0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель внутреннего сгорания как работает схема

Двигатель внутреннего сгорания как работает схема

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называется такой поршневой тепловой двигатель, в котором тепловая энергия, возникающая в цилиндрах при сгорании горючей смеси, преобразуется в механическую за счет воздействия на поршни газообразных продуктов сгорания, обладающих высоким давлением и температурой (до 2400° С и 8 МПа). При этом поршни, перемещаясь под давлением продуктов сгорания, приводят во вращение через кривошипно-шатунный механизм коленчатый вал двигателя, а от него — трансмиссию машины.

Принципиальная схема ДВС представлена на рис. 6.1. Из нее видно, что поршень может перемещаться в цилиндре из крайнего верхнего положения, или верхней мертвой точки (ВМТ), в крайнее нижнее положение, или до нижней мертвой точки (НМТ), на расстояние, соответствующее ходу поршня.

От НМТ поршень может перемещаться только вверх до ВМТ. Таким образом, двойной ход поршня (вниз и вверх) соответствует полному обороту вала. Значит, если обеспечить своевременное попадание в цилиндр горючей смеси, ее сжатие и сгорание, а затем удаление продуктов сгорания и новое заполнение цилиндра горючей смесью, можно добиться постоянного вращения коленчатого вала двигателя. На этом основана работа ДВС. А сама совокупность повторяющихся в определенной последовательности процессов впуска горючей смеси, ее сжатия, сгорания с последующим расширением и выпуска продуктов сгорания в атмосферу носит название рабочего цикла ДВС. Часть рабочего цикла, соответствующая перемещению поршня из одного крайнего положения в другое, называется тактом.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Если полный рабочий цикл ДВС совершается за четыре такта (4 хода поршня), т. е. за два полных обо рота коленчатого вала, то такой двигатель называется четырехтактным; если же рабочий цикл состоит из двух тактов (2 хода поршня), то двигатель считается двухтактным. На рис. 6.1 видно, что полость цилиндра сообщается с внешней средой с помощью двух отверстий, закрываемых клапанами или другим образом. Одно из отверстий является впускным и предназначено для впуска горючей смеси или воздуха, другое — выпускным и служит для выпуска продуктов сгорания. Впускное и выпускное отверстия могут либо полностью перекрываться, либо закрываться попеременно.

Когда поршень занимает крайнее верхнее положение, над ним остается свободное пространство объемом Ус, которое является так называемой камерой сгорания. При перемещении поршня в НМТ в цилиндре освобождается объем Ур, называемый рабочим, который вместе с объемом камеры сгорания Vc образует полный объем цилиндра: V„= Ус+ Vp. Таким образом, поршень, перемещаясь в обратном направлении от НМТ до ВМТ, изменяет объем цилиндра с V„ до VQ, т. е. многократно сжимает газообразные вещества. Поэтому отношение полного объема цилиндра V„ к объему камеры сгорания VQ показывает так называемую степень сжатия в цилиндре е= Vn/Vc, т. е. величину сжатия горючей смеси в момент ее воспламенения. Эта величина зависит от конструкции ДВС. Так, у дизельных двигателей она достигает величины 14…22, а у карбюраторных 6… 10. Когда рабочий объем одного цилиндра Vp умножается на их число, получается рабочий объем двигателя Ул.

Рис. 6.1. Принципиальная схема ДВС

В зависимости от вида применяемого топлива ДВС могут быть дизельными (используется дизельное топливо) и карбюраторными (топливом являются бензин, газ). На автогрейдерах основными двигателями являются многоцилиндровые четырехтактные дизельные двигатели, в качестве пусковых на них используются одноцилиндровые двухтактные бензиновые двигатели. В общем, принципы работы дизельных и карбюраторных двигателей подобны. Основное отличие состоит в том, что в карбюраторных двигателях для воспламенения рабочей смеси (смеси паров топлива, воздуха, остаточных газов) в цилиндрах используется специальная электрическая система зажигания, а на дизельных двигателях — воспламенение топлива, впрыскиваемого под высоким давлением в камеру сгорания, происходит от высокой температуры воздуха, превышающей температуру вспышки смеси топлива и воздуха, сжатого в камере сгорания поршнем. Кроме того, в дизельных двигателях вначале цилиндры наполняются воздухом, а не горючей смесью (смесь мелкораспыленного жидкого или газообразного топлива с воздухом), как у карбюраторных, и сжимается воздух, а не горючая смесь (поэтому-то степень сжатия, температура и давление в цилиндрах у дизельных двигателей выше, чем у карбюраторных). В связи с этим для дизельных двигателей требуется специальная система впрыска топлива под давлением, в то время как у карбюраторных двигателей горючая смесь поступает за счет разрежения, создаваемого поршнями.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя. Первый такт — впуск воздуха (рис. 6.2, а) производится при движении поршня от ВМТ до НМТ за счет создаваемого в цилиндре разрежения через открытый впускной клапан, который открывается с опережением до прихода поршня в ВМТ и закрывается с запаздыванием после достижения поршнем НМТ.

