Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Карбюраторный четырехтактный двигатель (рис. 83) имеет кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, системы охлаждения, смазки, питания и зажигания.

В двигателе внутреннего сгорания происходит преобразование тепловой энергии сгорающего топлива в механическую энергию поступательного движения поршня, которое кривошипно-шатун-ным механизмом преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

В кривошипно-шатунный механизм двигателя входят цилиндр с головкой, поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун и коленчатый вал. Цилиндр, изготовленный за одно целое с картером, закрыт снизу поддоном (масляным картером).

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Поршень, представляющий собой металлический стакан, установлен в цилиндре двигателя. Поршневым пальцем поршень шар-нирно соединен с шатуном. Шатун нижней головкой соединен с коленчатым валом, который вращается на коренных шейках в подшипниках, расположенных в картере. На конце коленчатого вала имеется маховик.

Механизм газораспределения обеспечивает своевременное заполнение цилиндров горючей смесью и удаление продуктов его рания. Он состоит из двух клапанов — впускного и выпускного с пружинами и направляющими втулками, толкателей, распределительного вала и распределительных шестерен.

Рис. 82. Схема устройства автомобиля:
а — легкового, 1 — двигатель, 2 — рулевое управление, 3 — кузов, 4 — топливный бак, 5— рессоры, 6 —колеса, 7 — кардан, 8 — передача, 9 — коробка передач, 11 — сцепление, 12 — амортизатор, 13 — рама

Система охлаждения служит для отвода тепла от стенок цилиндра и его головки, сильно нагревающихся от горячих газов при работе двигателя.

Система смазки служит для подачи масла к трущимся деталям двигателя, в результате чего уменьшается трение и износ деталей.

Масло из поддона масляным насосом по трубопроводам и каналам в деталях двигателя подводится к трущимся поверхностям деталей.

Система питания предназначается для приготовления горючей смеси, которая подается в цилиндры двигателя. Смесь приготовляется в приборе — карбюраторе, установленном на двигателе.

Система зажигания служит для воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя. Воспламеняется смесь электрической искрой от свечи зажигания.

При движении поршня вниз открывается впускной клапан и за счет создаваемого разрежения в цилиндр засасывается горючая смесь. При достижении поршнем нижнего положения впускной клапан закрывается. При движении поршня вверх поступившая горючая смесь сжимается. В конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой.

Образующиеся при сгорании горючей смеси газы расширяются и давят на поршень. Поршень под давлением газов, двигаясь вниз, перемещает шатун, который поворачивает коленчатый вал двигателя. При последующем движении поршня вверх открывается выпускной клапан и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Этот процесс непрерывно повторяется, чем и обеспечивается вращение коленчатого вала двигателя. За один полный оборот коленчатого вала поршень делает один ход вниз и один ход вверх.

Изменение направления движения поршня происходит в крайнем верхнем и в крайнем нижнем положениях. Верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (в. м. т.), нижнее — нижней мертвой точкой (н. м. т.).

Рис. 83. Схема устройства четырехтактного карбюраторного двигателя

Ходом поршня называется расстояние, пройденное им от одной мертвой точки до другой мертвой точки.

Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Поступление горючей смеси в цилиндр, ее сжатие, расширение при сгорании и выпуск отработавших газов из цилиндра, т. е. совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре при работе двигателя, называется рабочим циклом.

Рис. 84. Рабочий процесс четырехтактного карбюраторного двигателя:
а — такт впуска, б — такт сжатия, в — рабочий ход, г —такт выпуска

Полный рабочий цикл каждого цилиндра двигателя может совершаться за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, и за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала. Двигатели, работающие по первому циклу, называются четырехтактными, а работающие по второму циклу — двухтактными.

Пространство в цилиндре над поршнем при положении его в в. м. т. называется камерой сгорания.

Объем цилиндра, образующийся при перемещении поршня от в. м. т. до н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра.

Литражом двигателя называется рабочий объем всех его цилиндров.

Полным объемом цилиндра называется сумма рабочего объема и объема камеры сгорания.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается горючая смесь, поступившая в цилиндр, при перемещении поршня от н. м. т. до в. м. т.

Механизм газораспределения двигателя устроен так, что чередование тактов в цилиндре происходит в определенной последовательности.

в первом цилиндре происходит сжатие, в третьем — впуск, в четвертом— выпуск, во втором — рабочий ход.

При третьем полуобороте (540°) коленчатого вала (рис. 86, в) поршни 1 и 4 опускаются, а поршни 2 и 3 поднимаются; при этом в первом цилиндре происходит рабочий ход, в третьем — сжатие, в четвертом — впуск, во втором — выпуск.

