Двигатель внутреннего сгорания — урок. Физика, 8 класс.

Обрати внимание!

Двигатель внутреннего сгорания — распространённый вид теплового двигателя, который работает на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или горючем газе.

 

Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень \( 3\), соединённый при помощи шатуна \(4\) с коленчатым валом \(5\).

 

Два клапана, впускной \(1\) и выпускной \(2\), при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты.

1. клапан для подачи горючей смеси;
2. клапан для удаления отработанных газов;
3. цилиндр;
4. шатун;
5. коленчатый вал;
6. свеча для воспламенения горючих газов в цилиндре 3.

 

Ход поршня — расстояние между мёртвыми точками, крайними положениями поршня в цилиндре.

 

Такие двигатели называют четырёхтактными, т.к. рабочий цикл происходит за четыре хода или такта: впуск (а), сжатие (б), рабочий ход (в) и выпуск (г).

 

 

1 такт (впуск) — при такте впуска поршень от верхней мёртвой точки перемещается к нижней мёртвой точке. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Т.е. поршень всасывает горючую смесь.

 

 

2 такт (сжатие) — при такте сжатия поршень от нижней мёртвой точки перемещается к верхней мёртвой точке. Поршень движется вверх. Оба клапана плотно закрыты, и поэтому рабочая смесь сжимается. При сжатии температура смеси и давление повышаются. 

 

3 такт (рабочий ход) —  рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода сгорающая смесь начинает активно расширяться. А т.к. впускной и выпускной клапаны всё ещё закрыты, то расширяющимся газам остаётся только один единственный выход — давить на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления начинает перемещаться к нижней мёртвой точке, создаётся крутящий момент.  

 

 

4 такт (выпуск) — при движении поршня от нижней мёртвой точки к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан (впускной всё ещё закрыт), и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя.

 

 

После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, всё повторяется.

Для того чтобы вращение вала было более равномерным, двигатель обычно делают многоцилиндровым: 2-, 3-, 4-, 6-, 8-цилиндровым и т.д.

Источники:

http://webmyoffice.ru/media/files/99/dvigatel-moto-2.jpg

http://usauto.ucoz.ru/news/bilet_6/2011-04-26-4

http://autooboz.info/wp-content/uploads/2007/09/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya2.jpg

http://dvigyn.com/wpcontent/images_18/princip_raboti_dvigatelya_vnutrennego_sgoraniya_v_4_takta-2.jpg

http://dvigyn.com/wpcontent/images_18/princip_raboti_dvigatelya_vnutrennego_sgoraniya_v_4_takta-3.jpg

Устройство двигателя внутреннего сгорания — видео, схемы, картинки

Двигатель внутреннего сгорания – это одно из тех изобретений, которые в корне перевернули нашу жизнь – с лошадиных повозок люди смогли пересесть на быстрые и мощные автомобили.

Первые ДВС обладали малой мощностью, а коэффициент полезного действия не доходил даже до десяти процентов, но неутомимые изобретатели – Ленуар, Отто, Даймлер, Майбах, Дизель, Бенц и множество других – привносили что-то новое, благодаря чему имена многих увековечены в названиях известных автомобильных компаний.

ДВС прошли длительный путь развития от коптящих и часто ломающихся примитивных моторов, до сверхсовременных битурбированных двигателей, но принцип их работы остался все тот же – теплота сгорания топлива преобразуется в механическую энергию.

Название “двигатель внутреннего сгорания” используется потому, что топливо сгорает в середине двигателя, а не снаружи, как в двигателях внешнего сгорания – паровых турбинах и паровых машинах.

Благодаря этому ДВС получили множество положительных характеристик:

• они стали намного легче и экономичнее;
• стало возможным избавиться от дополнительных агрегатов для передачи энергии сгорания топлива или пара к рабочим частям двигателя;
• топливо для ДВС обладает заданными параметрами и позволяет получать значительно больше энергии, которую можно преобразовать в полезную работу.

Устройство ДВС

Вне зависимости от того, на каком топливе работает двигатель – бензин, дизель, пропан-бутан или экотопливо на основе растительных масел – главным действующим элементом является поршень, который находится внутри цилиндра. Поршень похож на металлический перевернутый стакан (скорее подойдет сравнение с бокалом для виски – с плоским толстым дном и прямыми стенками), а цилиндр – на небольшой кусок трубы, внутри которой и ходит поршень.

В верхней плоской части поршня имеется камера сгорания – углубление круглой формы, именно в нее попадает топливно воздушная смесь и здесь же детонирует, приводя поршень в движение. Это движение передается на коленчатый вал с помощью шатунов. Шатуны верхней своей частью прикреплены к поршню с помощью поршневого пальца, который просовывается в два отверстия по бокам поршня, а нижней – к шатунной шейке коленчатого вала.

Первые ДВС имели всего один поршень, но и этого было достаточно, чтобы развить мощность в несколько десятков лошадиных сил.

В наше время тоже применяются двигатели с одним поршнем, например пусковые двигатели для тракторов, которые выполняют роль стартера. Однако больше всего распространены 2-х, 3-х, 4-х, 6-и и 8-цилиндровые двигатели, хотя выпускаются двигатели на 16 цилиндров и более.

Поршни и цилиндры находятся в блоке цилиндров. От того, как расположены цилиндры по отношению к друг другу и к другим элементам двигателя, выделяют несколько видов ДВС:

• рядные – цилиндры расположены в один ряд;
• V-образные – цилиндры расположены друг против друга под углом, в разрезе напоминают букву “V”;
• U-образные – два объединенных между собой рядных двигателя;
• X-образные – ДВС со сдвоенными V-образными блоками;
• оппозитные – угол между блоками цилиндров составляет 180 градусов;
• W-образные 12-цилиндровые – три или четыре ряда цилиндров установленные в форме буквы “W”;
• звездообразные двигатели – применяются в авиации, поршни расположены радиальными лучами вокруг коленчатого вала.

Важным элементом двигателя является коленчатый вал, на который передается возвратно-поступательное движение поршня, коленвал преобразует его во вращение.

Когда на тахометре отображаются обороты двигателя, то это как раз и есть количество вращений коленвала в минуту, то есть он даже на самых низких оборотах вращается со скоростью 2000 оборотов в минуту. С одной стороны коленвал соединен с маховиком, от которого вращение через сцепление подается на коробку передач, с другой стороны – шкив коленвала, связанный с генератором и газораспределительным механизмом через ременную передачу. В более современных авто шкив коленвала связан также со шкивами кондиционера и гидроусилителя руля.

Топливо подается в двигатель через карбюратор или инжектор. Карбюраторные ДВС уже отживают свое из-за несовершенства конструкции. В таких ДВС идет сплошной поток бензина через карбюратор, затем топливо смешивается во впускном коллекторе и подается в камеры сгорания поршней, где детонирует под действием искры зажигания.

В инжекторных двигателях непосредственного впрыска топливо смешивается с воздухом в блоке цилиндров, куда подается искра от свечи зажигания.

Газораспределительный механизм отвечает за согласованную работу системы клапанов. Впускные клапаны обеспечивают своевременное поступление топливновоздушной смеси, а выпускные отвечают за выведение продуктов сгорания. Как мы уже писали раньше, такая система используется в четырехтактных двигателях, тогда как в двухтактных необходимость в клапанах отпадает.

На данном видео показано как устроен двигатель внутреннего сгорания, какие функции выполняет и как он это делает.

Устройство четырехтактного ДВС

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания, или ДВС – это наиболее распространённый тип двигателя, который можно встретить на автомобилях. Невзирая на тот факт, что двигатель внутреннего сгорания в современных автомобилях состоит из множества частей, его принцип работы предельно прост. Давайте подробнее рассмотрим, что же такое ДВС, и как он функционирует в автомобиле.

ДВС что это?

Двигатель внутреннего сгорания – это вид теплового двигателя, в котором преобразовывается часть химической энергии, получаемой при сгорании топлива, в механическую, приводящую механизмы в движение.

ДВС разделяются на категории по рабочим циклам: двух- и четырёхтактные. Также их различают по способу приготовления топливно-воздушной смеси: с внешним (инжекторы и карбюраторы) и внутренним (дизельные агрегаты) смесеобразованием. В зависимости от того, как в двигателях преобразовывается энергия, их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные и комбинированные.

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания состоит из огромного количества элементов. Но есть основные, которые характеризуют его производительность. Давайте рассмотрим строение ДВС и основных его механизмов.

1. Цилиндр – это самая важная часть силового агрегата. Автомобильные двигатели, как правило, имеют четыре и более цилиндров, вплоть до шестнадцати на серийных суперкарах. Расположение цилиндров в таких двигателях может находиться в одном из трёх порядков: линейно, V-образно и оппозитно.

