15Апр

Рисунок двигателя внутреннего сгорания: Молекулярная физика и термодинамика

Содержание

Двигатель внутреннего сгорания

История XIX века неразрывно связана с паровыми машинами: они приводили в действие станки на заводах, заставляли ехать паровозы и плыть пароходы. Паровая машина – двигатель внешнего сгорания, поскольку создание рабочего тела (горячего пара) происходит снаружи самого двигателя.

Однако развитие техники показало, что наиболее эффективным является двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочее тело (горячий газ) создаётся непосредственно внутри цилиндра с поршнем. В принципе, это тоже может быть горячий пар, однако технически проще оказалось использовать горячий газ, который образуется при сжигании жидкого топлива – бензина.

Карбюраторный двигатель. Это название подчёркивает, что существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом. Основные части карбюраторного двигателя внутреннего сгорания следующие (см. рисунок).

Цифрами на рисунке обозначено: 1 – фильтр для всасываемого воздуха, 2 – карбюратор, 3 – бензобак, 4 – топливопровод, 5 – распыляющийся бензин, 6 – впускной клапан, 7 – запальная свеча, 8 – камера сгорания, 9 – выпускной клапан, 10 – цилиндр, 11 – поршень.

Работа двигателя состоит из четырёх повторяющихся друг за другом этапов, называемых тактами. Отсчёт тактов начинается с момента, когда поршень находится в верхней точке, и оба клапана закрыты.

Первый такт – впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь цилиндра. Затем впускной клапан закрывается. Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь. Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь быстро сгорает, и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления, и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз. Четвёртый такт – выпуск (рис. «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает отработавший газ из камеры сгорания в трубу. Затем клапан закрывается.

Дизельный двигатель. В 1892 г. немецкий инженер Р.Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение и права изобретателя) на двигатель, впоследствии названный его фамилией. В цилиндры двигателя Дизеля попадает не смесь бензина и воздуха, а только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и, согласно первому закону термодинамики, внутренняя энергия воздуха возрастает. Причём температура воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.

Следовательно, работа двигателя Дизеля также состоит из четырёх тактов: а) всасывание воздуха; б) сжатие воздуха; в) впрыск и сгорание топлива – рабочий ход; г) выпуск отработавших газов. Важно: карбюратор и свеча становятся ненужными, что упрощает конструкцию двигателя и повышает его надёжность.

Дизели могут работать на менее качественном, а значит, на более дешёвом топливе, чем карбюраторные двигатели. Дизели способны развивать большую мощность.

КПД дизелей достигает 35–40%, что выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 30–35%.

Двигатель внутреннего сгорания рисунок с подписями. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания. По рабочему циклу

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принципы работы

04.04.2017

Двигателем внутреннего сгорания называется разновидность тепловой машины, которая преобразует энергию, содержащуюся в топливе, в механическую работу. В большинстве случае используется газообразное или жидкое топливо, полученное путем переработки углеводородов. Извлечение энергии происходит в результате его сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания имеют ряд недостатков. К ним относятся следующие:

  • сравнительно большие массогабаритные показатели затрудняют их перемещение и сужают сферу использования;
  • высокий уровень шума и токсичные выбросы приводят к тому, что устройства, работающие от двигателей внутреннего сгорания, могут лишь со значительными ограничениями использоваться в закрытых, плохо вентилируемых помещениях;
  • сравнительно небольшой эксплуатационный ресурс вынуждает довольно часто ремонтировать двигатели внутреннего сгорания, что связано с дополнительными затратами;
  • выделение в процессе работы значительного количества тепловой энергии обуславливает необходимость создания эффективной системы охлаждения;
  • из-за многокомпонентной конструкции двигатели внутреннего сгорания сложны в производстве и недостаточно надежны;
  • данный вид тепловой машины отличается высоким потреблением горючего.

Несмотря на все перечисленные недостатки двигатели внутреннего сгорания пользуются огромной популярностью, в первую очередь – благодаря своей автономности (она достигается за счет того, что топливо содержит в себе значительно большее количество энергии по сравнению с любой аккумуляторной батареей). Одной из основных областей их применения является личный и общественный транспорт.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Когда речь идет о двигателях внутреннего сгорания, следует иметь в виду, что на сегодняшний день существует несколько их разновидностей, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями.

1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания характеризуются тем, что сгорание топлива происходит в цилиндре. Именно он отвечает за преобразование той химической энергии, которая содержится в горючем, в полезную механическую работу. Чтобы добиться этого, поршневые двигатели внутреннего сгорания оснащаются кривошипно-ползунным механизмом, с помощью которого и происходит преобразование.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания принято делить на несколько разновидностей (основанием для классификации служит используемое ими топливо).

В бензиновых карбюраторных двигателях образование топливовоздушной смеси происходит в карбюраторе (первый этап). Далее в дело вступают распыляющие форсунки (электрические или механические), местом расположения которых служит впускной коллектор. Готовая смесь бензина и воздуха поступает в цилиндр.

Там происходит ее сжатие и поджиг с помощью искры, которая возникает при прохождении электричества между электродами специальной свечи. В случае с карбюраторными двигателями топливовоздушной смеси присуща гомогенность (однородность).

Бензиновые инжекторные двигатели используют в своей работе иной принцип смесеобразования. Он основан на непосредственном впрыске горючего, которое напрямую поступает в цилиндр (для этого используются распыляющие форсунки, называемые также инжектором). Таким образом, образование топливовоздушной смеси, как и ее сгорание, осуществляется непосредственно в самом цилиндре.

Дизельные двигатели отличаются тем, что используют для своей работы особую разновидность топлива, называемую «дизельное» или просто «дизель». Для его подачи в цилиндр используется высокое давление. По мере того, как в камеру сгорания подаются все новые порции горючего, прямо в ней происходит процесс образования топливовоздушной смеси и ее моментальной сгорание. Поджиг топливовоздушной смеси происходит не с помощью искры, а под действием нагретого воздуха, который подвергается в цилиндре сильному сжатию.

Топливом для газовых двигателей служат различные углеводороды, которые при нормальных условиях пребывают в газообразном состоянии. Из этого следует, что для их хранения и использования требуется соблюдать особые условия:

  • Сжиженные газы поставляются в баллонах различного объема, внутри которых с помощью насыщенных паров создается достаточное давление, но не превышающее 16 атмосфер. Благодаря этому горючее находится в жидком состоянии. Для его перехода в пригодную для сжигания жидкую фазу используется специальное устройство, называемое испарителем. Понижение давления до уровня, который примерно соответствует нормальному атмосферному давлению, осуществляется в соответствии со ступенчатым принципом. В его основе лежит использование так называемого газового редуктора. После этого топливовоздушная смесь поступает во впускной коллектор (перед этим она должна пройти через специальный смеситель). В конце этого достаточно сложного цикла горючее подается в цилиндр для последующего поджига, осуществляемого с помощью искры, которая возникает при прохождении электричества между электродами специальной свечи.
  • Хранение сжатого природного газа осуществляется при гораздо более высоком давлении, которое находится в диапазоне от 150 до 200 атмосфер. Единственное конструктивное отличие данной системы от той, что описана выше, заключается в отсутствии испарителя. В целом принцип остается тем же.

Генераторный газ получают путем переработки твердого топлива (угля, горючих сланцев, торфа и т.п.). По своим основным техническим характеристикам он практически ничем не отличается от других видов газообразного топлива.

Газодизельные двигатели

Данная разновидность двигателей внутреннего сгорания отличается тем, что приготовление основной порции топливовоздушной смеси осуществляется аналогично газовым двигателям. Однако для ее поджига используется не искра, получаемая при помощи электрической свечи, а запальная порция топлива (ее впрыск в цилиндр осуществляется тем же способом, как и в случае с дизельными двигателями).

Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания

К данному классу относится комбинированная разновидность данных устройств. Ее гибридный характер находит свое отражение в том, что конструкция двигателя включает в себя сразу два важных конструктивных элемента: роторно-поршневую машину и одновременно - лопаточную машину (она может быть представлена компрессором, турбиной и т.д.). Обе упомянутых машины на равных принимают участие в рабочем процессе. В качестве характерного примера таких комбинированных устройств можно привести поршневой двигатель, оснащенный системой турбонаддува.

Особую категорию составляют двигатели внутреннего сгорания, для обозначения которых используется английская аббревиатура RCV. От других разновидностей они отличаются тем, что газораспределение в данном случае основывается на вращении цилиндра. При совершении вращательного движения топливо по очереди проходит выпускной и впускной патрубок. Поршень отвечает за движение в возвратно-поступательном направлении.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания: циклы работы

Для классификации поршневых двигателей внутреннего сгорания также используется принцип их работы. По данному показателю двигатели внутреннего сгорания делятся на две большие группы: двух- и четырехтактные.

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания используют в своей работе так называемый цикл Отто, который включает в себя следующие фазы: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Следует добавить, что рабочий ход состоит не из одного, как остальные фазы, а сразу из двух процессов: сгорание и расширение.

Наиболее широко применяемая схема, по которой осуществляется рабочий цикл в двигателях внутреннего сгорания, состоит из следующих этапов:

1. Пока происходит впуск топливовоздушной смеси, поршень перемещается между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). В результате этого внутри цилиндра освобождается значительное пространство, в которое и поступает топливовоздушная смесь, заполняя его.

Всасывание топливовоздушной смеси осуществляется за счет разности давления, существующего внутри цилиндра и во впускном коллекторе. Толчком к поступлению топливовоздушной смеси в камеру сгорания служит открытие впускного клапана. Этот момент принято обозначать термином «угол открытия впускного клапана» (φа).

При этом следует иметь в виду, что в цилиндре на этот момент уже содержаться продукты, оставшиеся после сгорания предыдущей порции горючего (для их обозначения используется понятие остаточных газов). В результате их смешения с топливовоздушной смесью, называемой на профессиональном языке свежим зарядом, образуется рабочая смесь. Чем успешнее протекает процесс ее приготовления, тем более полно сгорает топливо, выделяя при этом максимум энергии.

В результате растет кпд двигателя. В связи с этим еще на этапе конструирования двигателя особое внимание уделяется правильному смесеобразованию. Ведущую роль играют различные параметры свежего заряда, включая его абсолютную величину, а также удельную долю в общем объеме рабочей смеси.

2. При переходе к фазе сжатия оба клапана закрываются, а поршень совершает движение в обратном направлении (от НМТ к ВМТ). В результате надпоршневая полость заметно уменьшается в объеме. Это приводит к тому, что содержащаяся в ней рабочая смесь (рабочее тело) сжимается. За счет этого удается добиться того, что процесс сгорания топливовоздушной смеси протекает более интенсивно. От сжатия также зависит такой важнейший показатель, как полнота использования тепловой энергии, которая выделяется при сжигании горючего, а следовательно – и эффективность работы самого двигателя внутреннего сгорания.

Для увеличения этого важнейшего показателя конструкторы стараются проектировать устройства, обладающие максимально возможной степенью сжатия рабочей смеси. Если мы имеем дело с ее принудительным зажиганием, то степень сжатия не превышает 12. Если же двигатель внутреннего сгорания работает на принципе самовоспламенения, то упомянутый выше параметр обычно находится в диапазоне от 14 до 22.

3. Воспламенение рабочей смеси дает старт реакции окисления, которая происходит благодаря кислороду воздуха, входящему в ее состав. Этот процесс сопровождается резким ростом давления по всему объему надпоршневой полости. Поджиг рабочей смеси осуществляется при помощи электрической искры, которая имеет высокое напряжение (до 15 кВ).

Ее источник располагается в непосредственной близости от ВМТ. В этой роли выступает электрическая свеча зажигания, которую вворачивают в головку цилиндра. Однако в том случае, если поджиг топливовоздушной смеси осуществляется посредством горячего воздуха, предварительно подвергнутого сжатию, наличие данного конструктивного элемента является излишним.

Вместо него двигатель внутреннего сгорания оснащается особой форсункой. Она отвечает за поступление топливовоздушной смеси, которая в определенный момент подается под высоким давлением (оно может превышать 30 Мн/м²).

4. При сгорании топлива образуются газы, которые имеют очень высокую температуру, а потому неуклонно стремятся к расширению. В результате поршень вновь перемещается от ВМТ к НМТ. Это движение называется рабочим ходом поршня. Именно на этом этапе происходит передача давления на коленчатый вал (если быть точнее, то на его шатунную шейку), который в результате проворачивается. Этот процесс происходит при участии шатуна.

5. Суть завершающей фазы, которая называется впуском, сводится к тому, что поршень совершает обратное движение (от НМТ к ВМТ). К этому моменту открывается второй клапан, благодаря чему отработавшие газы покидают внутреннее пространство цилиндра. Как уже говорилось выше, части продуктов сгорания это не касается. Они остаются в той части цилиндра, откуда поршень их не может вытеснить. За счет того, что описанный цикл последовательно повторяется, достигается непрерывный характер работы двигателя.

Если мы имеем дело с одноцилиндровым двигателем, то все фазы (от подготовки рабочей смеси до вытеснения из цилиндра продуктов сгорания) осуществляется за счет поршня. При этом используется энергия маховика, накапливаемая им в течение рабочего хода. Во всех остальных случаях (имеются в виду двигатели внутреннего сгорания с двумя и более цилиндрами) соседние цилиндры дополняют друг друга, помогая выполнять вспомогательные ходы. В связи с этим из их конструкции без малейшего ущерба может быть исключен маховик.

Чтобы было удобнее изучать различные двигатели внутреннего сгорания, в их рабочем цикле вычленяют различные процессы. Однако существует и противоположный подход, когда сходные процессы объединяют в группы. Основой для подобной классификации служит положение поршня, которое он занимает в отношении обеих мертвых точек. Таким образом, перемещения поршня образуют тот отправной пункт, отталкиваясь от которого, удобно рассматривать работу двигателя в целом.

Важнейшим понятием является «такт». Им обозначают ту часть рабочего цикла, которая укладывается во временной промежуток, когда поршень перемещается от одной смежной мертвой точки к другой. Такт (а вслед за ним и весь соответствующий ему ход поршня) называется процессом. Он играет роль основного при перемещении поршня, которое происходит между двумя его положениями.

Если переходить к тем конкретным процессам, о которых мы говорили выше (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск), то каждый из них четко приурочен к определенному такту. В связи с этим в двигателях внутреннего сгорания принято различать одноименные такты, а вместе с ними – и ходы поршня.

Выше мы уже говорили о том, что наряду с четырехтактными существуют и двухтактные двигатели. Однако независимо от количества тактов рабочий цикл любого поршневого двигателя состоит из пяти упомянутых выше процессов, а в его основе лежит одна и та же схема. Конструктивные особенности в данном случае не играют принципиальной роли.

Дополнительные агрегаты для двигателей внутреннего сгорания

Важный недостаток двигателя внутреннего сгорания заключается в достаточно узком диапазоне оборотов, в котором он способен развивать значительную мощность. Чтобы компенсировать этот недостаток, двигатель внутреннего сгорания нуждается в дополнительных агрегатах. Самые важные из них – стартер и трансмиссия.

Наличие последнего устройства не является обязательным условием лишь в редких случаях (когда, к примеру, речь идет о самолетах). В последнее время все привлекательнее становится перспектива создать гибридный автомобиль, чей двигатель мог бы постоянно сохранять оптимальный режим работы.

