17Дек

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания кратко: Принцип работы и устройство двигателя

Содержание

Карбюраторный двигатель: устройство, принцип работы, характеристики

Карбюраторный двигатель — это отдельный вид двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с наружным формированием смеси. В карбюраторном двигателе внутреннего сгорания горючая смесь по коллектору проходит в цилиндры двигателя и вырабатывается в карбюраторе.

Карбюратор — конструкция в системе питания двигателей внутреннего сгорания, которая служит для перемешивания бензина с воздухом, образовывает горючую смесь и корректирует ее потребление. На сегодняшний день карбюраторные системы заменяются инжекторными.

Смесь представляет собой пары бензина смешанные с воздухом. Когда она проходит в цилиндры двигателя происходит перемешивание с отработанными газами и образование рабочей смеси, которая в конкретный момент поджигается системой зажигания. Поджигание смеси производится благодаря тому, что бензин поступает в газообразном виде и имеется достаточное количество воздуха для горения.

Карбюраторные двигатели подразделяются на четырехтактные и двухтактные.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя складывается из четырех тактов, они состоят из четырех полуоборотов коленчатого вала; двухтактные же состоят из двух полуоборотов коленчатого вала. Двухтактные двигатели наиболее легкие и получили свое применение в мотоциклах, мотокультиваторах, бензопилах и в других аппаратах.

Двигатели этого типа делятся на два подтипа:

  • Атмосферные, где рабочая смесь проходит благодаря разреживанию в цилиндре при вбирающем движении поршня;
  • Двигатели с наддувом. В них запуск горючей смеси в цилиндр осуществляется под воздействием давления, которое производится компрессором для расширения мощности двигателя. В различные времена использовались спирт, газ, керосин, бензин, но наиболее используемыми остались бензиновые и газовые двигатели.

Устройство карбюраторного двигателя

Общее устройство наиболее простого карбюратора заключает в себе поплавковую камеру с поплавком, жиклёр с распылителем, диффузор и дроссельную заслонку.

Если рассмотреть строение двигателя Л-12/4, то в блоке имеется четыре цилиндра. Вращение коленвала происходит на трех подшипниках. Центральный подшипник прикреплен к валу втулкой. На передней части вала прикрепляется маховик, который приводит в действие детали механизма и скапливает кинетическую энергию, она нужна для движения коленвала в период подготовительных тактов.

Смазка деталей происходит благодаря разбрызгиванию, шестеренчатый насос помогает началу движения распредвала и подает масло, которое разбрызгивается черпаками, происходит зажигание. Радиатор оснащен вентилятором, который служит для охлаждения воды.

На картере установлен сапун, который снижает давление благодаря выпуску газов.

Также имеется глушитель, который уменьшает шум от выхода отработанных газов. Количество оборотов коленчатого вала в автоматическом режиме устанавливает регулятор.

У двигателей ГАЗ-МК верхний отдел картера сделан из чугуна вместе с устройством цилиндров, которые охвачены водяной рубашкой и перекрыты головкой из чугуна, где и расположены камеры сгорания.

Также имеются разъемы для свечей зажигания.

Водяная рубашка подсоединена к системе охлаждения. Низ двигателя затянут стальным поддоном, который выполняет функцию емкости для масла. Также там закреплен масляный насос, который приводит в движение распредвал.

Вращение коленчатого вала происходит также на трех подшипниках. Их вкладыши заполнены баббитом, где имеются смазочные канавки.

Чугунные крышки подшипников прикрепляются к блоку двумя болтами.

Передний сальник коленвала сделан из двух частей и представляет сердечник, который окружен платиной асбеста. Поршни сделаны из алюминия и скреплены шатуном полым стальным пальцем. Маховик прикреплен к коленвалу. Распредвал вращается на трех подшипниках и приводится в движение двумя шестернями.

Клапаны двигателя находятся справа. Система питания включает в себя бензобак, бензопроводы, отстойник, карбюратор и воздушный фильтр.

Бензобак находится выше карбюратора, поэтому топливо поступает самотеком.

Уровень масла в картере определяется специальным щупом. Охлаждение двигателя водяное. Радиатор размещен с задней стороны двигателя, водяной насос — с передней стороны. Вода, которая двигается по трубкам радиатора, остывает при помощи воздушного потока от вентилятора.

Принцип работы карбюраторного двигателя

Принцип действия карбюраторного двигателя относительно простой и складывается из четырех тактов, которые совпадают с движением вверх и вниз в последовательности один за одним:

  • Первый такт — впуск; клапан впуска отворяется и в цилиндр доставляется новая смесь от системы питания.
  • Второй такт — сжатие; поршень сдавливает горючую смесь в камере сгорания. Все клапаны прикрыты.
  • Третий такт — расширение; происходит возгорание сдавленной горючей смеси от свечи зажигания. Смесь сжигается достаточно быстро при неизменном объеме, который соответствует объему самой камеры сжатия. Это основная характерность работы карбюраторного двигателя. При перегорании формируются газы, которые двигают поршень книзу и передают движение коленвалу.
  • Четвертый такт — впрыск; коленвал вращается и выбрасывает из цилиндра отработанные газы через приоткрытый клапан выпуска.

На этом один рабочий цикл карбюраторного двигателя заканчивается.

При первом такте клапан впуска уже в открытом виде при подходе поршня и благодаря высокой скорости движения поршня рабочая смесь продвигается к цилиндру и еще какое-то время при поднятии поршня во втором такте.

Искра поджигает рабочую смесь до того, как в цилиндре образуется высокое давление. В четвертом такте клапан выпускает отработанные испарения, чем очищает цилиндр еще до подхода поршня. Однако выход газов не прекращается даже после подхода поршня. Затем происходит запуск новой порции рабочей смеси, которая опять проходит в цилиндр.

Отсюда следует, что в работе между первым и четвертым тактом единовременно открываются клапаны впуска и выпуска, то есть происходит перекрытие клапанов. За момент перекрытия цилиндр очищается и в нем происходит разрежение, которое помогает выгоднее заполнить цилиндр горючей смесью при первом такте.

В таком двигателе происходит наружное образование рабочей смеси с ее сжатием и вынужденным поджиганием. На сегодняшний день как топливо чаще используется бензин, но они могут отлично выполнять свою работу и на газу.

Также популярны дизельные двигатели, где поджигание происходит от сжатия, их принцип работы зависит от нагревания газа при сжатии. Когда сжатие повышается, температура также поднимается. В это время в камеру сгорания через форсунку происходит впрыск топлива, которое поджигается и от полученных газов поршень передвигается. Сгорание топлива происходит после начала движения поршня.

Выше указан принцип работы одноцилиндрового двигателя, но он не способен создать условия непрерывного вращения с одинаковой скоростью. Расширенные газы оказывают действие на коленвал для его 1/4 части оборота, оставшиеся ¾ оборота движения поршня происходят по инерции.

Для ликвидации такой недоработки двигатели делают многоцилиндровыми, что способствует наиболее равномерному вращению и неизменному крутящему моменту.

Характеристики карбюраторного двигателя

Работа двигателя определяется его мощностью, действенным давлением, крутящим моментом, скоростью и частотой вращения коленчатого вала и потребление топлива.

Мощность карбюраторного двигателя, а также его крутящий момент подчиняются скорости вращения коленвала и высоты давления.

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя устанавливается наивысшей мощностью, которую реально получить от давления при разной частоте вращения коленвала.

При небольшой скорости движения коленчатого вала давление в цилиндрах невысокое и мощность двигателя, соответственно, тоже небольшая. При ускорении вращения коленвала и давление поднимается, так как горючая смесь сгорает быстрее.

Потребление топлива увеличивается при небольшой частоте вращения коленчатого вала, так как процесс сгорания проходит медленнее, теплоотдача большая, а при увеличении частоты вращения механические и тепловые затраты увеличиваются.

Скоростная характеристика дизельного двигателя определяется при недвижимой рейке топливного насоса, который дает высокую подачу топлива на конкретном режиме скорости и бездымной эксплуатации.

При заведенном двигателе автомобиля количество вращений коленвала меняется. Если беспричинно увеличивается потребление топлива, то происходит это благодаря ухудшению рабочего процесса двигателя.

Управление карбюратором

Как правило, действиями карбюратора руководит водитель автомобиля. На отдельных моделях карбюраторов применялись вспомогательные системы, которые немного автоматизировали управление карбюратором.

Для того чтобы управлять дроссельной заслонкой наиболее часто пользуются педалью газа, которая обуславливает ее подвижность при содействии системы тяг либо тросового привода. Тяга, как правило, лучше, однако механизм привода куда сложнее и сдерживает способность механизма по компоновке подкапотной площади. Привод тягами был популярен до 1970 года, потом стали чаще использоваться тросики из металла.

На старых машинах чаще предполагалась двойная система привода дроссельной заслонки карбюратора: вручную рычагом либо от ноги, при помощи педали. Если надавливать на педаль, то рычаг не двигается, а если перемещать рычаг, то педаль опускается.

Последующее открытие дросселя можно совершать педалью. Когда педаль опускается — дроссель остается в таком же положении, в котором зафиксировался при управлении рукой. К примеру, на «Волге» ГАЗ-21 на панели приборов был размещен рычаг для управления рукой, при его движении можно достичь постоянного функционирования холодного двигателя без действия воздушной заслонки либо применять «постоянный газ». На грузовиках «постоянный газ» применялся для облегчения передвижения задним ходом.

Воздушная заслонка может быть оснащена механическим либо автоматическим приводом. Если привод механический, то водитель закрывает ее при участии рычага. Автоматический привод очень популярен в других странах, а в России не «прижился» из-за своей ненадежности и недолгим сроком службы.

Регулировки карбюратора

Карбюратор — устройство, которое имеет наименьшее количество регулировок, но нуждается в хорошо отлаженной системе. Неорганизованная эксплуатация карбюратора сильно действует на функциональность двигателя в целом. При плохой регулировке карбюратора снижается экономичность двигателя и повышается токсичность отработанного газа.

Подходящие виды регулирования карбюратора:

  • “Винт количества” — функционирование на холостом ходу;
  • “Винт качества” — насыщенность рабочей смеси (как результат, повышение токсичности выхлопных газов) на холостом ходу.

В период использования нужно прослеживать дееспособность нижеуказанных узлов:

  1. Действие клапана и схема холостого хода.
  2. Работа насоса (запаздывание действия, объем и время впрыска бензина).
  3. Размеренность работы, беспрепятственное движение, возврат пружиной и нужная степень открытия дроссельной заслонки.
  4. Действие холодного запуска (закрывание воздушной и степень открывания дроссельной и воздушной заслонок)
  5. Деятельность поплавковой конструкции (необходимое количество топлива в поплавковой камере, непроницаемость клапана).
  6. Пропускная возможность жиклеров.

На работоспособность карбюратора воздействуют:

  • Система регулирования карбюратора.
  • Установка пропуска воздуха (воздушный фильтр, обогрев воздуха).
  • Система подачи топлива (бензонасос, фильтры, заборники).
  • Трубка для слива излишков бензина.
  • Непроницаемость впускного канала, который расположен за карбюратором.
  • Нарушение клапанного устройства.
  • Качество топлива.

Урок 25. тепловые двигатели. кпд тепловых двигателей - Физика - 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 25. Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Понятие теплового двигателя;

2)Устройство и принцип действия теплового двигателя;

3)КПД теплового двигателя;

4) Цикл Карно.

Глоссарий по теме

Тепловой двигатель – устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

КПД (коэффициент полезного действия) – это отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Двигатель внутреннего сгорания – двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя.

Реактивный двигатель – двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.

Цикл Карно – это идеальный круговой процесс, состоящий из двух адиабатных и двух изотермических процессов.

Нагреватель – устройство, от которого рабочее тело получает энергию, часть которой идет на совершение работы.

Холодильник – тело, поглощающее часть энергии рабочего тела (окружающая среда или специальные устройства для охлаждения и конденсации отработанного пара, т. е. конденсаторы).

Рабочее тело - тело, которое расширяясь, совершает работу (им является газ или пар)

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 269 – 273.