Рис. 86. Рабочий процесс четырехцилиндрового карбюраторного двигателя:
полуобороты коленчатого вала: а — первый, б — второй, в — третий, г — четвертый; 1, 2, 3, 4 — поршни

При четвертом полуобороте (720°) коленчатого вала (рис. 86, г) поршни 1 vi 4 поднимаются, а поршни 2 и 3 опускаются; при этом в первом цилиндре происходит выпуск, в третьем — рабочий ход, в четвертом — сжатие, во втором — впуск.

При дальнейшем вращении коленчатого вала рабочие процессы повторяются в той же последовательности.

Кривошипно-шатунный механизм. В кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя входят блок цилиндров, головка блока цилиндров с уплотнительной прокладкой, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал, маховик.

Блок цилиндров отливается из серого чугуна или из алюминиевого сплава.

Рис. 87. Головка блока цилиндров (а) и блок цилиндров с масляным картером (б):
1— головка блока цилиндров, 2 — прокладка крышки головки блока цилиндров, 3 — крышка головки блока цилиндров, 4, 7 — прокладки выпускного трубопровода, 5 — выпускной трубопровод, Ь — прокладка головки блока цилиндров, 8 — блок цилиндров, 9 — втулка передней шейки распределительного вала, 10 — крышка распределительных шестерен, 11 — прокладка крышки распределительных шестерен, 12 — крышки коренных подшипников. 13 — масляный картер, 14 — прокладка масляного картера, 15 — картер сцепления

У автомобильных двигателей применяют рядное расположение цилиндров, т. е. такое, когда цилиндры располагаются в ряд один за другим в одной плоскости, и V-образное, при котором один ряд цилиндров расположен к другому ряду под определенным углом.

Цилиндры двигателей могут быть образованы стенками самого блока или выполнены в виде сменных гильз. Гильзы называются сухими, если они всей внешней поверхностью соприкасаются с блоком и непосредственно охлаждающей жидкостью не омываются, и мокрыми, если они непосредственно омываются охлаждающей жидкостью. Внутренняя поверхность цилиндра или гильзы, являющаяся направляющей для поршней, тщательно обрабатывается и называется зеркалом цилиндра (гильзы). Внутри блока вокруг гильз имеется пространство для заполнения его охлаждающей жидкостью — рубашка охлаждения. К блоку цилиндров крепится большинство систем и устройств двигателя.

Рис. 88. Детали кривошипно-шатунного механизма восьмицилиндрового
V-образного двигателя: 1 — храповик, 2 — шкив, 3 — носок коленчатого вала, 4 — шестерня коленчатого вала, 5, 8, 9 — крышки коренных подшипников, 8 — противовес, 9 — вкладыш коренного подшипника, 10 — фланец, И — зубчатый венец маховика, 12 — маховик, 13 — поршень,“4 N — шатун, 15 — шатунная шейка, 16 — коренная шейка, 17 — нижняя крышка шатуна, 18 — нижняя (кривошипная) головка шатуна, 19 — стержень шатуна, 20 — верхняя (поршневая) головка шатуна, 21 — втулка верхней головки шатуна, 22 — вкладыш шатунного подшипника, 23 — стопорное кольцо, 24 — поршневой палец, 25 —- поршневые компрессионные кольца, 26, 27, 28 — детали составного маслосъемного кольца

Головка блока цилиндров (рис. 87,а) изготовляется общей на все цилиндры одного ряда в виде отливки из чугуна или алюминиевого сплава. Против каждого из цилиндров она имеет углубление, образующее камеру сгорания. Головка блока цилиндров крепится к блоку цилиндров (рис. 87,6) шпильками или болтами.

Для устранения пропусков газов при работе двигателя и утечки охлаждающей жидкости между блоком и головкой цилиндров устанавливается уплотнительная прокладка.

Коленчатый вал (рис. 88) воспринимает усилия от поршней и передает образующийся крутящий момент механизмам трансмиссии. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, носка, фланца и противовесов. Шейки коленчатого вала соединяются щеками, которые с шатунными шейками образуют кривошипы коленчатого вала. Их расположение и количество зависят от типа двигателя.

На переднем конце (носке) вала устанавливают шестерню, шкив и храповик для пусковой рукоятки. Шестерня коленчатого вала находится в постоянном зацеплении с шестерней распределительного вала. Шкив коленчатого вала служит для привода вентилятора, водяного насоса, компрессора, генератора и насоса гидроусилителя рулевого управления.

На заднем конце коленчатого вала к фланцу крепится маховик.

Противовесы предназначаются для равномерного вращения коленчатого вала и разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил. Противовесы обычно выполняют заодно с валом.

Для поступления смазки к шатунным шейкам вала в щеках имеются сквозные каналы.

Коленчатые валы штампуют из качественной стали или отливают из магниевого чугуна.

Шатун соединяет поршень с шатунной шейкой коленчатого вала и состоит из стального стержня (рис. 88) двутаврового сечения, верхней неразъемной головки и нижней разъемной головки.