К дополнительным агрегатам, обслуживающим двигатель внутреннего сгорания, относится топливная система, которая осуществляет подачу горючего, а также выхлопная система, необходимая для того, чтобы отводить отработавшие газы.

Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.

Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации - от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.

При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.

В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы .

Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.

Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.

Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.

Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.

В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости - некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.

Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.

В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.

Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.

В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:

  • рабочий объем,
  • количество цилиндров,
  • мощность системы,
  • скорость вращения узлов,
  • применяемое для работы топливо и др.

Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы. Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?

Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени - за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ - верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.

Такт № 1 - впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.

В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.

Такт № 2 - сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.

От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.

Такт № 3 - рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.

Такт № 4 - выпуск. Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.

Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.

Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.

Варианты конструкций внутреннего двигателя

Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание - основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.

Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа - инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы - сжигание бензина.

Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.

Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.

Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.

Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе. В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.

Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.

Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.

Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.

Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.

Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.

Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.

Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.

Каждому, водителю интересно и необходимо знать, как устроен автомобиль, что такое ДВС в машине, из чего состоит двигатель автомобиля и каков у ДВС ресурс.

Отличие двигателей внутреннего сгорания от двигателей внешнего сгорания

ДВС называется так именно потому, что топливо сжигается внутри рабочего органа (цилиндра), промежуточный теплоноситель, например пар, здесь не нужен, как это организовано в паровозах. Если рассматривать паровой двигатель и двигатель, но уже внутреннего сгорания автомобиля, устройство их сходно, это очевидно (на рисунке справа паровой двигатель, слева – ДВС).

Принцип работы одинаков: на поршень, действует какая-то сила. От этого поршень вынужден двигаться вперед или назад (возвратно-поступательно). Эти движения при помощи специального механизма (кривошипного) преобразуются во вращение (колеса у паровоза и коленчатого вала «коленвала» у автомобиля). В двигателях внешнего сгорания нагревается вода, превращаясь в пар, и уже этот пар совершает полезную работу толкая поршень, а в ДВС мы нагреваем воздух внутри (непосредственно в цилиндре)и он (воздух) двигает поршень. От этого коэффициент полезного действия, у ДВС, конечно, выше.

История создания ДВС

История гласит, что первый работающий двигатель внутреннего сгорания коммерческого использования, то есть выпускаемый для продажи, был разработан французским изобретателем Ленуаром. Его двигатель работал на светильном газе в смеси с воздухом. Причем именно он догадался поджигать эту смесь путем электрической искры. Только в 1864 году документально зафиксирована продажа более 310 таких двигателей. На этом он разбогател. Жан Этьен Ленуар потерял интерес к изобретательству и вскоре(в 1877 году) его моторы были вытеснены более совершенными, на тот момент, двигателями Отто, изобретателя из Германии. Донат Банки (венгерский инженер) в 1893 году произвел настоящую революцию в двигателестроении. Он изобрел карбюратор. С этого момента история не знает бензиновых двигателей без этого устройства. И так продолжалось около 100 лет. На смену ему пришла система непосредственного впрыска, но это уже новейшая история.
Все первые двигатели внутреннего сгорания были только одноцилиндровыми. Увеличение мощности велось путем увеличения диаметра рабочего цилиндра. Только к концу 19-го века появились ДВС с двумя цилиндрами, а в начале 20-го века – четырехцилиндровые. Теперь, повышение мощности производилось уже путем увеличения числа цилиндров. На сегодняшний день можно встретить автомобильный двигатель в 2-мя, 4-мя, 6-ю цилиндрами. Реже 8 и 12. Некоторые спортивные автомобили имеют 24 цилиндра. Расположение цилиндров может быть как рядным, так и V-образным.
Вопреки расхожему мнению ни Готлиб Даймлер, ни Карл Бенц, ни Генри Форд устройство двигателя автомобиля не изменяли кардинально (разве что мелкие доработки), но оказали огромное влияние в автомобилестроение как таковое. Что такое ДВС в авто мы сейчас и рассмотрим.

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания

Итак, ДВС состоит из корпуса, в котором все остальные детали монтируются. Чаще всего это блок цилиндров.

На данном рисунке показан один цилиндр без блока. Устройство ДВС направлено на максимально комфортные условия для цилиндров, ведь именно в них производится работа. Цилиндр, это металлическая (чаще всего стальная) труба, в которой двигается поршень. Он обозначен на рисунке цифрой 7. Над цилиндром устанавливается головка цилиндра 1, в которую вмонтированы клапана (5 – впускной и 4 - выпускной), а также свеча зажигания 3 и коромысла 2.
Над клапанами 4 и 5 есть пружины, которые удерживают их в закрытом состоянии. Коромысла при помощи толкателей 14 и распределительного вала 13 открывают клапана в определенный момент (тогда, когда это необходимо). Распределительный вал с кулачками вращается от коленвала 11 через приводные шестерни 12.
Движения поршня 7 преобразуются во вращение коленвала 11 при помощи шатуна 8 и кривошипа. Этим кривошипом служит «колено» на валу (смотри рисунок), именно поэтому вал и называется коленчатым. В связи с тем, что воздействие на поршень происходит не постоянно, а только когда в цилиндре горит топливо. У ДВС есть маховик 9, довольно массивный. Маховик как бы запасает энергию вращения и отдает ее при необходимости.
В любом двигателе много трущихся деталей, для их смазывания используют автомобильное масло. Масло это хранится в картере 10 и специальным насосом подается к трущимся деталям.
Синим цветом, показаны детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Голубым – смесь топлива и воздуха. Серым – свеча зажигания. Красным – выхлопные газы.

Принцип работы ДВС

Разобрав двигатель внутреннего сгорания, его устройство, необходимо уяснить, как взаимодействуют его детали, как он работает. Знать строение еще не все, а вот как взаимодействуют механизмы, в чем преимущество дизельных автомобилей и в чем их недостатки для начинающих (для чайников) очень важно.
Ничего сложного в этом нет. Пошаговым рассмотрением процессов мы постараемся рассказать, как взаимодействуют между собой основные части двигателя при работе. Из какого материала выполнены механические составляющие ДВС.
Все автомобильные двигатели работают на одном принципе: сжигание бензина или дизельного топлива. Для чего? Для получения необходимой нам энергии, конечно. Двигатели автомобилей, иногда говорят – моторы, могут быть двухтактными и четырехтактными. Тактом считается движение поршня либо вверх, либо вниз. Говорят еще от верхней мертвой точки (ВМТ), до нижней (НМТ). Мертвой эта точка называется потому, что поршень как бы замирает на мгновение и начинает движение в обратную сторону.
Итак, в двухтактном двигателе весь процесс (или цикл) происходит за 2 хода поршня, в четырехтактном – за 4. И совершенно не важно, бензиновый это двигатель, дизельный или работающий на газу.
Как ни странно, рассказывать принцип работы лучше на 4-х тактном бензиновом карбюраторном двигателе.

Первый такт - всасывание.

Поршень идет вниз и затягивает за собой смесь из воздуха и топлива. Эта смесь готовится в отдельном устройстве – в карбюраторе. При этом впускной, его еще называют «всасывающий» клапан, конечно, открыт. На рисунке он показан синим.

Следующий, второй такт – сжатие смеси.

Поршень поднимается вверх от НМТ до ВМТ. При этом растет давление и, естественно, температура над поршнем. Но этой температуры недостаточно, для того, чтобы смесь самовоспламенилась. Для этого служит свеча. Она выдает искру в нужный момент. Обычно это 6...8 угловых градусов не доходя до ВМТ. Для начала понимания процесса можно предположить, что искра зажигает смесь точно в верхней точке.

Третий такт – расширение продуктов сгорания.

При сгорании столь энергоемкого топлива, продуктов сгорания в цилиндре очень мало, а вот усилие появляется только потому, что воздух нагрелся при повышении температуры, а значит, расширился, в нашем случае увеличил давление. Именно это давление и совершает нужную работу. Нужно знать, что нагревая воздух на 273 0С, получаем увеличение давления практически в 2 раза. Температура зависит от того сколько топлива сжечь. Максимальная температура внутри рабочего цилиндра может достигать 2500 0С при работе ДВС на полной мощности.

Четвертый такт последний.

После него опять будет первый. Поршень направляется от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт. Цилиндр очищается, выбрасывая все что сгорело, и что не сгорело, в атмосферу.
Что касается дизельного двигателя, то все основные детали с карбюраторным практически одинаковы. Ведь и тот и другой, это двигатель внутреннего сгорания. Исключение составляет смесеобразование. В карбюраторном смесь готовится отдельно, в том самом карбюраторе. А вот в дизельном – смесь готовиться непосредственно в цилиндре, перед сжиганием. Топливо (солярка) подается специальным насосом в определенный момент времени. Зажигание смеси происходит от самовоспламенения. Температура внутри цилиндра в дизеле гораздо выше, чем в карбюраторном ДВС. По этой причине детали там детали мощнее и система охлаждения лучше. Необходимо отметить, что, несмотря на высокую температуру внутри цилиндра, рабочая температура двигателя никогда не повышается выше 90...95 0С. Иногда, детали дизельных двигателей делают из более твердого металла, что позволяет снизить массу, но увеличивает цену ДВС. Однако, коэффициент полезного действия (КПД) в дизельном двигателе выше. То есть он более экономичен и дороговизна деталей себя окупает.
У дизельного ДВС ресурс выше, если соблюдать правила эксплуатации. Особенно часто механизмы дизелей выходят из строя из-за плохого топлива.
Схема работы дизельного двигателя представлена на рисунке слева. В третьем такте подача топлива показана в момент ВМТ, хотя это и не совсем так.
Системы ДВС обеспечивающие их работоспособность практически одинаковы: система смазки, топливная система, система охлаждения и система газообмена. Есть еще несколько, но они не относятся к главным.
Глядя на устройство любого двигателя внутреннего сгорания можно подумать, что все детали выполнены из стали. Это далеко не так. Корпуса бывают и чугунные и выполненные из алюминиевого сплава, а вот поршни из чугуна не делают, они либо стальные, либо из высокопрочного алюминиевого сплава. Зная общее устройство данного двигателя внутреннего сгорания и условия работы его деталей, очевидно, что и клапана и головку цилиндра нужно делать прочными, поскольку они должны выдерживать давление внутри цилиндра более 100 атмосфер. А вот поддон, где собирается масло не несет на себе особой механической нагрузки и выполняется из тонкой листовой стали или алюминия.
Характеристики ДВС
Когда говорят об автомобиле, то обычно, в первую очередь отмечают двигатель внутреннего сгорания, не его устройство, а его мощность. Она (мощность) измеряется как обычно (по-старинке) в лошадиных силах или (по-современному) киловаттах. Безусловно, чем больше мощность, тем быстрее автомобиль набирает скорость. И в принципе экономичность тем выше, тем двигатель машины более мощный. Однако, это только тогда, когда двигатель постоянно работает на номинальных (экономически оправданных) оборотах. Но на малых скоростях (при неиспользовании полной мощности) КПД сильно падает и если на номинальных режимах дизельный двигатель имеет 40...42% КПД, то на малых только 7%. Бензиновый двигатель не может похвастаться даже этим. Использование полной мощности позволяет экономить топливо. По этой причине расход топлива на 100 километров в малолитражных автомобилях ниже. Этот показатель может составлять и 5 и даже 4 л/100 км. Расход у мощных внедорожников может составлять и 10 и даже 15 л/100 км.
Еще одним показателем для автомобилей является разгон от 0 км/час до 100 км/час. Конечно, чем мощнее двигатель, тем быстрее разгон автомобиля, но про экономичность при этом говорить вообще не приходится.
Итак, двигатель внутреннего сгорания устройство которого Вы теперь знаете, совсем не кажется сложным. И на вопрос «ДВС – что это такое?» Вы можете ответить «Это то, что я знаю».

Двигатель автомобиля может выглядеть как большая запутанная мешанина металлических частей, трубок и проводов для непосвященных. В то же время двигатель - это "сердце" почти любого автомобиля - 95% всех машин работают на двигателе внутреннего сгорания.

В этой статье мы обсудим работу двигателя внутреннего сгорания: его общий принцип, изучим конкретные элементы и фазы работы двигателя, узнаем, как именно потенциальная топлива преобразуется во вращательную силу, и постараемся ответить на следующие вопросы: как работает двигатель внутреннего сгорания, какие бывают двигатели и их типы и что означают те или иные параметры и характеристики двигателя? И, как всегда, всё это просто и доступно, как дважды два.

Главная цель бензинового двигателя автомобиля заключается в преобразовании бензина в движение, чтобы Ваш автомобиль мог двигаться. В настоящее время самый простой способ создать движение от бензина - это попросту сжечь его внутри двигателя. Таким образом, автомобильный "движок" является двигателем внутреннего сгорания - т.е. сгорание бензина происходит внутри него.

Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания. Дизельные двигатели являются одной из форм, а газотурбинные - совсем другой. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Ну, как Вы заметите, раз существует двигатель внутреннего сгорания, то должен существовать и двигатель внешнего сгорания. Паровой двигатель в старомодных поездах и пароходах как раз таки и является лучшим примером двигателя внешнего сгорания. Топливо (уголь, дерево, масло, любое другое) в паровой машине горит вне двигателя для создания пара, и пар создаёт движение внутри двигателя. Разумеется, двигатель внутреннего сгорания является намного более эффективным (как минимум потребляет гораздо меньше топлива на километр пути автомобиля), чем внешнего сгорания, кроме того, двигатель внутреннего сгорания намного меньше по размерам, чем эквивалентный по мощности двигатель внешнего сгорания. Это объясняет, почему мы не видим ни одного автомобиля, похожего на паровоз.

А теперь давайте посмотрим более подробно, как же работает двигатель внутреннего сгорания.

Давайте рассмотрим принцип, лежащий в любом возвратно-поступательном движении двигателя внутреннего сгорания: если Вы поместите небольшое количество высокоэнергичного топлива (например, бензина) в небольшое закрытое пространство и зажжёте его (это топливо), то выделится невероятное количество энергии в виде расширяющегося газа. Вы можете использовать эту энергию, к примеру, для приведения в движение картофелины. В этом случае энергия преобразуется в движение этой картофелины. Например, если Вы в трубу, у которой один конец плотно закрыт, а другой - открыт, нальёте немного бензина, а затем засунете картофелину и подожжёте бензин, то его взрыв спровоцирует приведение в движение этой картофелины за счёт выдавливания её взрывающимся бензином, таким образом, картофелина подлетит высоко в небо, если Вы направите трубу вверх. Это мы кратко описали принцип действия старинной пушки. Но Вы также можете использовать такую энергию бензина в более интересных целях. Например, если Вы можете создать цикл взрывов бензина в сотни раз в минуту, и если Вы сможете использовать эту энергию в полезных целях, то знайте, что у Вас уже есть ядро ​​для двигателя автомобиля!

Почти все автомобили в настоящее время используют то, что называется четырёхтактным циклом сгорания для преобразования бензина в движение. Четырёхтактный цикл также известен как цикл Отто - в честь Николая Отто, который изобрел его в 1867 году. Итак, вот они, эти 4 такта работы двигателя:

  1. Такт впуска топлива
  2. Такт сжатия топлива
  3. Такт сгорания топлива
  4. Такт выпуска отработавших газов

Вроде бы уже всё понятно из этого, не так ли? Вы можете посмотреть ниже на рисунке, что элемент, который называется поршень, заменяет картошку в описанной нами ранее "картофельной пушке". Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Только не пугайтесь новых терминов - их, на самом деле не так много в принципе работы двигателя!