2. Свеча зажигания генерирует искру, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Благодаря этому и происходит процесс сгорания. Чтобы двигатель работал «как часы», искра должна подаваться точно в положенное время.

3. Клапаны впуска и выпуска также функционируют только в определённые моменты. Один открывается, когда нужно впустить очередную порцию топлива, другой, когда нужно выпустить отработанные газы. Оба клапана крепко закрыты, когда в двигателе происходят такты сжатия и сгорания. Это обеспечивает необходимую полную герметичность.

4. Поршень представляет собой металлическую деталь, которая имеет форму цилиндра. Движение поршня осуществляется вверх-вниз внутри цилиндра.

5. Поршневые кольца служат уплотнителями скольжения внешней кромки поршня и внутренней поверхности цилиндра. Их использование обусловлено двумя целями:

• Они не дают попадать горючей смеси в картер ДВС из камеры сгорания в моменты сжатия и рабочего такта.

• Они не дают попасть маслу из картера в камеру сгорания, ведь там оно может воспламениться. Многие автомобили, которые сжигают масло, оборудованы старыми двигателями, и их поршневые кольца уже не обеспечивают должного уплотнения.

6. Шатун служит соединительным элементом между поршнем и коленчатым валом.

7. Коленчатый вал преобразует поступательные движения поршней во вращательные.

8. Картер располагается вокруг коленчатого вала. В его нижней части (поддоне) собирается определённое количество масла.

Это интересно! Самые мощные в мире ДВС выпускает фирма Wartsila. Они предназначены для кораблей. Их мощность достигает 110 000 л.с., что равно 80 мВт.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В предыдущих разделах мы рассмотрели назначение и устройство ДВС. Как вы уже поняли, каждый такой двигатель имеет поршни и цилиндры, внутри которых тепловая энергия преобразуется в механическую. Это, в свою очередь, заставляет автомобиль двигаться. Данный процесс повторяется с поразительной частотой – по несколько раз в секунду. Благодаря этому, коленчатый вал, который выходит из двигателя, непрерывно вращается.

Рассмотрим подробнее принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Смесь топлива и воздуха попадает в камеру сгорания через впускной клапан. Далее она компрессируется и воспламеняется искрой от свечи зажигания. Когда топливо сгорает, в камере образуется очень высокая температура, которая приводит к появлению избыточного давления в цилиндре. Это заставляет двигаться поршень к «мёртвой точке». Он таким образом совершает один рабочий ход. Когда поршень двигается вниз, он посредством шатуна вращает коленчатый вал. Затем, двигаясь от нижней мёртвой точки к верхней, выталкивает отработанный материал в виде газов через клапан выпуска далее в выхлопную систему машины.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня. Совокупность таких тактов, которые повторяются в строгой последовательности и за определённый период – это рабочий цикл ДВС.

Впуск

Впускной такт является первым. Он начинается с верхней мёртвой точки поршня. Он движется вниз, всасывая в цилиндр смесь из топлива и воздуха. Этот такт происходит, когда клапан впуска открыт. Кстати, существуют двигатели, у которых присутствует несколько впускных клапанов. Их технические характеристики существенно влияют на мощность ДВС. В некоторых двигателях можно регулировать время нахождения впускных клапанов открытыми. Это регулируется нажатием на педаль газа. Благодаря такой системе количество всасываемого топлива увеличивается, а после его возгорания существенно возрастает и мощность силового агрегата. Автомобиль в таком случае может существенно ускориться.

Сжатие

Вторым рабочим тактом двигателя внутреннего сгорания является сжатие. По достижении поршнем нижней мертвой точки, он поднимается вверх. За счёт этого попавшая в цилиндр смесь во время первого такта сжимается. Топливно-воздушная смесь сжимается до размеров камеры сгорания. Это то самое свободное место между верхними частями цилиндра и поршня, который находится в своей верхней мертвой точке. Клапаны в момент этого такта плотно закрыты. Чем герметичнее образованное пространство, тем более качественное сжатие получается. Очень важно, какое состояние у поршня, его колец и цилиндра. Если где-то присутствуют зазоры, то о хорошем сжатии речи быть не может, а, следовательно, и мощность силового агрегата будет существенно ниже. По величине сжатия определяется то, насколько изношен силовой агрегат.

Рабочий ход

Этот третий по счёту такт начинается с верхней мёртвой точки. И такое название он получил не случайно. Именно во время этого такта в двигателе происходят те процессы, которые двигают автомобиль. В этом такте подключается система зажигания. Она отвечает за поджог воздушно-топливной смеси, сжатой в камере сгорания. Принцип работы ДВС в этом такте весьма прост – свеча системы дает искру. После возгорания топлива происходит микровзрыв. После этого оно резко увеличивается в объёме, заставляя поршень резко двигаться вниз. Клапаны в этом такте находятся в закрытом состоянии, как и в предыдущем.

Выпуск

Заключительный такт работы двигателя внутреннего сгорания – выпуск. После рабочего такта поршнем достигается нижняя мёртвая точка, а затем открывается выпускной клапан. После этого поршень движется вверх, и через этот клапан выбрасывает отработанные газы из цилиндра. Это процесс вентиляции. От того, насколько чётко работают клапан, зависит степень сжатия в камере сгорания, полное удаление отработанных материалов и нужное количество воздушно-топливной смеси.

После этого такта всё начинается заново. А за счёт чего вращается коленвал? Дело в том, что не вся энергия уходит на движение автомобиля. Часть энергии раскручивает маховик, который под действием инерционных сил раскручивает коленчатый вал ДВС, перемещая поршень в нерабочие такты.

А знаете ли вы? Дизельный двигатель тяжелее, чем бензиновый, из-за более высокого механического напряжения. Поэтому конструкторы используют более массивные элементы. Зато ресурс таких двигателей выше бензиновых аналогов. Кроме того, дизельные автомобили возгораются значительно реже бензиновых, так как дизель нелетучий.

Достоинства и недостатки

Мы с вами узнали, что представляет из себя двигатель внутреннего сгорания, а также каково его устройство и принцип работы. В заключение разберём его основные преимущества и недостатки.

Преимущества ДВС:

1. Возможность длительного передвижения на полном баке.

2. Небольшой вес и объём бака.

3. Автономность.

4. Универсальность.

5. Умеренная стоимость.

6. Компактные размеры.

7. Быстрый старт.

8. Возможность использования нескольких видов топлива.

Недостатки ДВС:

1. Слабый эксплуатационный КПД.

2. Сильная загрязняемость окружающей среды.

3. Обязательное наличие коробки переключения передач.

4. Отсутствие режима рекуперации энергии.

5. Большую часть времени работает с недогрузом.

6. Очень шумный.

7. Высокая скорость вращения коленчатого вала.

8. Небольшой ресурс.

Интересный факт! Самый маленький двигатель спроектирован в Кембридже. Его габариты составляют 5*15*3 мм, а его мощность 11,2 Вт. Частота вращения коленвала составляет 50 000 об/мин.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Oдноцилиндровый ДВС

Описание устройства простейшего двигателя

Чтобы сразу не смущать сложными терминами и громоздкими определениями, сначала рассмотрим простейший одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий на бензине, устройство которого представлено на рисунке 4.1.

Состоит этот двигатель из блока с цилиндрическим отверстием внутри – гильзой цилиндра. В гильзе находится поршень, соединенный через шатун с коленчатым валом. Коленчатый вал, в свою очередь, связан с распределительным валом через цепь (эта связь постоянна и передаточное отношение (О том, что такое «передаточное отношение», будет рассказано в главе 5 «Трансмиссия») составляет 1 к 2, то есть распределительный вал делает один оборот за два оборота коленчатого вала).

Рисунок 4.1 Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания.

Рисунок 4.2 Разрез бензинового двигателя внутреннего сгорания.

Рисунок 4.4 Двигатель внутреннего сгорания с воздушным охлаждением.

Распределительный вал вместе с клапанами расположен в головке блока цилиндров, которая установлена соответственно на блок цилиндров.

Теперь разложим все по частям.

Блок цилиндра — литая деталь из чугуна или из алюминиевого сплава. Блок цилиндров образует картер. По сути, это корпус, внутри которого находятся основные элементы кривошипно-шатунного механизма (о котором речь пойдет ниже). Этот корпус имеет двойные стенки (именуемые рубашкой блока). В полостях между стенками течет охлаждающая жидкость, если двигатель с жидкостным охлаждением. Если двигатель с воздушным охлаждением, то блок имеет одну стенку с многочисленными ребрами для отвода тепла, как показано на рисунке 4.3.

В блоке имеются гильза и масляные каналы для подвода смазки к трущимся деталям. Рабочая поверхность гильзы, с которой соприкасается поршень, называется зеркалом цилиндра.

