Обяснете предназначението на устройството и принципа на работа на двигателя с вътрешно горене. Принципът на работа на двигател с вътрешно горене. ICE: устройство, работа, ефективност

Двигателят е в момента вътрешно горенее основният тип автомобилен двигател. Двигателят с вътрешно горене (съкратено наименование - ICE) е топлинен двигател, който преобразува химическата енергия на горивото в механична работа.

Съществуват следните основни видове двигатели с вътрешно горене: бутални, роторно-бутални и газови турбини. От представените типове двигатели най-често срещаният е бутален двигател с вътрешно горене, така че устройството и принципът на работа се разглеждат на неговия пример.

Добродетелибутален двигател с вътрешно горене, който осигури широкото му използване, са: автономност, универсалност (комбинация с различни потребители), ниска цена, компактност, ниско тегло, възможност за бързо стартиране, много гориво.

Двигателите с вътрешно горене обаче имат редица съществени недостатъци, които включват: високо нивошум, висока скорост на коляновия вал, токсичност на отработените газове, нисък ресурс, ниска ефективност.

В зависимост от вида на използваното гориво се разграничават бензинови и дизелови двигатели. Алтернативните горива, използвани в двигателите с вътрешно горене са природен газ, алкохолни горива - метанол и етанол, водород.

От гледна точка на екологията, водородният двигател е обещаващ, т.к. не създава вредни емисии. Заедно с двигателите с вътрешно горене, водородът се използва за създаване електрическа енергияв горивни клетки на превозни средства.

Устройство на двигател с вътрешно горене

Буталният двигател с вътрешно горене включва корпус, два механизма (манивела и газоразпределение) и редица системи (вход, гориво, запалване, смазване, охлаждане, изпускателна и контролна система).

Корпусът на двигателя интегрира цилиндровия блок и главата на цилиндъра. Коляновият механизъм преобразува възвратно-постъпателното движение на буталото във въртеливо движение на коляновия вал. Газоразпределителният механизъм осигурява навременното подаване на въздух или гориво-въздушна смес към цилиндрите и освобождаването на отработените газове.

Системата за управление на двигателя осигурява електронно управлениеработа на системите на двигателя с вътрешно горене.

Работата на двигателя с вътрешно горене

Принцип операция ICEсе основава на ефекта на топлинното разширение на газовете, което възниква по време на изгарянето на сместа гориво-въздух и осигурява движението на буталото в цилиндъра.

Работата на бутален двигател с вътрешно горене се извършва циклично. Всеки работен цикъл се извършва в два оборота на коляновия вал и включва четири цикъла (четиритактов двигател): всмукване, компресия, силов ход и изпускане.

По време на всмукателния и силовия ход буталото се движи надолу, докато компресионния и изпускателния ход се движат нагоре. Работните цикли във всеки от цилиндрите на двигателя не съвпадат по фаза, което осигурява равномерна работа на двигателя с вътрешно горене. При някои конструкции на двигатели с вътрешно горене работният цикъл се осъществява в два цикъла - компресия и мощност (двутактов двигател).

На всмукателния тактвсмукателната и горивната системи осигуряват образуването на гориво-въздушна смес. В зависимост от конструкцията, сместа се образува във всмукателния колектор (централно и многоточково впръскване на бензинови двигатели) или директно в горивната камера (директно впръскване на бензинови двигатели, впръскване на дизелови двигатели). Когато всмукателните клапани на газоразпределителния механизъм се отворят, в горивната камера се подава въздух или смес гориво-въздух поради вакуума, който възниква, когато буталото се движи надолу.

На такта на компресияВсмукателните клапани се затварят и въздушно-горивната смес се компресира в цилиндрите на двигателя.

Инсулт инсултпридружено от запалване на гориво-въздушната смес (принудително или самозапалване). В резултат на изгаряне, голям бройгазове, които притискат буталото и го карат да се движи надолу. Движението на буталото през коляновия механизъм се преобразува във въртеливо движение на коляновия вал, което след това се използва за задвижване на превозното средство.

На освобождаване на тактизпускателните клапани на газоразпределителния механизъм се отварят и отработените газове се отвеждат от цилиндрите към изпускателната система, където се почистват, охлаждат и шумът се намалява. След това газовете се изпускат в атмосферата.

Разгледаният принцип на работа на двигателя с вътрешно горене позволява да се разбере защо двигателят с вътрешно горене има ниска ефективност - около 40%. В определен момент от време, като правило, полезна работа се извършва само в един цилиндър, докато в останалата част - осигуряване на цикли: всмукване, компресия, изпускане.

Вътрешното горене е вид двигател, при който горивото се запалва в работната камера вътре, а не в допълнителни външни среди. ЛЕД преобразува налягането отизгаряне гориво в механична работа.

От историята

Първият двигател с вътрешно горене беше силовият агрегат De Rivaz, кръстен на своя създател Франсоа де Риваз, първоначално от Франция, който го проектира през 1807 г.

Този двигател вече имаше искрово запалване, беше свързващ прът, с бутална система, тоест това е един вид прототип на съвременните двигатели.

След 57 години сънародникът на де Риваз Етиен Леноар изобретява двутактовия агрегат. Това устройство имаше хоризонтално разположение на единствения си цилиндър, имаше искрово запалване и работеше върху смес от осветителен газ с въздух. Работата на двигателя с вътрешно горене по това време вече беше достатъчна за малки лодки.

След още 3 години германецът Николаус Ото става състезател, чието въображение вече е четиритактов атмосферен двигател с вертикален цилиндър. Ефективността в този случай се увеличи с 11%, за разлика от ефективността на двигателя с вътрешно горене Rivaz, тя стана 15%.

