Виды характеристик

Режим работы ДВС характеризуется частотой вращения коленчатого вала и развиваемой мощностью. Частота вращения пможет изменяться отn_minдо n_max. Минимальная частота вращенияn_minопределяется условием устойчивой работы двигателя под нагрузкой. Максимально допустимая частотаn_maxограничивается условием качественного протекания рабочего цикла, механическими нагрузками на элементы кривошипно-шатунного механизма двигателя от воздействия сил инерции и т. п. При любой частоте вращения эффективная мощность двигателя и соответствующий данному режиму крутящий момент могут изменяться от нулевого значения (режим холостого хода) до максимального.

Оценка работы двигателя на переменных режимах осуществляется с помощью характеристик, которые обычно графически выражают зависимость основных показателей двигателя от параметра, характеризующего режим работы двигателя (нагрузка, частота вращения коленчатого вала), или от какого-либо регулировочного параметра (угол опережения зажигания, коэффициент избытка воздуха и т.

п.).

Характеристики двигателя позволяют судить о возможности его использования для работы с данным потребителем. Специфические условия работы двигателя с различными потребителями определяют различные типы характеристик. Для анализа работы автотракторных двигателей внутреннего сгорания используются следующие характеристики: скоростная, нагрузочная, регуляторная и регулировочная.

Помимо этих основных характеристик для двигателей другого назначения могут использоваться специальные характеристики: тепловозная, винтовая и др.

Режимы работы автомобильного двигателя определяются условиями движения автотранспортного средства и характеризуются широким диапазоном изменения нагрузки и частоты вращения. Изменение скоростного режима работы двигателя обеспечивает необходимое изменение скорости движения автомобиля на данной передаче. На каждой скорости движения, при любой частоте вращения коленчатого вала двигателя, его нагрузка может изменяться от нуля до максимального значения.

На рис. 14.1 представлены характерные скоростные характеристики для эффективной мощности карбюраторного (а) и дизельного (б) двигателей.

а) б)

Рис.14.1

Возможные режимы работы двигателя, работающего в транспортных условиях, характеризуются точками, расположенными внутри контура, ограниченного кривой изменения мощности в зависимости от частоты вращения и линиями граничных частот вращения.

При проектировании двигателей некоторые характеристики могут быть получены в результате расчета (скоростные и нагрузочные), хотя и в этом случае многие параметры определяются по эмпирическим зависимостям, полученным на основании обработки большого числа опытных данных.

Скоростная характеристика — зависимость мощности N, крутящего момента M_кр, расхода топлива G_ти удельного расхода топлива g_eот частоты вращения коленчатого вала двигателя. Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.

Скоростную внешнюю характеристику получают при полном открытии дроссельной заслонки карбюратора или при положении рейки топливного насоса дизеля, соответствующем номинальной мощности (линии aна рис.14.1). Любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой (линииbна рис.14.1).

Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках. Характеристику получают в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения до ~1.2n

ном, где n_ном— частота вращения, указанная заводом-изготовителем для номинальной мощности.

Для оценки устойчивости режима двигателя при работе по внешней характеристике используют коэффициент приспособляемости К, который равен отношению максимального крутящего момента (или среднего эффективного давления) при работе двигателя по внешней характеристике к крутящему моменту (или среднему эффективному давлению), соответствующему номинальной частоте вращения вала двигателя.

Для транспортных карбюраторных двигателей коэффициент приспособляемости равен 1.25 – 1.35, для транспортных дизелей 1.05-1.15, причем меньшие значения коэффициента приспособляемости имеют двигатели с наддувом.

Скоростной диапазон устойчивой работы двигателя оценивается скоростным коэффициентом K

c, равным отношению частоты вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту при работе двигателя по внешней характеристике, к частоте вращения на номинальном режиме. Скоростной коэффициент у карбюраторных двигателей составляет 0.45 – 0.55, а у дизелей 0,55 – 0,70 (при наддуве до 0.8).

С достаточной степенью точности внешние скоростные характеристики можно построить по результатам теплового расчета для режима максимальной мощности двигателя. Диапазон возможных изменений скорости вращения лежит в интервале от 600 об/мин до 1.2n_номдля карбюраторных двигателей и от ~350 об/мин до n_ном для дизелей.

Зависимость мощности двигателя от скорости его вращения можно выразить следующим обобщенным выражением

Для карбюраторных двигателей приведенное выражение упрощается и приобретает вид

Для дизелей с неразделенной камерой сгорания рекомендуется зависимость

для предкамерных дизелей

и вихрекамерных

Удельный эффективный расход топлива определяется по следующим уравнениям:

для карбюраторных двигателей

для дизелей с неразделенными камерами

На рис. 14.2 в качестве примера представлены расчетные внешние скоростные характеристики одного из карбюраторных двигателей.

