Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Автор Servicing-Auto На чтение 5 мин Просмотров 652 Опубликовано 03.01.2016

Сегодня самым популярным и распространенным типом автомобильного двигателя является ДВС – двигатель внутреннего сгорания. Перечислять все виды транспортных средств, которые явно не ограничиваются обычными частными автомобилями, где используется такой тип мотора, просто не имеет смысла – их очень много. На данный момент такие движки активно эксплуатируются во всех сферах деятельности человека и устанавливаются на легковые машины, мотоциклы, танки, вертолеты, корабли, сельскохозяйственную технику и так далее.

Содержание

1. Что такое двигатель внутреннего сгорания
2. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
3. Виды двигателей по расположению поршней
4. Главные плюсы и минусы бензиновых двигателей внутреннего сгорания
5. Среди главных плюсов таких бензиновых моторов можно выделить:
6. Главными минусами бензиновых ДВС считаются:

Что такое двигатель внутреннего сгорания

Если не сильно вдаваться в подробности, то ДВС – это двигатель, работающий на тепловой энергии, которая образуется благодаря химическим процессам, происходящим во время сгорания топливной жидкости, которые, в свою очередь, преобразуют ее в механическую энергию. Таким образом, благодаря уникальной конструкции, с помощью обычной химии мы получаем агрегат, способный превратить груду металла в современный автомобиль. По своей конструкции двигатели делятся на двух- и четырехтактные. Также деление происходит и по способам, которые применяются для изготовления правильных горючих смесей – внутренние и внешние ДВС. Еще четыре класса появились исходя из того, как преобразовывается энергия внутри устройства: поршневые, комбинированные, турбинные и реактивные моторы. Однако, основной принцип работы всех двигателей относительно одинаков.

Самый первый мотор внутреннего сгорания был изобретен инженером Ленуаром в середине девятнадцатого века. Однако это был двухтактный двигатель, который достаточно быстро показал свою несостоятельность. Чаще всего принято считать, что наши современные ДВС сконструированы на основе первого четырехтактного мотора, изобретенного Николаусом Отто в 1876 году, спустя шестнадцать лет после изобретения Ленуара. Принцип работы двигателя основан, как ясно из названия, на четырехтактном постоянном цикле. Именно так работает большинство современных моторов.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Главная конструктивная особенность таких моторов заключается в том, что они используют в своей работе тепловую энергию расширяющихся под давлением газов. Это происходит в тот момент, когда двигаются поршни. Газы же расширяются под воздействием топливно-воздушных смесей, которые сгорают во время работы движка непосредственно внутри цилиндра. После того, как отрабатывается один цикл, для начала следующего агрегат самостоятельно выбрасывает отработанные газы, освобождая место для новой порции воздуха и топлива, которые вновь возгораются и приводят в движение нужные элементы агрегата.

Далее устройства автоматически, с помощью свечи, создают искру, которая поджигает топливо. За движение по системе топлива отвечают клапаны, находящиеся под управлением механических или электронных устройств системы подачи топлива и газового распределения.

В упрощенном варианте принцип работы двигателя внутреннего сгорания можно условно поделить всего на четыре основные фазы, которые составляют один полноценный рабочий цикл, повторяющийся постоянно:

1. Впуск
2. Сжатие
3. Рабочий ход
4. Выпуск

Поршни в это время двигаются, а их энергия с помощью коленчатого вала перекидывается на вал двигателя, создавая нужные вращательные движения. Некоторая часть энергии не расходуется на мощность двигателя, возвращаясь к поршням и позволяя им снова занять исходное положение. После этого они готовы к новому повторяющемуся циклу работы.

Система газораспределения отвечает за то, чтобы цилиндры постоянно очищались от отработанных газов и смесей, которые уже были использованы в предыдущем цикле. Более того, этот механизм также позволяет заново заполнить цилиндры нужным объемом свежей топливно-воздушной смеси. Существует два такта работы системы: выпускная (в начале цикла) и впускная (завершает цикл).

Также важным элементом любого ДВС является система зажигания. Ее основная задача, произвести электрический разряд и передать его на свечи. Это обеспечивается благодаря связи двух устройств с помощью специального высоковольтного кабеля. За корректностью поджигания следит тамблер, соединенный с каждой из свечей двигателя. Система разработана так, чтобы разряд получал только тот поршень, который на данный момент имеет достаточное количество топливно-воздушной смеси внутри. Корректная работа всей системы позволяет производить поджиг вовремя, не теряя мощности и полностью используя ее для хода автомобиля.