2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. -М.: Дрофа,2014. – С. 87 – 88.

Открытые электронные ресурсы по теме урока

http://kvant.mccme.ru/1973/12/teplovye_mashiny.htm

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Сказки и мифы разных народов свидетельствуют о том, что люди всегда мечтали быстро перемещаться из одного места в другое или быстро совершать ту или иную работу. Для достижения этой цели нужны были устройства, которые могли бы совершать работу или перемещаться в пространстве. Наблюдая за окружающим миром, изобретатели пришли к выводу, что для облегчения труда и быстрого передвижения нужно использовать энергию других тел, к примеру, воды, ветра и т. д. Можно ли использовать внутреннюю энергию пороха или другого вида топлива для своих целей? Если мы возьмём пробирку, нальём туда воду, закроем её пробкой и будем нагревать. При нагревании вода закипит, и образовавшие пары воды вытолкнут пробку. Пар расширяясь совершает работу. На этом примере мы видим, что внутренняя энергия топлива превратилась в механическую энергию движущейся пробки. При замене пробки поршнем способным перемещаться внутри трубки, а саму трубку цилиндром, то мы получим простейший тепловой двигатель.

Тепловой двигатель – тепловым двигателем называется устройство, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

Вспомним строение простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра, внутри которого перемещается поршень. Поршень с помощью шатуна соединяется с коленчатым валом. В верхней части каждого цилиндра имеются два клапана. Один из клапанов называют впускным, а другой – выпускным. Для обеспечения плавности хода поршня на коленчатом вале укреплен тяжелый маховик.

Рабочий цикл ДВС состоит из четырех тактов: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Во время первого такта открывается впускной клапан, а выпускной клапан остается закрытым. Движущийся вниз поршень засасывает в цилиндр горючую смесь.

Во втором такте оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь, которая при сжатии нагревается.

В третьем такте, когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электрической искрой свечи. Воспламенившаяся смесь образует раскаленные газы, давление которых составляет 3 -6 МПа, а температура достигает 1600 -2200 градусов. Сила давления толкает поршень вниз, движение которого передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок маховик будет дальше вращаться по инерции, обеспечивая движение поршня и при последующих тактах. Во время этого такта оба клапана остаются закрытыми.

В четвертом такте открывается выпускной клапан и отработанные газы движущимся поршнем выталкиваются через глушитель (на рисунке не показан) в атмосферу.

Любой тепловой двигатель включает в себя три основных элемента: нагреватель, рабочее тело, холодильник.

Для определения эффективности работы теплового двигателя вводят понятие КПД.

Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Q1 – количество теплоты полученное от нагревания

Q2 – количество теплоты, отданное холодильнику

– работа, совершаемая двигателем за цикл.

Этот КПД является реальным, т.е. как раз эту формулу и используют для характеристики реальных тепловых двигателей.

Зная мощность N и время работы t двигателя работу, совершаемую за цикл можно найти по формуле

Передача неиспользуемой части энергии холодильнику.

В XIX веке в результате работ по теплотехнике французский инженер Сади Карно предложил другой способ определения КПД (через термодинамическую температуру).

Главное значение этой формулы состоит в том, что любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем, имеющим температуру Т1, и холодильником с температурой Т2, не может иметь КПД, превышающий КПД идеальной тепловой машины. Сади Карно, выясняя при каком замкнутом процессе тепловой двигатель будет иметь максимальный КПД, предложил использовать цикл, состоящий из 2 адиабатных и двух изотермических процессов

Цикл Карно - самый эффективный цикл, имеющий максимальный КПД.

Не существует теплового двигателя, у которого КПД = 100% или 1.

Формула дает теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1.

Но температура холодильника практически не может быть ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твердое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими.

Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному — важнейшая техническая задача.

Тепловые двигатели – паровые турбины, устанавливают также на всех АЭС для получения пара высокой температуры. На всех основных видах современного транспорта преимущественно используются тепловые двигатели: на автомобильном – поршневые двигатели внутреннего сгорания; на водном – двигатели внутреннего сгорания и паровые турбины; на железнодорожном – тепловозы с дизельными установками; в авиационном – поршневые, турбореактивные и реактивные двигатели.

Сравним эксплуатационные характеристики тепловых двигателей.

КПД:

Паровой двигатель – 8%.

Паровая турбина – 40%.

Газовая турбина – 25-30%.

Двигатель внутреннего сгорания – 18-24%.

Дизельный двигатель – 40– 44%.

Реактивный двигатель – 25%.

Широкое использование тепловых двигателей не проходит бесследно для окружающей среды: постепенно уменьшается количество кислорода и увеличивается количество углекислого газа в атмосфере, воздух загрязняется вредными для здоровья человека химическими соединениями. Возникает угроза изменения климата. Поэтому нахождение путей уменьшения загрязнения окружающей среды является сегодня одной из наиболее актуальных научно-технических проблем.

Примеры и разбор решения заданий

1. Какую среднюю мощность развивает двигатель автомобиля, если при скорости 180 км/ч расход бензина составляет 15 л на 100 км пути, а КПД двигателя 25%?

Дано: v=180км/ч = 50 м/с, V = 15 л = 0,015 м3, s = 100 км = 105 м, ɳ = 25% = 0,25, ρ = 700 кг/м3, q = 46 × 106 Дж/кг.

Найти: N.

Решение:

Запишем формулу для расчёта КПД теплового двигателя:

Работу двигателя, можно найти, зная время работы и среднюю мощность двигателя:

Количество теплоты, выделяющееся при сгорании бензина, находим по формуле:

Учитывая всё это, мы можем записать:

Время работы двигателя можно найти по формуле:

Из формулы КПД выразим среднюю мощность:

.

Подставим числовые значения величин:

После вычислений получаем, что N=60375 Вт.

Ответ: N=60375 Вт.

2. Тепловая машина имеет КПД 25 %. Средняя мощность передачи теплоты холодильнику составляет 4 кВт. Какое количество теплоты рабочее тело получает от нагревателя за 20 с?

Дано: ɳ = 25%, N = 4000 Вт, t = 20 с.

Найти: Q1.

Решение

  =

– это количество теплоты, отданное холодильнику

Двигатель внутреннего сгорания кратко. Как работает двигатель внутреннего сгорания.

Принцип работы двухтактного двигателя

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Применения: Эти двигатели широко используются в транспортных средствах, портативных электростанциях для обеспечения мощности для запуска насосов и другого оборудования на фермах. Многие малые лодки, самолеты, грузовики и автобусы также используют его.

Будущий масштаб: проводятся непрерывные исследования для повышения эффективности использования топлива, снижения загрязняющих веществ и повышения его светоотдачи и компактности. Недавно инженеры из Бирмингемского университета сделали самый маленький бензиновый двигатель, который может заменить обычные батареи. Двигатель настолько крошечный, что его можно обрабатывать на кончике пальца.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков , к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

Как бензиновый двигатель, дизель - двигатель внутреннего сгорания, который преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию, которая вызывает возвратно-поступательное движение внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом двигателя, которые обеспечивают движение, необходимое для движения колес автомобиля. В бензиновых и дизельных двигателях энергия выделяется в серии небольших взрывов, известных как сжигание. Топливо реагирует химически с кислородом из воздуха, который взят во время такта впуска двигателя.

ГРМ - газораспределительный механизм

Зажигание в бензиновых двигателях происходит из-за искр от свечей зажигания, тогда как в дизельных двигателях топливо воспламеняется из-за высокой температуры сжатия. Воздух нагревается при сжатии. Дизельные двигатели могут быть четырехтактными или двухтактными.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели . Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Работа четырехтактного дизельного двигателя заключается в следующем. Впускной или всасывающий ход начинается, когда поршень втягивает воздух в цилиндр через впускной клапан. Когда поршень достигает нижней части цилиндра, впускной клапан закрывается, удерживая воздух внутри цилиндра.

Как устроен ДВС

Ход сжатия начинается, когда поршень перемещается вверх по цилиндру, сжимая захваченный воздух. Давление поднимается между 32 бар-50 бар и температуре до 600 градусов по Цельсию. В верхней части выхлопного клапана выпускной клапан закрывается, и впускной клапан открывается, готовый принять свежий заряд воздуха, который возвращает двигатель в исходную точку.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Дизельный двигатель работает так же, как четырехтактный дизельный двигатель, но уменьшает четыре хода поршня до двухтактных раз и один раз вниз от цилиндра. Когда поршень находится в верхней части цилиндра, он находится на такте сжатия. Цилиндр заполнен нагнетаемым, супер-нагретым воздухом. Дизельное топливо впрыскивается и воспламеняется. Поршень перемещается вниз по цилиндру для его хода мощности. Когда поршень находится рядом с нижней частью его хода мощности, выпускные клапаны открываются, и большинство сгоревших газов выпрыгивают из цилиндра.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Теперь, когда поршень продолжает двигаться вниз по цилиндру, он открывает серию портов в стенке цилиндра. Через эти порты вдувается сжатый воздух, выталкивая оставшиеся выжженные газы из цилиндра и заправляя его свежим воздухом. Когда поршень перемещается назад, он блокирует входные отверстия, захватывая заряд свежего воздуха в цилиндре. Хотя поршень был покрыт чуть более одного такта, он уже завершил свой такт мощности, процесс выхлопа и цикл впуска. По мере того, как поршень возвращается к цилиндру второго шага, он сжимает свежий воздух.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

Когда он достигает верхней части цилиндра, происходит впрыск и сжигание, начиная цикл снова. Двухтактный двигатель производит один ход мощности в каждом полном цикле, в то время как четырехтактный двигатель производит один ход мощности каждый раз для четырех ходов.

Выпускается во время сгорания непрореагировавших рабочих жидкостей, смеси окислитель-топливо. Этот процесс происходит внутри двигателя и является частью термодинамического цикла устройства. Полезный, создаваемый двигателем внутреннего сгорания, получается из горячих газообразных продуктов сгорания, действующих на движущиеся поверхности двигателя, таких как поверхность поршня, лопасти или сопло.

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

Самые распространенные виды двигателей

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергогенерирующими устройствами, которые в настоящее время существуют. Примеры включают в себя и -пропульсионные системы. Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на две группы: двигатели с непрерывным сгоранием и двигатели с прерывистым сгоранием. Двигатель непрерывного сгорания характеризуется постоянным потоком топлива и окислителя в двигатель. В двигателе поддерживается стабильное пламя. Двигатель с прерывистым сгоранием характеризуется периодическим зажиганием воздуха и топлива и обычно называется поршневым двигателем.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

Дискретные объемы воздуха и топлива обрабатываются циклически. Примерами этой второй группы являются бензиновые поршневые двигатели и дизельные двигатели.

История технологии: двигатель внутреннего сгорания. Электричество не является основным двигателем, поскольку важно, что он может быть как вид энергии, он должен быть получен из механического генератора, питаемого водой, паром или внутренним сгоранием.

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный двигатель с бензиновым двигателем с гомогенным зарядом и искровым зажиганием. Это связано с его выдающейся производительностью как первопроходцем в отрасли наземного транспорта. Двигатели с искровым зажиганием также используются в авиационной промышленности; однако авиационные турбины стали основными двигателями в этом секторе из-за акцента отрасли аэронавтики на дальность, скорость и комфорт для пассажиров. С. и других космических аппаратах.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Подробнее в этих связанных статьях

Строительство: ранние стальные рамы. Зависит от рабочих окон; таким образом, эти здания нуждались в узких площадях для обеспечения адекватного доступа к свету и воздуху. Благодаря неустанным усилиям других изобретателей эти первые двигатели были усовершенствованы, чтобы стать одним из наиболее часто используемых для энергетики, где требуется мобильность, как в автомобилях, тяжелом оборудовании и других переносных машинах.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Теперь, когда мы знаем, откуда оно взялось, давайте посмотрим на общие принципы работы двигателя внутреннего сгорания. Тем не менее, существует много типов двигателей внутреннего сгорания, выходящих за рамки данной статьи. То, что мы стремимся сделать в этой статье, - это создание общих разработок, чтобы дать нам лучшее представление о том, как этот высокоразвитый механизм, который обеспечивает работу вашего автомобиля.