Верхняя головка шатуна поршневым пальцем соединяется с поршнем. При плавающем пальце для уменьшения трения в головку шатуна запрессовывают бронзовую втулку. Для смазки трущихся поверхностей в головке и втулке сделаны отверстия.

В нижнюю головку шатуна, выполненную из двух половин, устанавливают подшипник, который состоит из двух вкладышей.

Крышка нижней головки шатуна крепится к шатуну болтами, гайки которых после затяжки шплинтуются.

Поршни (рис. 88) воспринимают давление газов в цилиндре и передают это давление через шатуны коленчатому валу. Поршень состоит из уплотняющей части — «головки» с днищем и нижней направляющей части — «юбки». На уплотняющей части поршня имеются канавки для размещения поршневых колец.

Так как при работе поршень, сильно нагреваясь, расширяется, то его устанавливают в цилиндре с определенным зазором, а направляющую часть поршня делают разрезной (пружинной).

В середине направляющей части внутри поршня имеются две бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца. Нагреваясь, поршень расширяется в направлении оси поршневого пальца больше, так как в бобышках сосредоточена большая часть массы металла. Чтобы поршень при нагреве получил цилиндрическую форму, его диаметр в плоскости, перпендикулярной оси пальца, делают на 0,15—0,19 мм больше, чем в осевом направлении.

Для равномерной работы двигателя поршни всех цилиндров подбирают равного веса.

Поршневой палец (рис. 88) служит для соединения поршня с верхней головкой шатуна. Обычно применяют пальцы плавающего типа, которые могут поворачиваться и в отверстиях бобышек поршня и в верхней головке шатуна. Для предотвращения продольного (бокового) перемещения пальца в поршне, что может привести к повреждению зеркала цилиндра, палец закрепляют стопорными кольцами.

Поршневые кольца (рис. 88), устанавливаемые на поршне, отливаются из чугуна и подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют соединение поршня с цилиндром и служат для предотвращения прорыва газов через зазор между юбкой поршня и гильзой цилиндра.

Маслосъемные кольца служат для снятия излишков масла с зеркала цилиндров и препятствуют его проникновению в камеру сгорания. Поршневые кольца изготовляются несколько большего диаметра, чем поршни. На кольцах делается разрез, называемый замком, который позволяет кольцам пружинить. При установке колец в цилиндр вместе с поршнем их предварительно сжимают. Зазор в замке должен составлять 0,2—0,4 мм.

Маслосъемное кольцо имеет сквозные прорези для отвода масла. Устанавливается оно на поршне ниже компрессионных колец. Маслосъемное кольцо двигателя автомобилей ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 «Волга» состоит из двух стальных кольцевых дисков, осевого и радиального расширителей.

Шатунные и коренные подшипники. Шатунные подшипники, расположенные в нижней головке шатуна (рис. 88), изготовлены в виде разрезных сменных вкладышей, чтобы их можно было надеть на шейку коленчатого вала. Они взаимозаменяемые.

Коренные подшипники также представляют собой сменные тонкостенные вкладыши. Верхние вкладыши коренных подшипников устанавливаются в гнезда блока цилиндров, а нижние — в крышки, которые крепятся к картеру болтами.

Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготовляются из стальной ленты с нанесенным на нее медно-никелевым подслоем и верхним слоем из сплава СОС 6-6 (олово 6%, сурьма 6%, остальное свинец) или сталеалюминиевые, представляющие собой стальную ленту, покрытую антифрикционным сплавом из алюминия с 20% олова и 1% меди.

Маховик (рис. 88) служит для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала и крепится к его фланцу болтами. На маховике закрепляется зубчатый венец, с которым зацепляется шестерня электродвигателя пускового устройства — стартера.

Рис. 89. Детали газораспределительного механизма восьмицилиндрового V-образного двигателя:
1 — распределительный вал, 2 — распределительная шестерня, 3 — упорный фланец, 4 — опорная шейка, 5 — эксцентрик привода топливного насоса, 6 — втулка шейки распределительного вала, 7 — кулачки распределительного вала, 8 — шестерня привода масляного насоса и преры вателя-распределителя, 9 — стойка коромысла клапана, 10 — коромысло клапана, 11 —ось коромысла, 12 — толкатели клапана, 13 — толкающая, 14 — выпускной клапан, 15— механизм вращения выпускного клапана, 16 — регулировочный винт, 17 — пружина клапана, is — направляющая B1V.-1K4 клапана, 19 — впускной клапан, 20 — сухарь, 21 —опорная шайба пружины клапана, 22 —седло клапана

В процессе эксплуатации автомобиля могут выявиться следующие наиболее характерные неисправности кривошипно-ша|ун-ного механизма: пригорание, износ и поломка поршневых колец; износ поршней и цилиндров; износ шатунных и коренных подшипников; нарушение уплотнения прокладки головки цилиндров при слабой или неравномерной затяжке гаек крепления; обрыв шпилек и повреждение резьбы вследствие слабой или неравномерной затяжки; нагарообразование в камерах сгорания и др.