На рисунке буквами обозначены следующие элементы двигателя:

A - Распределительный вал
B - Крышка клапанов
C - Выпускной клапан
D - Выхлопное отверстие
E - Головка цилиндра
F - Полость для охлаждающей жидкости
G - Блок двигателя
H - Маслосборник
I - Поддон двигателя
J - Свеча зажигания
K - Впускной клапан
L - Впускное отверстие
M - Поршень
N - Шатун
O - Подшипник шатуна
P - Коленчатый вал

Вот что происходит, когда двигатель проходит свой ​​полный четырёхтактный цикл:

  1. Начальное положение поршня - в самом верху, в этот момент открывается впускной клапан, и поршень движется вниз, таким образом, засасывая в цилиндр приготовленную смесь бензина и воздуха. Это такт впуска. Всего лишь крошечная капля бензина должна смешаться с воздухом, чтобы всё это работало.
  2. Когда поршень достигает своей нижней точки, то впускной клапан закрывается, а поршень начинает перемещаться обратно вверх (бензин оказывается в "западне"), сжимая эту смесь из топлива и воздуха. Сжатие впоследствии сделает взрыв мощнее.
  3. Когда поршень достигает верхней точки своего хода, свеча зажигания испускает искру, порождённую напряжением более десятка тысяч Вольт, чтобы зажечь бензин. Происходит детонация, и бензин в цилиндре взрывается, с невероятной силой толкая поршень вниз.
  4. После того, как поршень снова достигает дна своего хода, настаёт очередь открываться выпускному клапану. Затем поршень движется вверх (это происходит уже по инерции) и отработавшая смесь бензина и воздуха выходит через выхлопное отверстие из цилиндра, чтобы отправиться в своё путешествие до выхлопной трубы и далее в верхние слои атмосферы.

Теперь, когда клапан снова в самом верху, двигатель готов к следующему циклу, так что он всасывает следующую порцию смеси воздуха и бензина, чтобы ещё сильнее раскрутить коленчатый вал, который, собственно и передаёт своё кручение далее через трансмиссию к колёсам. Теперь посмотрите ниже, как работает двигатель во всех своих четырёх тактах.

Более наглядно работу двигателя внутреннего сгорания Вы можете увидеть на двух анимациях ниже:

Как работает двигатель - анимация

Обратите внимание, что движение, которое создаётся работой двигателя внутреннего сгорания, является вращением, в то время как движение, создаваемое "картофельной пушкой", является линейным (прямым). В двигателе линейное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Вращательное движение нам нужно, потому что мы планируем повернуть наши колёса автомобиля.

Теперь давайте посмотрим на все части, которые работают вместе в дружной команде, чтобы это произошло, начиная с цилиндров!

Ядром двигателя является цилиндр с поршнем, который двигается вверх и вниз внутри цилиндра. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Казалось бы, что ещё нужно для автомобиля?! А вот и нет, автомобилю для комфортной езды на нём нужны по меньшей мере ещё 3 таких цилиндра с поршнями и всеми необходимыми этой парочке атрибутами (клапанами, шатунами и так далее), а вот один цилиндр подойдёт разве что для большинства газонокосилок. Посмотрите - ниже на анимации Вы увидите работу 4-хцилиндрового двигателя:

Типы двигателей

Автомобили чаще всего имеют четыре, шесть, восемь и даже десять, двенадцать и шестнадцать цилиндров (последние три варианта устанавливают, в основном на спортивные автомобили и болиды). В многоцилиндровом двигателе все цилиндры, как правило, расположены одним из трёх способов:

  • Рядный
  • V-образный
  • Оппозитный

Вот они - все три типа расположения цилиндров в двигателе:

Рядное расположение 4-х цилиндров

Оппозитное расположение 4-х цилиндров

V-образное расположение 6 цилиндров

Различные конфигурации имеют разные преимущества и недостатки с точки зрения вибрации, стоимости производства и характеристик формы. Эти преимущества и недостатки делают их более подходящими для использования некоторых конкретных транспортных средств. Так, 4-хцилиндровые двигатели редко имеет смысл делать V-образными, таким образом, они обычно рядные; а 8-цилиндровые двигатели делают чаще с V-образным расположением цилиндров.

Теперь давайте наглядно посмотрим, как работает система впрыска топлива, масло и другие узлы в двигателе:

Давайте рассмотрим некоторые ключевые детали двигателя более подробно:

А теперь внимание! На основе всего прочитанного посмотрим на полный цикл работы двигателя со всеми его элементами:

Полный цикл работы двигателя

Почему двигатель не работает?

Допустим, Вы выходите утром к машине и начинаете её заводить, но она не заводится . Что может быть не так? Теперь, когда Вы знаете, как работает двигатель, можно понять основные вещи, которые могут помешать двигателю завестись. Три фундаментальные вещи могут случиться:

  • Плохая топливная смесь
  • Отсутствие сжатия
  • Отсутствие искры

Да, есть ещё тысячи незначительных вещей, которые могут создать проблемы, но указанная "большая тройка" является чаще всего следствием или причиной одной из них. На основе простого представления о работе двигателя мы можем составить краткий список того, как эти проблемы влияют на двигатель.

Плохая топливная смесь может быть следствием одной из причин:

  • У Вас попросту закончился в баке бензин, и двигатель пытается завестись от воздуха.
  • Воздухозаборник может быть забит, поэтому в двигатель поступает топливо, но ему не хватает воздуха, чтобы сдетонировать.
  • Топливная система может поставлять слишком много или слишком мало топлива в смесь, а это означает, что горение не происходит должным образом.
  • В топливе могут быть примеси (а для российского качества бензина это особенно актуально), которые мешают топливу полноценно гореть.

Отсутствие сжатия - если заряд воздуха и топлива не могут быть сжаты должным образом, процесс сгорания не будет работать как следует. Отсутствие сжатия может происходить по следующим причинам:

  • Поршневые кольца изношены (позволяя воздуху и топливу течь мимо поршня при сжатии)
  • Впускные или выпускные клапаны не герметизируются должным образом, снова открывая течь во время сжатия
  • Появилось отверстие в цилиндре.

Отсутствие искры может быть по ряду причин:

  • Если свечи зажигания или провод, идущий к ним, изношены, искра будет слабой.
  • Если провод повредился или попросту отсутствует или если система, которая посылает искру по проводу, не работает должным образом.
  • Если искра происходит либо слишком рано или слишком поздно в цикле, топливо не будет зажжено в нужное время, и это может вызвать всевозможные проблемы.

И вот ещё ряд причин, по которым двигатель может не работать, и здесь мы затронем некоторые детали за пределами двигателя:

  • Если аккумулятор мёртв, Вы не сможете прокрутить двигатель, чтобы запустить его.
  • Если подшипники, которые позволяют коленчатому валу свободно вращаться, изношены, коленчатый вал не сможет провернуться, поэтому двигатель не сможет работать.
  • Если клапаны не открываются и не закрываются в нужное время или не работают вообще, воздух не сможет войти, а выхлопы - выйти, поэтому двигатель опять-таки не сможет работать.
  • Если кто-то из хулиганских побуждений засунул картошку в выхлопную трубу, выпускные газы не смогут выйти из цилиндра, и двигатель снова не будет работать.
  • Если в двигателе недостаточно масла, то поршень не сможет двигаться вверх и вниз свободно в цилиндре, что затруднит или сделает невозможным нормальную работу двигателя.

В правильно работающем двигателе все эти факторы находятся в пределах допуска. Как Вы можете видеть, двигатель имеет ряд систем, которые помогают ему сделать свою работу преобразования топлива в движение безупречной. Мы же рассмотрим различные подсистемы, используемые в двигателях, в следующих разделах.

Большинство подсистем двигателя может быть реализована с использованием различных технологий, и лучшие технологии могут значительно повысить производительность двигателя. Вот почему развитие автомобилестроения продолжается высочайшими темпами, ведь конкуренция среди автоконцернов достаточно велика, чтобы вкладывать большие деньги в каждую дополнительно выжатую лошадиную силу из двигателя при том же объёме. Давайте посмотрим на различные подсистемы, используемые в современных двигателях, начиная с работы клапанов в двигателе.

Как работают клапаны?

Система клапанов состоит из, собственно, клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Система открытия и закрытия их называется распределительным валом . Распределительный вал имеет специальные детали на своей оси, которые движут клапаны вверх и вниз, как показано на рисунке ниже.

Большинство современных двигателей имеют то, что называют накладными кулачками . Это означает, что вал расположен над клапанами, как Вы видите на рисунке. Старые двигатели используют распределительный вал, расположенный в картере возле коленчатого вала. Распределительный вал, крутясь, двигает кулачок выступом вниз таким образом, чтобы он продавливал клапан вниз, создавая зазор для прохода топлива или выпуска отработавших газов. Ремень ГРМ или цепной привод приводится в движение коленчатым валом и передаёт кручение от него к распределительному валу так, что клапаны находятся в синхронизации с поршнями. Распределительный вал всегда крутится в один-два раза медленнее коленчатого вала. Многие высокопроизводительные двигатели имеют четыре клапана на цилиндр (два для приёма топлива внутрь и два для вытяжки отработавшей смеси).

Как работает система зажигания?

Система зажигания производит заряд высокого напряжения и передаёт его к свечам зажигания с помощью проводов зажигания. Заряд сначала проходит к катушке зажигания (эдакому дистрибьютору, который распределяет подачу искры по цилиндрам в определённое время), которую Вы можете легко найти под капотом большинства автомобилей. Катушка зажигания имеет один провод, идущий в центре и четыре, шесть, восемь проводов или больше в зависимости от количества цилиндров, которые выходят из него. Эти провода зажигания отправляют заряд к каждой свече зажигания. Двигатель получает такую искру по времени таким образом, что только один цилиндр получает искру от распределителя в один момент времени. Такой подход обеспечивает максимальную гладкость работы двигателя.

Как работает охлаждение?

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует через проходы (каналы) вокруг цилиндров, а затем проходит через радиатор, чтобы тот её максимально охладил. Однако, существуют такие модели автомобилей (в первую очередь Volkswagen Beetle (Жук)), а также большинство мотоциклов и газонокосилок, которые имеют двигатель с воздушным охлаждением. Вы вероятно, видел такие двигатели с воздушным охлаждением, сбоку которых расположены эдакие плавники - ребристая поверхность, украшающие снаружи каждый цилиндр, чтобы помочь рассеять тепло.

Воздушное охлаждение делает двигатель легче, но горячее, и как правило, уменьшается срок службы двигателя и общая производительность. Так что теперь Вы знаете, как и почему Ваш двигатель остаётся не перегретым.

Как работает пусковая система?

Повышение производительности Вашего двигателя является большим делом, но важнее то, что именно происходит, когда Вы поворачиваете ключ, чтобы запустить его ! Пусковая система состоит из стартера с электродвигателем. Когда Вы поворачиваете ключ зажигания, стартер крутит двигатель на несколько оборотов, чтобы процесс горения начал свою работу, и остановить его смог только поворот ключа в обратную сторону, когда перестаёт подаваться искра в цилиндры, и двигатель, таким образом, глохнет.

Стартер же имеет мощный электродвигатель, который вращает холодный двигатель внутреннего сгорания. Стартер - это всегда довольно мощный и, следовательно, "кушающий" ресурсы аккумулятора двигатель, ведь должен преодолеть:

  • Всё внутреннее трение, вызванное поршневыми кольцами и усугубляющееся холодным непрогретым маслом.
  • Давление сжатия любого цилиндра (цилиндров), которое происходит в процессе такта сжатия.
  • Сопротивление, оказываемое открытием и закрытием клапанов распределительным валом.
  • Все иные процессы, непосредственно связанные с двигателем, в том числе сопротивление водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

Мы видим, что стартеру необходимо очень много энергии. Автомобиль чаще всего использует 12-вольтовую электрическую систему, и сотни ампер электричества должны поступать в стартер.

Как работает впрыск и смазочная система?

Когда дело доходит ежедневного обслуживания автомобиля, Ваша первая забота, вероятно, состоит в проверке количества бензина в Вашем автомобиле. А как бензин попадает из топливного бака в цилиндры? Топливная система двигателя высасывает бензин из бака с помощью топливного насоса, который находится в баке, и смешивает его с воздухом так, чтобы надлежащая смесь воздуха и топлива могла протекать в цилиндры. Топливо поставляется в одном из трёх распространённых способов: карбюратор, впрыск топлива и система непосредственного впрыска топлива.

Карбюраторы на сегодняшний день сильно устарели, и их не помещают в новые модели автомобилей. В инжекторном двигателе нужное количество топлива впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо прямо в впускной клапан (впрыск топлива) или непосредственно в цилиндр (непосредственный впрыск топлива).

Масло также играет важную роль. Идеально и правильно смазанная система гарантирует, что каждая подвижная часть в двигателе получает масло так, что она может легко перемещаться. Две главные части, нуждающиеся в масле - это поршень (а, точнее, его кольца) и любые подшипники, которые позволяют таким элементам, как коленчатый и другие валы, свободно вращаться. В большинстве автомобилей масло всасывается из масляного поддона масляным насосом, проходит через масляный фильтр для удаления частиц грязи, а затем брызгается под высоким давлением на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает в отстойник, где снова собирается, и цикл повторяется.

Система выпуска отработавших газов

Теперь, когда мы знаем о ряде вещей, которые мы положили (налили) в свой ​​автомобиль, давайте посмотрим на другие вещи, которые выходят из него. Система выпуска включает в себя выхлопную трубу и глушитель. Без глушителя Вы бы услышали звук тысяч маленьких взрывов из своей ​​выхлопной трубы. Глушитель гасит звук. Выхлопная система также включает в себя каталитический нейтрализатор, который использует катализатор и кислород, чтобы сжечь всё неиспользованное топливо и некоторые другие химические веществ в выхлопных газах. Таким образом, Ваш автомобиль соответствует определённым евростандартам по уровню загрязнения воздуха.

Что ещё есть, кроме всего вышеперечисленного в автомобиле? Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора . Генератор подключен к двигателю ремнём и вырабатывает электроэнергию для зарядки аккумулятора. Аккумулятор выдаёт 12-вольтовый заряд электрической энергии, доступной ко всему в машине, нуждающемуся в электроэнергии (системе зажигания, магнитоле,

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.

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:

  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:

  • 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:

  • 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

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)
  • 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.

Сельский учитель

  • Какой такт в работе четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания изображён на (рис. 1).
  • А) Рабочий ход

    Б) Впуск.

    В) Выпуск.

    Г) Сжатие.

    Рис.1

  • В конструкции какой тепловой машины есть свеча зажигания?
  • А) Дизельного двигателя.

    Б) Электродвигателя.

    В) Карбюраторного двигателя.

    Г) Паровой турбины.

  • Перечислите по порядку название тактов в работе четырёхтактного двигателя (рис.2).
  • А) Нет правильного ответа.

    Б) Выпуск, сжатие, впуск, рабочий ход.

    В) Рабочий ход, впуск, сжатие, выпуск.

    Г) Впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

    Рис.2

  • Назовите фамилию российского изобретателя первого универсального теплового двигателя
  • А) Черепанов.