Чтобы мотор запустился, требуется стартовая система. Она сегодня есть в любой машине, и носит название – электрический стартер.

Виды двигателей по расположению поршней

В зависимости от того, какая конструкция коленчатого вала, существует несколько основных разновидностей мотора. Так, поршни в цилиндрах могут быть расположены по-разному. При этом, чем больше цилиндров участвует в работе, тем более равномерно распределяется усилие на вал, приводя к большей стабильности.

Сегодня существует несколько типов ДВС, в зависимости от того, как расположены цилиндры:

• Однорядные движки – цилиндры расположены в ряд. Возможны вертикальные или наклонные вариации.
• V-двигатели – цилиндры расположены таким образом, что выстраиваются в латинскую букву V.
• Оппозитные моторы – цилиндры в таких агрегатах находятся в противолежащем положении, располагаясь друг к другу под углом сто восемьдесят градусов.

Главные плюсы и минусы бензиновых двигателей внутреннего сгорания

Чаще всего мы привыкли использовать бензиновые движки. Вне зависимости от того, что сегодня ДВС являются самыми распространенными моторами во всем мире, они имеют как свои преимущества, так и свои очевидные минусы.

Среди главных плюсов таких бензиновых моторов можно выделить:

• Уровень шума, как и вибраций, значительно меньше, чем при использовании таких же моторов на дизельном топливе.
• При объемах, которые сопоставимы с «дизелем», бензиновый ДВС способен выдавать значительно большую мощность
• Высокие обороты даже в течение длительного времени никак не влияют на корректную работу движка и его срок службы.

Главными минусами бензиновых ДВС считаются:

• Большой, в сравнении с «коллегой» на дизеле, расход топлива.
• Повышенные требования к качеству используемого топлива.
• Постоянная необходимость в непрерывной работе системы зажигания автомобиля.
• Максимальная мощность находится в крайне небольшом диапазоне оборотов.

Как работают двигатели внутреннего сгорания?

Итак, вы автолюбитель и вам всегда было интересно, как работает автомобильный двигатель внутреннего сгорания. Эти двигатели используются в большинстве транспортных средств, которые используют топливо. IC — это чудо современной инженерной мысли. Это помогает нам перейти от экономики, ориентированной на труд, к экономике, ориентированной на машины, что позволяет нам делать больше с меньшими затратами.

В этом блоге мы рассмотрим, как работает двигатель внутреннего сгорания, от основ сгорания до сложных систем, обеспечивающих его работу.

Знакомство с двигателем внутреннего сгорания

Первый двигатель внутреннего сгорания, или ДВС, был построен Джоном Стивенсоном в 1798 году. ДВС представляют собой тепловые двигатели, которые преобразуют топливо в механическую энергию путем сгорания в замкнутом пространстве.

Свеча зажигания обычно обеспечивает этот процесс сгорания, а полученная энергия используется для перемещения поршня, который приводит в движение автомобиль.

Двигатель внутреннего сгорания является наиболее распространенным типом двигателя, используемого сегодня, 

• Автомобили 
• Мотоциклы
• Грузовики 

Компоненты двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой сложную машину, в которой для правильной работы используется множество компонентов. Наиболее важные компоненты двигателя внутреннего сгорания включают:

• Блок цилиндров
• Поршень
• Поршневые кольца
• Соединительные стержни
• Камера сгорания
• Уплотнения
• Коленчатый вал
• Кулачки и распределительный вал
• Маховик
• Топливная форсунка
• Свеча зажигания

Блок цилиндров

• Блок цилиндров является основным компонентом двигателя внутреннего сгорания.
• Его также называют блоком двигателя.
• Блок двигателя является основным компонентом поддержки, который удерживает и поддерживает другие компоненты двигателя.

Поршень  

• Поршень представляет собой трубчатый компонент внутри цилиндра двигателя.
• Внутри цилиндра движение поршня ограничено в одну сторону.
• Это часть камеры сгорания двигателя, которая создает механическую энергию путем преобразования сил, создаваемых выхлопными газами, в возвратно-поступательное движение.
• Образует нижнюю часть камеры сгорания.

Поршневые кольца

• Поршневые кольца обеспечивают герметичное уплотнение между поршнем и стенкой цилиндра.
• Помогает передавать тепло стенкам цилиндра, смазывать и выталкивать из него масло.

Шатуны

• Шатуны используются для соединения поршня с коленчатым валом.
• Поршневой палец соединяет меньший конец с поршнем, а больший конец соединяется с коленчатым валом с помощью шатунной шейки.