Малко по-късно, през 80-те години на същия век, руският дизайнер Огнеслав Костович за първи път пусна карбураторен тип, а немските инженери Daimler и Maybach го подобриха в лека форма, която започна да се инсталира на мотоциклети и превозни средства.

През 1897 г. Рудолф Дизел въвежда двигатели с вътрешно горене със запалване чрез компресия, използващи масло като гориво. Този тип двигател стана предшественик на дизеловите двигатели, които се използват в момента.

Видове двигатели

• Бензиновите двигатели от карбураторен тип работят с гориво, смесено с въздух. Тази смес се приготвя предварително в карбуратора, след което влиза в цилиндъра. В него сместа се компресира, запалва се от искра от свещ.
• nye двигатели се различават по това, че сместа се подава директно от дюзите към всмукателния колектор. Този тип има две инжекционни системи - еднократно впръскване и разпределено впръскване.
• При дизелов двигател запалването става без запалителни свещи. Цилиндърът на тази система съдържа въздух, нагрят до температура, която надвишава температурата на запалване на горивото. Горивото се подава към този въздух през дюзата и цялата смес се запалва под формата на факла.
• Газовият двигател с вътрешно горене има принцип на термичен цикъл; като гориво могат да се използват както природен газ, така и въглеводороден газ. Газът постъпва в редуктора, където налягането му се стабилизира до работното. След това влиза в миксера и накрая се запалва в цилиндъра.
• Газо-дизеловите двигатели с вътрешно горене работят на принципа на газовите двигатели, само за разлика от тях, сместа се запалва не от свещ, а от дизелово гориво, чието впръскване се извършва по същия начин, както при конвенционален дизелов двигател.
• Типовете двигатели с вътрешно горене с ротационно бутало се различават фундаментално от останалите поради наличието на ротор, който се върти в камера с фигура осем. За да разберете какво е ротор, трябва да научите, че в този случай роторът играе ролята на бутало и колянов вал, тоест тук напълно липсва специален механизъм за синхронизация. С един оборот се извършват три работни цикъла наведнъж, което е сравнимо с работата на шестцилиндров двигател.

Принцип на действие

В момента преобладава четиритактовият принцип на работа на двигателя с вътрешно горене. Това се дължи на факта, че буталото в цилиндъра минава четири пъти - нагоре и надолу по равно по две.

Как работи двигател с вътрешно горене:

1. Първият ход - буталото, когато се движи надолу, изтегля горивната смес. В този случай всмукателният клапан е отворен.
2. След като буталото достигне долното ниво, то се движи нагоре, компресирайки горимата смес, която от своя страна заема обема на горивната камера. Този етап, включен в принципа на работа на двигателя с вътрешно горене, е вторият по ред. Клапаните в същото време са затворени и колкото по-плътни, толкова по-добра е компресията.
3. При третия такт системата за запалване се включва, тъй като горивната смес се запалва тук. За целта на работата на двигателя той се нарича "работен", тъй като в същото време започва процесът на задвижване на агрегата в действие. Буталото от експлозията на горивото започва да се движи надолу. Както при втория такт, клапаните са в затворено състояние.
4. Последният цикъл е четвъртият, дипломирането, което ясно показва какво е завършването на пълен цикъл. Буталото през изпускателния клапан се отървава от изгорелите газове на цилиндъра. След това всичко се повтаря циклично отново, за да разберете как работи двигателят с вътрешно горене, можете да си представите цикличния характер на часовника.

ICE устройство

Логично е да се разгледа устройството на двигател с вътрешно горене от буталото, тъй като това е основният елемент на работа. Това е вид "стъкло" с празна кухина вътре.

Буталото има прорези, в които са фиксирани пръстените. Същите тези пръстени са отговорни за това, че горимата смес не преминава под буталото (компресия), както и за това, че маслото не навлиза в пространството над самото бутало (маслен скрепер).

Оперативна процедура

• Когато горивната смес влезе в цилиндъра, буталото преминава през четирите хода, описани по-горе, и възвратно-постъпателното движение на буталото задвижва вала.
• По-нататъшната работа на двигателя е както следва: горната част на свързващия прът е фиксирана към щифта, който се намира вътре в полата на буталото. Манивела на коляновия вал закрепва свързващия прът. Буталото, когато се движи, върти коляновия вал и последният своевременно предава въртящ момент към трансмисионната система, оттам към зъбната предавка и по-нататък към задвижващите колела. При разположението на двигатели на автомобили със задно задвижване, карданният вал също действа като посредник на колелата.

ICE дизайн

Газоразпределителният механизъм (време) в устройството на двигател с вътрешно горене е отговорен за впръскването на гориво, както и за отделянето на газове.

Механизмът за синхронизация се състои от горен клапан и долен клапан, може да бъде два вида - колан или верига.

Мотовилката най-често се изработва от стомана чрез щамповане или коване. Има видове биели, изработени от титан. Мотовилката предава силите на буталото към коляновия вал.

Коляновият вал от чугун или стомана е набор от главни и биелни шийки. Вътре в тези гърловини има отвори, отговорни за подаването на масло под налягане.

Принципът на действие на коляновия механизъм в двигателите с вътрешно горене е да преобразува движенията на буталото в движения на коляновия вал.

