Двигатель внутреннего сгорания устройство и принцип работы: Принцип работы и устройство двигателя

Принцип работы бензинового двигателя

Бензиновые двигатели и их устройство

Принцип работы бензинового силового агрегата состоит в следующем: небольшой объем топливной смеси поступает в камеру сгорания, там происходит ее воспламенение и взрыв, в результате которого высвобождается определенная энергия.

В двигателе внутреннего сгорания таких взрывов происходит несколько сотен за минуту.

Расширяющийся в камере сгорания газ давит на поршень (М), который при помощи шатуна (N) вращает коленвал (P).

Цикл работы бензинового двигателя состоит из следующих этапов:

• Впускной такт. В этот момент начинается движение поршня вниз, происходит открытие впускного клапана. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.

• Сжатие. Поршень начинает двигаться вверх, тем самым сжимает смесь в цилиндрах, что необходимо для выделения большей энергии при последующем взрыве.

• Рабочий такт. Когда поршень поднимается до верхней мертвой точки в цилиндре, в работу включается свеча зажигания и поджигает топливную смесь. После взрыва поршень движется уже вниз.

• Выпускной такт. После достижения поршнем крайней нижней точки, происходит открытие выпускного клапана, через который продукты сгорания и уходят из камеры.

После выхода продуктов сгорания начинается новый цикл работы ДВС.

Результат работы силового агрегата – получение вращательного движения, которое оптимально подходит для проворота колес машины. Достигается это за счет использования коленчатого вала, который и преобразует линейную энергию во вращение.

Устройство и основные детали бензиновых ДВС

Цилиндр – важнейшая часть бензинового мотора, в котором происходит движение поршня, вызванное взрывом топливной смеси. В описанном выше примере речь идет об одном цилиндре. Такое устройство может иметь двигатель моторной лодки или сенокосилки. В моторах же автомобилей цилиндров больше – три, четыре, пять, шесть, восемь, двенадцать и более.

Расположение цилиндров в ДВС может быть следующим:

— рядным:

— V-образным:

— оппозитным (цилиндры горизонтально располагаются друг напротив друга):

Каждое расположение цилиндров имеет свои плюсы и минусы, из которых складывается характеристики тех или иных двигателей и затраты на их производство.

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Принцип работы ДВС 

Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье «как устроены бензиновые и дизельные двигатели».

Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.

При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200оС.

Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.

Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.

Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Принцип работы многоцилиндровых двигателей

На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).

Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Определенная последовательность соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 47

Двигатель внутреннего сгорания – универсальный силовой агрегат, используемый практически во всех видах современного транспорта. Три луча заключенные в окружность, слова «На земле, на воде и в небе» — товарный знак и девиз компании Мерседес Бенц, одного из ведущих производителей дизельных и бензиновых двигателей. Устройство двигателя, история его создания, основные виды и перспективы развития – вот краткое содержание данного материала.

Немного истории

Принцип превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, посредством использования кривошипно-шатунного механизма известен с 1769 года, когда француз Николя Жозеф Кюньо показал миру первый паровой автомобиль. В качестве рабочего тела двигатель использовал водяной пар, был маломощным и извергал клубы черного, дурнопахнущего дыма. Подобные агрегаты использовались в качестве силовых установок на заводах, фабриках, пароходах и поездах, компактные же модели существовали в виде технического курьеза.

Все изменилось в тот момент, когда в поисках новых источников энергии человечество обратило свой взор на органическую жидкость — нефть. В стремлении повысить энергетические характеристики данного продукта, ученные и исследователи, проводя опыты по перегонке и дистилляции, получили неизвестное доселе вещество – бензин. Эта прозрачная жидкость с желтоватым оттенком сгорала без образования копоти и сажи, выделяя намного большее, чем сырая нефть, количество тепловой энергии.

Примерно в то же время Этьен Ленуар сконструировал первый газовый двигатель внутреннего сгорания, работавший по двухтактной схеме, и запатентовал его в 1880 году.

В 1885 году немецкий инженер Готтлиб Даймлер, в сотрудничестве с предпринимателем Вильгельмом Майбахом, разработал компактный бензиновый двигатель, уже через год нашедший свое применение в первых моделях автомобилей. Рудольф Дизель, работая в направлении повышения эффективности ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в 1897 году предложил принципиально новую схему воспламенения топлива. Воспламенение в двигателе, названном в честь великого конструктора и изобретателя, происходит за счет нагревания рабочего тела при сжатии.

А в 1903 году братья Райт подняли в воздух свой первый самолет, оснащенный бензиновым двигателем Райт-Тейлор, с примитивной инжекторной схемой подачи топлива.

Как это работает

Общее устройство двигателя и основные принципы его работы станут понятны при изучении одноцилиндровой двухтактной модели.

Такой ДВС состоит из:

• камеры сгорания;
• поршня, соединенного с коленвалом посредством кривошипно-шатунного механизма;
• системы подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси;
• клапана для удаления продуктов горения (выхлопных газов).

При пуске двигателя поршень начинает путь от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), за счет поворота коленвала. Достигнув нижней точки, он меняет направление движения к ВМТ, одновременно с чем проводится подача топливно-воздушной смеси в камеру сгорания. Движущийся поршень сжимает ТВС, при достижении верхней мертвой точки система электронного зажигания воспламеняет смесь. Стремительно расширяясь, горящие пары бензина отбрасывают поршень в нижнюю мертвую точку. Пройдя определенную часть пути, он открывает выхлопной клапан, через который раскаленные газы покидают камеру сгорания. Пройдя нижнюю точку, поршень меняет направление движения к ВМТ. За это время коленвал совершил один оборот.

Данные пояснения станут более понятными при просмотре видео о работе двигателя внутреннего сгорания.

Два такта

Основным недостатком двухтактной схемы, в которой роль газораспределительного элемента играет поршень, является потеря рабочего вещества в момент удаления выхлопных газов. А система принудительной продувки и повышенные требования к термостойкости выхлопного клапана приводят к увеличению цены двигателя. В противном случае добиться высокой мощности и долговечности силового агрегата не представляется возможным. Основная сфера применения подобных двигателей – мопеды и недорогие мотоциклы, лодочные моторы и бензокосилки.

Четыре такта

Описанных недостатков лишены четырехтактные ДВС, используемые в более «серьезной» технике. Каждая фаза работы такого двигателя (впуск смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск отработанных газов), осуществляется при помощи газораспределительного механизма.

Разделение фаз работы ДВС очень условно. Инерционность отработавших газов, возникновение локальных вихрей и обратных потоков в зоне выхлопного клапана приводит к взаимному перекрыванию во времени процессов впрыска топливной смеси и удаления продуктов горения. Как результат, рабочее тело в камере сгорания загрязняется отработанными газами, вследствие чего меняются параметры горения ТВС, уменьшается теплоотдача, падает мощность.

Проблема была успешно решена путем механической синхронизации работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. Проще говоря, впрыск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания произойдет только после полного удаления отработанных газов и закрытия выхлопного клапана.

Но данная система управления газораспределением так же имеет свои недостатки. Оптимальный режим работы двигателя (минимальный расход топлива и максимальная мощность), может быть достигнут в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала.

Развитие вычислительной техники и внедрение электронных блоков управления дало возможность успешно разрешить и эту задачу. Система электромагнитного управления работой клапанов ДВС позволяет на лету, в зависимости от режима работы, выбирать оптимальный режим газораспределения. Анимированные схемы и специализированные видео облегчат понимание этого процесса.

На основании видео не сложно сделать вывод, что современный автомобиль это огромное количество всевозможных датчиков.

Виды ДВС

Общее устройство двигателя остается неизменным достаточно долгое время. Основные различия касаются видов используемого топлива, систем приготовления топливно-воздушной смеси и схем ее воспламенения.
Рассмотрим три основных типа:

1. бензиновые карбюраторные;
2. бензиновые инжекторные;
3. дизельные.

Бензиновые карбюраторные ДВС

Приготовление гомогенной (однородной по своему составу), топливно-воздушной смеси происходит путем распыления жидкого топлива в воздушном потоке, интенсивность которого регулируется степенью поворота дроссельной заслонки. Все операции по приготовлению смеси проводятся за пределами камеры сгорания двигателя. Преимуществами карбюраторного двигателя является возможность регулировки состава топливной смеси «на коленке», простота обслуживания и ремонта, относительная дешевизна конструкции. Основной недостаток – повышенный расход топлива.

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Автор admin На чтение 10 мин. Просмотров 137

Словосочетание «двигатель внутреннего сгорания» у большинства людей вызывает ассоциации с цилиндрами и поршнями, системой газораспределения и кривошипно-шатунным механизмом. Все потому, что подавляющее большинство автомобилей снабжено классическим и ставшим наиболее популярным типом двигателей – поршневым.

Сегодня речь пойдет о роторно-поршневом двигателе Ванкеля, который обладает целым набором выдающихся технических характеристик, и в свое время должен был открыть новые перспективы в автомобилестроении, но не смог занять достойного места и массовым не стал.

История создания

Самым первым тепловым двигателем роторного типа принято считать эолипил. В первом веке нашей эры его создал и описал греческий механик-инженер Герон Александрийский.

Конструкция эолипила довольна проста: на оси, проходящей через центр симметрии, расположена вращающаяся бронзовая сфера. Водяной пар, используемый как рабочее тело, истекает из двух сопел, установленных в центре шара друг напротив друга и перпендикулярно оси крепления.

Механизмы водяных и ветряных мельниц, использующих в качестве энергии силу стихии, тоже можно отнести к роторным двигателям древности.

Классификация роторных двигателей

Рабочая камера роторного ДВС может быть герметично замкнутой или иметь постоянную связь с атмосферой, когда от окружающей среды ее отделяют лопасти роторной крыльчатки. По такому принципу построены газовые турбины.

Среди роторно-поршневых двигателей с замкнутыми камерами сгорания специалисты выделяют несколько групп. Разделение может происходить по: наличию или отсутствию уплотнительных элементов, по режиму работы камеры сгорания (прерывисто-пульсирующий или непрерывный), по типу вращения рабочего органа.

Стоит отметить, что у большинства описываемых конструкций нет действующих образцов и они существуют на бумаге.
Классифицировал их русский инженер И.Ю. Исаев, который сам занят созданием совершенного роторного двигателя. Он произвел анализ патентов России, Америки и других стран, всего более 600.

Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением

Ротор в таких двигателях не вращается, а совершает возвратно-дуговые качания. Лопатки на роторе и статоре неподвижны, и между ними происходят такты расширения и сжатия.

С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением

В корпусе двигателя расположены два вращающихся ротора, сжатие происходит между их лопастей в моменты сближения, а расширение в момент удаления. Из-за того что вращение лопастей происходит неравномерно, требуется разработка сложного механизма выравнивания.

С уплотнительными заслонками и возвратно-поступательными движениями

Схема с успехом применяемая в пневмомоторах, где вращение осуществляется за счет сжатого воздуха, не прижилась в двигателях внутреннего сгорания по причине высокого давления и температур.

С уплотнителями и возвратно-поступательными движениями корпуса

Схема аналогична предыдущей, только уплотнительные заслонки расположены не на роторе, а на корпусе двигателя. Недостатки те же: невозможность обеспечить достаточную герметичность лопаток корпуса с ротором сохраняя их подвижность.

Двигатели с равномерным движением рабочего и иных элементов

Наиболее перспективные и совершенные виды роторных двигателей. Теоретически могут развивать самые высокие обороты и набирать мощность, но пока не удалось создать ни одной работающей схемы для ДВС.

С планетарным, вращательным движением рабочего элемента

К последним относится наиболее известная широкой общественности схема роторно-поршневого двигателя инженера Феликса Ванкеля.

Хотя существует огромное количество других конструкций планетарного типа:

• Умплеби (Umpleby)
• Грея и Друммонда (Gray & Dremmond)
• Маршалла (Marshall)
• Спанда (Spand)
• Рено (Renault)
• Томаса (Tomas)
• Веллиндера и Скуга (Wallinder & Skoog)
• Сенсо (Sensand)
• Майлара (Maillard)
• Ферро (Ferro)

История Ванкеля

Жизнь Феликса Генриха Ванкеля не была простой, рано оставшись сиротой (отец будущего изобретателя погиб в первой мировой войне), Феликс не мог собрать средства для обучения в университете, а рабочую специальность не позволяла получить сильная близорукость.

