Принципы работы автомобильных двигателей: Принцип работы и рабочие циклы двигателя автомобиля (ДВС)

Содержание

Принцип работы и рабочие циклы двигателя автомобиля (ДВС)

Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Двигатели внутреннего сгорания бывают бензиновыми и дизельными, также могут успешно работать на газу и даже на водороде (водородный двигатель внутреннего сгорания). Еще моторы отличаются по конструкции, компоновке, бывают двухтактными и четырехтактными.

Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.

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.
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).

Конструктивные особенности

Помимо различий в принципе работы у этих моторов еще и существуют конструктивные особенности.

2-тактный двигатель конструктивно проще. Механизм газораспределения – это дополнительное оснащение мотора, которое усложняет конструкцию.

У 2-тактного мотора этот механизм отсутствует и его роль выполняет поршень, открывая и закрывая те или иные окна.

Помимо этого, данный двигатель не нуждается в системе смазки. Обусловлено это тем, что в процессе работы задействовано и подпоршневое пространство, где располагается колен. вал.

Но поскольку кривошипно-шатунный механизм требует смазки, то у этого двигателя она производится вместе с топливом, то есть моторное масло добавляет в топливо, и при поступлении топлива в это пространство, имеющееся масло смазывает механизм.

У 4-тактных двигателей конструкция включает и механизм газораспределения, и отдельную систему смазки.

Это значительно усложняет конструкцию, однако эти двигателя являются более приоритетными, чем двухтактные из-за ряда эксплуатационных недостатков последних.

Принцип работы ДВС — схематично

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.

Расширенная классификация термометров

Оговоримся, что в рамках обзора не отделяем от темы пирометры. Это чуть иной класс приборов, активно используется для аналогичных целей, что и датчики температуры. Итак, принято различать:

Термометры расширения. Базируются на способности тел менять геометрические размеры:

  1. Стеклянные жидкостные термометры — за окном. Уже считаются датчиками температуры. Чаще в качестве жидкости используется ртуть по ряду причин: сохраняет агрегатное состояние в широком диапазоне условий окружающей среды, не смачивает стекло, легко извлекается из природных компонентов. К недостаткам относятся токсичность, малый коэффициент температурного расширений и застывание уже при минус 35 градусах Цельсия. Это напоминает о пользе спиртовых термометров.
  2. Манометрические термометры основаны на зависимости давления паров вещества в рабочей камере от температуры. Подобные системы охотно применяются в качестве термостатов стареньких холодильников, где нет электроники. Плюсы: система не нуждается в питании электрическим током, что сильно упрощает конструкцию прибора. Эти температурные датчики размещаются в районе испарителя, через трубку соединяются с регулятором (находится в холодильном отсеке), где стоит реле.

Термометрические датчики и термометры сопротивления включают в состав термопары и термисторы. Это избитая тема, коснёмся чуть ниже. В качестве материалов для указанных датчиков температуры применяются металлы, полупроводники, прочие классы таблицы Менделеева.

Термометр сопротивления

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.

Где применяется

4-х тактные моторы применяются в нашей повседневной жизни очень широко. Их мощность напрямую зависит от объема и количества цилиндров. Устанавливают ДВС в автомобилях и самолетах, тракторах и тепловозах. Применяются они также на судах морского и речного флота.

На 4-х тактные силовые агрегаты обратили внимание и энергетики. Используют их для питания стационарных и аварийных электрогенераторов, установленных в местах, где линии электропередач подвести невозможно или экономически нецелесообразно

Кроме того, такие генераторы устанавливают на объектах, где отключение подачи электроэнергии невозможно (больницы, банки, воинские части и пр.).

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).

  • Как устроен двигатель внутреннего сгорания

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

Диаграмма работы двигателя по схеме 1-2-4-3

Многоцилиндровые двигатели бывают рядными и V-образными. В рядных двигателях цилиндры расположены вертикально, а в V-образных — под углом. Последние характеризуются меньшей габаритной длиной по сравнению с первыми. Современные восьмицилиндровые двигатели выполняют двухрядными с V-образным расположением цилиндров.

Информация о происхождении

При выборе имени для ребенка родители могут уделять внимание каждой мелочи. Их интересует не только то, какое влияние на судьбу окажет тот или иной способ наречь малыша

В поле внимания попадают история имени, существующие версии его происхождения и даже редкость использования.

О происхождении и значении имени Элиана есть несколько версий. Среди них выделяются три основных. Каждая предлагает свою интерпретацию того, откуда появилось это женское имя.

Первая базируется на римском происхождении и значении имени Элиана. История говорит о том, что оно образовалось от родового либо же личного прозвища Aelianus. В свою очередь, это прозвище берет корни от греческого слова «хелиос». В этом случае имя несет в себе смысл «солнечная», что делает его несколько родственным по отношению к Елене.

Во второй версии указывается, что имя Элиана имеет еврейское происхождение. В таком варианте перевод звучит как «Бог ответил мне» либо же «мой Бог – моя семья».

Третья версия того, откуда берет свое начало значение имени Элиана, является французской. Согласно этой теории, у слова есть два перевода. Первый звучит как «дочь солнца», что частично пересекается с греко-римской теорией. Во втором же варианте — как «доброго времени суток».

Камера сгорания топливной смеси

Разные модели дизельных двигателей отличаются между собой строением. Одной из немаловажных особенностей является конструкция камеры сгорания. Камера сгорания – пространство, где происходит непосредственно сгорание топлива.

Неразделенная камера расположена в самой конструкции поршня или над ним, топливо на такте впуска попадает в нее, где и воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Это наиболее простой вариант, который, к тому же, снижает расход топлива, но сам двигатель при этом работает очень громко.

Другой вариант – разделенная камера, то есть камера, которая расположена не в цилиндре, а на входе к нему и связана с ними каналом. Топливо подается в камеру, где перемешивается с вихревым потоком воздуха, что лучше распределяет его капли по объему камеры сгорания и способствует полному его сгоранию. Такой вариант подходит для небольших установок и легковых автомобилей, но он значительно увеличивает расход топлива.

Исходя из конструкции поршня и камеры сгорания, различают разные способы смесеобразования в дизельных ДВС:

— объемное смесеобразование – самый простой вариант. Камера сгорания представляет собой пространство между поршнем, стенками и головкой цилиндров. Топливо впрыскивается под давлением через распылители форсунок

Здесь важно, чтобы капли топлива равномерно распределились по всему объему и тщательно перемешались с горячим воздухом, поэтому в камере сгорания должен быть организован вихреобразный поток топливного заряда, а само топливо должно подаваться под высоким давлением;

— объемно-пленочное смесеобразование используется в высокооборотных двигателях с небольшим диаметром цилиндров. Это как раз тот случай, когда камера сгорания частично размещена в конструкции поршня. В двигателях отечественного производства такие камеры имеют форму усеченного конуса. При впрыскивании заряда топливо попадает на поверхность камеры сгорания, образуя «пленку», после чего практически сразу испаряется. Вихревые потоки, образующиеся под воздействием перемещения поршня, дают возможность равномерно распределить капли топлива по всему объему;

— предкамерное смесеобразование предусматривает наличие предкамеры, расположенной в крышке цилиндров. Она соединяется с основной камерой сгорания небольшими каналами с диаметрами не более 1% от диаметра поршня. Объем предкамеры составляет до 30% общего объема камер. По форме она может быть овальной, цилиндрической или сферической;

— вихрекамерное смесеобразование происходит за счет вихревых потоков воздуха, что дает возможность максимально смешать топливный заряд с воздухом даже при невысоком давлении его подачи в камеру сгорания. Для такого смесеобразования необходима раздельная камера, состоящая из двух частей: вихревой и основной. На такте сжатия воздух из основной камеры вытесняется в вихревую, которая имеет сферическую или цилиндрическую форму. Поток воздуха создает вихревые движения, двигаясь по кругу, а в это время из форсунки под давлением до 12 МПа подается заряд топлива. Поскольку воздушная волна находится в движении, капли равномерно распределяются по всему ее объему.

Принцип работы поршневых двигателей

Работа поршневых двигателей внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов при расширении их вслед­ствие нагрева внутри цилиндра. Нагреваются газы от сгорания в цилиндре жидкого или газообразного топлива, перемешанного с воздухом, причем с целью лучшего перемешивания жидкого топлива с воздухом его тщательно распыляют и по возможности испаряют.

Газы, нагревшиеся при этом, стремясь расшириться, давят на стенки камеры сгорания и цилиндра, а также на днище поршня. Поршень под действием давления газов движется к н.м.т. и через шатун передает воспринимаемое им давление газов коленчатому валу, сообщая последнему вращательное движение.

Так в цилиндре двигателя происходят два основных процесса: сгорание смеси и расширение продуктов сгорания, вследствие чего химическая энергия топлива превращается в тепловую, затем частич­но в механическую энергию. Для обеспечения непрерывной работы двигателя в его цилиндры должны периодически поступать все новые и новые порции воздуха и топлива, а продукты сгорания соответственно удаляться. Для этого в конструкции двигателя пре­дусматривают механизмы, позволяющие осуществлять вспомога­тельные процессы, связанные со сменой рабочего тела в цилиндрах.

В двигателе (см. рис. 1) впуск смеси воздуха с топливом и выпуск отработавших газов, т. е. смена рабочего тела в цилиндре, осущест­вляется с помощью клапанов, управляемых специальным механизмом газораспределения, кинематически связанным с колен­чатым валом. Совместная работа кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения позволяют осуществлять необхо­димую для непрерывного действия двигателей последовательность в чередовании комплекса основных и вспомогательных процессов в каждом цилиндре.

Совокупность последовательных процессов, периодически повто­ряющихся в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих непрерывную его работу, называется рабочим циклом.

Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. В двигателе рабочий цикл может быть осуществлен по следующей широко применяемой схеме:

1. В процессе впуска поршень перемещается от в. м.т. к н.м.т., а освобождающая надпоршневая полость цилиндра заполняется смесью воздуха с топливом, называемой горючей смесью. Горючая смесь поступает (засасывается) в цилиндр двигателя через открываю­щийся к этому времени клапан.

Горючая смесь и продукты сгорания, всегда остающиеся в объе­ме камеры сжатия от предыдущего цикла, смешиваясь между собой, образуют рабочую смесь. Тщательно приготовленная рабочая смесь повышает эффективность сгорания топлива, поэтому ее подготовке уделяется большое внимание во всех типах поршневых двигателей.

Количество горючей смеси, поступающее в цилиндр за один рабочий цикл, называется свежим зарядом, а продукты сгорания, остающиеся в цилиндре к моменту поступления в него свежего заряда — остаточными газами.

Чтобы повысить эффективность работы двигателя, стремятся увеличить абсолютную величину свежего заряда и его весовую долю в рабочей смеси.

2. В процессе сжатия оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь от н. м.т. кв.м.т. и уменьшая объем надпоршневой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае рабочее тело). Сжатие рабочего тела ускоряет процесс сгорания и этим предопределяет возможную полноту использования тепла, выделяющегося при сжигании топлива в цилиндре.

Двигатели внутреннего сгорания строятся с возможно большей степенью сжатия, которая в случаях принудительного зажигания смеси достигает значения 10—12, а при использовании принципа самовоспламенения топлива выбирается в пределах 14—22.

3. В процессе сгорания происходит окисление топлива кислородом воздуха, входящего в состав рабочей смеси, вследствие чего давление в надпоршневой полости резко возрастает.

В рассматриваемой схеме рабочая смесь в нужный момент вбли­зи в.м.т. поджигается от постороннего источника с помощью электрической искры высокого напряжения (порядка 15 кв). Для подачи искры в цилиндр служит свеча зажигания, которая ввер­тывается в головку цилиндра.

Для двигателей с воспламенением топлива от тепла, выде­ляющегося от предварительно сжатого воздуха, запальная свеча не нужна. Такие двигатели снабжаются специальной форсункой, через которую в нужный момент в цилиндр впрыскивается топливо под давлением в 100÷300 кГ/см2(≈ 10—30 Мн/м2) и более.

4. В процессе расширения раскаленные газы, стремясь расши­риться, перемещают поршень от в.м.т. к н.м.т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на ша­тунную шейку коленчатого вала и проворачивает его.

5. В процессе выпуска поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через второй открывающийся к этому времени клапан, выталки­вает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объеме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается после­дующим повторением рабочих циклов.

Процессы, связанные с подготовкой рабочей смеси к сжиганию ее в цилиндре, а также освобождением цилиндра от продуктов сгора­ния, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня за счет энергии маховика, которую он накапливает в про­цессе рабочего хода.

В многоцилиндровых двигателях вспомогательные ходы каж­дого из цилиндров выполняются за счет работы других (соседних) цилиндров. Поэтому эти двигатели в принципе могут работать без маховика.

Для удобства изучения рабочий цикл различных двигателей расчленяют на процессы или, наоборот, группируют процессы рабо­чего цикла с учетом положения поршня относительно мертвых точек в цилиндре. Это позволяет все процессы в поршневых двигателях рассматривать в зависимости от перемещения поршня, что более удобно.

