 2300–9896, 159(4), 12–25.
      21. 22. Pischinger S, Verbrennungskraftmaschinen I, RWTH Aachen, Aachen 2011.
      22. 23. Fraser N., Bassett M., Экстремальное уменьшение размеров двигателя с одним турбокомпрессором – 100 кВт/л и 30 бар BMEP, Материалы семинара IMechE, Лондон , февраль 2011 г., стр. 31–45.
      23. 24. Jenteges M., van der Weem D., et al. Оптимизированная активация концепции уменьшения габаритов с электрическим форсированием, МТЗ 04/2006, т. 1, с. 67.
      24. 25. Кинг Дж., Применение синергетических технологий для достижения высокого уровня сокращения размеров бензиновых двигателей, Материалы семинара IMechE, Лондон, 9февраль 2011 г., стр. 59–72.
      25. 26. Fisher C.H. Carburation, Vol. III, Spark-Iquition Engines Fuel Injection Systems, Chapman & Hall, London 1966.
      26. 27. Lejda K., Woś P., Впрыск топлива в автомобильной технике – моделирование процесса сгорания в дизельном двигателе с непосредственным впрыском на основе характеристик впрыска топлива, InTech., 2012.
      27. 28. Лейда К., Системы впрыска быстроходных дизелей и тенденции развития, Двигатели внутреннего сгорания 4/2005 (123), 19–30.
      28. 29. Кинг Дж., Применение синергетических технологий для достижения высокого уровня сокращения размеров бензиновых двигателей, Материалы семинара IMechE, Лондон, 9 февраля 2011 г. , стр. 59–72.
      29. 30. Wendeker M., Adaptacyjne sterowanie wtryskiem benzyny w silniku, Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa 2000.
      30. турбины. Материалы 9-й Международной конференции по турбокомпрессорам и турбонаддуву (IMechE) 10.1243/17547164C0012010023, Лондон, 19–20 мая 2010 г., 293–306
      31. 32. Лейк Т., Стоукс Дж., Мерфи Р., Бензиновые двигатели с прямым впрыском уменьшенного размера для низкого содержания СО2. Материалы семинара IMechE, Экономия топлива и уменьшение размеров двигателя, Лондон, 13 мая 2004 г., стр. 49–55.
      32. 33. Wijetunge R., Criddle M., Dixon J., Morris G. Сохранение управляемости в дизельных двигателях с агрессивным уменьшением габаритов. Материалы семинара IMechE, Экономия топлива и уменьшение размеров двигателя, Лондон, 13 мая 2004 г., стр. 41–47.
      33. 34. Митянец В., Бак Г., Гидравлическая система газораспределения без кулачков в двигателях внутреннего сгорания, Двигатели внутреннего сгорания 3/2011 (146), 28–37.
      34. 35. www. http://www.ukimediaevents.com/engineoftheyear/
      35. 36. Ambrozik A., Wybrane zagadnienia procesów cieplnych w tłokowych silnikach spalinowych, Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2003.
      36. 37. Ambrozik A., Analiza cykli pracy czterosuwowych silników spalinowych , Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce 2010.
      37. 38. Blair GP, Design and Simulation of Four-Stroke Engine, Society of Automotive Engineers, Warrendale 1999.
      38. 39. Срок З.Ю., Дворачинский М., Оценка термодинамического цикла двигателя внутреннего сгорания с точки зрения оптимизации, Двигатели внутреннего сгорания, 178(3), 2019
      39. /www/auto-swiat.pl (13 февраля 2017 г.)

      Разделы

      Информация об авторе

      • обобщенный рабочий цикл двигателя с точки зрения оптимизации — методология исследования
      • 4. Рассказы о результатах
      • 5. Суммарья
      • Благодарности
      • Nomenclature

      Ссылки

      Advertement

      , написанный

      Zbign. Опубликовано: 20 апреля 2021 г.

      СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО

      © 2021 Автор(ы). Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

      Двигатели — Гиперучебник по физике

      [закрыть]

      введение

      Слово «двигатель» немного устарело. Когда-то двигатель представлял собой любое механическое устройство. Например…

      • Первоначальный искусственный компьютер представлял собой механическое устройство, называемое разностной машиной . Мне пришлось добавить туда слово «искусственный», поскольку слово «компьютер» изначально относилось к людям, чья работа заключалась в эффективном выполнении повторяющихся вычислений. Разностная машина была «искусственным компьютером», поскольку она была разработана для выполнения тех же операций, что и эти «человеческие компьютеры».
      • Декоративные рамки на валюте США рисуются (частично) с помощью механического устройства, называемого циклоидальным двигателем ; в основном токарный станок, установленный на маятнике, который выгравировал линии на металлической пластине, установленной на другом маятнике. Когда периоды двух маятников несоизмеримы (не имеют общего кратного), линия, выгравированная на пластине, будет изображать привлекательный геометрический узор, подобный показанному ниже.