Двигатели внутреннего сгорания часто работают при переменной частоте вращения коленчатого вала, но при постоянном положении органа управления, соответствующем меньшей подаче топлива или смеси, чем при работе по внешней характеристике. Зависимость эффективной мощности двигателя от частоты вращения его вала при различных положениях органа управления подачей топлива или смеси называют частичными скоростными характеристиками.

При работе по частичной скоростной характеристике с цикловой подачей топлива, близкой к номинальной и соответствующей наиболее

экономичной работе дизеля, эффективный КПД может быть даже выше, чем при работе по внешней скоростной характеристике.

Рис.14.2

В карбюраторных двигателях с экономайзером в карбюраторе при работе по частичным характеристикам, соответствующим прикрытию дроссельной заслонки на 20-30%, эффективный КПД выше, чем при работе двигателя по внешней характеристике.

Расчеты частичных скоростных характеристик являются приближенными, поэтому определяют эти характеристики путем эксперимента.

Двигатели и их разновидности / Автобегиннер.ру

Как известно, движущей силой большинства автомобилей является двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Устройство его достаточно сложно даже для профессионала, не говоря уже о новичках. Но, покупая машину, всегда приходится обращать внимание на характеристики двигателя. Зачастую люди попросту теряются, не зная, какой автомобиль или какую его версию выбрать. Данная статья поможет вам освоиться в такой сложной технической сфере, как двигатели внутреннего сгорания.

Прежде всего, поговорим о технических характеристиках двигателей.

Основными внешними характеристиками являются:

Количество цилиндров

В современных автомобилях варьируется от 2 до 16. Этот показатель является достаточно серьезным. Так, два двигателя с одинаковым объемом и мощностью, могут сильно различаться по другим параметрам.

Расположение цилиндров

Различают два типа расположения: рядное, когда все цилиндры расположены последовательно друг за другом, и V-образное, когда на одном коленвале цилиндры расположены с обоих сторон. В этом случае большую роль играет угол развала цилиндров.

Так, большой угол развала понижает центр тяжести, облегчает охлаждение и маслоподачу, но в то же время снижает динамические характеристики и увеличивает инерционность, малый угол позволяет достичь уменьшения веса и инерционности, но способствует более быстрому перегреву.

Радикальной разновидностью такого двигателя является оппозитный двигатель с углом развала в 180°. В этом случае все его преимущества и недостатки выражаются в своем максимальном проявлении. Еще одна разновидность V-образного двигателя – W-образный. Он представляет из себя два V-образных двигателя, синхронизированных и включенных в общую систему привода. V-образные двигатели также называют двурядными, а W-образные – четырехрядными.

Существует также уникальный тип двигателя – рядно-V-образный, являющийся синтезом этих двух разновидностей. В этом случае цилиндры расположены последовательно, но с отклонением по обе стороны, что способствует лучшему охлаждению.

В целом же можно заметить, что различие между двумя основными типами двигателей заключается в их массе и габаритах. Но наиболее важным является то, что наименьший уровень шума и вибраций достигается только тогда, когда в нем в одном ряду расположено четное количество цилиндров.

Объем камер сгорания

Зачастую в литературе встречается выражение «объем двигателя», аналогичное данному. Объем напрямую влияет абсолютно на все остальные характеристики ДВС. Следует заметить, что в большинстве случаев увеличение объема ведет к увеличению как расхода топлива, так и мощностных характеристик. Уменьшение же объема – наоборот.

Материал двигателя

Современные двигатели в основном изготовлены из трех типов материалов – чугун или другие ферросплавы дает наибольшую прочность, но является наиболее тяжелым. Алюминий и его сплавы – малый вес и средняя прочность. Магниевые сплавы – наименьший вес и высокая прочность, однако цена просто огромна.

Однако, эти характеристики, по сути, отражают лишь ресурсные и шумовибрационные качества двигателей.

Для владельцев авто обычно более важными являются выходные характеристики:

Мощность

Максимальный уровень отдачи. Измеряется в лошадиных силах (л.с.) или киловаттах (кВт). Определяет скорость автомобиля и время его разгона до определенной скорости.

Крутящий момент

Максимальное тяговое усилие, создаваемое двигателем. Измеряется в Ньютон-метрах (Н·м). Косвенно влияет на скорость и разгон и прямо – на эластичность двигателя – способность ускоряться на низких оборотах.

Максимально допустимое число оборотов коленвала в минуту (об/мин)

Показывает, сколько оборотов коленвала в минуту сможет выдержать двигатель без потери в ресурсной прочности. Обычно большое число оборотов указывает на более резкий и динамичный характер авто.

Эти характеристики имеют наибольшее значение при покупке автомобиля.