    Б) Ползунов.

    В) Кулибин.

    Г) Уатт.

  • Каким не может быть коэффициент полезного действия тепловой машины?
  • А) 1%.

    Б) 40%.

    В) 25%.

    Г) 100%.

  • Тепловой двигатель, это двигатель который ...
  • А) превращает тепловую энергию в механическую работу.

    Б) превращает кинетическую энергию машины в тепло.

    В) превращает внутреннюю энергию топлива в электрический ток.

    Г) превращает электрическую энергию в тепло.

  • На рисунке 3 показан двигатель внутреннего сгорания в разрезе. Под каким номером на рисунке двигателя изображён шатун?
  • А) 6.

    Б) 11.

    В) 12.

    Г) Нет правильного ответа.

    Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

    Принцип действия двигателя внутреннего сгорания (ДВС) показан на рисунке, где для наглядности совмещена индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя и его принципиальная схема.

    Поршень, перемещаемый в цилиндре диаметром D, шарнирно соединен с шатуном, который в свою очередь шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала. В головке цилиндра установлены впускной к1, и выпускной к2 клапаны, которые связывают полость внутри цилиндра с окружающей средой. Поршень совершает возвратно-поступательное движение (ход поршня S), а коленчатый вал — вращательное. Так как двигатель четырехтактный, одному обороту коленчатого вала соответствуют два хода поршня.

    Рис. Индикаторная диаграмма работы четырехтактного ДВС и его принципиальная схема

    При движении поршня от клапанов внутрь цилиндра через впускной клапан к1 засасывается горючая смесь (кривая О—1′). Прямая a—а’ соответствует давлению окружающей среды. При впуске не происходит изменение параметров состояния смеси (р, v и Т), меняются лишь масса (G) и объем (V) смеси. При обратном движении поршня горючая смесь сжимается по адиабате (кривая 1’—2). Происходит изменение состояния смеси, параметры p, v и Т при постоянном количестве смеси, заключенной в цилиндре, при сжатии изменяются. Клапаны при этом закрыты.

    По окончании сжатия смесь зажигается и очень быстро сгорает. Прямая 2—3 соответствует изменению состояния рабочего тела, причем происходит изменение как термодинамических параметров, так и химического состава рабочего тела. До вспышки (точка 2) рабочее тело представляло собой горючую смесь, в конце горения (точка 3) это уже продукт горения.

    На этом этапе происходит очень резкое увеличение давления (р) и температуры (Т). Теплотой, выделившейся в результате сгорания смеси, нагреваются продукты сгорания, их давление и температура увеличиваются.

    Когда поршень делает третий ход, происходит процесс расширения газов (кривая 3—4), осуществляется адиабатный процесс изменения состояния продуктов сгорания.

    При четвертом ходе поршня, который совпадает по направлению со вторым, из цилиндра удаляются продукты сгорания через выпускной клапан к2. Причем начало этого процесса совпадает с концом процесса расширения (прямая 4—1). Избыточное давление в цилиндре падает. При этом не происходит изменения состояния рабочего тела, так как падает давление с р4 до р1 не в результате охлаждения рабочего тела посредством теплообмена в холодильнике, а путем выпуска рабочего тела, т.е. без теплообмена.

    Далее, при движении поршня в сторону клапанов происходит принудительное удаление остатков продуктов сгорания из цилиндра (кривая 1—0)у меняется масса (G) и объем (V) рабочего тела. Далее цикл повторяется.

    Таким образом, цикл двигателя внутреннего сгорания формируется четырьмя возвратно-поступательными ходами поршня, называемыми тактами двигателя. Поэтому данный двигатель называется четырехтактным.

    Если у двигателя отсутствуют такты впуска и выпуска, то он называется двухтактным, и его вал делает один оборот за цикл. Цикл двухтактного двигателя состоит из тех же процессов, что и для четырехтактного, а название тактов определяется основными процессами, которые протекают в цилиндре (такт расширения и такт сжатия). При этом процессы впуска свежего заряда и выпуска продуктов сгорания осуществляются соответственно в начале такта сжатия и в конце такта расширения, протекая почти одновременно. Площадь фигуры 1234 на индикаторной диаграмме соответствует работе за один цикл.

    На рисунке показана индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Диаграмма термодинамического цикла отлична от индикаторной диаграммы, так как она показывает изменение состояния рабочего тела, а индикаторная — изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня.

    ДВС, как это видно из рисунка, не работают по замкнутому круговому процессу, но их циклы условно считают круговыми обратимыми циклами и при их исследовании используют те же термодинамические методы изучения, для чего действительные процессы, протекающие в ДВС, заменяются обратимыми термодинамически ми процессами. Составленный из термодинамических обратимых процессов цикл исследуется на термический КПД, работу и параметры состояния.

    Исследование теоретических циклов позволяет определить максимальный с точки зрения термодинамики КПД в данных условиях и факторы, которые влияют на экономичность двигателя.

    По принципу работы, т. е. по характеру подвода теплоты к рабочему телу циклы ДВС можно разбить на три группы:

    1. циклы с подводом теплоты к газу при постоянном объеме;
    2. циклы с подводом теплоты к газу при постоянном давлении;
    3. смешанные циклы — с подводом теплоты к газу частично при постоянном объеме, частично при постоянном давлении.

    Термодинамические циклы исследуются одним методом, который включает в себя следующие этапы:

    1. по условию и характеру работы двигатели строится индикаторная диаграмма цикла;
    2. определяются параметры рабочего тела в характерных точках на основании формул, выражающих соотношения между параметрами состояния для процессов данного цикла;
    3. определяются теплота и работа цикла;
    4. определяется термический КПД цикла по формуле:

      n = I — (q2/q1)

    5. выявляются факторы, влияющие на термодинамический КПД, и определяются пути его повышения.

    Неделя литовской культуры-2015

    Дни литовской культуры проходят в гимназии с 2003 года, и это стало доброй традицией. За это время реализован не один образовательный проект, гимназия принимала видных деятелей культуры, искусства и литературы Литвы.

    Гостями церемонии открытия Недели стали заместитель председателя ассоциации учителей литовского языка в Калининградской области Альгирдас Кормилавичус, фольклорный коллектив «Рутяле» (г. Гурьевск) под руководством Ирены Тирюбы, фольклорный коллектив (художественный руководитель Ирма Куркова) из пос. Переславское «Куполите». Ирена Тирюба рассказала о народных литовских инструментах и особенностях национального костюма.

    В рамках реализации гимназического проекта «Неделя литовской культуры» состоялась открытая лекция Б.Н. Адамова для учащихся гимназии. Борис Николаевич Адамов - член правления и один из организаторов Калининградского клуба краеведов, автор книги «Кристионас Донелайтис. Время. Люди. Память».  В лекции об известных литовцах Кёнигсберга он особое внимание уделил Людвигу Резе – литовскому поэту, критику, переводчику, профессору и ректору Кёнигсбергского университета.

    Тренер баскетбольной команды БФУ им.И. Канта Гедиминас Мелунас провел мастер-класс для баскетбольной команды 5«А» класса. Ребятам были показаны новые техники и приемы игры в баскетбол, которые многому  их научили. Время пролетело очень быстро, но тренер обещал встретиться еще раз.

    Учащиеся 10-х классов, слушатели Школы юного дипломата, совершили визит в Генеральное консульство Республики Литва. Это событие стало частью программы Дней литовской культуры в гимназии № 40. Учащихся встречали Генеральный консул господин Витаутас Умбрасас и атташе по культуре господин Романас Сенапедис, которые очень тепло и радушно отнеслись к гостям. На встрече обсуждались такие вопросы, как путь дипломата в профессию. Другой интересующей всех участников темой был вопрос молодежного международного сотрудничества. Учащиеся поделились своим впечатлениями от проектов с литовскими школами и гимназиями. Другим вопросом обсуждения стала деятельность консульства в сфере обмена культур на территории Калининградской области. 

    10-я юбилейная Неделя Литовской культуры в гимназии № 40 завершилась 20 февраля 2015 г. Почетными гостями церемонии стали руководитель представительства МИД России в Калининграде Павел Анатольевич Мамонтов, Витаутас УМБРАСАС, министр-советник, исполняющий обязанности генерального консула Литовской Республики, заместитель председателя ассоциации учителей литовского языка в Калининградской области Альгирдас Кормилавичус, руководитель общественной кафедры «Образование и дипломатия» гимназии №40, главный специалист-эксперт Представительства МИД России в Калининграде Юлия Изидоровна Матюшина. Были подведены итоги Недели, награждены участники и победители различных конкурсов. В конкурсе чтецов «По следам  литовских поэтов» среди учащихся 5-11 классов победителями стали Булаев Дмитрий, ученик 6«С» класса, Балесная Мария, ученица 7«Б» класса, Даудова Деши, читавшая стихотворения на литовском языке. В фотоконкурсе «Путешествие по Литве» победителем конкурса стала творческая группа 8«О» класса (Волошина Тамара, Громазина Арина, Рубцова Лариса Владимировна). Дипломы победителям вручали руководитель представительства МИД России в Калининграде Павел Анатольевич Мамонтов и Витаутас Умбрасас, министр-советник, исполняющий обязанности генерального консула Литовской Республики. Ярким украшением Церемонии закрытия стало выступление народного коллектива лицея № 35 «Жюгелис (žiogelis)» (руководитель Альгирдас Кормилавичус) и музыкального коллектива гимназии № 40 «Канцона» (руководитель Н.В. Литвинова).

    Список альбомов пуст.


    Тепловой двигатель на новом термодинамическом принципе - Энергетика и промышленность России - № 06 (242) март 2014 года - WWW.EPRUSSIA.RU

    Газета "Энергетика и промышленность России" | № 06 (242) март 2014 года

    Согласно теории Карно, мы обязаны передать часть подведенной в цикл тепловой энергии окружающей среде, и эта часть зависит от перепада температур между горячим и холодным источниками тепла.

    Секрет черепахи

    Особенностью всех тепловых двигателей, подчиняющихся теории Карно, является использование процесса расширения рабочего тела, позволяющего в цилиндрах поршневых двигателей и в роторах турбин получать механическую работу. Вершиной сегодняшней теплоэнергетики по эффективности преобразования тепла в работу являются парогазовые установки. В них КПД превышает 60 %, при перепадах температур свыше 1000 ºС.

    В экспериментальной биологии еще более 50 лет назад установлены удивительные факты, противоречащие устоявшимся представлениям классической термодинамики. Так, КПД мышечной деятельности черепахи достигает эффективности в 75‑80 %. При этом перепад температур в клетке не превышает долей градуса. Причем и в тепловой машине, и в клетке энергия химических связей сначала в реакциях окисления превращается в тепло, а затем тепло превращается в механическую работу. Термодинамика по этому поводу предпочитает молчать. По ее канонам для такого КПД нужны перепады температур, несовместимые с жизнью. В чем же секрет черепахи?

    Традиционные процессы

    Со времен паровой машины Уатта, первого массового теплового двигателя, до сегодняшнего дня теория тепловых машин и технические решения по их реализации прошли длительный путь эволюции. Это направление породило огромное количество конструктивных разработок и связанных с ними физических процессов, общей задачей которых было преобразование тепловой энергии в механическую работу. Неизменным для всего многообразия тепловых машин было понятие «компенсации за преобразование тепла в работу». Это понятие сегодня воспринимается как абсолютное знание, каждодневно доказываемое всей известной практикой человеческой деятельности. Отметим, что факты известной практики вовсе не являются базой абсолютного знания, а лишь базой знаний данной практики. Для примера – и самолеты не всегда летали.

    Общим технологическим недостатком сегодняшних тепловых машин (двигатели внутреннего сгорания, газовые и паровые турбины, ракетные двигатели) является необходимость передачи в окружающую среду большей части тепла, подведенного в цикл тепловой машины. Главным образом, поэтому они имеют низкий КПД и экономичность.

    Обратим особое внимание на тот факт, что все перечисленные тепловые машины для преобразования тепла в работу используют процессы расширения рабочего тела. Именно эти процессы позволяют преобразовывать потенциальную энергию тепловой системы в кооперативную кинетическую энергию потоков рабочего тела и далее в механическую энергию движущих деталей тепловых машин (поршней и роторов).

    Отметим еще один, пусть тривиальный, факт, что тепловые машины работают в воздушной атмосфере, находящейся под постоянным сжатием сил гравитации. Именно силы гравитации создают давление окружающей среды. Компенсация за преобразование тепла в работу связана с необходимостью производить работу против сил гравитации (или, то же самое, против давления окружающей среды, вызванного силами гравитации). Совокупность двух выше отмеченных фактов и приводит к «ущербности» всех современных тепловых машин, к необходимости передачи окружающей среде части подведенного в цикл тепла.

    Природа компенсации

    Природа компенсации за преобразование тепла в работу заключается в том, что 1 кг рабочего тела на выходе из тепловой машины имеет больший объем – под воздействием процессов расширения внутри машины, – чем объем на входе в тепловую машину.

    А это означает, что, прогоняя через тепловую машину 1 кг рабочего тела, мы расширяем атмосферу на величину, для чего необходимо произвести работу против сил гравитации – работу проталкивания.

    На это затрачивается часть механической энергии, полученной в машине. Однако работа по проталкиванию – это только одна часть затрат энергии на компенсацию. Вторая часть затрат связана с тем, что на выхлопе из тепловой машины в атмосферу 1 кг рабочего тела должен иметь то же атмосферное давление, что и на входе в машину, но при большем объеме. А для этого, в соответствии с уравнением газового состояния, он должен иметь и большую температуру, т. е. мы вынуждены передать в тепловой машине килограмму рабочего тела дополнительную внутреннюю энергию. Это вторая составляющая компенсации за преобразование тепла в работу.

    Из этих двух составляющих и складывается природа компенсации. Обратим внимание на взаимозависимость двух составляющих компенсации. Чем больше объем рабочего тела на выхлопе из тепловой машины по сравнению с объемом на входе, тем больше не только работа по расширению атмосферы, но и необходимая прибавка внутренней энергии, т. е. нагрев рабочего тела на выхлопе. И наоборот, если за счет регенерации снижать температуру рабочего тела на выхлопе, то в соответствии с уравнением газового состояния будет снижаться и объем рабочего тела, а значит, и работа проталкивания. Если провести глубокую регенерацию и снизить температуру рабочего тела на выхлопе до температуры на входе и тем самым одновременно сравнять объем килограмма рабочего тела на выхлопе до объема на входе, то компенсация за преобразование тепла в работу будет равна нулю.

    Но есть принципиально иной способ преобразования тепла в работу, без использования процесса расширения рабочего тела. При этом способе в качестве рабочего тела используется несжимаемая жидкость. Удельный объем рабочего тела в циклическом процессе преобразования тепла в работу остается постоянным. По этой причине не происходит расширения атмосферы и, соответственно, затрат энергии, свойственных тепловым машинам, использующим процессы расширения. Необходимость в компенсации за преобразование тепла в работу отпадает. Это возможно в сильфоне. Подвод тепла к постоянному объему несжимаемой жидкости приводит к резкому увеличению давления. Так, нагрев воды при постоянном объеме на 1 ºС приводит к увеличению давления на пять атмосфер. Этот эффект и используется для изменения формы (у нас сжатия) сильфона и совершения работы.