Часть рабочего цикла, осуществляемая в интервале перемещения поршня между двумя смежными мертвыми точками, называется тактом.

Такту, а следовательно, и соответствующему ходу поршня присваивается название процесса, который является основным при данном перемещении поршня между двумя его мертвыми точками (положениями).

В двигателе каждому такту (ходу поршня) соответствуют, например, вполне определенные основные для них процессы: впуск, сжатие, расширение, выпуск. Поэтому в таких двигателях различают такты: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Каждое из этих четырех названий соответственно при­сваивается ходам поршня.

В любых поршневых двигателях внутреннего сгорания рабочий цикл складывается из рассмотренных выше пяти процессов по ра­зобранной выше схеме за четыре хода поршня или всего за два хода поршня. В соответствии с этим поршневые двигатели подразделяют на двух- и четырехтактные.

Особенности протекания рабочих циклов в различных двух- и четырехтактных двигателях будут подробно рассмотрены после ознакомления с применяемыми в них топливами и принципами приготовления рабочей смеси.

 

 

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.


Newer news items:

Older news items:


Работа автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Двигатель.

Классификация, механизмы и системы ДВС. Впускная система

На сегодняшний день двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или как его еще называют «атмосферник» — основной тип двигателя, который широко применяется в автомобильной индустрии. Что такое ДВС? Это — многофункциональный тепловой агрегат, который при помощи химических реакций и законов физики преобразует химическую энергию топливной смеси в механическую силу (работу).

Двигатели внутреннего сгорания делятся на:

  1. Поршневой ДВС.
  2. Роторно-поршневой ДВС.
  3. Газотурбинный ДВС.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания — самый популярный среди вышеперечисленных двигателей, он завоевал мировое признание и уже много лет лидирует в автоиндустрии. Предлагаю более детально рассмотреть устройство

ДВС , а также принцип его работы.

К преимуществам поршневого двигателя внутреннего сгорания можно отнести:

  1. Универсальность (применение на различных транспортных средствах).
  2. Высокий уровень автономной работы.
  3. Компактные размеры.
  4. Приемлемая цена.
  5. Способность к быстрому запуску.
  6. Небольшой вес.
  7. Возможность работы с различными видами топлива.

Кроме «плюсов» имеет двигатель внутреннего сгорания и ряд серьезных недостатков, среди которых:

  1. Высокая частота вращения коленвала.
  2. Большой уровень шума.
  3. Слишком большой уровень токсичности в выхлопных газах.
  4. Маленький КПД (коэффициент полезного действия).
  5. Небольшой ресурс службы.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типу топлива, они бывают:

  1. Бензиновыми.
  2. Дизельными.
  3. А также газовыми и спиртовыми.

Последние два можно назвать альтернативными, поскольку на сегодняшний день они не получили широкого применения.

Спиртовой ДВС работающий на водороде — самый перспективный и экологичный, он не выбрасывает в атмосферу вредный для здоровья «СО2», который содержится в отработанных газах поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Поршневой ДВС состоит из следующих подсистем:

  1. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
  2. Система впуска.
  3. Топливная система.
  4. Система смазки.
  5. Система зажигания (в бензиновых моторах).
  6. Выпускная система.
  7. Система охлаждения.
  8. Система управления.

Корпус двигателя состоит из нескольких частей, в которые входят: блок цилиндров, а также головка блока цилиндров (ГБЦ). Задача КШМ — преобразовать возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала. Газораспределительный механизм необходим ДВС для обеспечения своевременного впуска в цилиндры топливно-воздушной смеси и такой же своевременный выпуск отработанных газов.

Впускная система служит для своевременной подачи воздуха в двигатель, который необходим для образования топливно-воздушной смеси. Топливная система осуществляет подачу в двигатель топлива, в тандеме две этих системы работают над образованием топливно-воздушной смеси после чего она подается посредством системы впрыска в камеру сгорания.

Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит благодаря системе зажигания (в бензиновых ДВС), в дизельных моторах воспламенение происходит за счет сжатия смеси и свечей накала.

Система смазки как уже понятно из названия служит для смазки трущихся деталей, снижая тем самым их износ, увеличивая срок их службы и отводя тем самым от их поверхностей температуру. Охлаждение нагревающихся поверхностей и деталей обеспечивает система охлаждения, она отводит температуру при помощи охлаждающей жидкости по своим каналам, которая проходя через радиатор — охлаждается и повторяет цикл. Система выпуска обеспечивает вывод отработанных газов из цилиндров ДВС посредством , которая входит в состав этой системы, снижает шум сопровождаемый выброс газов и их токсичность.

Система управления двигателем (в современных моделях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ) или бортовой компьютер) необходима для электронного управление всеми вышеописанными системами и обеспечения их синхронности.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Принцип работы ДВС базируется на эффекте теплового расширения газов, которое возникает во время сгорания топливно-воздушной смеси, за счет чего осуществляется движение поршня в цилиндре. Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания происходит за два оборота коленвала и состоит из четырех тактов, отсюда и название — четырехтактный двигатель.

  1. Первый такт — впуск.
  2. Второй — сжатие.
  3. Третий — рабочий ход.
  4. Четвертый — выпуск.

Во время первых двух тактов — впуска и рабочего такта, движется вниз, за два других сжатие и выпуск – поршень идет вверх. Рабочий цикл каждого из цилиндров настроен таким образом чтобы не совпадать по фазам, это необходимо для того чтобы обеспечить равномерность работы двигателя внутреннего сгорания. Есть в мире и другие двигатели, рабочий цикл которых происходит всего за два такта – сжатие и рабочий ход, этот двигатель называется двухтактным.

На такте впуска топливная система и впускная образуют топливно-воздушную смесь, которая образуется во впускном коллекторе или непосредственно в камере сгорания (все зависит от типа конструкции). Во впускном коллекторе в случае с центральным и распределенным впрыском бензиновых ДВС. В камере сгорания в случае с непосредственным впрыском в бензиновых и дизельных моторах. Топливно-воздушная смесь или воздух во время открытия впускных клапанов ГРМ подается в камеру сгорания за счет разряжения, которое возникает во время движения поршня вниз.

Впускные клапаны закрываются на такте сжатия, после чего топливно-воздушная смесь в цилиндрах двигателя сжимается. Во время такта «рабочий ход» смесь воспламеняется принудительно или самовоспламеняется. После возгорания в камере возникает большое давление, которое создают газы, это давление воздействует на поршень, которому ничего не остается как начать двигаться вниз. Это движение поршня в тесном контакте с кривошипно-шатунным механизмом приводят в движение коленчатый вал, который в свою очередь образует крутящий момент, приводящий колеса автомобиля в движение.

Такт «выпуск» , после чего отработанные газы освобождают камеру сгорания, а после и выпускную систему, уходя охлажденными и частично очищенными в атмосферу.

Короткое резюме

После того как мы рассмотрели принцип работы двигателя внутреннего сгорания можно понять почему ДВС обладает низким КПД, который составляет примерно 40%. В то время как в одном цилиндре происходит полезное действие, остальные цилиндры грубо говоря бездействуют, обеспечивая работу первого тактами: впуск, сжатие, выпуск.

На этом у меня все, надеюсь вам все понятно, после прочтения данной статьи вы легко сможете ответить на вопрос, что такое ДВС и как устроен двигатель внутреннего сгорания. Спасибо за внимание!

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

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

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

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

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

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

Устройство двигателя внутреннего сгорания

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

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

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

Работа двигателя внутреннего сгорания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Варианты конструкций внутреннего двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
  • карбюраторные , в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

  • блок цилиндров , внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
  • кривошипно-шатунный механизм , который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм , который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
  • система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси ;
  • система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

  • Такт первый, впуск . Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
  • Такт второй, сжатие . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
  • Такт третий, расширение . Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
  • Такт четвёртый, выпуск . Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры , воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

  • Источник питания . Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
  • Включатель, или замок зажигания . Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
  • Накопитель энергии . Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
  • Распределитель зажигания (трамблёр) . Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

  • Воздухозаборник . Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
  • Воздушный фильтр . Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
  • Дроссельная заслонка . Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
  • Впускной коллектор . Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
  • Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
  • Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
  • Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
  • Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
  • Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла ; удаление продуктов нагара и износа ; защита металла от коррозии . Система смазки ДВС включает в себя:

  • Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
  • Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
  • Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
  • Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

  • Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
  • Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
  • Резонатор , или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
  • Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
  • Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

  • Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
  • Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
  • Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
  • Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

На наших дорогах чаще всего можно встретить автомобили, потребляющие бензин и дизельной топливо. Время электрокаров пока не настало. Поэтому рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Отличительной чертой его является превращение энергии взрыва в механическую энергию.

При работе с бензиновыми силовыми установками различают несколько способов формирования топливной смеси. В одном случае это происходит в карбюраторе, а потом это все подается в цилиндры двигателя. В другом случае бензин через специальные форсунки (инжекторы) впрыскивается непосредственно в коллектор или камеру сгорания.

Для полного понимания работы ДВС необходимо знать, что существует несколько типов современных моторов, доказавших свою эффективность в работе:

  • бензиновые моторы;
  • двигатели, потребляющие дизельное топливо;
  • газовые установки;
  • газодизельные устройства;
  • роторные варианты.

Принцип работы ДВС этих типов практически одинаковый.

Такты ДВС

В каждом есть топливо, которое взрываясь в камере сгорания, расширяется и толкает поршень, установленный на коленчатом валу. Далее это вращение посредством дополнительных механизмов и узлов передается на колеса автомобиля.

В качестве примера будем рассматривать бензиновый четырехтактный мотор, так как именно он является самым распространенным вариантом силовой установки в машинах на наших дорогах.

Такты :

  1. открывается впускное отверстие и происходит заполнение камеры сгорания подготовленной топливной смесью
  2. происходит герметизация камеры и уменьшение ее объема в такте сжатия
  3. взрывается смесь и выталкивает поршень, который получает импульс механической энергии
  4. камера сгорания освобождается от продуктов горения

В каждом из этих этапов работы ДВС заложена своя происходит несколько одновременных процессов. В первом случае поршень находится в самой нижней своей позиции, при этом открыты все клапаны, впускающие топливо. Следующий этап начинается с полного закрытия всех отверстий и перемещения поршня в максимальную верхнюю позицию. При этом все сжимается.

Достигнув снова крайней верхней позиции поршня, на свечу поступает напряжение, и она создает искру, зажигая смесь для взрыва. Сила этого взрыва толкает поршень вниз, а в это время открываются выпускные отверстия и камера очищается от остатков газа. Затем все повторяется.

Работа карбюратора

Формирование топливной смеси в машинах первой половины прошлого века происходило с помощью карбюратора. Чтобы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, нужно знать, что автомобильные инженеры сконструировали топливную систему так, что в камеру сгорания подавалась уже подготовленная смесь.

Устройство карбюратора

Ее формированием занимался карбюратор. Он в нужных соотношениях перемешивал бензин и воздух и отправлял это все в цилиндры. Такая относительная простота конструкции системы позволяла ему долгое время оставаться незаменимой частью бензиновых агрегатов. Но позже его недостатки стали преобладать над достоинствами и не обеспечивать повышающихся требований к автомобилям в целом.

Недостатки карбюраторных систем:

  • нет возможности обеспечивать экономные режимы при внезапных переменах режимов езды;
  • превышение лимитов вредных веществ в выхлопных газах;
  • низкая мощность автомобилей из-за несоответствия подготовленной смеси состоянию автомобиля.

Компенсировать эти недостатки попытались прямой подачей бензина через инжекторы.

Работа инжекторных моторов

Принцип работы инжекторного двигателя заключается в непосредственном впрыске бензина во впускной коллектор или камеру сгорания. Визуально все схоже с работой дизельной установки, когда подача выполняется дозировано и только в цилиндр. Разница лишь в том, что у инжекторных агрегатов установлены свечи для поджигания.

Конструкция инжектора

Этапы работы бензиновых моторов с прямым впрыском не отличаются от карбюраторного варианта. Разница лишь в месте формирования смеси.

За счет этого варианта конструкции обеспечиваются достоинства таких двигателей:

  • увеличение мощности до 10% при схожих технических характеристиках с карбюраторным;
  • заметная экономия бензина;
  • улучшение экологических характеристик по выбросам.

Но при таких достоинствах есть и недостатки. Основными являются обслуживание, ремонтопригодность и настройка. В отличие от карбюраторов, которые можно самостоятельно разобрать, собрать и отрегулировать, инжекторы требуют специального дорогостоящего оборудования и установленного большого числа разных датчиков в автомобиле.

Способы впрыска топлива

В ходе эволюции подачи топлива в двигатель происходило постоянное сближение этого процесса с камерой сгорания. В наиболее современных ДВС произошло слияние точки подачи бензина и места сгорания. Теперь смесь формируется уже не в карбюраторе или впускном коллекторе, а впрыскивается в камеру напрямую. Рассмотрим все варианты инжекторных устройств.

Одноточечный вариант впрыска

Наиболее простой вариант конструкции выглядит как впрыск топлива через одну форсунку во впускной коллектор. Разница с карбюратором в том, что последний подает готовую смесь. В инжекторном варианте проходит подача топлива через форсунку. Выгода заключается в получении экономии при расходе.