Главата на цилиндъра (главата на цилиндъра), повечето двигатели с вътрешно горене, подобно на цилиндровия блок, най-често е изработена от чугун и по-рядко от различни алуминиеви сплави. Цилиндровата глава съдържа горивни камери, всмукателни и изпускателни канали и отвори за запалителни свещи. Между цилиндровия блок и главата на цилиндъра има уплътнение, което осигурява пълна херметичност на връзката им.

Системата за смазване, която включва двигател с вътрешно горене, включва маслен съд, маслозаборник, маслена помпа, маслен филтър и маслен охладител. Всичко това е свързано с канали и сложни магистрали. Системата за смазване е отговорна не само за намаляване на триенето между частите на двигателя, но и за охлаждането им, както и за намаляване на корозията и износването и увеличава живота на двигателя с вътрешно горене.

Устройството на двигателя, в зависимост от неговия тип, тип, страна на производство, може да бъде допълнено с нещо или, напротив, някои елементи може да липсват поради остаряването на отделните модели, но общо устройстводвигател остава непроменен по същия начин, както стандартния принцип на работа на двигател с вътрешно горене.

Допълнителни единици

Разбира се, двигател с вътрешно горене не може да съществува като отделен орган без допълнителни агрегати, които осигуряват неговата работа. Стартовата система завърта двигателя, привежда го в работно състояние. Има различни принципи на стартиране в зависимост от вида на двигателя: стартер, пневматичен и мускулен.

Трансмисията ви позволява да развивате мощност в тесен диапазон на оборотите. Системата за захранване осигурява на двигателя с вътрешно горене малко електричество. Включва акумулаторна батерияи генератор, който осигурява постоянен поток от електричество и заряд на батерията.

Изпускателната система осигурява отделянето на газове. Всяко устройство на автомобилния двигател включва: изпускателен колектор, който събира газовете в една тръба, каталитичен конвертор, който намалява токсичността на газовете чрез намаляване на азотния оксид и използва получения кислород за изгаряне на вредни вещества.

Ауспухът в тази система служи за намаляване на шума, излизащ от двигателя. Двигателите с вътрешно горене на съвременните превозни средства трябва да отговарят на законовите стандарти.

Тип гориво

Трябва да се помни и за октановото число на горивото, което се използва от различни видове двигатели с вътрешно горене.

Колкото по-високо е октановото число на горивото, толкова по-голямо е съотношението на компресия, което води до повишаване на ефективността на двигателя с вътрешно горене.

Но има и такива двигатели, при които увеличаването на октановото число над определеното от производителя ще доведе до преждевременна повреда. Това може да се случи чрез изгаряне на бутала, унищожаване на пръстени и образуване на сажди в горивните камери.

Заводът осигурява неговото минимално и максимално октаново число, което изисква двигател с вътрешно горене.

настройка

Фенове на увеличаване на мощността на двигателите с вътрешно горене често инсталират (ако не са предоставени от производителя) различни видове турбини или компресори.

Компресорът на празен ход произвежда малко количество мощност, като същевременно поддържа стабилна скорост. Турбината, напротив, изстисква максимална мощност, когато е включена.

Монтирането на определени агрегати изисква консултация с майстори с опит в тясна посока, тъй като ремонт, подмяна на агрегати или добавяне на двигател с вътрешно горене с допълнителни опции е отклонение от предназначението на двигателя и намалява живота на вътрешния двигател с вътрешно горене, а неправилните действия могат да доведат до необратими последици, тоест работата на двигателя с вътрешно горене може да бъде окончателно прекратена.

Принципите на работа на най-простия двигател с вътрешно горене

Тази статия ще обсъди принципите на работа на най-простия едноцилиндров двигател с вътрешно горене. Този двигател е взет заради простотата на концепцията за физически процеси, за да се разбере как работят всички такива двигатели. Всъщност всичко е много по-сложно, всеки процес има толкова много характеристики, че дори специалистите, които познават добре работата на двигателя, често имат спорове по много въпроси. Но всички бензинови двигатели (двигатели с принудително запалване) работят на базата на принципи, описани за първи път от немския инженер Ото.

Двигателят е необходим, за да осигури на автомобила (ако не е стационарен двигател) механична енергия. Двигателят създава тази енергия. Но от училищния курс по физика е известно, че енергията не възниква от нищото и не изчезва безследно. Какъв е източникът на механична енергия, произведена от двигателя, каква енергия преобразува в механична? Източникът на енергия на двигателя с вътрешно горене е енергията на междумолекулните връзки на въглеводородните горива, които изгарят в цилиндрите на двигателя. При изгарянето на въглеводородни горива тези връзки се разкъсват с голямо отделяне на топлинна енергия, която двигателят преобразува в механична енергия под формата на въртеливо движение.

Химичните реакции, протичащи по време на изгарянето на гориво, изискват окислител. За това се използва кислородът, съдържащ се в околния въздух. Въздухът е смес от газове, кислородът в тази смес е приблизително 21%. В цилиндрите на двигателя гори смес от гориво и въздух. В идеалния случай всички въглеводородни молекули, доставени в цилиндъра, когато се изгорят, се комбинират с всички кислородни молекули, доставени в цилиндъра по време на един работен цикъл. Тоест след процеса на горене в цилиндъра на двигателя не трябва да остава нито една молекула гориво, нито една свободна молекула кислород.

Химични реакции, при които всички активни веществасе наричат ​​стехиометрични. По време на стехиометричния процес трябва да се използват приблизително 14,7 килограма въздух, за да се изгорят напълно всички молекули на 1 килограм гориво. Това е идеален процес, но в действителност, когато двигателят работи в различни режими, е доста трудно да се осигури, особено след като в някои режими двигателят ще работи стабилно само ако сместа се различава от стехиометричната.

