Похожие статьи

Дизельный двигатель

Благодаря высокой эффективности дизельный двигатель широко применяется на грузовых автомобилях. Вместе с тем, большинство легковых автомобилей имеют в линейке своих моторов дизельные двигатели. В Европе дизель постепенно вытесняет бензиновые двигатели, к примеру, свыше 50% новых легковых автомобилей там имеют дизельный двигатель.

На легковых автомобилях используются быстроходные дизели, обладающие высокой эластичностью, т.

Принцип работы дизельного двигателя основан на самопроизвольном (компрессионном) воспламенении дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания и смешиваемого со сжатым и нагретым до высокой температуры воздухом. В отличие от бензинового двигателя процесс работы дизеля не зависит от коэффициента избытка воздуха, а определяется гетерогенностью (неоднородностью) топливно-воздушной смеси.

Дизельный двигатель имеет ряд отличительных особенностей:

1. имеет большую степень сжатия и как следствие более высокий коэффициент полезного действия, больший вес и габариты, низкий расход топлива;
2. имеет низкие обороты коленчатого вала и как следствие меньшую удельную мощность, сопровождаемые неполным сгоранием топлива, сажеобразованием;
3. не имеет дроссельной заслонки, поэтому развивает высокий крутящий момент на низких оборотах;
4. имеет сложную конструкцию топливной аппаратуры и как следствие высокую чувствительность к качеству топлива.

Основными направлениями совершенствования дизельных двигателей являются снижение расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума, повышение мощности двигателя, облегчение холодного запуска. Для реализации этих требований на современных дизельных двигателях применяется ряд систем: Common Rail, впускная и выпускная системы, рециркуляции отработавших газов, турбонаддув, предпускового подогрева.

Система впрыска Common Rail предполагает накопление топлива в аккумуляторе высокого давления и его впрыск электронно-управляемыми форсунками. Электроника обеспечивает впрыск строго определенных порций топлива, чем достигается высокая экономия, полное сгорание и повышение мощности. При необходимости топливо может впрыскиваться многократно в течение одного цикла.

Выпускная система современного дизеля ориентирована на снижение в отработавших газах сажи, несгоревших углеводородов и оксидов азота. Для этого в системе устанавливается сажевый фильтр. Накапливаемая в фильтре сажа удаляется путем регенерации.

Система рециркуляции отработавших газов предназначена для снижения содержания в отработавших газах оксида азота, для чего часть газов возвращается во впускной коллектор. Для повышения эффективности работы системы отработавшие газы принудительно охлаждаются в специальном охладителе, включенном в систему охлаждения двигателя.

Впускная система дизельного двигателя может оборудоваться впускными заслонками. Применение заслонок образует два канала всасывания, обеспечивает завихрение воздушного потока и улучшенное смесеобразование на всех режимах. При запуске двигателя и работе на низких оборотах заслонки закрыты, при высокой частоте вращения коленчатого вала и высоком крутящем моменте – открыты. Закрытие заслонок приводит к снижению в отработавших газах оксида углерода и несгоревших углеводородов.

Наиболее эффективной системой повышения мощности дизельного двигателя является турбонаддув. Для создания оптимального давления наддува на всех режимах работы двигателя в системе используется турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины.

Для облегчения запуска дизельного двигателя в холодное время применяется система предпускового разогрева, представляющая собой электронно-управляемые свечи накаливания, установленные во впускном коллекторе. Дополнительно на автомобиль может устанавливаться подогреватель дизельного топлива.

Как работает двигатель внутреннего сгорания (шаг за шагом)

Ваш автомобиль работает на двигателе внутреннего сгорания. Хотя мы уверены, что вы знали эту часть. Вы здесь не для того, чтобы узнать, какой тип двигателя установлен в вашем автомобиле. Вместо этого вы хотите знать, как они работают.

Двигатели внутреннего сгорания довольно сложные штуки. Если бы мы рассказали вам все об их внутренней работе, мы бы были здесь весь день.

Вместо этого мы собираемся дать вам упрощенное пошаговое описание того, как они работают. К концу этой страницы у вас будет больше знаний, чем вы начали.

Содержание

Основы двигателя внутреннего сгорания

Неважно, какой у вас двигатель внутреннего сгорания, принцип тот же.

Вы впрыскиваете какое-то топливо в двигатель и поджигаете его. Когда это происходит, выделяется газ. Из-за того, что газ заключен в таком крошечном пространстве, давление нарастает. Энергия, вырабатываемая этим сгоранием топлива, приводит в действие остальную часть двигателя.