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси и выпуска отработавших газов. На современных карбюраторных двигателях впуск смеси и выпуск отработавших газов производятся клапанами, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение.

Устройство механизма газораспределения зависит от типа и конструкции двигателя. Большинство современных двигателей имеет газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов.

На рис. 89 показаны детали газораспределительного механизма с верхним расположением клапанов восьмицилиндрового V-образ-ного двигателя. У таких двигателей распределительный вал располагается в блоке между двумя рядами цилиндров. От него при помощи толкателей, толкающих штанг и коромысел приводятся в действие клапаны как правого, так и левого рядов цилиндров.

Распределительный вал имеет кулачки, опорные шейки, эксцентрик для привода топливного насоса и шестерню для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя (вал изготовляется заодно с кулачками и опорными шейками).

Для каждого цилиндра на валу имеется два кулачка — впускной и выпускной. Одноименные кулачки располагаются в четырехцилиндровом двигателе под углом 90°, в шестицилиндровом под углом 60°, в восьмицилиндровом под углом 45°.

На переднем конце распределительного вала устанавливается ка шпонке шестерня, которая находится в зацеплении с шестерней, установленной на коленчатом валу. Для правильной работы двигателя коленчатый и распределительный валы должны находиться в строго определенном положении относительно друг друга. Поэтому при сборке распределительные шестерни вводятся в зацепление по имеющимся на их зубьях меткам.

Осевые перемещения распределительного вала у большинства карбюраторных двигателей ограничиваются упорным фланцем, закрепленным на блоке между торцом передней шейки вала и ступицей распределительной шестерни. Опорные шейки распределительного вала вращаются в стальных втулках, залитых сплавом СОС 6-6, или металлокерамических втулках.

Клапаны 14 и 19 состоят из головок и стержней. Изготовляют их из жаростойкой стали. Головка клапана в нижней части имеет шлифованную коническую поверхность в виде круглой полоски, которой она соприкасается с седлом, запрессованным в го-лорку блока цилиндров. Клапаны установлены в направляющих втулках 18.

Для улучшения охлаждения стержни выпускных клапанов двигателей автомобилей ЗИЛ-130 и ГАЗ-66 выполняют полыми. В них помещают соли натрия с температурой плавления 97° С. При рабочей температуре клапана натрий находится в жидком состоянии, это способствует переносу тепла от головки клапана к стержню и направляющей втулке. Плотное прижатие клапана к седлу обеспечивается давлением клапанной пружины, закрепленной при помощи опорной шайбы и конических разрезных сухарей. Головка выпускного клапана имеет жаростойкую наплавку посадочной фаски.

Выпускные клапаны для уменьшения неравномерной выработки седла в блоке и посадочной фаски головки клапана принудительно проворачиваются во время работы двигателя специальным механизмом поворота.

Толкатели, передающие усилие от распределительного вала к клапану, представляют собой стальные стаканы, на внутреннюю сферическую поверхность которых опираются толкающие штанги. Для повышения износостойкости торцы толкателей, соприкасающиеся с кулачками, наплавляют специальным чугуном. В нижней части толкателя имеется отверстие для слива накопившегося в нем масла. Усилия от кулачков распределительного вала к клапанам передаются толкателями, штангами и коромыслами. Штанги изготовляются трубчатыми из стали или дюралюминия. По концам в штанги запрессовывают стальные наконечники. Коромысла свободно установлены на осях. Между стержнем клапана и концом коромысла имеется зазор, который регулируется винтом.

У автомобиля ВАЗ-2101 «Жигули» распределительный вал расположен в отдельном корпусе на головке блока цилиндров (рис. 90) и вращается в пяти подшипниках скольжения. Привод от кулачков вала к клапанам осуществляется через одноплечие рычаги (рокеры) без толкателей, штанг и коромысел. Одним концом рычаг привода клапана опирается на торец стержня клапана, другим — на сферическую головку регулировочного болта и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины.

Рис. 90. Клапанный механизм двигателя ВАЗ-2101:
1 — клапан, 2 — защитный колпачок, 3 — одноплечий рычаг (рокер), 4 — распределительный вал, 5 — зазор между рокером и кулачком, 6 — сферическая головка регулировочного болта, 7 — шестигранник регулировочного болта, 8 — контргайка. 9 — шпилечная пружина

Отпустив контргайку и вращая регулировочный болт при помощи шестигранника, можно изменять величину зазора (0,15 мм при холодном двигателе как для впускных, так и выпускных клапанов) между рычагом привода клапана и кулачком распределительного вала. В алюминиевую головку блока цилиндров запрессованы чугунные седла и направляющие втулки клапанов.