Моноточечный вариант подачи топлива

Такой способ также формирует смесь вне камеры, но здесь задействованы датчики, которые обеспечивают подачу непосредственно к каждому цилиндру через впускной коллектор. Это более экономичный вариант использования топлива.

Прямой впрыск в камеру

Этот вариант пока наиболее эффективно использует возможности инжекторной конструкции. Топливо напрямую распыляется в камере. За счет этого снижается уровень вредных выхлопов, и автомобиль получает кроме большей экономии бензина увеличенную мощность.

Увеличенная степень надежности системы снижает негативный фактор, касающийся обслуживания. Но такие устройства нуждаются в качественном топливе.

развитие конструкций и принципы работы двигателей внутреннего сгорания

Из всего многообразия существующих в настоящее время автомобильных силовых установок устойчивое положение занимают конструкции, практически не отличающиеся по принципу работы от двигателей, устанавливаемых на самые первые серийные автомобили. Стабильные позиции в производстве занимают два типа поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС): бензиновый — потребляющий в качестве основного топлива бензин и дизельный — появившийся на автомобилях несколько позже, потребляющий дизельное топливо («солярку-»). Появление впрыска топлива в бензиновых моторах конструктивно сблизило эти два типа двигателей (в обеих конструкциях применяются форсунки, насосы высокого давления и т. д.), но все же принцип воспламенения топливной смеси как основное отличие, у каждого остается индивидуальным. Справедливости ради нужно упомянуть бензиновый роторно-поршневой двигатель Ванкеля -—.весьма интересную конструкцию, значительно превосходящую по своим техническим параметрам выше упомянутые моторы. При малых габаритах силовой установки Ванкелю удалось получить недостижимую для обычного двигателя мощность. Этот двигатель хорошо уравновешен и по сравнению с поршневыми имеет существенно меньшее количество деталей, без особых последствий переносит любой тип бензина, что, несомненно, является заманчивым для производства. Но, увы, сложность изготовления, дорогой

ремонт основных составляющих, не редко малый ресурс, большой расход масла и повышенная токсичность выхлопа не позволяют пока наладить массовый выпуск этого передового устройства. Краткая справка: первый двигатель внутреннего сгорания был создан французским инженером Этвеном Лену аром в 1860 г., а в 1862 г. изобретатель Бо де Pouia, кстати, из той же Франции, придумал четырехтактный цикл: всасывание топливовбздушной смеси, ее сжатие в цилиндре посредством поршня, поджог сжатой смеси электрическим разрядом, сгорание, тепловое расширение и выхлоп. Немецкий изобретатель Н. Отто развил эту замечательную идею, и в 1878 г построил первый четырехтактный ДВС, превосходивший более чем в два раза по коэффициенту полезного действия (КПД) существующие на то время тепловые машины. Дизельный двигатель с воспламенением от сжатия изобрел немецкий инженер Рудольф Дизель, 28 февраля 1892 г. он получил патент на четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. В отличие от бензиновых ДВС, в цилиндре этого двигателя сжималась не горючая смесь, а всасываемый воздух. И только тогда, когда температура воздуха в конце такта сжатия поднималась до 600-700 °С, в цилиндр под высоким давлением подавалось топливо. По началу топливом служил керосин, он моментально воспламенялся, и продукты сгорания, расширяясь от температуры, приводили в движение поршень цилиндра. В конце 1896 г. был создан работоспособный экземпляр, примерно в три раза превышавший КПД парового двигателя. Подлинную революцию в области ДВС совершил немецкий инженер Феликс Ванкель. Патент на двигатель внутреннего сгорания без поршней и клапанов он получил в 1929 г, а в 1967 г. роторный NSU Ro-80 на Франкфуртском автосалоне получил престижный титул «Автомобиль года». В двигателе этого автомобиля трехгранный ротор вращался в цилиндре

специального профиля по определенной траектории, отрабатывая все те же четыре такта. Незамедлительно все ведущие моторостроительные фирмы приобрели патент на производство роторно-поршневого двигателя (РПД), но, столкнувшись с большими техническими проблемами, были вынуждены отказаться от дальнейших разработок. До уровня серийного двигателя дотянули японская фирма Mazda и наш автопром. Двигатель при всех его недостатках отличался компактностью, которая превосходила однотипные по мощности поршневые моторы в 2—3 раза. Спортивный автомобиль Mazda RX-7 (или Mazda Savanna) выпускался с двухсекционным роторным двигателем, а позже его преемник Mazda RX-8 стал лучшим автомобилем 2003 г. в Японии, сделав очередной переворот в двигателестроении. В нашей стране РПД выпускались малыми сериями и исключительно для целей силовых структур. Двигатели внутреннего сгорания подразделяются: 1. По количеству тактов за рабочий цикл — двухтактные (на сегодняшний день крайне редко применяются в легковых автомобилях, в основном это удел мотоциклов) и четырехтактные. 2. По способу образования топливно-воздушной смеси — с внешним смесеобразованием (то есть смесь готовится вне цилиндров) — бензиновые и с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь готовится внутри цилиндров) — дизельные и бензиновые с непосредственным впрыском. 3. По типу системы охлаждения — принудительная воздушная и, гораздо больше распространенная, жидкостная. 4. По расположению цилиндров — в один ряд, в два ряда под острым углом V-образно и с противоположными цилиндрами (то есть под углом 180°). Последние еще называют оппозйтными. 5. По числу цилиндров — одноцилиндровые, двухцилиндровый и многоцилиндровые. Зачастую в солидных автомобилях встречаются и 12-цилиндровые двигатели.

6. По принципу подачи воздуха в цилиндры— атмосферные (то есть те, у которых воздух в цилиндры поступает за счет разрежения, создаваемого собственными поршнями) и наддувные (воздух в цилиндры которых подается с помощью дополнительного механического устройства — турбины либо нагнетателя). Последние, несмотря на сложность, имеют внушительный перевес по литровой мощности за счет дополнительного заряда топливной смеси. Первое место по количеству производимых экземпляров до сих пор занимают бензиновые двигатели, несомненные плюсы которых: > • 1. Меньшая по сравнению с дизельными моторами масса при одной и той же мощности, 2. Лучшие скоростные характеристики. 3. Менее проблематичный зимний пуск, что особенно важно при эксплуатации северных районах. 4. Стоимость капитального ремонта меньше, чем у дизельного. 5. Стоимость запасных частей также несколько меньше. К основным недостаткам бензиновых двигателей, прежде всего, следует отнести: 1. Повышенный расход топлива. 2. Пониженный крутящий момент (дизельные моторы при одной и той же мощности гораздо более «тяговитые»)3. Повышенную пожароопасность (за счет применения бензина и газа в качестве основного вида топлива). 4. Более сложную навеску (то сеть вспомогательные агрегаты систем питания, зажигания и пр.). 5. Повышенную требовательность к качеству топлива и смазывающих материалов. 6. Как правило, более дорогое топливо. Развитие бензинового двигателя происходило сразу по нескольким направлениям: 1. Ход поршня в цилиндре постепенно изменялся в сторону уменьшения. Делалось это для уменьшения массы перемещающихся деталей, соответственно удешевлялось

производство и повышались максимальные обороты коленчатого вала. Эта тенденция постепенно уводит максимальный крутящий момент в область более высоких оборотов. 2. Одновременно снижалась высота поршня, что уменьшало площадь трения и общую массу шатунно-поршневой группы. 3. Неуклонно увеличивалась литровая мощность двигателя за счет увеличения степени сжатия, применения многоклапанных механизмов и оптимизации процессов топливообразования и зажигания. 4. Повсеместно применявшийся чугун (из него делались блоки двигателей, головки блоков и поршни) стал постепенно вытесняться более легкими алюминиевыми сплавами. 5. Толщина компрессионных колец постепенно снижалась и в настоящее время на некоторых моделях уже не превышает 1 мм. Такая тенденция позволяет уменьшить силы трения колец о стенки цилиндров, соответственно уменьшается износ и легче происходит их приработка. 6. Карбюраторные системы питания практически вытеснены сложными системами впрыска. Точность дозирования топлива, несомненно, возросла, но при этом возросли требования к его качеству и усложнились ремонт и техническое обслуживание. 7. Контактные системы зажигания, хотя еще и встречаются на выпускаемых автомобилях устаревшей конструкции, практически полностью вытеснены электронными устройствами (которые не имеют не только подвижных контактов, но зачастую лишены высоковольтного распределителя с сопутствующими ненадежными элементами). В последних конструкциях все эти устройства, включая катушку зажигания, совмещены в свечном наконечнике. Ко всему вышесказанному можно добавить, что у дизельных моторов неуклонно повышалось давление впрыска, что положительно сказывалось на технических характеристиках и токсичности выхлопа.

Конструкция дизельных двигателей в последние годы претерпела существенную модернизацию. Ранее тихоход, ные, в настоящий момент они вплотную подошли по своим скоростным характеристикам к современным бензиновым моторам, обладая при этом значительным превосходством по такому немаловажному параметру, как крутящий момент. Но ничто не дается даром; чтобы получить такие замечательные характеристики, пришлось оборудовать систему впуска турбонаддувом, современными микропроцессорными системами управления подачи топлива и т. д. Соответственно, стоимость двигателей до* вольно заметно возросла, что, впрочем, не помешало довести уровень их продаж в европейских странах до уровня продаж бензиновых двигателей. Бесспорными плюсами дизельных моторов являются: 1. Экономичность, особенно проявляющаяся во время междугородных поездок. 2. Значительно больший моторесурс по сравнению с бензиновыми двигателями. 3. Крутящий момент на низких и средних оборотах ощутимо превосходит этот показатель бензиновых моторов при одной и той же мощности. 4. Гораздо меньшая токсичность выхлопа. Несмотря на все достижения передовой конструкторской мысли, все еще остаются некоторые «дизельные» недостатки: 1. Повышенный шум и вибрации, особенно проявляющиеся на холостых оборотах. 2. Относительная дороговизна двигателя по сравнению с аналогичным по параметрам бензиновым. 3. Повышенная требовательность двигателей, особенно с турбонаддувом, к качеству моторного масла. Все поршневые двигатели, в принципе, устроены довольно схоже и имеют следующие механизмы и системы:, 1. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) — служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней 2 в цилиндрах 1 во

вращательное движение коленчатого вала 5 посредством шатунов 4 (рис. 4.1). 2. Газораспределительный механизм (ГРМ) — служит для своевременного наполнения цилиндров горючей смесью, создает условия для сжатия этой смеси и осуществляет выпуск отработанных/Газов посредством распределительного вала 3, клапанов 6 и механизмов их привода (рис. 4.2). Привод распределительного вала состоит из нижней (которая находится на коленчатом валу) и верхней 1 шестерен. Шестерни механически связаны между собой зубчатым ремнем 2. Для того чтобы привести клапаны в движение, кулачки распределительного вала 4 давят на регулировочные шайбы стаканчиков 5, тем самым создавая усилия для сжатия клапанных пружин 8. При этом тарелки клапанов отходят от их седел, создавая условия для впуска рабочей смеси либо выпуска выхлопных газов.

Как правило, привод газораспределительного механиз ма современных двигателей осуществляется зубчатым рем нем, но иногда встречается устаревший цепной привод и совсем уже редкость — привод распредвала косозубой ш§ стерней. Если конструкцией четырехтактного двигателя предусматривается применение одного распределительного вала, передаточное число привода в обязательном поряд ке должно соответствовать соотношению 1:2 (т. е. шестерня распредвала должна быть по диаметру в два раза больше той, которая установлена на коленчатом валу) Делается это для синхронизации газораспределительно го механизма с кривошипно-шатунным, так как для пра

вильной работы двигателя за один оборот распределительного вала коленчатый вал должен сделать два оборота. Дефекты газораспределительного механизма, если их вовремя не устранить, способны надолго вывести двигаI те ль из строя. 3. Система смазки — осуществляет посредством масляного насоса смазку жидким маслом под давлением подшипников коленчатого и распределительных валов, а также некоторых других тяжело нагруженных механизмов. Система смазки также отводит продукты износа и тепло от трущихся пар, поэтому всегда имеет узел очистки (масляный фильтр или центрифугу) и иногда обладает своим собственным масляным радиатором. Отказ этой системы не позволяет проехать автомобилю более 2-2,5 км даже по ровному асфальту, после этого наступает остановка двигателя за счет полного разрушения подшипников коленчатого вала и другие тяжелые последствия. 4. Система питания — предназначена для приготовления, оптимизации и подачи топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя. Бензиновые двигатели первоначально оборудовались карбюратором, который в настоящее время встречается только на устаревших моделях. На смену карбюратору на довольно короткий промежуток, времени устанавливалась система с одной форсункой в коллекторе (моновпрыск). Затем количество форсунок увеличилось до числа цилиндров двигателя (плюс специальная пусковая форсунка, предназначенная для обогащения топливовоздушной смеси в момент холодного запуска). В конечном итоге форсунки из впускного коллектора переместились в камеру сгорания (непосредственный впрыск). Система питания дизельных ДВС, имеющая в своем составе топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки, с момента ее установки на первые дизельные автомобили коренных изменений не претерпела. Дефекты этой системы отрицательно сказываются на токсичности выхлопа, ресурсе двигателя, легкости запуска и ходовых качествах.