Но, кроме того, не менее важны расходные характеристики:

Расход топлива

В большинстве стран измеряется в литрах на 100 километров. Обычно разделяется на расход в городском, загородном и смешанном циклах.

Тип топлива

Марка потребляемого бензина или дизельного топлива (ДТ). В современных автомобилях возможно использование любых марок топлива, но при снижении октанового числа падают как ресурсная прочность, так и мощность, а при повышении сверх нормы – повышается мощность, но снижается ресурс. Также при повышении октанового числа увеличивается теплоотдача, что может привести к раннему перегреву. Пример марок топлива: А-76, А-92, АИ-98, А-95Евро, ДТ, ДТ Евро, ДТ Супер.

Расход масла

Как и для топлива, измеряется в литрах, но на 1000 км. Максимальный показатель для исправной машины – 1л/1000км.

Марка потребляемого масла

Обычно используется цифровое обозначение вида ххWхх. Первое число – густота масла, второе – его вязкость. Например – 0W40 и 5W40 – синтетические масла, 10W40 – полусинтетическое масло, 15W40 и 20W40 – минеральные масла. Второе число также может изменяться. Более густые и вязкие масла улучшают прочность и надежность двигателя, менее густые – улучшают динамические выходные характеристики.

Внимание! Масла с обозначением типа 70W90 или 95W100 являются трансмиссионными и ни в коем случае не подлежат использованию в двигателе. Использование таких масел гарантированно приведет к неисправности двигателя!

Ресурсная прочность – как часто двигатель нуждается в техническом обслуживании

Обычно изменяется в пределах 5000-30000 километров пробега. Также к ресурсной прочности относится предельный пробег двигателя, который примерно позволяет определить срок его службы и гарантийный пробег, после которого прекращаются гарантийные обязательства.

Вот, пожалуй и все характеристики, которые интересуют среднестатистического владельца.

Однако, для двигателя также выделяется широкий ряд сложных технических спецификаций:

Тип топливной системы

Существуют две основные разновидности – бензиновые и дизельные двигатели. Бензиновые двигатели обычно имеют большую мощность, в то время как дизельные отличаются более низким расходом и большим крутящим моментом.

Тип бензиновой системы впуска

Современные автомобили оснащаются исключительно электронной системой впрыска (инжекции) топлива. Такая система позволяет добиться большего коэффициента полезного действия (КПД). Однако ранее автомобили в большинстве оснащались карбюраторной системой впуска топлива. В отличии от инжектора, карбюратор не распыляет топливо в камере сгорания, а вбрасывает в нее струю, что негативно влияет на КПД, расход топлива и удобство управления.

Обычно карбюратор устанавливается на двигатель в одном экземпляре, многокарбюраторные двигатели – прерогатива тюнинговых и спортивных моделей.

Тип бензиновой системы впрыска

Если говорить о впрыске бензина, то тут выделяют две большие группы двигателей – с одноточечным и многоточечным впрыском. В современных двигателях одноточечная система практически не используется, так как падение мощности намного больше, чем снижение расхода топлива.

Многоточечный впрыск, в свою очередь, также делится на распределенный впрыск и прямой впрыск. При распределенном впрыске в камере сгорания создается равномерная смесь. Эта система обеспечивает стабильность работы в любых режимах и неприхотливость. Прямой, или непосредственный впрыск, как это ни парадоксально, повышает одновременно мощность и ресурсную прочность, а также снижает расход топлива. Но недостатки этой системы – большая стоимость, требовательность к качеству топлива и нестабильная работа на малых оборотах и при холодном старте.

Обе системы имеют достоинства и недостатки, поэтому одно из последних новшеств – комбинированный или двойной впрыск. Устройство этой системы просто – в двигателе применены обе эти системы раздельно и при изменении режимов работы электроника переключается между ними.

Тип дизельной системы впрыска

Несмотря на простоту дизельного двигателя, система его впрыска сложнее, чем у бензинового. В общем, применяются те же системы впрыска, но они построены по другому принципу.

Существуют следующие разновидности этих систем: система с топливным насосом высокого давления (ТНВД), насос-форсунками, общей топливной рампой Common Rail и аккумуляторной рампой Common Rail.

ТНВД – наиболее примитивная система дизельного впрыска. Она обеспечивает достаточно скромные характеристики, поэтому сама по себе эта система почти не используется.

Система с насос-форсунками – также малоиспользуемый вариант. В этом случае каждая форсунка впрыска является еще и насосом, подающим топливо в камеру сгорания. Характеристики в этом случае получше, но стабильной работы двигателя все равно добиться сложно.

Общая топливная рампа высокого давления Common Rail является синтезом этих двух систем. В ней используется ТНВД, подающий топливо в рампу, где оно сжимается и под высоким давлением впрыскивается в камеру сгорания. Данная система является лучшей на сегодняшний день, так как она обеспечивает высокие мощностные характеристики и низкий расход топлива.