След като разбрахме откъде идва механичната енергия, нека започнем да изучаваме принципите на работа на двигателя. Както беше отбелязано по-рано, тук ще бъде разгледана работата на четиритактов двигател с вътрешно горене, работещ по цикъла на Ото. Основната характеристика на цикъла на Ото може да се нарече фактът, че преди запалването сместа въздух-гориво е предварително компресирана и сместа се запалва от външен източник - в съвременните двигатели само с помощта на електрическа искра.

По време на формирането и развитието на двигателя с вътрешно горене бяха изобретени много различни конструкции и, разбира се, двигател, работещ на принципите на цикъла на Ото, далеч не беше единственият. От двигателите с възвратно-постъпателно движение на буталото може да се нарече двигател с цикъл на Аткинсън, а от двигателите с кръгово движение на буталото най-известен е ротационният бутален двигател Wankel. Има голям брой като цяло екзотични дизайни. Но не всички те са получили широко практическо приложение. Повече от 99,9% от използваните в момента двигатели с вътрешно горене работят по цикъла на Ото (в тази статия ще бъдат включени дизеловите двигатели), които от своя страна се разделят на двигатели с електрическо запалване на сместа и дизелови двигатели с компресионно запалване на сместа.

Принципите на работа на такива двигатели ще бъдат обсъдени в тази статия.

Както бензиновите, така и дизеловите двигатели могат да бъдат не само четиритактови, но и двутактови. Понастоящем двутактови двигателине се използват на превозно средство, така че няма да бъдат разглеждани в тази глава.

Преди да разгледаме принципите на работа на двигателя, нека разгледаме от какви основни части се състои.

Основните детайли на най-простия двигател с вътрешно горене

1. Цилиндър.
2. бутало.
3. Горивната камера.
4. Свързващ прът.
5. Колянов вал.
6. входен канал.
7. Смукателен клапан.
8. Вход разпределителен вал.
9. изходен канал.
10. Изпускателен клапан.
11. Изпускателен разпределителен вал.
12. Свещ.
13. Горивен инжектор (не е показан).
14. Маховик на двигателя (не е показан).

1. Цилиндър - основата на двигателя, именно в него протича процесът на изгаряне на горивото, цилиндърът е водещият елемент за движението на буталото.

2. бутало - част, движеща се в цилиндър под въздействието на разширяващи се газове или под въздействието на колянов механизъм. Условно приемаме, че плъзгащото съединение между буталото и стените на цилиндъра е абсолютно херметично, т.е. през това съединение не могат да изтичат газове.

3. Горивната камера - пространството над буталото, когато буталото е в най-високата точка на своя ход (TDC).

4. мотовилка - това е прът, който предава сила от буталото към коляновия вал и, обратно, от коляновия вал към буталото.

5. Колянов вал - служи за преобразуване на възвратно-постъпателното движение на буталото във въртеливо, именно това движение е най-удобно за използване.

6. вход - каналът, през който въздушно-горивната смес навлиза в цилиндъра на двигателя.

7. Смукателен клапан - свързва входния канал към цилиндъра на двигателя. Условно приемаме, че в затворено състояние клапанът е напълно запечатан, а в отворено състояние не се съпротивлява на преминаването на въздушно-горивната смес в цилиндъра на двигателя.

8. всмукателен разпределителен вал – отваря и затваря входящия вентил в точното време.

9. изходен канал - каналът, през който изгорелите газове се отвеждат от двигателя в атмосферата.

10. Изпускателен клапан - свързва изпускателния канал с цилиндъра на двигателя. Условно приемаме, че в затворено състояние клапанът е напълно запечатан, а в отворено състояние не се съпротивлява на преминаването на изгорелите газове от цилиндъра на двигателя.

11. изпускателен разпределителен вал – отваря и затваря изпускателния клапан в точното време.

12. Свещ - служи за запалване на сгъстената горивно-въздушна смес в необходимото време.

13. Горивна горелка - служи за пръскане на гориво във въздуха, влизащ в цилиндъра на двигателя.

14. маховик на двигателя - служи за необходимото движение на буталото поради силите на инерцията по време на всички ходове, с изключение на работния.

- точката, в която буталото спира, когато посоката на движението му нагоре на цилиндъра се промени на движение надолу.

2 - Долна мъртва точка (BDC) - точката, в която буталото спира, когато посоката на движението му надолу по цилиндъра се промени на движение нагоре.

3 - ход на буталото - разстоянието, изминато от буталото при движение от ГМТ към БМТ или обратно.

4 - Ход на двигателя - движение на буталото от една мъртва точка в друга. По време на всеки такт коляновият вал на двигателя прави половин оборот (180º).

5 - Цикъл – периодично повторение на четири цикъла на двигателя по време на работа. Пълният цикъл на двигателя се състои от четири цикъла и се извършва в два пълни оборота на коляновия вал (720º).

Принципите на работа на най-простия едноцилиндров четиритактов двигател:

1 - Такт на засмукване
(постъпване на въздушно-горивната смес в цилиндъра).

Входящият вентил е отворен.
Изпускателният клапан е затворен.

Под въздействието на външна сила (стартер на двигателя, манивела или инерция на маховика), предавана на буталото от мотовилката, буталото се движи от ГМТ към ГМТ. Тъй като връзката между буталото и цилиндъра е напълно уплътнена, в пространството над буталото се образува понижено налягане (вакуум). Под въздействието на атмосферното налягане въздухът през всмукателния канал и отворения всмукателен клапан започва да тече в цилиндъра на двигателя. По това време инжекторът за гориво пулверизира необходимото количество гориво във входящия въздух, в резултат на което в цилиндъра навлиза горима въздушно-горивна смес.