Коленчатый вал (рис. 4.4) является одной из основных частей двигателя и состоит из щек 2, коренных 4 и шатунных 3 шеек. В передней части вала находится шейка 1 под шестерню привода ГРМ (иногда масляного насоса) и шкив привода вспомогательных агрегатов (генератора, помпы и т. д.). В заднем торце вала расположено гнездо под подшипник ведущего вала коробки переда1* (КПП) и посадочная поверхность под маховик 7, который за счет своей массы сглаживает толчки от поршней

и обеспечивает безостановочный их проход через мертвые точки. Маховик представляет собой массивное металлическое колесо с зубчатым венцом для зацепления с ведущей шестерней стартера во время запуска двигателя. Коленчатый вал в основной массе двигателей отливается из высокопрочного чугуна и для 4-цилиндрового двигателя имеет четыре шатунные и пять коренных шеек, закаленных токами высокой частоты (на глубину около Змм). Столь глубокая закалка производится для того, чтобы при последующих ремонтах была возможность восстановить поверхность изношенных или поврежденных шеек путем перешлифовки на уменьшенный размер, при этом применяются ремонтные, уменьшенные по внутреннему размеру вкладыши. Вертикальное перемещение поршня ограничивается радиусом кривошипа коленчатого вала. В двух его крайних положениях скорость поршня равна нулю. Крайнее

В конце рабочего хода поршня (при приближении его к НМТ) открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — д0 950-1200 °С. 4. Такт выпуска (рис. 4.8). Во время этого такта коленчатый вал совершает поворот на 180°, поршень перемещается от НМТ к ВМТ, выталкивая продукты сгорания в выпускной коллектор 7 (при этом выпускной клапан открыт, а впускной закрыт). Работа четырехтактного дизельного двигателя также осуществляется за два оборота коленчатого вала, но при этом имеются существенные отличия от работы бензинового двигателя: 1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндре образуется разряжение и через воздушный

фильтр в его полость (при этом впускной клапан открыт) поступает атмосферный воздух (с температурой 30—60 °С) с давлением немного ниже атмосферного. 2. Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ (впускной и выпускной клапаны при этом закрыты), сжимая поступивший воздух. Для надежного воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом высокого давления. 3. Такт расширения (или рабочий ход). Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, начинается процесс сгорания с быстрым повышением температуры и давления (в этот момент оба клапана закрыты). При этом максимальное давление газов достигает 6-10 МПа, а температура— 18002000 °С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ, тем самым совершая полезную работу. 4. Такт выпуска. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ (выпускной клапан открыт, а впускной закрыт) выталкивая в выпускной коллектор отработавшие газы, температура которых снижается к этому моменту до 700 °С. После завершения последнего такта рабочий цикл повторяется заново, в той же самой последовательности.

Лабораторная работа ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Лабораторно-практическая работа

Урок 2

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с классификацией, механизмами и системами автомобильных двигателей, а также изучение их рабочих циклов.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Типы автомобильных двигателей (по виду смесеобразования, по типу применяемого топлива, по числу тактов и т.д.).

2.2. Общее устройство, назначение механизмов и систем четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем охлаждения, смазки, питания, зажигания 1 вентиляции картера двигателя) на примере одноцилиндрового двигателя.

2.3. Применяемые в автомобильных двигателях топлива, их маркировки. Понятие об антидетонационной стойкости и октановом числе.

2.4. Рабочий процесс (характеристика тактов) одноцилиндрового четырехтактного поршневого двигателя. Индикаторная диаграмма.

2.5. Сравнить карбюраторные, дизельные и инжекторные двигатели по удельной мощности, экономичности, экологичности и другим показателям.

2.6. Работа четырехтактных многоцилиндровых двигателей. Рядные и V образные двигатели. Порядок работы цилиндров.

2.7. Понятие о внешней скоростной характеристике двигателя.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При выполнении данной лабораторной работы следует обратить внимание на различие в протекании рабочих процессов двигателей с принудительным воспламенением (карбюраторных и инжекторных) и с воспламенением от сжатия (дизельных), а также отличие их индикаторных диаграмм. Необходимо рассмотреть оба способа образования горючих смесей в цилиндрах двигателей (внешнее и внутреннее смесеобразование). Отличающиеся принципы работы двигателей вызывают разные численные значения основных их параметров, применяемые топлива и т.д. Поэтому целесообразно постоянно сравнивать характеристики различных типов двигателей, температуры и давления, возникающие при различных тактах и т.д. Необходимо также обратить внимание на способы повышения мощности автомобильного двигателя (например, турбонаддув дизелей).

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4.3. Изобразить схему четырехтактного поршневого двигателя и указать на ней основные его элементы и параметры.

4.4. Привести примерную индикаторную диаграмму и выделить на ней характерные точки.

4.5. Представить порядок работы цилиндров 4-, 6- и 8-цилиндровых двигателей (рядных и V — образных).

4.6. Привести вид внешней скоростной характеристики двигателя.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем отличаются карбюраторные и дизельные двигатели?

2. Каково назначение системы смазки (охлаждения)?

3. Что такое степень сжатия?

4. Что означают цифры в маркировке бензина ( АИ-92)?

Принцип работы и устройство двигателя автомобиля. Техническое обслуживание двигателя автомобиля

У каждого из нас есть определенный автомобиль, однако лишь некоторые водители задумываются о том, как устроен двигатель автомобиля. Нужно понимать также, что полностью знать устройство двигателя автомобиля необходимо лишь специалистам, работающим на СТО. К примеру, у многих из нас есть различные электронные устройства, но это вовсе не означает, что мы должны понимать, как они устроены. Мы просто пользуемся ими по прямому назначению. Однако с машиной ситуация немного другая.

Все мы понимаем, что появление неполадок в двигателе автомобиля напрямую влияет на наше здоровье и жизнь. От правильной работы силового агрегата нередко зависит качество езды, а также безопасность людей, которые находятся в автомобиле. По этой причине, рекомендуем уделить внимание изучению данной статьи о том, как работает двигатель автомобиля и из чего он состоит.

История разработки автомобильного двигателя

В переводе с оригинального латинского языка двигатель или мотор означает «приводящий в движение». Сегодня двигателем называют определенное устройство, предназначенное для преобразования одного из видов энергии в механическую. Самыми популярными сегодня считаются двигатели внутреннего сгорания, типы которых бывают разными. Первый такой мотор появился в 1801 году, когда Филипп Лебон из Франции запатентовал мотор, который функционировал на светильном газе. После этого свои разработки представили Август Отто и Жан Этьен Ленуар. Известно, что Август Отто первым запатентовал 4-тактный двигатель. До нашего времени строение двигателя практически не изменилось.

В 1872 году состоялся дебют американского двигателя, который работал на керосине. Однако данную попытку трудно было назвать удачной, поскольку керосин не мог нормально взрываться в цилиндрах. Уже через 10 лет Готлиб Даймлер презентовал свой вариант двигателя, который работал на бензине, причем работал довольно неплохо.

Рассмотрим современные типы двигателей автомобиля и разберемся, к какому из них принадлежит ваша машина.

Типы автомобильных двигателей

Поскольку наиболее распространенным в наше время считают двигатель внутреннего сгорания, рассмотрим типы двигателей, которыми оснащаются сегодня почти все машины. ДВС – это далеко не наилучший тип двигателя, однако именно его используют во многих транспортных средствах.

Классификация двигателей автомобиля:

  • Дизельные двигатели. Подача дизельного топлива осуществляется в цилиндры посредством специальных форсунок. Такие моторы не нуждаются в электрической энергии для работы. Она им нужна лишь для запуска силового агрегата.
  • Бензиновые двигатели. Они бывают и инжекторными. Сегодня используется несколько типов систем впрыска и . Работают такие моторы на бензине.
  • Газовые двигатели. В таких двигателях может использоваться сжатый или сжиженный газ. Такие газы получают с помощью преобразования дерева, угля либо торфа в газообразное топливо.


Работа и конструкция двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы двигателя автомобиля – это вопрос, интересующий практически каждого автовладельца. В ходе первого ознакомления со строением двигателя все выглядит очень сложным. Однако в реальности, с помощью тщательного изучения, устройство двигателя становится вполне понятным. В случае необходимости знания о принципе работы двигателя можно использовать в жизни.

1. Блок цилиндров представляет собой своеобразный корпус мотора. Внутри него расположена система каналов, которая используется для охлаждения и смазки силового агрегата. Он используется в качестве основы для дополнительного оборудования, к примеру, картера и .

2. Поршень , являющийся пустотелым стаканом из металла. На его верхней части расположены «канавки» для поршневых колец.

3. Поршневые кольца. Кольца, расположенные внизу, называются маслосъемными, а верхние – компрессионные. Верхние кольца обеспечивают высокий уровень сжатия или компрессию смеси топлива и воздуха. Кольца используются для обеспечения герметичности камеры сгорания, а также в качестве уплотнителей, предотвращающих попадание масла в камеру сгорания.

4. Кривошипно-шатунный механизм. Отвечает за передачу возвратно-поступательной энергии поршневого движения на коленчатый вал двигателя.

Многие автолюбители не знают, что на самом деле принцип работы ДВС является достаточно несложным. Сначала попадает из форсунок в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом. Затем выдает искру, которая вызывает воспламенение топливно-воздушной смеси, из-за чего она взрывается. Газы, которые формируются в результате этого, двигают поршень вниз, в процессе чего он передает соответствующее движение коленчатому валу. Коленвал начинает вращать трансмиссию. После этого набор специальных шестерён осуществляет передачу движения на колеса передней или задней оси (в зависимости от привода, может и на все четыре).

Именно так работает двигатель автомобиля. Теперь вас не смогут обмануть недобросовестные специалисты, которые возьмутся за ремонт силового агрегата вашей машины.

Большинство водителей понятия не имеют, каким является устройство двигателя автомобиля. А знать это необходимо, ведь не зря при обучении во многих автошколах ученикам рассказывают принцип работы ДВС. Иметь представление о работе двигателя должен каждый водитель, ведь эти знания могут пригодиться в дороге.

Конечно, существуют разные типы и марки двигателей автомобилей, работа которых отличается между собой в мелочах (системы впрыскивания топлива, расположение цилиндров и т. д.). Однако основной принцип для всех типов ДВС остается неизменным.

Устройство двигателя автомобиля в теории

Устройство ДВС всегда уместно рассматривать на примере работы одного цилиндра. Хотя чаще всего легковые автомобили имеют 4, 6, 8 цилиндров. В любом случае, главная деталь мотора — это цилиндр. В нем располагается поршень, который может двигаться вверх-вниз. При этом существуют 2 границы его передвижения — верхняя и нижняя. Профессионалы их называют ВМТ и НМТ (верхняя и нижняя мертвые точки).

Сам поршень соединен с шатуном, а шатун — с коленчатым валом. При движении поршня вверх-вниз шатун передает нагрузку на коленчатый вал, и тот вращается. Нагрузки от вала передаются на колеса, в результате чего автомобиль начинает движение.

Но главная задача — заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой этого сложного механизма. Делается это с помощью бензина, дизельного топлива или газа. Капля топлива, воспламеняющаяся в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение. Затем поршень по инерции возвращается в верхнюю границу, где снова происходит взрыв бензина и такой цикл повторяется постоянно, пока водитель не заглушит мотор.

Так выглядит устройство двигателя автомобиля. Однако это лишь теория. Давайте рассмотрим более детально циклы работы мотора.

Четырехтактный цикл

Практически все двигатели работают по 4-тактному циклу:

  1. Впуск топлива.
  2. Сжатие топлива.
  3. Сгорание.
  4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.

Схема

Ниже на рисунке показана типичная схема устройства двигателя автомобиля (одного цилиндра).

На этой схеме четко показаны основные элементы:

A — Распределительный вал.

B — Крышка клапанов.

C — Выпускной клапан, через который отводятся газы из камеры сгорания.

D — Выхлопное отверстие.

E — Головка цилиндра.

F — Полость для охлаждающей жидкости. Чаще всего там находится антифриз, который охлаждает нагревающийся корпус мотора.

G — Блок мотора.

H — Маслосборник.

I — Поддон, куда стекает все масло.

J — Свеча зажигания, образующая искру для поджога топливной смеси.

K — Впускной клапан, через который в камеру сгорания попадает топливная смесь.

L — Впускное отверстие.

M — Поршень, который движется вверх-вниз.

N — Шатун, соединенный с поршнем. Это основной элемент, который передает усилие на коленчатый вал и трансформирует линейное движение (вверх-вниз) во вращательное.

O — Подшипник шатуна.

P — Коленчатый вал. Он вращается за счет движения поршня.