    Сильфонно-поршневой двигатель

    Предлагаемый к рассмотрению тепловой двигатель реализует отмеченный выше принципиально иной способ преобразования тепла в работу. Данная установка, исключая передачу большей части подведенного тепла окружающей среде, не нуждается в компенсации за преобразование тепла в работу.

    Для реализации этих возможностей предлагается тепловой двигатель, содержащий рабочие цилиндры, внутренняя полость которых объединена с помощью перепускного трубопровода, имеющего регулирующую арматуру. Она заполнена в качестве рабочего тела кипящей водой (влажным паром со степенью сухости порядка 0,05‑0,1). Внутри рабочих цилиндров расположены сильфонные поршни, внутренняя полость которых объединена с помощью перепускного трубопровода в единый объем. Внутренняя полость сильфонных поршней соединена с атмосферой, что обеспечивает внутри объема сильфонов постоянное атмосферное давление.

    Сильфонные поршни соединены ползуном с кривошипно-шатунным механизмом, преобразующим тяговое усилие сильфонных поршней во вращательное движение коленчатого вала.

    Рабочие цилиндры расположены в объеме сосуда, заполненного кипящим трансформаторным или турбинным маслом. Кипение масла в сосуде обеспечивается подводом тепла от внешнего источника. Каждый рабочий цилиндр имеет съемный теплоизоляционный кожух, который в нужный момент или охватывает цилиндр, прекращая процесс теплопередачи между кипящим маслом и цилиндром, или освобождает поверхность рабочего цилиндра и при этом обеспечивается передача тепла от кипящего масла к рабочему телу цилиндра.

    Кожуха по длине делятся на отдельные цилиндрические секции, состоящие из двух половинок, скорлуп, при сближении охватывающих цилиндр. Особенностью конструкции является расположение рабочих цилиндров по одной оси. Шток обеспечивает механическое взаимодействие сильфонных поршней разных цилиндров.

    Сильфонный поршень, выполненный в форме сильфона, одной стороной неподвижно закреплен с трубопроводом, соединяющим внутренние полости сильфонных поршней с разделительной стенкой корпуса рабочих цилиндров. Другая сторона, прикрепленная к ползуну, подвижна и перемещается (сжимается) во внутренней полости рабочего цилиндра под воздействием повышенного давления рабочего тела цилиндра.

    Сильфон – тонкостенная гофрированная трубка или камера из стали, латуни, бронзы, растягивающаяся или сжимающаяся (как пружина) в зависимости от разности давлений внутри и снаружи или от внешнего силового воздействия.

    Сильфонный поршень, напротив, выполнен из нетеплопроводящего материала. Возможно изготовление поршня и из названных выше материалов, но покрытых нетеплопроводным слоем. Поршень не обладает и пружинными свойствами. Его сжатие происходит только под воздействием перепада давлений по сторонам сильфона, а растяжение – под воздействием штока.

    Работа двигателя

    Тепловой двигатель работает следующим образом.

    Описание рабочего цикла теплового двигателя начнем с ситуации, изображенной на рисунке. Сильфонный поршень первого цилиндра полностью растянут, а сильфонный поршень второго цилиндра полностью сжат. Теплоизоляционные кожуха на цилиндрах плотно прижаты к ним. Арматура на трубопроводе, соединяющем внутренние полости рабочих цилиндров, закрыта. Температура масла в сосуде с маслом, в котором расположены цилиндры, доводится до кипения. Давление кипящего масла в полости сосуда, рабочего тела внутри полостей рабочих цилиндров, равно атмосферному. Давление внутри полостей сильфонных поршней всегда равно атмосферному – так как они соединены с атмосферой.

    Состояние рабочего тела цилиндров соответствует точке 1. В этот момент арматура и теплоизоляционный кожух на первом цилиндре открываются. Скорлупы теплоизоляционного кожуха отодвигаются от поверхности обечайки цилиндра 1. В этом состоянии обеспечена теплопередача от кипящего масла в сосуде, в котором расположены цилиндры, к рабочему телу первого цилиндра. Теплоизоляционный кожух на втором цилиндре, напротив, плотно облегает поверхность обечайки цилиндра. Скорлупы теплоизоляционного кожуха прижаты к поверхности обечайки цилиндра 2. Тем самым передача тепла от кипящего масла к рабочему телу цилиндра 2 невозможна. Так как температура кипящего при атмосферном давлении масла (примерно 350 ºС) в полости сосуда, содержащего цилиндры, выше температуры кипящей при атмосферном давлении воды (влажного пара со степенью сухости 0,05‑0,1), находящейся в полости первого цилиндра, то происходит интенсивная передача тепловой энергии от кипящего масла к рабочему телу (кипящей воде) первого цилиндра.

    Как осуществляется работа

    При работе сильфонно-поршневого двигателя проявляется существенно вредный момент.

    Происходит передача тепла из рабочей зоны сильфонной гармошки, где осуществляется преобразование тепла в механическую работу, в нерабочую зону при циклическом перемещении рабочего тела. Это недопустимо, так как подогрев рабочего тела вне рабочей зоны приводит к возникновению перепада давлений и на неработающий сильфон. Тем самым будет возникать вредная сила против производства полезной работы.

    Потери от охлаждения рабочего тела в сильфонно-поршневом двигателе не носят столь принципиально неизбежного характера, как потери тепла в теории Карно для циклов с процессами расширения. Потери от охлаждения в сильфонно-поршневом двигателе могут быть снижены до сколь угодно малой величины. Отметим, что в данной работе речь идет о термическом КПД. Внутренний относительный КПД, связанный с трением и другими техническими потерями, остается на уровне сегодняшних двигателей.

    Парных рабочих цилиндров в описываемом тепловом двигателе может быть сколько угодно – в зависимости от требуемой мощности и прочих конструктивных условий.

    На малых перепадах температур

    В окружающей нас природе постоянно существуют различные перепады температур.

    Например, перепады температур между различными по высоте слоями воды в морях и океанах, между массами воды и воздуха, перепады температур у термальных источников и т. п. Покажем возможность работы сильфонно-поршневого двигателя на естественных перепадах температур, на возобновляемых источниках энергии. Проведем оценки для климатических условий Арктики.

    Холодный слой воды начинается от нижней кромки льда, где его температура равна 0 °С и до температуры плюс 4‑5 °С. В эту область будем отводить то небольшое количество тепла, которое отбирается из перепускного трубопровода, для поддержания постоянного уровня температур рабочего тела в нерабочих зонах цилиндров. Для контура (теплопровода), отводящего тепло, выбираем в качестве теплоносителя бутилен цис-2‑Б (температура кипения – конденсации при атмосферном давлении составляет +3,7 °С) или бутин 1‑Б (температура кипения +8,1 °С). Теплый слой воды в глубине определяем в диапазоне температур 10‑15°С. Сюда опускаем сильфонно-поршневой двигатель. Рабочие цилиндры непосредственно контактируют с морской водой. В качестве рабочего тела цилиндров выбираем вещества, которые имеют температуру кипения при атмосферном давлении ниже температуры теплого слоя. Это необходимо для обеспечения теплопередачи от морской воды к рабочему телу двигателя. В качестве рабочего тела цилиндров можно предложить хлорид бора (температура кипения +12,5 °С), бутадиен 1,2‑Б (температура кипения +10,85 °С), виниловый эфир (температура кипения +12 °С).

    Имеется большое количество неорганических и органических веществ, отвечающих этим условиям. Тепловые контура с таким образом подобранными теплоносителями будут работать в режиме тепловой трубы (в режиме кипения), что обеспечит передачу больших тепловых мощностей при малых перепадах температуры. Перепад давления между внешней стороной и внутренней полостью сильфона, помноженный на площадь гармошки сильфона, создает усилие на ползун и порождает мощность двигателя, пропорциональную мощности подведенного тепла к цилиндру.

    Если температуру нагрева рабочего тела снизить в десять раз (на 0,1 °С), то перепад давления по сторонам сильфона тоже снизится примерно в десять раз, до 0,5 атмосфер. Если при этом площадь гармошки сильфона также увеличить в десять раз (увеличивая число секций гармошек), то усилие на ползун и развиваемая мощность останутся неизменными при неизменном подводе тепла к цилиндру. Это позволит, во‑первых, использовать очень малые естественные перепады температур и, во вторых, резко снизить вредный разогрев рабочего тела и отвод тепла в окружающую среду, что позволит получить высокий КПД. Хотя здесь стремление к высокому. Оценки показывают, что мощность двигателя на естественных перепадах температур может составить до нескольких десятков киловатт на квадратный метр теплопроводящей поверхности рабочего цилиндра. В рассмотренном цикле нет высоких температур и давлений, что значительно удешевляет установку. Двигатель при работе на естественных перепадах температур не дает вредных выбросов в окружающую среду.

    В качестве заключения автор хотел бы сказать следующее. Постулат о «компенсации за преобразование тепла в работу» и непримиримая, далеко выходящая за рамки полемического приличия позиция носителей этих заблуждений связали творческую инженерную мысль, породили туго затянутый узел проблем. Следует отметить, что инженерами уже давно изобретен сильфон и его широко используют в автоматике в качестве силового элемента, преобразующего тепло в работу. Но сложившаяся в термодинамике ситуация не позволяет провести объективное теоретическое и экспериментальное исследование его работы.

    Вскрытие природы технологических недостатков современных тепловых машин показало, что «компенсация за преобразование тепла в работу» в ее устоявшемся толковании и те проблемы и негативные последствия, с которыми столкнулся по этой причине современный мир, есть не что иное, как компенсация за неполноту знания.

    Вопросы § 22

    1. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?

    Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, топливо в котором сгорает прямо в цилиндре внутри самого двигателя.

    2. Пользуясь рисунком 26, расскажите, из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания.

    Простейший двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединенный внизу шатуном с коленчатым валом. Два клапана в верхней части цилиндра открываются и закрываются автоматически в нужные моменты. Один клапан служит для подачи в цилиндр горючей смеси, воспламеняющейся от свечи, другой клапан выпускает отработавшие газы.

     

    3. За сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл двигателя? Сколько оборотов делает при этом вал двигателя?

    Рабочий цикл двигателя происходит за четыре хода (такта) поршня, при этом коленчатый вал делает два оборота.

    4. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого из четырёх тактов? Как называют эти такты?

    Такты поршня имеют названия в соответствии с происходящими в них процессами: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Впуск — поршень движется вниз, в цилиндре создается разряжение, открывается клапан и в цилиндр поступает горючая смесь, клапан закрывается, коленчатый вал совершает пол-оборота. Сжатие — коленчатый вал продолжает поворот, поршень движется вверх и сжимает горючую смесь, она воспламеняется от искры и быстро сгорает. Рабочий ход — поршень под давлением газов опускается вниз, передавая толчок шатуну и коленчатому валу с маховиком при закрытых клапанах. В конце третьего такта открывается другой клапан для выпуска продуктов сгорания в атмосферу. Выпуск — поршень движется вверх, продукты сгорания выходят через клапан, в конце такта клапан закрывается.

    5. Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания?

    Маховик, обладая значительной инерционностью, необходим для передачи движения поршню в следующих тактах.

     

    Двигатель внутреннего сгорания возвращается к чертежной доске

    Поднимите свой современный седан рядом с Ford Model T, и они вряд ли будут похожи друг на друга. Да, есть еще четыре колеса и руль, но на этом сходство, похоже, заканчивается.

    Современные автомобили, большие, гладкие и аэродинамичные; изготовлены из современных легких материалов и оснащены множеством функций безопасности. Модель T для сравнения не имела ремней безопасности, подушек безопасности или антиблокировочной системы тормозов, сидела высоко над землей и была сделана из стали, дерева и даже из конского волоса.

    Но откройте капот - или капот, если хотите - и это странный анахронизм. Двигатели обоих автомобилей, вероятно, по-прежнему будут состоять из очень схожей технологии с четырьмя поршнями, перемещающимися вверх и вниз в четырех цилиндрах.

    Более того, топливная экономичность этих двигателей практически не изменилась. Этот первый серийный автомобиль имел рядный четырехцилиндровый двигатель мощностью 20 л.с. (15 кВт) с заявленной экономией топлива 13-21 миль на галлон (миль на галлон). Ваш седан, вероятно, будет иметь современный четырехцилиндровый двигатель, который, вероятно, выдает больше примерно 200 л.с., но только с немного улучшенной экономией топлива где-то в диапазоне 20-30 миль на галлон.

    Но вскоре все это может измениться. Соединенные Штаты только что объявили о новых правилах, которые потребуют от производителей автомобилей производить более продвинутые автомобили с меньшим количеством топлива. «Мы поставили агрессивную цель, и компании делают шаг вперед», - сказал президент Обама в заявлении. «К 2025 году средняя экономия топлива их автомобилей почти удвоится и составит почти 55 миль на галлон».

    Конечно, в европейских странах, где небольшие автомобили и дизельные двигатели являются обычным явлением, такие цели не кажутся такими агрессивными.Но для США, где законы о выбросах запрещают использование некоторых технологий, уже используемых в других местах, они амбициозны. Более того, они, вероятно, будут стимулировать новую эру конструкции двигателей, которая не только заменит старомодный четырехтактный двигатель, но также может изменить принцип работы двигателей в США и других странах.

    Бесполезная работа

    Практически все современные двигатели работают по принципу: если вы поместите небольшое количество топлива, например бензин, в небольшое замкнутое пространство и воспламените его, он взорвется с огромным количеством энергии.Затем через шатун и коленчатый вал он может приводить в движение колеса.

    Большинство двигателей делают это несколько раз в секунду, используя так называемый четырехтактный цикл. При этом поршни двигателя поднимаются и опускаются в цилиндре четыре раза - так называемые такты впуска, сжатия, мощности и выпуска. В современном двигателе с прямым впрыском топлива воздух всасывается, когда поршень падает в цилиндр, а затем сжимается, когда поршень толкает его обратно вверх. Почти сразу же впрыскивается и воспламеняется топливо, заставляя поршень снова опускаться вниз в так называемом рабочем такте.Последний ход поршня выбрасывает продукты сгорания.

    Чтобы обеспечить постоянную мощность, большинство автомобилей имеют ряд цилиндров, обычно четыре, что позволяет поршням находиться в разных точках цикла. По такому же принципу работают шестицилиндровые или восьмицилиндровые двигатели. Эти двигатели используются практически во всех автомобилях, лодках, грузовиках, винтовых самолетах, генераторах и т. Д.

    Существуют варианты этих конструкций, которые могут помочь США достичь поставленных целей. Например, гибридные автомобили, в которых используется комбинация электродвигателей и бензиновых двигателей, уже достигают топливной экономичности около 50 миль на галлон.Кроме того, такие производители, как Ford и Fiat, представили двигатели с меньшим количеством цилиндров по сравнению с обычным минимумом из четырех; три в случае Ford и два для Fiat. Оба используют турбокомпрессоры и интеллектуальную систему управления синхронизацией, чтобы сжигать меньше топлива, сохраняя при этом ту же мощность, что и другие двигатели. Двигатели Ford будут представлены в американских автомобилях в следующем году.

    Но для того, чтобы повысить показатели топливной экономичности, некоторые конструкторы задаются вопросом, нужно ли нам вообще радикально переконструировать двигатели.

