Содержание
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:
- 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.
- 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).
- 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:
- Поршень в цилиндре движется вниз.
- Открывается впускной клапан.
- В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
- Поршень поднимается.
- Выпускной клапан закрывается.
- Поршень сжимает воздух.
- Поршень доходит до верхней мертвой точки.
- Срабатывает свеча зажигания.
- Открывается выпускной клапан.
- Поршень начинает двигаться вверх.
- 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):
- Такт выпуска.
- Такт сжатия воздуха.
- Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
- 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:
- Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
- 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:
- Атмосферные.
При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
- 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
- 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.
- Высокая скорость заправки двигателя топливом.
- 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.
Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Motoran.ru
С момента изобретения первого мотора, работающего за счет горения топливной смеси прошло уже больше ста пятидесяти лет. Человечество продвинулось в техническом прогрессе, однако заменить двигатель внутреннего сгорания так и не удаётся. Этот тип силовой установки используется как привод на технике. За счет мотора работают мопеды, автомобили, трактора, и другие самоходные агрегаты.
За время эксплуатации, изобретено и применено к использованию больше десяти видов и типов моторов. Однако, принцип работы не поменялся. В сравнении с паровым агрегатом, который предшествовал установке, двигатель, преобразующий тепловую энергию сгорания в механическую работу, экономичней с большим коэффициентом полезного действия. Эти свойства, залог успеха мотора, который полтора века остаётся востребованным и пользуется популярностью.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания в разрезе
Особенность работы
Особенность, делающая мотор не похожим на другие установки, заключается в том, что работа двигателя внутреннего сгорания сопровождается воспламенением топливной смеси непосредственно в камере. Само пространство, где происходит горение, внутри установки, это легло в основу названия классификации моторов. В процессе сложной экзотермической реакции, когда исходная рабочая смесь превращается в продукты сгорания с выделением тепла, выполняется преобразование в механическую работу. Работа за счет теплового расширения, движущая сила, без которой было бы не возможно существование установки. Принцип завязан на давлении, газов в пространстве цилиндра.
Виды моторов
В процессе технического прогресса разрабатывались и испытывались виды агрегатов, в которых горючее сжигалось во внутреннем пространстве, не все доказали свою целесообразность. Выделены распространенные типы двигателей внутреннего сгорания:
Поршневая установка.
Составная часть агрегата выполнена в виде блока с вмонтированными внутрь цилиндрическими полостями. Часть цилиндра служит для сжигания горючего. Посредством поршня, кривошипа и шатуна происходит трансформация энергии горения в энергию вращения вала. В зависимости от того, как готовится горючая смесь, агрегаты делят:
- Карбюраторные. В таких установках, горючее готовится за счет карбюрации. Атмосферный воздух и топливо транспортируются в механизм в пропорции, после чего смешивается внутри установки. Готовая смесь подается в камеру и сжигается;
- Инжектор. В установку рабочая смесь подаётся при помощи распылителя. Впрыск осуществляется в коллектор и контролируется электроникой. По коллектору горючее поступает в камеру, где поджигается свечой;
- Дизель. Принцип коренным образом отличается от предыдущих оппонентов. Процесс протекает за счёт давления. В объём через распылитель впрыскивается порция топлива (солярка), температура воздуха выше температуры горения, горючее воспламеняется.
Поршневой мотор:
- Роторно-поршневой мотор. Преобразование энергии расширения газов в механическую работу происходит за счет оборотов ротора.
Ротор представляет собой деталь специального профиля, на которую давят газы, заставляя совершать вращательные движения. Траектория движения ротора по камере объёмного вытеснения сложная, образована эпитрохоидой. Ротор выполняет функции: поршня, распределителя газов, вала.
Роторно-поршневой мотор:
- Газотурбинные моторы. Процесс выполняется за счёт преобразования тепла в работу. Непосредственное участие принимают лопатки ротора. Вращение деталей от потока газов передаётся на турбину.
Сегодня, поршневые моторы окончательно вытеснили остальные типы установок и заняли доминирующее положение в автомобильной отрасли. Процентное соотношение роторно-поршневых моторов мало, поскольку производством занимается только Mazda. К тому же выпуск установок ведётся в ограниченном количестве. Газотурбинные агрегаты так же не прижились, поскольку имели ряд недостатков для гражданского использования, основной, это повышенный расход топлива.
Классификация двигателей внутреннего сгорания так же возможна и по потребляемому горючему. Моторы используют: бензин, дизель, газ, комбинированное топливо.
Газотурбинный мотор:
Устройство
Несмотря на разнообразие установок, виды двигателей внутреннего сгорания компонуются из нескольких узлов. Совокупность компонентов размещается в корпусе агрегата. Чёткая и слаженная работа каждой составной части в отдельности, в совокупности представляет мотор единым неделимым организмом.
- Блок мотора.Блок цилиндров объёдиняет в себе полости цилиндрической формы, внутри которых происходит воспламенение, и сгорание топливовоздушной смеси. Горения приводит к тепловому расширению газов, а цилиндры мотора служат направляющей, не дающей тепловому потоку выйти за пределы нужных рамок;
Блок цилиндров мотора:
- Механизм кривошипов и шатунов мотора.Совокупность рычагов, посредством которых на коленчатый вал передается сила, заставляющая совершать вращательные движения;
Кривошипно-шатунный механизм мотора:
- Распределитель газа мотора.