Это побудило Ванкеля на самостоятельное изучение технических дисциплин, благодаря чему в 1924 году ему пришла в голову идея создать роторный двигатель с вращающейся камерой внутреннего сгорания.

В 1929 году он получает патент на изобретение, которое и стало первым шагом к созданию знаменитого РПД Ванкеля. В 1933 году изобретатель, оказавшись в рядах противников Гитлера, проводит полгода в тюрьме. После освобождения разработками роторного двигателя заинтересовались в компании BMW и стали финансировать дальнейшие исследования, выделив для работы мастерскую в Ландау.

После войны она достается в качестве репарации французам, а сам изобретатель попадает в тюрьму, как пособник гитлеровского режима. Лишь в 1951 году, Феликс Генрих Ванкель устраивается на работу в компанию по производству мотоциклов «NSU» и продолжает исследования.

В том же году он начинает совместную работу с главным конструктором «NSU» Вальтером Фройде, который и сам давно занимается изысканиями в области создания роторно-поршневого двигателя для гоночных мотоциклов. В 1958 году первый образец двигателя занимает место на испытательном стенде.

Как работает роторный двигатель

Сконструированный Фройде и Ванкелем силовой агрегат, представляет собой ротор, выполненный в форме треугольника Рело. Ротор планетарно вращается вокруг шестерни, закрепленной в центре статора — неподвижной камеры сгорания. Сама камера выполнена в форме эпитрохоиды, которая отдаленно напоминает восьмерку с вытянутым наружу центром, она выполняет роль цилиндра.

Совершая движение внутри камеры сгорания, ротор образует полости переменного объема, в которых происходят такты двигателя: впуск, сжатие, воспламенение и выпуск. Камеры герметично отделены друг от друга уплотнителями – апексами, износ которых является слабым место роторно-поршневых двигателей.

Воспламенение топливо-воздушной смеси осуществляется сразу двумя свечами зажигания, поскольку камера сгорания имеет вытянутую форму и большой объем, что замедляет скорость горения рабочей смеси.

На роторном двигателе используется угол запоздания а не опережения, как на поршневом. Это необходимо чтобы воспламенение происходило чуть позже, и сила взрыва толкала ротор в нужном направлении.

Конструкция Ванкеля позволила значительно упростить двигатель, отказаться от множества деталей. Отпала необходимость в отдельном газораспределительном механизме, существенно уменьшились вес и размеры мотора.

Преимущества

Как говорилось ранее, роторный двигатель Ванкеля не требует такого большого количества деталей как поршневой, поэтому имеет меньшие размеры, вес и удельную мощность (количество «лошадей» на килограмм веса).

Нет кривошипно-шатунного механизма (в классическом варианте), что позволило снизить вес и вибронагруженность. Из-за отсутствия возвратно-поступательных движений поршней и малой массы подвижных частей, двигатель может развивать и выдерживать очень высокие обороты, практически мгновенно реагируя на нажатие педали газа.

Роторный ДВС выдает мощность в трех четвертях каждого оборота выходного вала, тогда как поршневой лишь на одной четверти.

Недостатки

Именно по причине того, что двигатель Ванкеля, при всех своих плюсах, имеет большое количество минусов, сегодня только Mazda продолжает развивать и совершенствовать его. Хотя патент на него купили сотни компаний, среди которых Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan и другие.

Малый ресурс

Главный, и самый существенный недостаток – малый моторесурс двигателя. В среднем он равен 100 тысячам километров для России. В Европе, США и Японии этот показатель вдвое больше, благодаря качеству горючего и грамотному техническому обслуживанию.

Самую высокую нагрузку испытывают металлические пластины, апексы – радиальные торцевые уплотнители между камерами. Им приходится выдерживать высокую температуру, давление и радиальные нагрузки. На RX-7 высота апекса составляет 8.1 миллиметра, замена рекомендована при износе до 6.5, на RX-8 ее сократили до 5.3 заводских, а допустимый износ не более 4.5 миллиметров.

Важно контролировать компрессию, состояние масла и масляных форсунок, которые подают смазку в камеру двигателя. Основные признаки износа двигателя и приближающегося капитального ремонта – низкая компрессия, расход масла и затрудненный запуск «на горячую».

Низкая экологичность

Поскольку система смазки роторно-поршневого двигателя подразумевает прямой впрыск масла в камеру сгорания, а еще из-за неполного сгорания топлива, выхлопные газы имеют повышенную токсичность. Это затрудняло прохождение экологической проверки, нормам которой необходимо было соответствовать, чтобы продавать автомобили на американском рынке.

Для решения проблемы инженеры Mazda создали термальный реактор, который дожигал углеводороды перед выбросом в атмосферу. Впервые его установили на автомобиль Mazda R100.

Вместо того чтобы свернуть производство как другие, Mazda в 1972 году начала продажу автомобилей с системой снижения вредных выбросов для роторных двигателей REAPS (Rotary Engine Anti-Pollution System).

Высокий расход

Все авто с роторными двигателями отличает высокий расход горючего.

Кроме Mazda были еще Mercedes C-111, Corvette XP-882 Four Rotor (четырехсекционный, объем 4 литра), Citroen M35, но это в основном экспериментальные модели, да и из-за разгоревшегося в 80-х годах нефтяного кризиса их производство было приостановлено.

Малая длина рабочего хода ротора и серповидная форма камеры сгорания, не позволяют рабочей смеси прогореть полностью. Выпускное отверстие открывается еще до момента полного сгорания, газы не успевают передать всю силу давления на ротор. Поэтому и температура выхлопных газов этих двигателей такая высокая.

История отечественного РПД

В начале 80-х технологией заинтересовались и в СССР. Правда патент не был куплен, и до всего решили доходить своим умом, проще говоря – скопировать принцип работы и устройство роторного двигателя Mazda.

Для этих целей было создано конструкторское бюро, а в Тольятти цех для серийного производства. В 1976 году первый опытный образец односекционного двигателя ВАЗ-311, мощностью 70 л. с. установлен на 50 автомобилей. За очень короткий срок они выработали ресурс. Дала о себе знать плохая сбалансированность РЭМ (роторно-эксцентрикового механизма) и быстрый износ апексов.

Однако разработкой заинтересовались спецслужбы, для которых динамические характеристики мотора были куда важней ресурса. В 1982 году свет увидел двухсекционный роторный двигатель ВАЗ-411, с шириной ротора 70 см и мощностью 120 л. с., и ВАЗ-413 с ротором 80 см и 140 л. с. Позже моторами ВАЗ-414 оснащают машины КГБ, ГАИ и МВД.

Начиная с 1997 года на авто общего пользования ставят силовой агрегат ВАЗ-415, появляется Волга с трехсекционным РПД ВАЗ-425. Сегодня в России машины подобными моторами не комплектуются.

Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем

Марка	Модель
NSU	Spider
	Ro80
Mazda	Cosmo Sport (110S)
	Familia Rotary Coupe
	Parkway Rotary 26
	Capella (RX-2)
	Savanna (RX-3)
	RX-4
	RX-7
	RX-8
	Eunos Cosmo
	Rotary Pickup
	Luce R-130
Mercedes	C-111
Corvette	XP-882 Four Rotor
Citroen	M35
	GS Birotor (GZ)
ВАЗ	21019 (Аркан)
	2105-09
ГАЗ	21
	24
	3102

Список роторных двигателей Mazda

Тип	Описание
40A	Первый стендовый экземпляр, радиус ротора 90 мм
L8A	Система смазки с сухим картером, радиус ротора 98 мм, объем 792 куб. см
10A (0810)	Двухсекционный, 982 куб. см, мощность 110 л. с., смешение масла с топливом для смазки, вес 102 кг
10A (0813)	100 л. с., увеличение веса до 122 кг
10A (0866)	105 л. с., технология снижения выбросов REAPS
13A	Для переднеприводной R-130, объем 1310 куб. см, 126 л. с., радиус ротора 120 мм
12A	Объем 1146 куб. см, упрочнен материал ротора, увеличен ресурс статора, уплотнения из чугуна
12A Turbo	Полупрямой впрыск, 160 л. с.
12B	Единый распределитель зажигания
13B	Самый массовый двигатель, объем 1308 куб. см, низкий уровень выбросов
13B-RESI	135 л. с., RESI (Rotary Engine Super Injection) и впрыск Bosch L-Jetronic
13B-DEI	146 л. с., переменный впуск, системы 6PI и DEI, впрыск с 4 инжекторами
13B-RE	235 л. с., большая HT-15 и малая HT-10 турбины
13B-REW	280 л. с., 2 последовательные турбины Hitachi HT-12
13B-MSP Renesis	Экологичный и экономичный, может работать на водороде
13G/20B	Трехроторные двигатели для автогонок, объем 1962 куб. см, мощность 300 л. с.
13J/R26B	Четырехроторные, для автогонок, объем 2622 куб. см, мощность 700 л. с.
16X (Renesis 2)	300 л. с., концепт-кар Taiki

Правила эксплуатации роторного двигателя

Эксперты рекомендуют в обслуживании придерживаться следующих правил:

1. замену масла производить каждые 3-5 тысяч километров пробега. Нормальным считается расход 1.5 литра на 1000 км.
2. следить за состоянием масляных форсунок, средний срок их жизни составляет 50 тысяч.
3. менять воздушный фильтр каждые 20 тысяч.
4. использовать только специальные свечи, ресурс 30-40 тысяч километров.
5. заливать в бак бензин не ниже АИ-95, а лучше АИ-98.
6. замерять компрессию при замене масла. Для этого используется специальный прибор, компрессия должна быть в пределах 6.5-8 атмосфер.

При эксплуатации с компрессией ниже этих показателей, стандартного ремкомплекта может оказаться недостаточно – придется менять целую секцию, а возможно и весь движок.

День сегодняшний

На сегодняшний день производится серийный выпуск модели Mazda RX-8, оснащенной двигателем Renesis (сокращение Rotary Engine + Genesis).

Конструкторам удалось вдвое сократить потребление масла и на 40% расход топлива, а экологический класс довести до уровня Euro-4. Двигатель с рабочим объемом 1.3 литра выдает мощность в 250 л. с.

Несмотря на все достижения японцы не останавливаются на достигнутом. Вопреки утверждениям большинства специалистов о том, что РПД не имеет будущего, они не прекращают совершенствовать технологию, и не так давно представили концепт спортивного купе RX-Vision, с роторным двигателем SkyActive-R.

Мне нравится1Не нравится

Что еще стоит почитать

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, устройство ДВС

Двигатель внутреннего сгорания — один из ключевых элементов конструкции транспортного средства. Он представляет собой внушительный агрегат, принцип работы двигателя внутреннего сгорания основывается на изменении энергии для действия определенных частей агрегата.

Виды моторов

Существует три вида двигателей, встречаемых в транспортных средствах:

• поршневой
• роторно-поршневой
• газотурбинный

Большой популярностью пользуется первый вариант моторов. На некоторые модели автомобилей устанавливают так поршневые двигатели с четырьмя тактами. Вызвана такая популярность тем, что подобные агрегаты стоят дешевле, имеют небольшой вес и подходят для использования практически во всех машинах вне зависимости от производства.

Если говорить простыми словами, то двигатель автомобиля — это особый механизм, способный изменить энергию тепла, превратив ее в механическую энергию, благодаря чему удается обеспечить работу множества элементов конструкции автомобиля, а также его систем.

Изучить принцип действия мотора не составит труда. Например, поршневые ДВС делятся на двух- и четырехтактные агрегаты. Четырехтактными двигатели называют потому, что в одном рабочем цикле элемента поршень двигается четыре раза (такта). Подробнее о том, что представляют собой такты, написано далее.

Устройство мотора

Прежде, чем разбираться с принципом работы, стоит сначала понять, как устроен силовой агрегат и что входит в его конструкцию. Так как поршневые считаются наиболее востребованными, рассматриваться будет именно такое устройство. К основным деталям следует отнести:

1. Цилиндры, образующие отдельный блок
2. Головку блока с ГРМ
3. Кривошипно-шатунный механизм

Последний приводит в движение коленчатый вал, заставляя его вращаться. Механизм передает валу энергию, получаемую от двигающегося поршня, который в несколько тактов меняет свое положение. Движение поршня регулирует энергия тепла, возникающая в результате горения топлива.