Поршень имеет вид перевернутого стакана, обычно отлит из алюминиевого сплава. В цилиндр поршень устанавливается с очень небольшим зазором (обычно сотые доли миллиметра). Чтобы газы, образовавшиеся при сгорании топлива, через этот зазор не прорвались в картер блока цилиндров, поршень уплотнен кольцами. Обычно устанавливают два компрессионных кольца (они воспринимают основную нагрузку при перемещении поршня) и одно маслосъемное (оно состоит из нескольких элементов), необходимое для снятия со стенок цилиндра моторного масла. Поршень, шарнирно, то есть через палец соединен с верхней головкой шатуна, а шатун, в свою очередь, шарнирно соединен с коленчатым валом. Шатун вместе с коленчатым валом и называют кривошипно-шатунным механизмом. Благодаря шатуну поступательное движение поршня вверх и вниз преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Примечание
Уважаемый читатель может подумать, что пропустил целый раздел, ведь на рисунке 4.1 отсутствует и палец, и верхняя головка шатуна, но это не так — вышеприведенное описание дано для общего представления о двигателе внутреннего сгорания, а вот устройство каждого из элементов подробно рассмотрено в разделе 4.7 «Блок цилиндров и кривошипно-шатунный механизм».

Головка блока цилиндра — по сути, это корпус (обычно из алюминиевого сплава), в котором, в зависимости от конструкции (Слова «в зависимости от конструкции» означают, что не всегда распределительный вал или валы располагают в головке блока. Об этом подробнее будет рассказано в главе 4.6 «Головка блока цилиндров»), находится распределительный вал (или валы), а также клапаны – впускной и выпускной. Распределительный вал и клапаны называют газораспределительным механизмом (ГРМ). Распределительный вал необходим для своевременного открытия впускных и выпускных клапанов. Клапаны плотно прилегают к головке блока цилиндра и прижимаются с помощью клапанных пружин.

Вот и весь четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Сложного ничего нет.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Четырехтактным двигатель называется потому, что полный рабочий процесс разбит на четыре промежутка – такта. Из этих тактов только один рабочий, то есть тот, во время которого происходит перемещение поршня под действием газов, выделяющихся при сгорании топливовоздушной смеси. Каждый такт приходится (приблизительно) на один полуоборот коленчатого вала.

Примечание
Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее положение поршня в верхней части цилиндра.
Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее положение поршня в нижней части цилиндра.
Расстояние от ВМТ до НМТ называется ходом поршня.

Наверняка, у каждого в детстве был велосипед. И, если спускала шина, то ее необходимо было подкачать насосом. Так вот, хотя и отдаленно, но этот насос для накачивания шин напоминает нам наш одноцилиндровый двигатель. Внутри цилиндрического корпуса насоса тоже есть клапаны и так же двигается поршень. Когда вы тяните ручку поршня на себя, через клапан в корпусе всасывается воздух, когда двигаете поршень вниз — клапан на впуске закрывается и воздух выходит через клапан на выпуске в трубку, попадая в шину колеса велосипеда. Теперь мысленно представим перевернутый насос, у которого мы начали перемещать поршень вниз, набирая при этом внутрь корпуса воздух, так же мысленно закрываем выпускное отверстие, например, пальцем, и начинаем перемещать поршень насоса вверх – воздух при этом начнет сжиматься, так как деваться ему некуда. Доведя поршень насоса до упора, мы возьми и подожги засыпанный до начала этого действа порох в корпусе. Сгорая, этот порох будет выделять большое количество газа, который, в свою очередь, повысит давление внутри корпуса и начнет перемещать поршень, только уже без нашего участия – самостоятельно. Когда порох полностью выгорит, а поршень дойдет до самой нижней точки, мы откроем выпускное отверстие, и начнем снова перемещать поршень вверх, выталкивая из корпуса насоса уже отработавшие свое газы. Вытолкнув продукты горения наружу, мы снова закрываем пальцем выпускное отверстие насоса и начинаем повторять все вышеперечисленное в той же последовательности. Вот так же приблизительно работает любой четырехтактный бензиновый двигатель. Поместите корпус насоса в блок, клапаны установите в головку, которую в свою очередь смонтируйте на блок, а поршень соедините через шатун с коленвалом и получите наш простейший одноцилиндровый двигатель.

Есть такое понятие, как «рабочий цикл». Это совокупность процессов, происходящих последовательно в цилиндре двигателя при вращении коленчатого вала на два полных оборота (720^o). Рабочий цикл состоит из тактов.

Примечание
Читая далее описание процессов, вспомните о насосе, который был описан перед этим.

Собственно, ничего сложного. Практически все четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, использующие в качестве топлива бензин, работают по такому принципу.

Первый такт. Впуск воздуха, смешанного с топливом

Коленвал, вращаясь, перемещает поршень вниз из ВМТ. В этот момент открыт впускной клапан, через него в цилиндр всасывается воздух вперемешку с распыленным топливом (в виде очень мелких капелек). Далее поршень достигает НМТ, впускной клапан закрывается

Второй такт. Сжатие

Коленвал продолжает вращаться, а поршень начинает от НМТ перемещаться вверх, сжимая при этом топливовоздушную смесь, дополнительно более тщательно смешивая топливо с воздухом, чтобы смесь была максимально однородная. Оба клапана закрыты

Третий такт. Рабочий ход

Поршень в ВМТ, в камере сгорания сжатая и нагретая до высокой температуры смесь, в этот момент возникает разряд между электродами свечи, который поджигает топливо. Сгорая, топливовоздушная смесь выделяет газы, которые, к слову, разогреты до 800 градусов Цельсия, создается высокое давление, под действием которого поршень перемещается вниз, толкая коленчатый вал. Весь процесс протекает до НМТ

Четвертый такт. Выпуск

Газы свое дело сделали, теперь от них необходимо избавиться, чтобы подготовить цилиндр для следующей порции топливовоздушной смеси. После НМТ, открывается выпускной клапан, поршень под действием силы инерции поднимается вверх, выталкивая отработанные газы. После того, как поршень достигнет ВМТ и будут удалены все отработанные газы, весь процесс повторится заново.

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

• своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
• последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

• стальная пружина;
• устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
• втулка, направляющая движение;
• посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

• минимально возможный вес;
• антикоррозийная устойчивость;
• безупречная теплоотдача клапана;
• устойчивость к высоким температурам;
• герметичность работы при контакте с седлом;
• повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
• отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
• максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

• головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
• стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

Судовой двигатель СУДОВЫЕ ДИЗЕЛИ, СУДОВЫЕ ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ, СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ —