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Один из самых известных типов двигателей внутреннего сгорания, используемых во всем, от автомобилей до газонокосилок, - это четырехтактный бензиновый двигатель с возвратно-поступательным движением, искровым зажиганием. В этих двигателях пространство, в котором происходит сгорание, называется цилиндром. Верх цилиндра закрывается головкой, прикрепленной к ней болтом, и где находится свеча зажигания для обеспечения зажигания. Каждый цилиндр имеет поршень, который скользит вверх и вниз. Нижняя часть поршня имеет соединение, которое соединено с коленчатым валом, где возвратно-поступательные движения поршней поворачивают коленчатый вал, который затем поворачивает ведущие колеса транспортного средства.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

Ваша частота вращения двигателя - это число оборотов коленчатого вала в минуту. Два других отверстия в цилиндрах - порты - впускное отверстие позволяет воздухо-газовой смеси поступать в камеру, а выхлопной порт выпускает продукты сгорания. Соотношение воздух-газовая смесь регулируется дроссельной заслонкой, которая смешивает воздух с различными коэффициентами в зависимости от потребностей двигателя в этой точке.

Как все это объединяется для производства энергии? Все двигатели внутреннего сгорания используют экзотермический химический процесс горения для выработки энергии. После успешного сжигания продукты сгорания, как правило, горячие газы, имеют более доступную энергию, чем исходная несгоревшая газовоздушная смесь. Эта более высокая доступная энергия используется поршнем в двигателе для производства работы, которая, в свою очередь, используется для чего-то. Для четырехтактного двигателя один цикл имеет место за 4 хода поршня, выполненных в 2 оборотах двигателя.

  1. КШМ - кривошипно-шатунный механизм.
  2. ГРМ - механизм регулировки фаз газораспределения.
  3. Система смазки.
  4. Система охлаждения.
  5. Система подачи топлива.
  6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ - кривошипно-шатунный механизм

КШМ - основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу - преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

Двигатели с несколькими цилиндрами будут равномерно перемещать циклы для обеспечения плавной работы, при этом каждый отдельный цилиндр проходит полный цикл при любых двух оборотах двигателя. В нижней части хода впускное отверстие закрывается, а поршень движется вверх по ходу сжатия, сжимая или заставляя воздушно-газовую смесь в небольшое пространство в верхней части цилиндра. Чем выше коэффициент сжатия, тем мощнее двигатель и тем эффективнее. Как раз перед тем, как достичь вершины, зажигается свеча зажигания, воспламеняющая воздушно-газовую смесь, которая превращается в горячий расширяющийся газ, который заставляет поршень вниз по ходу мощности.

  • Блок цилиндров.
  • Головка блока цилиндров.
  • Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
  • Коленчатый вал с маховиком.

ГРМ - газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

Когда поршень снова достигнет дна, открывается выпускное отверстие, позволяющее поршню принудительно приводить результаты сгорания в такт выхлопа вверх. Теперь вы немного знаете о том, как оборотный кусок металла подпитывает ваш автомобиль. Надеюсь, вам понравилось читать и что вы что-то узнали!

КШМ - кривошипно-шатунный механизм

Основная цель курса - дать учащимся введение в двигатели с возвратно-поступательным движением с акцентом на морские и стационарные применения. Основное внимание уделяется объяснению характеристик двигателя с точки зрения энергопотребления, использования энергии и выбросов выхлопных газов, его связи с внутренними процессами, такими как сжигание и газообмен, а также с различными условиями работы двигателя.

  • Распределительный вал.
  • Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
  • Детали привода клапанов.
  • Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

Введение в двигатели внутреннего сгорания основано на объяснении процессов и производительности путем применения первых принципов в термодинамике, химии, теплообмене, потоке жидкости и механической динамике. Этот подход обеспечивает основу для анализа и понимания сложных взаимодействий между подсистемами и процессами внутри системы двигателей.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на

По окончании курса студент должен уметь. Опишите и объясните различные типы возвратно-поступательных двигателей внутреннего сгорания, их типовые конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики. - Опишите и проанализируйте энергетический цикл двигателей внутреннего сгорания, используя идеальные газовые циклы, воздушные циклы и топливно-воздушные циклы. Описать и вычислить балансировку сил инерции. - Определить и оценить динамические силы в кривошипном механизме и вычислить изменение угловой скорости коленчатого вала. - Опишите и объясните трение, износ и смазку двигателя.

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов - впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

  • Рубашка охлаждения двигателя
  • Насос (помпа)
  • Термостат
  • Радиатор
  • Вентилятор
  • Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.


Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

  • Масляный картер (поддон).
  • Насос подачи масла.
  • Масляный фильтр с .
  • Маслопроводы.
  • Масляный щуп (индикатор уровня масла).
  • Указатель давления в системе.
  • Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система питания

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

  • Топливный бак.
  • Датчик уровня топлива.
  • Фильтры очистки топлива - грубой и тонкой.
  • Топливные трубопроводы.
  • Впускной коллектор.
  • Воздушные патрубки.
  • Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры - воздушный фильтр и патрубки - тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

  • Выпускной коллектор.
  • Приемная труба глушителя.
  • Резонатор.
  • Глушитель.
  • Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания, ДВС – устройство, работа

Вспомните 100 лет назад мир, в котором люди обычно ходили пешком или ездили на лошадях. Что изменило порядок вещей? Изобретение автомобиля. Колесам может и 5500 лет, но автомобили, на которых мы ездим сегодня, дебютировали только в 1885 году. Именно тогда немецкий инженер Карл Бенц (1844–1929) прикрепил небольшой бензиновый  двигатель к трехколесной тележке и сделал первый примитивный, газовый автомобиль.

Проши года, но принцип работы двигателя внутреннего сгорания не изменился.

Хотя Бенц разработал автомобиль, другой немецкий инженер, Николаус Отто (1832–1891), был, возможно, еще более важным, поскольку он является человеком, который изобрел бензиновый двигатель двумя десятилетиями ранее. Гений Отто свидетельствует о том, что практически каждый автомобильный двигатель, созданный с тех пор, вдохновлен его “четырехтактным” дизайном. Давайте разберемся, что такое автомобиль, двигатель и как он работает.

Что такое машина?

Это не такой очевидный вопрос, как кажется. Ведь машина – это, по сути, большая жестянка, и без работы автомобильного двигателя она ничто. Чтобы понять устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания, сначала определим, что такое машина.

Автомобиль – это металлическая коробка с колесами по углам, которая доставляет вас от пункта А в пункт В. С научной точки зрения, автомобиль – это преобразователь энергии: машина, которая выделяет энергию, содержащуюся в топливе, таком как бензин или дизельное топливо, и превращает его в механическую энергию при движении колес и механизмов.

Когда колеса приводят в движение транспортное средство, механическая энергия превращается в кинетическую: энергию, которую автомобиль и его компоненты получают по мере движения. Задача создания автомобильного двигателя состоит в том, чтобы получать как можно больше энергии из каждой капли топлива, чтобы автомобиль двигался как можно дальше и быстрее.

Каковы основные части и принцип работы двигателя внутреннего сгорания – кратко

Автомобильные моторы размещены, по сути, вокруг цилиндров (как правило, от двух до двенадцати). В этих компонентах внутри сжигается горючее. Стенки цилинров сделаны из очень прочного сплава и герметично запечатаны, но на одной стороны они открываются и закрываются, аналогично велосипедным насосам: на них расположены плотно зафиксированные поршни, скользящие вверх и вниз. Вверху каждого цилиндра размещены клапаны (их задача – обеспечивать функции “вентилей”, которые способны очень быстро открываться и закрываться).

 Впускной клапан дает возможность горючему и воздуху идти от карбюратора либо цифрового топливного инжектора в цилиндр. Выпускной клапан высвобождает выхлопные газы. Вверху цилиндра также размещена свеча зажигания. Этот компонент управляется электрически и зажигает искру, чтобы поджечь горючее. Внизу цилиндра поршень зафиксирован на все время вращающейся оси, которая называется “коленчатый вал” или просто “коленвал”. Коленвал активизирует коробку передач транспортного средства, которая, в свою очередь, начинает двигать колеса.

Далее рассмотрим принцип работы 4 тактного двигателя внутреннего сгорания.

Как четырехтактный двигатель развивает мощность?

  1. Впуск: поршень втягивается внутрь цилиндра за счет импульса коленвала. Большую часть времени машина движется вперед, поэтому коленчатый вал всегда вращается. Впускной клапан открывается, пропуская смесь горючего и воздуха в цилиндр через пурпурную трубу.
  2. Компрессия: впускной клапан закрывается. Поршень движется обратно вверх по цилиндру и прессует топливно-воздушную смесь, что делает ее намного легковоспламеняющейся. Как только поршень доходит до верхней части цилиндра, зажигается свеча зажигания.
  3. Мощность: искра зажигает топливно-воздушную смесь, вызывая мини-взрыв. Топливо сгорает немедленно, выделяя горячий газ, который отталкивает поршень вниз. Энергия, выделяемая топливом, теперь приводит в действие коленчатый вал.
  4. Выхлоп: открывается выпускной клапан. По мере того, как коленчатый вал продолжает вращаться, поршень снова принудительно возвращается в цилиндр. Он вытесняет выхлопные газы (образующиеся при сгорании топлива) через выпускное отверстие.

По сути, принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания практически аналогичный работе четырехтактного.

Какая нормальная температура работы двигателя?          

Рабочая нормальная температура работы двигателя карбюраторного и инжекторного типа составляет примерно 90 градусов Цельсия. Для дизельных движков показатель может колебаться от 80 до 90 градусов Цельсия.

Как получают энергию от нефти?

Принцип работы дизельного двигателя внутреннего сгорания           связан с химическими процессами сжигания топлива.

Автомобили, грузовики, поезда, корабли и самолеты – все это работает на определенном топливе из нефти. Нефть – это густая, черная, богатая энергией жидкость, похороненная глубоко под землей, которая стала самым важным источником энергии в мире в 20 веке. После закачки на поверхность нефть отправляется или перекачивается на нефтеперерабатывающий завод и разделяется на бензин, керосин и дизельное топливо, а также на целый ряд других продуктов нефтехимии, используемых для изготовления всего – от красок до пластмасс.

Нефтяное топливо производится из углеводородов: молекулы внутри состоят в основном из атомов углерода и водорода (с меньшим количеством других элементов, таких как кислород). Древесина, бумага и уголь также содержат углеводороды. Мы можем превратить углеводороды в полезную энергию, просто сжигая их. Когда вы сжигаете углеводороды в воздухе, их молекулы распадаются. Углерод и водород соединяются с кислородом из воздуха, образуя углекислый газ и воду, а энергия, удерживающая молекулы вместе, выделяется в виде тепла. Этот процесс, который называется сжиганием, выделяет огромное количество энергии. Когда вы сидите у костра, согревая себя у огня, вы действительно впитываете энергию, производимую миллиардами молекул, распадающимися на части!

Люди сжигали углеводороды для производства энергии более миллиона лет – вот почему был изобретен огонь. Но обычные костры обычно довольно неэффективны. Когда вы готовите колбасу на костре, вы тратите огромное количество энергии. Тепло отстреливает во всех направлениях. Автомобильные двигатели намного эффективнее: они тратят меньше энергии и заставляют больше работать. Они сжигают топливо в закрытых контейнерах, улавливая большую часть тепловой энергии, выделяемой горючим, и превращая ее в механическую энергию, которая может вести автомобиль вперед.

ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ - это... Что такое ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?

ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

— отдельные процессы, протекающие в цилиндре за один ход поршня и составляющие полный рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания. Например, в четырехтактном двигателе рабочие процессы (всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп), составляющие рабочий цикл, совершаются за 4 хода поршня, а в двухтактных двигателях за 2 хода. См. также Двигатели внутреннего сгорания.

Самойлов К. И. Морской словарь. - М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

.