Также стоит выделить такой элемент, как поршневые кольца (их еще называют маслосъемными кольцами). Их нет на рисунке, однако они являются важной составляющей системы двигателя автомобиля. Данные кольца огибают поршень и создают максимальное уплотнение между стенками цилиндра и поршня. Они предотвращают попадание топлива в масляный поддон и масла в камеру сгорания. Большинство старых двигателей автомобилей ВАЗ и даже моторы европейских производителей имеют изношенные кольца, которые не создают эффективное уплотнение между поршнем и цилиндром, из-за чего масло может попадать в камеру сгорания. В такой ситуации будет наблюдаться повышенный расход бензина и «жор» масла.

Это основные элементы конструкции, которые имеют место во всех двигателях внутреннего сгорания. На самом деле элементов намного больше, но тонкостей мы касаться не будем.

Как работает двигатель?

Начнем с начального положения поршня — он находится вверху. В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. При этом всего лишь небольшая капля бензина поступает в емкость цилиндра. Это первый такт работы.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки, при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, в результате чего топливная смесь сжимается, так как ей в закрытой камере некуда деваться. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап — это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе деталь достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени, пока водитель не заглушит двигатель.

В результате взрыва бензина поршень движется вниз и толкает коленчатый вал. Тот раскручивается и передает нагрузки на колеса автомобиля. Именно так и выглядит устройство двигателя автомобиля.

Отличие в бензиновых моторах

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч — элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. То есть на третьем цикле поршень поднимается вверх, сильно сжимает топливную смесь, и та взрывается естественным образом под действием давления.

Альтернатива ДВС

Отметим, что в последнее время на рынке появляются электрокары — автомобили с электрическими двигателями. Там принцип работы мотора совершенно другой, т. к. источником энергии является не бензин, а электричество в аккумуляторных батареях. Но пока что автомобильный рынок принадлежит автомобилям с ДВС, а электрические двигатели не могут похвастаться высокой эффективностью.

Несколько слов в заключение

Такое устройство ДВС является практически совершенным. Но с каждым годом разрабатываются новые технологии, повышающие КПД работы мотора, осуществляется улучшение характеристик бензина. При правильном техническом обслуживании двигателя автомобиля он может работать десятилетиями. Некоторые успешные моторы японских и немецких концернов «пробегают» миллион километров и приходят в негодность исключительно из-за механического устаревания деталей и пар трения. Но многие двигатели даже после миллионного пробега успешно проходят капремонт и продолжают выполнять свое прямое предназначение.

Для настоящего автолюбителя машина — это непросто средство передвижения, а ещё и инструмент свободы. При помощи автомобиля можно достаться в любую точку города, страны или континента. Но наличия прав для настоящего путешественника недостаточно. Ведь до сих пор есть множество мест, где не ловит мобильный, и куда не могут добраться эвакуаторы. В таких случаях при поломке вся ответственность ложится на плечи автомобилиста.

Поэтому каждый водитель должен хоть немного разбираться в устройстве своего автомобиля , и начать нужно именно с двигателя. Безусловно, современные автомобильные компании выпускают множество автомобилей с разными типами моторов, но чаще всего производителями в конструкциях используются двигатели внутреннего сгорания. Они обладают высоким КПД и при этом обеспечивают высокую надёжность работы всей системы.

Внимание! В большинстве научных статей двигатели внутреннего сгорания сокращённо называются ДВС.

Какими бывают ДВС

Перед тем как приступить к подробному изучению устройства ДВС и их принципа работы, рассмотрим, какими бывают двигатели внутреннего сгорания. Сразу нужно сделать одно важное замечание. За более чем 100 лет эволюции учёными было придумано множество разновидностей конструкций, у каждой из которых есть свои преимущества. Поэтому для начала выделим основные критерии, по которым можно различить данные механизмы:

  1. В зависимости от способа создания горючей смеси все ДВС делятся на карбюраторные, газовые и инжекторные устройства. Причём это класс с внешним смесеобразованием. Если же говорить о внутреннем, то — это дизели.
  2. В зависимости от типа топлива ДВС можно разделить на бензиновые, газовые и дизельные.
  3. Охлаждение устройства двигателей может быть двух типов: жидкостным и воздушным.
  4. Цилиндры могут располагаться как друг напротив друга, так и в форме буквы V.
  5. Смесь внутри цилиндров может воспламеняться посредством искры. Так происходит в карбюраторных и инжекторных ДВС или за счёт самовоспламенения.

В большинстве автомобильных журналов и среди профессиональных автоэкспортов принято классифицировать ДВС, на такие типы:

  1. Бензиновый двигатель. Это устройство работает за счёт бензина. Зажигание происходит принудительно при помощи искры, которую генерирует свеча. За дозировку топливно-воздушной смеси отвечают карбюраторные и инжекторные системы. Воспламенение происходит при сжатии.
  2. Дизельные . Двигатели с устройством такого типа работают за счёт сгорания дизельного топлива. Главная разница в сравнении с бензиновыми агрегатами заключается в том, что горючее взрывается благодаря повышению температуры воздуха. Последнее становится возможным из-за роста давления внутри цилиндра.
  3. Газовые системы функционируют при помощи пропан-бутана. Зажигание происходит принудительным образом. Газ с воздухом подаётся в цилиндр. В остальном устройство подобного ДВС аналогично бензиновому мотору.

Именно такая классификация используется чаще всего, указывая на конкретные особенности системы.

Устройство и принцип работы

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Лучше всего рассмотреть устройство ДВС на примере одноцилиндрового двигателя. Главной деталью в механизме является цилиндр. В нём находится поршень, который двигается вверх-вниз. При этом есть две контрольные точки его передвижения: верхняя и нижняя. В профессиональной литературе они именуются как ВМТ и НМТ. Расшифровка следующая: верхняя и нижняя мёртвые точки.

Внимание! Поршень также соединяется с валом. Соединительным звеном служит шатун.

Главная задачу шатуна — это преобразование энергии, которая образовывается в результате движения поршня вверх-вниз во вращательное. Результатом подобного преобразования является движение автомобиля в нужное вам направление. Именно за это отвечает устройство ДВС. Также не стоит забывать про бортовую сеть, работа которой становится возможной благодаря энергии, выработанной двигателем.

Маховик крепится к концу вала ДВС. Он обеспечивает стабильность вращения коленчатого вала. Впускной и выпускной клапаны находятся вверху цилиндра, который, в свою очередь, накрывается специальной головкой.

Внимание! Клапаны открывают и закрывают соответствующие каналы в нужное время.

Чтобы клапаны ДВС открылись, на них воздействуют кулачки распредвала. Происходит это посредством передаточных деталей. Сам вал двигается при помощи шестерней коленчатого вала.

Внимание! Поршень свободно движется внутри цилиндра, застывая на миг то в верхней мёртвой точке, то в нижней.

Чтобы устройство ДВС функционировало в нормальном режиме, горючая смесь должна подаваться в чётко выверенной пропорции. В противном случае возгорание может не произойти. Огромную роль также играет момент, в который происходит подача.

Масло необходимо для того, чтобы предотвратить преждевременный износ деталей в устройстве ДВС. В общем, всё устройство двигателя внутреннего сгорания состоит из таких основных элементов:

  • свечей зажигания,
  • клапанов,
  • поршней,
  • поршневых колец,
  • шатунов,
  • коленвала,
  • картера.

Взаимодействие этих системных элементов позволяет устройству ДВС вырабатывать нужную для передвижения автомобиля энергию.

Принцип работы

Рассмотрим, как работает четырёхтактный ДВС. Чтобы понять принцип его работы, вы должны знать значение понятия такт. Это определённый промежуток времени, за который внутри цилиндра осуществляется нужное для работы устройства действие. Это может быть сжатие или воспламенение.

Такты ДВС образуют рабочий цикл, который, в свою очередь, обеспечивает работу всей системы. В процессе этого цикла тепловая энергия преобразуется в механическую. За счёт этого происходит движение коленчатого вала.

Внимание! Рабочий цикл считается завершённым после того, как коленчатый вал сделает один оборот. Но такое утверждение работает только для двухтактного двигателя.

Здесь нужно сделать одно важное объяснение. Сейчас в автомобилях преимущественно используется устройство четырёхтактного двигателя. Такие системы отличаются большей надёжностью и улучшенной производительностью.

Для совершения четырёхтактного цикла нужно два оборота коленчатого вала. Это четыре движения поршня вверх-вниз. Каждый такт выполняет действия в точной последовательности:

  • впуск,
  • сжатие,
  • расширение,
  • выпуск.

Предпоследний такт также называется рабочим ходом. Про верхнюю и нижнюю мертвые точки вы уже знаете. Но расстояние между ними обозначает ещё один важный параметр. А именно, объём ДВС. Он может колебаться в среднем от 1,5 до 2,5 литра. Измеряется показатель посредством плюсования данных каждого цилиндра.

Во время первого полуоборота поршень с ВМТ перемещается в НМТ. При этом впускной клапан остаётся открытым, в свою очередь, выпускной плотно закрыт. В результате данного процесса в цилиндре образуется разряжение.

Горючая смесь из бензина и воздуха попадает в газопровод ДВС. Там она смешивается с отработанными газами. В результате образуется идеальное для воспламенения вещество, которое поддаётся сжатию на втором акте.

Сжатие происходит тогда, когда цилиндр полностью заполнен рабочей смесью. Коленчатый вал продолжает свой оборот, и поршень перемещается из нижней мёртвой точки в верхнюю.

Внимание! С уменьшением объёма температура смеси внутри цилиндра ДВС растёт.

На третьем такте происходит расширение. Когда сжатия подходит к своему логическому завершению свеча генерирует искру и происходит воспламенение. В дизельном двигателе всё происходит немного по-другому.

Во-первых, вместо свечи установлена специальная форсунка, которая на третьем такте впрыскивает топливо в систему. Во-вторых, внутрь цилиндра закачивается воздух, а не смесь газов.

Принцип работы дизельного ДВС интересен тем, что в нём топливо воспламеняется самостоятельно. Происходит это за счёт повышения температуры воздуха внутри цилиндра. Подобного результата удаётся добиться за счёт сжатия, в результате которого растёт давление и повышается температура.

Когда топливо через форсунку попадает внутрь цилиндра ДВС, температура внутри настолько высока, что возгорание происходит само собой. При использовании бензина подобного результата добиться нельзя. Всё потому что он воспламеняется при гораздо более высокой температуре.

Внимание! В процессе движения поршня от произошедшего внутри микровзрыва деталь ДВС совершает обратный рывок, и коленчатый вал прокручивается.

Последний такт в четырёхтактном ДВС носит название впуск. Он происходит на четвёртом полуобороте. Принцип его действия довольно прост. Выпускной клапан открывается, и все продукты сгорания попадают в него, откуда в выпускной газопровод.

Перед тем как попасть в атмосферу отработанные газы из обычно проходят систему фильтров. Это позволяет минимизировать вред, наносимый экологии. Тем не менее устройство дизельных двигателей всё равно намного более экологично, чем бензиновых.

Устройства, позволяющие увеличить производительность ДВС

С момента изобретения первого ДВС система постоянно совершенствуется. Если вспоминать первые двигатели серийных автомобилей, то они могли разгоняться максимум до 50 миль в час. Современные суперкары без труда преодолевают отметку в 390 километров. Таких результатов учёным удалось добиться за счёт интеграции в устройство двигателя дополнительных систем и некоторых конструкционных изменений.

Большой прирост мощности в своё время дал клапанный механизм, внедрённый в ДВС. Ещё одной ступенью эволюции стало расположение распределительного вала вверху конструкции. Это позволило уменьшить число движущихся элементов и увеличить производительность.

Также нельзя отрицать полезность современной системы зажигания ДВС. Она обеспечивает максимально возможную стабильность работы. Вначале генерируется заряд, который поступает на распределитель, а с него на одну из свечей.

Внимание! Конечно же, нельзя забыть про систему охлаждения, состоящую из радиатора и насоса. Благодаря ей удаётся предотвратить своевременный перегрев устройства ДВС.

Итоги

Как видите, устройство двигателя внутреннего сгорания не представляет особенной сложности. Для того чтобы его понять не нужно каких-либо специальных знаний — достаточно простого желания. Тем не менее знание принципов работы ДВС точно не будет лишними для каждого водителя.

Однако светильный газ годился не только для освещения.

Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару . Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Решив возникшие по ходу проблемы (тугой ход и перегрев поршня, ведущий к заклиниванию) продумав систему охлаждения и смазки двигателя, Ленуар создал работоспособный двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году было выпущено более трёхсот таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над дальнейшим усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто и получившим патент на изобретение своей модели газового двигателя в 1864 году.

В 1864 году немецкий изобретатель Августо Отто заключил договор с богатым инженером Лангеном для реализации своего изобретения — была создана фирма «Отто и Компания». Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. Цилиндр двигателя Отто, в отличие от двигателя Ленуара, был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Принцип действия: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разреженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. Кроме того, двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Несмотря на это, Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре была применена кривошипно-шатунная передача. Однако самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто получил патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС

Роторный ДВС

Газотурбинный ДВС

  • Поршневые двигатели — камера сгорания содержится в цилиндре , где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма .

ДВС классифицируют:

а) По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные.

б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор, инжектор) и внутреннее (в цилиндре ДВС).

г) По способу воспламенения (с принудительным зажиганием, с воспламенением от сжатия, калоризаторные).