Судовой двигатель СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ входит в состав судовой энергетической установки. Судовые двигатели различают  на главные судовые двигатели (обеспечивающие движение судна) и вспомогательные судовые двигатели (для привода электрогенераторов, насосов, вентиляторов и т. п.). В качестве судового двигателя используют двигатели внутреннего сгорания (ДВС – СУДОВЫЕ ДИЗЕЛИ, СУДОВЫЕ ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ, СУДОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ), паровые турбины, и газовые турбины.  Основными характеристиками судовых двигателей являются: большой ресурс, возможность реверсирования, умеренная трудоёмкость технического обслуживания, проводимого в судовых условиях, использование топлива в основном тяжёлых сортов, отсутствие жёстких ограничений по массе и размерам двигателя. Чаще всего на судах используются ДВС — судовые дизели, обладающие наибольшей экономичностью из всех типов судовых двигателей. На транспортных, промысловых и вспомогательных судах применяются мало-, средне- и высокооборотные дизели с наддувом. Малооборотные судовые двигатели внутреннего сгорания используются как главные двигатели судов различных типов; их агрегатная мощность составляет 2,2—35 Мвт, число цилиндров 5—12, удельный эффективный расход топлива 210—215 г/ (квт×ч), частота вращения 103—225 об / мин. Среднеоборотные судовые двигатели внутреннего сгорания используются преимущественно в качестве главных двигателей судов среднего размера; их мощность достигает 13,2 Мвт, число цилиндров 6—20, эффективный расход топлива 205—210 г/(квт×ч), частота вращения 300—500 об/мин. Высокооборотные судовые двигатели внутреннего сгорания применяются в основном как главные двигатели на малых судах, а также в качестве вспомогательных двигателей на судах всех типов; их агрегатная мощность до 2 Мвт, число цилиндров 12—16, удельный эффективный расход топлива 215—230 г/(квт×ч), частота вращения свыше 500 об/мин. Паровые турбины по степени распространённости несколько уступают двс; используются в качестве главных двигателей на крупных танкерах, контейнеровозах, газовозах и других судах, а также на судах с ядерной энергетической установкой (см. Атомный ледокол «Ленин»). Применяются также как вспомогательные двигатели. Мощность паротурбинных установок достигает 80 Мвт, удельный эффективный расход топлива 260—300 г/(квт×ч), частота вращения турбины 3000—4000 об/мин. Газовые турбины в составе судовых двигателей применяются в основном в качестве главных двигателей на военных кораблях, транспортных судах на подводных крыльях и на судах на воздушной подушке. Примером газовых турбин является судовой газотурбинный двигатель. Эксплуатация судовых дизелей— подготовка дизельной установки к действию, пуск дизеля, обслуживание дизеля во время работы, вывод из действия (остановка) дизеля в соответствии с инструкцией завода-изготовителя и Правилами технической эксплуатации (ПТЭ). РАЗДЕЛ «ОБОРУДОВАНИЕ»         «Аппаратдизель», ООО   Экспорт/импорт оборудования и запасных частей для агрегатов на базе отечественных дизелей размерности 6 ЧН 36/45, 6-8Ч23/30, 6Ч18/22, 3Д6, 4Ч9,5/11, 4Ч12/14 и их ремонтом. Диапазон оборудования базирующегося на этих двигателях: от электростанций больших мощностей 1000 кВт и до судовых установок главных и стационарных. Роспромснаб   Филиал ООО «АлтайРОСПРОМСНАБ» занимается материально-техническим снабжением флота.Мы специализируемся на поставке главных и вспомогательных судовых дизелей ЧН 15/18(дизели 3Д6, 3Д12, 7Д6, 7Д12), а также запасных частей к ним. На складе имеются : главные судовые дизели: 3Д6С2; 3Д6Н-235С2; 3Д12А, 3Д12А-1; 3КД12Н-520; 3КД12Н-520Р; ВАЗ-3415. Вспомогательные судовые дизели:7Д6-150; П 7Д6АФ-С2; 7Д12; 7Д12А-1; 1Д6БГС2-301; 1Д12В-300КС2-301. Двигатель 3Д6, 3Д12, ЯМЗ запасные части   Предлагаем Вам продукцию ОАО ХК Барнаултрансмаш, Турбомоторный завод : — Промышленные дизели (1Д6Н-250,2Д6Н, 1Д12-400БС,1Д12БС(БМС),2Д12, В2-450,В2-500) применяемые для привода механизмов буровой техники, маневровых тепловозов. — Стационарные дизели (1Д6-150,1Д6БА(БГС), 1Д12В-300), применяемые для привода дизель-генераторов 100-200кВт -Транспортные дизели (Д12А-525,Д12А-525А),применяемые для многоосных тягачей Типа МАЗ-537, 543, 7310, КЗКТ-7428, 74106 — Судовые дизели (3Д6, 3Д12, 7Д6, 7Д12) укомплектованные РРП 150-300 л.с. применяемые как главные и вспомогательные судовые дизели, а также предлагаем весь ассортимент запасных частей ОАО ХК Барнаултрансмаш с хорошим дисконтом. -Судовые дизели ЯМЗ ДРА 90-360 л.с. удовлетворяющих требованиям Российского Речного Регистра.   ОПИСАНИЕ ТЕРМИНОВ Судовой газотурбинный двигатель CГТД — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс ГТД может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объёме. Основной источник электроэнергии на судах — дизель генератор. Судовой дизель генератор СДГ — агрегат, состоящий из генератора и дизеля, образованный путём соед. их валов. Осн. достоинства Д.-г. — экономичность и быстрота запуска. Размеры Д.-г. тем меньше, чем больше частота вращения. Однако с ростом частоты вращения падает ресурс дизеля. Поэтому в составе осн. длительно работающих Д.-г. применяются средне-и малооборотные дизели с частотой вращения соотв. 750 и 250 об/мин. Потребление топлива Д.-г. составляет ок. 220-230 г на 1 кВт мощн. в теч. 1ч работы. В качестве генераторов на соврем. судах применяют в большинстве случаев синхронные явнополюсные генераторы с автомат. регуляторами напряжения. Регуляторы в зависимости от отклонения напряжения от установленного значения подают больший или меньший ток в обмотку возбуждения генератора, стабилизируя тем самым напряжение. Дизель-компрессор судовой ДКС — уст-во, использующее  хим.энергию топлива для сжатия воздуха и наполнения воздушных баллонов. Представляет собой агрегат, состоящий из одноцилиндрового двухтактного двигателя внутреннего сгорания и поршневого компрессора. Противоположно движущиеся поршни в цилиндре ДВС непосредственно соединены с поршнями компрессора. Д.-к. по конструктивному исполнению и принципу работы близок к свободопоршневому генератору газа. Выпускные газы дизельной части после приведения в действие поршней дизеля и компрессора отводятся в атмосферу. В суд. Д.-к. давление достигает 40 МПа, а их производительность -10 л/мин. Достоинством Д.-к. является независимость его работы от др. суд. оборудования, высокая экономичность расхода энергии на 1л сжатого воздуха и небольшие габариты.   Если у Вас есть вопросы или Вы хотите стать участником любого из раздела обратитесь к нашим менеджерам:  «РА Корабел.ру», ООО тел.+7(812) 458-4452  сот. +7 (921) 912-0373 vika@korabel.ru skype www.korabel.ru _____________________ Портал: www.korabel.ru Журнал: www.korabel.su Торговая площадка: www.sudoremont.ru  Морские сувениры  https://www.korabel.ru/shop.html  ___________________ https://www.facebook.com/korabel.ru/ https://vk.com/korabelru https://www.instagram.com/korabel_ru/

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания в разрезе

Как устроен ДВС в автомобиле. «Просто и понятно».

Здравствуй, мой многоуважаемый читатель!

Как ты наверное понял, сейчас пойдёт речь об устройстве двигателя в автомобиле, но перед этим я хотел бы сказать, что я запускаю целый цикл статей, который включает в себя разбор всех устройств находящихся в автомобиле. Если интересно, то переходи на мой канал и узнай, как полностью устроен автомобиль.

Итак, начнём с простого. Двигатель внутреннего сгорания или же кратко ДВС — это самый распространённый тип двигателя, использующийся в автомобилях и не только.

Основные механизмы двигателя, которые характеризуют его производительность:

• Цилиндр – это самая важная часть силового агрегата, в автомобиле их как правило 4 и более.

• Свеча зажигания — генерирует искру, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Благодаря этому и происходит процесс сгорания топлива. На один цилиндр приходятся по одной свече.

• Клапаны впуска и выпуска — клапан впуска открывается, когда нужно впустить топливо, а клапан выпуска открывается тогда, когда нужно выпустить отработанные газы.

Оба клапана крепко закрыты, когда в двигателе происходят такты сжатия и сгорания. Это обеспечивает необходимую полную герметичность.

• Поршень — представляет собой металлическую деталь, которая имеет форму цилиндра. В двигателе выполняет движение вверх-вниз.

• Поршневые кольца — служат уплотнителями внешней кромки поршня и внутренней поверхности цилиндра. Также они имеют две цели:

— не дают попадать горючей смеси в картер ДВС из камеры сгорания в моменты сжатия и рабочего такта.

— не дают попасть маслу из картера в камеру сгорания, ведь там оно может воспламениться. Если автомобиль начинает сжигать масло, это говорит о том, что нужно менять поршневые кольца, которые уже не обеспечивают должного уплотнения.

• Шатун — служит соединительным элементом между поршнем и коленчатым валом.

• Коленчатый вал — преобразует поступательные движения поршней во вращательные

• Распределительный вал — основная деталь газораспределительного механизма (ГРМ) , служащего для синхронизации впуска или выпуска и тактов работы двигателя.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания:

Существует 4 такта работы ДВС:

Такт — это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

1 такт — впуск. Открывается впускной клапан, топливо заполняет цилиндр, тем самым поршень сдвигается с верхней мёртвой точки вниз.

2 такт — сжатие. Цилиндр начинает подниматься вверх, тем самым сжимая топливо, находящиеся в цилиндре до размеров камеры сгорания.

3 такт — рабочий ход. После того, как топливо во втором такте сжалось до размеров камеры сгорания, свеча зажигания поджигает топливную смесь, тем самым заводя двигатель. Данный такт является самым ключевым, т.к. благодаря ему автомобиль начинает работать.

4 такт — выпуск. После третьего такта, в цилиндре вырабатываются газы, тем самым опуская поршень до нижней мёртвой точки. В данном такте открывается выпускной клапан и газы выходят наружу.

Ну ну этом пожалуй всё. Как ты понял, устройство двигателя не такое сложное, как кажется, и я рад, что теперь ты разбираешься в этом. Спасибо за прочтение!

P.S. Ставь лайк, если тебе понравилась моя статья. Пиши комментарий о том, хотел бы ещё увидеть статьи на подобные темы.

И не забудь подписаться на мой канал, что бы не пропустить новый интересный пост.

Источник

Двигатель внутреннего сгорания — устройство, принцип работы и классификация

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

Что такое ДВС?

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

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

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

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

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

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

Устройство двигателя внутреннего сгорания

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

• Блок цилиндров . Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
• Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).

Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

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

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

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

• Система питания . В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
• Система смазки . Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
• Система охлаждения . Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора.

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

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

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

Принцип работы двигателя

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

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

• Поршень в цилиндре движется вниз.
• Открывается впускной клапан.
• В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
• Поршень поднимается.
• Выпускной клапан закрывается.
• Поршень сжимает воздух.
• Поршень доходит до верхней мертвой точки.
• Срабатывает свеча зажигания.
• Открывается выпускной клапан.
• Поршень начинает двигаться вверх.
• Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

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

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

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

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

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

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

4 такта образуют рабочий цикл.

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

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

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

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

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

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

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

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

Классификация двигателей

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

Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

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

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

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

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

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

Классификация двигателей в зависимости от конструкции

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

Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса :

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

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

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

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

Преимущества ДВС

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

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

Компактность . Двигатели внутреннего сгорания существенно компактнее, нежели двигатели внешнего сгорания.

Недостатки ДВС

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

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

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

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

Источник

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

Первые разработки

Развитие транспортного биотоплива идет рука об руку с изобретением двигателя внутреннего сгорания. Считается, что его прототип был впервые концептуализирован американским изобретателем Сэмюэлем Мори (1762–1843) в начале 19 века (Коварик, 1998). Однако только в начале 1860-х годов немецкий изобретатель Николаус Август Отто (1832–1891 гг.) В сотрудничестве с механиком Майклом Джозефом Зонсом разработал первую четырехтактную версию двигателя внутреннего сгорания, широко известную сегодня как двигатель с искровым зажиганием ( или бензиновый) двигатель, или просто двигатель Отто (Коварик, 1998).Другая версия двигателя внутреннего сгорания, двигатель с воспламенением от сжатия, была разработана несколькими десятилетиями позже немецким изобретателем Рудольфом Дизелем (1858–1913). Этот дизельный двигатель до сих пор носит имя своего изобретателя (Коварик, 1998).

Хотя сегодня в двигателях внутреннего сгорания для питания транспортных средств используются продукты на нефтяной основе, изначально они были разработаны для использования биотоплива, такого как этанол. Отто разработал свой двигатель в сотрудничестве с Ойгеном Лангеном (1833–1895 гг.), Немецким изобретателем и предпринимателем, который также владел сахарным заводом.Это заставляет многих полагать, что Отто использовал этанол в качестве основного топлива. Точно так же Дизель тестировал в своем двигателе различные виды топлива, включая этанол и биодизель. Фактически, на одной из первых демонстраций Дизеля на Всемирной выставке в Париже в 1897 году дизельный двигатель работал на арахисовом масле (Biofuels, 2018). Хотя из-за высокого содержания воды и более низкого энергосодержания потребовалось несколько регулировок для работы двигателей внутреннего сгорания на этаноле в течение длительного периода времени, все испытания, проведенные Diesel, продемонстрировали возможность его использования с выходом энергии, идентичным топливо на основе нефти (Коварик, 1998).Это соответствовало большинству других исследований этанола в качестве моторного топлива, которые продемонстрировали либо удовлетворительные, либо даже превосходные характеристики этанола по сравнению с топливом на нефтяной основе (Kovarik, 1998).

Первоначальная конструкция двигателя внутреннего сгорания для биотоплива была обусловлена ​​тем, что это был самый популярный вид топлива, и в то время никто не мог подумать о маркировке биотоплива как о «новом» или «альтернативном». Например, этанол в качестве топлива для освещения уже тогда широко использовался во всем мире, в то время как нефть, впервые обнаруженная в Пенсильвании (США) в 1859 году, только появлялась в качестве источника энергии (Коварик, 1998).Коммерческое использование этанола в качестве «обычного» моторного топлива стало жертвой недальновидных политических и экономических решений в Соединенных Штатах. Чтобы собрать деньги на войну, во время Гражданской войны в США (1861–1865 гг.) На этанол был введен налог в размере 2,08 доллара за галлон. Этанол стал слишком дорогим, и его производство резко сократилось, что способствовало развитию нефтяной промышленности США, поскольку последняя извлекала выгоду из того, что не облагалась этим налогом.

Когда в 1906 году налог на этанол был отменен, в Соединенных Штатах были предприняты отдельные попытки коммерциализировать этанол и топливные смеси на основе нефти.Наиболее ярким примером этих усилий стало движение сельскохозяйственных химиков 1930-х годов, целью которого было содействие производству промышленных продуктов из сельскохозяйственного сырья (Hale, 1934). Движение поддержали некоторые промышленники. Например, оригинальный автомобиль Генри Форда (1863–1947) (так называемая Модель Т), построенный в то время, был разработан для работы на этаноле (New York Times, 1925). Однако эти усилия были встречены противодействием нефтяной промышленности, которая лоббировала возрождение этанола и его использования в топливных смесях с нефтью.Из-за сильного лоббирования отрасли законодательные предложения по продвижению этанола в качестве моторного топлива не увенчались успехом. Негативную роль сыграло и начало сухого закона в 1919 году. Хотя этанол все еще можно было использовать в течение этого периода в транспортных средствах в смеси с нефтью (Управление энергетической информации, 2017), производство этанола в качестве моторного топлива было остановлено из-за отсутствия спроса. После отмены сухого закона в 1933 году производство этанола в США возродилось, но только для того, чтобы в значительной степени удовлетворить быстрорастущий рыночный спрос на давно запрещенные алкогольные напитки.В результате выросла национальная и глобальная зависимость от транспортного топлива на нефтяной основе.

Еще одним важным фактором, способствовавшим снижению популярности этанола в качестве транспортного топлива в Соединенных Штатах, было открытие положительного влияния свинца на характеристики двигателя внутреннего сгорания в 1920-х годах. Чтобы уменьшить детонацию двигателя, этанол можно смешивать с топливом на нефтяной основе; однако два промышленных исследователя, Томас Мидгли (1889–1944) и Чарльз Кеттеринг (1876–1958), обнаружили, как тетраэтилсвинец может быть использован для тех же целей (Коварик, 1998).Исследования воздействия на здоровье этилированного транспортного топлива не обсуждались или прекращались в то время, что в сочетании с производственными ограничениями, введенными запретом, привело к полной замене этанола тетраэтилсвинцом в моторном топливе. Только в 1980–90-х годах негативные последствия использования этилированного транспортного топлива для здоровья были клинически доказаны и, следовательно, получили политическое признание, и тетраэтилсвинец был запрещен в качестве топливной добавки в развитых странах (Loefgren and Hammar, 2000).

В отличие от Соединенных Штатов (известные в то время) запасы нефти в Европе были ограничены, что вызвало политическую озабоченность по поводу надежности ее поставок в качестве топлива. В результате такие страны, как Франция, Германия и Великобритания, начали продвигать использование этанола на транспорте. Двигатели были разработаны для работы на смеси этанола и топлива на основе нефти, а некоторые двигатели даже были разработаны для работы на чистом этаноле. В Европе этанол получали из картофеля и винограда в качестве основного сырья, в то время как в других странах мира сахарный тростник и патока представляли собой еще одно важное сырье в то время (Коварик, 1998).Использование этанола в качестве транспортного топлива поощрялось политически и с помощью налоговых льгот. В Германии, например, на нефть были введены специальные импортные пошлины, и специализированная организация, Centrale für Spiritus-Verwerthung, отвечала за регулирование национального рынка этанола, в том числе для производства транспортного топлива (Kovarik, 1998). Некоторые ученые считают, что политическая поддержка использования этанола на транспорте в Германии могла продлить Первую мировую войну, поскольку (сэкономленные) запасы нефти использовались в военных целях (Kovarik, 1998).Несмотря на более высокую популярность, чем в США, этанол не стал «обычным» транспортным топливом в Европе в межвоенный период. Частично это было связано с быстрым снижением затрат на производство топлива на основе нефти, но также и потому, что подготовка ко Второй мировой войне перенаправила традиционное этанольное сырье на производство военных материалов (Коварик, 1998).

Во время Второй мировой войны спрос на биотопливо снова увеличился, поскольку ископаемое топливо стало менее распространенным (Biofuels, 2018).Однако этот спрос длился недолго, и послевоенное восстановление мировой экономики явилось основным фактором, уменьшившим роль биотоплива на транспорте. Поскольку нефть была доступна в изобилии и дешево, промышленные и академические исследования технологии биотоплива в то время в значительной степени бездействовали. Именно топливный кризис 1970–80-х годов и более жесткие стандарты выбросов и экономии топлива, введенные в 1990-х годах, вернули к жизни общественный интерес к биотопливу (Biofuels, 2018; Lee and Mo, 2011). С тех пор соответствующая программа исследований неуклонно развивалась, и регулярно публикуются исследования по различным аспектам использования технологии биотоплива на транспорте, включая экономику производства, усовершенствования конструкции двигателей и отношение потребителей (Xu and Boeing, 2013).Сегодня биотопливо представляет собой важную тему в международном политическом и исследовательском дискурсе, учитывая значительную роль, которую они, как ожидается, будут играть в удовлетворении будущего глобального спроса на энергию и в сокращении углеродного следа при производстве энергии.