Аккумуляторно-возвратная рампа Common Rail второго поколения является продолжением данной идеи. В ней сжатие в рампе происходит за счет накопления топлива, а излишки возвращаются обратно в ТНВД, что уменьшает насосные потери мощности и расход топлива.

Тип форсунок впрыска – механические или пьезотронные

Различий в характеристиках двигателя они не создают, но пьезотронные форсунки создают более плавный рабочий цикл и, кроме того, их легче настраивать.

Количество клапанов на впуске/выпуске

Варьируется от 2 до 5 на цилиндр. Большее число клапанов обеспечивает более плавную работу и большую мощность, при этом незначительно увеличивая расход топлива.

Наличие компрессора

По этому параметру двигатели делятся на атмосферные, компрессорные и турбонаддувные.

Атмосферные двигатели – не имеющие компрессора. Все компрессоры работают по одному и тому же принципу – сжатия впускной смеси.

Различие между механическими компрессорами и турбонаддувом заключается в типе их привода. Если механический компрессор приводится непосредственно от коленвала двигателя, что создает определенные потери в мощности и увеличивает расход топлива, то турбонаддув включает в себя крыльчатку турбины, которая раскручивается от давления выхлопных газов. Такая схема надежнее и не дает потерь, но обеспечивает меньший прирост крутящего момента, особенно на малых оборотах.

Встречаются отдельные двигатели, на которых установлены несколько компрессоров – либо последовательно, что улучшает стабильность работы, либо параллельно, что повышает характеристики в пиковых режимах работы.

Система газораспределения

Состоит из механизма газораспределения, распределительных валов и привода. Количество распределительных валов может изменяться, но наиболее распространенная схема – по 1 распредвалу на каждые 8 клапанов.

Привод газораспределительного механизма (ГРМ) бывает двух типов – цепь и ремень. Ремень более прост, однако требует регулярной замены. Цепь же по определению более надежна, но более шумна (издает характерный металлический лязг) и дорога.

Механизм газораспределения

Кроме простейшего статического механизма выделяют динамические – с изменяемой высотой подъема клапанов или изменяемыми фазами газораспределения.

Первая система позволяет переключаться между двумя режимами движения – например, между экономичным и скоростным. Система изменения фаз газораспределения обеспечивает более ровную работу во всем диапазоне рабочих оборотов коленвала двигателя.

Существует также большое множество других особенностей и спецификаций двигателей, но они оказывают меньшее влияние на их характеристики.
Надеемся, что данная статья поможет вам лучше ориентироваться в сложном мире техники….

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

«» Мы прошли долгий путь с момента появления первого двигателя внутреннего сгорания. Елена Попова / Getty Images

Двигатель внутреннего сгорания , высвобождающий энергию, которая приводит в движение наши автомобили и питает наш мир, является чудом инженерной мысли. Благодаря контролируемому взрыву топлива этот четырехтактный двигатель плавно преобразует энергию в мощное механическое движение, продвигая нас вперед с беспрецедентной эффективностью.

От волнующего грохота спортивного автомобиля до оглушительного рева взлетающего самолета это изобретение изменило транспорт, сформировав саму ткань нашего современного образа жизни. Его воздействие резонирует далеко и широко, через дороги и небеса, которые соединяют всех нас.

Реклама

Содержание

1. Что такое двигатель внутреннего сгорания?
2. Механика и компоненты
3. Четырехтактный цикл
4. Типы двигателей внутреннего сгорания
5. Двигатели внутреннего сгорания и промышленная революция
6. Двигатели внутреннего и внешнего сгорания

htm»> Что такое двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания — это тип теплового двигателя, который широко используется в различных областях, особенно на транспорте. Этот двигатель выступает в качестве основного источника энергии для автомобилей, мотоциклов, самолетов, лодок и многих других машин.

Двигатель работает, превращая запасенную в топливе энергию в полезную энергию, которая заставляет эти машины двигаться. Он делает это, тщательно контролируя взрывы, которые создают силу, которая затем приводит в действие части двигателя и заставляет все работать вместе.

Реклама

Представьте себе двигатель внутреннего сгорания как мощную мышцу, которая преобразует энергию, запасенную в топливе, в движение, приводя в движение транспортные средства и механизмы. Точно так же, как наши мышцы используют энергию пищи для движения тела, двигатель использует контролируемые взрывы для преобразования энергии топлива в механическую энергию, толкающую машины вперед.

Мощное преобразование энергии из топлива помогает транспортным средствам и технике выполнять свою работу и доставлять нас туда, куда нам нужно.