д) По расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные с одним и с двумя коленвалами, V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, VR-образные и W-образные, однорядные и двухрядные звездообразные, Н-образные, двухрядные с параллельными коленвалами, «двойной веер», ромбовидные, трехлучевые и некоторые другие.

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа, состоящий из четырёх отдельных тактов:

  1. впуска,
  2. сжатия заряда,
  3. рабочего хода и
  4. выпуска (выхлопа).

Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения . Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW , Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (СААБ), обладающие большей гибкостью характеристики.

Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ ) до 20-30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20-30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД . В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил , увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.

Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Фербенкс — Морзе, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20-30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах ХХ века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.

Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.

В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия . Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля , в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки(предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения(для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламениня топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).

См. также

  • Филипп Лебон — французский инженер , получивший в 1801 году патент на двигатель внутреннего сгорания со сжатием смеси газа и воздуха.
  • Роторный двигатель: конструкции и классификация
  • Роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

Примечания

Ссылки

  • Бен Найт «Увеличиваем пробег» //Статья о технологиях, которые уменьшают расход топлива автомобильным ДВС

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора.

В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Содержание статьи:

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу.

Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
  • карбюраторные , в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался.

В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

  • блок цилиндров , внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
  • кривошипно-шатунный механизм , который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм , который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
  • система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси ;
  • система удаления продуктов горения (выхлопных газов).
Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности.

По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных.

При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.


Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

  • Такт первый, впуск . Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
  • Такт второй, сжатие . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
  • Такт третий, расширение . Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
  • Такт четвёртый, выпуск . Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры , воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

  • Источник питания . Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
  • Включатель, или замок зажигания . Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
  • Накопитель энергии . Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
  • Распределитель зажигания (трамблёр) . Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

  • Воздухозаборник . Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
  • Воздушный фильтр . Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
  • Дроссельная заслонка . Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
  • Впускной коллектор . Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

— Топливная система

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
  • Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
  • Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
  • Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
  • Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
  • Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС
— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла ; удаление продуктов нагара и износа ; защита металла от коррозии . Система смазки ДВС включает в себя:

  • Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
  • Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
  • Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
  • Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

  • Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
  • Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
  • Резонатор , или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
  • Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
  • Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

  • Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
  • Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
  • Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
  • Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Принцип увеличения гибкости характеристик современных автомобильных ДВС / Хабр


Насколько важно иметь совершенный код в программе для ее быстрой и качественной работы? Настолько же важно для ДВС тратить меньше энергии там, где этих затрат можно избежать.
Прошлая статья

из-за упрощений вызвала вопросы критического характера у части хабра-людей. В этой я попробую ответить на них подробнее как и обещал, а так же раскрыть один из основных принципов ДВС последних десятилетий упомянутый в статье

«Эволюция развития автомобильных двигателей с начала 90-х годов.»

Агрегаты с гибкой характеристикой срабатывания в ДВС

Первым, и наверно самым известным примером повышения гибкости характеристик в ДВС стали гидрокомпенсаторы, обеспечившие отказ от теплового зазора и более плавную работу клапанов.

Саморегуляция и плавность работы гидравлики так же использовалась и в других узлах и агрегатах ДВС.

Например гидронатяжители цепи обеспечили те же преимущества что и толкатели, но наиболее ярким примером триумфа гидравлики можно считать систему Fiat MultiAir.


Двигатель, как и машина

, где устанавливается данная система уникальны сами по себе, поэтому остановимся лишь на отдельных моментах.

Так из видео видно, что пока гидравлическим способом открывается только клапан впуска, но далее я покажу что и на клапан выпуска так же есть воздействие в другой системе, связанной с полным управлением процесса закрытия клапанов. Поэтому фактически гидравлика на сегодня уже способна управлять практически всеми процессами в ГБЦ. Поразительно, но при всей сложности системы ее работа является оправданием-примером перспектив следующего этапа — электро клапанов.

Есть правда и компромиссный вариант от koenigsegg

Следующий пример — регулируемый маслонасос уже можно считать скорее давно ожидаемой доработкой, чем техническим прорывом.

Как видно сложность работы тут оправдана оптимизированным диапазоном работы.

Последующий «гидравлический» пример — система впрыска, где происходили действительно революционные изменения.

Начнем пожалуй с того факта что переход от моно-впрыска к распределенному, а далее к непосредственному у бензиновых моторов затронул целый ряд характеристик.

Таких, как давление впрыска, время цикла впрыска и цену на это оборудование (последнее наверно самый очевидный момент).

Давление впрыска — при разных режимах работы двигателя может быть от 3 до 11 МПа.

Время цикла впрыска может изменятся (а иногда впрыск может проходить за один рабочий такт до нескольких раз).

Прямой впрыск способен обеспечить шесть вариантов смешивания топлива.

  • послойное распределение смеси;
  • гомогенная смесь;
  • гомогенно-обедненная смесь;
  • гомогенно-послойное распределение смеси;
  • двойной впрыск для защиты двигателя от детонации;
  • двойной впрыск для разогрева нейтрализатора.

Цена последнего вида впрыска считается самой высокой для бензиновых ДВС (поэтому не случайно появления комбинированных систем впрыска).

Одним из возможных вариантов удешевления прямого впрыска являются форсунки Orbital.
Принцип работы тут такой — воздух к воздушным жиклерам поступает в сжатом виде от специального компрессора при давлении 0,65 МПа. Давление топлива составляет 0,8 МПа. Сначала срабатывает топливный жиклер, а затем в нужный момент и воздушный, поэтому в цилиндр, мощным факелом впрыскивается топливно-воздушная смесь в виде аэрозоля.
Форсунка, установленная в головке цилиндра рядом со свечой зажигания, впрыскивает топливно-воздушную струю непосредственно на электроды свечи зажигания, что обеспечивает ее хорошее воспламенение.

Ford Sci ( Smart Charge injection), Mitsubishi GDI (Gasoline Direct Injection), VW FSI (Fuel Stratified Injection), HPi (High Pressure Injection), Mersedes Benz CGI, Renault IDE, SCC (Saab Combustion Control. Отличительной особенностью системы является интеграция свечи зажигания и инжектора в один модуль(SPI). С помощью сжатого воздуха топливо попадает напрямую в блок цилиндров и тут же воспламеняется.) — все эти системы различные варианты прямого впрыска.

У дизельных моторов различия в топливной аппаратуре стали менее значимы, так как они изначально были с прямым впрыском. Тут рост давления впрыска был попутным фактором, и больше сказывалось улучшенное управление процессами. Механические форсунки у дизеля сейчас практически везде заменены на электромеханические. У «дизелей» как и у бензиновых с прямым впрыском так же присутствует «многоимпульсный режим» ( впрыск за один цикл от 1 до 7 раз).

Главное противостояние в дизель-технологиях впрыска идет

между индивидуальными насос-форсунками и системой Common Rail.

Еще одним значимым изменением в системе впрыска стало увеличение количества и качества датчиков используемых для коррекции впрыска. Система управления двигателем<на данный момент имеет все больше данных для обработки и коррекции напрямую, а не разными обходными путями, как это было ранее.

На ранних этапах становления электронных систем управления двигателем процесс ручной настройки впрыска через ЭСУД напоминал работу с Big Data. И там, и там в принципе не знаешь точно конечный результат в начале процесса, но все же надеешься нащупать «золотое дно». При ручной настройке впрыска рассчитывать приходилось только на опыт и интуицию, чтоб получить нужный результат.

В системе зажигания преобразования так же прошли в сторону повышения мощности и точности работы.

Контактное зажигание с одной катушкой сменило бесконтактное (с одной, а далее с двумя катушками), а итогом развития стали индивидуальные катушки зажигания на каждом цилиндре.


небольшая отсылка к предыдущей статье — есть так же и две катушки зажигания на весь мотор, которые из-за особенностей работы дают искру два раза за цикл (причем одна искра проходит в цилиндре не в такте зажигания).

Электро генерация так же стала экономнее, так одним из итогов развития стал отключаемый генератор.

Принцип работы тут следующий — когда машина замедляется, генератор включается на максимальный режим работы. При последующем ускорении… отключается до определенных пределов, которые зависят от ряда параметров. Такой режим работы позволяет распределять нагрузку лучше, так как при торможении двигателем дополнительное сопротивление оказывает генератор, а при ускорении он наоборот — снимает нагрузку с ДВС.

Генератор с муфтой INA. Кондиционер с помощью то же с помощью отключаемой муфты стал экономнее. Теперь он не нагружает вал «холостой» работой компрессора.

Турбина как элемент изначально мало подверженный усложнению все же стала «гибче».

Но не всегда выхлопные газы выходят в «трубу», иногда часть из них «возвращается» обратно в камеру сгорания.

Работа этой системы позволяет регулировать температуру в камере сгорания за счет рециркуляции выхлопных газов (Бывают

системы с охлаждением

выпускных газов, и без, при рециркуляции).

Последним «невозможным» преобразованием на данный момент можно считать цикл Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI).

Смысл данной технологии объединить 2 типа сгорания топлива в одном моторе. При применении этого цикла становится возможным сжигать смесь бензина как с помощью свечи, так и по «дизельному» (с помощью сжатия).

Агрегаты потерявшие механическую связь с ДВС

Под это определение первым подпадает бензонасос.

В большинстве современных инжекторных автомобилей этот агрегат, как правило, размещен в бензобаке, имеет незначительные различия по конструкции… и полностью лишен какой-либо механической связи с ДВС. Правда сейчас уже даже в качестве тюнинга научились ставить электрический бензонасос даже на карбюраторные машины.

Эффективность его работы выросла, особенно после того как стали устанавливать системы без «обратки» (подачи топлива по обратному каналу в бензобак).

Следующий чисто электрически «связанный» элемент — дроссельная заслонка, которая традиционно всегда была связана с педалью газа, но теперь это «независимый» от педали элемент.

Дело в том что с точки зрения работы различных взаимосвязанных систем в двигателе не всегда нужно напрямую воздействовать на заслонку и прямая связь тут скорее помеха, чем помощь. Поэтому в силу многих причин разделение на педаль газа (Потенцио́метр) и заслонку с электроприводом вполне оправданно. Определенную роль во внедрении электро-дросселя так же сыграли и нормы токсичности выхлопа.

Последующей системой потерявшей «связи» стала система охлаждения.

Про электро-вентилятор охлаждения думаю уже все знают (хотя ранее в 90-х было еще такое понятие как привод через вязкостную муфту вентилятора охлаждения).

Замена вискомуфты на электровентилятор и сейчас актуальна.

А вот про наличие 2 контуров охлаждения отдельно для ГБЦ и блока цилиндров?

Все это «приправлено» тем что термостаты тут более «шустрые» т. е. То же потерявшие прямую физическую взаимосвязь за счет внедрения электрической составляющей (поэтому быстродействие тут зависит уже не столько от воздействия температуры на рабочий расширяющийся элемент, а

от работы нагревающего элемента внутри

).

Разделение контуров на ГБЦ и Блок цилиндров позволило поддерживать различную температуру охлаждающей жидкости в них. В отличие от стандартной, в двухконтурной системе охлаждения обеспечивается температура в головке блока цилиндров в пределе 87°С, в блоке цилиндров – 105°С.

Так как в контуре головки блока цилиндров должна поддерживаться более низкая температура, то в нем циркулирует больший объем охлаждающей жидкости (порядка 2/3 от общего объема). Остальная охлаждающая жидкость циркулирует в контуре блока цилиндров.
При запуске двигателя оба термостата закрыты. Обеспечивается быстрый прогрев двигателя. Охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу контура головки блока цилиндров: от насоса через головку блока цилиндров, теплообменник отопителя, масляный радиатор и далее в расширительный бачок. Данный цикл осуществляется до достижения охлаждающей жидкостью температуры 87°С.

При температуре 87°С открывается термостат контура головки блока цилиндров и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу: от насоса через головку блока цилиндров, теплообменник отопителя, масляный радиатор, открытый термостат, радиатор и далее через расширительный бачок. Данный цикл осуществляется до достижения охлаждающей жидкостью в блоке цилиндров температуры 105°С.

При температуре 105°С открывается термостат контура блока цилиндров и в нем начинает циркулировать жидкость. При этом в контуре головки блока цилиндров всегда поддерживается температура на уровне 87°С.

Последним достойным упоминания можно назвать электро-помпу BMW. Решение «электрофицировать» водяной насос рискованное, так как требует не малых энергозатрат, и наверно поэтому не встречается пока у большинства остальных автопроизводителей. Применяется электрическая помпа на двигателях N52: E60, E61, E63, E64, E65, E66, E87, E90, E91.

Помимо непосредственно навесного оборудования связанного с работой ДВС, механическую связь потерял гидроусилитель… став в некоторых случаях электрогидроусилителем, и в максимуме — электроусилителем.

«Гибкие» в зависимости от оборотов…

В предыдущей статье был вопрос — «а может ли работать 4-х клапанный ДВС без части клапанов, или вообще без них?»

Ответ прост — не только может, но и работает (правда есть нюансы).

Технология Twinport от Опель позволяет обходиться и 3-мя в режиме частичных нагрузок.