Приводит в движение клапана впуска и выпуска, способствует процессу газообмена. Выводит отработку из полости агрегата, наполняет её нужной порцией с целью продолжить работу механизма;
Газораспределительный механизм мотора:
- Подвод горючего в моторе.Служит для приготовления порции горючего в нужной пропорции с воздухом, передаёт эту порцию в полость посредством распыления или самотёком;
Карбюратор:
- Система воспламенения в моторе.Механизм поджигает поступившую порцию в полости камеры. Выполняется посредством свечи зажигания или свечи накаливания.
Свеча зажигания:
- Система вывода отработанных продуктов из мотора.Механизм предназначен для эффективного удаления сгоревших продуктов и излишков тепла.
Приёмная труба:
Запуск силовой установки внутреннего сгорания сопровождается подачей горючего в агрегат, в полости камеры объёмного вытеснения субстанция сгорает. Процесс сопровождается выделением тепла и увеличением объёма, что провоцирует перемещение поршня. Перемещаясь, деталь преобразует механическую работу в кручение коленчатого механизма.
По завершению действие повторяется снова, таким образом, не прерываясь ни на минуту. Процессы, в течении которых совершается работа установки:
- Такт.Перемещение поршня из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение и в обратном порядке. Такт считается одним перемещением в одну сторону.
- Цикл.Суммарное количество тактов, необходимое при совершении работы. Конструктивно, агрегаты в состоянии выполнять цикл за 2 (один оборот вала) или 4 (два оборота) такта.
- Рабочий процесс.Действие, подразумевающее: впуск смеси, сдавливание, окисление, рабочий ход, удаление. Рабочий процесс характерен как для двухтактных моторов, так и для четырёхтактных двигателей.
Двухтактный мотор
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, использующего в качестве рабочего процесса два такта прост. Отличительная особенность мотора, выполнение двух тактов: сдавливание и рабочий ход. Такты впуска и очистки интегрированы в сдавливание и рабочий ход, поэтому вал проворачивается на 360° за рабочий процесс.
Выполняемый порядок таков:
- Сдавливание.Поршень из крайнего нижнего положения уходит в крайнее верхнее положение. Перемещение создает разряжение под поршнем, благодаря чему через продувочные отверстия просачивается горючее. Дальнейшее перемещение провоцирует перекрытие отверстия впуска юбкой поршня и отверстий выпуска, выводящих отработку. Замкнутое пространство способствует росту напряжения. В крайней верхней точке заряд поджигается.
- Расширение.Горение создает давление внутри камеры, заставляя посредством расширения газов перемещаться поршень в низ. Происходит поочередное открытие выпускных и продувочных окон. Напряжение в области днища провоцирует поступление горючего в цилиндрическую полость, одновременно очищая её от отработки.
Устройство агрегата на два такта исключает механизм распределяющий газы, что сказывается на качестве процесса обмена. Кроме того, невозможно исключить продувку, а это сильно увеличивает расход топлива, поскольку часть смеси выбрасывается наружу с отработанными газами.
Принцип работы двухтактного мотора:
Четырёхтактный мотор
Моторами, которые выполняют 4 такта работы двигателя внутреннего сгорания за рабочий процесс, оснащена используемая сегодня техника. В этих моторах, ввод и вывод горючего и отработки, выполняются отдельными тактами. Двигатели используют механизм распределения газов, что синхронизирует клапана и вал. Преимущество мотора на четыре такта, подача горючего в очищенную от отработанных газов камеру при закрытых клапанах, что исключает утечку топлива.
Порядок таков:
- Ввод.Перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Происходит разряжение в полости, что открывает клапана впуска. Горючее заходит в камеру объёмного вытеснения.
- Сдавливание.Перемещение поршня снизу вверх (крайние положения). Отверстия входа и выхода перекрыты, что способствует нарастанию давления в камере объёмного вытеснения.
- Рабочий ход.Смесь загорается, выделяется тепло, резкое увеличение объёма и рост силы, давящей на поршень. Движение последнего в крайнее нижнее положение.
- Очистка.Отверстия выпуска открыты, поршень перемещается снизу вверх. Избавление от отработки, очистка полости перед следующей порцией рабочей смеси.
Механический КПД двигателя внутреннего сгорания, с циклом на 4 такта ниже, в сравнении с агрегатом на 2 такта. Это обусловлено сложным устройством и наличием механизма распределения газов, который забирает часть энергии на себя.
Принцип работы четырёхтактного мотора:
Механизм искрообразования
Цель механизма, своевременное искрение в полости цилиндра мотора. Искра помогает воспламениться горючему и совершить агрегату рабочий ход. Механизм искрообразования, составная часть электрического оборудования автомобиля, куда входят:
- Источник хранения электрической энергии, аккумулятор. Источник, вырабатывающий электрическую энергию, генератор.
- Механическое или электрическое устройство, подающее электрическое напряжение в сеть автомобиля, его еще называют зажигание.
- Накопитель и преобразователь электрической энергии, трансформатор, или катушка. Механизм обеспечивает достаточный заряд на свечах мотора.
- Механизм распределения зажигания, или трамблёр. Устройство предназначено для распределения и своевременной подачи в нужный цилиндр электрического импульса на свечи зажигания.