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

1 ВВЕДЕНИЕ

Топливная эффективность двигателя внутреннего сгорания может быть увеличена за счет снижения механических потерь, в первую очередь вызванных трением. Использование соответствующих масел снижает трение, увеличивает топливную экономичность и в то же время поддерживает низкий износ.Существует два подхода, с помощью которых можно достичь снижения трения в двигателях внутреннего сгорания: за счет уменьшения вязкости масла, что приводит к снижению трения в режиме смазки жидкой пленкой, и за счет использования присадок, снижающих трение, которые минимизируют трение в смешанной / граничной смазке. режим при контакте неровностей поверхности [1].

Очень важным классом присадок, снижающих трение, широко используемых в составах картерных масел, являются молибденосодержащие соединения, такие как диалкилдитиокарбамат молибдена (MoDTC).Общее количество присадок в масле может составлять от 5 до 25% [2], а эффективность MoDTC в снижении трения сильно зависит от синергетических или антагонистических эффектов с другими присадками, особенно с диалкилдитиофосфатом цинка (ZDDP) [3– 5]. Присадка ZDDP, помимо антиоксидантных свойств, как известно, очень эффективна для защиты поверхностей от износа в условиях граничной смазки; свойства, которые делают его незаменимым ингредиентом в подавляющем большинстве текущих составов масел [6].Поэтому понимание взаимодействия ZDDP и MoDTC в трибологических характеристиках как двух ключевых компонентов масел имеет важное значение для достижения оптимальных характеристик. Предыдущая работа [7] также указала на необходимость усовершенствования математических моделей смазки клапанного механизма, чтобы повысить их чувствительность к характеристикам состава масла. Такие улучшения станут возможными только путем развития лучшего понимания образования трибопленки, структуры, химических и морфологических свойств и их соотнесения с приработкой систем клапанного механизма.

MoDTC зарегистрировано для уменьшения трения за счет образования пленки, содержащей MoS ₂ , на металлических поверхностях [8–12]. Было замечено, что трение уменьшилось через определенное время, определяемое как фаза индукции, после чего трение упало с высоких значений примерно 0,12 до уменьшенных значений порядка 0,05. Ямамото и Гондо [9, 13, 14] в своей работе с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) предположили, что для образования MoS ₂ необходимо предварительное формирование слоя MoO ₃ .Было видно, что образование M0S ₂ из MoDTC происходит в результате контакта твердое тело-твердое тело [15]. Образование MoO ₃ перед любым падением трения предполагает, что произойдет увеличение шероховатости, которое может способствовать образованию M0S2, что указывает на физический эффект MoO ₃ на образование M0S ₂ . Хотя в нескольких работах [9, 11, 15] было показано, что только MoDTC эффективен в снижении трения, есть сообщения, которые показывают, что MoDTC может быть эффективным в снижении трения только в присутствии добавки ZDDP [3–5].Sogawa et al. [16] показали, что присутствие ZDDP способствует образованию M0S ₂ из MoDTC. Они обнаружили, что при использовании модельного масла, содержащего как ZDDP, так и MoDTC, около 40% S из ZDDP было использовано для образования трибопленки M0S ₂ в рубце износа, но точный механизм не был исследован. С другой стороны, Martin et al. [17] предложила реакцию элиминирования M0O3 фосфатом цинка, генерируемым из ZDDP, в соответствии с принципом жестких и мягких кислот и оснований (HSAB).Устранение M0O ₃ считалось причиной того, почему система ZDDP / MoDTC более эффективна в снижении трения, чем только MoDTC — химический эффект ZDDP на снижение трения MoDTC. Однако топографический анализ трибопленок ZDDP подтвердил высокую шероховатость этой пленки [18, 19], что свидетельствует о влиянии ZDDP на образование M0S ₂ , которое имеет физическую природу .

Хотя указание на виды, образующиеся при использовании добавки MoDTC, можно получить из анализа работы, проделанной несколькими группами, последовательность реакций, с помощью которых MoDTC образует M0S ₂ , еще не установлена ​​и не доказана экспериментально.Кроме того, влияние ZDDP на механизм образования M0S ₂ от MoDTC до сих пор полностью не изучено. В данной статье представлена ​​полная характеристика с точки зрения химических и топографических свойств трибопленок, образовавшихся до падения трения, и обсуждаются условия, благоприятные для образования M0S ₂ и, следовательно, снижения трения. Процедура испытания, включающая замену масла одной модели на другую, использовалась для того, чтобы понять, имеют ли взаимодействия ZDDP / MoDTC физический или химический характер или их комбинацию.

Характеристики и функции поршневых двигателей — Petrotech, Inc.

Мощные и эффективные двигатели многих типов поставляют энергию, необходимую для выработки электроэнергии или привода в секторе энергоснабжения. Нефтегазовая промышленность использует двигатели внутреннего сгорания на трех основных рынках: электростанции, компрессорные и насосные. На электростанциях двигатели сжигают топливо, которое нельзя использовать в турбинах; при перекачке обеспечивают механический привод; а при сжатии они используются в газораспределительных линиях.Самым популярным типом двигателей внутреннего сгорания, используемых сегодня в этих областях, является поршневой двигатель.

Что такое поршневые двигатели?

Поршневой двигатель, также известный как поршневой двигатель, является одним из двух типов двигателей внутреннего сгорания, которые работают за счет сжигания топлива для получения энергии. Другой тип — это более ранняя форма, называемая роторным двигателем, и хотя поршневые двигатели все еще используются сегодня, они более распространены во многих отраслях промышленности. Роторный двигатель имеет четыре отдельных отсека, и в каждом из них выполняется определенная работа: впуск, сжатие, сгорание (или зажигание) или выпуск.С другой стороны, поршень (ы) в поршневом двигателе выполняет каждую из этих четырех задач в одном цилиндре.

Как они работают?

Мощность, создаваемая поршневыми двигателями, происходит от нагнетания топлива с помощью поршня или поршней для создания сгорания и, в свою очередь, создания кругового вращательного движения. Этот процесс называется четырехтактным циклом, поскольку, как и роторный двигатель, поршневые двигатели работают по повторяющейся схеме впуска, сжатия, сгорания и выпуска.Первый этап — это впуск, при котором топливо впрыскивается в цилиндр, толкая поршень вниз. Затем во время сжатия поршень подталкивается к верхней части цилиндра. Это оказывает давление на топливо, и свеча зажигания воспламеняет его, создавая следующий шаг: сгорание. Это зажигание толкает поршень обратно вниз, создавая энергию. Отходы выбрасываются на последнем этапе, выхлопе, и цикл начинается снова.

Каковы преимущества поршневых двигателей?

Поршневые двигатели

являются более современными из двух типов двигателей внутреннего сгорания, и во многих случаях они оказались более эффективными.Хотя на рынке все еще есть место для роторных двигателей, их применение гораздо более ограничено. Например, они встроены во многие гоночные автомобили, потому что позволяют увеличить крутящий момент, что, в свою очередь, обеспечивает максимальное ускорение. Однако роторные двигатели гораздо труднее герметизировать и часто имеют проблемы с утечкой давления и проблемами со смазкой. Поршневые двигатели бывают разных конфигураций, чтобы соответствовать конкретным машинам или задачам, и являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых в современных транспортных средствах.

Какие виды обслуживания и ремонта им требуются?

Как и двигатель транспортного средства, поршневой двигатель в энергоснабжающем предприятии необходимо надлежащим образом обслуживать и ремонтировать для обеспечения максимальной производительности и долговечности. В Petrotech мы предлагаем решения для любого типа OEM-оборудования, чтобы помочь нашим клиентам контролировать, автоматизировать и обслуживать их поршневые двигатели, помогая максимизировать эффективность и минимизировать потребность в ремонте. Поскольку мы можем спроектировать и установить индивидуальные системы управления вокруг существующего оборудования предприятия, мы можем помочь нашим клиентам оптимизировать функциональность без дополнительных затрат времени или затрат на переоборудование оборудования.Наши системы управления могут включать в себя контроль и мониторинг следующих требований к техническому обслуживанию:

• Обороты двигателя
• Обороты турбокомпрессора
• Крутящий момент
• Соотношение воздух-топливо
• Температура выхлопных газов
• Давление в воздушном коллекторе
• Вибрация, температура в коллекторе воздуха
• Опережение зажигания

Системы удобны в использовании и адаптированы к требованиям каждого клиента.