Реклама

Механика и компоненты

Двигатель внутреннего сгорания состоит из нескольких ключевых компонентов, работающих вместе для производства энергии:

• Цилиндр представляет собой герметичную камеру, в которой происходит активное сгорание.
• Поршень совершает плавные возвратно-поступательные движения вверх и вниз.
• Коленчатый вал берет на себя управление, преобразуя прямолинейное движение поршня в активное вращательное движение.
• Клапаны , включая впускной и выпускной клапаны, активно регулируют поток топливно-воздушной смеси и выброс выхлопных газов.
• Наконец, свеча зажигания активно генерирует искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, приводя в движение всю производительность. Эти компоненты работают вместе, активно создавая мощную и согласованную работу двигателя.

Реклама

Четырехтактный цикл

В большинстве двигателей внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл, включающий такты впуска, сжатия, сгорания и выпуска для эффективного преобразования топлива в механическую энергию.

1. Во время такта впуска поршень движется вниз, создавая разрежение, которое всасывает топливно-воздушную смесь в цилиндр.
2. В такте сжатия оба клапана закрываются, и поршень движется вверх, сжимая смесь.
3. Свеча зажигания воспламеняет сжатую смесь в такт сгорания , что приводит к быстрому взрыву. Газы под высоким давлением от сгорания толкают поршень вниз в рабочем такте, производя механическую работу.
4. Наконец, выпускной клапан открывается в такте выпуска , позволяя поршню вытеснить отработавшие газы.

Чтобы лучше понять этот процесс, представьте четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания как музыкальное представление.

Объявление

Такт впуска выполняет роль проводника, подводящего топливно-воздушную смесь. Такт сжатия вызывает волнение, точно так же, как растущее предвкушение в аудитории. Такт горения создает взрывной взрыв, похожий на кульминацию музыки. Наконец, такт выпуска выпускает отработавшие газы, как плавное затухание музыки.

Вместе эти удары работают в гармонии, приводя транспортные средства в движение, создавая симфонию движения.

Реклама

Типы двигателей внутреннего сгорания

Существует три основных типа двигателей внутреннего сгорания, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и области применения:

• Газовые двигатели , также известные как бензиновые двигатели, обычно используются в автомобилях. Они работают путем воспламенения топливно-воздушной смеси от свечи зажигания. Такт впуска создает вакуум, всасывая смесь. Во время такта сжатия смесь сжимается, а при воспламенении происходит сгорание, вырабатывающее мощность. Газовый двигатель, который иногда называют двигателем с искровым зажиганием, известен своей быстрой реакцией на дроссельную заслонку, высокими оборотами и плавной работой.
• Дизельные двигатели , с другой стороны, являются мощными рабочими лошадками, устанавливаемыми на грузовики и автобусы. Они работают иначе, чем газовые двигатели. В дизельном двигателе воздух сильно сжат, и топливо впрыскивается непосредственно в горячий сжатый воздух. Это создает контролируемое сгорание без необходимости использования свечи зажигания. Дизельные двигатели отличаются исключительной топливной экономичностью, высоким выходным крутящим моментом и надежностью, что делает их идеальными для выполнения сложных задач.
• Турбины используются в авиационных двигателях, силовых установках и кораблях. У них нет поршней, как у бензиновых и дизельных двигателей. Вместо этого они используют непрерывный поток воздуха или дымовых газов. В процессе впуска воздух сжимается, и когда топливо добавляется и воспламеняется, происходит быстрое сгорание. Образовавшиеся под высоким давлением газы проходят через лопасти турбины, быстро их раскручивая. Это вращательное движение используется для питания двигателя или выработки электроэнергии. Турбины обладают высоким удельным весом, быстрым ускорением и надежностью, что делает их незаменимыми для авиации и производства электроэнергии.

Реклама

Двигатели внутреннего сгорания и промышленная революция

Изобретение двигателя внутреннего сгорания значительно повлияло на промышленную революцию. Несколько изобретателей сыграли свою роль в разработке двигателя, но Николаусу Отто приписывают создание первого двигателя внутреннего сгорания в 1876 году. Но это могло быть возможно только благодаря достижениям бельгийского инженера Жана Жозефа Этьена Ленуара десятилетиями ранее.

В 1859 году Ленуар создал двигатель, в котором использовалась смесь угля, газа и воздуха, воспламеняемая от электрической искры. Его двигатель был первым коммерчески успешным двигателем внутреннего сгорания, использовавшимся в основном в стационарных условиях.

Реклама

Несмотря на ограниченную эффективность, это был важный шаг в развитии технологии двигателей. Новаторская работа Ленуара заложила основу для последующих инноваций таких изобретателей, как Отто, что привело к созданию более эффективных и практичных двигателей внутреннего сгорания, которые мы имеем сегодня.

До изобретения Отто промышленный ландшафт в основном зависел от энергии пара. Паровые машины были громоздкими, требовали большой инфраструктуры и были преимущественно стационарными. Затем появился двигатель внутреннего сгорания и представил портативный и эффективный источник энергии, полностью изменивший транспорт.