Система зажигания:
Механизм впуска
Цель механизма, бесперебойное образование в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания автомобиля, нужного количества воздуха. Впоследствии, воздух смешивается с топливом, и всё это воспламеняется для рабочего процесса. Устаревшие, карбюраторные моторы для впуска использовали элемент для фильтрации воздуха и воздуховод. Современные установки укомплектованы:
- Механизм забора воздуха мотором.Деталь выполнена в виде патрубка, определённого профиля. Задача конструкции, подать в цилиндр как можно больше воздуха создав при этом меньшее сопротивление на входе.
Всасывание воздушной массы происходит за счет разницы давлений при движении поршня в положение нижней мёртвой точки.
- Воздушный фильтрующий элемент мотора.Деталь применяется для очистки воздуха, попадающего в мотор. Работа элемента влияет на ресурс и работоспособность силовой установки. Фильтр относится к расходным материалам, и меняется через промежуток времени.
- Заслонка дросселя мотора.Перепускной механизм, находящийся во впускном коллекторе и регулирующий количество подаваемого в мотор воздуха. Деталь работает за счёт электроники, или механическим путём.
- Коллектор впуска мотора.Предназначение механизма, распределить количество воздуха равномерно по цилиндрам мотора. Процесс регулируется заслонками впуска и усилителями потока.
Система впуска:
Механизм питания
Назначение, бесперебойная подача горючего для последующего смешивания с воздухом и приготовлением гомогенной стехиометрической смеси. Механизм питания включает:
- Бак мотора.
Ёмкость замкнутого типа, в которой хранится топливо (бензин, солярка). Бак оборудован устройством забора горючего (помпа) и устройством, заправляющим ёмкость (заливная горловина).
- Топливная проводка мотора.Патрубки, шланги, по которым транспортируется или перенаправляется топливо.
- Механизм, смешивающий горючее в моторе.Изначально силовые установки оборудовались карбюратором, в современных двигателях применяют инжектор. Задача, подать приготовленную смесь внутрь камеры сгорания.
- Блок управления.Назначение механизма, управлять смесеобразованием и впрыском. В установках, оборудованных инжектором, устройство синхронизирует работу для увеличения эффективности процесса.
- Помпа мотора.Устройство, создающее напряжение в топливном проводе мотора и способствующее движению горючей жидкости.
- Элемент фильтрации.Механизм очищает поступающее топливо от примесей и грязи, что увеличивает ресурс силовой установки.
Механизм питания:
Механизм смазки
Назначение механизма, обеспечить детали силовой установки необходимым количеством масла для создания на поверхностях защитной плёнки. Применение жидкости уменьшает воздействие силы трения в точках соприкосновения деталей, удаляет продукты износа, защищает агрегат от коррозии, уплотняет узлы и механизмы. Система смазки состоит:
- Поддон мотора.Ёмкость, в которой помещается, хранится и охлаждается смазочная жидкость. Для нормального функционирования мотора важно соблюдать требуемый уровень масла, поэтому поддоны укомплектованы щупом, для контроля.
- Масляная помпа мотора.Механизм, перекачивающий жидкость из поддона двигателя и направляющий масло к точкам, нуждающимся в смазке. Движение масла происходит по магистралям.
- Масляный фильтрующий элемент.Назначение детали, очистить масло от примесей и продуктов износа, которые циркулируют в моторе. Элемент меняют при каждой замене масла, поскольку работа влияет на износ механизма.
- Охладитель масла мотора.Назначение механизма, отбор излишков тепла, из системы смазки. Поскольку масло, отводит тепло от перегретых поверхностей, то само масло так же подвержено перегреву.
Характерная особенность механизма смазки, обязательное использование, не зависимо, от того, какова модель двигателя внутреннего сгорания применяется. Происходит это по той причине, что на сегодня эффективней этого метода защиты мотора нет.
Система смазки:
Механизм выпуска
Механизм предназначен для отвода отработанных газов и уменьшения шума в процессе работы двигателя. Состоит из следующих компонентов:
- Коллектор выпуска мотора.Набор патрубков, выполненных из жаропрочного материала, поскольку они первыми соприкасаются с раскалёнными газами, выходящими из камеры сгорания. Коллектор гасит колебания и переправляет газы далее в трубу;
- Труба мотора.Приёмная труба предназначена для получения газов и транспортировки далее по системе. Материал, из которого выполнена деталь, обладает высокой стойкостью к температурам.
- Резонатор.Устройство, позволяющее разделить газы и снизить их скорость.
- Катализатор.Устройство очистки и нейтрализации газов.
- Глушитель мотора.Резервуар с вмонтированными перегородками, благодаря перенаправлению отработанных газов, позволяет снизить шум.
Система выпуска мотора:
Механизм охлаждения
На маломощных двигателях внутреннего сгорания применяется охлаждение мотора встречным потоком. Современные агрегаты, автомобильные, судовые, грузовые используют жидкостное охлаждение. Задача жидкости, забрать на себя часть избыточного тепла и снизить тепловую нагрузку на узлы и механизмы агрегата. Механизм охлаждения включает:
- Радиатор мотора.Задача устройства передать избыточное тепло от жидкости окружающей среде. Деталь включает в себя набор алюминиевых трубок с отводящими ребрами;
- Вентилятор мотора.Задача вентилятора, увеличить эффект от охлаждения за счёт принудительного обдува радиатора и отвода с его поверхности излишков тепла.