Когато буталото достигне BDC, всмукателният клапан се затваря.

2 - Компресионен ход.

И двата клапана са затворени.

Под въздействието на външна сила буталото се движи от BDC към GMT. В този случай въздушно-горивната смес се компресира в цилиндъра. В края на такта на сгъстяване, когато буталото се издигне до позицията на ГМТ, цялата смес въздух-гориво е в компресирано състояние в горивната камера.
По това време запалителната свещ запалва сместа от компресиран въздух и гориво с помощта на електрическа искра. В дизеловия двигател фино пулверизираното гориво се впръсква в горивната камера с помощта на горивен инжектор. В резултат на това и в двата случая сместа се запалва.

3 - Работен цикъл.

И двата клапана са затворени.

По време на изгарянето на въздушно-горивната смес в цилиндъра температурата и най-важното налягането рязко се повишават. Това налягане равномерно притиска във всички посоки, но стените на горивната камера и цилиндъра са предназначени за това налягане. А налягането на водата, упражнявано от разширяващите се газове върху буталото, дъното на което е долната част на горивната камера, кара буталото да се движи надолу от ГМТ към ГМТ. Тази сила се предава през свързващия прът към манивелата на коляновия вал, която преобразува движението на буталото напред във въртеливо движение.

Когато буталото достигне BDC, изпускателният клапан се отваря.

4 - Ход на освобождаване.

Входящият вентил е затворен.
Изпускателният вентил е затворен.

Под въздействието на външна сила, предавана на буталото през мотовилката, буталото се премества от BDC положение в TDC положение. По време на това движение буталото изтласква отработените газове от цилиндъра през отворения изпускателен клапан в изпускателния отвор и по-нататък в атмосферата.

И така, разгледахме пълния цикъл на двигателя, състоящ се от четири цикъла. Освен това този цикъл се повтаря за неопределено време, докато двигателят се изключи или бензинът в резервоара на автомобила свърши.

Вероятно сте забелязали, че само един от четирите цикъла е полезен - работният цикъл. По време на този цикъл се генерира необходимата енергия. Всички други мерки са спомагателни. Може би такъв дизайн може да изглежда неефективен, но най-добрият във всички отношения все още не е измислен. Да, има двутактови двигатели, при които пълен цикъл се извършва в едно завъртане на коляновия вал. Има двигател с ротационно бутало Wankel, в който изобщо няма бутални части, но тези конструкции, с някои предимства, имат своите недостатъци, така че двигателите, работещи по четиритактовия цикъл на Ото, в момента имат почти монополно разпространение в света. И никаква подмяна за тях в обозримо бъдеще всъщност не се предвижда.

Дизелов двигател.

Двигателят, изобретен от немския изобретател Рудолф Дизел, е много подобен по дизайн и работа на бензиновия двигател, описан по-рано. Но има една съществена разлика. В този двигател запалването на въздушно-горивната смес става не с помощта на електрическа искра, а поради контакта на горивото с горещ въздух в цилиндъра. Това запалване на работната смес се нарича компресионно запалване. И откъде идваше горещият въздух в цилиндъра, къде се нагряваше? Разбира се, никой не го стопли нарочно. Ако някога ви се е налагало да помпате велосипедна или автомобилна гума с ръчна помпа, може би сте забелязали, че помпата започва да загрява доста бързо. И като цяло, от училищен курс по физика е известно, че при компресиране всички газове се нагряват, а въздухът не е нищо друго освен смес от газове. Компресията на въздуха в двигателя става много бързо, следователно до края на такта на компресия въздухът в цилиндъра на дизеловия двигател има много висока температура (700 ÷ 900ºС).

Тъй като физическият процес е малко по-различен от описания по-рано бензинов двигател, има някои разлики в дизайна на дизеловия двигател. Основната разлика е по-високото съотношение на компресия. Дизеловият двигател няма запалителна свещ, вместо това инжектор за гориво се вкарва директно в главата на цилиндъра, разбира се, няма инжектор за гориво във всмукателния канал. За разлика от бензинов двигател, който получава смес от бензин и въздух по време на такта на всмукване, чистият въздух навлиза в цилиндрите на дизеловия въздух. Когато буталото достигне TDC по време на такта на компресия, горивната камера на дизелов двигател съдържа сгъстен въздух с висока температура. И докато сместа се запалва в бензинов двигател с помощта на електрическа свещ, фино пулверизираното дизелово гориво се впръсква в горивната камера на дизелов двигател под високо налягане. Влизайки в контакт с горещ въздух в горивната камера, горивото се запалва.

Спомнете си основните разлики между дизелов двигател и бензинов двигател.

1 - Горивото в дизелов двигател не се запалва от електрическа искра, а от контакт на горивото с въздух с висока температура.

2 - Регулирането на въртящия момент и мощността на двигателя се извършва чрез промяна на качеството, а не на количеството на сместа въздух-гориво, следователно дизеловият двигател няма дроселна клапа, която регулира количеството въздух, постъпващ в цилиндрите на двигателя. Тоест въртящият момент се променя от количеството впръскване на гориво, без да се променя количеството на входящия въздух.