    «Более 100 лет обычный двигатель внутреннего сгорания был эффективен только на 33%», - говорит Билл Ринн из инженерной фирмы Scuderi, которая разработала двигатель нового типа.«Оно должно быть выше - если вы залите галлон бензина в бак, две трети его будет потрачено впустую».

    Scuderi разрабатывает двигатель, в котором поршни в цилиндрах по-прежнему поднимаются и опускаются, но с одним существенным отличием. «Мы разделяем четыре штриха», - говорит Ринн. В одном цилиндре у нас есть 2 такта, связанных со сжатием, а в другом цилиндре у нас есть 2 такта, которые связаны с выхлопом ».

    На практике это означает, что воздух втягивается в цилиндр сжатия, когда поршень движется вниз , , а затем сжимается, когда он движется обратно вверх . Вместо того, чтобы впрыскивать топливо в эту камеру, сжатый воздух проходит через трубку в отдельный цилиндр, где топливо впрыскивается и воспламеняется для обеспечения мощности. Четырехцилиндровый двигатель, работающий по этой конструкции, будет иметь два цилиндра сжатия и два цилиндра сгорания.

    «Поскольку мы можем разделить эти две функции, мы можем максимизировать процесс сжатия, а также максимизировать процесс сгорания, чтобы сделать его более эффективным и более чистым процессом сгорания», - говорит Винн.В некоторых приложениях Скудери считает, что эта, казалось бы, простая настройка может улучшить топливную экономичность на 40% и более.

    На первый взгляд кажется, что двигатель Scuderi должен иметь в два раза больше цилиндров, чтобы обеспечить такую ​​же мощность, но это не так. У него есть «силовой» ход на каждый оборот двигателя, а не на каждые два.

    «Unexotic»

    Инновационный дизайн позволяет реализовать некоторые другие умные идеи. Сжатие и сгорание не обязательно должны происходить последовательно, и Scuderi работает над тем, что он называет «воздушно-гибридной» системой.Вместо электрических генераторов, накапливающих энергию в батареях, как это происходит в современных гибридах, двигатель может отключать цилиндр сгорания, когда транспортное средство движется по инерции, и перенаправлять воздух из цилиндра сжатия в резервуар для хранения. Сильно сжатый воздух может быть выпущен позже для работы двигателя без топлива.

    В течение последнего столетия предлагались и другие радикальные модификации двигателей, но автомобильная промышленность двигалась медленно, отчасти потому, что этого никогда не было. Двигатель внутреннего сгорания, каким мы его знаем, был доработан и улучшен, и он оказался очень надежным, очень безопасным и, в конечном итоге, дешевым в изготовлении.

    «Существует множество отличных идей и концепций двигателей, но реальность такова, что с такой отраслью, как она есть, и с имеющейся у нас экономикой намного легче двигаться небольшими пошаговыми шагами. Это больше подходит для нынешних сборочных и производственных линий », - говорит Ринн.

    Но Скудери считает, что именно его двигатель может наконец сбить обычный четырехтактный двигатель с пьедестала. Помимо повышения эффективности, его базовая конструкция цилиндров и поршней также очень похожа на традиционный двигатель.

    «Мы рассматриваем примерно 95% или 96% одинаковых деталей. У нас не так много экзотических материалов, - говорит Ринн.

    В настоящее время фирма ведет переговоры с производителями по всему миру, но, скорее всего, двигатель впервые появится в Азии. Компания считает, что автопроизводители в таких странах, как Китай, более склонны к экспериментам. После получения лицензии пройдет около трех-пяти лет, прежде чем мы увидим на дорогах автомобиль с двигателем Scuderi, и это будет как раз вовремя, чтобы соответствовать новым американским стандартам эффективности.

    Если вы хотите прокомментировать эту статью или что-нибудь еще, что вы видели в Future, перейдите на нашу страницу в Facebook или напишите нам в Twitter.

    Как работает двигатель внутреннего сгорания?

    Двигатель, который использует жидкое топливо для выработки энергии, такой как двигатель внутреннего сгорания, по сути, представляет собой большой воздушный насос. Холодный воздух втягивается, смешивается с выбранным топливом для создания энергии, а затем удаляется в виде горячего выхлопного газа. Чем эффективнее дышит этот «воздушный насос» двигателя, тем эффективнее он вырабатывает мощность.

    В этой статье мы сосредоточимся на том, как именно автомобильный двигатель внутреннего сгорания преобразует воздух и топливо в энергию, чтобы двигать ваш автомобиль по дороге. В этой статье мы определяем некоторую терминологию для различных частей, однако вы можете найти нашу статью по теме Глоссарий внутренних деталей двигателя полезен, если вы хотите узнать о других компонентах, не упомянутых здесь.

    Имейте в виду, что это сложная тема; Хотя мы сделали все возможное, чтобы объяснить это в терминах непрофессионала, некоторые концепции может быть трудно продемонстрировать в двухмерном формате.Кроме того, некоторые описания функций двигателя были упрощены для ясности.

    Каковы основные части двигателя?

    Типичный блок двигателя V8.

    Во-первых, давайте рассмотрим две основные части типичного двигателя внутреннего сгорания. Главный и самый большой кусок - это блок двигателя, составляющий нижнюю часть двигателя. Это дом для поршни, шатуны, коленчатый вал, масляный насос и распределительный вал, если двигатель имеет конструкцию с верхним расположением клапана.Поскольку эта секция содержит отверстия цилиндра, по которым перемещаются поршни, ее иногда называют блоком цилиндров.

    Слева показана головка блока цилиндров, прикрепленная болтами к блоку двигателя. Справа и взломанная схема ГБЦ.

    К верхней части блока цилиндров привинчена головка (или головки) блока цилиндров. Они содержат выпускные и впускные клапаны, а также распределительные валы, если двигатель имеет конструкцию с верхним кулачком. Рядные двигатели (все цилиндры в один ряд) имеют только одну головку блока цилиндров.Двигатели V-образной или H-образной формы имеют две головки блока цилиндров, по одной на ряд цилиндров.

    Типичная секция картера, которая крепится болтами, образуя нижнюю часть блока цилиндров.

    Как воздух попадает в герметичный блок двигателя?

    Прежде чем мы рассмотрим этапы процесса внутреннего сгорания в двигателе, важно понять, как воздух попадает в герметичный блок двигателя.

    Это происходит благодаря так называемому впускному коллектору.An Впускной коллектор, сделанный из металла или пластика, представляет собой узел, расположенный наверху двигателя, состоящий из ряда трубок, которые распределяют воздух и топливо в каждый цилиндр. (Подробнее о впускных коллекторах мы приглашаем вас прочитать наши статья по теме.)

    Впускные коллекторы на V-образных двигателях обычно устанавливаются сверху между обоими рядами цилиндров.

    После того, как воздух сначала проходит через впускную трубку и очищается воздушным фильтром, он попадает во впускной коллектор.Карбюратор, дроссельная заслонка или топливные форсунки впрыскивают соответствующее количество топлива, которое смешивается с этим всасываемым воздухом. Идеальное соотношение для воздушно-топливной смеси составляет 14,7: 1, что означает 14,7 частей воздуха на 1 часть топлива. Теперь нам нужно подать эту топливно-воздушную смесь в каждый цилиндр. Это начало «4-тактного цикла» двигателя нашего автомобиля.

    Каковы 4 этапа 4-тактного цикла?

    Автомобильные двигатели описываются как «4-тактные», потому что в процессе сгорания участвуют 4 основных этапа.(Существуют «двухтактные» двигатели, но они не использовались в дорожных автомобилях в течение многих десятилетий, и это обсуждение выходит за рамки данной статьи.)

    Итак, нам ясно: шаги, описанные ниже, должны выполняться в КАЖДОМ цилиндре двигателя. Для ясности мы опишем четыре хода, как они происходят в ОДНОМ цилиндре.

    Первый шаг: ход впуска

    Двигателю требуется топливно-воздушная смесь, чтобы попасть в закрытую зону цилиндра.Для этого впускной клапан перемещается из закрытого положения в открытое. Смесь поступает в цилиндр. Поршень, который находится в верхней части цилиндра, начинает двигаться вниз, создавая частичный вакуум, который способствует всасыванию смеси. Выпускной клапан остается закрытым на этом этапе.

      ВПУСКНОЙ ХОД:
    • ДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ: ВНИЗ
    • ВПУСКНОЙ КЛАПАН: ОТКРЫТ
    • ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТО
    • ДЕЙСТВИЕ: ВТЯНИЕ В СМЕСИ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

    Второй этап: Ход сжатия

    После того, как поршень достигает нижней части цилиндра (известной как «нижняя мертвая точка»), впускной клапан закрывается, и поршень начинает двигаться вверх, что сжимает топливно-воздушную смесь.Под давлением смеси она воспламеняется с большей силой, чем если бы она не была сжата. Как впускной, так и выпускной клапаны остаются закрытыми, чтобы смесь оставалась в стенках цилиндра. Полное сжатие достигается, когда поршень достигает максимальной точки своего хода (известной как «верхняя мертвая точка»).

      ХОД СЖАТИЯ:
    • ДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ: ВВЕРХ
    • ВПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТО
    • ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТО
    • ДЕЙСТВИЕ: СМЕСЬ СЖАТОГО ВОЗДУХА / ТОПЛИВА

    Третий этап: рабочий ход

    Этот ход начинается с поршня в верхней части цилиндра, при закрытых обоих клапанах и сжатой топливно-воздушной смеси.Это момент, когда загорается свеча зажигания, воспламеняя смесь и создавая давление (мощность), которое заставляет поршень опускаться. Оба клапана остаются закрытыми, чтобы сдерживать давление внутри стенок цилиндра.

      СИЛОВОЙ ХОД:
    • ДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ: ВНИЗ
    • ВПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТО
    • ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТО
    • ДЕЙСТВИЕ: ЗАЖИГАТЬ СМЕСЬ ВОЗДУХ / ТОПЛИВА

    Четвертый этап: ход выхлопа

    Поршень снова меняет направление и начинает двигаться вверх.Теперь двигатель должен удалить сгоревшие остатки топливно-воздушной смеси. Движение поршня вверх толкает этот выхлопной газ вверх, и выпускной клапан открывается, позволяя ему выйти из цилиндра в выпускной коллектор (и, в конечном итоге, в выхлопную трубу). Впускной клапан остается закрытым, так как двигатель хочет, чтобы все эти газы уходили через выхлопные трубы.

      ХОД ВЫПУСКА:
    • ДВИЖЕНИЕ ПОРШНЯ: ВВЕРХ
    • ВПУСКНОЙ КЛАПАН: ЗАКРЫТО
    • ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН: ОТКРЫТ
    • ДЕЙСТВИЕ: СМЕСЬ ВОЗДУХ / ТОПЛИВА EXPEL

    Мы можем суммировать действия четырех штрихов на этой диаграмме:

    Как клапаны знают, когда открываться и закрываться?

    Здесь впускные и выпускные клапаны (показаны зеленым и красным) приводятся в действие отдельными распределительными валами.Эти клапаны выполняют важную функцию, и их движение точно рассчитано по времени.

    Назначение клапанов

    Двигатель должен иметь как минимум один впускной клапан и один выпускной клапан для каждого цилиндра. Чтобы 4-тактный цикл был успешным, открытие и закрытие этих клапанов точно контролируется - синхронизируется с движением поршней, чтобы каждый клапан выполнял свою работу именно тогда, когда это необходимо. Этот точный контроль известен как «время».

    Правильная синхронизация позволяет впускному клапану открываться и впускать топливно-воздушную смесь в цилиндр, когда поршень движется вниз во время такта впуска.А после того, как происходит сгорание, выпускной клапан открывается, поэтому сгоревшие газы могут выталкиваться из цилиндра, когда поршень движется обратно вверх.

    Открытие и закрытие всех клапанов двигателя осуществляется распределительным валом. Каждый распределительный вал содержит несколько «выступов», которые представляют собой детали неправильной формы, расположенные на центральном валу. Когда распределительный вал вращается, эти выступы, которые контактируют с другими компонентами, перемещают клапаны, также вращаются. Клапаны обычно закрыты и удерживаются закрытыми с помощью клапанных пружин.Лепестки должны преодолевать давление пружины, чтобы открыть клапаны. Поскольку лепесток продолжает вращаться, пружины снова закрывают клапаны. Эти лепестки имеют точную форму и механическую обработку, поэтому они вносят свой вклад в поддержание правильной синхронизации двигателя.

    Распредвалы видны в двигателе с верхним распределительным валом (слева) и в двигателе с верхним расположением клапанов (справа).

    В двигателях с верхним расположением клапанов распределительные валы расположены в блоке цилиндров и соединены с клапанами с помощью толкателей, толкателей и коромысел (в зависимости от конструкции двигателя).В двигателях с верхним расположением распредвала распредвалы находятся в головке блока цилиндров. По-прежнему существует механическое соединение с клапанами, но поскольку кулачок расположен ближе к клапанам, это более короткое и прямое соединение.

    Клапаны и синхронизация двигателя

    Без правильного выбора времени клапаны не будут открываться и закрываться, когда они должны это делать. 4-тактный цикл не будет работать должным образом. Хорошее сгорание было бы трудным, если не невозможным, и двигатель не работал бы, потому что это, по сути, гигантский воздушный насос.

    Синхронизация движения поршня и клапана достигается за счет механического соединения коленчатого и распределительного валов. Поршни соединены с коленчатым валом (более подробно описано ниже). Коленчатый вал соединяется с распределительным валом одним из трех способов: шестернями ГРМ, цепью ГРМ или ремнем ГРМ (обратите внимание на использование слова «синхронизация»).

    Эти иллюстрации демонстрируют, как цепи ГРМ или ремни ГРМ синхронизируют работу коленчатого и распределительного валов.

    Для наших целей важно то, что малейшее вращательное движение коленчатого вала вызывает его вращение, в результате чего клапаны открываются или закрываются, в зависимости от положения лепестка. Пока синхронизация остается правильной, двигатель будет работать. Однако, если ремень или цепь ГРМ выскакивает на шестерню или, что еще хуже, щелкает, механическое соединение не синхронизировано или полностью обрывается. Двигатель будет плохо работать или вообще не будет работать.

    Количество клапанов зависит от двигателя

    Общее количество клапанов в двигателе может быть разным.Старые двигатели имеют 1 впускной и 1 выпускной клапан на цилиндр. У 8-цилиндрового двигателя всего 16 клапанов (2 x 8). Некоторые двигатели имеют 2 впускных клапана и 1 выпускной клапан на цилиндр. 6-цилиндровый двигатель с такой установкой с 3 клапанами на цилиндр будет иметь 18 клапанов (3 x 6). Многие современные двигатели имеют 2 впускных и 2 выпускных клапана на каждый цилиндр. Четырехцилиндровый двигатель с 4 клапанами на цилиндр, конечно, будет иметь в общей сложности 16 клапанов (4 x 4).

    Как вы можете видеть из этих примеров, общее количество клапанов НЕ говорит вам, сколько цилиндров в двигателе.

    Конфигурации с одним распредвалом и двумя распредвалами

    Все двигатели с верхним расположением клапанов (кулачок в блоке) имеют один распределительный вал для двигателя. Двигатели с верхним расположением кулачков с распределительными валами в головках могут иметь один цилиндр на головку или два на головку. Если их два, каждый распределительный вал предназначен для работы впускных или выпускных клапанов.