Причина такой частичной работы кроется в снижении наполняемости цилиндра воздухом при частично открытой дроссельной заслонке при небольшой нагрузке на двигатель. Эту проблему частично решает рециркуляция выхлопных газов (EGR), но немецкие инженеры посчитали что этого недостаточно. Для увеличения скорости воздушного потока они решили «заткнуть» один впускной клапан заслонкой (на фото справа), что позволило закрутить поток воздуха и увеличить его скорость.

В итоге применение Twinport экономит 6% топлива на двигателе объемом 1.6 л. В общем совместно с EGR экономия может доходить до 10%.

Подобная система применяется Opel и на двигателях с прямым впрыском топлива.

на рено шафран для создания завихрения в цилиндре использовали форсунку впрыска воздуха в камере сгорания. Впрыск воздуха улучшает процесс сгорания на малых оборотах, оптимизируя сгорание топлива, что обеспечивает экономию топлива от 8 до 14 %.

Занимательно, но факт что впрыск воздуха в последствии еще использовался в выпускном тракте для улучшения экологии выхлопа холодного двигателя, а в суперкаре Koenigsegg Jesko сжатый воздух так же впрыскивается в выпускной тракт чтобы… раскрутить турбину для устранения турболага.

Следующая система более радикально подходит к вопросу деактивации клапанов.

Принцип схож с big.LITTLE .

В одном моторе, при полном отключении клапанов в нескольких цилиндрах, появляется возможность получить меньший рабочий объем для экономии топлива.


Volkswagen cylinder deactivation technology



Audi A1 Sportback 1.4 TSI при 4 цилиндровом моторе способен с помощью системы отключения цилиндров «превращаться» при оборотах 1400 до 4000 об/мин (частичная нагрузка) в двухцилиндровый!

Honda Variable Cylinder Management

Был и отечественный аналог подобной системы.

Профессор П. И. Андрусенко в 1967 году предложил более простой способ регулировки мощности ДВС — отключение отдельных рабочих циклов. В 1996 году совместно с «АвтоВазом» это метод рекламировался на выставке в Детройте.

Принцип работы идеи профессора простой, надо лишь отключать подачу топлива в разные цилиндры, что и обеспечит получение необходимого количества энергии в данный момент. Реализуется это с помощью управления впрыском, а дроссельная заслонка во всем диапазоне изменения нагрузок мотора остается полностью открытой! (напомню что в системе BMW Valvetronic то же есть дроссельная заслонка, которая полностью открыта для повышения индикаторного К.П.Д., но там это «страховка» на случай выхода из строя системы).

Преимущества системы:

  • На режиме частичных нагрузок 20 — 23% с уменьшением токсичности в 2.5 — 4 раза.
  • Расход топлива на холостом ходу сокращается в два раза.

Отличия от используемых сейчас.

  • Количество отключаемых циклов может быть любым. Работа ДВС в данном режиме может быть оптимизирована по составу топлива в широком диапазоне оборотов и нагрузок.
  • При регулировании мощности отключением цилиндров изменяется их температурный режим, так как они остаются незадействованными в течение длительного времени. При методе ДРЦ пропущенные циклы приходятся на различные цилиндры, поэтому они практически не успевают охлаждаться.
  • Не требуется серьезных изменений конструкции ДВС.

Сдвиг фаз.

Следующая технология манипуляции работы клапанов — фазовращатели. Технология сдвига фаз с успехом улучшила идею 4-х клапанов, и по исполнению настолько простая что «добрались» и до моторов АвтоВаза.

Суть процесса состоит в том, чтобы изменять время открытия клапанов в цилиндре в зависимости от роста оборотов двигателя. Причина тут простая — сгорание топлива на более высоких оборотах происходит не так быстро, а значит нужно время для «продувки-открытия» клапанов выставлять раньше. Достигается это небольшим смещением распределительного вала с помощью гидроуправляемой муфты.

VVT-i

BMW VANOS


«дедушкой» сдвига фаз принято считать разрезную шестерню.

В основном разрезная шестерня используется в тюнинге и… при несовершенстве некоторых моторов так как позволяет установить «правильные» фазы открытия и закрытия клапанов.

Регулирование высоты подъема клапана.

Кроме сдвига, используется и еще одна «гибкая» технология — «подъем клапанов».

MITSUBISHI MIVEC

Honda VTEC

BMW Valvetronic

Variocam Porsche

Последним достижением ДВС на данный момент является изменяемая характеристика степени сжатия.

Примеры подобной системы от шведов

и немецкий аналог…

По итогу развития эти системы так и не нашли применения, но вот Nissan решил исправить ситуацию, и представил свой серийный вариант системы.

Несмотря на сложность этого мотора ему далеко до главного лидера по «гибкости» — гибридного привода Toyota Prius.

Сочетание совместной работы двигателя по циклу Аткинсона (Миллера) с электромотором дает недостижимый для обычных ДВС расход топлива, экологию выхлопа и КПД.

Таким образом развитие двигателей внутреннего сгорания пришло к закономерному итогу электрификации, и даже запустились процессы обратные всей тенденции развития моторов до этого момента.

P.S. Период с начала 80-х по наше время смело можно назвать временем отсечения лишних затрат в ДВС. О параллельном процессе — миниатюризации ДВС (даунсайзинге) будет в следующей статье.

P.P.S. Если у вас есть примеры-аналогии из it-сферы по перечисленным ДВС-технологиям можете написать ниже в комментариях (лучшее добавлю в статью).

Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы

Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы 4-тактного двигателя, количество деталей, соединенных с двигателем.

CARSUFFER.COM

● Прежде чем мы обсудим » Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы » мы знаем о том, что такое автомобильный двигатель?

→ Любая машина, преобразующая тепловую энергию в механическую, называется автомобильным двигателем.

Сколько типов автомобильных двигателей?

В автомобилях используются различные типы двигателей:

  • Двигатель внешнего сгорания

К двигателям внешнего сгорания относятся те двигатели, в которых топливо сжигается вне камеры сгорания, такие как паровые двигатели и турбины.

  • Двигатель внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, в которых топливо сжигается внутри камеры сгорания, такие как бензиновые, дизельные двигатели и двигатели с подвижным двигателем.

Сколько деталей

прикреплено к конструкции автомобильного двигателя ?

В разрезе простого одноцилиндрового бензинового двигателя верхняя и закрыта крышкой ГБЦ, а нижняя открыта в виде полой трубы, в которой движется поршень.

Поршень представляет собой полую металлическую трубку с верхней частью и закрывается с плотной скользящей посадкой или, другими словами, поршень может легко скользить вверх и вниз в цилиндре.

  • Шатун и коленчатый вал

Движение поршня вверх и вниз в цилиндре называется возвратно-поступательным движением.

Это возвратно-поступательное движение должно быть преобразовано во вращательное, чтобы можно было заставить вращаться колеса автомобилей.

Это изменение возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется кривошипом на коленчатом валу с помощью шатуна, с соединением поршня с помощью поршневого пальца в его верхней части, а нижней его частью — с шатунной шейкой. коленчатый вал.

Таким образом, когда поршень движется вверх и вниз в цилиндре, верхний конец шатуна перемещается вместе с ним вверх и вниз.

Нижний конец шатуна также перемещает его вверх-вниз, так как он прикреплен к шатунной шейке коленчатого вала, шатунная шейка движется по кругу, в результате чего коленчатый вал получает вращательное движение.

Каждый момент движения поршня сверху вниз или снизу вверх называется ходом.

Поршень совершает 2 такта, когда коленчатый вал совершает один полный оборот.

В верхней части цилиндра есть клапаны. Клапан представляет собой точную машинную заглушку, которая входит в отверстие машины в верхней части цилиндра.

Когда клапан опирается на свое седло (открыто), говорят, что он закрыт, а когда его поднимают или толкают со своего седла, он открывается.

Один из клапанов называется впускным клапаном, который пропускает смесь топлива и воздуха в цилиндр.

Другой клапан называется выпускным клапаном, который позволяет сгоревшим выхлопным газам выходить или выходить из цилиндра.

Открытие и закрытие клапанов устроено так, что они открываются и закрываются в требуемое время.

Автомобильный двигатель

и принцип его работы в разрезе commons.wikimedia.org

При ходе поршня вниз при открытии впускного клапана топливно-воздушная смесь всасывается за счет частичного разрежения, создаваемого в цилиндре.

Это примерно тот же эффект, что и когда вы пьете жидкость через соломинку, в этом случае во рту создается частичный вакуум и жидкость поднимается через соломинку в рот.

Смесь топлива и воздуха в правильной пропорции производится карбюратором, когда поршень достигает нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается, герметизируя таким образом верхнюю часть двигателя.

commons.wikimedia.org

Здесь мы хотели бы добавить немного количества сжигания топлива, это кислород в воздухе, который соединяется с топливом сгорания.

Важно отметить, насколько быстро мы можем сжечь топливо, чтобы оно могло приложить полную силу к поршню, чтобы получить полную мощность от двигателя.

Горящее топливо быстро мы должны выбрать испарить топливо просто для того, чтобы объяснить вам это явление, чтобы вы поняли предмет более ясно, если вы Сгоревшее топливо — это контейнер, который горит лениво.

commons.wikimedia.org

Это связано с тем, что двигатель в воздухе контактирует с поверхностью топлива только сверху, но это не требуется.

Нам требовалось короткое взрывное сгорание топлива, чтобы получить полную мощность актива раньше, но для мощного полного взрыва также не требуется, так как это уничтожит двигатель.

Теперь, чтобы сжечь топливо полностью и быстро, мы не нагреваем топливо, а вместо этого воздух в такте сжатия, а также испаряем топливо через карбюратор в бензиновом двигателе и дизельном двигателе через инжектор.

При дальнейшем вращении коленчатый вал выталкивает поршень в цилиндре вверх, таким образом сжатие горючей смеси в цилиндре называется тактом сжатия.

commons.wikimedia.org

В конце такта сжатия сжатые газы воспламеняются с помощью свечи зажигания.

В конце такта сжатия сжатые газы воспламеняются с помощью свечи зажигания. Эта электрическая искра настроена на сжатую воздушно-топливную смесь.

Смесь горит так быстро, что можно сказать, что она взрывается, когда смесь сгорает, температура и давление или газы быстро возрастают.

Поскольку поршень является единственной движущейся частью цилиндра, высокое давление, создаваемое газами, толкает поршень вниз.

commons.wikimedia.org

Поскольку поршень связан с коленчатым валом с помощью соединительного стержня, коленчатый вал вращается, это называется рабочим ходом.

В конце рабочего хода открывается выпускной клапан, отработавшие газы, которые выполнили свою работу, толкая поршень вниз, должны быть удалены из цилиндра.

В 4-м такте такта выпуска, когда поршень движется вверх, он выталкивает отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан.

Клапан закрывается в конце такта выпуска и снова открывается впускной клапан и в него поступает новый заряд, так повторяется весь цикл, который заставляет двигатель работать.

Мы надеемся, что читатели смогут понять эту «Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы» статью и основы автомобильного двигателя.

CARSUFFER.COM

Часто задаваемые вопросы

Какая энергия используется от работающего двигателя?

Каков диаметр цилиндра?

Расстояние, пройденное поршнем сверху вниз или снизу вверх за один раз, называется:

Рабочий ход достигается вращением коленчатого вала на:

Прочтите это:- Классификация автомобильных двигателей и клапанов

Посетите сайт:- www.caruffer.com

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу движка. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со всеми перечисленными ниже переменными, чтобы сделать двигатель более мощным и/или более экономичным.

Увеличение рабочего объема: Больше рабочего объема означает большую мощность, поскольку вы можете сжигать больше газа при каждом обороте двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров.Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем выше мощность до определенного предела. Однако чем больше вы сжимаете воздушно-топливную смесь, тем больше вероятность того, что она самопроизвольно воспламенится (до того, как свеча зажигания воспламенит ее). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое раннее сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно требуется высокооктановый бензин — их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить большую мощность.

Набить больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр заданного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели повышают давление поступающего воздуха, чтобы эффективно нагнетать больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотели бы, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании.Поэтому на многих автомобилях с турбонаддувом и наддувом стоит интеркулер . Интеркулер представляет собой специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух для его охлаждения перед поступлением в цилиндр.

Позвольте воздуху поступать легче: Когда поршень движется вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, установив в каждом цилиндре два впускных клапана. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы, чтобы устранить там сопротивление воздуха.Воздушные фильтры большего размера также могут улучшить поток воздуха.

Облегчение выхода выхлопных газов: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, двигатель теряет мощность. Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан в каждый цилиндр. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на цилиндр, что повышает производительность. Когда вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у автомобиля четыре цилиндра и 16 клапанов, реклама говорит о том, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком маленькая или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать обратное давление, которое имеет тот же эффект. В высокопроизводительных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения обратного давления в выхлопной системе. Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, установив две выхлопные трубы вместо одной.

Сделать все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он расходует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и начать его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению эффективности использования топлива, а также к повышению производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр. Это улучшает производительность и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые часто задаваемые читателями вопросы, касающиеся движка.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу движка. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со всеми перечисленными ниже переменными, чтобы сделать двигатель более мощным и/или более экономичным.

