장치의 목적과 내연 기관의 작동 원리를 설명하십시오. 내연 기관의 작동 원리. ICE: 장치, 작업, 효율성

엔진은 현재 내부 연소자동차 엔진의 주요 유형입니다. 내연 기관(약칭 - ICE)은 연료의 화학 에너지를 기계적 작업으로 변환하는 열 기관입니다.

내연 기관에는 피스톤, 로터리 피스톤 및 가스터빈과 같은 주요 유형이 있습니다. 제시된 유형의 엔진 중 가장 일반적인 것은 피스톤 내연 기관이므로 장치와 작동 원리가 그 예를 사용하여 고려됩니다.

미덕널리 사용되는 피스톤 내연 기관은 다음과 같습니다. 자율성, 다용도성(다양한 소비자와의 조합), 저렴한 비용, 소형, 가벼운 무게, 빠른 시작 기능, 다중 연료.

그러나 내연기관에는 몇 가지 중요한 단점, 포함하고있는: 높은 레벨소음, 높은 크랭크축 속도, 배기 가스 독성, 낮은 자원, 낮은 효율성.

사용되는 연료의 유형에 따라 가솔린 엔진과 디젤 엔진이 구별됩니다. 내연기관에 사용되는 대체연료는 천연 가스, 알코올 연료 - 메탄올 및 에탄올, 수소.

생태학의 관점에서 수소 엔진은 유망하기 때문입니다. 유해한 배출물을 생성하지 않습니다. 내연 기관과 함께 수소를 사용하여 전기 에너지차량 연료 전지에서.

내연기관 장치

피스톤 내연 기관은 하우징, 두 가지 메커니즘(크랭크 및 가스 분배) 및 여러 시스템(입구, 연료, 점화, 윤활, 냉각, 배기 및 제어 시스템)을 포함합니다.

엔진 하우징은 실린더 블록과 실린더 헤드를 통합합니다. 크랭크 메커니즘은 피스톤의 왕복 운동을 크랭크 샤프트의 회전 운동으로 변환합니다. 가스 분배 메커니즘은 실린더에 공기 또는 연료-공기 혼합물을 적시에 공급하고 배기 가스를 방출하도록 합니다.

엔진 관리 시스템은 다음을 제공합니다. 전자 제어내연 기관 시스템의 작동.

내연 기관의 작동

원칙 얼음 작업연료 - 공기 혼합물의 연소 중에 발생하는 가스의 열 팽창 효과를 기반으로하며 실린더에서 피스톤의 움직임을 보장합니다.

피스톤 내연 기관의 작동은 주기적으로 수행됩니다. 각 작업 주기는 크랭크축의 2회전에서 발생하며 흡기, 압축, 동력 행정 및 배기의 4가지 주기(4행정 엔진)를 포함합니다.

흡기 및 동력 행정 동안 피스톤은 아래로 이동하고 압축 및 배기 행정은 위로 이동합니다. 각 엔진 실린더의 작동 주기는 위상이 일치하지 않으므로 내연 기관의 균일한 작동이 보장됩니다. 내연 기관의 일부 설계에서 작동 주기는 압축 및 동력 행정(2행정 엔진)의 두 가지 사이클로 구현됩니다.

흡입 스트로크에흡기 및 연료 시스템은 연료-공기 혼합물의 형성을 제공합니다. 디자인에 따라 혼합물은 흡기 매니폴드(가솔린 엔진의 중앙 및 다지점 분사) 또는 연소실(가솔린 엔진의 직접 분사, 디젤 엔진의 분사)에서 형성됩니다. 가스 분배 기구의 흡기 밸브가 열리면 피스톤이 하강할 때 발생하는 진공으로 인해 공기 또는 연료-공기 혼합물이 연소실로 공급됩니다.

압축 스트로크에 대해흡기 밸브가 닫히고 공기-연료 혼합물이 엔진 실린더에서 압축됩니다.

뇌졸중연료-공기 혼합물의 점화(강제 또는 자체 점화)를 동반합니다. 연소의 결과, 많은 수의피스톤을 누르고 아래로 움직이게 하는 가스. 크랭크 메커니즘을 통한 피스톤의 움직임은 크랭크 샤프트의 회전 운동으로 변환되어 자동차를 추진하는 데 사용됩니다.

택트 릴리스 시가스 분배 메커니즘의 배기 밸브가 열리고 배기 가스가 실린더에서 배기 시스템으로 제거되어 청소, 냉각 및 소음이 감소됩니다. 그런 다음 가스는 대기 중으로 방출됩니다.

