Двигатель внутреннего сгорания кратко. Как работает двигатель внутреннего сгорания. Принцип работы двухтактного двигателя

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.

Применения: Эти двигатели широко используются в транспортных средствах, портативных электростанциях для обеспечения мощности для запуска насосов и другого оборудования на фермах. Многие малые лодки, самолеты, грузовики и автобусы также используют его.

Будущий масштаб: проводятся непрерывные исследования для повышения эффективности использования топлива, снижения загрязняющих веществ и повышения его светоотдачи и компактности. Недавно инженеры из Бирмингемского университета сделали самый маленький бензиновый двигатель, который может заменить обычные батареи. Двигатель настолько крошечный, что его можно обрабатывать на кончике пальца.

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.

Как бензиновый двигатель, дизель - двигатель внутреннего сгорания, который преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию, которая вызывает возвратно-поступательное движение внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом двигателя, которые обеспечивают движение, необходимое для движения колес автомобиля. В бензиновых и дизельных двигателях энергия выделяется в серии небольших взрывов, известных как сжигание. Топливо реагирует химически с кислородом из воздуха, который взят во время такта впуска двигателя.

ГРМ - газораспределительный механизм

Зажигание в бензиновых двигателях происходит из-за искр от свечей зажигания, тогда как в дизельных двигателях топливо воспламеняется из-за высокой температуры сжатия. Воздух нагревается при сжатии. Дизельные двигатели могут быть четырехтактными или двухтактными.

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.

Работа четырехтактного дизельного двигателя заключается в следующем. Впускной или всасывающий ход начинается, когда поршень втягивает воздух в цилиндр через впускной клапан. Когда поршень достигает нижней части цилиндра, впускной клапан закрывается, удерживая воздух внутри цилиндра.

Как устроен ДВС

Ход сжатия начинается, когда поршень перемещается вверх по цилиндру, сжимая захваченный воздух. Давление поднимается между 32 бар-50 бар и температуре до 600 градусов по Цельсию. В верхней части выхлопного клапана выпускной клапан закрывается, и впускной клапан открывается, готовый принять свежий заряд воздуха, который возвращает двигатель в исходную точку.

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.

Дизельный двигатель работает так же, как четырехтактный дизельный двигатель, но уменьшает четыре хода поршня до двухтактных раз и один раз вниз от цилиндра. Когда поршень находится в верхней части цилиндра, он находится на такте сжатия. Цилиндр заполнен нагнетаемым, супер-нагретым воздухом. Дизельное топливо впрыскивается и воспламеняется. Поршень перемещается вниз по цилиндру для его хода мощности. Когда поршень находится рядом с нижней частью его хода мощности, выпускные клапаны открываются, и большинство сгоревших газов выпрыгивают из цилиндра.

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.

Теперь, когда поршень продолжает двигаться вниз по цилиндру, он открывает серию портов в стенке цилиндра. Через эти порты вдувается сжатый воздух, выталкивая оставшиеся выжженные газы из цилиндра и заправляя его свежим воздухом. Когда поршень перемещается назад, он блокирует входные отверстия, захватывая заряд свежего воздуха в цилиндре. Хотя поршень был покрыт чуть более одного такта, он уже завершил свой такт мощности, процесс выхлопа и цикл впуска. По мере того, как поршень возвращается к цилиндру второго шага, он сжимает свежий воздух.

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).

Когда он достигает верхней части цилиндра, происходит впрыск и сжигание, начиная цикл снова. Двухтактный двигатель производит один ход мощности в каждом полном цикле, в то время как четырехтактный двигатель производит один ход мощности каждый раз для четырех ходов.

Выпускается во время сгорания непрореагировавших рабочих жидкостей, смеси окислитель-топливо. Этот процесс происходит внутри двигателя и является частью термодинамического цикла устройства. Полезный, создаваемый двигателем внутреннего сгорания, получается из горячих газообразных продуктов сгорания, действующих на движущиеся поверхности двигателя, таких как поверхность поршня, лопасти или сопло.

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.

Самые распространенные виды двигателей

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергогенерирующими устройствами, которые в настоящее время существуют. Примеры включают в себя и -пропульсионные системы. Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на две группы: двигатели с непрерывным сгоранием и двигатели с прерывистым сгоранием. Двигатель непрерывного сгорания характеризуется постоянным потоком топлива и окислителя в двигатель. В двигателе поддерживается стабильное пламя. Двигатель с прерывистым сгоранием характеризуется периодическим зажиганием воздуха и топлива и обычно называется поршневым двигателем.

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.

Дискретные объемы воздуха и топлива обрабатываются циклически. Примерами этой второй группы являются бензиновые поршневые двигатели и дизельные двигатели.

История технологии: двигатель внутреннего сгорания. Электричество не является основным двигателем, поскольку важно, что он может быть как вид энергии, он должен быть получен из механического генератора, питаемого водой, паром или внутренним сгоранием.

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный двигатель с бензиновым двигателем с гомогенным зарядом и искровым зажиганием. Это связано с его выдающейся производительностью как первопроходцем в отрасли наземного транспорта. Двигатели с искровым зажиганием также используются в авиационной промышленности; однако авиационные турбины стали основными двигателями в этом секторе из-за акцента отрасли аэронавтики на дальность, скорость и комфорт для пассажиров. С. и других космических аппаратах.

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.