Невозможно представить и организовать движение силового агрегата без установленных в нем механизмов. Так, например, ГРМ меняет положение клапанов, за счет чего удается обеспечить регулярную подачу топлива, впуская и выпуская определенные составы. Система поступления новых газов и выхода отработавших налажена.

Работа двигателя возможна только при одновременной работе всех включенных в конструкцию деталей, механизмов и других элементов. Также вместе с ними должны бесперебойно действовать следующие системы:

• зажигания, основная роль которой заключается в воспламенении топлива,
• содержащего также воздух;
• впускная, регулирующая своевременную подачу воздуха внутрь цилиндра;
• топливная, благодаря которой удается обеспечить подачу топлива для сгорания и дальнейшей работы транспорта;
• система смазки, снижающая износ трущихся деталей конструкции во время их работы;
• выхлопная, посредством действия которой удается удалить отработавшие газы, в результате чего снижается их токсичность.

Также работает система охлаждения, регулирующая температуру внутри агрегата и следящая за тем, чтобы она была оптимальной.

Рабочий цикл ДВС

Основной цикл мотора подразумевает выполнение четырех основных тактов. Именно о них и пойдет речь дальше по тексту.

Первый такт: впуск

Начальный — движение кулачков, которые являются частью конструкции распределительного вала. Они меняют воздействуют на клапан впуска, заставляя его открыться.

Далее, вслед за открывшимся клапаном, с места двигается поршень. Деталь постепенно перемещается из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Воздух внутри цилиндра в связи с уменьшением пространства поршнем становится более разреженным, благодаря чему становится возможным поступление подготовленной рабочей смеси.

После этого поршень начинает действовать на коленвал через шатун, вследствие чего вал поворачивается на 180 градусов. Сам поршень уже достигает своего критического нижнего положения, и на этом моменте начинается второй такт.

Второй такт: сжатие

Он подразумевает дальнейшее сжатие смеси, находящейся внутри цилиндра. Клапан впуска закрывается, и поршень меняет свое направление, двигаясь вверх. Воздух в связи с уменьшением пространства начинает сжиматься, а рабочая смесь — нагреваться. Когда второй такт подходит к концу, в действие приходит система зажигания. Ее основное назначение — подача на свечу заряда электричества для образования искры. Именно эта искра поджигает сжатую смесь из топлива и воздуха, приводя к ее воспламенению.

Отдельно стоит рассмотреть, как зажигается топливо у дизельного ДВС. Как только завершается сжатие, начинает поступать мелкораспыленное дизельное топливо через форсунку внутрь камеры. Впоследствии горючее вещество перемешивается с воздухом внутри, благодаря чему происходит воспламенение.

Что касается карбюраторного двигателя со стандартным топливом, то на втором такте коленчатый вал успевает сделать полный оборот.

Третий такт: рабочий ход

Третий такт называется рабочим ходом. Газы, оставшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень, перемещая его вниз. Полученная деталью энергия передается коленвалу, и тот снова поворачивается, но уже на половину оборота.

Четвертый такт: выпуск

Четвертый такт — выпуск оставшихся газов. Когда такт только начинается, кулачок меняет положение на этот раз выпускного клапана, открывая его. Это способствует началу движения поршня наверх, вследствие чего из цилиндра начинают выходить отработавшие газы.

Интересно, что на современных моделях транспортных средств ДВС оборудованы не одним цилиндром, а несколькими. Благодаря их слаженной работе обеспечивается более качественная работа мотора и систем машины. При этом в каждом цилиндре единовременно выполняются разные такты. Так, например, в одном цилиндре вовсю идет рабочий ход, а во втором — коленчатый вал еще только совершает оборот. Подобная конструкция также:

• избавляет от ненужных вибраций;
• уравновешивает силы, которые действуют на работу коленвала;
• организует ровную работу мотора.

Ввиду компактности двигатели с несколькими цилиндрами изготавливают не рядными, а V-образными. Также существует форма оппозитных двигателей, которые часто можно встретить на автомобилях производства Subaru. Такое решение позволяет сэкономить много места под капотом.

Как работает двухтактный мотор

Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.

Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.

Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.

Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.

Преимущества и недостатки

Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.

Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.

Также читайте:

Какое моторное масло лучше заливать в двигатель Мерседес

Компрессор Мерседес: Виды компрессоров Плюсы и Минусы

ТОП 5 ЛУЧШИХ и ХУДШИХ МОТОРОВ MERCEDES

Что означает индикатор Check Engine и почему может гореть?

Что такое VIN CODE ? Как расшифровать вин код автомобиля Мерседес

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы, виды

Люди постоянно пытаются построить экономичный и надёжный мотор. До сих пор идея об изобретении вечного двигателя не даёт покоя многим изобретателям. Неудачные разработки исчезли в веках. Но в результате проб и ошибок появилось несколько типов двигательных установок. Эти механизмы успешно нами эксплуатируются.

Все известные двигатели используют разные виды энергии, которую затем преобразуют в движение. В качестве приводной тяги может служить электроэнергия, вода и тепло. Поэтому они разделяются на следующие типы:

• электродвигатели;
• гидравлические машины;
• тепловые агрегаты.

Тепловые моторы основаны на преобразовании тепловой энергии в работу. В таких машинах применён один из двух способов сгорания топлива: внешний и внутренний.

В школе наверняка всем рассказывали о машинах, работающих на пару. Они как раз и представляют вид тепловых двигателей с внешней камерой сгорания. Первые паровые механизмы были построены ещё в середине XIX века. Сейчас паровые машины практически исчезли из нашей жизни. Они уступили место двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Принципиально ДВС отличаются от паровых машин местом размещения камеры сгорания. В механизмах с внутренним сгоранием эти камеры расположены в самих агрегатах. Такие моторы работают практически во всех транспортных средствах.

В этой статье приведена основная информация о принципе работы различных видов ДВС: газотурбинного, роторного, поршневого. Рассказано, как работает двигательный агрегат с внешней камерой сгорания — двигатель Стирлинга. Описана классификация и устройство двигателей внутреннего сгорания поршневого типа. Объяснено отличие двухтактного двигателя от четырёхтактного.

Принцип работы ДВС

Самым главным механизмом, установленным в каждом автомобиле, является двигатель внутреннего сгорания. Механики любят называть его сердцем автомобиля. Именно он отвечает за преобразование энергии сгорания углеводородного топлива в механическое движение. Работают ДВС на жидком или газообразном топливе.

Принцип работы ДВС прост. Небольшие порции топлива, смешанного с воздухом в нужной пропорции, поступают в камеру сгорания. В ней топливная смесь воспламеняется. Выделяемая при этом энергия приводит в движение поршни, которые вращают вал.

Все остальные узлы автомобиля предназначены либо для повышения производительности силового агрегата, либо для контроля и управления. Вспомогательные системы создают также комфорт пассажирам и водителям, при этом обеспечивая им безопасную езду.

Более чем за полуторавековую историю своего развития появились ДВС, различающиеся конструкцией, мощностью и используемым топливом.

Видео: Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Главная классификация ДВС

Все существующие ДВС разделены на 3 вида:

• поршневые;
• роторные;
• газотурбинные.

В поршневых агрегатах рабочим органом является поршень. В роторных моторах используется движение ротора. В газотурбинных двигателях движение осуществляется турбиной.

В каждом из видов этих силовых установок конструктивно реализованы разные схемы преобразования тепловой энергии в полезную работу. Это принципиально отличает их друг от друга. Максимальная производительность силовых агрегатов зависит от того, каким образом преобразуется тепловая энергия. Каждый вид силовых агрегатов создан для эффективной работы в своей области применения.

Ниже подробно описаны конструкции этих агрегатов и физические процессы, происходящие в них. Отдельный раздел статьи посвящён двигателю Стирлинга. Он относится к механизмам с внешней камерой сгорания. Но принцип работы этого мотора по нескольким признакам похож на ДВС. Это часто вызывает путаницу.

Газотурбинный двигатель

При воспламенении топлива образуются газы, которые при нагреве расширяются. Этот факт всем известен из школьного курса физики. Указанный принцип положен в основу газотурбинной установки. Топливная смесь сгорает, и нагретый газ моментально расширяется, заставляя лопасти турбины вращаться. Чем больше температура газа, тем быстрее он увеличивается в объёмах. Эта зависимость определяет коэффициент полезного действия этого вида ДВС: чем выше температура газов, тем больше КПД.

Разработано два типа газотурбинных установок, отличающихся количеством рабочих валов. Агрегаты с двумя валами мощнее по сравнению с одновальными механизмами.

Газотурбинные двигатели устанавливают на машины, где необходима большая мощность силовой установки. Например, грузовые автомобили, корабли, самолёты и железнодорожные локомотивы.

Видео: Принцип работы газотурбинного двигателя

Роторный ДВС

В моторах этого вида реализован принцип вращения вала от кругового движения ротора. Ротором является треугольный поршень, который вращается в овальной камере – статоре. Ротор закреплён на валу с эксцентриситетом. При таком расположении во время вращения ротора в цилиндре создаются полости для тактов зажигания, сгорания и выпуска. За один оборот ротора происходит 3 такта работы.

Достоинством роторного ДВС является отсутствие шатунов, коленчатого вала и многих сопутствующих узлов. Инженеры подсчитали, что деталей в агрегате роторного типа намного меньше, чем в моторах других типов. Поэтому роторные моторы гораздо меньше других. Это является ещё одним их преимуществом.

В Японии, известной своими передовыми разработками в автомобилестроении, были сконструированы двигатели, имеющие несколько роторов. Например, японцы сконструировали агрегат, имеющий такую же мощность, что и шестипоршневой двигатель гоночного автомобиля. Но размеры многороторного движка при этом гораздо меньше.

На ранних моделях вазовских автомобилей в своё время устанавливались роторные моторы.

Роторные двигатели гораздо проще и эффективнее поршневых.  Но по непонятной причине роторные агрегаты используются очень редко.

Видео: Принцип работы роторного двигателя

Поршневой двигатель

Это – самый распространённый тип двигателя. Рассмотрим его принципиальную схему работы.

В конструкции мотора этого вида имеется несколько цилиндров, внутри каждого из них поршни совершают возвратно-поступательные движения. В обоих концах цилиндров расположены клапаны. Открываясь, клапан пропускает порцию топливной смеси в камеру сгорания, образующуюся в цилиндре перед поршнем. В это время поршень, двигаясь вверх, сжимает смесь. В расчётный момент происходит её воспламенение.  Образующиеся газы расширяются и толкают поршень в другую сторону. Несколько таких поршней закреплены на валу П-образной конструкции. Обычно такой вал называют коленчатым. За каждое движение поршня вал проворачивается на определённую величину. Цикл движения поршня от одной стороны цилиндра до другой называется тактом. Скоординированная работа поршней заставляет коленчатый вал проворачиваться на полный оборот. Такие циклы постоянно повторяются, заставляя вращаться вал с большой скоростью.

Автомобилестроители постоянно совершенствуют поршневые двигатели. Каждое усовершенствование приводит к повышению мощности двигателя. Поршневые агрегаты являются самыми надёжными из всех видов силовых установок.

Видео: Принцип работы дизельного двигателя

Двигатель Стирлинга

В качестве примера разновидности двигательного агрегата с внешней камерой сгорания можно привести так называемый двигатель Стирлинга. Своё название он получил по фамилии изобретателя – шотландского священника Роберта Стирлинга. Этот оригинальный мотор работает на основе неоднократного нагрева рабочего тела – порции воздуха.

Принцип работы внешне похож на схему ДВС. В моторе Стирлинга тоже имеется цилиндр с поршнем, который двигается по возвратно-поступательной траектории и приводит в движение кривошипно-шатунный механизм. Мало того, цилиндр имеет радиатор охлаждения как в двигателе внутреннего сгорания.

Но главным отличием двигателя Стирлинга от ДВС является отсутствие топливной смеси. Её роль в данном случае выполняет воздух, который нагревается внешним источником тепла.

Дело в том, что уже находящийся в цилиндре воздух, нагреваясь, расширяется и толкает вытеснитель, который в свою очередь двигает рабочий поршень вверх. Поршень проворачивает кривошип. Проходя через зону охлаждения, воздух сжимается, давление в цилиндре уменьшается, образуя разрежение. В это время кривошип, двигаясь дальше, возвращает поршень в нижнее положение. Так периодически чередуя циклы нагрева и остывания рабочего тела (воздуха), извлекают энергию из процесса изменения давления.