В двигателе внутреннего сгорания нет ничего нового. Хотя конструкция, конечно, с годами совершенствовалась, принцип работы двигателя внутреннего сгорания в значительной степени основан на тех же принципах, которые были установлены в середине 1800-х годов.

Есть четыре шага к двигателю внутреннего сгорания. На самом деле это четыре хода поршня, поэтому иногда вы можете увидеть автомобильные двигатели, называемые четырехтактными двигателями.

Да. Вы можете получить двухтактные двигатели, которые немного укорачивают процесс сгорания, но это выходит за рамки данного руководства. Это связано с тем, что эти двигатели, как правило, предназначены для инструментов с меньшей мощностью, например. газонокосилки, бензопилы и т. д.

Имейте в виду, что в вашем автомобиле есть множество компонентов, которые обеспечивают работу вашего двигателя внутреннего сгорания, например, двигатель внутреннего сгорания. топливный инжектор.

Однако здесь речь идет исключительно о двигателе внутреннего сгорания. Мы предполагаем, что вы уже понимаете, что будут компоненты, которые перемещают топливо из топливного бака к двигателю.

Аккумулятор автомобиля 

Помните, что хотя движением двигателя будет управлять двигатель вашего автомобиля, ему все равно потребуется немного энергии для запуска нескольких процессов.

Эта энергия поступает от аккумулятора вашего автомобиля. Аккумулятор автомобиля будет генерировать энергию для запуска двигателя.

Вы также должны помнить, что ваш автомобиль будет постоянно заряжать аккумулятор во время движения. Часть энергии движения от двигателя транспортного средства приводит в действие генератор переменного тока, который, в свою очередь, заряжает аккумулятор.

Однако, как это работает, выходит за рамки этой страницы. Здесь мы хотим сосредоточиться исключительно на части двигателя внутреннего сгорания.

Читайте также >> Как долго заряжать разряженный автомобильный аккумулятор от генератора?

Читайте также >> Как долго нужно оставлять автомобиль работающим для зарядки аккумулятора (сделайте это)

Первый такт 

Хорошо, как мы уже сказали, вы уже должны знать, что в вашем автомобиле есть топливный бак. От топливного бака будет топливная форсунка.

По сути, это поршень и небольшая трубка, которая будет впрыскивать топливо в двигатель. Только небольшое количество топлива будет отправлено в двигатель за один раз.

Точное количество топлива зависит от объема двигателя. Все, что не сгорает в этот момент времени, будет храниться подальше от дороги.

Первый такт двигателя втянет в него топливо. Как мы уже говорили, это будет лишь небольшая сумма. Однако, как вы, вероятно, помните из школьных уроков химии, подача топлива в двигатель не сделает всю работу.

Чтобы был огонь, нужен воздух. Таким образом, в то же время немного кислорода тоже будет втягиваться. Точное соотношение между топливом и кислородом будет варьироваться.

Второй такт 

Задача двигателя внутреннего сгорания — обеспечить максимально возможный контролируемый взрыв при минимальном количестве топлива. Это делает второй штрих гораздо более важным.

После того, как топливо будет втянуто в двигатель внутреннего сгорания, другой поршень поднимется и выдавит топливо и кислород.

Это известно как сжатие. Чем больше степень сжатия, тем больше мощность, исходящая от двигателя. Многие из более экономичных двигателей справятся с этой частью процесса.

Помните, что весь этот процесс будет невероятно быстрым, а сжатие займет всего доли секунды.

Третий такт 

Третий такт – это когда вступает в действие свеча зажигания вашего автомобиля.

При сжатии топлива свеча зажигания воспламеняется. Как следует из названия, свеча зажигания создает искру.

Вот почему ваш двигатель не будет работать без свечи зажигания или даже со свечой неправильного размера (она не достанет топлива).

Искра от свечи зажигания воспламеняет топливо. Это создает мощный взрыв внутри двигателя.

Это самая важная часть процесса. Это потому, что, когда произойдет этот взрыв, чистая сила, стоящая за ним, толкнет другой поршень.

У вас есть движение внутри двигателя. Именно эта небольшая реакция управляет всем движением внутри вашего двигателя.

Четвертый такт 

К настоящему времени все движения внутри этого двигателя уже произошли. Однако у нас остался еще один мазок.

Все это сгоревшее топливо находится в вашем двигателе (к настоящему моменту это в основном водяной пар), и вы не хотите, чтобы оно болталось где-то рядом.