  • ТАКЕЛЬГАРН
  • ТАКСИМЕТР

Смотреть что такое "ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ" в других словарях:

  • Поршневой двигатель внутреннего сгорания — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1. Всасывание горючей смеси. 2. Сжатие. 3. Рабочий ход. 4. Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в …   Википедия

  • Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — Бензиновый двигатель W16 Bugatti Veyron Бензиновые двигатели  это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической и …   Википедия

  • Двигатель внутреннего сгорания — Схема: Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с глушителем …   Википедия

  • Объём двигателя — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1. Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… …   Википедия

  • Поршневой авиационный двигатель — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1.Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… …   Википедия

  • Четырёхтактный двигатель — Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты Четырёхтактный двигатель  поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за… …   Википедия

  • Пятитактный роторный двигатель —   роторный двигатель с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов. История Впервые такая схема расширительной машины в виде… …   Википедия

  • Четырехтактный двигатель — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… …   Википедия

  • Четырёхтактный мотор — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… …   Википедия

  • Дизельный двигатель — Дизельный двигатель  поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.[1] Спектр топлива для дизелей весьма широк, сюда включаются все… …   Википедия

Основные параметры двигателей автомобиля и их типы

Сердце автомобиля – ДВС или двигатель внутреннего сгорания, сложный технологический узел, обладающий множеством параметров. Их необходимо знать автолюбителю, чтобы ориентироваться при выборе автомобиля и ориентироваться во время эксплуатации и при ремонте. Наиболее значимыми параметрами являются:

  • Объем камер сгорания – определяет показатель расхода топлива и в значительной степени мощности;
  • Мощность – измеряется в киловаттах, но чаще используются лошадиные силы;
  • Крутящий момент – тяговое усилие;
  • Расход топлива – показатель указывается в литрах на 100 км. При этом учитываются дорожные условия: город, шоссе, смешанный режим;
  • Расход масла — тут важно учитывать тип, а порой и марку потребляемого масла.

Типовые параметры работы двигателей

Существует разделение ДВС на такие типы:

  • Бензиновые – часто используются в гражданском автомобилестроении, наиболее распространенный тип;
  • Дизельные – эти агрегаты отличаются надежностью и экономичностью. При этом несколько уступают бензиновым аналогам в динамике (набор скорости), но выигрывают по показателям проходимости. Широко используются военными, распространены в гражданском автомобилестроении;
  • Газовые – используют в качестве топлива сжиженный, природный, сжатый газ, который закачивается в специальные баллоны;

В список можно включить гибридные газодизельные агрегаты и роторно-поршневые. Последний тип широко использовался авиацией до середины XX века, в современных условиях встречается редко.

Количество цилиндров двигателя

Количество цилиндров в ДВС определяют его мощность. В процессе технической и технологической эволюции их количество постепенно увеличилось с 1 до 16. С увеличением количества цилиндров сами агрегаты становились больше. Решением в части экономии пространства стала концепция расположения цилиндров.

Расположение цилиндров

Существует такое понятие, как конфигурация двигателя, она определяется компоновкой цилиндров, их расположением. Можно выделить 2 основных типа – рядный, когда цилиндры расположены в ряд и V-образный. Второй тип наиболее часто используется в современном автопроме. В этом случае цилиндры располагаются под углом и соединяются с коленчатым валом, образуя латинскую букву V. Такая компоновка имеет подвиды:

  • W-образное расположение цилиндров;
  • Y-образное расположение цилиндров.

Реже применяются компоновки, образующие форму латинских букв U и H.

Объем двигателя

Рабочий объем ДВС определяет его мощность. Этот параметр измеряется в см3, но чаще в литрах. Он определяется путем суммирования внутреннего объема всех цилиндров силового агрегата. За основу в вычислениях берется поперечное сечение цилиндра и умножается на длину хода по нему поршня. В результате получается рабочий объем.
Параметр также определяет во многих странах мира сумму сборов. Соответственно чем больше объем, тем мощнее двигатель, а значит, его владелец заплатит больший взнос. Перспективным направлением разработок современности являются ДВС с изменяемым объемом. Это технология, когда при определенных условиях цилиндры отключаются.

Материал, из которого изготавливается двигатель

Основным материалом в производстве двигателей являются металлы и их сплавы:

  • Чугун – обеспечивает надежность и прочность, но минусом является внушительный вес;
  • Алюминиевые сплавы – дают неплохую прочность, при этом легкие. Недостаток – большая стоимость;
  • Магниевые сплавы – наиболее дорогостоящий материал, отличается высокой прочностью.

Многие производители автомобилей комбинируют материалы. Это во многом диктуется принадлежностью модели к тому или иному классу, что ставит ее в определенные ценовые рамки.

Мощность двигателя

Основополагающий параметр ДВС. Он измеряется в лошадиных силах, реже в кВт (киловатты). Мощность определяет скоростной предел и динамику разгона. Это еще один важный момент в условиях высокой конкуренции между производителями. Серьезная борьба идет в сегменте премиумных, спортивных автомобилей, а также в классе роадстеров и мускулкаров. Здесь разгон от 0 до 100 км/ч играет важную роль и может быть меньше 4 секунд.

Крутящий момент

Крутящий момент – параметр, определяющий тяговую силу мотора, обозначается Н/м (Ньютоны на метр). Значение непосредственно связано с мощностью и динамикой, хотя и не является для них определяющим. В значительной степени крутящий момент влияет на «эластичность» силового агрегата. Под этим словом подразумевается возможность ускоряться при низких оборотах. Соответственно, чем больше ускорение, тем эластичней мотор.

Расход топлива

Показатель потребления топлива двигателем зависит от его рабочего объема, а соответственно мощности. Основополагающую роль играет тип топливной системы:

  • Карбюраторная;
  • Инжекторная.

Измеряется показатель в литрах на 100 км. Техническая документация современных автомобилей предоставляет данные о расходе топлива при нескольких режимах движения: езда по городу, трассе, смешанный тип. В некоторых моделях, преимущественно внедорожниках, указывается расход при движении в условиях бездорожья, так как задействуются все 4 колеса и потребление бензина, дизеля значительно возрастает.

Тип топлива

ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:

  • Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает:
    А – бензин автомобильный;
    И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом.
    Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98;
  • Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества:
    1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива;
    2. Метилнафталин – не горючий компонент.
    Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).

Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.

Расход масла

Показатель расхода масла указывается производителем автомобиля в технической документации к нему. Нормальным считается потребление смазки в соотношении 0,8–3% от потребляемого количества топлива. Также на этот показатель влияет размер двигателя, он увеличивается на больших, мощных агрегатах, особенно дизельных.
Различают расход масла:

  • Штатный – испарение смазочного материала с цилиндров, выдавливание через картер газами, смазка компрессора турбины;
  • Нештатный – течи уплотнений, потеря масла через сальники коленвала, маслосъемные поршневые кольца, перемычки поршня, когда происходит их разрушение.

К чрезмерному расходу приводит использование масла низкого качества и несоответствующей требованиям технической эксплуатации марки.

Ресурсная прочность

Ресурсная прочность – показатель, определяющий частоту проведения ТО. Измеряется пробегом. Оптимальное количество пройденных километров от 5000 до 30 000. Этот показатель дает возможность рассчитать максимальный срок эксплуатации силового агрегата.

Тип топливной системы

На бензиновые и дизельные моторы устанавливаются разные типы топливных систем. Бензиновые агрегаты могут оснащаться карбюраторной или инжекторной системой. Первая основана на механическом принципе, подача топлива регулируется дроссельной заслонкой. Второй тип – инжекторный позволяет осуществлять настройки с помощью электронных средств. Это значительно увеличивает КПД двигателя, сокращает расход топлива.
Дизельные агрегаты оснащаются ТНВД (топливными насосами высокого давления). Это устройство считается устаревшим и ненадежным. Чаще всего оно используется совместно с форсунками, обладающими функциями насоса. Но сами по себе они не могут обеспечить стабильную работу двигателя.

Тип бензиновой системы впуска

Существует 2 разновидности топливных бензиновых систем: карбюраторная, инжекторная. Они отличаются конструктивным устройством, а также принципами подачи топлива в цилиндры:

  • Карбюратор вливает бензин сплошным потоком, что затрудняет его смешивание с воздухом и детонацию. Это приводит к увеличенному расходу топлива, снижению технических характеристик мотора;
  • Инжекторная система превращает топливо в мелкодисперсную субстанцию – распыляет его. Это дает ему возможность быстро смешиваться с воздухом внутри цилиндра и приводит к увеличению характеристик двигателя и уменьшению расхода топлива.

Тип бензиновой системы впрыска

Существует одноточечная и многоточечная система впрыска. Первая не используется на современных моторах, вторая, в свою очередь, многоточечная система бывает:

  • Распределенной. Она обеспечивает стабильную работу силового агрегата, но не обеспечивает высокую динамику и не увеличивает мощность;
  • Прямой. В этом случае обеспечивается оптимальный расход топлива, увеличивается мощность двигателя и его ресурсная прочность. Недостатком системы является нестабильность работы на малых оборотах. Также минусом можно считать высокую требовательность к качеству бензина.

Дизельная система впрыска

Классическая схема впрыска топлива дизельного ДВС выглядит так:

  • ТНВД – топливный насос высокого давления подает горючее в рампу;
  • В рампе дизельное топливо нагнетается и с помощью форсунок-насосов подается в камеру сгорания.

На сегодняшний день это наиболее надежная схема впрыска дизельного топлива.

Форсунки впрыска

По принципу работы форсунки впрыска бывают:

  • Механические;
  • Пьезотронные.

Последние обеспечивают плавную работу двигателя. Больше ни на какие характеристики мотора форсунки впрыска не влияют.

Количество клапанов

Клапана, их количество влияет на показатель мощности мотора. Считается, что при большем количестве клапанов, работа двигателя становится плавнее. Устанавливаются они на впуск и выпуск цилиндра от 2 до 5 штук. Недостатком большого количества клапанов является увеличенный расход топлива.

Компрессор

Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным. Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля.
Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи. Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы.
Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:

  • Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
  • Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
  • Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.

Система газораспределения

ГРМ или газораспределительный механизм отвечает за потоками газов в цилиндре. Он также выполняет функцию переключателя фаз процесса распределения. Принцип действия основан на блокировании и открывании впускных и выпускных отверстий камер сгораний. Это делается при помощи регулировочных элементов:

  • Клапанов;
  • Валов с приводами;
  • Толкателей;
  • Коромысел;
  • Шлангов.

По принципу управления процессом распределения газов ГРМ разделяются на:

  • Клапанные;
  • Золотниковые;
  • Поршневые.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Для правильной работы двигателя он должен непрерывно выполнять некоторый цикл операций. Принцип работы двигателей с искровым зажиганием (SI) был изобретен Николаусом А. Отто в 1876 году; поэтому двигатель SI также называют двигателем Отто. Принцип работы двигателя с воспламенением от сжатия (CI) был обнаружен Рудольфом Дизелем в 1892 году, поэтому двигатель CI также называют дизельным двигателем.

Принцип работы двигателей SI и CI практически одинаков, за исключением процесса сгорания топлива, происходящего в обоих двигателях.В двигателях SI сжигание топлива происходит за счет искры, генерируемой свечой зажигания, расположенной в головке блока цилиндров. Топливо сжимается до высокого давления, и его сгорание происходит при постоянном объеме. В двигателях с ХИ сгорание топлива происходит из-за сжатия топлива до чрезмерно высокого давления, что не требует наличия искры для инициирования воспламенения топлива. В этом случае сгорание топлива происходит при постоянном давлении.

Двигатели SI и CI могут работать как с двухтактным, так и с четырехтактным циклом.Оба цикла описаны ниже:

  1. Четырехтактный двигатель : В четырехтактном двигателе цикл работы двигателя завершается четырьмя тактами поршня внутри цилиндра. Четыре такта 4-тактного двигателя: всасывание топлива, сжатие топлива, такт расширения или рабочего хода и такт выпуска. В 4-тактных двигателях мощность создается, когда поршень совершает такт расширения. За четыре такта двигателя совершается два оборота коленчатого вала двигателя.