Компактный размер и портативность двигателя позволили использовать его в транспортных средствах, таких как автомобили и локомотивы, что привело к беспрецедентной мобильности и быстрой перевозке товаров и людей. Этот прогресс в области транспорта значительно облегчил торговлю, расширил рынки и способствовал росту городов и урбанизации.

В промышленном мире широкое распространение двигателей в промышленных машинах и оборудовании произвело революцию в трудоемких процессах. Он приводил в действие машины и инструменты, увеличивая производительность и эффективность и продвигая вперед весь промышленный сектор.

Реклама

Двигатели внутреннего и внешнего сгорания

Внутреннее сгорание и внешнее сгорание — это два разных метода использования энергии из топлива.

Внутреннее сгорание относится к процессу, при котором сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Топливо, обычно смесь воздуха и углеводорода, воспламеняется внутри камеры сгорания, что приводит к управляемым взрывам. Эти взрывы создают высокое давление и температуру, которые приводят в движение поршни, в конечном итоге преобразуя энергию в механическую работу.

Реклама

С другой стороны, внешнее сгорание предполагает сжигание топлива вне двигателя для производства тепла. Затем это тепло передается рабочей жидкости, такой как пар или газ, которая расширяется и приводит в движение поршень или турбину. Примеры двигателей внешнего сгорания включают паровые двигатели и двигатели Стирлинга.

Эта статья была создана с использованием технологии искусственного интеллекта, затем проверена и отредактирована редактором HowStuffWorks.

Реклама

​

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Desiree Bowie «Что такое двигатель внутреннего сгорания?» 11 июля 2023 г.
HowStuffWorks.com. 23 июля 2023 г.

Citation

Двигатели внутреннего сгорания: питание мира

Фото автора emkanicepic на Pixabay Джагаджит Моханти

Джагаджит Моханти

🇮🇳 Дипломированный инженер-стажер (GET) 𝘭 𝘌𝘯𝘨𝘪𝘯𝘦𝘦𝘳𝘪𝘯𝘨⚙️|| Эксперт в предметной области || 𝘋𝘪𝘨𝘪𝘵𝘢𝘭 𝘔𝘢𝘳𝘬𝘦𝘵𝘪𝘯𝘨💱 || 𝘙𝘰𝘣𝘰𝘵𝘪𝘤𝘴🤖

Опубликовано 13 июня 2023 г.

+ Подписаться

Узнайте больше о двигателях внутреннего сгорания и будущем

Введение

Двигатели внутреннего сгорания (ВС) уже более века являются основой современного транспорта. Они сыграли решающую роль в формировании нашего образа жизни и работы, приводя в действие все, от автомобилей и генераторов до промышленного оборудования. Двигатель IC представляет собой сложное устройство, которое преобразует энергию, выделяемую при сгорании топлива, в механическое движение, продвигая наш мир вперед. В этой статье мы рассмотрим внутреннюю работу этих мощных машин, углубимся в их различные типы, компоненты и области применения, а также обсудим их преимущества, недостатки и перспективы на будущее.

Наука о двигателях внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, использующий химическую энергию, хранящуюся в топливе, для преобразования ее в механическую энергию. Фундаментальный процесс, лежащий в основе двигателя внутреннего сгорания, включает сгорание смеси топлива и окислителя в цилиндрах двигателя. Эта реакция генерирует газы под высоким давлением, которые заставляют двигаться поршень, который, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал, преобразуя прямолинейное движение во вращательное. Затем это вращательное движение используется для питания широкого спектра машин и транспортных средств.

Различные типы двигателей внутреннего сгорания

Существует несколько различных типов двигателей внутреннего сгорания, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и области применения. Эти двигатели можно разделить на две категории: поршневые двигатели и роторные двигатели .

Поршневые двигатели

Поршневые двигатели являются наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания, в которых поршень перемещается вверх и вниз внутри цилиндра. Существует два основных типа поршневых двигателей:

1. Двигатели с искровым зажиганием (SI) : Эти двигатели, также известные как бензиновые двигатели, используют свечу зажигания для воспламенения топливно-воздушной смеси внутри цилиндра. Двигатели SI широко используются в автомобилях, мотоциклах и небольших самолетах, предлагая высокую выходную мощность и плавную работу.
2. Двигатели с воспламенением от сжатия (КВ) : Двигатели с воспламенением от сжатия, также известные как дизельные двигатели, используют высокую температуру и давление, создаваемые сжатием воздуха в цилиндре для воспламенения топлива. Эти двигатели обычно используются в транспортных средствах большой грузоподъемности, таких как грузовики и автобусы, а также в морских и стационарных силовых установках. Двигатели CI известны своей высокой топливной экономичностью и долговечностью.