내연 기관의 작동 원리를 고려하면 내연 기관의 효율이 약 40%인 이유를 이해할 수 있습니다. 일반적으로 특정 순간에 유용한 작업은 하나의 실린더에서만 수행되는 반면 나머지는 흡기, 압축, 배기 사이클을 제공합니다.

내연 기관은 연료가 추가 외부 매체가 아닌 내부 작업실에서 점화되는 엔진 유형입니다. 빙 압력을 변환연소 기계 작업에 연료를 공급합니다.

역사에서

최초의 내연 기관은 1807년에 설계한 원래 프랑스 출신의 François de Rivaz의 이름을 따서 명명된 De Rivaz 동력 장치였습니다.

이 엔진에는 이미 불꽃 점화가 있었고 피스톤 시스템이있는 커넥팅로드였습니다. 즉, 현대 엔진의 일종의 프로토 타입입니다.

57년 후, de Rivaz의 동포인 Etienne Lenoir는 2행정 장치를 발명했습니다. 이 장치는 유일한 실린더의 수평 배열을 가지고 있었고 불꽃 점화가 있었고 조명 가스와 공기의 혼합물로 작동했습니다. 그 당시 내연 기관의 작업은 이미 소형 보트에 충분했습니다.

또 다른 3년 후 독일의 Nikolaus Otto가 경쟁자가 되었으며 그의 아이디어는 이미 수직 실린더가 있는 4행정 자연 흡기 엔진이었습니다. 이 경우 효율성은 11% 증가했지만 Rivaz 내연 기관의 효율성과 달리 15%가 되었습니다.

조금 후 같은 세기의 80 년대에 러시아 디자이너 Ogneslav Kostovich는 처음으로 기화기 형 장치를 출시했으며 독일 엔지니어 Daimler와 Maybach는 오토바이와 차량에 설치되기 시작한 경량 형태로 개선했습니다.

1897년, Rudolf Diesel은 오일을 연료로 사용하는 압축 점화식 내연 기관을 도입했습니다. 이러한 유형의 엔진은 현재 사용 중인 디젤 엔진의 조상이 되었습니다.

엔진의 종류

  • 기화기형 가솔린 엔진은 공기와 혼합된 연료로 작동합니다. 이 혼합물은 기화기에서 미리 준비된 다음 실린더로 들어갑니다. 그 안에 혼합물이 압축되어 점화 플러그의 스파크에 의해 점화됩니다.
  • nye 엔진은 혼합물이 노즐에서 흡기 매니폴드로 직접 공급된다는 점에서 다릅니다. 이 유형에는 단일 분사와 분산 분사의 두 가지 분사 시스템이 있습니다.
  • 디젤 엔진에서는 점화 플러그 없이 점화가 발생합니다. 이 시스템의 실린더에는 연료의 점화 온도를 초과하는 온도로 가열된 공기가 들어 있습니다. 노즐을 통해 이 공기에 연료가 공급되고 전체 혼합물이 토치 형태로 점화됩니다.
  • 가스 내연 기관은 열 순환의 원리를 가지고 있으며 천연 가스와 탄화수소 가스를 모두 연료로 사용할 수 있습니다. 가스는 감압기로 들어가 압력이 작동하는 것으로 안정화됩니다. 그런 다음 믹서에 들어가 결국 실린더에서 점화됩니다.
  • 가스 - 디젤 내연 기관은 가스 엔진의 원리에 따라 작동하지만 그와 달리 혼합물은 양초가 아닌 디젤 연료에 의해 점화되며 분사는 기존 디젤 엔진과 동일한 방식으로 발생합니다.
  • 회전 피스톤 유형의 내연 기관은 8자형 챔버에서 회전하는 로터가 있다는 점에서 나머지 엔진과 근본적으로 다릅니다. 로터가 무엇인지 이해하려면이 경우 로터가 피스톤과 크랭크 샤프트의 역할을한다는 것을 알아야합니다. 즉, 여기에는 특별한 타이밍 메커니즘이 완전히 없습니다. 한 번의 회전으로 세 개의 작업 사이클이 동시에 발생하며 이는 6기통 엔진의 작동과 비슷합니다.

작동 원리

현재 내연 기관의 4 행정 작동 원리가 우선합니다. 이것은 실린더의 피스톤이 위아래로 두 번 동일하게 네 번 통과하기 때문입니다.