  2. Двухтактный двигатель : В случае двухтактного двигателя такты всасывания и сжатия происходят одновременно. Точно так же такты расширения и выпуска происходят одновременно. Мощность вырабатывается во время такта расширения. Когда два хода поршня совершаются, коленчатый вал двигателя совершает один оборот.

В четырехтактных двигателях топливо сжигается один раз за два оборота колеса, а в двухтактных двигателях топливо сжигается один раз за один оборот колеса.Следовательно, эффективность 4-тактных двигателей выше, чем у 2-тактных двигателей. Однако мощность двухтактных двигателей больше, чем у четырехтактных.

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 сохраняет низкий износ. Существует два подхода, с помощью которых можно достичь снижения трения в двигателях внутреннего сгорания: за счет снижения 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 синергических 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 существующих составов масел [6].Поэтому понимание взаимодействия ZDDP и MoDTC в трибологических характеристиках как двух ключевых компонентов масел является важным для достижения оптимальных характеристик. Предыдущая работа [7] также показала, что необходимо усовершенствовать математические модели 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 показано, что образование M0S 2 из MoDTC происходит в результате контакта твердое тело-твердое тело [15]. Образование MoO 3 перед любым падением трения предполагает, что может произойти 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 уменьшении трения, есть сообщения, которые показывают, что MoDTC может быть эффективным в уменьшении 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] предложил 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, что система ZDDP / MoDTC более эффективна в снижении трения, чем один 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, образованных 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 комбинацию обоих.

Двигатель внутреннего сгорания | Encyclopedia.com

Принципы

Структура двигателя внутреннего сгорания

Ресурсы

Двигатель внутреннего сгорания - это любой тепловой двигатель, который получает механическую энергию путем сжигания химической энергии (топлива) в замкнутом пространстве (камере сгорания). Изобретение и разработка двигателя внутреннего сгорания в девятнадцатом веке оказали глубокое влияние на человеческую жизнь. Двигатель внутреннего сгорания представляет собой относительно небольшой и легкий источник той мощности, которую он производит.Использование этой мощности сделало возможным создание практичных машин, начиная от самой маленькой модели самолета и заканчивая самым большим грузовиком. Электроэнергия часто вырабатывается двигателями внутреннего сгорания. Газонокосилки, бензопилы и генераторы также могут использовать двигатели внутреннего сгорания. Важным устройством на базе двигателя внутреннего сгорания является автомобиль.

Однако во всех двигателях внутреннего сгорания основные принципы остаются неизменными. Топливо сжигается внутри камеры, обычно в цилиндре. Энергия, создаваемая сгоранием или сгоранием топлива, используется для продвижения устройства, обычно поршня, через камеру.Прикрепив поршень к валу за пределами камеры, движение и сила поршня могут быть преобразованы в другие движения.

Горение - это сжигание топлива. Когда топливо сгорает, оно выделяет энергию в виде тепла, что приводит к расширению газа. Это расширение может быть быстрым и мощным. Сила и движение расширения газа могут быть использованы для толкания объекта. Взболтать банку газировки - это способ увидеть, что происходит, когда газ расширяется. Встряхивающее движение вызывает реакцию углекислого газа - шипение газировки, - которое при открытии банки выталкивает газированную жидкость из банки через отверстие.

Однако простое сжигание топлива не очень полезно для создания движения. Например, зажигание спички сжигает кислород в воздухе вокруг нее, но поднимаемое тепло теряется во всех направлениях и, следовательно, дает очень слабый толчок. Чтобы расширение газа, вызванное сгоранием, было полезным, оно должно происходить в ограниченном пространстве. Это пространство может направлять или направлять движение расширения; он также может увеличить свою силу.

Цилиндр - это полезное пространство для передачи силы сгорания. Круглая внутренняя часть цилиндра позволяет газам легко течь, а также способствует увеличению силы движения газов. Круговое движение газов также может способствовать втягиванию воздуха и паров в цилиндр или их повторному вытеснению. Ракета - простой пример использования внутреннего сгорания в цилиндре. В ракете нижний конец цилиндра открыт. Когда топливо внутри цилиндра взрывается, газы быстро расширяются к отверстию, давая толчок, необходимый для отталкивания ракеты от земли.

Эта сила может быть даже полезнее. Его можно заставить толкать объект внутри цилиндра, заставляя его двигаться через цилиндр. Пуля в пистолете - пример такого объекта. Когда топливо, в данном случае порох, взрывается, возникающая сила продвигает пулю через цилиндр или ствол пистолета. Это движение полезно для определенных вещей; однако его можно сделать еще более полезным. Закрыв концы цилиндра, можно управлять движением объекта, заставляя его двигаться вверх и вниз внутри цилиндра.Это движение, называемое возвратно-поступательным движением, затем можно использовать для выполнения других задач.

Двигатели внутреннего сгорания обычно используют возвратно-поступательное движение, хотя газовые турбины, ракетные двигатели и роторные двигатели являются примерами других типов двигателей внутреннего сгорания. Однако поршневые двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенными и используются в большинстве автомобилей, грузовиков, мотоциклов и других машин с приводом от двигателя.

Самыми основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал.К ним прикреплены другие компоненты, которые увеличивают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала. Топливо должно поступать в цилиндр, а выхлоп, образованный взрывом топлива, должен обеспечивать выход из цилиндра. Также должно быть произведено зажигание или зажигание топлива. В поршневом двигателе внутреннего сгорания это делается одним из двух способов.

Дизельные двигатели также называют двигателями сжатия, поскольку они используют сжатие для самовоспламенения топлива. Воздух сжимается, то есть выталкивается в небольшое пространство цилиндра. Сжатие вызывает нагревание воздуха; когда топливо попадает в горячий сжатый воздух, топливо взрывается. Давление, создаваемое сжатием, требует, чтобы дизельные двигатели были более прочными и, следовательно, тяжелее, чем бензиновые двигатели, но они более мощные и требуют менее дорогостоящего топлива. Дизельные двигатели обычно используются в больших транспортных средствах, таких как грузовики и тяжелая строительная техника, или в стационарных машинах, но в 2000-х годах они находят свое применение в автомобилях, поскольку технологии совершенствуются и возникает потребность в менее дорогих видах топлива.

Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, потому что они зависят от искры электричества, вызывающей взрыв топлива в цилиндре. Газовый двигатель легче дизельного двигателя и требует более очищенного топлива (следовательно, более дорогостоящего).

В двигателе цилиндр расположен внутри блока цилиндров, достаточно прочного, чтобы сдерживать взрывы топлива. Внутри цилиндра находится поршень, который точно соответствует цилиндру. Поршни обычно имеют куполообразную форму сверху и полую внизу.Поршень прикреплен через шатун, установленный в полой нижней части, к коленчатому валу, который преобразует движение поршня вверх и вниз в круговое движение. Это возможно, потому что коленчатый вал не прямой, а имеет изогнутую часть (по одной на каждый цилиндр), называемую кривошипом.

Аналогичная конструкция приводит в движение велосипед. При езде на велосипеде верхняя часть ноги человека похожа на поршень. От колена до стопы нога действует как шатун, который прикрепляется к коленчатому валу с помощью кривошипа или педального узла велосипеда.Когда сила прикладывается к верхней части ноги, эти части начинают двигаться. Возвратно-поступательное движение голени преобразуется во вращательное или вращательное движение коленчатого вала.

Обратите внимание, что при езде на велосипеде нога делает два движения, одно вниз и одно вверх, чтобы завершить цикл вращения педалей. Это так называемые удары. Поскольку двигатель также должен всасывать топливо и снова выпускать топливо, большинство двигателей используют четыре хода для каждого цикла, который совершает поршень. Первый ход начинается, когда поршень оказывается в верхней части цилиндра, называемой головкой цилиндра.При опускании вниз в цилиндре создается вакуум. Это потому, что поршень и цилиндр образуют герметичное пространство. Когда поршень опускается, пространство между ним и головкой цилиндров увеличивается, а количество воздуха остается прежним. Этот вакуум помогает подавать топливо в цилиндр, подобно действию легких. Поэтому этот ход называется тактом впуска.

Следующий ход, называемый тактом сжатия, происходит, когда поршень снова подталкивается вверх внутри цилиндра, сжимая или сжимая топливо в более тесное и тесное пространство.Сжатие топлива в верхней части цилиндра вызывает нагревание воздуха, что также нагревает топливо. Сжатие топлива также облегчает воспламенение и делает взрыв более мощным. У расширяющихся газов взрыва меньше места, а это значит, что они будут сильнее давить на поршень, чтобы уйти.

В верхней части такта сжатия топливо воспламеняется, вызывая взрыв, толкающий поршень вниз. Этот ход называется рабочим ходом, и это ход, при котором вращается коленчатый вал.Последний ход, такт выпуска, снова поднимает поршень вверх, который вытесняет выхлопные газы, образовавшиеся в результате взрыва, из цилиндра через выпускной клапан. Эти четыре удара также обычно называют «сосать, сжимать, хлопать и дуть». Двухтактные двигатели исключают такты впуска и выпуска, комбинируя их с тактами сжатия и увеличения мощности. Это позволяет создать более легкий и мощный двигатель - по сравнению с размером двигателя - требующий менее сложной конструкции. Однако двухтактный цикл - менее эффективный метод сжигания топлива.Остаток несгоревшего топлива остается внутри цилиндра, что препятствует сгоранию. Двухтактный двигатель также воспламеняет топливо в два раза чаще, чем четырехтактный двигатель, что увеличивает износ деталей двигателя. Поэтому двухтактные двигатели используются в основном там, где требуется двигатель меньшего размера, например, на некоторых мотоциклах и с небольшими инструментами.

Для горения требуется присутствие кислорода, поэтому для воспламенения топливо необходимо смешать с воздухом. В дизельных двигателях топливо подается непосредственно для реакции с горячим воздухом внутри цилиндра.Однако двигатели с искровым зажиганием сначала смешивают топливо с воздухом вне цилиндра. Это делается либо через карбюратор, либо через систему впрыска топлива. Оба устройства испаряют бензин и смешивают его с воздухом в соотношении примерно 14 частей воздуха на каждую часть бензина. Дроссельная заслонка в карбюраторе регулирует количество воздуха, смешиваемого с топливом; на другом конце дроссельная заслонка контролирует, сколько топливной смеси будет отправлено в цилиндр.

Вакуум, создаваемый при движении поршня вниз по цилиндру, втягивает топливо в цилиндр.Поршень должен точно входить в цилиндр, чтобы создать этот вакуум. Резиновые компрессионные кольца, вставленные в канавки поршня, обеспечивают герметичность посадки. Бензин поступает в цилиндр через впускной клапан. Затем бензин сжимается в цилиндр следующим движением поршня в ожидании воспламенения.

Двигатель внутреннего сгорания может иметь от одного до двенадцати или более цилиндров, которые действуют вместе в точно рассчитанной по времени последовательности для привода коленчатого вала.Велосипедиста на велосипеде можно описать как двухцилиндровый двигатель, в котором каждая нога помогает другой создавать мощность для управления велосипедом и подтягивать друг друга в цикле движений. Автомобили обычно имеют четырех-, шести- или восьмицилиндровые двигатели, хотя также доступны двух- и двенадцатицилиндровые двигатели. Количество цилиндров влияет на рабочий объем двигателя; то есть общий объем топлива, прошедшего через цилиндры. Больший рабочий объем позволяет сжигать больше топлива, создавая больше энергии для привода коленчатого вала.

Искра попадает через свечу зажигания, расположенную в головке блока цилиндров. Искра вызывает взрыв бензина. Свечи зажигания содержат два металлических конца, называемых электродами, которые входят в цилиндр. У каждого цилиндра своя свеча зажигания. Когда электрический ток проходит через свечу зажигания, ток переходит от одного электрода к другому, создавая искру.

Этот электрический ток возникает в батарее. Однако ток батареи недостаточно силен, чтобы вызвать искру, необходимую для воспламенения топлива.Поэтому он пропускается через трансформатор, который значительно увеличивает его напряжение или силу. Затем ток можно направить на свечу зажигания.