Камера сгорания

• Это пространство между поршнем и цилиндром в процессе сгорания.
• При сгорании топлива тепловая энергия выделяется расширяющимися газами, которые вызывают повышение давления в камере сгорания. Это давление перемещает поршень.

Уплотнения

• Уплотнения защищают подшипники и предотвращают утечку газа и масла за пределы цилиндра.

Коленчатый вал

• Это компонент, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение выходного вала.
• Подшипники используются для уменьшения трения и позволяют ему свободно двигаться, 

Кулачки и распределительный вал

• Кулачки и распределительные валы управляют открытием и закрытием выпускных и впускных клапанов.
• Они приводятся в движение коленчатым валом и запрограммированы открываться, оставаться открытыми и закрываться в очень точное время.

Маховик

• Маховик представляет собой массу, прикрепленную к выходному валу для создания равномерного крутящего момента и минимизации колебаний угловой скорости.

Топливная форсунка

• Топливные форсунки впрыскивают топливо через маленькое сопло в камеру сгорания.
• При открытии дроссельной заслонки топливо сначала смешивается с воздухом, а затем впрыскивается в цилиндры сгорания.

Свеча зажигания

• Свеча зажигания — это компонент, который расположен на головке блока цилиндров и используется для инициирования процесса сгорания посредством воспламенения.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловой двигатель, в котором сгорание топлива происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания. Тепловая энергия, выделяемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию, используемую для питания двигателя. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания сегодня является наиболее распространенным двигателем, используемым в автомобилях. Он работает, используя четыре такта для преобразования химической энергии топлива в механическую энергию. какие,

Такт впуска

• Такт впуска начинается, когда поршень движется вниз, всасывая воздух и топливо в цилиндр.

Такт сжатия

• Во время такта сжатия поршень движется вверх и сжимает топливовоздушную смесь.
• Это повышает температуру и давление смеси, делая ее более горючей.

Такт сгорания

• Такт сгорания начинается, когда свеча зажигания воспламеняет смесь воздуха и топлива под давлением, вызывая ее воспламенение.
• Горящее топливо создает силу высокого давления, которая толкает поршень вниз, создавая механическую энергию.

Такт выпуска

• Такт выпуска начинается, когда поршень движется вверх, выталкивая выхлопные газы из цилиндра.
• На этом цикл завершается, и двигатель готов к запуску следующего цикла.

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания представляют собой надежный и эффективный способ преобразования топлива в механическую энергию. Он используется в различных устройствах, от автомобилей до газонокосилок, и сегодня является наиболее распространенным двигателем, используемым в автомобилях.

Системы, задействованные в двигателе внутреннего сгорания

 

• Топливная система

 

• Топливная система отвечает за подачу топлива в двигатель.
• Обычно это делает топливный насос, который всасывает топливо из топливного бака и направляет его в двигатель.
• Затем топливо смешивается с воздухом в карбюраторе, что помогает создать горючую смесь.

 

• Система впуска воздуха

 

• Система впуска снабжает двигатель воздухом.
• Обычно это делает воздушный фильтр, который отфильтровывает пыль и другие частицы из воздуха, прежде чем он попадет в двигатель.

 

• Система зажигания

 

• Система зажигания отвечает за воспламенение топливно-воздушной смеси в двигателе.
• Это делает свеча зажигания, которая создает искру для воспламенения топливной смеси.

 

• Выхлопная система

 

• Выхлопная система отвечает за удаление выхлопных газов из двигателя.
• Это делается с помощью выпускного коллектора, который собирает выхлопные газы и направляет их из двигателя.

 

• Система охлаждения

 

• Система охлаждения отвечает за охлаждение двигателя.
• Радиатор является основным компонентом, обеспечивающим охлаждение двигателя. Он обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости по двигателю, чтобы предотвратить его перегрев.

 

• Система смазки

 

• Система смазки обеспечивает плавность и отсутствие трения движущихся частей двигателя.
Масло
• — наиболее часто используемая смазка в двигателях внутреннего сгорания.

Заключение

Понимая, как работает двигатель внутреннего сгорания, мы можем лучше оценить его возможности и ограничения. Чтобы узнать больше о двигателях и аналогичных темах, ознакомьтесь с нашими курсами, такими как Программа последипломного образования по проектированию и анализу гибридных электромобилей и проектированию и разработке электромобилей. Skill-lync предлагает курсы исключительно для выпускников инженерных специальностей, чтобы поднять свою карьеру на новый уровень. Свяжитесь с нашими экспертами для получения дополнительной информации!

Как работает свободный поршневой двигатель

Здесь вы можете получить принцип работы свободного поршневого двигателя.