Примечательно, что такой агрегат легко превратить в тепловой насос, изменив координацию работы рабочего поршня и вытеснителя.

Двигатель Стирлинга может работать практически на любом топливе, от дров до ядерной энергии. При этом конструкция этого агрегата очень проста и надёжна. Инженеры разработали 3 типа моторов подобного рода и назвали их буквами греческого алфавита. Выше описан принцип самого простого из них: бета-типа.

Двигатель конструкции Стирлинга незаменим в тех случаях, когда появляется необходимость преобразования очень маленького перепада температур. В таких условиях ни одна газовая турбина функционировать не может. Проще говоря, установки Стирлинга могут эффективно работать от обычной переносной газовой горелки или даже спиртовки. Туристы уже оценили такие устройства. Учёные предсказывают, что двигатели Стирлинга сделают революцию в солнечной энергетике.

Видео: Принцип работы двигателя Стирлинга

Виды поршневых ДВС

Поршневые моторы классифицируются по типу используемого топлива:

• бензиновые;
• газовые;
• дизельные.

Кроме того, двигатели отличаются системой зажигания. В установках, использующих принудительное зажигание, воспламенение топливной смеси производится устройствами, генерирующими искру. Их ещё называют свечами зажигания. В них периодически образуется электрическая дуга, которая и поджигает топливо в камере сгорания цилиндра. Работают свечи от электрического аккумулятора. Сложность представляет регулировка свечей. Необходимо отрегулировать свечи так, чтобы искра образовывалась точно в тот момент, когда смесь достигнет расчётного уровня сжатия.

Принудительное зажигание характерно только для бензиновых двигателей. Реже такая система применяется в двигателях, работающих на газе.

Топливная смесь может подаваться в цилиндры двумя способами: с помощью карбюратора или инжектора.

Поршневые агрегаты, использующие в качестве топлива солярку, называются дизельными и имеют другую систему воспламенения топлива в цилиндре. В дизельных установках смесь самопроизвольно воспламеняется в результате её сжатия поршнем. Отличительной особенностью дизельных двигателей является их «всеядность». Они способны работать на нескольких видах топлива. Дизели прекрасно функционируют, будучи заправлены другими горючими веществами. Например, керосином, мазутом или даже растительным маслом.

В зависимости от количества тактов рабочего цикла, различают двухтактные и четырёхтактные ДВС. Двухтактные двигатели обычно ставят на мотоциклы, мопеды или газонокосилки. Четырёхтактные моторы устанавливаются в современных автомобилях.

По пространственному расположению цилиндров ДВС тоже имеют свою классификацию.

Если цилиндры расположены на одной оси, то такие двигатели называются рядными. Обозначаются рядные моторы английским символом «R» с цифрой, указывающей на количество цилиндров.

Если цилиндры размещены под углом друг к другу, то такие агрегаты называют V-образными. Они гораздо компактнее других типов двигателей. Обычно угол между осями цилиндров составляет 120 градусов. Имеются модели V-образных моторов с другим углом между осями цилиндров.

Агрегаты, обозначаемые символом «Vr», имеют переходную конструкцию. Они обладают признаками и рядных, и V-образных двигателей.

При расположении цилиндров напротив друг друга, то есть под углом 180 градусов, двигатели называются оппозитными.

Устройство двигателя внутреннего сгорания: описание основных узлов ДВС

В этом разделе рассмотрено назначение и конструктивное исполнение отдельных узлов поршневых двигателей.

Кривошипно-шатунный механизм

Поршни в цилиндрах движутся возвратно-поступательно. Кривошип вместе с шатунами преобразуют это движение во вращение вала. Механизм называется кривошипно-шатунным (КШМ). Состоит из П-образного вала, называемого коленчатым, узла цилиндров, головки блока цилиндров (ГБЦ) и креплений.

Газораспределительная система

ГБЦ регулирует подачу обогащённой смеси в цилиндры. Процесс происходит за счёт скоординированных во времени циклов открытия и закрытия группы клапанов, осуществляющих подачу смеси и выпуск отработанных газов. Кроме этого, газораспределительная система отводит наружу выхлопные газы. Управляет клапанами распределительный вал, который связан с коленвалом зубчатой или ремённой передачей. Вращаясь, распределительный вал заставляет открываться и закрываться нужные клапана в строго определённое время.

Вся система состоит из распредвала и клапанных групп. Ремонт головки часто вызывает затруднения, так как требует тщательной установки уплотнений. При неправильно установленных прокладках произойдёт подсос воздуха, возможна также утечка топлива. Это нарушает баланс топливной смеси.

Система питания

Внутрь цилиндров подаётся не чистое горючее, а порция смеси, состоящей из обогащённого воздухом топлива. Карбюратор смешивает бензин с воздухом, то есть обогащает топливо. Затем приготовленная смесь через коллектор, называющийся впускным, попадает в камеру.

Если ДВС оборудован инжектором, то бензин под высоким давлением подается сразу во впускной коллектор. Впрыск происходит через форсунки. Бензин и воздух смешиваются не в карбюраторе, а непосредственно во впускном коллекторе.

Топливо циркулирует в системе питания за счёт работы насоса. В карбюраторных двигателях установлены механические насосы. В инжекторных — электрические.

Инжекторные двигатели обычно оснащаются электронным зажиганием. Такое зажигание эффективнее свечного, так как воспламенением топливно-воздушной смеси управляет бортовой компьютер. Для его эффективной работы в автомобиле установлены специальные датчики, собирающие все необходимые данные для компьютера.

Зажигание

В двигателях с карбюратором всегда имеются так называемые свечи зажигания. Они генерируют вольтову дугу, поджигающую топливную смесь. В народе такую дугу обычно называют искрой. В таких автомобилях система зажигания состоит из свечей и аккумулятора.

В двигателях на дизельном топливе процесс возгорания смеси принципиально отличается. Она самовоспламеняется. Это стало возможным благодаря уникальным свойствам дизельного топлива. Дизтопливо через форсунки под высоким давлением подаётся в цилиндр. Предварительно воздух в камере цилиндра тоже сжимается и нагревается до 700 градусов. В таких условиях солярка мгновенно самовоспламеняется.

Выхлопная система

Вывод газов наружу осуществляется системой выпуска продуктов сгорания — выхлопной системой. Токсичные газы направляются сначала в выпускной коллектор, в котором осуществляется сбор выхлопных газов от всех цилиндров. Из коллектора газ, содержащий большое количество вредных веществ, выбрасывается наружу через глушитель.

Последние модели всех автомобилей теперь выпускаются только с каталитическими нейтрализаторами. Они сильно снижают токсичность выхлопных газов, приводя их в соответствие с экологическими нормами.

Система смазки

В автомобиле есть много деталей вращения. Во время работы двигателя трущиеся между собой детали активно изнашиваются. Чтобы уменьшить износ и увеличить КПД двигателя, в каждом автомобиле предусмотрена замкнутая система, созданная для циркуляции смазки. Подача масла в систему осуществляет масляный насос. Перед тем, как попасть в двигатель, масло проходит через фильтр, где очищается от накопившихся загрязнений. Через систему распределения масло подаётся в подшипники коленчатого вала и в газораспределительный механизм для смазки деталей распределительного вала. Затем отработанное масло поступает в картер — специально сконструированную ёмкость в виде поддона. Из картера масло опять забирается насосом и направляется на следующий цикл смазки.

В результате работы системы смазки фильтры засоряются, что снижает степень очистки. Недостаточный уровень очистки ухудшает характеристики масла. По мере засорения фильтров давление масла начинает повышаться. Для сброса давления и безопасной работы узлов автомобиля устанавливают предохранительные, или так называемые редукционные клапаны, срабатывающие при превышении давления масла. Эти клапаны срабатывают вследствие засорения фильтров. Своевременная замена масла и фильтров является непременным условием эффективной работы ДВС.

Во время работы мотора масло нагревается, что тоже плохо отражается на работе мотора. Все мощные двигатели работают со своей системой охлаждения масла. Обычно их называют масляными радиаторами.

Системы охлаждения

Во время продолжительной работы двигатели могут нагреться до достаточно высоких температур. Температура внешней поверхности цилиндров достигает нескольких сотен градусов. Никакие механизмы не могут эффективно работать при таких высоких температурах. Поэтому конструкторы разработали системы для охлаждения узлов автомобиля. Принцип работы таких систем заключается в передаче тепла от нагретых частей к охлаждающей жидкости. Заметим, что состав таких жидкостей и их свойства постоянно улучшаются производителями.

Самым узнаваемым элементом системы охлаждения стал радиатор, который обычно находится в начале моторного отсека, непосредственно перед двигателем. Такое расположение позволяет радиатору дополнительно охлаждаться встречным потоком воздуха. Для повышения эффективности работы радиатора впереди него установлен мощный вентилятор.

Радиатор понижает температуру самого охлаждающего агента после того, как тот отберёт тепло от цилиндров. Вся система охлаждения состоит из термостата, помпы, небольшой расширительной ёмкости и устройства обогрева салона.

Работа системы охлаждения регулируется термостатом. Если двигатель ещё не нагрелся до критических величин, то помпа прогоняет охлаждающую жидкость по так называемому «малому» кругу, то есть только в пределах самого двигателя. Когда термостат включается, то жидкость пропускается через радиатор, охлаждаясь при этом гораздо эффективнее.

Порог срабатывания термостата обычно составляет 90 градусов. В некоторых моделях автомобилей температура срабатывания термостата может быть установлена больше или меньше этой величины.

Долговременная работа любого автомобиля невозможна без эффективной системы охлаждения.

Четырехтактный ДВС

Число тактов работы — одна из важнейших характеристик любого ДВС. Далее приведено описание взаимодействия поршня с клапанами поочерёдно в каждом такте. Напомним, 1 цикл — это 4 такта.

В первом такте выполняется впуск смеси. Топливо смешивается с воздухом. Поршень двигается к наивысшей точке. В камере сгорания создаётся область низкого давления — разрежение. Впускной клапан открывает отверстие в камере для подачи смеси. Коленвал начинает первый оборот.

Во втором такте смесь сжимается. Впускной клапан закрывается. Поршень, достигнув наивысшей точки, сжимает обогащённую топливную смесь. Коленвал завершает первый оборот.

Рабочий ход выполняется в третьем такте. Обогащённая смесь поджигается. В бензиновых двигателях поджигание производится электрической дугой от свечи. В дизельных — топливо воспламеняется самостоятельно в процессе сжатия. Облако расширяющихся газов заставляет поршень двигаться вниз. Начало второго оборота коленвала.

В четвёртом такте происходит выпуск. Открывается выпускной клапан. Газы выводятся в коллектор, а затем выбрасываются наружу. Поршень начинает двигаться вверх. Вал завершает второй оборот.

Таким образом, за 1 рабочий цикл этот двигатель совершает 4 такта, во время которых вал проворачивается дважды.

Видео: Принцип работы четырёхтактного двигателя

Двухтактный мотор

В этих двигателях сжатие и рабочий ход совершаются также как в четырёхтактных. Но очистка и заполнение цилиндров топливной смесью происходит за очень короткое время в момент нахождения поршня в самом нижнем положении. Если в четырёхтактном двигателе смесь попадает в камеру сгорания через открытые отверстия клапанов, то в этом моторе очередная порция смеси поступает в цилиндр через специальные отверстия, называемыми окнами. Они открываются и закрываются телом поршня. Процессы наполнения полостей цилиндра новой смесью и удаления продуктов сгорания называются продувкой.

Для осуществления продувки внутренняя полость цилиндра напрямую связана с КШМ. По сути, поршень двигается в одном пространстве с кривошипом. Под ним образуется полость, которую называют кривошипной камерой или картером. Эта камера тоже участвует в процессах газообмена. В ней периодически создаётся разрежение. Это позволяет поступать новой порции смеси через впускное отверстие.

Такая конструкция позволяет двигателю развивать в 1,5 раза большую мощность по сравнению с другими моторами аналогичного объёма при тех же оборотах двигателя. Но есть и ряд недостатков.

• Детали в таком двигателе работают с большей интенсивностью, то есть быстрее изнашиваются.
• Особое значение придаётся герметизации всех механизмов, работающих практически в одном пространстве: поршня, цилиндра и кривошипа.
• Так как в картере нельзя устроить масляную ванну, то смазку поршня и других деталей осуществляют добавлением масла в топливо.
• Перепады давления смеси в цилиндре не так велики, поэтому для повышения производительности двигателя часто используют принудительную продувку.