Petrotech имеет более чем 50-летний опыт работы в сфере энергоснабжения и предлагает услуги «под ключ» для единого поставщика, включая бесплатную круглосуточную техническую поддержку и устранение неисправностей.Узнайте больше о настраиваемых интегрированных системах управления, которые мы можем предоставить для поршневых двигателей.

Изображение Mj-bird

Вот как работает двигатель вашего автомобиля

Для большинства людей автомобиль — это штука, которую они заправляют бензином, который перемещает их из точки А в точку Б. Но вы когда-нибудь задумывались, как это на самом деле делает это? Что заставляет его двигаться? Если вы еще не приняли электромобиль в качестве повседневного водителя, магия сводится к тому, что сводится к двигателю внутреннего сгорания — той штуке, которая шумит под капотом.Но как именно работает двигатель?

В частности, двигатель внутреннего сгорания является тепловым двигателем в том смысле, что он преобразует энергию тепла горящего бензина в механическую работу или крутящий момент. Этот крутящий момент применяется к колесам, чтобы заставить машину двигаться. И если вы не водите старинный двухтактный Saab (который звучит как старая бензопила и изрыгает масляный дым из выхлопных газов), ваш двигатель работает по одним и тем же основным принципам, независимо от того, управляете ли вы Ford или Ferrari.

Двигатели имеют поршни, которые перемещаются вверх и вниз внутри металлических трубок, называемых цилиндрами.Представьте, что вы едете на велосипеде: ваши ноги двигаются вверх и вниз, чтобы крутить педали. Поршни соединены стержнями (они как ваши голени) с коленчатым валом, и они перемещаются вверх и вниз, чтобы вращать коленчатый вал двигателя, так же, как ваши ноги вращают велосипед, который, в свою очередь, приводит в действие ведущее колесо велосипеда или ведущие колеса автомобиля. . В зависимости от транспортного средства в двигателе обычно бывает от двух до 12 цилиндров, в каждом из которых поршень перемещается вверх и вниз.

Откуда исходит мощность двигателя

Эти поршни приводятся в движение вверх и вниз тысячи крошечных контролируемых взрывов, происходящих каждую минуту, создаваемых смешиванием топлива с кислородом и воспламенением смеси.Каждый раз, когда топливо воспламеняется, называется тактом сгорания или силовым ходом. Тепло и расширяющиеся газы от этого мини-взрыва толкают поршень вниз в цилиндре.

Почти все современные двигатели внутреннего сгорания (для простоты, мы сосредоточимся здесь на бензиновых силовых установках) относятся к четырехтактным. Помимо такта сгорания, который толкает поршень вниз из верхней части цилиндра, есть еще три хода: впуск, сжатие и выпуск.

Двигателям необходим воздух (а именно кислород) для сжигания топлива.Во время такта впуска клапаны открываются, позволяя поршню действовать как шприц, когда он движется вниз, втягивая окружающий воздух через систему впуска двигателя. Когда поршень достигает нижней точки своего хода, впускные клапаны закрываются, эффективно уплотняя цилиндр для такта сжатия, который проходит в направлении, противоположном такту впуска. Движение поршня вверх сжимает всасываемый заряд.

Четыре такта четырехтактного двигателя

Getty Images

В современных двигателях бензин впрыскивается непосредственно в цилиндры в верхней части такта сжатия.(Другие двигатели предварительно смешивают воздух и топливо во время такта впуска.) В любом случае, непосредственно перед тем, как поршень достигнет верхней точки своего хода, известной как верхняя мертвая точка, свечи зажигания воспламеняют смесь воздуха и топлива.

Возникающее в результате расширение горячих горящих газов толкает поршень в противоположном направлении (вниз) во время такта сгорания. Это ход, при котором колеса вашего автомобиля крутятся, как когда вы нажимаете на педали велосипеда. Когда ход сгорания достигает нижней мертвой точки, выпускные клапаны открываются, позволяя газам сгорания откачиваться из двигателя (как шприц, выталкивающий воздух), когда поршень снова поднимается.Когда выхлоп выходит — он проходит через выхлопную систему автомобиля перед выходом из задней части автомобиля — выхлопные клапаны закрываются в верхней мертвой точке, и весь процесс начинается снова.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

В многоцилиндровом автомобильном двигателе циклы отдельных цилиндров смещены друг относительно друга и равномерно распределены, так что такты сгорания не происходят одновременно, а двигатель является максимально сбалансированным и плавным.

Getty Images

Но не все двигатели одинаковы. Они бывают разных форм и размеров. В большинстве автомобильных двигателей цилиндры расположены по прямой линии, например, в рядном четырехцилиндровом двигателе, или объединены два ряда рядных цилиндров в виде V-образной формы, как в V-6 или V-8. Двигатели также классифицируются по размеру или рабочему объему, который представляет собой совокупный объем цилиндров двигателя.

Различные типы двигателей

Конечно, существуют исключения и незначительные различия среди двигателей внутреннего сгорания, представленных на рынке.Например, двигатели с циклом Аткинсона изменяют фазы газораспределения, чтобы сделать двигатель более эффективным, но менее мощным. Турбонаддув и наддув, сгруппированные вместе под вариантами принудительной индукции, нагнетают дополнительный воздух в двигатель, что увеличивает доступный кислород и, следовательно, количество топлива, которое можно сжечь, что приводит к увеличению мощности, когда вы этого хотите, и большей эффективности, когда вы надеваете не нужна сила. Все это дизельные двигатели обходятся без свечей зажигания. Но независимо от двигателя, если он относится к типу двигателей внутреннего сгорания, основы его работы остаются неизменными.И теперь вы их знаете.

Пора провести весеннюю уборку? Попробуйте продукты Meguiar, которые мы используем в нашем автопарке

Средство для мытья рук и воска Meguiar’s Ultimate Wash & Wax

Ultimate Quik Detailer от Meguiar

Полотенце из микрофибры Meguiar’s Water Magnet

Детальщик интерьера Meguiar’s Ultimate

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

№ 2969: Октановое число

Сегодня обычный или премиум? Инженерный колледж Хьюстонского университета представляет серию статей о машинах, которые заставляют нашу цивилизацию работать, и людях, чья изобретательность создала их.

Каждый раз, когда вы останавливаетесь, чтобы купить бензин для своей машины, вы сталкиваетесь с вопросом: какой сорт бензина покупать? Обычный или один из премиальных? Если вы похожи на меня, вы, вероятно, полагаетесь на обычные, потому что это дешевле.В конце концов, в наши дни газ — это значительная статья расходов. Так в чем же выгода от покупки премиум-класса?

Для ответа нам нужно немного понять, как работают газ и двигатели. В двигателе автомобиля мощность создается путем воспламенения газа, смешанного с воздухом, для создания управляемого взрыва. Физика говорит нам, что мы можем получить более мощный взрыв, сначала сжав газ. Фактически, если мы сжимаем газ достаточно сильно, он взрывается, не зажигая его. На этом принципе построены дизельные двигатели. Двигатели газовые нет.Им нужна свеча зажигания, чтобы начать взрыв.

Поршни двигателя внутреннего сгорания, частичный разрез (Mj-bird / Wikipedia)

Пока все в порядке. Но вот в чем поворот. Слишком сильно выжимайте газ в двигателе автомобиля, и, как и в дизельном топливе, газ может взорваться, не зажигая его. Это не годится для двигателя, работающего на газе. Вы хотите, чтобы свеча зажигания произвела красивый плавный взрыв. При возникновении нежелательных взрывов сжатия можно услышать стук. Автомобиль плохо работает, и двигатель может быть поврежден.Как остановить эти нежелательные взрывы сжатия? Подбирая подходящий газ для конкретной машины. Число на каждой кнопке бензонасоса — 87, 89, 91 или что-то подобное — указывает на то, насколько газ подвержен этим нежелательным взрывам. Число называется октановым числом. Чем выше октановое число, тем сильнее можно сжать газ без взрыва.

АЗС насос с пятью октановыми числами (изображение из Википедии)

Теперь мы смогли ответить на наш первоначальный вопрос: в чем выгода от покупки газа высшего сорта? Для большинства людей ничего.Нет никакой пользы, если смотреть только на октановое число.

Автомобильные двигатели предназначены только для сжатия газа. Роскошные и высокопроизводительные автомобили сильно сжимают газ, чтобы добиться таких вещей, как более быстрое ускорение. Однако большинство автомобилей сконструированы таким образом, чтобы сжимать газ гораздо меньше. Они прекрасно справляются с обычным газом. Премиум, обладающий повышенной устойчивостью к нежелательным взрывам сжатия, не помогает. Это решает проблему, которой нет у большинства автомобилей.