Свободнопоршневой двигатель — линейный «бескривошипный» двигатель внутреннего сгорания, в котором движение поршня не управляется коленчатым валом, а определяется взаимодействием сил от газов камеры сгорания, отбойного устройства (например, поршень в закрытом цилиндре) и нагрузочное устройство (например, газовый компрессор или линейный генератор переменного тока).

Целью всех таких поршневых двигателей является выработка энергии. В свободнопоршневом двигателе эта мощность не передается на коленчатый вал, а вместо этого извлекается либо за счет давления выхлопных газов, приводящего в движение турбину, либо за счет привода линейной нагрузки, такой как воздушный компрессор для пневматической энергии, либо за счет включения линейного генератора переменного тока непосредственно в двигатель. поршни для производства электроэнергии.

Оглавление

Что такое двигатель со свободным поршнем

Двигатель со свободным поршнем — это двигатель внутреннего сгорания, в котором коленчатый вал из повседневного двигателя внутреннего сгорания, используемого в транспортных средствах, удален, а механическая работа получается только за счет возвратно-поступательного движения поршня. или через средства нескольких различных средств.

Выработка электроэнергии является основной причиной поршней такого типа, которые могут быть получены с помощью любого способа, как с помощью давления выхлопных газов, которое может использоваться для приведения в действие турбины, так и с помощью линейного движения поршня который можно использовать в качестве воздушного компрессора для пневматического электричества или посредством соединения линейного генератора переменного тока с передающим поршнем для выработки электроэнергии.

Работа двигателя со свободным поршнем

Область применения двигателя со свободным поршнем настолько широка, что для более глубокого понимания работы двигателя FP мы должны говорить о его
нескольких применениях, которые:

1. Генератор электроэнергии

Генератор электроэнергии – это устройство, которое используется для выработки электроэнергии с помощью двигателя FP в качестве внешнего источника энергии. Для выработки мощности линейный генератор переменного тока соединен в качестве нагрузочного устройства с двигателем FP.

Принцип работы этого электрогенератора следующий:

• Топливо поступает в камеру сгорания двигателя в такте расширения и воспламеняется в конце такта сжатия либо от свечи зажигания (бензиновый двигатель), либо от сжатия (дизель).
• Это сгорание топлива внутри камеры сгорания создает импульсы высокого напряжения на поверхности поршня, что, в свою очередь, приводит к возвратно-поступательному движению поршня.
• Это возвратно-поступательное движение поршня затем передается линейному генератору переменного тока, который используется в качестве нагрузочного устройства и соединен с поршнем.
• За счет возвратно-поступательного движения постоянного магнита, прикрепленного к шатуну поршня, происходит колебание магнитного поля, которое индуцирует ток и напряжение в катушке и вырабатывается электричество, которое в дальнейшем запасается в аккумуляторе (аккумуляторе ) используется в генераторе электроэнергии для дальнейшего использования.

2. Воздушный компрессор

Это инструмент, который используется для сжатия или повышения давления воздуха для различных целей, таких как пневматические машины, с помощью двигателя со свободным поршнем в качестве внешнего источника энергии.

Для использования двигателя F P в качестве воздушного компрессора не используется нагрузочное устройство, однако может быть соединение цилиндра воздушного компрессора с пластинами
, установленными на хвостовой части поршня.

Воздушный компрессор FP работает следующим образом:

• То же, что и в электрогенераторе топливо поступает в конце такта расширения и воспламеняется в такте сжатия двигателя FP соответственно, однако имеется поступление свежего воздуха внутрь цилиндра воздушного компрессора на протяжении всего такта расширения через впускной клапан цилиндра компрессора.
• За счет этого сгорания создается возвратно-поступательное движение поршня, который, в свою очередь, сжимает воздух внутри компрессора с помощью запорной пластины, установленной на хвостовой части поршня.
• Затем этот сжатый воздух отводится через выпускной клапан компрессора для дополнительной работы.

Примечание. В конце такта расширения воздух из компрессора поступает в цилиндр в задней части и заставляет поршень снова начать такт сжатия.

3. Вращение турбины

Двигатель со свободным поршнем также используется для вращения турбины турбоэлектрогенератора для производства электроэнергии.

В этом применении двигателя FP вместо возвратно-поступательного движения поршня давление выхлопных газов двигателя используется для приложения давления к лопастям турбины, что, в свою очередь, вызывает вращение турбины.