Рис. 6.2. Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя: а — первый такт — впуск воздуха; 6 — второй такт — сжатие воздуха; в — третий такт — рабочий ход; 4— четвертый такт — выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — впускной клапан; 5 — форсунка; 6 — выпускной клапан; 7 — цилиндр

Второй такт — сжатие воздуха (рис. 6.2,6) происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ при закрытых впускном и выпускном клапанах. В конце сжатия давление воздуха достигает 3…4 МПа при температуре выше 500° С. В момент, когда поршень несколько не доходит до ВМТ, с помощью форсунки производится впрыск топлива под давлением 20…40 МПа. В нагретом воздухе распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает.

Третий такт — рабочий ход (рис. 6.2,в) происходит при заканчивающемся сгорании топлива и расширении продуктов сгорания, сопровождающемся перемещением поршня от ВМТ к НМТ. С целью лучшей последующей очистки полости цилиндра от отработавших газов выпускной клапан открывается до момента подхода поршня в НМТ.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис. 6.2, г) производится при движении поршня от НМТ к ВМТ, когда выпускной клапан открыт. После этого рабочий цикл двигателя повторяется.

Принцип работы двухтактного карбюраторного двигателя. В отличие от дизельного двигателя для образования горючей смеси в нем использован карбюратор, а система зажигания со свечой, вставленной в головку цилиндра, служит для зажигания горючей смеси (рис. 6.3). В отличие от четырехтактного карбюраторного двигателя в двухтактном двигателе с кривошип- но-камерной продувкой отсутствуют клапаны, а впускное и выпускное отверстия перекрываются самим поршнем. Кроме того, имеется продувочное отверстие и для подачи горючей смеси от карбюратора в цилиндр используется герметичный картер двигателя.

В одном такте двухтактного двигателя сосредоточены не один, а два описанных выше процесса.

Первый такт — рабочий ход поршня (рис. 6.3, а, б) начинается, когда поршень, перекрыв выпускное и продувочное отверстия и открыв впускное отверстие, подходит к ВМТ. Тогда срабатывает свеча, искра от которой воспламеняет сжатую рабочую смесь, в камере сгорания резко повышается температура и давление (до 2,5 МПа). Поршень, под давлением перемещаясь вниз, сначала закрывает впускное отверстие и начинает сжимать рабочую смесь в картере 8 двигателя, а затем открывает выпускное отверстие 2 и продувочное, через которые под давлением (0,1 МПа) рабочей смеси из картера производится удаление отработавших газов и продувка рабочей полости цилиндра. При этом отражатель, установленный на головке поршня, направляет рабочую смесь по всей полости цилиндра, способствуя его очистке от продуктов сгорания. Когда поршень достигает НМТ, начинается его движение вверх.

Рис. 6.3. Принцип работы двухтактного карбюраторного двигателя: а — начало рабочего хода поршня; б—конец рабочего хода поршня; 1 — впускное отверстие; 2 — выпускное отверстие; 3 — шатун; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 — свеча; 7 — продувочное отверстие; 8 — картер; 9—коленчатый вал; 10—карбюратор

Второй такт — сжатие рабочей смеси начинается с продолжающегося удаления отработавших газов и впуска в надпоршневое пространство рабочей смеси. По мере движения поршня вверх сначала перекрывается продувочное отверстие, а затем и выпускное, после чего рабочая смесь сжимается в течение всего движения поршня до ВМТ. В тот момент, когда нижний край поршня открывает впускное отверстие, начинается впуск горючей смеси в полость картера (в подпоршневое пространство). Затем рабочий цикл повторяется.