      • До применения пороха крупные снаряды запускались во время военных атак с помощью осадная машина . Наиболее известным примером такого устройства (по крайней мере, для носителей английского языка) является катапульта, но этот термин также включает такие устройства, как баллиста, мангонель и требушет.
      • Хотя поисковая система   не является механической, она представляет собой электронное приспособление для просеивания бескрайних пустошей Интернета в поисках необычного слова, определенной группы обычных слов, фразы, состоящей из слов в определенном порядке, или другого такие идентифицирующие строки символов. Хотя я не могу это проверить, я считаю, что современная «поисковая машина» является пародией на более раннюю «осадную машину». Совпадение просто слишком поразительное, учитывая занудные ассоциации между компьютерами и средневековыми фэнтезийными ролевыми играми, распространенными примерно в то время, когда Интернет превратился из академической игровой площадки в явление поп-культуры.

      За исключением последнего примера, первоначальное значение слова «двигатель» в значительной степени устарело. Это можно проследить до разработки паровой машины в середине 19 века. В настоящее время двигатель обычно относится к устройству, которое преобразует теплоту в механическую энергию. Технически таким устройством является тепловая машина , но в нынешнюю эпоху прилагательное «тепло» обычно опускается.

      Хотя эти два устройства часто путают, двигатель — это не то же самое, что мотор. 9Электродвигатель 2467 (часто называемый просто двигателем ) представляет собой устройство для преобразования электрической энергии в механическую.

      Как насчет пневматических двигателей?

      Это порождает несколько лингвистических проблем. Почему автомобили иногда называют «автомобилями»? Во многих автомобилях есть двигатели, но устройство, отвечающее за их движение, не является двигателем. Это двигатель. На заре 21 века автомобили используют двигателей для привода щеток стеклоочистителей, открытия и закрытия окон, регулировки сидений и боковых зеркал заднего вида и вращения компакт-дисков; но они используют только двигатель для привода колес (хотя это скорее всего изменится). Крупнейший производитель автомобилей в США может называться General Motors, но на самом деле они продают автомобили с двигателями.

      Описание двигателя простое, но относится к большому количеству различных устройств. Двигатели можно найти в автомобилях, грузовиках, мотоциклах, самолетах, лодках, кораблях, поездах, газонокосилках, цепных пилах, моделях самолетов, переносных генераторах, кранах, шнеках, дрелях и ракетах (это лишь несколько примеров). Двигатели можно классифицировать по одной или нескольким из нескольких схем.

      • движением его частей
        • Поршневой двигатель
          Поршни, перемещающиеся вверх и вниз
          Расположение поршней: V, W, рядное/прямое, плоское, радиальное
        • Роторный двигатель
          детали, которые вращаются как в Ванкеле, турбина, турбокомпрессор, реактивная турбина, турбореактивный двигатель, фанджет
        • Ракетный двигатель
          не обязательно должен иметь какие-либо движущиеся части, движение строго производится действием-реакцией, горячие газы выбрасываются назад, ракета движется вперед, также известный как реактивные двигатели
        • Неизвестно
          ПВРД, ГПВРД
      • по месту сжигания топлива
        • Внутреннее сгорание
          Топливо сжигается внутри камеры, содержащей рабочую жидкость (воздух)
        • Внешнее сжигание
          Топливо используется для нагрева рабочего тела (воздух, жидкая вода, пар, расплавленный натрий)
      • по способу сжигания топлива
        • Непрерывное горение
          постоянный поток топлива горит устойчивым пламенем
        • Прерывистое сжигание
          периодически сжигается дискретное количество топлива
      • по циклу, через который проходит рабочий газ
        • Цикл Отто
          Николаус Отто (1831–1891) Германия, задуман в 1861 г. , построен в 1876 г.
          Автомобили с бензиновым двигателем
        • Дизельный цикл
          Рудольф Дизель (1858–1916) Франция–Англия, запатентован в 1892 г., успешно построен в 1897 г.
          грузовиков, локомотивов; предназначен для использования пылевидного угля, но обычно сжигает дизельное топливо, но также может работать на растительном масле (биодизель)
        • Цикл Ренкина
          Уильям Ранкин (1820–1872) Шотландия, описан в 1859 г.
          паровые турбины, двигатель Уатта, двигатель Ньюкомба
        • Цикл Брайтона
          Джордж Брайтон (1830–1892) США, впервые предложил концепцию в 1873 г.
          газовые турбины, реактивные двигатели
        • Цикл Миллера
          Ральф Миллер (1890–????) Дания–США, первая заявка на патент в 1945 г. (отменена), повторно применена в 1949,51,52 Вариация цикла Отто с принудительной индукцией с асимметричными фазами газораспределения
          • впускной клапан раннего закрытия, закрывается до НМТ, снижая давление ниже атмосферного, охлаждается также адиабатически, нижний T c для повышения эффективности
          • выпускной клапан с поздним закрытием, остается открытым, пока открыт впускной клапан, фактически проходной, задерживает начало сжатия
          • поздно закрывающийся впускной клапан, закрывается до НМТ, задерживая начало сжатия, некоторый обратный поток во впускной коллектор, противодействовать этому с помощью нагнетателя и промежуточного охладителя
        • Цикл Ванкеля
          Феликс Ванкель (1902–1988) Германия, разработан в 1954 году, испытан в 1957 году
          Снова Mazda, мало движущихся частей
        • Цикл Стирлинга
          Роберт Стирлинг (1790–1878) Шотландия, изобретен в 1816 г.
          работает при любой разнице температур, высокая эффективность, низкий уровень выбросов или их полное отсутствие (OTEC: преобразование тепловой энергии океана), высокая стоимость производства