- Помпа мотора.Задача водяной помпы обеспечить циркуляцию охлаждающей жидкости по системе. Циркуляция проходит по малому кругу (пока двигатель не разогрет), после чего, клапан переключает движение жидкости на большой круг.
- Перепускной клапан мотора.Задача механизма, обеспечить переключение циркуляции жидкости с малого круга обращения на большой круг.
Система охлаждения мотора:
Несмотря на многочисленные попытки уйти от двигателя внутреннего сгорания, в ближайшем обозрим будущем, такой возможности не предвидится. Поэтому силовые установки данного типа еще долго будут радовать нас своей слаженной работой.
Работа, типы, детали и применение
Содержание
Переключатель
Двигатели используются во всем мире для различных целей. Двигатель внутреннего сгорания является одним из наиболее распространенных типов двигателей. В двигателе внутреннего сгорания процесс сгорания топлива происходит внутри двигателя. Работа и конструкция двигателя внутреннего сгорания сильно отличаются от двигателя ЕС. В этой статье описывается работа двигателя внутреннего сгорания, его компоненты, типы и области применения.
Что такое двигатель внутреннего сгорания?
Двигатель, в котором процесс сгорания топлива происходит внутри цилиндра двигателя, известен как двигатель внутреннего сгорания (ДВС или двигатель внутреннего сгорания).
Двигатель внутреннего сгорания может использовать в качестве рабочей жидкости бензин, дизельное топливо, водород, метан и пропан.
Двигатель внутреннего сгорания работает за счет сжатия смеси воздуха и топлива в цилиндре двигателя. Топливо обычно бензиновое или дизельное. Затем сжатая воздушно-топливная смесь воспламеняется либо от свечи зажигания, либо от сжатия, что приводит к контролируемому взрыву.
Когда воздушно-топливная смесь сгорает внутри камеры сгорания, создается сила высокого давления и температуры, которая воздействует на поршень двигателя, производя полезную работу. Поскольку сила действует на поршень, поршень движется вперед и назад, что преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию (мощность) и приводит в движение транспортное средство.
Двигатель внутреннего сгорания имеет мощность 10 Вт при 20×103 кВт. Электрическая мощность IC составляет 1000 Вт, а тепловая мощность составляет ок. 2500 Вт.
Большинство двигателей внутреннего сгорания предназначены для транспортных средств и требуют мощности около 102 кВт.
Двигатель внутреннего сгорания имеет больший тепловой КПД, чем двигатель ЕС. Тепловой КПД двигателя внутреннего сгорания составляет от 35% до 45% .
Бензиновый двигатель, дизельный двигатель, двухтактный двигатель, четырехтактный двигатель, двигатель CI и двигатель SI являются примерами двигателей внутреннего сгорания.
Двигатели внутреннего сгорания чаще всего используются в мотоциклах, автобусах, фургонах, грузовиках, тракторах, гибридных автомобилях и генераторах.
Работа двигателя внутреннего сгорания
В двигателе внутреннего сгорания сгорание топлива происходит внутри двигателя. В процессе сгорания двигатель преобразует тепловую энергию топлива во вращательное движение. Двигатель внутреннего сгорания имеет коленчатый вал, распределительный вал, возвратно-поступательный поршень и неподвижный цилиндр. Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом:
- Ход всасывания: Прежде всего, двигатель всасывает воздух из окружающей среды в цилиндр сжатия.
- Такт сжатия: После такта всасывания возвратно-поступательный поршень внутри цилиндра сжатия сжимает давление воздуха и температуру. Поршень сжимает воздух до такой высокой температуры, что когда топливный насос впрыскивает топливо и смешивает топливо со сжатым воздухом, воздушно-топливная смесь воспламеняется и генерирует мощность.
- Расширение/рабочий ход: Расширение начинается после процесса сгорания. В этом такте сгорающая воздушно-топливная смесь проходит через расширительный клапан, который расширяет смесь. Когда воздушно-топливная смесь расширяется, она заставляет поршень двигаться вверх и вниз. Движение поршня приводит в движение коленчатый вал, который далее приводит в движение колеса автомобиля.
- Такт выпуска: В этом такте выхлопные газы выбрасываются из цилиндра двигателя. Когда отработавшие газы удаляются, вводится новый воздух, и весь цикл повторяется.
youtube.com/embed/vIJ50aUiBgM?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share» allowfullscreen=»»>
Типы двигателей внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания бывают следующих основных типов:
- По количеству тактов
- Двухтактный двигатель
- Четырехтактный двигатель
- Пятитактный двигатель
- Шеститактный двигатель
- Используемое топливо
- Бензиновый двигатель
- Дизельный двигатель
- Двухтопливный двигатель
- Характер рабочего цикла 9004 4
- Цикл Отто
- Цикл Дизеля
- Двойной цикл
- Двигатель с воздушным охлаждением
- Двигатель с водяным охлаждением
- Поршневой двигатель
- Двигатель Ванкеля
- Авиационный двигатель
- Портативный двигатель
- Автомобильный двигатель
- Стационарный двигатель
- Сжатие — Двигатель с зажиганием
- Двигатель с искровым зажиганием
- Двигатель W
- Горизонтальный двигатель
- Двигатель с оппозитным поршнем
- Двигатель X
- Рядный двигатель
- Вертикальный двигатель
- V-образный двигатель
- Радиальный двигатель
1) В зависимости от системы зажигания
Двигатели внутреннего сгорания бывают следующих двух типов в зависимости от системы зажигания:
1) Двигатель с искровым зажиганием (SI)
Двигатель с искровым зажиганием является одним из наиболее распространенных типов двигателей внутреннего сгорания. Эти двигатели также известны как бензиновые двигатели или бензиновые двигатели.