BMW 650i кабриолет (изображение из Википедии)

Ford Fusion сзади (изображение из Википедии)

Конечно, октановое число — это только один показатель газа.Разные бензины содержат разные присадки, обеспечивающие чистоту и бесперебойную работу двигателей. Что на самом деле находится в газе, зависит от компании, которая его производит, и значительные исследования были направлены на создание еще более совершенных присадок. Компании гордятся своими достижениями. Но, в отличие от прошлого, весь газ содержит присадки для очистки двигателя, соответствующие стандартам EPA. Независимо от того, что вы используете, ваши двигатели получают определенный уровень защиты.

Так какой газ покупать? Прочтите руководство по эксплуатации и убедитесь, что у вас правильное октановое число.Просто помните, что более высокое октановое число само по себе не помогает.

Я Энди Бойд из Хьюстонского университета, где интересовался тем, как работают изобретательные умы.

(Музыкальная тема)

Argonne проводит крупнейшее в истории моделирование потока внутри двигателя внутреннего сгорания.

Представьте себе более эффективные двигатели внутреннего сгорания с меньшими выбросами, созданными с помощью компьютерного моделирования. Ученые Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) недавно объединили свои усилия для проведения крупнейшего в истории моделирования потока внутри двигателя внутреннего сгорания.Новые идеи могут быть использованы автопроизводителями для разработки более экологичных двигателей.

«Это одна из ключевых вех, и в Аргонне будет больше таких вех», — сказал Сибенду Сом, менеджер группы вычислительной мультифизики Аргоннского подразделения энергетических систем (ES) новаторского моделирования.

Около полутора лет назад Сом и Мухсин Амин, научный сотрудник Центра транспортных исследований в ЕС, придумали идею проведения прямого численного моделирования (DNS), предназначенного для точного решения всех проблем. турбулентный поток масштабируется внутри двигателя внутреннего сгорания.Однако, прежде чем это моделирование могло быть выполнено, необходимо было моделирование меньшего размера, чтобы гарантировать, что самый крупный из когда-либо созданных объектов пойдет по плану, сказал Амин.

«Это одна из ключевых вех, и из Аргонна таких вех будет еще больше». — Сибенду Сом, руководитель отдела вычислительной мультифизики Аргоннской группы энергетических систем

Поскольку моделирование может предоставить более подробное представление о турбулентном потоке, производители автомобилей полагаются на них при оценке нескольких потенциальных конструкций двигателей и определении лучших из них, но их ресурсы ограничены.

Выполнение моделирования в таком большом масштабе требует больших и лучших ресурсов, таких как суперкомпьютер Theta в Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), пользовательском центре Министерства энергетики США.

Это снимок небольшого подготовительного моделирования. Он показывает распределение значений скорости на двух плоскостях зажима через цилиндр. (Изображение предоставлено Аргоннской национальной лабораторией.)

Амин и Сом сотрудничали с Саумилом Пателем, младшим научным сотрудником отдела вычислительной науки Аргонны, который помогал с предварительной и последующей обработкой, а также в разработке алгоритмов.

Летом 2019 года с помощью Пателя Амин получила вычислительное время на Theta в рамках конкурса Leadership Computing Challenge Министерства энергетики США (Advanced Scientific Computing Research, ASCR).

Расчеты Theta были выполнены с помощью кода моделирования теплового потока жидкости Nek5000 компании Argonne, который был отмечен премией Гордона Белла за выдающуюся масштабируемость на высокопроизводительных параллельных компьютерах в 1999 году.

Современный Nek5000, масштабируемый до миллионов процессоров, был разработан в основном в Аргонне.Новая версия, NekRS, находится в стадии разработки для компьютеров на базе ускорителей и поддерживается Центром эффективной экзадачной дискретизации, который является частью проекта министерства энергетики по эксафлопсным вычислениям.

С главным архитектором Nek5000 Полом Фишером консультировались на ранних этапах разработки настоящих расчетов. Фишер — старший научный сотрудник отдела математики и информатики Аргонны и профессор кафедры информатики и механики и инженерии Иллинойского университета в Урбана-Шампейн.

После многих лет работы по адаптации Nek5000 для улучшенного моделирования сгорания, этой весной ученые выполнили DNS потока внутри двигателя внутреннего сгорания.

«Текущее моделирование является первым в истории прямым численным моделированием потока и теплопередачи внутри двигателя внутреннего сгорания для реальной геометрии двигателя и условий эксплуатации», — сказал Амин.

Это моделирование потребовало решения 2 миллиардов степеней свободы, которые отслеживают такие параметры, как скорость, давление и температура, на 51 328 ядрах суперкомпьютера Theta.

«Это одно из наиболее подробных имитаций потока в двигателе внутреннего сгорания», — сказал Амин.

Набор данных DNS, созданный в результате текущей работы, будет полезен производителям автомобилей по-разному. Подробная информация о распределении скорости, давления и температуры в двигателе осветит процессы в цилиндре, которые недоступны для экспериментов или моделирования с низкой точностью. Кроме того, набор данных будет служить эталоном моделирования, который разработчики машинных моделей могут использовать для оценки и повышения точности инженерных подмоделей.

Исследование может также принести пользу компаниям, производящим тяжелые двигатели.

Этот проект финансировался Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, Управлением транспортных технологий под эгидой консорциума «Партнерство по усовершенствованным двигателям внутреннего сгорания».

Бензиновый двигатель | Британника

Бензиновый двигатель , любой из класса двигателей внутреннего сгорания, которые вырабатывают энергию за счет сжигания летучего жидкого топлива (бензина или бензиновой смеси, такой как этанол) с воспламенением, инициируемым электрической искрой.Бензиновые двигатели могут быть построены для удовлетворения требований практически любого возможного применения в силовых установках, наиболее важными из которых являются легковые автомобили, малые грузовики и автобусы, самолеты авиации общего назначения, подвесные и малые внутренние морские агрегаты, стационарные насосные установки среднего размера, осветительные установки и т. Д. станки и электроинструменты. Четырехтактные бензиновые двигатели используются в подавляющем большинстве автомобилей, легких грузовиков, средних и больших мотоциклов и газонокосилок. Двухтактные бензиновые двигатели встречаются реже, но они используются для небольших подвесных судовых двигателей и во многих портативных инструментах для озеленения, таких как цепные пилы, кусторезы и воздуходувки.

V-образный двигатель

Поперечный разрез V-образного двигателя.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Типы двигателей

Бензиновые двигатели можно сгруппировать в несколько типов в зависимости от нескольких критериев, включая их применение, метод управления подачей топлива, зажигание, расположение поршня и цилиндра или ротора, количество ходов за цикл, систему охлаждения, а также тип и расположение клапана. В этом разделе они описаны в контексте двух основных типов двигателей: поршневых двигателей и роторных двигателей.В поршневом двигателе давление, создаваемое при сгорании бензина, создает силу на головке поршня, которая перемещает цилиндр по длине возвратно-поступательным или возвратно-поступательным движением. Эта сила отталкивает поршень от головки цилиндра и выполняет работу. Роторный двигатель, также называемый двигателем Ванкеля, не имеет обычных цилиндров, оснащенных возвратно-поступательными поршнями. Вместо этого давление газа действует на поверхности ротора, заставляя ротор вращаться и, таким образом, выполнять работу.

бензиновые двигатели

Типы бензиновых двигателей включают (A) двигатели с оппозитными поршнями, (B) роторные двигатели Ванкеля, (C) рядные двигатели и (D) двигатели V-8.

Британская энциклопедия, Inc.

Большинство бензиновых двигателей относятся к поршнево-поршневым двигателям возвратно-поступательного действия. Основные компоненты поршнево-цилиндрового двигателя показаны на рисунке. Почти все двигатели этого типа работают по четырехтактному или двухтактному циклу.

Типовая схема поршневой цилиндр бензинового двигателя.

Британская энциклопедия, Inc.

Четырехтактный цикл

Из различных методов восстановления мощности процесса сгорания наиболее важным до сих пор был четырехтактный цикл, концепция, впервые разработанная в конце 19 века. Четырехтактный цикл показан на рисунке. При открытом впускном клапане поршень сначала опускается на такте впуска. Воспламеняющаяся смесь паров бензина и воздуха втягивается в цилиндр за счет создаваемого таким образом частичного вакуума.Смесь сжимается, когда поршень поднимается на такте сжатия при закрытых обоих клапанах. По мере приближения к концу хода заряд воспламеняется электрической искрой. Затем следует рабочий ход, когда оба клапана все еще закрыты, а давление газа обусловлено расширением сгоревшего газа, давящим на головку или головку поршня. Во время такта выпуска восходящий поршень выталкивает отработавшие продукты сгорания через открытый выпускной клапан. Затем цикл повторяется. Таким образом, каждый цикл требует четырех тактов поршня — впуска, сжатия, мощности и выпуска — и двух оборотов коленчатого вала.

Двигатель внутреннего сгорания: четырехтактный цикл

Двигатель внутреннего сгорания имеет четыре такта: впуск, сжатие, сгорание (мощность) и выпуск.