Роторные двигатели

Роторные двигатели, также называемые двигателями Ванкеля, являются менее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания, которые имеют треугольный ротор, вращающийся внутри корпуса овальной формы. Эта уникальная конфигурация позволяет получить более компактный и легкий двигатель с меньшим количеством движущихся частей, что делает его популярным выбором для высокопроизводительных спортивных автомобилей и некоторых авиационных приложений.

Основные компоненты двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания состоят из нескольких основных компонентов, которые работают вместе для преобразования энергии сгорания топлива в механическое движение. Некоторые из этих ключевых компонентов включают в себя:

1. Блок цилиндров: Блок цилиндров является основной структурой двигателя, в которой расположены цилиндры, в которых движутся поршни.
2. Головка цилиндра: Головка цилиндра закрывает верхнюю часть цилиндров и содержит клапаны и камеру сгорания.
3. Поршень: Поршень представляет собой цилиндрический компонент, который движется вверх и вниз внутри цилиндра, сжимая топливно-воздушную смесь и извлекая энергию из процесса сгорания.
4. Шатун: Шатун соединяет поршень с коленчатым валом, преобразовывая прямолинейное движение поршня во вращательное движение.
5. Коленчатый вал: Коленчатый вал отвечает за преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение, которое затем можно использовать для приведения в действие различных машин и транспортных средств.

Внутреннее устройство двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания работают посредством ряда тщательно спланированных шагов, известных как тактов , которые повторяются в непрерывном цикле. В наиболее распространенных двигателях внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл или двухтактный цикл .

Четырехтактный цикл

Четырехтактный цикл, используемый в большинстве современных двигателей внутреннего сгорания, состоит из следующих этапов:

1. Такт впуска: Во время такта впуска топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан.
2. Такт сжатия: В такте сжатия поршень сжимает топливно-воздушную смесь внутри цилиндра, повышая ее температуру и давление.
3. Рабочий ход: Во время рабочего такта топливно-воздушная смесь воспламеняется от свечи зажигания (в двигателях SI) или под высоким давлением сжатого воздуха (в двигателях CI), вызывая взрыв, который заставляет поршень двигаться вниз, вырабатывая механическую энергию.
4. Такт выпуска: В такте выпуска выпускной клапан открывается, и поршень выталкивает отработавшие газы сгорания из двигателя через открытый выпускной клапан.

Двухтактный цикл

Двухтактный цикл, используемый в некоторых небольших двигателях внутреннего сгорания, включает всего два такта: такт сжатия и рабочий такт . Во время такта сжатия топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр двигателя и затем сжимается. Затем следует рабочий такт, при котором воспламеняется топливно-воздушная смесь, и в результате сгорания поршень движется вниз. В двухтактном цикле топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр двигателя и воспламеняется при каждом втором такте, что делает эти двигатели проще и легче, но менее экономичными и более загрязняющими окружающую среду, чем их четырехтактные аналоги.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать на основе нескольких факторов, включая тип используемого топлива, количество тактов, расположение цилиндров и способ зажигания. Каждая классификация предлагает свой собственный набор преимуществ и недостатков, и выбор соответствующего типа двигателя внутреннего сгорания для конкретного приложения имеет решающее значение для оптимизации производительности и эффективности.

Классификация на основе типа топлива

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на две основные категории в зависимости от типа используемого топлива:

1. Двигатели с искровым зажиганием (двигатели с искровым зажиганием): Эти двигатели используют бензин в качестве основного топлива и полагаются на электрическую искру для воспламенения топливно-воздушной смеси.
2. Двигатели с воспламенением от сжатия (двигатели с воспламенением от сжатия): Эти двигатели используют дизельное топливо в качестве основного топлива и воспламеняют топливно-воздушную смесь за счет высокой температуры и давления, создаваемых сжатием воздуха в цилиндре.

Классификация на основе конфигурации двигателя

9Двигатели внутреннего сгорания 0002 также можно классифицировать на основе их конфигурации, которая относится к расположению цилиндров и компонентов двигателя, которые преобразуют энергию топлива в механическую энергию. Некоторые распространенные конфигурации двигателей включают:

1. Рядные двигатели: В рядном двигателе цилиндры расположены по прямой линии, что обычно используется в небольших транспортных средствах и мотоциклах.
2. V-образные двигатели: В V-образных двигателях цилиндры расположены V-образно, что характерно для более крупных транспортных средств и грузовиков.
3. Плоские или горизонтально расположенные двигатели: В плоском двигателе цилиндры расположены в горизонтальной оппозитной конфигурации, при этом два ряда цилиндров обращены друг к другу. Эта конфигурация обычно используется в самолетах и ​​высокопроизводительных спортивных автомобилях.
4. Радиальные двигатели: В радиальных двигателях цилиндры расположены по кругу вокруг коленчатого вала, что обычно используется в самолетах.