Работа механизма SI сильно отличается от механизма CI. Этот двигатель содержит карбюратор, свечу зажигания, впрыск топлива, впускной и выпускной клапаны, возвратно-поступательный поршень, шатун и коленчатый вал.
В двигателе SI сначала карбюратор смешивает воздух и топливо, а затем направляет эту смесь в цилиндр сжатия. Поршень сжимает топливовоздушную смесь и увеличивает температуру смеси.
Когда поршень сжимает смесь до нужной температуры и давления, свеча зажигания генерирует искру и воспламеняет смесь. Во время рабочего такта расширение сгораемой смеси выталкивает поршень наружу и вырабатывает энергию для движения автомобиля.
2) Двигатель с воспламенением от сжатия (CI)
Двигатель, в котором сгорание топливовоздушной смеси происходит за счет высокого сжатия воздуха, известен как двигатель с воспламенением от сжатия (CI). Двигатель CI не требует свечи зажигания и карбюратора.
В этом двигателе внутреннего сгорания воздух всасывается в камеру сжатия, а затем поршень сжимает его до нужного уровня. После сжатия топливная форсунка впрыскивает топливо внутрь камеры сгорания. Когда топливо соприкасается с сильно сжатым воздухом, оно само воспламеняется из-за высокой температуры сжатого воздуха и вырабатывает энергию.
2) Типы по рабочему циклу
Двигатели внутреннего сгорания бывают следующих типов по рабочему циклу:
1) Двигатель с циклом Отто
Двигатель, работающий по циклу Отто, называется двигатель цикла Отто. Цикл Отто чаще всего используется в бензиновых двигателях или двигателях SI. Этот цикл завершает силовой цикл за четыре такта поршня. Диаграмма PV и TS цикла Отто
В этом цикле объем топливовоздушной смеси не изменяется в такте сжатия и выпуска, а энтальпия остается постоянной в течение впускной и рабочий ходы. Эти двигатели менее мощные, чем дизельный двигатель.
Читайте также: Работа цикла Отто
2) Двигатель дизельного цикла
Двигатель, работающий по дизельному циклу, известен как дизельный двигатель. Дизельные двигатели чаще всего используются в тяжелых транспортных средствах, таких как автобусы, фургоны, морские суда и тракторы.
В дизельном цикле рабочий ход происходит при постоянном давлении. Он имеет меньшую эффективность, чем цикл Отто при той же степени сжатия. Эффективность дизельного цикла увеличивается за счет снижения отсечки. Однако он имеет большую степень сжатия, чем цикл Отто.
Читайте также: Работа дизельного цикла
3) Двухтактный двигатель
Комбинация дизельного цикла и обратного цикла называется двойным циклом. Этому двигателю требуется больше топлива для сгорания. Для него требуется очень небольшая площадь установки, чем для дизельного двигателя.
Двигатель с двойным циклом завершает цикл мощности, состоящий из следующих этапов:
- Изэнтропическое сжатие (от 1 до 2): В этом процессе поршень двигателя сжимает газ с постоянной энтальпией.
В ходе этого процесса давление и температура газа увеличиваются, а объем уменьшается.
- Изохорное сжатие (фаза воспламенения): Линии 2–3 на приведенном выше графике представляют этот процесс. Во время этой фазы поршень дополнительно сжимает газ до постоянного объема. Когда сжатие газа достигает определенного уровня, он воспламеняется и вырабатывает энергию. В ходе этого процесса давление, температура и энтальпия увеличиваются, а объем остается постоянным.
- Изобарическое расширение (рабочий ход): Линии 3–4 представляют эту фазу. На этом этапе воспламенение газа генерирует энергию, которая используется для перемещения поршня. На этом этапе давление газа остается постоянным, а температура, объем и энтальпия увеличиваются.
- Изэнтропическое расширение (рабочий ход): Линии с 4 по 5 представляют эту фазу. На этом этапе сгоревший газ проходит через расширительный клапан, расширяется и воздействует на поршень.
Эта сила газа помогает поршню двигаться вперед и назад. Движение поршня приводит во вращение коленчатый вал, который дополнительно вращает колесо автомобиля. При этом энтальпия остается постоянной.
- Такт выхлопа : Строки с 5 по 1 представляют этот процесс. На этом этапе отработанные газы выбрасываются из камеры сгорания в окружающую среду.
3) Типы по расположению цилиндров
1) Оппозитный двигатель
Цилиндры этого двигателя расположены двумя группами с каждой стороны одного коленчатого вала. Это означает, что оба цилиндра соединяются с одним и тем же коленчатым валом. Горизонтально-оппозитный двигатель внутреннего сгорания также известен как оппозитный двигатель или плоский двигатель.
2) Двигатель с вертикальным цилиндром
В вертикальном двигателе поршень движется вертикально внутри цилиндра сжатия. Этот поршень движется вверх и вниз в цилиндре, а коленчатый вал устанавливается под цилиндром.