Рис. 91. Цепной привод распределительного вала двигателя ВАЗ:
1 — звездочка распределительного вала, 2 — цепь, 3 — успокоитель, 4 — звездочка валика привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, 5 — звездочка коленчатого вала (ведущая), 6 — башмак натяжного устройства, 7 — плунжер, 8 — гайка плунжера

Расположение распределительного вала на головке блока цилиндров («Москвич-412», ВАЗ-2101 «Жигули») дает возможность уменьшить массу и инерционные силы клапанного механизма, что позволяет обеспечить большее число оборотов коленчатого вала двигателя.

Распределительный вал двигателя ВАЗ-2101 приводится в действие от коленчатого вала двухрядной роликовой цепью (рис.91), которая связывает ведущую звездочку коленчатого вала с ведомой звездочкой распределительного вала и ведомой звездочкой валика привода масляного насоса и прерывателя-распределителя. Конструкция цепного привода позволяет сохранить при сборке двигателя (после ремонта) неизменной взаимную установку цепи и звездочек. Установку фаз газораспределения выполняют по специальной метке на ведущей звездочке, которую устанавливают против прилива, имеющегося на блоке двигателя.

Для гашения волнообразных колебаний цепи, появляющихся при резком изменении числа оборотов коленчатого вала, служит успокоитель. Напротив него размещается башмак натяжного устройства. Один конец башмака закреплен на оси, а другой соединяется с плунжером, прижимающим башмак к цепи. Натяжение цепи регулируют при помощи гайки плунжера.

К основным неисправностям газораспределительного механизма относятся: увеличенные или уменьшенные зазоры в приводе клапанов, которые появляются вследствие износа деталей или неправильной регулировки; износ или обгорание рабочих поверхностей впускных и выпускных клапанов или их седел; поломка клапанной пружины или толкающей штанги; износ толкателей или их направляющих; износ направляющих втулок клапанов; износ распределительных шестерен; износ подшипников распределительного вала.

Для устранения неисправностей газораспределительного механизма необходимо: отрегулировать зазоры между стержнями клапанов и носками коромысел, притереть клапаны к седлам, заменить сломанные пружины или изношенные детали (втулки коромысел, втулки распределительного вала и др.).

Преобразование энергии | Определение, примеры, формула, принцип и факты

Заголовок

См. все СМИ

Категория: Наука и техника

Ключевые люди:

Элиу Томсон Уильям Джордж Армстронг, барон Армстронг Кристофер Хинтон, барон Хинтон Оскар фон Миллер Джон Э. У. Кили

Похожие темы:

ядерного реактора турбина электрический двигатель батарея термоядерный реактор

См. весь связанный контент →

Последние новости

13 июля 2023 г., 10:21 по восточноевропейскому времени (AP)

Глава отдела климатических переговоров, который также возглавляет нефтяную компанию, говорит, что мир должен «атаковать все выбросы повсюду»

руководитель климатических переговоров ООН в этом году призывает правительства и бизнес бороться с глобальным потеплением путем сокращения выбросов парниковых газов во всех регионах и секторах, если они хотят помешать планете преодолеть ключевой предел температуры, согласованный более семи лет назад

13 июля 2023 г. , 8:07 по восточноевропейскому времени (AP)

Малоизвестный, но эффективный способ обогрева и охлаждения вашего дома

Более одной трети всего энергопотребления в США и, следовательно, важный источник климатических изменений связано с отоплением и охлаждением домов и зданий

4 июля 2023 г., 12:23 по восточному времени (AP)

ОАЭ объявляют о планах инвестировать 54 миллиарда долларов в энергию и утроить возобновляемые источники

Объединенные Арабские Эмираты планируют утроить свои поставки возобновляемой энергии и инвестировать до 54 миллиардов долларов в течение следующих семи лет для удовлетворения растущих потребностей в энергии

3 июля 2023 г., 21:21 по восточноевропейскому времени (AP)

Глава ЕС по климату обеспокоен расширением угольной промышленности в Китае

Глава ЕС по климату выразил обеспокоенность по поводу расширения угольной промышленности Китая, со строительством новых угольных электростанций

27 июня 2023 г., 18:39 по восточноевропейскому времени (AP)

Жаркая жара увеличивает нагрузку на энергосистему Техаса

Неумолимая жара в Техасе тестирование энергосистемы штата по мере роста спроса во время второй недели трехзначных температур

преобразование энергии , преобразование энергии из форм, предоставляемых природой, в формы, которые могут быть использованы человеком.