Увеличение рабочего объема: Больше рабочего объема означает большую мощность, поскольку вы можете сжигать больше газа при каждом обороте двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров.Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем выше мощность до определенного предела. Однако чем больше вы сжимаете воздушно-топливную смесь, тем больше вероятность того, что она самопроизвольно воспламенится (до того, как свеча зажигания воспламенит ее). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое раннее сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно требуется высокооктановый бензин — их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить большую мощность.

Набить больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр заданного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели повышают давление поступающего воздуха, чтобы эффективно нагнетать больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотели бы, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании.Поэтому на многих автомобилях с турбонаддувом и наддувом стоит интеркулер . Интеркулер представляет собой специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух для его охлаждения перед поступлением в цилиндр.

Позвольте воздуху поступать легче: Когда поршень движется вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, установив в каждом цилиндре два впускных клапана. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы, чтобы устранить там сопротивление воздуха.Воздушные фильтры большего размера также могут улучшить поток воздуха.

Облегчение выхода выхлопных газов: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, двигатель теряет мощность. Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан в каждый цилиндр. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на цилиндр, что повышает производительность. Когда вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у автомобиля четыре цилиндра и 16 клапанов, реклама говорит о том, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком маленькая или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать обратное давление, которое имеет тот же эффект. В высокопроизводительных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения обратного давления в выхлопной системе. Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, установив две выхлопные трубы вместо одной.

Сделать все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он расходует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и начать его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению эффективности использования топлива, а также к повышению производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр. Это улучшает производительность и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые часто задаваемые читателями вопросы, касающиеся движка.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу движка. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со всеми перечисленными ниже переменными, чтобы сделать двигатель более мощным и/или более экономичным.

Увеличение рабочего объема: Больше рабочего объема означает большую мощность, поскольку вы можете сжигать больше газа при каждом обороте двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров.Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем выше мощность до определенного предела. Однако чем больше вы сжимаете воздушно-топливную смесь, тем больше вероятность того, что она самопроизвольно воспламенится (до того, как свеча зажигания воспламенит ее). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое раннее сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно требуется высокооктановый бензин — их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить большую мощность.

Набить больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр заданного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели повышают давление поступающего воздуха, чтобы эффективно нагнетать больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотели бы, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании.Поэтому на многих автомобилях с турбонаддувом и наддувом стоит интеркулер . Интеркулер представляет собой специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух для его охлаждения перед поступлением в цилиндр.

Позвольте воздуху поступать легче: Когда поршень движется вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, установив в каждом цилиндре два впускных клапана. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы, чтобы устранить там сопротивление воздуха.Воздушные фильтры большего размера также могут улучшить поток воздуха.

Облегчение выхода выхлопных газов: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, двигатель теряет мощность. Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан в каждый цилиндр. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на цилиндр, что повышает производительность. Когда вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у автомобиля четыре цилиндра и 16 клапанов, реклама говорит о том, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком маленькая или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать обратное давление, которое имеет тот же эффект. В высокопроизводительных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения обратного давления в выхлопной системе. Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, установив две выхлопные трубы вместо одной.

Сделать все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он расходует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и начать его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению эффективности использования топлива, а также к повышению производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр. Это улучшает производительность и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые часто задаваемые читателями вопросы, касающиеся движка.

Принцип работы системы автомобильного двигателя — ElectroDealPro

Вы когда-нибудь задумывались о том, как работает система двигателя под капотом вашего автомобиля или о концепции 4-тактного двигателя, что такое мощность и крутящий момент?

Из каких частей состоит автомобильный двигатель?

Чтобы изучить принцип работы двигателя автомобиля, прежде всего нам необходимо знать некоторые основные понятия о двигателе и конструкции автомобильного двигателя. Почти каждый двигатель, используемый в автомобиле, представляет собой двигатель внутреннего сгорания и использует либо бензин, либо дизельное топливо.Преимуществом двигателя внутреннего сгорания является высокий КПД, компактные размеры по сравнению со многими двигателями внешнего сгорания.

Подробнее:

  • 2016 старая Камри
  • Продам старую Honda Crv
  • Продам старый импортный Альтис



Горящие двигатели автомобилей

Что касается основной конструкции, то двигатель будет иметь такие компоненты, как поршень, цилиндр, свеча зажигания, впускной/выпускной клапан, распределительный вал, трансмиссионный шток, коленчатый вал и блок цилиндров.Когда двигатель работает, поршень движется вверх и вниз в цилиндре.

Автомобильный двигатель Обычно цилиндров может быть много, может быть 4, 6, 8, 10, 12… и цилиндры обычно располагаются в 3 основных формах, таких как прямая линия, буква V или горизонтальная симметрия. Такое размещение повлияет на плавность хода, стоимость конструкции и общий вид машины. Оттуда он будет подходить для каждого автомобиля в зависимости от цели использования.

Подробнее:

  • Innova 2013 старый
  • Вес автомобиля Vios
  • Автомобиль I10 2015 старый

Принцип работы системы автомобильного двигателя

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания представляет собой замкнутый цикл с серией всплесков сотни раз в минуту в цилиндре двигателя.В камеру сгорания будет подаваться смешанная смесь при заданном соотношении воздуха и топлива. Здесь будут производиться взрывы, чтобы оказать давление на поршень и подтолкнуть поршень к движению. Цикл двигателя внутреннего сгорания в автомобиле будет состоять из 4 шагов, чтобы можно было преобразовать бензин в работу автомобиля. Это называется четырехтактным двигателем, который включает в себя наддув, сжатие, сгорание и выпуск.



4-периодная схема двигателя

См.:

  • Сколько стоит автомобильный чехол?
  • Автомобильные наматрасники
  • Цены на покраску днища автомобиля

Принцип работы 4-тактного бензинового двигателя:

Первый период (зарядка): Воздух и топливо будут загружаться в цилиндр, когда поршень находится в верхней мертвой точке.

Вторая ступень (сжатие): Газотопливная смесь будет сжиматься поршнем при движении от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. По истечении второго срока горючая смесь воспламеняется от свечей зажигания.

Третья стадия (горение): В это время газовая смесь сгорает и благодаря этому повышенное давление заставляет поршень перемещать верхнюю мертвую точку в нижнюю мертвую точку. Это движение воздействует на коленчатый вал и создает вращение.

Четвертый (выхлоп): Когда взрыв завершится, газ будет вытеснен из выхлопной трубы (выхлопа) и выпущен в окружающую среду.

Если более внимательно проанализировать принцип работы транспортного средства, то можно увидеть, что движение в первом, втором и четвертом периоде осуществляется за счет излишка третьего периода. Четырехтактный двигатель имеет угол зажигания 720 градусов, и в соответствии с этим углом коленчатый вал должен повернуться 2 раза, чтобы произошло 1 зажигание. Таким образом, если в машине больше цилиндров, угол зажигания будет меньше, и машина будет работать намного тише.

Некоторые технические термины для автомобильного двигателя

К этому моменту вы, должно быть, получили некоторые базовые знания о принципе работы двигателя транспортного средства. Далее мы узнаем о некоторых терминах автомобильных двигателей, которые помогут вам общаться с техниками при обслуживании вашего автомобиля.

Подробнее:

  • Innova 2013 старый
  • Вес автомобиля Vios
  • Автомобиль I10 2015 старый
Что такое мощность?

лошадиных сил это что? Это единица измерения мощности автомобилей с аббревиатурой HP (Horse Power).Одна лошадиная сила соответствует мощности 15 кг до 30,48 см за 1 минуту.



Мощность очень важна для работы двигателя

Справочник: Распространенные ошибки двигателей автомобилей

Что такое крутящий момент?

Параметр момента, используемый для обозначения действия силы вращения на объект вокруг оси. Самый простой пример можно использовать с завинчиванием гаечного ключа. Крутящий момент будет пропорционален силе срабатывания (Ньютон) и длине рычага (метры).Если крутящий момент равен 30 Н, а маятник имеет длину 30 см, крутящий момент составит 30 * 0,3 = 9 Нм.

Вернемся к автомобильным двигателям. Если двигатель имеет крутящий момент 1 Нм при усилии 1 Н, поворотный рычаг 1 м и 60 об/мин, мощность, генерируемая за 1 секунду, составит 6,28 Нм, а мощность — 6,28 Вт. Так что по крутящему моменту мы можем понять, какая мощность у машины. Кроме того, необходимо заботиться о том, при какой скорости вращения двигатель достигнет своего максимального диапазона крутящего момента. Потому что чем выше индекс крутящего момента, автомобиль будет иметь сильное сцепление с дорогой и хорошее бездорожье.

Мин Тунг

Принципы работы двигателей с прямым впрыском водорода с искровым зажиганием для легковых автомобилей

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.11.134Получить права и содержание серийный бензиновый двигатель.

Пониженная указанная эффективность по сравнению с бензином при стехиометрическом режиме.

Разбавление загрузки демонстрирует значительный потенциал для повышения указанной эффективности.

Обезжиривание позволяет добиться практически нулевого уровня выбросов в атмосферу.

Работа двигателя с почти нулевым уровнем выбросов была ограничена режимом работы с малой частичной нагрузкой.

Abstract

Устойчивое сокращение выбросов парниковых газов автомобильным транспортом требует решений, обеспечивающих нулевые выбросы двуокиси углерода. Таким образом, в дополнение к транспортным средствам с электрифицированными силовыми агрегатами, такими как автомобили с электрическими батареями или транспортными средствами на топливных элементах, также обсуждаются двигатели внутреннего сгорания, работающие на электронном топливе или биотопливе.Электронное топливо, которое недавно привлекло внимание, — это водород из-за его потенциала для достижения нулевых выбросов углекислого газа от бака к колесу и от скважины к колесу, когда электролиз приводится в действие электричеством из возобновляемых источников. Из-за высокой ламинарной скорости горения водород может работать в двигателе с большим разбавлением заряда цилиндра, например, за счет внешняя рециркуляция выхлопных газов или обеднение, что приводит к повышению эффективности. С другой стороны, высокая скорость горения и высокие адиабатические температуры пламени создают проблемы для охлаждения двигателя из-за повышенных тепловых потерь по сравнению с обычными видами топлива.Для дальнейшей оценки использования водорода в двигателях небольших легковых автомобилей серийный 3-цилиндровый бензиновый двигатель объемом 1 л, предоставленный Ford Werke GmbH, был модифицирован для прямого впрыска водорода. Двигатель был оснащен внешней системой рециркуляции отработавших газов высокого давления для исследования разбавления заряда при стехиометрическом режиме работы. Из-за ограничений системы турбонаддува работа на очень обедненной смеси, при которой первичные выбросы оксидов азота могут быть ниже 10 частей на миллион, была ограничена работой с частичной нагрузкой ниже BMEP = 8 бар.Таким образом, снижение уровня выброса оксидов азота при высоких нагрузках по сравнению со стехиометрическим режимом работы не представлялось возможным. При стехиометрическом режиме работы с внешней рециркуляцией отработавших газов КПД двигателя может быть значительно увеличен. Сравнение работы со стехиометрическим водородом и бензином показывает пониженную указанную эффективность с водородом при значительно более быстром сгорании водорода при сопоставимых центрах сгорания. Однако более высокое давление наддува позволило бы достичь еще более высокой указанной эффективности за счет разбавления заряда по сравнению с работой бензинового двигателя.

Ключевые слова

9

Ключевые слова

ключевых слов

9

NO

NO 1 x 8

Эффективность

газообразных прямых впрыска

возле нулевых сырьевых выбросов

Рекомендуемое соревнование Статьи (0)

Смотреть полный текст

© 2021 Publications Publications. Опубликовано Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Toyota Production System | Видение и философия | Компания

Происхождение производственной системы Toyota Производственная система, отлаженная поколениями

Корни производственной системы Toyota

Производственная система Toyota (TPS), основанная на философии полного устранения всех отходов в поисках наиболее эффективных методов, восходит к автоматическому ткацкому станку Сакичи Тойоды.Система TPS развивалась путем многих лет проб и ошибок, чтобы повысить эффективность на основе концепции «точно вовремя», разработанной Киитиро Тойодой, основателем (и вторым президентом) Toyota Motor Corporation.

Отходы могут проявляться, среди прочего, в виде избыточных запасов, лишних этапов обработки и дефектных продуктов. Все эти элементы «отходов» переплетаются друг с другом, создавая еще больше отходов, в конечном итоге влияя на управление самой корпорацией.

Автоматический ткацкий станок, изобретенный Сакичи Тойодой, не только автоматизировал работу, которая раньше выполнялась вручную, но и встроил в саму машину способность делать суждения.Устранив как дефектные продукты, так и связанные с ними расточительные методы, Сакичи удалось быстро повысить как производительность, так и эффективность работы.

Киитиро Тойода, унаследовавший эту философию, решил реализовать свою веру в то, что «идеальные условия для создания вещей создаются, когда машины, оборудование и люди работают вместе, чтобы создавать ценность, не производя никаких отходов».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.