      цикл отто

      Начните со схем поршня.

      Увеличить

      Опишите каждую часть цикла

      Ход впуска

      • Впускной клапан открыт
      • поршень движется вниз
      • увеличение громкости
      • постоянное давление (атмосферное)
      • температура снижается
      • изобарический
      • «всасывание» воздуха и топлива (через карбюратор или топливную форсунку)

      Такт сжатия

      • оба клапана закрыты
      • поршень движется вверх
      • уменьшение громкости
      • давление увеличивается
      • повышение температуры
      • адиабатический
      • «сжимать» топливно-воздушную смесь, но поддерживать ее ниже температуры воспламенения, чтобы предотвратить преждевременное зажигание
      svg»/>

      Зажигание

      • оба клапана закрыты
      • поршень в крайнем верхнем положении
      • давление увеличивается
      • постоянный объем
      • повышение температуры
      • изохорный
      • «бах» идет свеча зажигания

      Рабочий ход

      • оба клапана закрыты
      • поршень движется вниз
      • давление снижается
      • увеличение громкости
      • температура снижается
      • адиабатический
      • «толкать» поршень вниз по мере того, как топливно-воздушная смесь расширяется наружу
      • один полезный ход из четырех

      Выпускной клапан

      • Выпускной клапан открыт
      • поршень в крайнем нижнем положении
      • давление падает до атмосферного
      • постоянный объем
      • температура снижается
      • изохорный
      • «хлоп» открыть выпускной клапан
      svg»/>

      Ход выпуска

      • Выпускной клапан открыт
      • поршень движется вверх
      • постоянное давление (атмосферное)
      • уменьшение громкости
      • повышение температуры
      • изобарический
      • «выдуть» продукты сгорания из цилиндра

      диаграммы давление-объем

      Затем перейдите к PV диаграммам (индикаторным диаграммам).

      Джеймс Уатт называл их индикаторными диаграммами, а не графиками давление-объем, так как словесный график еще не был изобретен.

      Пароиндикатор — прибор для построения графика зависимости давления в цилиндре паровой машины от фазы рабочего цикла машины. Форма этой диаграммы показывает возможные неисправности машины. С помощью планиметра можно определить среднее эффективное давление пара в двигателе или, если известны ход и диаметр цилиндра и число оборотов в минуту, мощность двигателя,

      Урок истории от Канадского музея рукоделия

      Ватт и Южный, ок. 1796 Вскоре индикатор был адаптирован для обеспечения письменной записи каждого отдельного приложения, а не просто временного наблюдения. Это был огромный аналитический прорыв, позволивший сформировать точную картину давления пара в любой момент движения поршня. Источником вдохновения был Джон Саузерн (1758-1815), рисовальщик Уатта, который записал в письме от 14 марта 179 г.6, что он «изобрел прибор, который должен точно определить, какую мощность развивает тот или иной двигатель».