Однако в случае двигателя с двумя или более цилиндрами искра должна направляться в каждый цилиндр по очереди. Последовательность срабатывания цилиндров должна быть рассчитана так, чтобы, пока один поршень находился в рабочем такте, другой поршень находился в такте сжатия. Таким образом, сила, действующая на коленчатый вал, может поддерживаться постоянной, что позволяет двигателю работать плавно.Количество цилиндров влияет на плавность работы двигателя; чем больше цилиндров, тем постояннее усилие на коленчатом валу и тем плавнее будет работать двигатель.

Время срабатывания цилиндров регулируется распределителем. Когда ток поступает в распределитель, он направляется к свечам зажигания через провода, по одному на каждую свечу зажигания. Механические распределители - это, по сути, вращающиеся роторы, которые по очереди пропускают ток в каждый провод. Электронные системы зажигания используют компьютерные компоненты для выполнения этой задачи.

В самых маленьких двигателях используется аккумулятор, который после разрядки просто заменяется. Однако в большинстве двигателей предусмотрена возможность перезарядки батареи, используя движение вращающегося коленчатого вала для выработки тока обратно в батарею.

Поршень или поршни толкают коленчатый вал вниз и вверх, вызывая его вращение. Это преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала возможно, потому что для каждого поршня коленчатый вал имеет кривошип, то есть секцию, расположенную под углом к ​​движению вверх-вниз.На коленчатом валу с двумя или более цилиндрами эти кривошипы также установлены под углом друг к другу, что позволяет им работать согласованно. Когда один поршень толкает кривошип вниз, второй кривошип толкает его поршень вверх.

Большое металлическое колесо, похожее на маховик, прикреплено к одному концу коленчатого вала. Он поддерживает постоянное движение коленчатого вала. Это необходимо в четырехтактном двигателе, поскольку поршни совершают рабочий ход только один раз на каждые четыре хода.Маховик обеспечивает импульс, переносящий коленчатый вал во время его движения, пока он не получит следующий рабочий ход. Он делает это с помощью инерции, то есть принципа, согласно которому движущийся объект будет стремиться оставаться в движении. Как только маховик приводится в движение поворотом коленчатого вала, он продолжает двигаться и вращать коленчатый вал. Однако чем больше цилиндров в двигателе, тем меньше ему нужно будет полагаться на движение маховика, потому что большее количество поршней будет поддерживать вращение коленчатого вала.

После того, как коленчатый вал вращается, его движение можно адаптировать для самых разных целей путем присоединения шестерен, ремней или других устройств. Колеса можно заставить вращаться, пропеллеры можно заставить вращаться, или двигатель можно использовать просто для выработки электроэнергии. К коленчатому валу также прикреплен дополнительный вал, называемый распределительным валом, который открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра в последовательности с четырехтактным циклом поршней. Кулачок - это колесо, имеющее форму яйца, с длинным и коротким концом.К распределительному валу крепятся несколько кулачков, в зависимости от количества цилиндров двигателя. Сверху кулачков установлены толкатели, по два на каждый цилиндр, которые открывают и закрывают клапаны. Когда распределительный вал вращается, короткие концы позволяют толкателям отойти от клапана, заставляя клапан открываться; длинные концы кулачков толкают стержни назад к клапану, снова закрывая его. В некоторых двигателях, называемых двигателями с верхним расположением кулачка, распределительный вал опирается непосредственно на клапаны, что устраняет необходимость в узле толкателя. Двухтактные двигатели, поскольку впуск и выпуск достигаются за счет движения поршня над портами или отверстиями в стенке цилиндра, не требуют распределительного вала.

Коленчатый вал может приводить в действие еще два компонента: системы охлаждения и смазки. Взрыв топлива создает сильное тепло, которое быстро приведет к перегреву двигателя и даже к расплавлению, если он не будет должным образом рассеян или отведен. Охлаждение достигается двумя способами: через систему охлаждения и, в меньшей степени, через систему смазки.

Есть два типа систем охлаждения. В системе жидкостного охлаждения используется вода, которая часто смешивается с антифризом для предотвращения замерзания. Антифриз снижает температуру замерзания, а также повышает температуру кипения воды. Вода, которая очень хорошо собирает тепло, прокачивается вокруг двигателя через ряд каналов, содержащихся в рубашке. Затем вода циркулирует в радиаторе, который содержит множество трубок и тонких металлических пластин, увеличивающих площадь поверхности воды. Вентилятор, прикрепленный к радиатору, пропускает воздух по трубке, дополнительно снижая температуру воды.И насос, и вентилятор приводятся в действие движением коленчатого вала.

В системах с воздушным охлаждением для отвода тепла от двигателя используется воздух, а не вода. В большинстве мотоциклов, многих небольших самолетов и других машин, движение которых создает сильный ветер, используются системы воздушного охлаждения. В них металлические ребра прикреплены к внешней стороне цилиндров, создавая большую площадь поверхности; когда воздух проходит через ребра, тепло, передаваемое к металлическим ребрам от цилиндра, уносится воздухом.

Смазка двигателя жизненно важна для его работы. Движение деталей друг относительно друга вызывает сильное трение, которое приводит к нагреву и вызывает износ деталей. Смазочные материалы, например масло, образуют тонкий слой между движущимися частями. Прохождение масла

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Инерция - Тенденция движущегося объекта оставаться в движении, а тенденция покоящегося объекта оставаться в покое.

Возвратно-поступательное движение —Движение, при котором объект перемещается вверх и вниз или назад и вперед.

Вращательное движение — Движение, при котором объект вращается.

через двигатель также помогает отводить часть выделяемого тепла.

Коленчатый вал внизу двигателя упирается в картер. Он может быть заполнен маслом, или отдельный масляный поддон под картером служит резервуаром для масла. Насос подает масло по каналам и отверстиям к различным частям двигателя. Поршень также снабжен резиновыми маслосъемными кольцами в дополнение к компрессионным кольцам для перемещения масла вверх и вниз по внутренней части цилиндра.В двухтактных двигателях масло используется в составе топливной смеси, что обеспечивает смазку двигателя и устраняет необходимость в отдельной системе.

КНИГИ

Кроул, Дэниел А. Понимание взрывов . Нью-Йорк: Центр безопасности химических процессов, Американский институт инженеров-химиков, 2003.

Ниссен, Уолтер, Р. Процессы сжигания и сжигания . Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2002.

Политцер, Питер и Джейн С. Мюррей, ред. Энергетические материалы . Амстердам, Нидерланды и Бостон, Массачусетс: Elsevier, 2003.

M. L. Cohen

The Gale Encyclopedia of Science Cohen, M.

Типы двигателей

Двигатели - это машины, которые преобразуют источник энергии в физическую работу. Если вам нужно что-то передвигать, двигатель - это то, что вам нужно. Но не все двигатели сделаны одинаково, и разные типы двигателей определенно не работают одинаково.

Изображение предоставлено Little Visuals / Pixabay.

Вероятно, наиболее интуитивно понятный способ различить их - это тип энергии, которую каждый двигатель использует для выработки мощности.

  • Тепловые двигатели
    • Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания)
    • Двигатели внешнего сгорания (ЕС двигатели)
    • Двигатели реакции
  • Электродвигатели
  • Физические машины

Тепловые двигатели

В самом широком смысле этим двигателям требуется источник тепла для перехода в движение. В зависимости от того, как они выделяют указанное тепло, это могут быть двигатели внутреннего сгорания (которые сжигают материал) или негорючие двигатели. Они действуют либо путем прямого сгорания топлива, либо путем преобразования жидкости для создания работы. Таким образом, большинство тепловых двигателей также частично пересекаются с химическими системами привода. Это могут быть двигатели с воздушным дыханием (которые забирают окислитель, например кислород из атмосферы) или двигатели без дыхания (с окислителями, химически связанными в топливе).

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (двигатели IC) сегодня довольно широко распространены.Они приводят в действие автомобили, газонокосилки, вертолеты и так далее. Самый большой двигатель внутреннего сгорания может генерировать 109 000 л.с. для корабля, перевозящего 20 000 контейнеров. Двигатели внутреннего сгорания получают энергию из топлива, сжигаемого в специальной области системы, называемой камерой сгорания. В процессе сгорания образуются продукты реакции (выхлоп), общий объем которых намного превышает общий объем реагентов (топлива и окислителя). Это расширение и есть хлеб с маслом для двигателей внутреннего сгорания - это то, что на самом деле обеспечивает движение.Тепло является лишь побочным продуктом сгорания и представляет собой потерянную часть запаса энергии топлива, потому что на самом деле оно не обеспечивает никакой физической работы.

Рядный 4-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
Изображение предоставлено НАСА / Исследовательским центром Гленна. Двигатели

IC различаются по количеству «ходов» или циклов, которые каждый поршень делает для полного вращения коленчатого вала. Сегодня наиболее распространены четырехтактные двигатели, в которых реакция сгорания состоит из четырех этапов:

  1. Индукция или впрыск топливовоздушной смеси (карбюрата) в камеру сгорания.
  2. Сжатие смеси.
  3. Зажигание свечой или сжатием - топливо идет штанга .
  4. Выброс выхлопных газов.
Этот радиальный паровозик похож на самого забавного человечка, которого я когда-либо видел.
Изображение предоставлено Duk / Wikimedia.

На каждом шаге 4-тактный поршень попеременно опускается или поднимается. Зажигание - это единственный этап, на котором в двигателе генерируется работа, поэтому на всех других этапах каждый поршень для своего движения полагается на энергию от внешних источников (другие поршни, электростартер, ручной запуск или инерция коленчатого вала).Вот почему вам нужно тянуть за шнурок газонокосилки, и почему вашему автомобилю нужен исправный аккумулятор, чтобы начать работать.

Другими критериями для дифференциации двигателей внутреннего сгорания являются тип используемого топлива, количество цилиндров, общий рабочий объем (внутренний объем цилиндров), распределение цилиндров (рядные, радиальные, V-образные двигатели и т. Д.), А также мощность и мощность. -весовой выход.

Двигатели внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания (ЕС двигатели) хранят топливо и продукты выхлопа отдельно - они сжигают топливо в одной камере и нагревают рабочую жидкость внутри двигателя через теплообменник или стенку двигателя. В эту категорию попадает великий отец промышленной революции, паровая машина.

В некоторых отношениях двигатели с электронным управлением работают так же, как и их аналоги на базе IC - они оба требуют тепла, которое получается при сжигании материала. Однако есть и несколько отличий.

В двигателях

EC используются жидкости, которые подвергаются тепловому расширению-сжатию или сдвигу по фазе, но химический состав которых остается неизменным. Используемая жидкость может быть газообразной (как в двигателе Стирлинга), жидкостью (двигатель с органическим циклом Ренкина) или претерпевать изменение фазы (как в паровом двигателе) - для двигателей внутреннего сгорания почти всегда жидкость представляет собой жидкое топливо. и воздушная смесь, которая воспламеняется (меняет свой химический состав).Наконец, двигатели могут либо выпускать жидкость после использования, как двигатели внутреннего сгорания (двигатели с открытым циклом), либо постоянно использовать ту же жидкость (двигатели с закрытым циклом).

Паровоз Стивенсона работает

Удивительно, но первые паровые машины, получившие промышленное применение, генерировали работу за счет создания вакуума, а не давления. Эти машины, получившие название «атмосферные двигатели», были громоздкими и крайне неэффективными. Со временем паровые двигатели приобрели форму и характеристики, которые мы ожидаем от двигателей сегодня, и стали более эффективными - с поршневыми паровыми двигателями, в которых была введена поршневая система (которая до сих пор используется двигателями внутреннего сгорания) или составные системы двигателей, в которых повторно использовалась жидкость. в цилиндрах при понижении давления для создания дополнительной «мощности».

Сегодня паровые двигатели вышли из широкого использования: они тяжелые, громоздкие, имеют гораздо меньшую топливную эффективность и удельную мощность, чем двигатели внутреннего сгорания, и не могут так быстро менять мощность. Но если вас не беспокоит их вес, размер и вам нужен постоянный запас работы, они великолепны. Таким образом, EC в настоящее время с большим успехом используется в качестве паротурбинных двигателей для морских операций и электростанций.