Подробнее в этих связанных статьях

Строительство: ранние стальные рамы. Зависит от рабочих окон; таким образом, эти здания нуждались в узких площадях для обеспечения адекватного доступа к свету и воздуху. Благодаря неустанным усилиям других изобретателей эти первые двигатели были усовершенствованы, чтобы стать одним из наиболее часто используемых для энергетики, где требуется мобильность, как в автомобилях, тяжелом оборудовании и других переносных машинах.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Теперь, когда мы знаем, откуда оно взялось, давайте посмотрим на общие принципы работы двигателя внутреннего сгорания. Тем не менее, существует много типов двигателей внутреннего сгорания, выходящих за рамки данной статьи. То, что мы стремимся сделать в этой статье, - это создание общих разработок, чтобы дать нам лучшее представление о том, как этот высокоразвитый механизм, который обеспечивает работу вашего автомобиля.

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Один из самых известных типов двигателей внутреннего сгорания, используемых во всем, от автомобилей до газонокосилок, - это четырехтактный бензиновый двигатель с возвратно-поступательным движением, искровым зажиганием. В этих двигателях пространство, в котором происходит сгорание, называется цилиндром. Верх цилиндра закрывается головкой, прикрепленной к ней болтом, и где находится свеча зажигания для обеспечения зажигания. Каждый цилиндр имеет поршень, который скользит вверх и вниз. Нижняя часть поршня имеет соединение, которое соединено с коленчатым валом, где возвратно-поступательные движения поршней поворачивают коленчатый вал, который затем поворачивает ведущие колеса транспортного средства.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

Ваша частота вращения двигателя - это число оборотов коленчатого вала в минуту. Два других отверстия в цилиндрах - порты - впускное отверстие позволяет воздухо-газовой смеси поступать в камеру, а выхлопной порт выпускает продукты сгорания. Соотношение воздух-газовая смесь регулируется дроссельной заслонкой, которая смешивает воздух с различными коэффициентами в зависимости от потребностей двигателя в этой точке.

Как все это объединяется для производства энергии? Все двигатели внутреннего сгорания используют экзотермический химический процесс горения для выработки энергии. После успешного сжигания продукты сгорания, как правило, горячие газы, имеют более доступную энергию, чем исходная несгоревшая газовоздушная смесь. Эта более высокая доступная энергия используется поршнем в двигателе для производства работы, которая, в свою очередь, используется для чего-то. Для четырехтактного двигателя один цикл имеет место за 4 хода поршня, выполненных в 2 оборотах двигателя.

  1. КШМ - кривошипно-шатунный механизм.
  2. ГРМ - механизм регулировки фаз газораспределения.
  3. Система смазки.
  4. Система охлаждения.
  5. Система подачи топлива.
  6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ - кривошипно-шатунный механизм

КШМ - основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу - преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

Двигатели с несколькими цилиндрами будут равномерно перемещать циклы для обеспечения плавной работы, при этом каждый отдельный цилиндр проходит полный цикл при любых двух оборотах двигателя. В нижней части хода впускное отверстие закрывается, а поршень движется вверх по ходу сжатия, сжимая или заставляя воздушно-газовую смесь в небольшое пространство в верхней части цилиндра. Чем выше коэффициент сжатия, тем мощнее двигатель и тем эффективнее. Как раз перед тем, как достичь вершины, зажигается свеча зажигания, воспламеняющая воздушно-газовую смесь, которая превращается в горячий расширяющийся газ, который заставляет поршень вниз по ходу мощности.

  • Блок цилиндров.
  • Головка блока цилиндров.
  • Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
  • Коленчатый вал с маховиком.



ГРМ - газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

Когда поршень снова достигнет дна, открывается выпускное отверстие, позволяющее поршню принудительно приводить результаты сгорания в такт выхлопа вверх. Теперь вы немного знаете о том, как оборотный кусок металла подпитывает ваш автомобиль. Надеюсь, вам понравилось читать и что вы что-то узнали!

КШМ - кривошипно-шатунный механизм

Основная цель курса - дать учащимся введение в двигатели с возвратно-поступательным движением с акцентом на морские и стационарные применения. Основное внимание уделяется объяснению характеристик двигателя с точки зрения энергопотребления, использования энергии и выбросов выхлопных газов, его связи с внутренними процессами, такими как сжигание и газообмен, а также с различными условиями работы двигателя.

  • Распределительный вал.
  • Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
  • Детали привода клапанов.
  • Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

Введение в двигатели внутреннего сгорания основано на объяснении процессов и производительности путем применения первых принципов в термодинамике, химии, теплообмене, потоке жидкости и механической динамике. Этот подход обеспечивает основу для анализа и понимания сложных взаимодействий между подсистемами и процессами внутри системы двигателей.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на

По окончании курса студент должен уметь. Опишите и объясните различные типы возвратно-поступательных двигателей внутреннего сгорания, их типовые конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики. - Опишите и проанализируйте энергетический цикл двигателей внутреннего сгорания, используя идеальные газовые циклы, воздушные циклы и топливно-воздушные циклы. Описать и вычислить балансировку сил инерции. - Определить и оценить динамические силы в кривошипном механизме и вычислить изменение угловой скорости коленчатого вала. - Опишите и объясните трение, износ и смазку двигателя.

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов - впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

  • Рубашка охлаждения двигателя
  • Насос (помпа)
  • Термостат
  • Радиатор
  • Вентилятор
  • Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.


Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

  • Масляный картер (поддон).
  • Насос подачи масла.
  • Масляный фильтр с .
  • Маслопроводы.
  • Масляный щуп (индикатор уровня масла).
  • Указатель давления в системе.
  • Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система питания

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

  • Топливный бак.
  • Датчик уровня топлива.
  • Фильтры очистки топлива - грубой и тонкой.
  • Топливные трубопроводы.
  • Впускной коллектор.
  • Воздушные патрубки.
  • Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры - воздушный фильтр и патрубки - тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

  • Выпускной коллектор.
  • Приемная труба глушителя.
  • Резонатор.
  • Глушитель.
  • Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.



Рекомендуем почитать