Принцип и особенности работы поршневых ДВС определили наличие у них следующих основных механизмов и систем: кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня под воздействием давления газов во вращательное движение коленчатого вала; механизм газораспределения, предназначенный для своевременного наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом и выпуска отработавших газов в атмосферу; система смазки, предназначенная для очистки и подачи к трущимся сопряженным поверхностям двигателя необходимого для смазки и охлаждения этих поверхностей количества масла; система охлаждения, служащая для охлаждения всех нагреваемых деталей двигателя путем отвода от них тепла; система питания, предназначенная для подачи в цилиндры дозированного количества топлива или горючей смеси в распыленном состоянии; система зажигания (у карбюраторных двигателей), служащая для принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах; система пуска, предназначенная для быстрого и уверенного запуска двигателя при любых температурных условиях.

Читать еще:  Блок управления двигателем чем отличается

Работу ДВС характеризует такой параметр, как эффективная мощность N3, являющаяся мощностью, снимаемой с коленчатого вала двигателя для производства полезной работы. Мощность указана в паспорте на двигатель. Кроме того, в паспорте дается и регуляторная характеристика двигателя, т. е. зависимости мощности и крутящего момента на валу двигателя от частоты его вращения.

Все о двигателе внутреннего сгорания: принцип работы, виды ДВС, устройство

Двигатель — это сердце каждого автомобиля. Тем не менее перед тем как превратиться в сверхсовременное устройство, работающее на принципе внутреннего сгорания, ему пришлось претерпеть немало изменений.

История создания ДВС

Начать нужно с XVIII века. Именно тогда предпринимаются первые попытки создать двигатель, работающий благодаря внутреннему сгоранию. Стоит сказать, что в то время над процессом преобразования топливной энергии в механическую работало множество учёных.

Несмотря на видимый ажиотаж пальму первенства получили браться из Франции со звучной фамилией Ньепс. Именно они придумали пирэолофор. В качестве топлива использовалась обычная угольная пыль. Устройство имело крайне малый КПД. Мало того, оно скорее считается амбициозным проектом, нежели реально действующим прототипом.

Тем не менее первая действующая концепция двигателя на базе процесса внутреннего сгорания принадлежит именно вышеупомянутым братьям. Коммерческий же успех принадлежит совсем другому человеку. Бельгийцу Этьену Ленуар. Именно он в 1858 придумал и создал ДВС.

В двигателе, осуществляющем процесс внутреннего сгорания, в качестве топлива применялся угольный газ. Казалось, новая эпоха, давшая небывалый толчок автомобилестроению, началась, но не тут-то было. Учёный забыл учесть потребность деталей в смазке. Как результат устройство работало очень недолго. Нормальной системы охлаждения тоже не было.

К счастью, учёный не остановился на достигнутом. На доработку и усовершенствование двигателя, работающего за счёт внутреннего сгорания, понадобилось 15 лет. Но труд окупил себя. В 1863 году Ленуар презентует ДВС с недостающими ранее системами. В качестве топлива уже используется керосин.

Устройство не отличалось крайней совершенностью. Но на этом история создания двигателя, работающего за счёт внутреннего сгорания, не закончилась. Главная проблема крылась в слишком быстром перегреве. К тому же смазка и топливо использовались крайне неэффективно. Тем не менее уже тогда ДВС применялись на трёхколёсных авто.

Один год понадобился мировым учёным, чтобы Зигфрид Маркус создал свой вариант двигателя, работающего от внутреннего сгорания определённых веществ. В ДВС 1864 года впервые использовалась нефть.

Транспортное средство с двигателем Маркуса, работающим от внутреннего сгорания нефтепродуктов, могло развивать скорость до 10 миль в час. В то время это был настоящий прорыв.

Дальше было ещё немало учёных, пытающихся создать действительно эффективный двигатель, работающий благодаря внутреннему сгоранию. Но первое технически правильное и эффективное устройство было создано. Николасом Отто. Оно эффективно преобразовывало энергию топлива и имело весьма неплохой для своих параметров КПД,

После открытия Отто эволюция ДВС начала распространяться как снежный ком. В 83 Деламар создаёт чертёж двигателя внутреннего сгорания, работающего на газу. Вот только проект так и не смогли тогда воплотить в жизнь.

Спустя три года на весь мир гремит громкое имя Готтлиб Даймлер. Именно ему принадлежит авторство первого, работающего двигателя за счёт внутреннего сгорания газа. Цилиндры и карбюратор располагались в конструкции вертикально, что дало неплохой прирост производительности. Мало того, машины, оснащённые данными устройствами, смогли развивать приличную по тем временам скорость.