Классификация по количеству ударов

Как обсуждалось ранее, двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать на основе количества тактов в каждом цикле двигателя. Двумя основными категориями являются:

1. Двухтактные двигатели: Двигатели, которые завершают один рабочий цикл за два хода поршня.
2. Четырехтактные двигатели: Двигатели, которые завершают один рабочий цикл за четыре хода поршня.

Применение двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания имеют широкий спектр применения в различных отраслях промышленности, включая транспорт, производство электроэнергии, сельское хозяйство, строительство и многое другое. Некоторые распространенные варианты использования двигателей внутреннего сгорания включают:

1. Автомобили: Автомобили, автобусы, грузовики и мотоциклы используют двигатели внутреннего сгорания для движения.
2. Самолет: Небольшие самолеты и вертолеты часто используют двигатели внутреннего сгорания в качестве основного источника энергии.
3. Морской пехотинец: Корабли, катера и подводные лодки используют двигатели внутреннего сгорания для приведения в движение и выработки электроэнергии.
4. Сельское хозяйство: Сельскохозяйственная техника, такая как тракторы, комбайны и ирригационные насосы, часто приводится в действие двигателями внутреннего сгорания.
5. Производство электроэнергии: В районах, где электроэнергия недоступна или ненадежна, двигатели внутреннего сгорания могут использоваться в генераторах для выработки электроэнергии.
6. Строительство: Строительная техника, такая как экскаваторы, бульдозеры и краны, обычно приводится в действие двигателями внутреннего сгорания.
7. Военные: Военная техника, танки и самолеты полагаются на мощность и долговечность двигателей внутреннего сгорания.
8. Мелкое оборудование: Газонокосилки, бензопилы и переносные генераторы часто используют двигатели внутреннего сгорания меньшего размера.

Преимущества и недостатки двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания обладают рядом преимуществ, таких как высокая удельная мощность, универсальность, эффективность, рентабельность и долговечность. Однако у них также есть некоторые недостатки, в том числе воздействие на окружающую среду, ограниченная эффективность, шум и вибрация, зависимость от ископаемого топлива, требования к техническому обслуживанию и проблемы безопасности.

Преимущества двигателей внутреннего сгорания

1. Высокая удельная мощность: Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают высокое отношение мощности к весу, что делает их отличным выбором для различных применений.
2. Универсальность: двигатели внутреннего сгорания могут работать на широком диапазоне видов топлива, включая бензин, дизельное топливо, природный газ и биотопливо, что расширяет возможности их применения.
3. Эффективность: Современные двигатели внутреннего сгорания предназначены для достижения высокого уровня эффективности, при этом некоторые двигатели достигают теплового КПД более 50%.
4. Экономичность: Двигатели внутреннего сгорания относительно недороги в производстве и обслуживании, а источники топлива легко доступны.
5. Долговечность: Двигатели внутреннего сгорания созданы прочными и долговечными, что делает их пригодными для использования в суровых условиях.
6. Простота обслуживания: двигатели внутреннего сгорания , как правило, просты в обслуживании, многие компоненты доступны для осмотра и ремонта.

Недостатки двигателей внутреннего сгорания

1. Воздействие на окружающую среду: Двигатели внутреннего сгорания производят вредные выбросы, такие как двуокись углерода, оксиды азота и твердые частицы, способствуя загрязнению воздуха и изменению климата.
2. Ограниченная эффективность: Двигатели внутреннего сгорания не обладают высокой эффективностью, только около 20-30% энергии топлива преобразуется в полезную работу.
3. Шум и вибрация: Двигатели внутреннего сгорания создают шум и вибрацию, которые могут быть неудобными для пассажиров и способствовать шумовому загрязнению.
4. Зависимость от ископаемого топлива: Двигатели внутреннего сгорания используют невозобновляемое ископаемое топливо, которое становится все более дефицитным и дорогим.
5. Требования к обслуживанию: 9Двигатели 0012 IC требуют регулярного технического обслуживания и ремонта, который может быть дорогостоящим и трудоемким.
6. Соображения безопасности: Двигатели внутреннего сгорания могут представлять угрозу безопасности из-за горючего характера их топлива и возможности взрыва или возгорания.

Будущее двигателей внутреннего сгорания

Несмотря на появление электромобилей и альтернативных источников энергии, двигатели внутреннего сгорания остаются важным компонентом глобального энергетического ландшафта. Будущее двигателей внутреннего сгорания, вероятно, будет определяться постоянными усилиями по разработке более чистых и устойчивых энергетических решений, а также развитием технологий, позволяющих повысить производительность и эффективность.