3) V-образный двигатель
В V-образных двигателях цилиндры расположены диагонально. Эти цилиндры устанавливаются таким образом, что образуют «V-образную форму». Угол между цилиндрами расходится от 60 градусов до 90 градусов.
В этой конструкции двигателя внутреннего сгорания обычно используется четное число цилиндров. Эти типы двигателей внутреннего сгорания чаще всего используются на дорогих автомобилях и спортивных мотоциклах высокого класса.
4) Радиальный двигатель
Радиальный двигатель представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания. Этот двигатель имеет почти аналогичную конструкцию с «колесом и спицами», где цилиндр находится за пределами центрального картера. Он также известен как «звездный двигатель» из-за своей формы звезды.
5) Рядный двигатель
Цилиндры этого двигателя устанавливаются по прямой линии. Поэтому он также известен как «прямой двигатель». Количество цилиндров рядного двигателя зависит от конструкции и требований. Этот двигатель может иметь от двух до восьми цилиндров. Это обычный двигатель. Поэтому он имеет простую конструкцию.
6) Двигатель X
Когда коленчатый вал соединяет два V-образных двигателя, образуется двигатель X. Двигатель X состоит из двух V-образных двигателей. Эти двигатели имеют историческое значение, поскольку они использовались в самолетах во время Второй мировой войны.
7) Двигатель с оппозитными поршнями
Этот тип двигателя имеет пары поршней. Эти поршни соосны и имеют общий цилиндр сжатия. У него нет головки блока цилиндров. Этот цилиндр содержит поршни на обоих концах.
8) Двигатель W
Как и двигатель V, двигатель W имеет аналогичное название. Другими словами, если смотреть на двигатель спереди, он выглядит как буква W. В этом типе двигателя используется несколько рядов цилиндров (обычно 3 или 4) на одном коленчатом валу.
4) По типу используемого топлива
Двигатели внутреннего сгорания бывают следующих типов в зависимости от типа используемого топлива:
1) Бензиновый двигатель бензин известен как бензиновый двигатель. Бензиновый двигатель использует смесь воздуха и топлива.
Этот двигатель всасывает воздух из атмосферы, смешивает его с топливом и сжимает. Когда сжатие завершается, свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь и вырабатывает мощность. Эти двигатели имеют более низкую стоимость, чем дизельные двигатели. Однако они потребляют больше топлива, чем дизельные двигатели.
Читайте также: Работа и типы бензиновых двигателей
2) Дизельный двигатель
Двигатель, который вырабатывает энергию за счет сгорания дизельного топлива, известен как дизельный двигатель. Этот двигатель только сжимает воздух для выработки энергии. Для зажигания не нужна свеча зажигания. В этом двигателе сгорание топлива происходит за счет высокого сжатия воздуха.
Эти двигатели потребляют меньше топлива, чем бензиновые двигатели. Однако они дороже.
Подробнее: Работа дизельного двигателя и типы
3) Двухтопливный двигатель
Этот двигатель внутреннего сгорания является последней версией двигателя Отто. Он может работать как на бензине, так и на природном газе. Это означает, что этот двигатель имеет двухтопливную систему (бензиновую и газовую).
5) Типы по числу ходов
1) Двухтактный двигатель внутреннего сгорания
Двухтактный двигатель завершает рабочий цикл всего за два хода поршня. Этот двигатель использует только один оборот коленчатого вала для завершения рабочего цикла. Он набирает мощность быстрее, чем четырехтактный двигатель.
Читайте также: Работа двухтактного двигателя
2) Четырехтактный двигатель
Четырехтактный двигатель завершает рабочий цикл после двух оборотов коленчатого вала футов или четыре хода поршня . Эти двигатели имеют высокий КПД, но меньшую мощность, чем двухтактные двигатели. Четырехтактные двигатели чаще всего используются в грузовиках, автобусах, фургонах, тракторах и многих других транспортных средствах большой грузоподъемности.
Читайте также: Работа четырехтактного двигателя
3) Пятитактного двигателя
произошло расширение такта выпуска.
В 1906 году эта концепция была включена в автомобили EHV. В 21 веке Ilmor удалось разработать и испытать 5-тактный двигатель внутреннего сгорания с двойным расширением, низким SFC (удельным расходом топлива) и высокой производительностью.
4) Шеститактный двигатель
Двигатель, который завершает рабочий цикл после трех оборотов коленчатого вала, называется шеститактным двигателем. 6-тактный двигатель был изобретен в 1883 году.
Все четыре типа 6-тактных двигателей имеют обычные цилиндры (6-тактный Кроуэр, 6-тактный Велозета, 6-тактный Баюлаз и 6-тактный Гриффин) с обычными поршнями и делают три оборота коленчатого вала на каждый такт.
6) Согласно конструкции двигателя
1) Поршневой двигатель
Поршневой двигатель имеет поршень, который перемещается внутри цилиндра двигателя. Этот поршень совершает возвратно-поступательное движение.
При сгорании топливно-воздушной смеси в двигателе выделяется большое количество тепловой энергии. Эта произведенная тепловая энергия заставляет поршень совершать возвратно-поступательные движения внутри цилиндра.
При движении поршень передает это движение коленчатому валу, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное и приводит в движение колеса автомобиля.