Ещё одно громкое имя того времени — Карл Бенц. Он первый создал предприятие, делающее автомобили. В 1903 предприятия Бенца и Даймлера объединяются. Новая эра в автомобилестроении начинается.

В этом же году своё легендарное предприятие основывает Генри Форд, чтобы спустя 5 лет выпустить первый серийный автомобиль и перевернуть мир. Заводы этого великого предпринимателя расползлись по миру моментально. Даже в Советском Союзе они были.

ДВС — устройство, принцип работы, характеристики

Ключевым элементом двигателя, работающего за счёт внутреннего сгорания нефтепродуктов, является поршень. По внешнему виду он напоминает пустотелый стакан средних размеров.

Голова поршня смотрит вверх. Юбка или направляющая часть имеет неглубокие канавки. В этих отверстиях фиксируются поршневые кольца. Эти элементы обеспечивают герметичность всей системы. Именно в ней при работе моментально сгорает бензиново-воздушная смесь.

Кольца играют роль уплотнителей. Нижнее кольцо является маслосъемным, а верхнее — компрессионным. Именно последнее отвечает за то, чтобы смесь имела высокую степень сжатия.

Принцип работы

Топливная смесь попадает внутрь системы из карбюратора (в некоторых двигателях из инжектора). Сжатие происходит при движении поршнем вверх. За поджигание отвечает свеча.

При вырабатывании газа поршень уходит резко вверх. Как результат тепловая энергия переходит в электрическую. Движение поршня передаётся валу. Данный процесс становится возможным благодаря уникальной конструкции юбки поршня. В ней установлен палец с верхней частью в виде шатуна.

Шарнир фиксируется на кривошипе, последний является частью коленчатого вала. Коленвал вращается за счёт опорных подшипников. Они базируются в картере двигателя, работающего на принципе внутреннего сгорания.

Поршень воздействует на шатун, за счёт этого начинает двигаться коленвал. Энергия движения уходит по направлению к трансмиссии. Лишь пройдя этот перевалочный пункт, она через сложную систему шестерёнок приводит в движение колеса.

У поршня есть две мёртвые точки. Так называются два крайних положения, в которых на долю секунды задерживается элемент. Расстояние между двумя точками называется ходом.

Характеристики

Суммарный объём цилиндров двигателя, работающего за счёт внутреннего сгорания топлива, измеряется в литрах. Важным показателем является степень сжатия. У устройств, функционирующих за счёт карбюратора, данный показатель находится в диапазоне от 6 до 14 СС, для дизеля данный показатель порядка 16—30.

Объём и сила сжатия определяют мощь двигателя, который функционирует за счёт системы внутреннего сгорания топливной жидкости. Совокупность этих параметров также определяет экономичность устройства.

Одноцилиндровые двигатели работают неравномерно. Резко ускоряется ход поршня при взрывном сгорании. Как только, он приближается к НМТ — происходит его замедление. Диск-маховик позволяет частично погасить данную неравномерность. Как результат момент вращение стабилизируется.

Четыре такта

Работу двигателя можно поделить на четыре такта, если он функционирует за счёт внутреннего сгорания топливно-жидкостной смеси. Моторы бывают как двухтактными, так и четырёхтактными. Последние используются гораздо чаще, по крайней мере, на легковых авто.

Поршень четыре раза проходит по цилиндру. Начало такт берёт в верхней точке, а конец движения происходит в нижней. По времени каждый такт занимает равный промежуток. Когда поршень на первом такте двигается вниз, он всасывает внутрь цилиндра смесь.

На первом такте клапан впуска является открытым. В большинстве двигателей таких клапанов несколько. Мало того, их количество и размер влияют на мощность автомобиля. В некоторых моторах, когда водитель давит на газ, срок открытия выпускных клапанов продлевается.

Количество топлива, попадающего в систему, увеличивается. Мощность двигателя, работающего от внутреннего сгорания, в результате растёт. Как результат скорость, с которой движется машина, становится больше.

На втором такте работы двигателя с системой внутреннего сгорания происходит сжатие. Поршень достигает нижней точки, и начинает подниматься. При этом смесь, находящаяся в камере, сжимается. В процессе клапаны полностью закрыты.

Компрессия внутри камеры проверяется посредством специальных приборов. Кстати, этот показатель даёт возможность сделать вывод, насколько износ двигателя велик. При необходимости на основе полученных данных можно провести более подробную диагностику.