Рабочий цикл осуществляется в течение одного оборота коленвала.

Видео: Принцип работы двухтактного двигателя

Вам также будет интересно почитать:

Двигатель внутреннего сгорания

Устройство поршневого ДВС
Корпус двигателя	Состоит из блока цилиндров (справа) и головки блока цилиндров (слева). Двигатели рядной конфигурации имеют один блок цилиндров, V-образной и оппозитной — два блока цилиндров, W-образной — три или четыре блока цилиндров. Блок цилиндров является основной цельнолитой деталью двигателя, к которой крепятся все остальные компоненты. Цилиндры могут быть как неотъемлемой частью блока, так и отдельными от него съёмными гильзами (мокрыми или сухими — в зависимости от наличия контакта с жидкостью в рубашке охлаждения двигателя). В современных двигателях головка блока цилиндров включает в себя ГРМ, крепится к блоку сверху и является съёмной. В моноблочных двигателях блок и головка составляют единое целое. Как правило, корпус двигателя отливается из чугуна или алюминия — материалов, выдерживающих высокую температуру, перепады давления и скольжение поршней по стенкам цилиндров. При этом блок цилиндров может быть чугунным, а головка — алюминиевой, или наоборот. Чугунный двигатель более жёсткий и надёжный, чем алюминиевый, но тяжелее и склонен к коррозии. Алюминиевый, в свою очередь, не такой тяжёлый, обладает большей теплопроводностью и лучше охлаждается, но намного дороже чугунного в изготовлении и подвержен быстрому износу. Последний недостаток устраняется путём использования сменных мокрых гильз, сухих чугунных или композитных гильз или упрочнения стенок цилиндров кристаллами кремния. Иногда блоки цилиндров делаются из магниевого и других высокопрочных сплавов.
Кривошипно-шатунный механизм	КШМ — механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. К подвижным элементам КШМ относятся поршни с поршневыми кольцами, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал с подшипниками и маховик. Принцип работы КШМ следующий: расширяющиеся в камере сгорания газы давят на поршень и заставляют его двигаться в сторону коленчатого вала, передавая давление на шатун, соединённый с ним при помощи поршневого пальца. Шатун, в свою очередь, воздействует на коленчатый вал и преобразует давление в крутящий момент. Коленчатый вал — это цельная литая или кованая деталь, состоящая из нескольких коренных и шатунных шеек, соединенных между собой щёками. Шатунные шейки соединяют коленвал с шатунами, а коренные шейки представляют собой опоры вала в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя. На современных двигателях поршни, как правило, изготавливаются из алюминиевого сплава, а шатуны и коленчатый вал — из высокопрочной стали. Ещё одним элементом КШМ является маховик двигателя, состоящий из одного или двух соединённых дисков. Маховик устанавливается на конце коленчатого вала возле заднего коренного подшипника и служит для устранения неравномерности вращения коленчатого вала и гашения крутильных колебаний. Через маховик также осуществляется передача крутящего момента от двигателя к коробке передач и запуск двигателя стартером. Иногда в состав КШМ также входят балансирные валы, расположенные по обе стороны от коленвала. Они необходимы для уравновешивания сил инерции в несбалансированных двигателях и способствуют снижению перегрузок, шума и вибраций.
Газораспределительный механизм	ГРМ — механизм управления фазами газораспределения ДВС, обеспечивающий своевременную подачу в цилиндры горючей смеси на такте впуска и выход из цилиндров продуктов сгорания на такте выпуска. На четырёхтактном поршневом ДВС состоит из распределительного вала, его привода, клапанов и передаточных звеньев, обеспечивающих связь распредвала с клапанами. Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала ременной, цепной или зубчатой передачей; угловая скорость его вращения равна половине угловой скорости коленвала. В нижнеклапанных двигателях клапаны находятся в блоке сбоку от цилиндров, в верхнеклапанных — в головке блока. Распредвал тоже может располагаться как в блоке цилиндров (в нижнеклапанных, смешанных моторах и в OHV), так и в его головке (SOHC или DOHC). В последнем случае применяется один распредвал (SOHC) с двумя клапанами на цилиндр или два распредвала (DOHC) с четырьмя и более клапанами на цилиндр. Клапаны нужны для того, чтобы в нужные моменты открывать или закрывать впускные и выпускные отверстия в цилиндре. Клапан представляет собой тарелку, которая удерживается в закрытом состоянии пружиной и открывается при нажатии на стержень. Передача усилия от кулачков распределительного вала к клапанам осуществляется при помощи толкателей, роликовых рычагов или коромысел. Обычные клапанные двигатели независимо от типа ГРМ имеют один недостаток: на высоких оборотах коленчатого вала из-за инерции клапанов и резонанса пружины происходит т.н. зависание клапанов — неполное закрытие клапана до достижения поршнем верхней мёртвой точки, которое приводит к столкновению поршня с клапаном и выходу двигателя из строя. Полностью устранить эту проблему удалось в десмодромном ГРМ, обеспечивающим непосредственное управление клапанами двумя верхними распредвалами (или одним с кулачками сложной формы) при отсутствии клапанных пружин. Эта технология применялась на некоторых гоночных автомобилях 50-х гг. (Mercedes-Benz 300SLR), но не дошла до серийного производства в связи с высокой стоимостью, шумностью и необходимостью высококачественного смазочного масла. Другими способами предотвращения зависания клапанов являются использование лёгких материалов для изготовления клапанов и пружин, установка нескольких вложенных друг в друга пружин на одном клапане и пневматический привод клапанов. На современных двигателях также применяется электронная система изменения фаз газораспределения (CVVT), в которой открывание и закрывание клапанов регулируется принудительно в соответствии с параметрами работы двигателя. Она обеспечивает повышение мощности, снижение расхода топлива и сокращение вредных выбросов. Существует альтернатива клапанным системам ГРМ — гильзовая система газораспределения, разработанная Чарльзом Найтом. В двигателях Найта впускные и выпускные отверстия в цилиндре открывались и закрывались не клапанами, а скользящими гильзами. Система была полностью бесшумной и отличалась долговечностью, но из-за сложности и высокого расхода масла перестала употребляться с появлением более эффективных верхнеклапанных моторов.
Система питания	Система питания ДВС объединяет топливную систему, предназначенную для хранения, очистки и подачи топлива к двигателю, и систему впрыска, обеспечивающую образование топливно-воздушной смеси и впрыск её в цилиндры. Топливная система состоит из топливного бака, топливного насоса, топливопроводов и топливного фильтра. Топливный бак обычно размещается в задней части автомобиля и служит в качестве резервуара для горючего. От него к двигателю ведут два топливопровода: подающий, в котором поддерживается давление, и сливной, по которому излишки топлива возвращаются в бак. Очистка топлива производится в топливном фильтре. Давление в системе поддерживает топливный насос. В карбюраторных ДВС используется механический топливный насос с приводом от распредвала, установленный на двигателе, в инжекторных — электрический топливный насос, расположенный в топливопроводе или в топливном баке. На ранних автомобилях топливный насос отсутствовал, а бензин поступал в карбюратор самотёком. В бензиновом ДВС бывает два вида систем впрыска: Карбюратор — отдельный агрегат, предназначенный для приготовления смеси бензина и воздуха и подачи её в цилиндры. Интенсивность смесеобразования в карбюраторе регулируется дроссельной заслонкой. В зависимости от направления потока топливно-воздушной смеси различают карбюраторы с восходящим, нисходящим и горизонтальным потоком. В зависимости от количества смесительных камер карбюраторы делятся на однокамерные, двухкамерные и четырёхкамерные. Кроме того, многоцилиндровый двигатель может оснащаться не одним, а несколькими карбюраторами. Как правило, производством карбюраторов занимались специализированные фирмы: Autolite, Ball & Ball, Carter, Holley, Motorcraft и Rochester в США, Bing, Dell’Orto, Jikov, Magneti Marelli, Pierburg, Solex, Stromberg, SU, Weber и Zenith в Европе, Hitachi, Keihin и Mikuni в Японии. В современных автомобильных двигателях карбюраторы не используются. Впрыск топлива (инжектор) — система подачи топлива путём принудительного впрыска с помощью распыляющих форсунок во впускной коллектор или цилиндры. Первые системы впрыска топлива появились на некоторых немецких автомобилях (Mercedes-Benz 300SL) в середине 50-х гг. Это были механические инжекторы, в которых топливо подавалось механическим насосом и дозировалось плунжерно-рычажным механизмом. Главным недостатком механических систем впрыска была подача топлива в цилиндры в интервале между выключением двигателя и остановкой коленчатого вала, что создавало проблемы в обслуживании. В 80-х гг. на смену механическим пришли электронные системы впрыска топлива, сегодня применяющиеся на всех серийных автомобилях. Принцип работы такой системы заключается в том, что форсунки открываются с помощью электронного блока управления, состоящего из микроконтроллеров, которые анализируют поступающую со специальных датчиков информацию о параметрах работы двигателя и корректируют подачу топлива в зависимости от установленного режима. По количеству форсунок различают одноточечный впрыск (моновпрыск), который имеет одну форсунку на впускном коллекторе, фактически заменяющую карбюратор, и многоточечный впрыск (распределённый впрыск), при котором каждый цилиндр обслуживается своей форсункой. Разновидностью последнего является система непосредственного впрыска топлива, у которой форсунки расположены не во впускном коллекторе, а в головке блока цилиндров, а смесеобразование происходит в камере сгорания. Двигатели с непосредственным впрыском имеют самые высокие показатели экономичности и отвечают современным экологическим стандартам. В дизельных двигателях используется только инжекторная система впрыска, подающая топливо в предварительную камеру или непосредственно в камеру сгорания. Основным конструктивным элементом таких систем является топливный насос высокого давления (ТНВД), обеспечивающий впрыск топлива в камеру со сжатым и нагретым воздухом, от которого она воспламеняется. В современных дизелях также применяются системы впрыска насос-форсунками (объединяющими функции впрыска и создания высокого давления) и системы Common Rail (с общим аккумулятором высокого давления).
Наддув	Один из способов повышения мощности двигателя, заключающийся в использовании специального механизма подачи воздуха в цилиндры под давлением. Такими механизмами могут быть нагнетатель, турбонаддув или их комбинация. Нагнетатель — это механический компрессор для сжатия поступающего в цилиндры воздуха и увеличения массового заряда горючей смеси. Имеет механический привод от коленчатого вала, поэтому требует затрата мощности двигателя на свою работу. Интенсивность подачи воздуха нагнетателем зависит от количества оборотов коленчатого вала. Нагнетатель может работать и на холостых оборотах, а может включаться только при нажатии педали газа. К недостаткам нагнетателя относятся его большие габариты, характерный шум и высокий расход топлива. Наиболее известным стал кулачковый нагнетатель Рутса (Roots Supercharger), получивший широкое применение на гоночных и спортивных автомобилях довоенного периода. Также существуют винтовой (Lysholm) и центробежный нагнетатели. Турбонаддув — способ подачи воздуха в цилиндры под давлением, основанный на использовании энергии отработавших газов. Основным элементом системы наддува является турбокомпрессор, состоящий из газовой турбины и компрессора. Выхлопные газы из выпускного коллектора проходят через турбину и вращают её лопасти, в результате чего приводится в движение компрессор. Под действием центробежных сил через компрессор нагнетается воздух в цилиндры, а для его охлаждения используется промежуточный охладитель (интеркулер). Турбонаддув даёт увеличение мощности двигателя без повышения его оборотов и расхода топлива, однако из-за вероятности детонации сжатой смеси в цилиндрах требует пониженной степени сжатия. В силу особенностей конструкции турбонаддув обладает высокой инерцией, вызывающей задержку мощности при резком нажатии на педаль газа («турбояма») и затем резкое её увеличение («турбоподхват»). Устранить эти недостатки возможно за счёт установки двух параллельных турбокомпрессоров (twin turbo) или турбины с изменяемой геометрией (VNT). Наибольшей эффективностью обладают современные дизельные двигатели с турбонаддувом, характеризующиеся высокими экологическими показателями. На бензиновых ДВС первые турбокомпрессоры появились в начале 60-х гг., но стали популярны только в 80-е гг.
Система зажигания	Система зажигания является частью общей системы электрооборудования автомобиля и присутствует только на бензиновых ДВС, поскольку дизельные двигатели не нуждаются в принудительном воспламенении топливной смеси. Чтобы в камере сгорания бензинового ДВС произошло воспламенение смеси, в неё подаётся искра от свечи зажигания. На современных двигателях источником тока при пуске выступает аккумулятор, а при работающем моторе — генератор, преобразующий механическую энергию вращения коленчатого вала в электрическую. В состав системы зажигания также входят катушка зажигания, трансформирующая низкое напряжение (12 вольт) в высоковольтный импульс, и распределитель зажигания, распределяющий ток между свечами зажигания. Пуск двигателя осуществляется с помощью электрического стартера, питающегося от аккумулятора. Ранние автомобили вместо аккумулятора оснащались системой зажигания от магнето — генератора переменного тока, работающего от коленчатого вала и производящего электроэнергию для свечей зажигания. Запустить двигатель с зажиганием от магнето можно было только при помощи заводной рукоятки, подсоединённой к коленвалу.
Система смазки	Основной функцией смазочной системы ДВС является снижение трения между его деталями, дополнительными — охлаждение двигателя, удаление продуктов нагара и износа и защита деталей от коррозии. Масло заливается в поддон картера в нижней части двигателя. При работающем моторе включается масляный насос, закачивающий масло из поддона картера через масляный фильтр, очищающий его от механических примесей, в каналы системы. Смазке подвергаются подвижные части КШМ и ГРМ и соприкасающиеся с ними поверхности; некоторые из них смазываются под давлением, другие — разбрызгиванием. Под действием силы тяжести масло стекает обратно в поддон картера, и цикл повторяется. Для охлаждения масла используется масляный радиатор. В гоночных и спортивных автомобилях часто применяется система смазки с сухим картером, в которой масло, стекающее в поддон картера, выкачивается дополнительным насосом в отдельный масляный бак. Это обеспечивает стабильную смазку при наклонах и в условиях резких поворотов на большой скорости.
Система охлаждения	В процессе работы ДВС выделяется большое количество тепла, которое вызывает перегрев деталей двигателя. Поддержание оптимального температурного режима и отвод в атмосферу лишней теплоты обеспечивает система охлаждения. Наиболее распространённой является жидкостная система охлаждения, предполагающая принудительную циркуляцию воды (антифриза) через рубашку охлаждения — каналы в блоке цилиндров и в головке блока. Движение жидкости вызывает центробежный насос. Нагретая жидкость перемещается из рубашки охлаждения в радиатор, который выполняет функцию теплообменника. В радиаторе жидкость охлаждается встречным потоком воздуха или вентилятором, который работает от коленчатого вала. Далее охлаждённая жидкость возвращается в рубашку охлаждения. При запуске двигателя жидкость сначала движется по малому кругу, минуя радиатор, а после прогрева происходит переключение на большой круг при помощи термостата. Более простая воздушная система охлаждения применялась на некоторых автомобилях с небольшими двигателями. В такой системе отсутствовал радиатор, а по каналам охлаждения циркулировал воздух. Несмотря на простоту в обслуживании и отсутствие риска замерзания воды зимой, двигатели с воздушным охлаждением вышли из употребления из-за проблемы перегрева в жаркую погоду и чрезмерного шума.
Выпускная система	Назначение выхлопной системы заключается в отводе отработавших газов из цилиндров двигателя, а также их охлаждения, снижения шума и токсичности. После сгорания газы выводятся через выпускной коллектор и проходят в выхлопную трубу, расположенную под днищем автомобиля. На современных машинах используются системы экологической обработки выхлопных газов: каталитический нейтрализатор (осуществляет окисление и химическое преобразование вредных веществ), лямбда-зонд (датчик контроля за количеством кислорода в отработавших газах, корректирующий работу инжектора), система рециркуляции выхлопных газов (обеспечивающая повторное сгорание выхлопа) и система улавливания паров бензина. Перед выпуском в атмосферу отработавшие газы проходят через глушитель, предназначенный для снижения шума за счёт наложения звуковых волн и многократного изменения направления потока газов.