2) Роторный двигатель
Основная статья: Роторный двигатель Ванкеля
В этом двигателе внутреннего сгорания вместо поршня используется ротор. Поскольку при сгорании топлива вырабатывается энергия, она воздействует на ротор, дополнительно приводя в движение колеса. Двигатели Ванкеля не используются в автомобилях, потому что они потребляют больше топлива, чем поршневые двигатели. Эти двигатели также имеют высокий уровень выбросов.
7) По Охлаждению
В зависимости от системы охлаждения двигатели внутреннего сгорания бывают следующих типов:
1) Двигатель с воздушным охлаждением
Двигатель, в котором для охлаждения двигателя используется воздух, называется двигателем с воздушным охлаждением.
2) Двигатель с водяным охлаждением
Двигатель, в котором для охлаждения используется вода, называется двигателем с водяным охлаждением.
Части двигателя внутреннего сгорания e
Детали двигателя внутреннего сгорания приведены ниже:
- Цилиндр
- Головка цилиндра
- Поршень
- Поршневые кольца
- Клапаны
- Шатун
- Коленчатый вал
- Маховик
9 0045 Картер
1) Цилиндр
- Цилиндр один основных деталей двигателя внутреннего сгорания
- Изготавливается с использованием стальных сплавов или алюминиевых сплавов.
- Внутри цилиндра поршень движется вперед и назад для передачи энергии.
- Это повысит давление и температуру внутри цилиндра двигателя.
2) Головка цилиндра
- Крепится к верхней части цилиндра двигателя.
- Изготовлены из стальных или алюминиевых сплавов.
- Изготавливается методом литья.
- Медная или асбестовая прокладка подается к цилиндру, а затем к головке цилиндра для обеспечения герметичности
3) Поршень
- Поршень является одной из важнейших частей двигателя.
- Чаще всего изготавливается из алюминиевых сплавов.
- Важной функцией поршня является передача мощности, создаваемой сгораемой топливно-воздушной смесью, на коленчатый вал.
Подробнее: Работа и конструкция поршня
4) Поршневые кольца
- типичный стальной сплав.
- Поршневое кольцо обращено к канавкам по окружности поршня.
- Поставляются 2 комплекта уплотнительных колец, где верхнее уплотнительное кольцо препятствует утечке продуктов сгорания в нижнюю часть, а нижнее уплотнительное кольцо предотвращает утечку масла в цилиндр двигателя.
- Сохраняет эластичность даже при высоких температурах.
- Сальник поршня оснащен герметичным уплотнением.
5) Клапаны
- Клапаны относятся к наиболее важным компонентам двигателя внутреннего сгорания.
- Двигатель имеет два клапана (впускной клапан и выпускной клапан).
- Эти клапаны устанавливаются на головку блока цилиндров.
- Впускные клапаны используются для подачи свежей смеси в цилиндр.
- Выпускной (EGR) клапан цилиндра используется для выпуска отработавших газов из цилиндра двигателя.
Читайте также: Работа клапана EGR
6) Шатун
- Коленчатый вал обеспечивает соединение между поршнем и коленчатым валом.
- Функция шатуна заключается в передаче мощности от поршня к коленчатому валу.
- Преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное и передает это вращательное движение на коленчатый вал.
7) Коленчатый вал
- Изготавливается из специального стального сплава.
- Основная функция коленчатого вала – воспринимать движение поршня и передавать это движение маховику. Кроме того, маховик использует это вращательное движение для поворота колеса транспортного средства.
8) Картер
- Картер изготовлен из чугуна.
- Используется для управления движением впускных и выпускных клапанов. Он отвечает за правильное открытие и закрытие впускного клапана и правильную подачу свежей воздушно-топливной смеси. 99) Маховик скорость.
- Аккумулирует дополнительную энергию во время накопления энергии и обеспечивает дополнительную энергию во время такта сжатия.
- Принимает вращательное движение от коленчатого вала и поворачивает колесо автомобиля.
10) Карбюратор
- Всасывает свежий воздух из окружающей среды и смешивает его с топливом.
- Карбюратор отвечает за правильную подачу топливно-воздушной смеси в цилиндр двигателя.
Применение двигателей внутреннего сгорания
- Автомобили: Двигатели внутреннего сгорания чаще всего используются для приведения в действие различных транспортных средств, таких как мотоциклы, автобусы, грузовики и автомобили.
- Рекреационные: Двигатели внутреннего сгорания используются в гидроциклах, снегоходах и других транспортных средствах для отдыха.
- Морской: Эти типы двигателей используются для приведения в действие подводных лодок, кораблей и лодок.
- Промышленность: Двигатели внутреннего сгорания используются для работы компрессоров, насосов и другого оборудования в промышленности.
- Сельское хозяйство: Двигатели внутреннего сгорания используются для привода комбайнов, тракторов и другой сельскохозяйственной техники.
- Производство электроэнергии: Двигатели внутреннего сгорания чаще всего используются в генераторах для выработки электроэнергии.
- Конструкция: Используются для привода различных экскаваторов, бульдозеров и других тяжелых машин.
- Газон и сад: Эти двигатели приводят в действие бензопилы, газонокосилки и другую садовую технику.
- Самолет: Двигатели внутреннего сгорания используются для запуска небольших самолетов, дронов и вертолетов.
- Небольшие транспортные средства: Они приводят в движение внедорожные велосипеды, мотороллеры и другие небольшие транспортные средства.