Применение

для атомной энергетики отличается тем, что называется негорючими двигателями или внешними тепловыми двигателями , поскольку они работают по тем же принципам, что и двигатели ЕС, но не получают энергию от сгорания.

Реакционные двигатели

Реакционные двигатели , в просторечии известные как реактивные двигатели , создают тягу за счет вытеснения реакционной массы. Основным принципом реактивного двигателя является третий закон Ньютона: в основном, если вы ударите чем-то с достаточной силой через заднюю часть двигателя, он вытолкнет переднюю часть вперед. И реактивные двигатели действительно хороши в этом.

Безумно хорошо в этом.
Изображение предоставлено thund3rbolt / Imgur.

То, что мы обычно называем «реактивным» двигателем, прикрепленное к пассажирскому самолету Boeing, строго говоря, является воздушно-реактивным двигателем и относится к классу двигателей с турбинным двигателем. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели, которые обычно считаются более простыми и надежными, поскольку они содержат меньше (или почти не содержат) движущихся частей, также являются воздушно-реактивными двигателями, но относятся к классу таранных двигателей. Разница между ними заключается в том, что прямоточные воздушно-реактивные двигатели полагаются на чистую скорость для подачи воздуха в двигатель, тогда как турбореактивные двигатели используют турбины для втягивания и сжатия воздуха в камеру сгорания.В остальном они функционируют в основном одинаково.

В турбореактивных двигателях воздух втягивается в камеру двигателя и сжимается вращающейся турбиной. Ramjets рисуют и сжимают его, двигаясь очень быстро. Внутри двигателя он смешивается с мощным топливом и воспламеняется. Когда вы концентрируете воздух (и, следовательно, кислород), смешиваете его с большим количеством топлива и взрываете его (таким образом, генерируя выхлоп и термически расширяя весь газ), вы получаете реакционный продукт, который имеет огромный объем по сравнению с всасываемым воздухом. Единственное место, через которое может пройти вся эта масса газов, - это задняя часть двигателя, что она и делает с огромной силой.По пути он приводит в действие турбину, втягивая больше воздуха и поддерживая реакцию. И, чтобы добавить оскорбления к травмам, в задней части двигателя есть метательное сопло.

Здравствуйте, я толкающая насадка. Я буду твоим проводником.

Этот элемент оборудования заставляет весь газ проходить через пространство еще меньшего размера, чем он первоначально прошел, таким образом, еще больше ускоряя его, превращая его в «струю» материи. Выхлоп выходит из двигателя с невероятной скоростью, в три раза превышающей скорость звука, толкая самолет вперед.

Реактивные двигатели

, не дышащие воздухом, или ракетные двигатели , работают так же, как реактивные двигатели без переднего долота - потому что им не нужен внешний материал для поддержания сгорания. Мы можем использовать их в космосе, потому что в них есть весь необходимый окислитель, упакованный в топливо. Это один из немногих типов двигателей, в которых постоянно используется твердое топливо.

Тепловые двигатели могут быть невероятно большими или очаровательно маленькими. Но что, если все, что у вас есть, - это розетка, и вам нужно запитать свои вещи? Что ж, в таком случае вам нужно:

Электродвигатели

Ах да, чистая банда.Классические электрические двигатели бывают трех типов: магнитные, пьезоэлектрические и электростатические.

И, конечно же, привод Duracell.

Магнитный, как и батарея там, наиболее часто используется из трех. Он основан на взаимодействии магнитного поля и электрического потока для создания работы. Он работает по тому же принципу, что и динамо-машина для выработки электроэнергии, но наоборот. Фактически, вы можете генерировать немного электроэнергии, если вручную провернуть электромагнитный двигатель.

Для создания магнитного двигателя вам понадобятся несколько магнитов и намотанный провод. Когда к обмотке подается электрический ток, он индуцирует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитом, создавая вращение. Важно, чтобы эти два элемента были разделены, поэтому электродвигатели состоят из двух основных компонентов: статора, который является внешней частью двигателя и остается неподвижной, и ротора, который вращается внутри него. Они разделены воздушной прослойкой. Обычно магниты встроены в статор, а проводник намотан на ротор, но они взаимозаменяемы.Магнитные двигатели также оснащены коммутатором для переключения электрического потока и модуляции индуцированного магнитного поля, когда ротор вращается для поддержания вращения.

Пьезоэлектрические приводы - это типы двигателей, в которых используется свойство некоторых материалов генерировать ультразвуковые колебания под воздействием электрического тока для создания работы. Электростатические двигатели используют одинаковые заряды, чтобы отталкивать друг друга и вызывать вращение ротора. Поскольку в первом используются дорогие материалы, а во втором для работы требуется сравнительно высокое напряжение, они не так распространены, как магнитные приводы.

Классические электрические двигатели обладают одними из самых высоких показателей энергоэффективности среди всех двигателей, преобразуя до 90% энергии в работу.

Ионные приводы

Ионные приводы представляют собой смесь реактивного и электростатического двигателей. Этот класс приводов ускоряет ионы (плазму), используя электрический заряд для создания движения. Они не работают, если вокруг корабля уже есть ионы, поэтому они бесполезны за пределами космического вакуума.

Подруливающее устройство Холла.
Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech.

Они также имеют очень ограниченную выходную мощность. Однако, поскольку в качестве топлива они используют только электричество и отдельные частицы газа, они были тщательно изучены для использования в космических кораблях. Deep Space 1 и Dawn успешно использовали ионные двигатели. Тем не менее, эта технология кажется наиболее подходящей для малых кораблей и спутников, поскольку след электронов, оставляемый этими двигателями, отрицательно влияет на их общую производительность.

Приводы EM / Cannae

EM / Cannae Приводы используют электромагнитное излучение, содержащееся в микроволновом резонаторе, для создания доверия.Это, наверное, самый необычный из всех типов двигателей. Его даже называют «невозможным» побуждением, поскольку это нереакционное побуждение - это означает, что он не производит никакого разряда для создания тяги, по-видимому, в обход третьего закона.

«Вместо топлива он использует микроволны, отражающиеся от тщательно настроенного набора отражателей, для достижения небольшой силы и, следовательно, тяги без топлива», - сообщил Андрей о поездке.

Было много споров о том, работает ли этот тип двигателя на самом деле или нет, но тесты НАСА подтвердили, что он функционально исправен.В будущем его даже обновят. Поскольку он использует только электроэнергию для создания тяги, хотя и в небольших количествах, он кажется наиболее подходящим двигателем для исследования космоса.

Но это в будущем. Давайте посмотрим, как все начиналось. Давайте посмотрим на:

Физические механизмы

Работа этих двигателей зависит от накопленной механической энергии. Заводные двигатели , пневматические и гидравлические двигатели все являются физическими приводами.

Модель Ле Плонжера с огромными баллонами с воздухом.
Изображение предоставлено Национальным морским музеем.

Они не очень эффективны. Они также обычно не могут использовать большие запасы энергии. Например, заводные двигатели хранят упругую энергию в пружинах, и их нужно заводить каждый день. Пневматические и гидравлические двигатели должны иметь на себе огромные трубки со сжатой жидкостью, которые, как правило, не работают очень долго. Например, Plongeur , первая в мире подводная лодка с механическим приводом, построенная во Франции между 1860 и 1863 годами, несла поршневой воздушный двигатель, снабженный 23 танками на 12. 5 баров. Они занимали огромное пространство (153 кубических метра / 5 403 кубических фута), и их хватало только для того, чтобы корабль пролетел 5 морских миль (9 км / 5,6 миль) при скорости 4 узла.

Тем не менее, физические диски, вероятно, использовались впервые. Катапульты, требушеты или тараны полагаются на этот тип двигателей. То же самое касается кранов, приводимых в движение человеком или зверем - все они использовались задолго до любых других типов двигателей.

Это далеко не полный список всех двигателей, созданных человеком.Не говоря уже о том, что биология тоже создала побуждения - и они являются одними из самых эффективных, которые мы когда-либо видели. Но если вы прочтете все это, я почти уверен, что у вас к этому моменту заканчивается топливо. Так что отдохните, расслабьтесь и в следующий раз, когда вы встретите двигатель, смазывайте руки и нос, исследуя его - мы рассказали вам основы.

Характеристики производительности, эффективности и выбросов поршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях водорода и природного газа (Технический отчет)

Чепмен, Кирби С. и Патил, Амар. Характеристики, эффективность и выбросы поршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях водорода и природного газа . США: Н. П., 2007. Интернет. DOI: 10,2172 / 927586.

Чепмен, Кирби С. и Патил, Амар. Характеристики, эффективность и выбросы поршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях водорода и природного газа .Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/927586

Чепмен, Кирби С. и Патил, Амар. Сидел . «Характеристики производительности, эффективности и выбросов поршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях водорода и природного газа». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/927586. https://www.osti.gov/servlets/purl/927586.

@article {osti_927586,
title = {Характеристики, эффективность и выбросы поршневых двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях водорода и природного газа},
author = {Чепмен, Кирби С. и Патил, Амар},
abstractNote = {Водород является привлекательным источником топлива не только потому, что его много и он возобновляем, но и потому, что он производит почти нулевые регулируемые выбросы.Двигатели внутреннего сгорания, работающие на сжатом природном газе (КПГ), используются в различных отраслях промышленности в ряде мобильных и стационарных приложений. Хотя двигатели, работающие на КПГ, обладают многими преимуществами по сравнению с обычными бензиновыми и дизельными двигателями внутреннего сгорания, характеристики двигателей на КПГ могут быть существенно улучшены в обедненной рабочей области. Экономичная эксплуатация имеет ряд преимуществ, наиболее заметным из которых является сокращение выбросов. Однако чрезвычайно низкие скорости распространения пламени СПГ значительно ограничивают эксплуатационные ограничения двигателей на СПГ на обедненной смеси.Однако водород имеет высокую скорость пламени и широкий рабочий предел, который простирается в бедную область. Добавление водорода в двигатель КПГ делает его жизнеспособным и экономичным методом значительного увеличения рабочего предела обедненной смеси и, таким образом, повышения производительности и снижения выбросов. Однако недостатки водорода в качестве источника топлива включают более низкую удельную мощность из-за более низкой теплотворной способности на единицу объема по сравнению с КПГ, а также подверженность преждевременному воспламенению и детонации двигателя из-за широких пределов воспламеняемости и низкой минимальной энергии воспламенения.Однако сочетание водорода с КПГ позволяет преодолеть недостатки, присущие каждому типу топлива. Цели настоящего исследования заключались в оценке возможности использования смесей водорода и природного газа в качестве топлива для обычных двигателей, работающих на природном газе. Эксперимент и анализ данных включали оценку характеристик двигателя, эффективности и выбросов, а также подробные измерения основных физических параметров в цилиндрах. Это обеспечило подробную базу знаний о влиянии использования смесей водорода и природного газа.Четырехтактный атмосферный двигатель V-6 объемом 4,2 л, соединенный с вихретоковым динамометром, был использован для измерения влияния смеси водорода и природного газа на производительность, термодинамический КПД и выбросы выхлопных газов в поршневом четырехтактном двигателе . В испытательной матрице варьировалась нагрузка двигателя и соотношение воздух-топливо при открытии дроссельной заслонки 50% и 100% при эквивалентных отношениях 1,00 и 0,90 для процентного содержания водорода 10%, 20% и 30% по объему. Кроме того, испытания проводились при 100% открытии дроссельной заслонки с коэффициентом эквивалентности 0.98 и смесь водорода 20% для дальнейшего исследования изменений выбросов CO. Анализ данных показал, что использование топливной смеси водород / природный газ ухудшает работу двигателя с уменьшением крутящего момента на 1,5-2,0%, но обеспечивает снижение содержания CO до 36%, снижение NOX на 30% и увеличение на 5%. в термической эффективности тормозов. Эти результаты согласуются с предыдущими результатами, опубликованными в открытой литературе. Дальнейшее сокращение выбросов может быть достигнуто за счет замедления момента зажигания.},
doi = {10.2172/927586},
url = {https://www.osti.gov/biblio/927586}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {2007},
месяц = ​​{6}
}

NPTEL :: Машиностроение - NOC: Двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины

9 0392 903 86 Download 90 761

EGLE - Система управления двигателем

Система управления двигателем

Контактное лицо: см. Ниже Агентство: Окружающая среда, Великие озера и энергия

Стационарный поршневой двигатель внутреннего сгорания (IC) преобразует химическую энергию в механическую посредством сгорания топлива и воздуха.Процесс происходит внутри цилиндра, где при сгорании смеси поршень проталкивается через цилиндр, поворачивая коленчатый вал. Стационарные поршневые двигатели внутреннего сгорания - это внедорожные немобильные двигатели, которые остаются неподвижными на одном объекте в течение как минимум одного года. Стационарный RICE можно разделить на категории с воспламенением от сжатия (CI) или искровым зажиганием (SI). Двигатели CI обычно работают на дизельном топливе, тогда как двигатели SI в основном работают на природном газе, свалочном газе или бензине. Стационарные поршневые двигатели внутреннего сгорания обычно используются для выработки электроэнергии и для питания механического оборудования, такого как насосы и компрессоры.