Не бъркайте дизеловия двигател с модерните бензинови двигатели с директно впръскване. При тези двигатели инжекторът за гориво е преместен от всмукателния отвор към главата на двигателя, но не вместо свещта, а монтиран заедно с нея. В този случай горивният инжектор впръсква гориво директно в цилиндъра. Въздушно-горивната смес в такъв двигател не се запалва чрез компресионно запалване, а чрез електрическа искра. А дроселната клапа във всмукателния тракт контролира количеството въздух, влизащ в цилиндъра.

Разгледахме принципите на работа на най-простия едноцилиндров двигател, разбрахме как възниква необходимата ни механична енергия, но за простота на обяснението трябваше да прибегнем до много опростявания. Например клапаните не се отварят или затварят точно в TDC или BDC. Свещта на бензиновия двигател запалва сместа или горивният инжектор на дизеловия двигател не изпомпва гориво в цилиндъра точно когато буталото е в ГМТ. Да, и двигателят най-често има не един, а няколко цилиндъра, от 1 до 16, в автомобилната индустрия, а в авиацията или във флота имаше двигатели с 64 цилиндъра. Но сърцевината на всеки двигател е цилиндърът.

По-рано бяха разгледани някои термини, свързани с цилиндъра на двигателя, сега трябва да ги разгледаме по-подробно и да се запознаем с някои нови.

1. радиус на манивела.
Разстоянието между осите на главната и съединителната шийка на коляновия вал.
Основните са шийките на коляновия вал, в които валът се върти в блока на двигателя.
Биелните шийки са шийките, към които са свързани биелните пръти на буталата.
За да се образува манивела, оста на основните шейни е изместена спрямо оста на шийките на мотовилката.
Радиусът на коляновия вал е много важен параметър за конструкцията на двигателя. Чрез промяна на радиуса на манивелата можете да изберете необходимото съотношение между въртящия момент и максималните обороти на двигателя при постоянен обем на цилиндъра.

2. Удар:
Ходът на буталото, тоест разстоянието между BDC и TDC, е равен на два пъти радиуса на манивелата.

3. Диаметър на цилиндъра:
Това е диаметърът на отвора на цилиндъра. Условно приемаме, че диаметърът на буталото е равен на диаметъра на цилиндъра.
(Обикновено се измерва в милиметри)

4. Обем на цилиндъра:
Работният обем на цилиндъра е обемът, изместен от буталото при движение от BDC към TDC.
(Обикновено се измерва в кубични сантиметри (cm³) или литри.)
Работният обем на цилиндъра е равен на произведението на хода на буталото и площта на дъното на буталото.

5. Обемът на горивната камера.
Това е пространството над буталото, когато буталото е в ГМТ.
(Обикновено се измерва в кубични сантиметри.)
Горивната камера на повечето двигатели има сложна форма, така че е трудно да се определи точният й обем чрез изчислителния метод. За определяне на обема на горивната камера се използват различни методи за директно измерване.

6. Общ обемцилиндър.
Това е сумата от обема на горивната камера и работния обем на цилиндъра.
(Обикновено се измерва в кубични сантиметри или литри.)
Общият обем на многоцилиндров двигател е равен на общия обем на един цилиндър, умножен по броя на цилиндрите на двигателя.

7. Съотношение на компресия.
Това е отношението на общия обем на цилиндъра към обема на горивната камера. С други думи, това е съотношението на обема на цилиндъра плюс обема на горивната камера, когато буталото е в BDC, към обема на пространството над буталото, когато буталото е в GDC.
(безразмерна единица)

8. Съотношение на диаметъра на цилиндъра към хода на буталото:
Това е много важен параметър при проектирането на двигател с вътрешно горене. Двигатели, при които ходът на буталото е по-голям от диаметъра на цилиндъра, се наричат ​​​​двигатели с дълъг ход, при които ходът на буталото е по-малък от диаметъра на цилиндъра, се наричат ​​​​късоходни.

Стойността на съотношението на компресия.

Коефициентът на сгъстяване е един от много важните технически показатели на двигателя с вътрешно горене, така че нека го разгледаме по-подробно. Като цяло увеличаването на съотношението на компресия повишава ефективността на двигателя с вътрешно горене, т.е. чрез изгаряне на равно количество гориво двигателят произвежда повече механична енергия. С повишено съотношение на компресия, молекулите на горивото физически се приближават една към друга. В същото време въздушно-горивната смес има по-висока температура, което води до по-добро изпаряване на горивните частици и по-равномерното им смесване с въздуха. За всеки вид бензин има гранична стойност за степента на сгъстяване. Колкото по-високо е октановото число на бензина, толкова по-високо е съотношението на компресия, при което двигателят може да работи. При превишаване на допустимото съотношение на компресия и съответно температурата в горивната камера, двигателят започва да работи с детонация (спонтанно запалване на сместа). Процесът на детонация е доста сложен, затова на този етап ще се ограничим до разбирането, че причината за детонацията е неправилното изгаряне на сместа въздух-гориво. Когато двигателят работи с детонация, ефективността на двигателя рязко намалява и освен това повишените ударни натоварвания могат да доведат до разрушаване на двигателя. Силното тропане при работещ двигател е знак за детонация. Този режим на работа е много вреден за двигателя.

Съвременните електронни системи за управление на двигателя практически елиминират работата на двигателя с детонация, но тези, които е трябвало да карат автомобили с двигатели, които нямат електронни системи за управление, си спомнят, че режимът на детонация се появява доста често.

Преди това за повишаване на октановото число на бензина се използваха специални добавки на основата на олово. Използването на тези добавки направи възможно увеличаването на съотношението на компресия до 12,5: 1, но сега, в съответствие със законите за опазване на околната среда, поради факта, че оловото е много вредно околен свят, използването на добавки на основата на олово е забранено.