Это означает, что последний такт в этом двигателе вытолкнет все эти отходы из вашей системы. Четвертый такт, по сути, выталкивает отработавшее топливо из выхлопной трубы.

Процесс повторяется

Как мы уже говорили, весь этот процесс происходит очень быстро. Двигатель должен постоянно двигаться, а это значит, что топливо должно постоянно взрываться.

Это означает, что процесс занимает меньше секунды. Однако сейчас самое время познакомить вас с последним компонентом двигателя автомобиля.

Однако имейте в виду, что не все двигатели внутреннего сгорания не имеют этого компонента. Тем не менее, это очень важно для транспортного средства, потому что без него автомобиль не сможет генерировать достаточную мощность.

Если вы посмотрите на рекламный материал для транспортного средства, то вы заметите, что они часто гордятся количеством цилиндров, которые у них есть. Чем больше цилиндров в автомобиле, тем он экономичнее.

Каждый цилиндр транспортного средства будет проходить четыре стадии, о которых мы упоминали ранее. Так, если у вас четырехцилиндровый двигатель, то процесс будет пройден сразу четыре раза. Если у вас шестицилиндровый двигатель, то процесс будет происходить сразу шесть раз.

Это означает, что в любой момент времени в вашем автомобиле может произойти до шести различных мини-топливных взрывов.

Каждый цилиндр будет всасывать свое топливо и вызывать небольшие взрывы, приводящие в движение поршни автомобиля.

Это очень эффективный процесс, и одного цилиндра недостаточно, чтобы заставить работать весь автомобиль.

Как работает двигатель внутреннего сгорания ? >> Посмотрите видео ниже:

Работает ли дизельный двигатель так же, как бензиновый?

Принцип тот же. Хотя комплектующие немного отличаются, так что в бензиновый двигатель дизель не поставишь.

При этом требуется меньше дизельного топлива для запуска каждой части процесса. Это связано с тем, что дизельное топливо является более плотным топливом и, следовательно, производит больше энергии при воспламенении.

Однако компании, как правило, избегают использования дизельных двигателей просто потому, что для извлечения нужного количества энергии из дизеля требуется много усилий.

Если двигатель не был спроектирован должным образом, он не смог бы получить всю энергию от сжигания дизельного топлива, поэтому вы фактически тратите топливо впустую.

Помните, поскольку дизельное топливо более плотное, оно также создает большую нагрузку на систему.

Заключение

Как видите, принцип работы двигателя внутреннего сгорания невероятно прост. Очевидно, что двигатели транспортных средств будут невероятно хорошо спроектированы.

Много движущихся частей. Впрочем, совершенно неважно, какой у вас автомобиль. Двигатель автомобиля будет следовать тому же процессу; всасывает топливо, сжимает топливо, воспламеняет топливо и выбрасывает топливо.

У вас будет несколько цилиндров в двигателе вашего автомобиля, выполняющих одну и ту же работу. Это то, что позволяет вашей машине двигаться.

Каталожные номера

https://auto.howstuffworks.com/engine.htm

Принципы работы четырехтактного бензинового двигателя

Перейти к основному содержанию

Шакил Ахмед

AWS ¦¦ Linux ¦¦ Резервное копирование ¦¦ 3 x VCP {DCV, DT, NV 2019} ¦¦ CDCP ¦¦ ITIL ¦¦ IoT

Опубликовано 17 июля 2014 г.

+ Подписаться

Четырехтактный двигатель (также известный как четырехтактный ) представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в котором поршень совершает четыре отдельных хода, составляющих единый термодинамический цикл. Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру в любом направлении. Четыре отдельных штриха называются:

1. ВПУСК : этот ход поршня начинается в верхней мертвой точке. Поршень опускается от верхней части цилиндра к нижней части цилиндра, увеличивая объем цилиндра. Смесь топлива и воздуха нагнетается атмосферным (или более высоким) давлением в цилиндр через впускное отверстие.
2. СЖАТИЕ : при закрытых впускном и выпускном клапанах поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра, сжимая воздух или топливно-воздушную смесь в головке цилиндра.
3. МОЩНОСТЬ : это начало второго оборота цикла. Пока поршень находится близко к верхней мертвой точке (ВМТ), смесь сжатого воздуха и топлива в бензиновом двигателе воспламеняется от свечи зажигания в бензиновых двигателях или воспламеняется за счет тепла, выделяемого при сжатии в дизельном двигателе. Возникающее в результате сгорания сжатой топливно-воздушной смеси давление заставляет поршень вернуться к нижней мертвой точке (НМТ).
4. ВЫПУСК : в течение выпуск ход, поршень снова возвращается в верхнюю мертвую точку при открытом выпускном клапане. Это действие вытесняет отработанную топливно-воздушную смесь через выпускной клапан (клапаны).