Работа турбоэлектрогенератора, использующего двигатель FP в качестве источника энергии, выглядит следующим образом:

• Поступление топлива через впускное отверстие двигателя происходит в конце такта расширения двигателя.
• После входа впускное отверстие для топлива закрывается и происходит сжатие топлива за счет такта сжатия, что в свою очередь увеличивает давление топлива внутри камеры сгорания.
• После этого сжатия топливо воспламеняется либо от свечи зажигания (бензиновый двигатель), либо от сжатия (дизельный двигатель) в зависимости от типа используемого двигателя FP.
• Благодаря этому сгоранию топлива создается импульс высокого давления, который в свою очередь толкает поршень и происходит расширение газов, образующихся при сгорании.
• Газы, расширенные во время такта расширения, затем выбрасываются под высоким давлением через выпускной канал двигателя во время такта расширения.
• Эти выхлопные газы под высоким давлением обдуваются лопатками турбины электрогенератора, что, в свою очередь, вызывает вращение турбины и выработку электроэнергии.

Основные компоненты свободнопоршневого двигателя

Свободнопоршневой двигатель работает по тому же принципу, что и двигатель внутреннего сгорания транспортного средства, т. работа. Таким образом, компоненты каждого двигателя также почти идентичны. В основном это ударный двигатель.

Основными компонентами двигателя FP являются-

1. Камера сгорания или цилиндр- Так же, как и двигатель I C, цилиндр внутреннего сгорания представляет собой негибкую цилиндрическую камеру, внутри которой происходит сгорание бензина-воздуха, а также корпус, внутри которого движется поршень.
2. Поршень- Это жесткая цилиндрическая часть двигателя FP, которая производит возвратно-поступательное движение в камере сгорания за счет сгорания воздушно-бензиновой смеси, как и двигатель IC.
3. Головка двигателя- Это головка двигателя, к которой крепится свеча зажигания или бензиновый инжектор, головка двигателя устанавливается над камерой сгорания аналогично двигателю IC.
4. Свеча зажигания или топливная форсунка- Свеча зажигания используется для воспламенения воздушно-бензиновой смеси, а топливная форсунка впрыскивает дизельное топливо в процессе сжатия воздуха, что приводит к сгоранию.
5. Цилиндр отскока: Цилиндр с поршнем, соединенным с главным поршнем. Основная характеристика цилиндра отскока состоит в том, чтобы сохранить силу во время расширения двигателя FP и использовать ее при запуске такта сжатия еще раз для работы.
6. Нагрузочные устройства — Это устройства, которые используются в свободнопоршневых двигателях в качестве замены коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Выбор используемого нагрузочного инструмента зависит от требуемого применения двигателя FP. например

• Линейный генератор соединен с поршнем двигателя FP для технологии электричества.

Примечание — Для некоторых применений двигателя FP, таких как воздушный компрессор, вращение турбины и т. д. Для получения механической работы не используется нагрузочное устройство.

7 . Топливо — Конечно, как и в двигателе IC, наиболее важной частью двигателя FP является топливо, которое может быть бензиновым или дизельным в зависимости от типа используемого двигателя FP, т. е. двигателя FP с искровым зажиганием или двигателя FP с воспламенением от сжатия.

• Топливо (воздух-топливо) представляет собой химическую энергию, которая сжигается внутри камеры сгорания для производства механической работы, т. е. возвратно-поступательного движения поршня.

Преимущества

Потенциальные преимущества концепции свободного поршня включают:

• Простая конструкция с небольшим количеством движущихся частей, что дает компактный двигатель с низкими затратами на техническое обслуживание и уменьшенными потерями на трение.
• Эксплуатационная гибкость за счет переменной степени сжатия позволяет оптимизировать работу для всех условий эксплуатации и работы на нескольких видах топлива. Свободнопоршневой двигатель также хорошо подходит для работы с воспламенением от сжатия гомогенного заряда (HCCI).
• Высокая скорость поршня вокруг верхней мертвой точки (ВМТ) и быстрое расширение рабочего хода улучшают перемешивание топлива с воздухом и сокращают время, необходимое для теплопередачи и образования зависящих от температуры выбросов, таких как оксиды азота (NOx)

Недостатки

• Свободнопоршневой двигатель представляет собой управление двигателем, о котором можно сказать, что оно полностью решено только для однопоршневых гидравлических свободнопоршневых двигателей. Такие вопросы, как влияние изменений процесса сгорания от цикла к циклу и характеристик двигателя в переходном режиме в двухпоршневых двигателях, требуют дальнейшего изучения. К двигателям с коленчатым валом можно подключать традиционные аксессуары, такие как генератор переменного тока, масляный насос, топливный насос, система охлаждения, стартер и т.