    Терминология двигателя говорит нам, что двигатель с одним распредвалом НА ГОЛОВКУ является двигателем «SOHC» (один верхний распредвал).Аналогичным образом, двигатель с двумя кулачками НА ГОЛОВКУ называется двигателем «DOHC» (с двумя верхними кулачками). Будьте осторожны при подсчете распредвалов! V-образный двигатель DOHC с двумя головками цилиндров имеет в общей сложности ЧЕТЫРЕ распредвала (по два на головку).

    Как сила от поршней перемещает автомобиль?

    Мы узнали, что на этапе 3 4-тактного цикла воспламенение топливно-воздушной смеси внутри цилиндра обеспечивает силу, толкающую поршень вниз. Теперь давайте посмотрим, как двигатель преобразует это движение вверх и вниз во вращательное движение, которое нам нужно для вращения коленчатого вала.

    Здесь показан шатун с прилегающими элементами (слева) и сам по себе (справа).

    Поршень прикреплен к прочной металлической детали, известной как шатун. Шатуны могут поворачиваться в этой точке соединения на поршне.

    Нижний конец шатуна крепится к коленчатому валу, который служит выходным валом для всего двигателя. Эта точка крепления на коленчатом валу смещена от средней линии коленчатого вала. Когда шатун перемещается вверх и вниз вместе с поршнем, он вращает коленчатый вал.

    Чтобы наглядно представить себе это, представьте себе движения ног велосипедиста. Движение вверх-вниз в шарнирном колене очень похоже на то, что происходит с поршнем и верхней частью шатуна. Но голень и ступня велосипедиста вращают педаль велосипеда по кругу. Движение ноги велосипедиста вверх и вниз преобразуется во вращательное движение стопы, которое раскручивает кривошип велосипеда.

    На рисунке выше показаны коленчатый вал, шатуны и поршни 4-цилиндрового двигателя.Каждый поршень совершает рабочий ход 4-тактного цикла в разное время. Это позволяет добиться нескольких целей: во-первых, он выравнивает импульсы мощности, чтобы двигатель работал более плавно. Во-вторых, поскольку все поршни соединены друг с другом через кривошип, рабочий ход одного поршня также создает такты впуска, сжатия и выпуска других поршней.

    Присмотритесь к типичному коленчатому валу. Обратите внимание на отверстия, через которые проходит смазочное масло. Цапфы коренных подшипников предназначены для прилегания к изогнутым подшипникам картера.Противовесы сглаживают вращательные колебания.

    Регулярное срабатывание цилиндров создает мощность, необходимую для поддержания постоянного и равномерного вращения коленчатого вала с постоянным крутящим моментом.

    Коленчатый вал, если смотреть снизу двигателя, со снятой секцией картера.

    Сам коленчатый вал находится в нижней части блока цилиндров. Поскольку коленчатый вал вынужден вращаться от мощности, производимой во время 4-тактного цикла, он создает крутящее движение или крутящий момент.Хвостовой конец кривошипа выходит из блока цилиндров сзади, и оттуда он соединяется с маховиком, трансмиссией, приводным и полуосевым валами, в конечном итоге достигая ведущих колес. Это сила, которая продвигает ваш автомобиль вперед.

    В задней части двигателя, где коленчатый вал выходит из блока цилиндров, прикреплен маховик.

    Теперь, когда у вас есть базовое представление о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, вы будете знать, какие виды капитального ремонта включают в себя определенные типы.И вы оцените ценность регулярного обслуживания, особенно замены масла, при котором все движущиеся части остаются должным образом смазанными.

    Если вы хотите перейти на новый уровень, выполнив перестройку движка (или наняв кого-то для этого), мы рекомендуем прочитать нашу статью по теме ЧТО ВАМ НУЖНО ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ИЛИ ЗАМЕНЫ ДВИГАТЕЛЯ, чтобы получить представление об оборудовании и части, которые понадобятся для работы. У нас также есть полностью восстановленные двигатели, готовые к установке.

    Если у вас есть какие-либо вопросы о запчастях, которые вам необходимо заказать, мы будем рады вашим запросам - наши компетентные представители находятся здесь семь дней в неделю!

    Двигатель внутреннего сгорания и четырехтактный двигатель | Беданг Сен | Startup

    Рис. 1: Двигатели внутреннего сгорания в автомобилях

    Сегодня у нас есть массивные самолеты, которые могут облететь нас по всему миру за считанные часы, генераторы, которые могут эффективно вырабатывать электроэнергию в самых отдаленных местах, тракторы и насосы, которые помогают нам выращивать урожаи быстрее, и, конечно же, наши собственные личные автомобили, чтобы путешествовать по шоссе.Но что сделало все это возможным? Ответ - двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания стал неотъемлемой частью каждого человека на Земле. Он предлагает относительно небольшой и легкий источник энергии, который он производит. Простая цель этих тепловых двигателей - преобразовать химическую энергию топлива в механическую энергию, которая обычно передается на вращающийся вал.

    Одним из наиболее важных применений двигателя внутреннего сгорания является автомобиль.Транспортные технологии навсегда изменились с массовым производством автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания - это двигатель, который использует взрыв топлива, называемый сгоранием, для толкания поршня внутри цилиндра. Когда поршень выталкивается из цилиндра, он вращает коленчатый вал, который вращает колеса автомобиля. Наиболее распространенным видом топлива, которое используется для этого сгорания, является бензин.

    Технология, которую мы видим сегодня, является продуктом многовековой эволюции и развития, начиная с начала 16 века с Леонардо да Винчи и его раннего описания двигателя без сжатия.Однако первый экспериментальный двигатель внутреннего сгорания был создан более века спустя, в 1680 году, голландским астрономом Кристианом Гюйгенсом, применившим принцип вытягивания воды. Этот принцип был основан на том факте, что взрыв небольшого количества пороха в закрытой камере, снабженной выпускными клапанами, создавал вакуум, когда газы сгорания охлаждались. Используя цилиндр с поршнем, Гюйгенс мог перемещать его таким образом за счет внешнего атмосферного давления.

    Рисунок 2: Двигатель внутреннего сгорания Ленуара

    За ним последовал первый коммерчески практичный двигатель внутреннего сгорания, построенный французским инженером Этьеном Ленуаром примерно в 1859–1860 годах, на котором в качестве топлива использовался осветительный газ. Два года спустя, в 1862 году, Альфонс Бо де Роша запатентовал, но не построил четырехтактный двигатель. Всего четырнадцать лет спустя, в 1876 году, родился первый предок двигателя внутреннего сгорания, который используется сегодня. Этот подвиг был совершен Николаусом Августом Отто, которому удалось создать двигатель с гораздо более высоким КПД по сравнению с более ранними конструкциями, путем сжатия топлива перед сгоранием.Это стало известно как «цикл Отто».

    Важнейшими частями цикла Отто является камера сгорания, состоящая из цилиндра. Цилиндр обычно неподвижен и закрыт с одного конца и в котором скользит плотно прилегающий поршень. Движение поршня изменяет объем камеры между закрытым концом цилиндра и внутренней поверхностью поршня. Чтобы преобразовать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, используется шатун, чтобы прикрепить коленчатый вал к внешней поверхности поршня.На верхних поверхностях цилиндра, также называемых головкой цилиндра, вырезаны два отверстия, в которых находятся клапаны, которые работают с помощью консервного механизма. Это впускной коллектор и выпускной коллектор. В двигателе внутреннего сгорания используется топливная система, которая состоит из бака, топливного насоса и карбюратора для испарения жидкого топлива. Затем испаренное топливо проходит через впускной коллектор, а газы, образующиеся при сгорании, выводятся через выпускной коллектор.Клапаны обычно удерживаются закрытыми за счет давления пружин и открываются в нужное время во время рабочего цикла кулачками на вращающемся распределительном валу, который соединен с коленчатым валом.

    Рисунок 3: Компоненты двигателя внутреннего сгорания

    Смесь воздуха и паров бензина, подаваемая в цилиндр из карбюратора, воспламеняется, вызывая проскакивание искры в промежутке между электродами свечи зажигания, которая выступает через стенки цилиндра. Один электрод изолирован фарфором или слюдой; другой заземлен через металл вилки, и оба образуют часть вторичной цепи индукционной системы.

    Четырехтактный цикл

    Почти каждый автомобиль с бензиновым двигателем использует четырехтактный цикл сгорания для преобразования бензина в движение. Четыре такта:

    1. Такт всасывания

    2. Ход сжатия

    3. Такт сгорания

    4. Такт выпуска

    Рис. Индукция, поршень перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ) при открытом впускном клапане и закрытом выпускном клапане.Это создает вакуум из-за увеличения объема в камере сгорания. Разница давлений между атмосферным давлением снаружи и вакуумом внутри заставляет воздух выталкиваться в цилиндр. Затем используется карбюратор для добавления желаемого количества топлива в систему.

    За этим следует такт сжатия, при котором впускной клапан закрывается, а поршень возвращается в ВМТ при закрытых всех клапанах. Это вызывает сжатие топливовоздушной смеси, повышая как давление, так и температуру в цилиндре.В конце такта сжатия зажигание инициируется зажиганием свечи зажигания. Сгорание топливовоздушной смеси происходит за очень короткий, но конечный промежуток времени, когда поршень находится в ВМТ. Сгорание изменяет состав газовой смеси на состав продуктов выхлопа и увеличивает температуру в цилиндре до очень высокого пикового значения, в результате чего давление в цилиндре повышается до очень высокого пикового значения.

    Затем происходит расширение хода или рабочего хода.Этот ход производит основную работу цикла. Когда все клапаны закрыты, высокое давление, создаваемое процессом сгорания, отталкивает поршень от ВМТ. Когда поршень перемещается из ВМТ в НМТ, объем цилиндра увеличивается, что приводит к падению давления и температуры. Когда поршень приближается к НМТ, выпускной клапан открывается, и газы, образующиеся при сгорании, выдуваются. Открытие выпускного клапана до НМТ снижает работу, выполняемую во время рабочего хода, но требуется из-за конечного времени, необходимого для продувки выхлопных газов.

    И, наконец, последний ход - это ход выхлопа. Пока выпускной клапан остается открытым, поршень перемещается из НМТ в ВМТ, вытесняя оставшиеся выхлопные газы из цилиндра в выхлопную систему. Ближе к концу такта выпуска впускной клапан начинает открываться таким образом, что он полностью открывается к тому времени, когда поршень достигает ВМТ. Точно так же выпускной клапан начинает закрываться и полностью закрывается примерно в то время, когда поршень достигает ВМТ. Этот период, когда впускной и выпускной клапаны открыты, называется перекрытием клапанов.

    Когда поршень возвращается в ВМТ, происходит следующий такт впуска, начиная цикл снова.

    Engihub.com. (2019). Работа двигателя: как работает четырехтактный двигатель? . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engihub.com/engine-working/ [доступ 3 июня 2019 г.].

    Гарден, Х., Худ, У. и Двигатели, Т. (2019). Как работают автомобильные двигатели . [онлайн] HowStuffWorks. Доступно по адресу: https://auto.howstuffworks.com/engine1.htm [доступ 3 июня 2019 г.].

    Newworldencyclopedia.орг. (2018). Двигатель внутреннего сгорания - Энциклопедия Нового Света . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.newworldencyclopedia.org/entry/Internal_combustion_engine [доступ 3 июня 2019 г.].

    Scienceclarified.com. (2009). Двигатель внутреннего сгорания - корпус, бывший в употреблении, процесс, ресурс, тип, форма, энергия, газ, воздух . [онлайн] Доступно по адресу: http://www.scienceclarified.com/He-In/Internal-Combution-Engine.html [доступ 3 июня 2019 г.].

    ИнфоПожалуйста. (2019). Двигатель внутреннего сгорания: Эволюция двигателя внутреннего сгорания | Информация .[онлайн] Доступно по адресу: https://www.infoplease.com/encyclopedia/science/tech/terms/internalcombustion-engine/evolution-of-the-internalcombustion-engine [доступ 3 июня 2019 г.].

    [Четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания, разработанный Николаусом А. Отто]

    Подробнее об авторских правах и других ограничениях

    Для получения рекомендаций по составлению полных цитат обратитесь к Ссылаясь на первоисточники.

    • Консультации по правам : Нет известных ограничений на публикацию.
    • Номер репродукции : LC-USZ62-110412 (ч / б пленка, копия негр.)
    • Телефонный номер : Illus. в TJ770 .N85 [Общие коллекции]
    • Консультации по доступу : ---

    Получение копий

    Если изображение отображается, вы можете скачать его самостоятельно.(Некоторые изображения отображаются только в виде эскизов вне Библиотеке Конгресса США по соображениям прав человека, но у вас есть доступ к изображениям большего размера на сайт.)

    Кроме того, вы можете приобрести копии различных типов через Услуги копирования Библиотеки Конгресса.

    1. Если отображается цифровое изображение: Качество цифрового изображения частично зависит от того, был ли он сделан из оригинала или промежуточного звена, такого как копия негатива или прозрачность.Если вышеприведенное поле «Номер воспроизведения» включает номер воспроизведения, который начинается с LC-DIG ..., то есть цифровое изображение, сделанное прямо с оригинала и имеет достаточное разрешение для большинства публикационных целей.
    2. Если есть информация, указанная в поле «Номер репродукции» выше: Вы можете использовать номер репродукции, чтобы купить копию в Duplication Services. Это будет составлен из источника, указанного в скобках после номера.

      Если указаны только черно-белые («черно-белые») источники, и вы хотите, чтобы копия показывала цвет или оттенок (если они есть на оригинале), вы обычно можете приобрести качественную копию оригинал в цвете, указав номер телефона, указанный выше, и включив каталог запись ("Об этом элементе") с вашим запросом.

    3. Если в поле «Номер репродукции» выше нет информации: Как правило, вы можете приобрести качественную копию через Службу тиражирования.Укажите номер телефона перечисленных выше, и включите запись каталога («Об этом элементе») в свой запрос.

    Прайс-листы, контактная информация и формы заказа доступны на Веб-сайт службы дублирования.

    Доступ к оригиналам

    Выполните следующие действия, чтобы определить, нужно ли вам заполнять квитанцию ​​о звонках в Распечатках. и Читальный зал фотографий для просмотра оригинала (ов). В некоторых случаях суррогат (замещающее изображение) доступны, часто в виде цифрового изображения, копии или микрофильма.

    1. Товар оцифрован? (Миниатюрное (маленькое) изображение будет видно слева.)

      • Да, товар оцифрован. Пожалуйста, используйте цифровое изображение вместо того, чтобы запрашивать оригинал. Все изображения могут быть просматривать в большом размере, когда вы находитесь в любом читальном зале Библиотеки Конгресса. В некоторых случаях доступны только эскизы (маленькие) изображения, когда вы находитесь за пределами библиотеки Конгресс, потому что права на товар ограничены или права на него не оценивались. ограничения.
        В целях сохранности мы обычно не обслуживаем оригинальный товар, когда цифровое изображение доступен. Если у вас есть веская причина посмотреть оригинал, проконсультируйтесь со ссылкой библиотекарь. (Иногда оригинал слишком хрупкий, чтобы его можно было использовать. Например, стекло и пленочные фотографические негативы особенно подвержены повреждению. Их также легче увидеть в Интернете, где они представлены в виде положительных изображений.)
      • Нет, товар не оцифрован. Пожалуйста, перейдите к # 2.
    2. Указывают ли указанные выше поля Консультативного совета по доступу или Номер вызова, что существует нецифровой заменитель, типа микрофильмов или копий?