Двигатель внутреннего сгорания — конструкция двигателя внутреннего сгорания — цилиндр, топливо, коленчатый вал и поршень

Двигатели внутреннего сгорания

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

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

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

Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, потому что они зависят от искры электричества, которая вызывает взрыв топлива в цилиндре. Этот газовый двигатель легче дизельного двигателя и требует более очищенного топлива.

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

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

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

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

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

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

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

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

Искра попадает через свечу зажигания, расположенную в головке блока цилиндров. Искра вызывает взрыв бензина. Свечи зажигания содержат два металлических конца , называемых электродами, которые проходят вниз в цилиндр. У каждого цилиндра своя свеча зажигания. Когда через свечу зажигания пропускается электрический ток , ток перескакивает с одного электрода на другой, создавая искру.

Этот электрический ток исходит от батареи . Однако ток батареи недостаточно силен, чтобы вызвать искру, необходимую для воспламенения топлива.Поэтому он проходит через трансформатор , который значительно увеличивает его напряжение или силу. Затем ток может быть направлен на свечу зажигания.

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

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

В самых маленьких двигателях используется аккумулятор, который при разрядке просто заменяется. Однако в большинстве двигателей предусмотрена возможность перезарядки аккумулятора, используя движение вращающегося коленчатого вала для выработки тока обратно в аккумулятор.

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

Большое металлическое колесо, похожее на маховик, прикреплено к одному концу коленчатого вала. Он предназначен для поддержания постоянного движения коленчатого вала. Это необходимо для четырехтактного двигателя, потому что поршни совершают рабочий ход только один раз на каждые четыре хода.Маховик обеспечивает импульса для переноса коленчатого вала во время его движения, пока он не получит следующий рабочий ход. Это достигается за счет инерции, то есть принципа, согласно которому движущийся объект стремится оставаться в движении. Как только маховик приводится в движение поворотом коленчатого вала, он продолжает двигаться и вращать коленчатый вал. Однако чем больше цилиндров у двигателя, тем меньше ему нужно будет полагаться на движение маховика, потому что большее количество поршней будет поддерживать вращение коленчатого вала.

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

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

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

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

Смазка двигателя жизненно важна для его работы. Движение частей друг относительно друга вызывает сильное трение , которое нагревает и вызывает износ деталей. Смазочные материалы, например масло, образуют тонкий слой между движущимися частями. Прохождение масла через двигатель также помогает отводить часть выделяемого тепла.

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

Двигатели внутреннего сгорания — Скачать PDF бесплатно

1 Лекция-18, подготовленная в рамках проекта QIP-CD Cell Двигатели внутреннего сгорания Ujjwal K Saha, Ph.D. Департамент машиностроения Индийский технологический институт Гувахати 1

2 Сгорание в двигателе CI Сгорание в двигателе CI сильно отличается от сгорания в двигателе SI. В то время как сгорание в двигателе SI представляет собой по существу фронт пламени, движущийся через гомогенную смесь, сгорание в двигателе CI представляет собой нестационарный процесс, происходящий одновременно во многих точках в очень неоднородной смеси, контролируемой впрыском топлива.Воздухозаборник в двигатель не дросселируется, а крутящий момент двигателя и выходная мощность регулируются количеством топлива, впрыскиваемого за цикл. 2

3 Во время такта сжатия в цилиндре содержится только воздух, а в двигателях с CI используются гораздо более высокие степени сжатия (от 12 до 24). Помимо завихрений и турбулентности воздуха, необходима высокая скорость впрыска для распределения топлива по цилиндру и его смешивания с воздухом.Топливо впрыскивается в цилиндры в конце такта сжатия одной или несколькими форсунками, расположенными в каждом цилиндре. Время впрыска обычно составляет около 20 0 оборотов коленчатого вала (15 0 btdc и 5 0 at dc). 3

4 Зависимость давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала для двигателя с классическим внутренним расположением. A: точка впрыска топлива B: точка воспламенения C: конец впрыска топлива AB: период задержки 4

5 Сгорание в двигателе CI В двигателе CI топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, и топливно-воздушная смесь самовоспламеняется.Эти фотографии сделаны в RCM в условиях двигателя CI с вихревым потоком воздуха 1 см 0,4 мс после зажигания 3,2 мс после зажигания 3,2 мс после зажигания Поздняя стадия процесса сгорания 5

6 Измерения в цилиндре Этот график показывает расход впрыска топлива, чистую скорость тепловыделения и давление в цилиндре для двигателя с прямым впрыском CI. Начало впрыска Начало горения Конец впрыска 6

7 Четыре ступени сгорания в двигателях CI Начало впрыска Конец впрыска TC

8 Сгорание в двигателе CI Процесс сгорания проходит в следующие стадии: Задержка зажигания (ab) — топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в конце такта сжатия.Жидкое топливо распыляется на мелкие капли и проникает в камеру сгорания. Топливо испаряется и смешивается с высокотемпературным воздухом под высоким давлением. Фаза предварительно смешанного сгорания (bc) сгорание топлива, которое смешалось с воздухом до пределов воспламеняемости (воздух при высокой температуре и высоком давлении) в течение периода задержки воспламенения, происходит быстро при нескольких углах поворота коленчатого вала. 8

9 Сгорание в двигателе CI, продолжение.Смешивание фазы контролируемого горения (cd) после потребления предварительно смешанного газа, скорость горения регулируется скоростью, с которой смесь становится доступной для горения. На этом этапе скорость горения регулируется в основном процессом смешивания топлива с воздухом. Поздняя фаза сгорания (де) тепловыделение может происходить с меньшей скоростью до такта расширения (во время этой фазы не впрыскивается дополнительное топливо). За это отвечает сгорание несгоревшего жидкого топлива и сажи. 9

10 Типы двигателей CI Две основные категории двигателей CI: i) Прямой впрыск имеет единственную открытую камеру сгорания, в которую впрыскивается непосредственно топливо ii) Камера непрямого впрыска разделена на две области, и топливо впрыскивается в форкамеру. который соединен с основной камерой через сопло или одно или несколько отверстий.10

11 Типы двигателей CI (продолжение) Для очень больших двигателей (стационарная выработка электроэнергии), которые работают на низких оборотах двигателя, время, доступное для перемешивания, велико, поэтому используется тип камеры покоя с прямым впрыском (открытый или неглубокий резервуар в поршне). По мере уменьшения объема двигателя и увеличения частоты вращения увеличивается завихрение для достижения смешения топлива и воздуха (глубокая чаша в поршне).Для небольших высокоскоростных двигателей, используемых в автомобилях, завихрения в камере недостаточно, используется непрямой впрыск, когда сильное завихрение или турбулентность создается в форкамере во время сжатия и продувки продуктов / топлива и смешивания с воздухом в основной камере. 11

12 Типы двигателей с ХИ Свеча накаливания Диафрагма-пластина Прямой впрыск: камера покоя Прямой впрыск: завихрение в камере Непрямое впрыскивание: турбулентная и вихревая форкамера 12

13 Неактивная камера прямого впрыска Вихрь форсунки прямого впрыска с несколькими отверстиями в камере Завихрение сопла с одним отверстием прямого впрыска в камере Предварительная камера с завихрением прямого впрыска 13

14 Сгорание происходит по всей камере в диапазоне эквивалентных соотношений, определяемых смешиванием топлива и воздуха до и во время фазы сгорания.Обычно большая часть сгорания происходит в очень богатых условиях в головной части форсунки, при этом образуется значительное количество твердого углерода (сажи). Характеристики горения 14

15 Задержка зажигания Задержка зажигания определяется как время (или интервал угла поворота коленчатого вала) от начала впрыска топлива до начала сгорания. И физические, и химические процессы должны произойти до того, как будет высвобождена значительная часть химической энергии закачиваемой жидкости.К физическим процессам относятся распыление топлива распылением, испарение и смешивание паров топлива с воздухом в цилиндрах. Для хорошего распыления требуется высокое давление впрыска топлива, малый диаметр отверстия форсунки, оптимальная вязкость топлива, высокое давление в цилиндре (большой угол расхождения). Скорость испарения капель топлива зависит от диаметра капель, скорости, летучести топлива, давления и температуры воздуха. 15

16 Задержка зажигания Физические процессы — это распыление топлива при распылении, испарение и смешивание паров топлива с воздухом в цилиндрах.Химические процессы, аналогичные описанным для явления самовоспламенения в предварительно смешанном топливном воздухе, только более сложны, поскольку также происходят гетерогенные реакции (реакции, происходящие на поверхности капли жидкого топлива). 16

17 Качество воспламенения топлива Характеристики воспламенения топлива влияют на задержку воспламенения. Качество воспламенения топлива определяется его цетановым числом CN.Для топлива с низким цетановым числом задержка воспламенения велика, и большая часть топлива впрыскивается до самовоспламенения и быстро сгорает, в крайних случаях это производит слышимый стук, называемый детонацией дизельного топлива. 17

18 Качество воспламенения топлива Для топлива с высоким содержанием цетанового числа задержка воспламенения короткая, и перед самовоспламенением впрыскивается очень мало топлива, скорость выделения тепла регулируется скоростью впрыска топлива и более плавной работой двигателя при смешивании топлива и воздуха.18

19 Цетановое число Метод, используемый для определения качества зажигания с точки зрения CN, аналогичен методу, используемому для определения качества антидетонации с помощью ON. Шкала цетанового числа определяется смесью двух чистых углеводородных эталонных топлив. По определению, изоцетан (гептаметилнонан, HMN) имеет цетановое число 15, а цетан (н-гексадекан, C 16 H 34) имеет значение

.