Процесс сгорания в двигателях внутреннего сгорания вызывает выброс загрязняющих веществ в атмосферу через выхлопные газы. Эти загрязнители воздуха оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье населения и окружающую среду, особенно на уязвимые группы населения с респираторными и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Загрязняющие вещества, обычно выбрасываемые стационарными поршневыми двигателями (IC), включают оксиды азота (NOx), оксид углерода (CO), летучие органические соединения (VOC) и твердые частицы (PM), а также опасные загрязнители воздуха (HAP) и токсичные загрязнители воздуха ( TAC) формальдегида, ацетальдегида, акролеина, метанола и ПАУ.По этим причинам выбросы от стационарных поршневых двигателей (IC) регулируются EGLE и EPA.

Если вы планируете установку, модификацию, реконструкцию, перемещение и / или эксплуатацию стационарного RICE в Мичигане, вам может потребоваться разрешение на полеты. Правило 201 Правил контроля за загрязнением воздуха штата Мичиган требует, чтобы лицо получило одобренное Разрешение на установку (PTI) любого потенциального источника загрязнения воздуха, если только источник не освобожден от процесса выдачи разрешения. Не для всех стационарных установок RICE требуется разрешение на использование воздуха. Например, если двигатель соответствует исключениям из разрешений, изложенным в Правилах 278 и 285 (2) (g), двигатель может считаться освобожденным от необходимости в PTI. Важно отметить, что хотя ваш стационарный RICE может быть освобожден от государственных разрешений на использование воздуха, он все же может подпадать под действие федеральных правил, перечисленных ниже.

Информация, которую необходимо иметь для подачи заявки, применения и предметных правил и положений, включает следующее:

  • тип источника (крупный или районный)
  • использование по назначению (экстренная помощь, пиковое бритье, ограниченное использование и т.)
  • производство, модель и год двигателя (новый или существующий)
  • дата установки
  • Сертификат выбросов
  • (при наличии)
  • Конструкция двигателя
  • : номинальная мощность, рабочий объем на цилиндр, метод зажигания (CI или SI), тип используемого топлива, уровень расхода топлива, рабочий ход (два или четыре), соотношение воздух-топливо (богатое горение или обедненное топливо). гореть), оборудование для борьбы с загрязнением воздуха (при наличии)

Агентство по охране окружающей среды США (USEPA) завершило разработку стандартов, которые устанавливают требования к владельцам / операторам, а также производителям стационарных поршневых двигателей внутреннего сгорания по минимизации выбросов HAP и критериальных загрязнителей.Федеральные стандарты производительности новых источников (NSPS), подразделы IIII и JJJJ регулируют выбросы определенных загрязняющих веществ из новых, модифицированных и реконструированных стационарных двигателей. Федеральный стандарт, именуемый Национальным стандартом по выбросам опасных загрязнителей воздуха (NESHAP), подраздел ZZZZ, регулирует выбросы HAP от всех существующих, реконструированных и новых стационарных двигателей. Подчасть ZZZZ сложна, поскольку существует множество ранее не регулируемых двигателей меньшего размера, в том числе предназначенных для аварийного использования, которые теперь подпадают под действие федеральных правил.

Применимость

Во-первых, определите, считается ли ваш источник основным или второстепенным источником выбросов HAP. Основной источник выбросов HAP может производить 10 или более тонн в год (т / год) любого отдельного HAP или 25 или более т / г комбинированных HAP.

Во-вторых, определите, какой у вас двигатель с воспламенением от сжатия (CI) или искровым зажиганием (SI).

В-третьих, рассмотрим назначение двигателя. Это аварийный или неаварийный двигатель? Это двигатель с черным запуском или двигатель ограниченного использования?

В-четвертых, проверьте номинальную мощность двигателя в лошадиных силах (л.с.).Вам также может понадобиться узнать объем двигателя в литрах на цилиндр.

В-пятых, определите, считается ли двигатель существующим, новым или реконструированным. Для крупного источника с номинальной мощностью двигателя более 500 л.с. существующий означает, что двигатель был установлен или построен на месте до 19 декабря 2002 г. Новый или реконструированный означает, что двигатель был установлен или построен 19 декабря 2002 г. или после этой даты. крупный или местный источник с номинальной мощностью двигателя менее 500 л.с., существующий означает, что двигатель был установлен или построен на месте до 12 июня 2006 г.Новый или реконструированный означает, что двигатель был установлен или построен на месте или после 12 июня 2006 г.

Как только вышеуказанная информация станет известна, следующие инструменты можно использовать для определения федеральных требований NESHAP и NSPS, применимых к вашей системе.

Разрешение на полеты и соответствующие федеральные правила для вашего стационарного RICE могут содержать требования к ведению документации, тестированию производительности и отчетности, чтобы сделать условия разрешения и федеральные стандарты практически выполнимыми.

Мониторинг и учет

Типичные требования к ведению документации для двигателей включают использование топлива, часы работы (в случае аварии), результаты анализа масла, выполненное техническое обслуживание двигателя и оборудования для контроля загрязнения воздуха (если применимо), неисправности, которые произошли с продолжительностью и действиями, выполняемыми после, а также контроль загрязнения воздуха параметры работы оборудования (если применимо).

Тестирование производительности

В зависимости от выходной мощности двигателя, типа источника и года изготовления двигатель может быть подвергнут эксплуатационным испытаниям, чтобы продемонстрировать соответствие установленным ограничениям на выбросы в PTI или федеральном постановлении.Например, существующий неаварийный двигатель Cl мощностью более 100 л.с. в основном источнике должен проходить первоначальное испытание на выбросы и повторное испытание каждые 8760 часов работы или три года для двигателей мощностью более 500 л.с. (пять лет при ограниченном использовании. ).

Отчетность

Федеральные правила содержат требования к отчетности для предметного стационарного RICE. Эти отчеты могут включать первоначальное уведомление о соответствии, уведомление о соответствии после проверки производительности, а также полугодовые и годовые отчеты о соответствии.В отчетах проверяется, соответствует ли источник установленным ограничениям на выбросы или эксплуатационным ограничениям, или имели место отклонения. Требуется свидетельство ответственного должностного лица.

Годовая отчетность о выбросах

Федеральный закон о чистом воздухе требует, чтобы каждый штат вел инвентаризацию выбросов загрязняющих веществ на определенных объектах и ​​ежегодно обновлял эту инвентаризацию. Кадастр выбросов штата Мичиган собирается ежегодно с использованием Системы отчетности о выбросах в атмосферу штата Мичиган (MAERS) и направляется в USEPA для добавления в национальный банк данных.Не все предприятия обязаны отчитываться о своих годовых выбросах. Объекты, которые обычно обязаны сообщать, считаются основными источниками, синтетическими-второстепенными источниками или подпадают под действие федерального NSPS, такого как Subpart IIII или JJJJ.

Следующие ссылки могут быть полезны для расчета потенциальной эмиссии (PTE) и при подготовке заявки PTI для стационарного RICE.

По вопросам, касающимся применимости разрешений и предметных правил, пожалуйста, свяжитесь с вашим районным офисом или инспектором.

1 Lec 1: Двигатели внешнего и внутреннего сгорания, компоненты двигателей, двигатели SI и CI Скачать
2 Lec 2: Четырехтактные и двухтактные двигатели Загрузить
3 Lec 3: Классификация двигателей внутреннего сгорания Загрузить
4 Lec 4: Рабочие характеристики двигателя Загрузить
5 Lec 5: Otto, Diesel and Dual cycle Download
6 Lec 6: Otto, Diesel and Dual cycle (Contd. ) Загрузить
7 Lec 7: Отто, дизельные и двойные циклы (продолжение) Загрузить
8 Lec 8: Сравнение циклов, фактические циклы и их анализ Загрузить
9 Lec 9: Карбюратор, требования к смеси Загрузить
10 Lec 10: Карбюратор, требования к смеси (продолж.) Загрузить
11, Lec крейсерский диапазон и диапазон мощности Загрузить
12 Lec 12: холостой ход, крейсерский режим и диапазон мощности (продолжение.) Загрузить
13 Lec 13: Классификация, типы форсунок, система зажигания, аккумулятор и системы зажигания Magneto Загрузить
14 Lec 14: Системы впрыска двигателя SI Загрузить
15 Lec 15: Механические и электронные системы впрыска Загрузить
16 Lec 16: Аккумуляторные системы зажигания Загрузить
17 Lec 17: Трение двигателя, системы смазки, силы на поршень Загрузите
18 Lec 18: Смазочные масла, Термохимия топлива Загрузите
19 Lec 19: моторные топлива IC - типы, требования и характеристики, Альтернативные виды топлива Загрузите
20 Lec 20: Сгорание в двигателях SI Загрузить
21 Lec 21: Сгорание в двигателях CI Загрузить
22 Lec 22: Система впрыска двигателя CI Загрузить
23 Lec 23: система впрыска двигателя CI) Загрузить
24 Lec 24: Теплопередача и распределение энергии Загрузить
25 Lec 25: Цетановое и октановое число, системы охлаждения Загрузить
Lec5 26: Проблемы с двигателем внутреннего сгорания Загрузить
27 Lec 27: Турбомашины, теория газовой турбины Загрузить
28 Lec 28: Газотурбинная электростанция открытого цикла, расположение двух валов Загрузить
29 Lec 29: замкнутый цикл, схема с несколькими золотниками, паровая электростанция Загрузить
30 Lec 30: Основная термодинамика Загрузить
Lec Цикл: Введение и общие отношения Загрузка
32 Lec 32: Цикл Брайтона: Эффективность, рабочий коэффициент и оптимальные рабочие условия Загрузить
33 Lec 33: цикл Брайтона с теплообменником / подогревателем Загрузить
34 Lec 34: цикл Брайтона
35 Lec 35: Реальный цикл Брайтона, решенный пример для идеального цикла Загрузить
36 Lec 36: Решенные примеры для реального цикла Брайтона Загрузить
37 Lec Введение и рабочие характеристики силовой установки Загрузить
38 Lec 38: Основы различных авиационных двигателей Загрузить
39 Lec 39: Eular Turbomachinary Equation Lec 40: Введение и анализ потока центробежных компрессоров
41 Lec 41: Термодинамический анализ центробежных компрессоров Download
42 Lec 42: Осевой компрессор: основные сведения, треугольники скорости, диаграмма TS и рабочее втягивание 43 Lec 43: Осевой компрессор: различные факторы, степень реакции и состояние свободного завихрения Загрузить
44 Lec 44: Полный анализ газовой турбины с осевым потоком Загрузить
45 45: Решенные примеры для осевых компрессоров, центробежных компрессоров и турбины Загрузить
46 Lec 46: Турбина с радиальным потоком, решенный пример условия свободного вихря Загрузить
47 Lezzles Диффузоры: Введение, Эффективность всасывания, Эффективность форсунки Загрузить