Съотношението на компресия на съвременните бензинови двигатели е 10:1 ÷ 11:1. Стойността на съотношението на компресия може да варира не само от качеството на бензина, предназначен за употреба, но и от дизайна на двигателя. Съвременните двигатели със система за управление на двигателя със сензор за детонация позволяват степента на компресия да се повиши до 13:1. Такива системи за управление, чрез регулиране на момента на запалване във всеки отделен цилиндър, въз основа на информация, получена от сензора за детонация, позволяват на двигателя да работи на ръба на детонация, но не го позволяват. Двигателите с директно впръскване на бензин в горивната камера, поради естеството на процесите, протичащи в цилиндъра, също могат да работят с повишено съотношение на компресия.

Тъй като запалването на горивото при дизеловите двигатели става поради нагряването на въздуха в цилиндъра, степента на компресия на дизеловите двигатели е по-висока от тази на бензиновите двигатели. Коефициентът на сгъстяване на дизеловите двигатели е в диапазона 14:1 ÷ 23:1.

Двигателите с принудителен въздух в цилиндъра (с турбокомпресор или компресор), както бензинови, така и дизелови, имат по-ниско съотношение на компресия от двигателите с естествено пълнене. Това е така, защото има голяма маса въздух (и гориво) в цилиндъра преди началото на такта на компресия. Прекалено голямото налягане в цилиндъра в края на такта на компресия може да унищожи двигателя.

По-рано беше отбелязано, че увеличаването на степента на компресия като цяло е много желано явление, но в действителност всичко е малко по-сложно. Двигателят с вътрешно горене, особено автомобилният, постоянно работи при различни скорости и натоварвания. Научните изследвания в тази област показват, че при някои условия двигателят работи по-ефективно с по-ниско съотношение на компресия, докато при други условия степента на сгъстяване може да бъде увеличена, без да се причинява повреда на двигателя. Някои производители се опитаха да създадат двигател с променливо съотношение на компресия по време на работа. Пионер в тази област със забележителни резултати беше шведският производител на автомобили SAAB . Работата в тази посока беше извършена и от други производители на автомобили. Но засега на пазара няма масово произвеждани автомобили с променливо съотношение на компресия. Очевидно това ще бъде следващата посока за подобряване на ефективността на двигателя с вътрешно горене.

Някои от термините, които определят геометричните параметри на двигателя, бяха разгледани по-рано. След това нека си припомним някои термини, които определят работата на двигател с вътрешно горене, както най-простите едноцилиндрови, така и по-сложните двигатели.

1. Мощност на двигателя.
   Измерва се в киловати (kW) или в старите, за някои по-познати мерни единици, конски сили (hp)
2. Въртящ момент.
   Измерва се в нютони на метър (N m).
3. Специфичен литров капацитет.
   Измерва се чрез отношението на максималната мощност на двигателя към работния обем на цилиндрите на двигателя (kW / литър)
4. Специфична мощност на теглото.
   Измерва се чрез отношението на максималната мощност на двигателя към теглото на двигателя (kW/Kg).
5. горивна ефективност.
   Измерва се с масата на горивото, което трябва да се изразходва за генериране на мощност от един киловат на час (g/kWh)
6. Скорост на въртене.
   В автомобилната индустрия, както и в много други области на технологията, скоростта (честотата) на въртене на коляновия вал се измерва в обороти в минута (RPM).

През последните повече от сто години от изобретяването на двигателя с вътрешно горене (ICE), броят на неговите конструкции е толкова голям, че е не само невъзможно да се опишат, но просто никой не може дори да ги изброи, а има няма такава задача, като цяло. Ясно разбиране основни принципиработа на двигателя с вътрешно горене (описан накратко в тази статия), можете да разберете всеки дизайн.

Е.Н. Жарцов

Съвременният двигател с вътрешно горене е далеч от своите предци. Той стана по-голям, по-мощен, по-екологичен, но в същото време принципът на работа, структурата на двигателя на автомобила, както и основните му елементи, останаха непроменени.

Двигателите с вътрешно горене, широко използвани в автомобилите, са от бутален тип. Този тип двигател с вътрешно горене получи името си поради принципа на работа. Вътре в двигателя има работна камера, наречена цилиндър. Изгаря работната смес. Когато сместа от гориво и въздух се изгори в камерата, налягането, което възприема буталото, се увеличава. Движейки се, буталото преобразува получената енергия в механична работа.

Как е двигателят с вътрешно горене

Първите бутални двигатели имаха само един цилиндър с малък диаметър. В процеса на разработка, за да се увеличи мощността, първо се увеличи диаметърът на цилиндрите, а след това и техният брой. Постепенно двигателите с вътрешно горене придобиха познатата ни форма. Мотор модерен автомобилможе да има до 12 цилиндъра.

Съвременният ICE се състои от няколко механизма и спомагателни системи, които за по-лесно възприемане са групирани, както следва:

1. KShM - колянов механизъм.
2. Време - механизъм за регулиране на времето на клапана.
3. Система за смазване.
4. Охладителна система.
5. Система за подаване на гориво.
6. Изпускателна система.

ICE системите включват също електрически системи за стартиране и управление на двигателя.

KShM - колянов механизъм

KShM е основният механизъм на буталния двигател. Той изпълнява основна работа- преобразува Термална енергияв механични. Механизмът се състои от следните части:

• Цилиндров блок.
• Цилиндрична глава.
• Бутала с щифтове, пръстени и биели.
• Колянов вал с маховик.

Време - газоразпределителен механизъм

За влизане в цилиндъра точно количествогориво и въздух, а продуктите от горенето са отстранени от работната камера навреме, двигателят с вътрешно горене има механизъм, наречен газоразпределение. Той отговаря за отварянето и затварянето на всмукателните и изпускателните клапани, през които горивната смес гориво-въздух навлиза в цилиндрите и се отстраняват отработените газове. Частите за синхронизация включват:

• Разпределителен вал.
• Входни и изходящи вентили с пружини и направляващи втулки.
• Части за задвижване на клапана.
• Елементи за задвижване на времето.

Времето се задвижва от коляновия вал на двигателя на автомобила. С помощта на верига или колан въртенето се предава на разпределителния вал, който чрез гърбици или кобилици притиска всмукателния или изпускателния клапан през тласкачите и ги отваря и затваря на свой ред

В зависимост от дизайна и броя на клапаните, на двигателя могат да бъдат монтирани един или два разпределителни валовеза всеки ред цилиндри. При система с два вала всеки вал е отговорен за работата на собствената си серия клапани - всмукателни или изпускателни. Дизайнът с един вал има английско име SOHC (единичен горен разпределителен вал). Системата с двоен вал се нарича DOHC (двоен разпределителен вал над главата).

По време на работа на двигателя неговите части влизат в контакт с горещи газове, които се образуват при изгарянето на гориво-въздушната смес. За да не се срутят частите на двигателя с вътрешно горене поради прекомерно разширение при нагряване, те трябва да бъдат охладени. Можете да охладите двигателя на автомобила с въздух или течност. Съвременните двигатели, като правило, имат схема за течно охлаждане, която се формира от следните части:

• Охлаждаща риза на двигателя
• помпа (помпа)
• Термостат
• Радиатор
• Вентилатор
• Разширителен съд

Охладителната риза на двигателите с вътрешно горене се формира от кухини вътре в BC и главата на цилиндъра, през които циркулира охлаждащата течност. Той премахва излишната топлина от частите на двигателя и я пренася към радиатора. Циркулацията се осигурява от помпа, задвижвана от ремък от коляновия вал.

Термостатът осигурява необходимото температурен режимавтомобилен двигател, пренасочване на потока течност в радиатора или заобикаляйки го. Радиаторът от своя страна е предназначен да охлажда нагрятата течност. Вентилаторът подобрява въздушния поток, като по този начин повишава ефективността на охлаждане. За съвременните двигатели е необходим разширителен резервоар, тъй като използваните охлаждащи течности се разширяват значително при нагряване и изискват допълнителен обем.

Система за смазване на двигателя

Във всеки двигател има много движещи се части, които трябва постоянно да се смазват, за да се намалят загубите на мощност при триене и да се избегне повишено износване и задръстване. За това има система за смазване. По пътя с негова помощ се решават още няколко задачи: защита на частите на двигателя с вътрешно горене от корозия, допълнително охлаждане на частите на двигателя и отстраняване на продуктите от износване от точките на контакт на триещите се части. Системата за смазване на автомобилен двигател се формира от:

• Маслен картер (картер).
• Помпа за подаване на масло.
• Маслен филтър с .
• Нефтопроводи.
• Пръчка за измерване на маслото (индикатор за нивото на маслото).
• Индикатор за налягане в системата.
• Гърловина за пълнене на масло.

Помпата взема масло от масления картер и го доставя към маслопроводите и каналите, разположени в BC и главата на цилиндъра. Чрез тях маслото навлиза в точките на контакт на триещите се повърхности.

Система за захранване

Захранващите системи за двигатели с вътрешно горене с искрово запалване и запалване чрез компресия се различават една от друга, въпреки че имат редица общи елементи. Често срещани са:

• Резервоар за гориво.
• Сензор за нивото на горивото.
• Горивни филтри - груби и фини.
• Горивни тръбопроводи.
• Всмукателен колектор.
• Въздушни тръби.
• Въздушен филтър.

И двете системи имат горивни помпи, горивни релси, горивни инжектори, но поради различни физични свойствабензин и дизелово гориво, техният дизайн има значителни разлики. Принципът на захранване е същият: горивото от резервоара се подава през филтрите през филтрите в горивната релса, от която влиза в инжекторите. Но ако при повечето бензинови двигатели с вътрешно горене дюзите го подават във всмукателния колектор на двигателя на автомобила, то при дизеловите двигатели той се подава директно в цилиндъра и вече там се смесва с въздуха. Частите, които пречистват въздуха и го подават към цилиндрите - въздушният филтър и тръбите - също принадлежат към горивната система.

Изпускателна система

Изпускателната система е предназначена за отстраняване на отработените газове от цилиндрите на автомобилен двигател. Основните детайли, неговите компоненти:

• Изпускателен колектор.
• Всмукателна тръба на ауспуха.
• Резонатор.
• Заглушител.
• Изпускателната тръба.

В съвременните двигатели с вътрешно горене изпускателната структура е допълнена с устройства за неутрализиране на вредните емисии. Състои се от каталитичен конвертор и сензори, които комуникират с блока за управление на двигателя. Изгорелите газове от изпускателния колектор през изпускателната тръба влизат в каталитичния конвертор, след това през резонатора в ауспуха. След това те се изпускат в атмосферата през изпускателната тръба.

В заключение е необходимо да се спомене системата за стартиране и управление на двигателя на автомобила. Те са важна част от двигателя, но трябва да се разглеждат заедно с електрическата система на автомобила, която е извън обхвата на тази статия за вътрешните части на двигателя.