20 Цетановое число В исходных процедурах а-метилнафталин (C 11 H 10) с нулевым цетановым числом представлял нижнюю часть шкалы.С тех пор он был заменен HMN, который является более стабильным соединением. Чем выше CN, тем лучше качество зажигания, то есть меньше задержка зажигания. 20

21 Измерение цетанового числа В методе, разработанном для измерения CN, используется стандартизованный одноцилиндровый двигатель с переменной степенью сжатия. Рабочие условия: Температура на входе (o C) 65,6 Скорость (об / мин) 900 Опережение искры (o BTC) 13 Температура охлаждающей жидкости (o C) 100 Давление впрыска (МПа)

22 Измерение цетанового числа продолж.Когда двигатель работает в этих условиях на тестовом топливе, степень сжатия изменяется до тех пор, пока сгорание не начнется при TC, период задержки зажигания составляет 13 o. Вышеуказанная процедура повторяется с использованием смесей цетана и HMN. Смесь, которая дает задержку воспламенения 13 o при той же степени сжатия, используется для расчета цетанового числа испытательного топлива. 22

23 Цетановое число по сравнению с октановым числом Октановое число и цетановое число топлива обратно пропорциональны. Бензин — плохое дизельное топливо, и наоборот.23

24 Факторы, влияющие на задержку зажигания Время впрыска При нормальных условиях двигателя минимальная задержка происходит с началом впрыска примерно при BTC. Увеличение времени задержки с более ранним или более поздним моментом впрыска происходит из-за температуры и давления воздуха в течение периода задержки. Количество впрыска Для двигателя с ХИ воздух не дросселируется, поэтому нагрузка изменяется путем изменения количества впрыскиваемого топлива. 24

25 факторов, влияющих на задержку зажигания, продолж.Увеличение нагрузки (bmep) увеличивает остаточный газ и температуру стенки, что приводит к более высокой температуре заряда при впрыске, что приводит к уменьшению задержки зажигания. Увеличение температуры и давления воздуха на впуске приведет к уменьшению задержки зажигания, увеличение степени сжатия имеет тот же эффект. 25

26 факторов, влияющих на задержку зажигания (датчик) 26

27 факторов, влияющих на период задержки (DP) 1.Степень сжатия: DP уменьшается с увеличением CR. 2. Скорость двигателя: DP уменьшается с увеличением скорости двигателя. 3. Выходная мощность: DP уменьшается с увеличением выходной мощности. 4. Распыление топлива: DP уменьшается с увеличением степени распыления. 5. Качество топлива: DP уменьшается с увеличением цетанового числа. 6. Темп. Впуска. & Давление: DP уменьшается с увеличением температуры и давления. 27

28 Влияние задержки зажигания 28

29 Детонация в двигателях CI Детонация в двигателях SI и CI принципиально схожа.В двигателях SI это происходит ближе к концу сгорания; тогда как в двигателях CI это происходит в начале сгорания. Детонация в двигателях CI связана с периодом задержки. Чем больше DP, тем больше и больше капель топлива будет скапливаться в камере сгорания. Это приводит к слишком быстрому росту давления из-за воспламенения, что приводит к заклиниванию сил на поршень и плохой работе двигателя. Когда DP слишком велик, скорость повышения давления почти мгновенная, с большим накоплением топлива.29

30 Детонация в двигателях SI и CI 30

31 Ссылки 1. Крауз У.Х. и Энглин Д.Л. (1985), Автомобильные двигатели, Тата МакГроу Хилл. 2. Истоп Т.Д. и МакКонки А. (1993), Прикладная термодинамика для англ. Технологи, Эддисон Висли. 3. Фергусан Ч.Р., Киркпатрик А.Т. (2001), Двигатели внутреннего сгорания, John Wiley & Sons. 4. Ганесан В. В. (2003), Двигатели внутреннего сгорания, Тата МакГроу Хилл. 5.Гилл П. У., Смит Дж. Х. и Зиурис Э. Дж. (1959), Основы двигателей I.C., Оксфорд и IBH Pub Ltd. 6. Хейслер Х, (1999), Технологии транспортных средств и двигателей, Издательство Арнольд. 7. Хейвуд Дж. Б. (1989), Основы двигателя внутреннего сгорания, McGraw Hill. 8. Хейвуд Дж. Б. и Шер Е. (1999), Двухтактный двигатель, Тейлор и Фрэнсис. 9. Джоэл Р. (1996), Основы инженерной термодинамики, Аддисон-Уэсли. 10. Матур М.Л. и Шарма Р.П. (1994), Курс двигателей внутреннего сгорания, Дханпат Рай и сыновья, Нью-Дели.11. Пулкрабек В.В., (1997), Основы проектирования I.C. Engine, Prentice Hall. 12. Роджерс Г.Ф.К. и Мэйхью Ю.Р. (1992), Engineering Thermodynamics, Addison Wisley. 13. Сринивасан С. (2001), Автомобильные двигатели, Тата МакГроу Хилл. 14. Стоун Р. (1992), Двигатели внутреннего сгорания, Макмиллан Пресс Лимитед, Лондон. 15. Тейлор К.Ф., (1985), Двигатель внутреннего сгорания в теории и практике, том 1 и 2, MIT Press, Кембридж, Массачусетс. 31

32 Интернет-ресурсы me429 / lecture-air-cyc-web% 5b1% 5d.ppt ppt / secondary / powerpoint / sge-parts.ppt

Как работает двигатель внутреннего сгорания — x-engineer.org

Подавляющее большинство автомобилей (легковые и коммерческие), которые продаются сегодня, оснащены двигателями внутреннего сгорания двигатели . В этой статье мы расскажем, как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания .

Двигатель внутреннего сгорания классифицируется как тепловой двигатель .Он называется внутренний , потому что сгорание топливовоздушной смеси происходит внутри двигателя, в камере сгорания, и некоторые сгоревшие газы являются частью нового цикла сгорания.

В основном двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энергию горящей топливовоздушной смеси в механическую энергию . Он называется , 4 такта , потому что для выполнения полного цикла сгорания поршню требуется 4 хода. Полное название двигателя легкового автомобиля: 4-тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания , сокращенно ICE (Двигатель внутреннего сгорания).

Теперь давайте посмотрим, какие компоненты являются основными компонентами ДВС.

Изображение: Детали двигателя внутреннего сгорания (DOHC)

Обозначения: распредвал выпускных клапанов ведро выпускного клапана свеча зажигания ковш впускного клапана впускной распредвал впускной клапан впускной клапан головка блока цилиндров поршень поршневой палец шатун блок цилиндров коленчатый вал ВМТ — верхняя мертвая точка НМТ — нижняя мертвая точка

8 головка цилиндра ) обычно содержит распределительный вал (ы), клапаны, клапанные лопатки, возвратные пружины клапанов, свечи зажигания / накаливания и форсунки (для двигателей с прямым впрыском).Через головку блока цилиндров протекает охлаждающая жидкость двигателя.

Внутри блока цилиндров (12) мы можем найти поршень, шатун и коленчатый вал. Что касается головки блока цилиндров, то через блок цилиндров течет охлаждающая жидкость, которая помогает контролировать температуру двигателя.

Поршень перемещается внутри цилиндра из НМТ в ВМТ. Камера сгорания — это объем, создаваемый между поршнем, головкой блока цилиндров и блоком двигателя, когда поршень находится близко к ВМТ.

На рисунке 1 мы можем рассмотреть полный набор механических компонентов ДВС.Некоторые компоненты неподвижны (например, головка блока цилиндров, блок цилиндров), а некоторые из них движутся. На рисунке ниже мы рассмотрим основную движущуюся часть ДВС, которая преобразует давление газа в цилиндре в механическую силу.

Изображение: Движущиеся части двигателя внутреннего сгорания

Обозначения:

1. звездочка распределительного вала
2. поршень
3. коленчатый вал
4. шатун
5. клапан
6. ковш клапана
7. распредвал
9016 вращение синхронизированного 9016 распредвала 9016 с вращением коленчатого вала через зубчатый ремень или цепь.Положение впускного и выпускного клапанов должно быть точно синхронизировано с положением поршня, чтобы циклы сгорания проходили соответствующим образом.

Полный цикл двигателя для 4-тактного ДВС имеет следующие фазы (такты):

1. впуск
2. сжатие
3. мощность (расширение)
4. выпуск

Ход — это движение поршня между двумя мертвыми центры (нижний и верхний).

Теперь, когда мы знаем, какие компоненты ДВС, мы можем изучить, что происходит на каждом такте цикла двигателя.В приведенной ниже таблице вы увидите положение поршня в начале каждого хода и подробную информацию о событиях, происходящих в цилиндре.

Такт 1 — ВПУСК

Такт впуска двигателя внутреннего сгорания

В начале такта впуска поршень близок к ВМТ. Впускной клапан открывается, поршень начинает двигаться в сторону НМТ. Воздух (или топливовоздушная смесь) втягивается в цилиндр. Этот ход называется ВПУСКОМ, потому что в двигатель попадает свежий воздух / смесь.Такт впуска заканчивается, когда поршень находится в НМТ. Во время такта впуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается из-за инерции компонентов).

Ход 2 — СЖАТИЕ

Такт сжатия двигателя внутреннего сгорания

Такт сжатия начинается с поршня в НМТ, после завершения такта впуска. Во время такта сжатия оба клапана, впускной и выпускной, закрываются, и поршни движутся в направлении ВМТ.Когда оба клапана закрыты, воздух / смесь сжимается, достигая максимального давления, когда поршень находится близко к ВМТ. Прежде, чем поршень достигнет ВМТ (но очень близко к нему), во время такта сжатия: для бензинового двигателя: генерируется искра для дизельных двигателей: впрыскивается топливо Во время такта сжатия двигатель потребляет энергии (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов) больше, чем такт впуска.

Ход 3 — МОЩНОСТЬ

Рабочий ход двигателя внутреннего сгорания

Рабочий ход начинается с поршня в ВМТ.Оба клапана, впускной и выпускной, по-прежнему закрыты. Сгорание топливовоздушной смеси начинается в конце такта сжатия, что приводит к значительному увеличению давления внутри цилиндра. Давление внутри цилиндра толкает поршень вниз по направлению к НМТ. Только во время рабочего такта двигатель вырабатывает энергию.

Ход 4 — ВЫПУСК

Такт выпуска двигателя внутреннего сгорания

Такт выпуска начинается с поршня в НМТ после завершения рабочего такта.Во время этого хода выпускной клапан открыт. Движение поршня от НМТ к ВМТ выталкивает большую часть выхлопных газов из цилиндра в выхлопные трубы. Во время такта выпуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается из-за инерции компонентов).

Как видите, для полного сгорания цикла (двигатель) поршень должен совершить 4 хода. Это означает, что на один цикл двигателя уходит два полных оборота коленчатого вала (720 °).

Единственный ход, который производит крутящий момент (энергию), — это рабочий ход , все остальные потребляют энергию.

Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала через шатун.

Для лучшего понимания мы суммируем исходное положение поршня, положение клапана и баланс энергии для каждого хода.