      • адиабата-изотерм.pdf
      • otto-graph.pdf
      1. ход впуска
        Поршень выходит из верхней части цилиндра и движется вниз. Объем над поршнем расширяется, втягивая воздух и топливо в камеру сгорания. Поскольку впускной клапан при этом такте открыт, давление внутри цилиндра будет постоянным и примерно равным давлению окружающей среды. Таким образом, этот сегмент цикла представлен горизонтальной линией ( изобара ) работает от слева направо (от минимальной до максимальной громкости). Если предположить, что количество газа в цилиндре увеличивается пропорционально его объему, то фактически его температура не меняется.
      2. такт сжатия
        Оба клапана закрыты, и газ быстро выдавливается внутрь цилиндра. Поскольку процесс происходит быстро, практически нет времени для потери тепла в окружающую среду. Таким образом, этот сегмент цикла представлен адиабата бегущая от справа налево . Поскольку адиабаты круче изотерм, этот отрезок пересекает несколько изотерм; что согласуется с нашими ожиданиями, что температура должна повышаться. Поскольку кривая идет «назад», площадь под ней отрицательна; то есть над газом совершается работа.
      3. зажигание
        Воспламенение топливно-воздушной смеси внутри цилиндра делает две очевидные вещи: повышает температуру и повышает давление над поршнем. Однако это происходит так быстро, что у поршня не так много времени, чтобы отреагировать, и объем над ним фактически остается постоянным. Таким образом, этот сегмент цикла представлен вертикальной линией ( изохора ) идущая от снизу вверх . Кривая пересекает несколько изотерм (поскольку теплота сгорания топливно-воздушной смеси сбрасывается в систему), но работа над газом или над ним не совершается (поскольку площадь под вертикальной линией равна нулю).
      4. рабочий ход
        Поршень толкается вниз под действием сильного давления после зажигания. Объем увеличивается, но это происходит так быстро, что потери тепла в окружающую среду минимальны. Таким образом, этот сегмент цикла представлен адиабата работает от слева направо . Поскольку эта кривая идет «вперед», площадь под ней положительна, и над окружающей средой совершается работа. Вот почему это называется «мощный удар». Это единственная часть цикла, в результате которой выполняется какая-либо полезная работа. Поскольку кривая рабочего такта выше, чем кривая такта сжатия, полезная работа газа положительна. Таким образом (в целом) каждый цикл воздействует на окружающую среду. Это имеет смысл, поскольку двигатели — это устройства для выполнения работы. Кроме того, кривая пересекает несколько изотерм. При ближайшем рассмотрении индикаторной диаграммы видно, что во время рабочего такта пересекается больше изотерм, чем во время такта сжатия. Это важное наблюдение, которое настраивает нас на следующую часть цикла.
      5. выпускной клапан
        Клапан открывается в конце рабочего хода, что снижает давление внутри цилиндра до давления окружающей среды. Однако это происходит так быстро, что объем над поршнем не изменяется эффективно. Таким образом, этот сегмент цикла представлен вертикальной линией (изохора ), проходящей от вершины до низа . Поскольку график вертикальный, в это время над газом не совершается никакой работы. Однако линия пересекает несколько изотерм, что означает уменьшение внутренней энергии. Поскольку работа не совершается, это уменьшение должно быть результатом отдачи тепла в окружающую среду. В соответствии с теоремой о работе-энергии эта потеря теплоты меньше теплоты, полученной при сгорании (разница между ними равна чистой работе, совершаемой газом).
      6. такт выпуска
        Последняя часть цикла возвращает систему в исходное состояние. Поскольку выпускной клапан открыт во время этой части цикла, давление внутри цилиндра фактически равно давлению окружающей среды, но поскольку поршень движется вверх, объем над ним уменьшается. Таким образом, этот сегмент цикла представлен горизонтальной линией (изобарой ), идущей от справа налево (от максимального к минимальному объему). Предполагая, что количество газа внутри цилиндра уменьшается пропорционально его объему, его температура практически не меняется. Кроме того, площадь под этим сегментом равна и противоположна площади под тактом впуска. Таким образом (по крайней мере, в идеальном мире) газ не совершает никакой работы по мере того, как он втягивается в цилиндр и вытесняется из него.

      суть двигателей

      И, наконец, суть двигателей.

      Аналогия водяного колеса с тепловым двигателем
      внешний вид водяное колесо тепловая машина
      рабочая жидкость вода тепло (калорийность)
      градиент перепад высот между
      водохранилищами высокой и низкой воды
      разница температур между
      горячие и холодные термальные резервуары

      Добавить текст моста.

      КПД в целом и КПД двигателей. Какой символ вы бы предпочли: η [эта] или ℰ [прописная буква е] или e  [строчная е]?

      эффективность  =  тренировка
      энергия в
      эффективность  =  Вопрос горячий  —  Q холодный
      Q горячий
      эффективность  =  1 –  Q холодный
      Q горячий
      η действительный  = 1 −  К С
      К Н
      η идеальный  = 1 −  Т С
      Т Н

      Эффективность касается не только двигателей.