На протяжении веков для этой цели был разработан широкий спектр устройств и систем. Некоторые из этих преобразователей энергии довольно просты. Ранние ветряные мельницы, например, преобразовывали кинетическую энергию ветра в механическую энергию для перекачивания воды и измельчения зерна. Другие системы преобразования энергии явно более сложны, особенно те, которые используют сырую энергию из ископаемого топлива и ядерного топлива для производства электроэнергии. Системы такого рода требуют множества стадий или процессов, в которых энергия претерпевает целый ряд преобразований через различные промежуточные формы.

Многие преобразователи энергии, широко используемые сегодня, связаны с преобразованием тепловой энергии в электрическую. Однако эффективность таких систем имеет фундаментальные ограничения, продиктованные законами термодинамики и другими научными принципами. В последние годы значительное внимание уделяется некоторым устройствам прямого преобразования энергии, в частности солнечным элементам и топливным элементам, которые минуют промежуточный этап преобразования энергии в тепловую при производстве электроэнергии.

В этой статье прослеживается развитие технологии преобразования энергии, выделяя не только традиционные системы, но и альтернативные и экспериментальные преобразователи со значительным потенциалом. Описаны их отличительные особенности, основные принципы работы, основные типы и основные области применения. Для обсуждения законов термодинамики и их влияния на конструкцию и производительность системы см. термодинамика.

Британская викторина

Энергия и ископаемое топливо

Общие соображения

Энергия обычно и наиболее просто определяется как эквивалент или способность для выполнения работы. Само слово происходит от греческого energeia: en , «в»; ergon , «работа». Энергия может быть либо связана с материальным телом, как спиральная пружина или движущийся объект, либо она может быть независимой от материи, как свет и другое электромагнитное излучение, проходящее через вакуум. Энергия в системе может быть доступна для использования только частично. Размерность энергии — это работа, которая в классической механике формально определяется как произведение массы ( м ) и квадрат отношения длины ( л ) ко времени ( t ): 3 2 . Это означает, что чем больше масса или расстояние, на которое она перемещается, или чем меньше время, необходимое для перемещения массы, тем больше будет совершенная работа или тем больше будет затрачена энергия.

Развитие концепции энергии

Термин «энергия» не применялся в качестве меры способности выполнять работу до довольно позднего периода развития механики. Действительно, развитие классической механики может осуществляться без обращения к понятию энергии. Однако идея энергии восходит, по крайней мере, к Галилею в 17 веке. Он признал, что, когда вес поднимается с помощью системы шкивов, приложенная сила, умноженная на расстояние, на которое эта сила должна быть приложена (произведение, по определению называемое работой), остается постоянным, даже если любой из факторов может меняться. Понятие vis viva, или жизненной силы, величины, прямо пропорциональной произведению массы на квадрат скорости, было введено в 17 веке. В 19В X веке термин энергия применялся к понятию vis viva.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.

Подписаться сейчас

Первый закон движения Исаака Ньютона признает, что сила связана с ускорением массы. Почти неизбежно, что в этом случае будет представлять интерес интегральный эффект силы, действующей на массу. Конечно, есть два вида интеграла от действия силы, действующей на массу, которые можно определить. Один — интеграл силы, действующей вдоль линии действия силы, или пространственный интеграл силы; другой — интеграл силы по времени ее действия на массу, или временной интеграл.

Вычисление пространственного интеграла приводит к величине, которая теперь принимается за изменение кинетической энергии массы в результате действия силы и составляет ровно половину vis viva. С другой стороны, временное интегрирование приводит к оценке изменения импульса массы в результате действия силы. Некоторое время велись споры о том, какая интеграция приводит к надлежащей мере силы: немецкий философ и ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц выступал за пространственный интеграл как единственно верную меру, тогда как ранее французский философ и математик Рене Декарт защищал временную меру. интеграл. В конце концов, в 18 веке физик Жан д’Аламбер из Франции показал правомерность обоих подходов к измерению эффекта силы, действующей на массу, и что противоречие касалось только номенклатуры.

Подытожим: сила связана с ускорением массы; кинетическая энергия, или энергия, возникающая в результате движения, есть результат пространственного интегрирования силы, действующей на массу; импульс есть результат интегрирования во времени силы, действующей на массу; а энергия является мерой способности выполнять работу. Можно добавить, что мощность определяется как скорость передачи энергии во времени (к массе, когда на нее действует сила, или по линиям передачи от электрического генератора к потребителю).