9018 9018 9018 9018 Энергия энергии 9018 9018 Мощность закрыто 9018 9018 9018 Закрыто

Порядок хода	Название хода	Исходное положение поршня	Состояние впускного клапана	Состояние выпускного клапана	TDC	Открыто	Закрыто	Потребляет
2	Сжатие	BDC	Закрыто	Закрыто	Потребляет 3
Производит
4	Выхлоп	BDC	Закрыто	Открыто	Потребляет

На анимации ниже вы можете ясно увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания.Обратите внимание на положение поршня, положение клапана, момент зажигания и последовательность ходов.

Анимация двигателя внутреннего сгорания

В следующих статьях мы более подробно рассмотрим параметры, характеристики и компоненты двигателя внутреннего сгорания. Если у вас есть вопросы или комментарии по поводу этой статьи, используйте форму ниже для публикации.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Проверьте свои знания в области двигателей внутреннего сгорания, пройдя тест ниже:

ВИКТОРИНА! (щелкните, чтобы открыть)

Двигатель внутреннего сгорания: Работа двигателя | Infoplease

Четырехтактный цикл

В большинстве двигателей один рабочий цикл (впуск, сжатие, мощность и выпуск) осуществляется за четыре хода поршня, совершаемых за два оборота двигателя.Когда двигатель имеет более одного цилиндра, циклы равномерно распределены для плавной работы, но каждый цилиндр будет проходить полный цикл при любых двух оборотах двигателя. Когда поршень находится в верхней части цилиндра в начале такта впуска, впускной клапан открывается, и опускающийся поршень втягивает топливовоздушную смесь.

В нижней части хода впускной клапан закрывается, и поршень начинает движение вверх на такте сжатия, во время которого он сжимает топливно-воздушную смесь в небольшое пространство в верхней части цилиндра.Отношение объема цилиндра, когда поршень находится внизу, к объему, когда поршень находится вверху, называется степенью сжатия. Чем выше степень сжатия, тем мощнее двигатель и выше его КПД. Однако, чтобы разместить устройства контроля загрязнения воздуха, производителям пришлось снизить степень сжатия.

Непосредственно перед тем, как поршень снова достигнет верха, загорается свеча зажигания, воспламеняя топливовоздушную смесь (в качестве альтернативы, теплота сжатия воспламеняет смесь).Смесь при горении становится горячим, расширяющимся газом, заставляя поршень опускаться вниз во время рабочего хода. Горение должно быть плавным и контролируемым. Иногда происходит более быстрое неконтролируемое горение, когда горячие точки в цилиндре поджигают смесь; эти взрывы называются детонацией двигателя и вызывают потерю мощности. Когда поршень достигает дна, выпускной клапан открывается, позволяя поршню вытеснять продукты сгорания — в основном диоксид углерода, монооксид углерода, оксиды азота и несгоревшие углеводороды — из цилиндра во время такта выпуска вверх.

Двухтактный цикл

Двухтактный двигатель механически проще четырехтактного. Двухтактный двигатель обеспечивает один рабочий такт за каждые два хода вместо одного за каждые четыре; таким образом, он развивает большую мощность при том же рабочем объеме или может быть легче, но при этом обеспечивать такую ​​же мощность. По этой причине он используется в газонокосилках, цепных пилах, небольших автомобилях, мотоциклах и подвесных судовых двигателях.

Однако есть несколько недостатков, которые ограничивают его использование.Поскольку во время работы двухтактного двигателя количество тактов мощности в два раза больше, чем во время работы четырехтактного двигателя, двигатель имеет тенденцию к большему нагреву и, таким образом, вероятно, будет иметь более короткий срок службы. Также в двухтактном двигателе смазочное масло необходимо смешивать с топливом. Это вызывает очень высокий уровень углеводородов в его выхлопных газах, если только топливно-воздушная смесь не рассчитана на компьютере для максимального сгорания. Высокоэффективный экологически чистый двухтактный автомобильный двигатель в настоящее время разрабатывается компанией Orbital Engineering в рамках договоренностей со всеми организациями U.С. Автопроизводители.

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторские права © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

Двигатель внутреннего сгорания — энергетическое образование

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так потому, что топливо воспламеняется для выполнения работы внутри двигателя. ^[1] В качестве выхлопных газов выбрасывается та же смесь топлива и воздуха.Это можно сделать с помощью поршня (так называемого поршневого двигателя) или турбины.

Закон идеального газа

Тепловые двигатели внутреннего сгорания работают по принципу закона идеального газа: [math] pV = nRT [/ math]. Повышение температуры газа увеличивает давление, которое заставляет газ расширяться. ^[1] Двигатель внутреннего сгорания имеет камеру, в которую добавлено топливо, которое воспламеняется для повышения температуры газа.

Когда в систему добавляется тепло, это заставляет внутренний газ расширяться.В поршневом двигателе это заставляет поршень подниматься (см. Рисунок 2), а в газовой турбине горячий воздух нагнетается в камеру турбины, вращая турбину (Рисунок 1). Прикрепив поршень или турбину к распределительному валу, двигатель может преобразовывать часть энергии, поступающей в систему, в полезную работу. ^[2] Чтобы сжать поршень в двигателе прерывистого внутреннего сгорания, двигатель выпускает газ. Затем используется радиатор, чтобы система работала при постоянной температуре.Газовая турбина, которая использует непрерывное горение, просто выбрасывает свой газ непрерывно, а не по циклу.

Поршни и турбины

Рисунок 1. Схема газотурбинного двигателя. ^[3]

Двигатель, в котором используется поршень , называется двигателем внутреннего сгорания прерывистого действия , тогда как двигатель, использующий турбину , называется двигателем непрерывного внутреннего сгорания . Разница в механике очевидна из-за названий, но разница в использовании менее очевидна.

Поршневой двигатель чрезвычайно отзывчив по сравнению с турбиной, а также более экономичен при низкой мощности. Это делает их идеальными для использования в транспортных средствах, поскольку они также запускаются быстрее. И наоборот, турбина имеет превосходное отношение мощности к массе по сравнению с поршневым двигателем, а ее конструкция более надежна для продолжительной работы с высокой мощностью. Турбина также работает лучше, чем поршневой двигатель без наддува, на больших высотах и ​​при низких температурах. Его легкий вес, надежность и возможность работы на большой высоте делают турбины предпочтительным двигателем для самолетов.Турбины также широко используются на электростанциях для выработки электроэнергии.

Двигатель четырехтактный

главная страница

Рисунок 2. 4-тактный двигатель внутреннего сгорания. 1: впрыск топлива, 2: зажигание, 3: расширение (работа выполнена), 4: выхлоп. ^[4]

Хотя существует множество типов двигателей внутреннего сгорания, четырехтактный поршневой двигатель (рис. 2) является одним из самых распространенных. Он используется в различных автомобилях (которые, в частности, используют бензин в качестве топлива), таких как автомобили, грузовики и некоторые мотоциклы.Четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход на каждые два цикла поршня. Справа есть анимация четырехтактного двигателя и дальнейшее объяснение процесса ниже.

1. Топливо впрыскивается в камеру.
2. Топливо загорается (в дизельном двигателе это происходит иначе, чем в бензиновом).
3. Этот огонь толкает поршень, что является полезным движением.
4. Отходы химикатов, по объему (или массе) это в основном водяной пар и двуокись углерода.В результате неполного сгорания могут присутствовать такие загрязнители, как окись углерода.

Двухтактный двигатель

главная страница

Рисунок 3. 2-тактный двигатель внутреннего сгорания ^[5]

Как следует из названия, системе требуется всего два движения поршня для выработки энергии. Основным отличительным фактором, который позволяет двухтактному двигателю работать только с двумя движениями поршня, является то, что выпуск и впуск газа происходят одновременно, ^[6] , как показано на рисунке 3.Сам поршень используется в качестве клапана системы вместе с коленчатым валом для направления потока газов. Кроме того, из-за частого контакта с движущимися компонентами топливо смешивается с маслом для добавления смазки, что обеспечивает более плавный ход. В целом двухтактный двигатель содержит два процесса:

1. Воздушно-топливная смесь добавляется, и поршень движется вверх (сжатие). Впускное отверстие открывается из-за положения поршня, и топливовоздушная смесь поступает в камеру хранения.Свеча зажигания воспламеняет сжатое топливо и начинает рабочий такт.
2. Нагретый газ оказывает высокое давление на поршень, поршень движется вниз (расширение), отработанное тепло отводится.

Роторный двигатель (Ванкеля)

главная

Рисунок 4. Цикл роторного двигателя. Он всасывает воздух / топливо, сжимает его, воспламеняется, обеспечивая полезную работу, а затем выпускает газ. ^[7]

В двигателе этого типа имеется ротор (внутренний круг, обозначенный буквой «B» на рисунке 4), который заключен в корпус овальной формы.Он выполняет стандартные этапы четырехтактного цикла (впуск, сжатие, зажигание, выпуск), однако эти этапы выполняются 3 раза за один оборот ротора — создавая трех тактов мощности за один оборот .

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ ^{1.0 1.1} Р. Д. Найт, «Тепловые двигатели и холодильники» в журнале Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 3-е изд. Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, гл.19, сек 2, с. 530
2. ↑ Р. А. Хинрихс и М. Кляйнбах, «Тепло и работа», в Энергия: ее использование и окружающая среда , 5-е изд. Торонто, Онтарио. Канада: Брукс / Коул, 2013, глава 4, стр.93-122
3. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
5. ↑ «Файл: Двухтактный двигатель.gif — Wikimedia Commons «, Commons.wikimedia.org, 2018. [Online]. Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Two-Stroke_Engine.gif.[ Доступно: 17 мая 2018 г.].
6. ↑ С. Ву, Термодинамика и тепловые циклы. Нью-Йорк: Nova Science Publishers, 2007.
7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fc/Wankel_Cycle_anim_en.gif

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ —

1.Прочтите и переведите текст:

Внутреннее сгорание — это процесс сжигания топлива в двигателе. Топливо горит в двигателе и создает силы. Эти силы обеспечивают мощность двигателя. Двигатели внутреннего сгорания имеют неподвижные, вращающиеся и возвратно-поступательные части.

Детали стационарного двигателя . К неподвижным частям двигателя относятся блок цилиндров, картер и головка блока цилиндров. Блок цилиндров — одна из основных частей двигателя.Процесс сгорания происходит внутри цилиндров. Тракторные двигатели имеют несколько цилиндров. Картер двигателя является частью цилиндра. Он поддерживает коленчатый и распределительный валы и удерживает смазочное масло рядом с деталями двигателя. Головки цилиндров закрывают цилиндры. Цилиндры и головки цилиндров образуют камеры сгорания. Сжигание топлива происходит внутри камер сгорания.

Детали роторного двигателя . Части вращающегося двигателя — коленчатый вал, маховик и распределительный вал.Коленчатый вал меняет возвратно-поступательное движение поршней на вращательное. Распределительный вал открывает клапаны двигателя.

2. Заполните пробелы соответствующими словами (головка блока цилиндров, распредвал, прожиг, картер, коленчатый вал, блок цилиндров) :

1. Преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное. 2. Открывает клапаны двигателя. 3. Это одна из основных частей двигателя. 4. Цилиндр и форма камеры сгорания.5. Держит смазочное масло рядом с деталями двигателя. 6. Топливо происходит внутри камер сгорания.

3. Составьте предложения со словами и переведите на английский язык:

Внутри горит топливо, цилиндр. 2. Коленчатый вал, ход, поршни. 3. Картер двигателя является частью двигателя. 4. Учимся, двигатель. 5. Происходит сгорание, камера, в, горение, процесс, оф.

4. Поместите отмеченные слова во множественное число и внесите изменения. Перевести на украинский:

a) 1. Коленчатые валы изменяют ход. 2. Картер опора коленвалов. 3. Эти силы обеспечивают мощность. 4. Эти являются деталями двигателя. 5. Поршни перемещаются внутри цилиндров . 6. Изучают двигатель внутреннего сгорания.

б) Задайте общий вопрос по предложениям 1–4.

c) Задайте вопрос к выделенным словам в предложениях 5-6.

5. Ответьте на вопросы:

1. Какой процесс происходит в двигателе внутреннего сгорания? 2. Что дает сжигание топлива? 3. Какие основные части двигателя внутреннего сгорания? 4.

No related posts.