Design and engineering principles

Power output limitations

The four-stroke cycle
A: Intake
B: Compression
C: Power
D: Exhaust

1=TDC
2=BDC

Максимальная мощность, вырабатываемая двигателем, определяется максимальным количеством всасываемого воздуха. Количество энергии, вырабатываемой поршневым двигателем, связано с его размером (объемом цилиндра), будь то двухтактная или четырехтактная конструкция, объемным КПД, потерями, соотношением воздух-топливо, теплотворной способностью топлива. , содержание кислорода в воздухе и скорость (об/мин). Скорость в конечном итоге ограничивается прочностью материала и смазкой. Клапаны, поршни и шатуны испытывают большие силы ускорения. На высоких оборотах двигателя может произойти физическая поломка и вибрация поршневых колец, что приведет к потере мощности или даже разрушению двигателя. Флаттер поршневых колец возникает, когда кольца колеблются вертикально внутри поршневых канавок, в которых они находятся. Флаттер колец нарушает герметичность между кольцом и стенкой цилиндра, что вызывает потерю давления и мощности в цилиндре. Если двигатель вращается слишком быстро, пружины клапанов не могут сработать достаточно быстро, чтобы закрыть клапаны. Это обычно называют «поплавком клапана», и это может привести к контакту поршня с клапаном, что серьезно повредит двигатель. При высоких скоростях смазка поверхности контакта поршень-цилиндр имеет тенденцию к нарушению. Это ограничивает скорость поршня промышленных двигателей примерно до 10 м/с.

Выходная мощность двигателя зависит от способности впускного (воздушно-топливной смеси) и выхлопных газов быстро проходить через отверстия клапанов, обычно расположенные в головке цилиндров. Для увеличения выходной мощности двигателя можно устранить неровности во впускных и выпускных трактах, такие как дефекты литья, а также с помощью стенда воздушного потока можно изменить радиусы поворотов портов клапанов и конфигурацию седла клапана, чтобы уменьшить сопротивление. Этот процесс называется портированием, и его можно выполнить вручную или на станке с ЧПУ.

Одним из способов увеличения мощности двигателя является нагнетание большего количества воздуха в цилиндр, чтобы можно было производить больше мощности при каждом рабочем такте. Это можно сделать с помощью устройства сжатия воздуха, известного как нагнетатель, который может приводиться в действие коленчатым валом двигателя.

Наддув увеличивает пределы выходной мощности двигателя внутреннего сгорания относительно его рабочего объема. Чаще всего нагнетатель работает всегда, но существуют конструкции, которые позволяют отключать его или запускать на различных скоростях (относительно частоты вращения двигателя). У наддува с механическим приводом есть недостаток, заключающийся в том, что часть выходной мощности используется для привода нагнетателя, в то время как мощность тратится впустую на выхлоп высокого давления, поскольку воздух сжимается дважды, а затем получает больший потенциальный объем при сгорании, но только расширяется. в один этап.

Турбокомпрессор — это нагнетатель, приводимый в действие выхлопными газами двигателя посредством турбины. Он состоит из двух частей высокоскоростного узла турбины, одна сторона которого сжимает всасываемый воздух, а другая сторона приводится в действие отходящим потоком выхлопных газов.

На холостом ходу и на низких и средних оборотах турбина вырабатывает небольшую мощность из-за небольшого объема выхлопных газов, турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает почти как без наддува. Когда требуется гораздо большая выходная мощность, скорость двигателя и открытие дроссельной заслонки увеличиваются до тех пор, пока выхлопных газов не станет достаточно, чтобы «раскрутить» турбину турбонагнетателя, чтобы начать сжимать во впускном коллекторе гораздо больше воздуха, чем обычно.

Турбонаддув обеспечивает более эффективную работу двигателя, поскольку он приводится в действие давлением выхлопных газов, которое в противном случае (в основном) было бы потрачено впустую, но существует конструктивное ограничение, известное как турбозадержка. Повышенная мощность двигателя доступна не сразу из-за необходимости резко увеличить обороты двигателя, создать давление и раскрутить турбо, прежде чем турбо начнет выполнять какое-либо полезное сжатие воздуха. Увеличенный объем впуска вызывает увеличение выхлопа и ускорение вращения турбонагнетателя и т. д., пока не будет достигнута устойчивая работа с высокой мощностью. Другая трудность заключается в том, что более высокое давление выхлопных газов заставляет выхлопные газы отдавать больше своего тепла механическим частям двигателя.