На третьем такте поршень начинает движение с верхней точки. Данный такт называется рабочим. Что и не удивительно. Ведь именно благодаря этому этапу начинается движение транспортного средства. Именно здесь подключается система зажигания, и смесь внутри воспламеняется.

Интересно, что при возгорании происходит микровзрыв. Из-за него топливо резко увеличивается в объёмах, и поршень с большой скоростью опускается вниз. Клапаны при этом всё время находятся в закрытом состоянии.

Четвёртый такт является последним. Он завершает проделанную двигателем, функционирующим по схеме внутреннего сгорания, работу. Когда цилиндр достигает нижней точки, клапан открывается и происходит выпуск.

После того, как четвёртый такт подходит к концу, всё возвращается на круги своя. Как результат, снова четыре этапа, и так до тех пор, пока двигатель внутреннего сгорания будет работать.

Читать еще:  Hyundai ix35 дизель сколько масла в двигателе

Не вся энергия, вырабатываемая за 4 такта, используется для того, чтобы сдвинуть транспортное средство с места. Дело в том, что она также нужна для того, чтобы раскрутить маховик. Кстати, именно он за счёт своей инерции вращает вал.

Виды двигателей

Как говорилось выше, автомобильная отрасль постоянно развивается. Неудивительно, что появляются всё новые и новые технологии, позволяющие с большей эффективностью превращать тепловую энергию в механическую. На данный момент можно выделить пять типов двигателей, функционирующих на базе системы внутреннего сгорания:

  • дизельный,
  • роторно-поршневой,
  • газовый,
  • газодизельный,
  • бензиновый.

Каждый из вышеперечисленных видов является яркой иллюстрацией развития автомобильной индустрии. Возьмём, к примеру, дизельный и бензиновый двигатели, которые построены на основе системы внутреннего сгорания топлива.

В бензиновом варианте топливо проходит через специальную систему, чтобы через распределительные форсунки попасть в карбюратор. В некоторых схемах впрыск проводится прямо в выпускной коллектор.

На данный момент карбюраторная схема считается слегка устаревшей. Всё большую популярность набирает инжекторная конструкция, отвечающая за подачу топлива в двигателе с внутренним сгоранием.

Газовые двигатели с системами внутреннего сгорания стали неким ответом обществу на постоянно растущие требования к экономии. К тому же данная технология позволяет защитить окружающую среду от разнообразных выбросов.

Итоги

Двигатели с конструкцией, работающей за счёт внутреннего сгорания топлива, до сих пор самые популярные. Подобная тенденция легко объясняется почти что 150-летней эволюцией. Безусловно, современные электрические аналоги практически ничем от своих конкурентов не отличаются, но кто знает, возможно, очередной технический прорыв снова всё поменяет.

Двигатель внутреннего сгорания как работает схема

Автор: Рябов Сергей, Орлов Алексей. Наставник: Щербинин Александр Николаевич
Город: Москва
Место учебы: ГБОУ СПО Московский строительный техникум

Самый распространенный тип современного двигателя — двигатель внутреннего сгорания. ДВС устанавливают на автомобилях, танках, самолетах, тракторах, моторных лодках и т.д.

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую энергию. По рабочему циклу различают 2-х и 4-х тактные; по способу приготовления горючей смеси-с внешним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии-поршневые дурбинные, реактивные и комбинированные.

Главное достоинство двигателя внутреннего сгорания, обеспечившее ему огромную популярность во всех видах транспорта на долгие годы вперед — это автономность работы. Двигатель способен работать практически в любых условиях в течение очень долго времени. Ресурс современного двигателя без капитального ремонта составляет 150-200 тысяч километров. Высокая энергия топлива обеспечивает расход топлива на уровне

10 литров на 100 км.пройденного пути, что позволяет обходиться без частых дозаправок.В настоящее время усилия ученых и инженеров направлены на создание экологически безопасных, высокоэффективных и надежных двигателей.Совершенствование ДВС связано с проблемой устранения

недостатков характерных для этого типа машинвысокого уровня шума,невозможности непосредственно соединять двигатель с колесамидоксичности отработавших газов, вибрации,значительных потерь теплоты в окружающую среду,потерь на трение в движущихся деталей.

Наш авторский коллектив предлагает новое веяние в двигателестроении. которое связано с существенными конструктивными изменениями в поршневом двигателе внутреннего сгорании.