Преимущества и недостатки двигателей внутреннего сгорания
Преимущества двигателей внутреннего сгорания
- Эти двигатели имеют меньший вес, чем двигатели ЕС.
- Имеют небольшой размер.
- Они начинаются очень быстро.
- Их стоимость ниже, чем у двигателей внешнего сгорания.
- Двигатели внутреннего сгорания просты и безопасны в использовании.
- Двигатели внутреннего сгорания компактны и легко транспортируются. Особенности портативности этих двигателей делают их идеальными для использования в транспортных средствах и оборудовании, которым необходимо передвигаться.
- Они могут использовать различные виды топлива, такие как биотопливо, бензин, дизельное топливо и природный газ.
Недостатки двигателей внутреннего сгорания
- Топливо (например, бензин или дизельное топливо), используемое для двигателей внутреннего сгорания, имеет высокую стоимость.
- У них более высокий уровень выбросов, чем у двигателей EC.
- Они не идеальны для производства больших мощностей.
- Этот тип двигателя требует регулярного технического обслуживания, такого как замена масла, замена фильтров, замена топлива и другое техническое обслуживание.
- Для эффективной работы им требуется надлежащее охлаждение и смазка.
- Двигатели внутреннего сгорания имеют низкий КПД, только от 20% до 30% энергии топлива преобразуется в полезную работу. Оставшаяся энергия теряется в виде тепла.
- Двигатель внутреннего сгорания представляет собой сложную машину, которая содержит несколько вращающихся частей и требует высокой точности проектирования, что может сделать их производство и обслуживание более дорогими, чем другие типы двигателей.
Двигатель внутреннего сгорания по сравнению с паровым двигателем
Основное различие между двигателем внутреннего сгорания и паровым двигателем приведено ниже:
Двигатель внутреннего сгорания | Паровой двигатель |
---|---|
В двигателе внутреннего сгорания сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя. | В паре сгорание топлива происходит вне двигателя.![]() |
Обладает высокой рабочей температурой и давлением внутри цилиндра. | Имеет низкую рабочую температуру и давление внутри баллона. |
Не требует дополнительного источника энергии для горения. | Для горения требуется дополнительный источник энергии. |
Этот двигатель имеет КПД от 35% до 40%. | Эффективность от 15% до 20%. |
Запускается немедленно. | Паровой двигатель не может быстро запуститься. Это требует некоторого времени. |
Обладает высокой тепловой эффективностью. | Имеет низкую тепловую эффективность. |
Двигатель внутреннего сгорания имеет небольшой вес. | Паровой двигатель имеет большой вес. |
Часто задаваемые вопросы Раздел
Что такое двигатель внутреннего сгорания?
Двигатель, в котором процесс сгорания топлива происходит в цилиндре двигателя, известен как двигатель внутреннего сгорания.
Каково назначение двигателя внутреннего сгорания?
Основным назначением двигателя внутреннего сгорания является преобразование химической энергии топлива в механическую энергию (т. е. вращательное движение) и приведение в движение транспортного средства.
Почему его называют двигателем внутреннего сгорания?
В двигателе внутреннего сгорания рабочее топливо сгорает внутри двигателя. Поэтому он известен как двигатель внутреннего сгорания. Нет необходимости во внешнем источнике тепла для воспламенения топлива.
Какие примеры двигателей внутреннего сгорания?
Бензиновый двигатель, дизельный двигатель, двигатель Ванкеля, двухтактный двигатель, четырехтактный двигатель, двигатель с водяным охлаждением, двигатель с воздушным охлаждением, двигатели CI и SI являются наиболее распространенными примерами двигателей внутреннего сгорания (IC).
Кто изобрел двигатель внутреннего сгорания?
Американец Джордж Брайтон разработал первый коммерческий двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе в 1872 году. Николаус Отто, работая с Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом, разработал четырехтактный двигатель со сжатым зарядом в 1876 году.
Какие бывают типы двигателей? ДВС?
Двигатель внутреннего сгорания бывает следующих основных типов:
- Бензиновый двигатель
- Дизельный двигатель
- Двигатель Ванкеля
- Поршневой двигатель
- Двигатель SI
- Двигатель CI
- Двигатель с циклом Отто
- Двигатель с дизельным циклом
- Двигатель с двойным циклом
- Двигатель с воздушным охлаждением
- Двигатель с водяным охлаждением
- Двухтактный двигатель
- Четырехтактный ход Двигатель
- Пятитактный Двигатель
- Шеститактный -ходовой двигатель
- Вертикальный цилиндрический двигатель
- V-образный двигатель
- Радиальный двигатель
- Рядный двигатель
- Двигатель X
- Двигатель W
Читайте также
- Различные типы двигателей
- Различные типы поршневых двигателей
- Работа и типы двигателей внешнего сгорания
- Работа двигателя Стирлинга и типы
- Работа двигателя Ванкеля
- Работа и типы бензиновых двигателей
- Типы дизельных двигателей Двигатели
- Как заменить моторное масло
Учебные ресурсы для двигателей внутреннего сгорания
Эта серия видеороликов была первоначально создана во время протоколов инструкций COVID для облегчения гибридного обучения в Университете Кентукки, Департамент биосистем и сельскохозяйственной инженерии Принципы двигателей внутреннего сгорания курс. 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.
Предлагаемая 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 собой 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. Термодинамические принципы 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 исследуются 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.