      • Да, существует еще один суррогат. Справочный персонал может направить вас к этому суррогат.
      • Нет, другого суррогата не существует. Пожалуйста, перейдите к # 3.
    3. Если вы не видите миниатюру или ссылку на другого суррогата, заполните бланк звонка. Читальный зал эстампов и фотографий. Во многих случаях оригиналы могут быть доставлены в течение нескольких минут. Другие материалы требуют записи на более позднее в тот же день или в будущем. Справочный персонал может посоветуют вам как заполнить квитанцию ​​о звонках, так и когда товар может быть подан.

    Чтобы связаться со справочным персоналом в Зале эстампов и фотографий, воспользуйтесь нашей Спросите библиотекаря или позвоните в читальный зал с 8:30 до 5:00 по телефону 202-707-6394 и нажмите 3.

    Двигатели внутреннего сгорания - Двигатели внутреннего сгорания

    • Хорошее понимание всех основных компонентов двигателей внутреннего сгорания
    • Понимание диаграммы фаз газораспределения и ее важности
    • Диаграммы индикаторов исполнительных механизмов и их значение
    • Понимание различных типов систем зажигания
    • Дополнительные концепции, такие как наддув, смазка, регулировка и многое другое
    • Основы машиностроения ИЛИ автомобилестроение
    • Уметь понимать основной механизм и кинематику станка
    • Понимание взаимосвязи между двумя компонентами в графическом представлении
    • Базовые знания термодинамических циклов

    Этот курс подробно описывает двигатели внутреннего сгорания, их основные компоненты, временные диаграммы клапанов, 4-тактные и 2-тактные двигатели, индикаторные диаграммы исполнительных механизмов, продувку, детонацию, систему зажигания топлива, систему впрыска и многое другое.

    Прежде чем попасть на борт, давайте кратко расскажем о двигателях внутреннего сгорания .... Прочтите, пожалуйста, ниже.

    Двигатель внутреннего сгорания - это двигатель, в котором сгорание топлива происходит в замкнутом пространстве, называемом камерой сгорания. Эта экзотермическая реакция топлива с окислителем создает газы с высокой температурой и давлением, которые могут расширяться. Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что полезная работа выполняется расширяющимися горячими газами, действующими непосредственно, вызывая движение, например, воздействуя на поршни, роторы или даже путем нажатия и перемещения самого двигателя.

    Это контрастирует с двигателями внешнего сгорания, такими как паровые двигатели, в которых процесс сгорания используется для нагрева отдельной рабочей жидкости, обычно воды или пара, которые затем, в свою очередь, работают, например, при нажатии на поршень, приводимый в действие паром.

    Термин «двигатель внутреннего сгорания» (ДВС) почти всегда используется для обозначения поршневых двигателей, двигателей Ванкеля и аналогичных конструкций, в которых сгорание является прерывистым. Однако двигатели непрерывного сгорания, такие как реактивные двигатели, большинство ракет и многие газовые турбины, также являются двигателями внутреннего сгорания.

    Двигатели внутреннего сгорания используются в основном на транспорте. Несколько других применений предназначены для любой переносной ситуации, когда вам нужен неэлектрический двигатель. Самым большим применением в этой ситуации будет двигатель внутреннего сгорания, приводящий в действие электрогенератор. Таким образом, вы можете использовать стандартные электроинструменты с приводом от двигателя внутреннего сгорания.

    Будучи инженером-механиком или автомобилестроителем, он должен хорошо разбираться в этой конкретной теме. Надеюсь, этот курс оправдает ваши ожидания.ПРИВЕТСТВЕННОГО УЧЕНИЯ !!

    маркированная схема четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Клипарты, векторы, и Набор Иллюстраций Без Оплаты Отчислений. Изображение 36643484.

    Обозначенная схема четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Клипарты, векторы, и Набор Иллюстраций Без Оплаты Отчислений. Изображение 36643484.

    Обозначенная схема четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

    S M L XL EPS Редактировать

    Таблица размеров

    Размер изображения Идеально подходит для
    S Интернет и блоги, социальные сети и мобильные приложения.
    M Брошюры и каталоги, журналы и открытки.
    л Внутренние и наружные плакаты и печатные баннеры.
    XL Фоны, рекламные щиты и цифровые экраны.

    Используете это изображение на предмете перепродажи или шаблоне?

    Распечатать Электронный Всесторонний

    5000 x 5000 пикселей | 42.3 см x 42,3 см | 300 точек на дюйм | JPG

    Масштабирование до любого размера • EPS

    5000 x 5000 пикселей | 42,3 см x 42,3 см | 300 точек на дюйм | JPG

    Скачать

    Купить одно изображение

    6 кредитов

    Самая низкая цена
    с планом подписки

    • Попробуйте 1 месяц на 2209 pyб
    • Загрузите 10 фотографий или векторов.
    • Нет дневного лимита загрузок, неиспользованные загрузки переносятся на следующий месяц

    221 ру

    за изображение любой размер

    Цена денег

    Ключевые слова

    Похожие векторы

    Нужна помощь? Свяжитесь со своим персональным менеджером по работе с клиентами

    @ +7 499 938-68-54

    Мы используем файлы cookie, чтобы вам было удобнее работать.Используя наш веб-сайт, вы соглашаетесь на использование файлов cookie, как описано в нашей Политике использования файлов cookie

    . Принимать

    Основы 4-тактных двигателей внутреннего сгорания

    Итак, во-первых, этот пост чрезвычайно прост, и я почти уверен, что большинство людей уже знают об этом. Я публикую это для дальнейшего ознакомления с более продвинутыми концепциями и модификациями основных компонентов, используемых в современных автомобилях. Здесь я попытаюсь продемонстрировать простейший из возможных 4-х тактных двигателей внутреннего сгорания, чтобы он был понятен даже людям без предварительных знаний.
    Предупреждение: Как вы увидите в следующих статьях, двигатель, который я здесь обсуждаю, имеет очень мало общего с двигателями современных автомобилей, за исключением общих принципов работы.

    Тем не менее, давайте начнем ... Как общее неофициальное правило в двигателях внутреннего сгорания воздух (точнее кислород) + топливо = мощность. Имея это в виду, давайте посмотрим на изображение ниже.

    Рабочий объем цилиндра
    С первого взгляда вы можете увидеть, что это 4-цилиндровый двигатель.Рабочий объем цилиндра - это то, что вы обычно слышите как 3,2 л, 3,200 куб. См, 195,3 куб. См в литрах, кубических сантиметрах и кубических дюймах. Фактически, это рабочий объем цилиндра, умноженный на общее количество цилиндров.

    Впускной / выпускной клапан (ы)
    Теперь найдите в левой части изображения впускной клапан. Как видите, это контролируется распредвалом впускных клапанов, который в реальной жизни выглядит примерно так.

    При вращении он заставляет одни клапаны открываться, а другие оставаться закрытыми.Для лучшего понимания вот рисунок, который это демонстрирует.

    Конечно, у клапанов есть пружины, которые возвращаются в исходное положение, когда они не нажимаются. Если вы посмотрите на конец распределительного вала, вы заметите, что у него есть шестерня. Он приводится в движение с помощью ремня (известного как cambelt) с помощью вращающегося коленчатого вала в нижней части двигателя. Вот фотография, на которой, надеюсь, вы сможете идентифицировать обсуждаемые части.

    Подобно впускному распредвалу и клапанам, вы можете расположить выпускной распредвал и клапаны на противоположной стороне цилиндра.Как вы, наверное, уже догадались, впуск открывается, чтобы заполнить камеры сгорания цилиндров смесью (топливо + воздух), а выпуск открывается после сгорания, чтобы выпустить выхлопные газы из камер. Это означает, что фазы газораспределения имеют решающее значение, поскольку клапаны должны быть согласованными.

    Коленчатый вал
    В предыдущем абзаце я говорил о вращающемся коленчатом валу. Посмотрите еще раз на первое изображение, чтобы найти кривошип в нижней части двигателя, который удерживает поршни с шатунами и имеет маховик на одном конце.Предполагая, что два из четырех поршней сжимают смесь внутри камеры (например, камеры 1 и 4 на первом изображении), когда свеча зажигания воспламенит смесь, давление от этого «взрыва» заставит эти два поршня двигаться вниз, в то время как две средние будут иметь противоположное движение, так как они уже проиграли. Это то, что заставляет двигатель работать, а коленчатый вал вращаться, что дает нам возможность соединить его с колесами и катиться. В большинстве автомобилей, которые я видел, то, что вы видите как индикатор оборотов (оборотов в минуту) на приборной панели, является вращением вышеупомянутого коленчатого вала.

    Сцепление (трансмиссия)
    С вышеупомянутыми знаниями вы уже должны быть разочарованы. Если коленчатый вал двигателя не останавливается, пока он работает, то почему автомобиль не движется все время? Ответ заключается в том, что на конце маховика, который служит для передачи мощности от коленчатого вала к колесам, находится другая часть, называемая сцеплением (и коробкой передач, о которой мы поговорим позже).
    Существует множество различных типов сцеплений как для механических, так и для автоматических коробок передач.Самый простой - это тот, который вы видите здесь:

    Как видно из рисунка, он прикреплен к концу маховика, который постоянно вращается. Когда сцепление нажато, нажимной диск толкает диск сцепления и, таким образом, отодвигает его от маховика, так что мощность не передается. Конечно, по прошествии некоторого времени (или при действительно неправильном использовании) сцепление будет повреждено трением во время этого соединения / разъединения, и его необходимо будет заменить. Назначение муфты - позволить нам отсоединить коленчатый вал, выбрать передачу, подходящую для получения нужных нам оборотов и крутящего момента, а затем снова подключить ее.Это перемещает нас к следующей части…

    Коробка передач (трансмиссия)
    К настоящему времени вы должны знать, что сцепление находится между маховиком двигателя и коробкой передач, чтобы при необходимости их разъединить. Коробка передач - это не более чем то, что предполагает ее название. Коробка передач, которая может быть либо автоматической (с использованием различных технологий, таких как гидравлические системы для выбора правильной передачи и нажимать / тянуть сцепление), либо ручной. Вот простая коробка передач, с которой можно начать.

    Когда селектор установлен в нейтральное положение, промежуточный вал будет вращаться (при тех же оборотах, что и коленчатый вал), но к нему не будет подключена шестерня для передачи движения на колеса (не обращайте внимания на дифференциал, указанный на рисунке для момент).Надеюсь, вы из школы знаете, что когда вы подключаете меньшую шестерню к большей, она будет вращаться с меньшими оборотами, и, конечно, большая передача мощности на меньшую будет иметь противоположный результат. В этом вся концепция передачи. Таким образом, в зависимости от выбора водителя трансмиссия может обеспечивать требуемые обороты и крутящий момент. В задней передаче нет ничего особенного. Если шестерня вращается по часовой стрелке, и вы подключаете к ней другую шестерню, последняя будет вращаться против часовой стрелки.Следовательно, чтобы включить задний ход, единственное, что вам нужно сделать, это вставить другую передачу между шестерней промежуточного вала и 1-й передачей (хотя на диаграмме показано, что в противном случае это происходит в большинстве автомобилей).

    4-тактный
    Теперь, когда вы, надеюсь, имеете очень общее представление о том, как работает двигатель, давайте взглянем на самую важную часть для большинства современных автомобилей. Их работа двигателя называется 4-тактным, потому что двигатель выполняет цикл задач, который разделен на 4 этапа.
    1: Ход всасывания
    Поршень движется вниз, и впускной клапан (клапаны) открывается, чтобы заполнить камеру смесью (топливо + воздух), в то время как выпускной клапан (клапаны) закрыты. Вот цифра для лучшего понимания.

    Когда поршень достигает крайнего нижнего положения, впускной клапан (ы) начинает закрываться (из-за вращения распределительного вала и пружин, показанных выше).
    2: Ход сжатия
    Во время этого хода цилиндр выглядит следующим образом:

    Впускные и выпускные клапаны закрыты, и поршень сжимает смесь.Среди сообществ по настройке производительности очень часто слышать об идеальной степени сжатия для наилучшего зажигания. Степень сжатия - это разница между:
    a) Объем цилиндра (и камеры сгорания), когда поршень находится внизу
    b) Объем цилиндра (и камеры сгорания), когда поршень находится вверху
    Здесь это хорошая диаграмма, чтобы понять это:

    В статье в Википедии о степени сжатия (вы можете найти ее здесь) есть хороший и простой пример, который я вставлю сюда:

    Изобразите цилиндр и его камеру сгорания с поршень в нижней части его хода, содержащий 1000 см3 воздуха (900 см3 в цилиндре и 100 см3 в камере сгорания).Когда поршень переместился в верхнюю часть своего хода внутри цилиндра, а оставшийся объем внутри головки или камеры сгорания был уменьшен до 100 см3, тогда степень сжатия будет пропорционально описана как 1000: 100 или с частичным уменьшением. , степень сжатия 10: 1.

    Итак, предполагая, что мы достигли верхней части главы сгорания, мы можем перейти к следующему такту.
    3: Рабочий ход
    И снова впускной и выпускной клапаны закрыты, а поршень находится в верхней части камеры сгорания.Третий ход - когда свеча зажигания воспламеняет смесь.

    Конечно, здесь важно иметь однородную смесь топлива и воздуха, чтобы обеспечить наилучшее зажигание. Давление выпускаемых выхлопных газов этого зажигания заставит поршень двигаться вниз. Ранее в этом посте я сказал «взрыв». Я заключил это в кавычки, потому что хотел объяснить это здесь. По сути, это быстрое равномерное горение смеси. Не настоящий взрыв. Как вы, наверное, уже знаете, для возгорания вам нужен кислород.Вот почему соотношение воздух / топливо так важно (и многие из наиболее распространенных настроек производительности (нагнетатели, турбо, закись азота, вторичные воздушные фильтры и т. Д.) Связаны с получением смеси более высокого качества). Наиболее распространенное представление этого отношения - представление лямбда (λ), но я расскажу об этом подробно в будущих сообщениях в блоге. Если хотите узнать больше, вы всегда можете почитать википедию.
    4: Ход выхлопа
    Если вы посмотрите на диаграмму первого двигателя, вы заметите, что два из четырех цилиндров опущены, а другие - вверху.Это сделано для обеспечения согласованной работы, поскольку такты впуска (такт один) и выпуска (такт четыре) перемещают поршни с силой коленчатого вала, который приводится в движение двумя другими цилиндрами, которые передают ему мощность.

    Теперь, как вы и ожидали. Благодаря мощности соседнего цилиндра (ов), который перемещает коленчатый вал, поршень, который только что прошел третий ход, начнет двигаться вверх, и выпускной клапан (используя синхронизацию распределительного вала) откроется, чтобы выпустить выхлопные газы от предыдущего зажигания.

    Этот 4-тактный цикл продолжается до тех пор, пока в двигатель подается топливно-воздушная смесь. Вот анимированное изображение, которое, надеюсь, теперь будет понятно.

    Это принципы работы четырехтактного двигателя, которые наиболее широко используются в автомобилях и современных мотоциклах.
    Опять же, я намеренно опустил многие, многие, многие детали, так как это должно быть упрощенное введение, которое я буду использовать для будущих ссылок в других сообщениях блога.