Конструктивные изменения поршня позволяют за один его ход совершить полный рабочий цикл что дало название нашему двигателю полный цикл за один ход поршня. Топливная смесь (топливо) подаётся в камеру под давлением, выброс отработавших газов осуществляется с помощью глубокого вакуума, который создается в выпускном тракте. Моменты впуска топливной смеси (топлива) и выпуск отработанных газов контролируются электронной системой.

Принцип работы

Перед тем ,как произвести запуск двигателя необходимо включить насосы:

— вакууметрический насос-предназначенный для создания вакуума в выхлопном тракте для освобождения рабочего объема от продуктов сгорания;

— насос избыточного давления-связанный с выпускным трактом. Основное назначение создавать давление воздуха во впускном тракте в пределах 6-20 атмосфер (к Па) в зависимости от вида используемого топлива. После чего включают систему зажигания и систему пуска, за счет проворачивания коленчатого вала происходит воспламенение горючей смеси (карбюратор — от искры, дизель- от сжатия). Открытие впускных и выпускных клапанов происходит электро-магнитным способом. Cигнал для исполнения подают датчики установленные на фланце коленчатого вала в зависимости от нахождения поршня. Удаление отработанных газов производится вакуумом, с дальнейшей передачей их в распределительный и отчистительный узел, с целью предотвращения попадания вредных выбросов в атмосферу.

Наш «Однотактный двигатель внутреннего сгорания» имеет существенные преимущества перед другими Д.В.С.:

— маленький вес, при большей мощности;

— уменьшенный расход топлива на единицу мощности;

Следует отметить, во всех традиционных двигателях мощность механических потерь примерно 55% расходуется на трение поршней и эти потери сокращены приблизительно до 10 %, так как рабочий цикл совершается за одно движение поршня от одной мертвой точки к другой. Оценка доли индикаторной мощности, затраченной на механические потери, производится по величине механического КПД .который представляет отношение эффективной мощности к индикаторной нашего двигателя. Двигатель наш может иметь КПД=0,98 по сравнению с 0,7-0,87

Литровая мощность, оценивающая использование рабочего объёма является технико-экономическим показателем двигателя может доходить до 100 кВт/л сегодня 15-40 кВт/л. Теоретически расход топлива на 100 км, 1 литр. За счет рационального использования выделяемого тепла при сгорании горючей смеси, и строгой дозировки топлива при смесеобразовании на различных режимах его работы, а также электронная система газораспределительного механизма позволяет более плотно очищать рабочий объем от продуктов сгорания в предыдущем цикле. Использование инновационного двигателя в автомобилестроении позволит полностью исключить вредные выбросы получаемые от автомобилей .окружающая среда станет намного чище, расход топлива сократится в разы.

§ 22. Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — очень распространённый вид теплового двигателя. Топливо в нём сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.

Тепловые двигатели такого типа обычно устанавливают на автомобили.

На рисунке 26 показан простейший двигатель внутреннего сгорания в разрезе.

Рис. 26. Двигатель внутреннего сгорания в разрезе

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединённый 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 °С. Давление на поршень при этом резко возрастает.

Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть внутренней энергии газов превращается в механическую энергию.

Рассмотрим более подробно схему работы такого двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мёртвой точки до другой, называют ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырёхтактными.

Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

Рис. 27. Циклы работы двигателя внутреннего сгорания

При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз (рис. 27, а). Объём над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создаётся разрежение. В это время открывается клапан 2 и в цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь (рис. 27, б). В конце второго такта, когда поршень дойдёт до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Двигатель внутреннего сгорания:
а — мотоцикла; б — автомобиля; в — самолета

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз (рис. 27, в). Под действием расширяющихся нагретых газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передаётся шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик продолжает вращаться по инерции и перемещает скреплённый с ним поршень при последующих тактах. Второй и третий такты происходят при закрытых клапанах.

Читать еще:  Высокая температура двигателя ваз 2109

Дизель Рудольф (1858—1913)
Немецкий инженер, создатель двигателя внутреннего сгорания используемого по настоящее время.

В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвёртого такта, когда поршень движется вверх (рис. 27, г). В конце четвёртого такта клапан 2 закрывается.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырёх процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска.

В автомобилях используют чаще всего четырёхцилиндровые двигатели внутреннего сгорания. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочерёдно происходит рабочий ход и коленчатый вал всё время получает энергию от одного из поршней. Имеются и восьмицилиндровые двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолёты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

Принцип работы ДВС современного типа простыми словами

Автор: Дмитрий Сапко

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector