Двигателят с вътрешно горене накратко. Как работи двигател с вътрешно горене. Принципът на работа на двутактов двигател

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.

Приложения: Тези двигатели се използват широко в превозни средства, преносими електроцентрали за осигуряване на захранване за работа на помпи и друго селскостопанско оборудване. Много малки лодки, самолети, камиони и автобуси също го използват.

Бъдещ мащаб: Провеждат се непрекъснати изследвания за подобряване на горивната ефективност, намаляване на замърсителите и увеличаване на неговата светлинна мощност и компактност. Наскоро инженери от университета в Бирмингам направиха най-малкия бензинов двигател, който може да замени конвенционалните батерии. Двигателят е толкова малък, че може да се управлява с върха на пръста ви.

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.

Подобно на бензиновия двигател, дизеловият двигател е двигател с вътрешно горене, който преобразува химическата енергия на горивото в механична енергия, която предизвиква възвратно-постъпателно движение в цилиндрите. Буталата са свързани с коляновия вал на двигателя, които осигуряват задвижването, необходимо за задвижване на колелата на автомобила. При бензиновите и дизеловите двигатели енергията се освобождава в поредица от малки експлозии, известни като изгаряне. Горивото реагира химически с кислорода от въздуха, който се поема по време на всмукателния такт на двигателя.

Време - газоразпределителен механизъм

Запалването при бензиновите двигатели се дължи на искри от запалителни свещи, докато при дизеловите двигатели горивото се запалва поради високи температури на компресия. Въздухът се нагрява при компресиране. Дизеловите двигатели могат да бъдат четиритактови или двутактови.

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.

Работата на четиритактов дизелов двигател е както следва. Тактът на засмукване или засмукване започва, когато буталото изтегля въздух в цилиндъра през всмукателния клапан. Когато буталото достигне дъното на цилиндъра, всмукателният клапан се затваря, задържайки въздуха вътре в цилиндъра.

Как е двигателят с вътрешно горене

Тактът на компресия започва, когато буталото се движи нагоре по цилиндъра, компресирайки уловения въздух. Налягането се повишава между 32 bar-50 bar и температури до 600 градуса по Целзий. В горната част на изпускателния клапан, изпускателният клапан се затваря и всмукателният клапан се отваря, готов да получи свеж въздух, който връща двигателя в началната му точка.

Устройство на двигател с вътрешно горене

Буталният двигател с вътрешно горене включва корпус, два механизма (манивела и разпределение на газ) 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.

Дизеловият двигател работи по същия начин като четиритактовия дизелов двигател, но намалява четирите хода на буталото до двутактови времена и един ход надолу от цилиндъра. Когато буталото е в горната част на цилиндъра, то е в хода на компресия. Цилиндърът се пълни с принудително прегрят въздух. Дизеловото гориво се впръсква и запалва. Буталото се движи надолу по цилиндъра за своя силов ход. Когато буталото е близо до дъното на силовия си ход, изпускателните клапани се отварят и повечето от изгорелите газове изскачат от цилиндъра.

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.

Сега, докато буталото продължава да се движи надолу по цилиндъра, то отваря серия от портове в стената на цилиндъра. Сгъстеният въздух се издухва през тези отвори, като изтласква останалите изгорели газове от цилиндъра и го пълни със свеж въздух. Докато буталото се движи назад, то блокира входовете, улавяйки заряд свеж въздух в цилиндъра. Въпреки че буталото е било покрито за малко повече от един удар, то вече е завършило своя силов ход, изпускателен процес и цикъл на всмукване. Докато буталото се връща във втория тактов цилиндър, то компресира чист въздух.

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).

Когато достигне горната част на цилиндъра, се извършва впръскване и изгаряне, като цикълът започва отново. Двутактовият двигател произвежда един такт на мощност всеки пълен цикъл, докато четиритактовият двигател произвежда един удар на мощност всеки път за четири такта.

Получава се при изгаряне на нереагирали работни течности, смеси от окислител и гориво. Този процес протича вътре в двигателя и е част от термодинамичния цикъл на устройството. Полезният газ, произведен от двигател с вътрешно горене, се получава от горещите горивни газове, действащи върху движещите се повърхности на двигателя, като повърхността на бутало, перка или дюза.

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.

Най-често срещаните видове двигатели

Двигателите с вътрешно горене са най-широко прилаганите и широко използвани устройства за генериране на енергия, които съществуват в момента. Примерите включват и -системи за задвижване. Двигателите с вътрешно горене се делят на две групи: двигатели с непрекъснато горене и двигатели с прекъсващо горене. Двигателят с непрекъснато горене се характеризира с постоянен поток от гориво и окислител в двигателя. Двигателят поддържа стабилен пламък. Двигателят с периодично горене се характеризира с периодично запалване на въздух и гориво и обикновено се нарича бутален двигател.

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 автомобила.

Дискретни обеми въздух и гориво се обработват циклично. Примери за тази втора група са бензиновите бутални двигатели и дизеловите двигатели.

История на технологиите: двигател с вътрешно горене. Електричеството не е основният двигател, тъй като е важно, че може да бъде като форма на енергия, трябва да се получава от механичен генератор, захранван от вода, пара или вътрешно горене.

Най-често срещаният двигател с вътрешно горене е четиритактовият бензинов двигател с хомогенен заряд и искрово запалване. Това се дължи на изключителното му представяне като пионер в индустрията за наземен транспорт. Двигателите с искрово запалване се използват и в авиационната индустрия; турбините на самолетите обаче се превърнаха в основни двигатели в сектора поради акцента на аеронавтическата индустрия върху обхвата, скоростта и комфорта на пътниците. С. и други космически кораби.

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.

Прочетете повече в тези свързани статии

Конструкция: ранни стоманени рамки. Зависи от работещи прозорци; по този начин тези сгради се нуждаеха от тесни пространства, за да осигурят подходящ достъп до светлина и въздух. Чрез неуморните усилия на други изобретатели, тези ранни двигатели са подобрени, за да станат едни от най-често използваните за енергийни приложения, където се изисква мобилност, като например в автомобили, тежко оборудване и други преносими машини.

Работата на двигателя с вътрешно горене

Сега, след като знаем откъде идва, нека да разгледаме основни принципиработа на двигателя с вътрешно горене. Има обаче много видове двигатели с вътрешно горене, които са извън обхвата на тази статия. Това, което се стремим да направим в тази статия, е да създадем общи дизайни, които да ни дадат по-добра представа за това как работи този силно развит механизъм, който кара колата ви да работи.

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.

Класификация на двигателите с вътрешно горене

Един от най-известните видове двигатели с вътрешно горене, използвани във всичко - от автомобили до косачки, е четиритактовият бензинов двигател с искрово запалване с бутално движение. При тези двигатели пространството, в което протича горенето, се нарича цилиндър. Горната част на цилиндъра е покрита с глава, завинтена към него и където е разположена запалителната свещ, за да осигури запалване. Всеки цилиндър има бутало, което се плъзга нагоре и надолу. Дъното на буталото има връзка, която е свързана с коляновия вал, където възвратно-постъпателните движения на буталата завъртат коляновия вал, който след това завърта задвижващите колела на превозното средство.

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:

Скоростта на вашия двигател е броят обороти на коляновия вал в минута. Другите два отвора в цилиндрите са портове - входният порт позволява на сместа въздух-газ да влезе в камерата, а изпускателният порт пропуска продуктите от горенето навън. Съотношението въздух-газ се контролира от дроселната клапа, която смесва въздуха в различни съотношения в зависимост от нуждите на двигателя в този момент.

Как всичко се събира, за да произвежда енергия? Всички двигатели с вътрешно горене използват екзотермичен процес на химическо горене, за да генерират енергия. След успешно изгаряне, продуктите от горенето, обикновено горещи газове, имат повече налична енергия от първоначалната неизгоряла газовъздушна смес. Тази по-висока налична енергия се използва от буталото в двигателя, за да произведе работа, която от своя страна се използва за нещо. При четиритактов двигател един цикъл се извършва в 4 хода на буталото, извършени при 2 оборота на двигателя.

  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:

Многоцилиндровите двигатели ще движат циклите равномерно, за да осигурят гладка работа, като всеки отделен цилиндър преминава през пълен цикъл при всеки два оборота на двигателя. В долната част на хода входът се затваря и буталото се движи нагоре по хода на компресия, като компресира или изтласква сместа въздух/газ в малко пространство в горната част на цилиндъра. Колкото по-високо е съотношението на компресия, толкова по-мощен е двигателят и толкова по-ефективен. Точно преди да достигне върха, запалителната свещ се запалва, възпламенявайки въздушно-газовата смес, която се превръща в горещ разширяващ се газ, който принуждава буталото надолу по силовия ход.

  • 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:

Когато буталото отново удари дъното, изпускателният отвор се отваря, позволявайки на буталото да принуди резултатите от горенето в изпускателен ход нагоре. Сега знаете малко за това как рециклирано парче метал захранва вашата кола. Надявам се да ви е харесало четенето и да сте научили нещо!

KShM - колянов механизъм

Основната цел на курса е да даде на студентите въведение в буталните двигатели с акцент върху морските и стационарни приложения. Фокусът е върху обяснението на характеристиките на двигателя по отношение на консумацията на енергия, използването на енергия и емисиите на отработени газове, връзката му с вътрешни процеси като изгаряне и обмен на газ и различни условияработа на двигателя.

  • 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 разпределителен валкойто с помощта на гърбици или кобилици чрез тласкачи притиска всмукателния или изпускателния клапан и на свой ред ги отваря и затваря

Въведение в двигателите с вътрешно горене се основава на обяснението на процесите и производителността чрез прилагане на първи принципи в термодинамиката, химията, преноса на топлина, потока на течности и механичната динамика. Този подход осигурява рамка за анализиране и разбиране на сложните взаимодействия между подсистеми и процеси в рамките на задвижваща система.

Двигателите с вътрешно горене се делят на

В края на курса студентът трябва да може Опишете и обяснете различни видовебутални двигатели с вътрешно горене, техните типични характеристики на дизайнаи експлоатационни характеристики. - Опишете и анализирайте енергийния цикъл на двигателите с вътрешно горене, като използвате идеални газови цикли, въздушни цикли и цикли въздух-гориво. Опишете и изчислете уравновесяването на инерционните сили. - Определяне и оценка на динамичните сили в коляновия механизъм и изчисляване на промяната ъглова скоростколянов вал. - Опишете и обяснете триенето, износването и смазването на двигателя.

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 заглавие 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).
  • Системен манометър.
  • 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, което е извън обхвата на тази статия, която се занимава с вътрешна организациядвигател.

Препоръчваме за четене