Закон сохранения энергии (см. ниже) был независимо признан многими учеными в первой половине 19 века. Сохранение энергии в виде кинетической, потенциальной и упругой энергии в замкнутой системе в предположении отсутствия трения оказалось действенным и полезным инструментом. Далее, при ближайшем рассмотрении, трение, служащее ограничением классической механики, обнаруживается в выделении тепла, будь то на контактных поверхностях бруска, скользящего по плоскости, или в объеме жидкости, в которой весло вращается или любое другое выражение «трение». Тепло было определено как форма энергии Германом фон Гельмгольцем из Германии и Джеймсом Прескоттом Джоулем из Англии в 1840-х годах. В это же время Джоуль экспериментально доказал связь между механической и тепловой энергией. Поскольку стало необходимо более подробное описание различных процессов в природе, подход заключался в поиске рациональных теорий или моделей процессов, которые позволяют количественно измерить изменение энергии в процессе, а затем включить его и сопутствующий ему энергетический баланс в систему. интереса, при условии общей необходимости сохранения энергии. Этот подход работал для химической энергии в молекулах топлива и окислителя, высвобождаемых при их сгорании в двигателе, для производства тепловой энергии, которая впоследствии преобразуется в механическую энергию для запуска машины; он также работал над преобразованием ядерной массы в энергию в процессах ядерного синтеза и ядерного деления.

Что такое двигатель внутреннего сгорания? — Дизайн машины

Оставить комментарий / Автомобиль, Машиностроение / Автор Администратор

Двигатель внутреннего сгорания

, короткое и наиболее популярное название — двигатель внутреннего сгорания. Это один из типов двигателей, топливо сгорает и создает давление на поршень внутри цилиндра. Топливо сгорает или сгорает внутри цилиндра, поэтому он известен как двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания является наиболее важной темой для машиностроения и автомобилестроения. Практически каждый имеет представление о двигателе внутреннего сгорания. В настоящее время эти двигатели являются самыми массовыми силовыми двигателями. Типом генерируемой энергии может быть механическая энергия или электрическая энергия.

Прежде чем мы прочитаем о двигателях внутреннего сгорания, мы также узнаем о тепловых двигателях. Потому что двигатель внутреннего сгорания — это тип теплового двигателя.

Содержание страницы

Toggle

Что такое тепловой двигатель?

Двигатель — это машина, которая может преобразовывать одну форму энергии в другую желаемым образом. Тепловая машина — это машина, которая преобразует химическую энергию в тепловую, а эта тепловая энергия производит механическую энергию. Здесь химическая энергия получается от сжигания топлива. В качестве топлива используются дрова, уголь, нефтяное топливо и т. д. Тепловые двигатели подразделяются на два основных типа:

1. Двигатель внешнего сгорания 
2. Двигатель внутреннего сгорания

Вы знаете о паровом двигателе? Кто изобрел паровой двигатель? Джеймс Уатт изобрел паровой двигатель. Паровой двигатель является прекрасным примером двигателя внешнего сгорания. Во внешнем двигателе смесь топлива и воздуха сгорает снаружи и передает тепло второй жидкости. Эта жидкость является рабочей жидкостью для цикла. Пар рабочего тела толкает поршень. Двигатель Стирлинга также является двигателем внешнего сгорания.

Читайте также: 

• С какой стороны у вашего автомобиля крышка топливного бака?
• Какой металл использовался для изготовления прочной обшивки Cybertruck?
• Удивительные особенности мотоциклов, о которых люди не знают

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания, в этом типе теплового двигателя топливно-воздушная смесь воспламеняется и непосредственно толкает поршень. Дизельные и бензиновые двигатели являются лучшими примерами двигателей внутреннего сгорания. Цикл Ванкеля, газовый двигатель, ракетный и реактивный двигатели также являются примерами двигателей внутреннего сгорания.

По конструктивным соображениям двигатели внутреннего сгорания компактны и легче по сравнению с двигателями внешнего сгорания. Это основная причина, по которой эти двигатели широко используются в автомобилях и транспортных средствах, таких как автомобили, автобусы, локомотивы, самолеты и т. д. 

Первым двигателем внутреннего сгорания был пороховой двигатель Гюйгенса. Этот двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1680 году известным голландским физиком Кристианом Гюйгенсом.

Huygens Gunpowder Engine

Детали двигателя IC:

Проверим основные детали одноцилиндрового двигателя с искровым зажиганием (двигатель СИ). На изображении ниже вы можете увидеть эскиз одноцилиндрового двигателя. Цилиндр  блок содержит цилиндр . И крышки головки блока цилиндров на верхнем конце. В цилиндре поршень перемещается вверх вниз и наоборот. Это движение является возвратно-поступательным. Пространство, заключенное между верхней частью цилиндра и верхней частью поршня во время процесса сгорания, известно как 9. 0055 камера сгорания .

Смесь воздуха и топлива поступает в камеру сгорания через впускное отверстие. Этот заряд (воздушно-топливная смесь) перед поступлением во впускное отверстие поступает из карбюратора во впускной коллектор. Впускной коллектор представляет собой соединитель между воздухозаборником и впускным портом.

Какова функция карбюратора, знаете ли вы?