Отношение штока и поршня к ходу

Отношение штока к ходу — это отношение длины шатуна к длине хода поршня. Более длинный шток снижает боковое давление поршня на стенку цилиндра и силы напряжения, увеличивая срок службы двигателя. Это также увеличивает стоимость и высоту двигателя и вес.

«Квадратный двигатель» представляет собой двигатель с диаметром цилиндра, равным его длине хода. Двигатель, у которого диаметр цилиндра больше, чем длина его хода, является двигателем с квадратным сечением, и наоборот, двигатель с диаметром отверстия, который меньше длины его хода, является двигателем с квадратным сечением.

Клапанный механизм

Клапаны обычно приводятся в действие распределительным валом, вращающимся со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала. Он имеет ряд кулачков по всей длине, каждый из которых предназначен для открытия клапана во время соответствующей части такта впуска или выпуска. Толкатель между клапаном и кулачком представляет собой контактную поверхность, по которой кулачок скользит, открывая клапан. Во многих двигателях используется один или несколько распределительных валов «над» рядом (или каждым рядом) цилиндров, как на иллюстрации, на которой каждый кулачок непосредственно приводит в действие клапан через плоский толкатель. В других конструкциях двигателей распределительный вал находится в картере, и в этом случае каждый кулачок контактирует с толкателем, который контактирует с коромыслом, открывающим клапан. Конструкция верхнего кулачка обычно допускает более высокие обороты двигателя, поскольку обеспечивает наиболее прямой путь между кулачком и клапаном.

Клапанный зазор

Клапанный зазор представляет собой небольшой зазор между толкателем клапана и штоком клапана, обеспечивающий полное закрытие клапана. На двигателях с механической регулировкой клапанов чрезмерный зазор вызывает шум в клапанном механизме. Слишком маленький зазор клапана может привести к тому, что клапаны не будут закрываться должным образом, что приведет к снижению производительности и возможному перегреву выпускных клапанов. Как правило, зазор необходимо регулировать каждые 20 000 миль (32 000 км) с помощью щупа.

В большинстве современных серийных двигателей используются гидравлические подъемники для автоматической компенсации износа компонентов клапанного механизма. Грязное моторное масло может привести к поломке подъемника.

Энергетический баланс

Двигатели Отто имеют КПД около 30%; другими словами, 30% энергии, вырабатываемой при сгорании, преобразуется в полезную энергию вращения на выходном валу двигателя, а остальная часть представляет собой потери из-за отходящего тепла, трения и агрегатов двигателя. Существует несколько способов восстановить часть энергии, потерянной в результате сброса тепла. Использование турбокомпрессора в дизельных двигателях очень эффективно за счет повышения давления входящего воздуха и, по сути, обеспечивает такое же увеличение производительности, как и увеличение рабочего объема. Компания Mack Truck несколько десятилетий назад разработала турбинную систему, которая преобразовывала отработанное тепло в кинетическую энергию, которая возвращалась в трансмиссию двигателя. В 2005 году BMW объявила о разработке турбопарогенератора, двухступенчатой ​​системы рекуперации тепла, аналогичной системе Mack, которая рекуперирует 80% энергии выхлопных газов и повышает эффективность двигателя Отто на 15%.

Современные двигатели часто специально разрабатываются так, чтобы они были немного менее эффективными, чем могли бы быть в противном случае. Это необходимо для контроля выбросов, таких как рециркуляция отработавших газов и каталитические нейтрализаторы, которые уменьшают смог и другие атмосферные загрязнители. Снижение эффективности можно компенсировать с помощью блока управления двигателем, использующего методы сжигания обедненной смеси.

В Соединенных Штатах корпоративная средняя экономия топлива предписывает, что транспортные средства должны достигать в среднем 35,5 миль на галлон (миль на галлон) по сравнению с текущим стандартом 25 миль на галлон. Поскольку автопроизводители стремятся соответствовать этим стандартам к 2016 году, возможно, придется рассмотреть новые способы проектирования традиционных двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Некоторые потенциальные решения по повышению эффективности использования топлива для удовлетворения новых требований включают в себя зажигание после того, как поршень находится на максимальном расстоянии от коленчатого вала, известного как верхняя мертвая точка (ВМТ), и применение цикла Миллера.