Карбюратор представляет собой смесительное, регулирующее и управляющее устройство. Это означает, что карбюратор производит смесь топлива (бензина) и воздуха. Карбюратор регулирует соотношение воздуха и топлива. А также контролирует обороты двигателя, регулируя воздушно-топливную смесь с помощью дроссельной заслонки.

Впускной клапан в головке блока цилиндров подает топливно-воздушную смесь в камеру сгорания, а выпускной клапан выпускает продукты сгорания после сгорания.

Для воспламенения топливно-воздушной смеси требуется искра. Свеча зажигания обеспечивает эту искру для инициирования сгорания.

После процесса сгорания газы расширяются и создают усилие на поршень. Эта сила смещает поршень вниз. Пара колец т.е. поршневые кольца предотвращают утечку газа при расширении газа. А поршневой палец обеспечивает плавное поворотное движение между поршнем и шатуном.

Движение поршня вниз приводит во вращение коленчатый вал с помощью шатуна. Кривошипный стержень или шатун помогают преобразовать возвратно-поступательное движение во вращательное движение. А коленвал — это переводчик, который переводит возвратно-поступательное движение во вращательное. Коленчатый вал заключен в картер. Это основной корпус двигателя. Внутри картера коленчатый вал поддерживается подшипниками.

Какая часть двигателя управляет клапанами? Вы так думали?

Теперь вернемся к процессу горения. Здесь происходит забор шихты через впускной клапан и сброс продуктов сгорания через выпускные клапаны. И впускной, и выпускной клапаны приводятся в действие клапанным механизмом. Коленчатый вал также приводит в движение распределительный вал с помощью распределительных шестерен. Этот распределительный вал преобразует движение толкателя и коромысла для открытия клапанов. Пружины клапанов развивают усилие, противодействующее усилию коромысла, и это снова закрывает клапаны.

Детали двигателя из каких материалов?

Как вы думаете, из какого материала делают поршни? Давайте потратим немного времени, чтобы узнать этот материал. Не только для поршня, мы также кратко обсудим материалы других деталей двигателя.

Название детали двигателя	Материал	Метод изготовления
1. Головка блока цилиндров	Алюминиевый сплав, Чугун	Литье, формовка
2. Цилиндр	Чугун	Кастинг
3. Поршень	Алюминиевый сплав, Чугун	Литье, поковка
4. Кольца поршневые	Кремний Чугун	Кастинг
5. Поршневой (поршневой) палец	Сталь	Ковка
6. Клапан	Легированная сталь	Ковка
7. Шатун	Сталь	Ковка
8. Гильза цилиндра	Сплав на основе никеля, сталь, чугун	Кастинг
9. Подшипники	Бронзовый сплав, Белый металл	Кастинг
10. Коленчатый вал	Легированная сталь, ковкий (с шаровидным графитом) чугун	Ковка
11. Картер	Алюминиевый сплав, чугун, легированная сталь	Ковка
12. Коромысло	Чугун, углеродистая сталь, алюминиевый сплав	Ковка, литье

 Терминология в движке IC:

Следующие термины используются в движке IC.

1. Ход (L) – Расстояние, пройденное рабочим поршнем за цикл.
   
2. Площадь поршня (A) – Площадь поперечного сечения поршня.
3. Диаметр цилиндра (D) – Номинальный внутренний диаметр цилиндра.
4. Мертвая точка – Положение поршня во время работы либо в самой верхней, либо в самой нижней точке цилиндра. В двигателе есть две мертвые точки, т.е. Верхняя мертвая точка и нижняя мертвая точка.
   1. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – Самое дальнее или самое верхнее положение поршня по отношению к коленчатому валу является верхней мертвой точкой. ВМТ известна как внутренняя мертвая точка (ВМТ) в случае горизонтальных двигателей.
   2. Нижняя мертвая точка (НМТ) – Самое нижнее или ближайшее положение поршня по отношению к коленчатому валу. ВМТ известна как внешняя мертвая точка (ВМТ) в случае горизонтальных двигателей.
5. Рабочий объем (V _s ) – Объем, создаваемый поршнем при перемещении между одной мертвой точкой и другой мертвой точкой. Это произведение площади поршня и хода поршня. Другое название вытесняемого объема — охватываемый объем.
                                                                               V _s = A x L
   900 56
   
6. Объем клиренса (V _c ) – Пока поршень находится в ВМТ, объем камеры сгорания является объемом клиренса.
7. Объем цилиндра (V) – сумма рабочего объема и объема зазора.
                                                                                 В = В _с + В _с
8. Степень сжатия (r) – Степень сжатия – это отношение объема цилиндра к объему клиренса.
                                                                                 r = V / V _c 90 132

 

Вывод:

В этой статье мы прочитали о тепловом двигателе и двигателе внутреннего сгорания, общих частях и терминологии двигателя.