내연 기관의 작동 원리:

  1. 첫 번째 스트로크 - 피스톤이 아래로 움직일 때 연료 혼합물을 끌어들입니다. 이 경우 흡기 밸브가 열려 있습니다.
  2. 피스톤이 바닥 수준에 도달한 후 위로 이동하여 가연성 혼합물을 압축하고 차례로 연소실의 부피를 차지합니다. 내연 기관의 작동 원리에 포함된 이 단계는 연속 두 번째 단계입니다. 동시에 밸브가 닫히고 밀도가 높을수록 압축이 잘 발생합니다.
  3. 세 번째 스트로크에서는 연료 혼합물이 여기에서 점화되기 때문에 점화 시스템이 켜집니다. 엔진 작동의 목적에서 동시에 장치를 작동시키는 프로세스가 시작되기 때문에 "작업"이라고합니다. 연료 폭발로 인한 피스톤이 아래로 움직이기 시작합니다. 두 번째 스트로크에서와 같이 밸브는 닫힌 상태입니다.
  4. 마지막 주기는 네 번째인 눈금으로 전체 주기의 완료가 무엇인지 명확하게 합니다. 배기 밸브를 통한 피스톤은 실린더의 배기 가스를 제거합니다. 그런 다음 내연 기관이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 모든 것이 주기적으로 다시 반복됩니다. 시계의 주기적 특성을 상상할 수 있습니다.

얼음 장치

피스톤에서 내연 기관의 장치를 고려하는 것이 논리적입니다. 왜냐하면 그것이 작업의 주요 요소이기 때문입니다. 내부에 빈 구멍이 있는 일종의 "유리"입니다.

피스톤에는 링이 고정되는 슬롯이 있습니다. 이 동일한 링은 가연성 혼합물이 피스톤(압축) 아래로 들어가지 않도록 하고 오일이 피스톤 자체(오일 스크레이퍼) 위의 공간에 들어가지 않도록 하는 역할을 합니다.

운영 절차

  • 연료 혼합물이 실린더에 들어갈 때 피스톤은 위에서 설명한 4개의 행정을 거치고 피스톤의 왕복 운동은 샤프트를 구동합니다.
  • 엔진의 추가 작동은 다음과 같습니다. 커넥팅로드의 상부는 피스톤 스커트 내부에 위치한 핀에 고정됩니다. 크랭크 샤프트 크랭크는 커넥팅 로드를 고정합니다. 피스톤은 움직일 때 크랭크축을 회전시키고, 크랭크축은 적시에 변속기 시스템으로 토크를 전달하고, 거기서부터 기어 시스템으로, 더 나아가 구동 휠로 전달합니다. 후륜 구동 자동차의 엔진 배열에서 카르단 샤프트는 바퀴의 중개자 역할도 합니다.

아이스 디자인

내연 기관 장치의 가스 분배 메커니즘(타이밍)은 연료 분사와 가스 방출을 담당합니다.

타이밍 메커니즘은 상부 밸브와 하부 밸브로 구성되며 벨트 또는 체인의 두 가지 유형이 있습니다.

커넥팅 로드는 대부분 스탬핑 또는 단조를 통해 강철로 만들어집니다. 티타늄으로 만들어진 커넥팅 로드의 종류가 있습니다. 커넥팅 로드는 피스톤의 힘을 크랭크 샤프트로 전달합니다.

주철 또는 강철 크랭크 샤프트는 메인 및 커넥팅 로드 저널 세트입니다. 이 넥 내부에는 압력을 가해 오일을 공급하는 구멍이 있습니다.

내연 기관에서 크랭크 메커니즘의 작동 원리는 피스톤 운동을 크랭크 샤프트 운동으로 변환하는 것입니다.

실린더 블록과 같은 대부분의 내연 기관인 실린더 헤드(실린더 헤드)는 대부분 주철로 만들어지고 다양한 알루미늄 합금으로 만들어지는 경우는 적습니다. 실린더 헤드에는 연소실, 흡배기 채널 및 점화 플러그 구멍이 있습니다. 실린더 블록과 실린더 헤드 사이에는 연결의 완전한 견고성을 보장하는 개스킷이 있습니다.

내연 기관을 포함하는 윤활 시스템은 오일 팬, 오일 흡입구, 오일 펌프, 오일 필터 및 오일 쿨러를 포함합니다. 이 모든 것이 운하와 복잡한 고속도로로 연결되어 있습니다. 윤활 시스템은 엔진 부품 간의 마찰을 줄이는 것뿐만 아니라 냉각, 부식 및 마모를 줄이고 내연 기관의 수명을 연장하는 역할을 합니다.

엔진 장치는 그 종류, 종류, 제조국에 따라 뭔가 보완되거나 반대로 개별 모델의 노후화로 인해 일부 요소가 누락 될 수 있지만 일반 장치엔진은 내연 기관의 표준 작동 원리와 동일한 방식으로 변경되지 않습니다.

추가 단위

물론 내연기관은 작동을 보장하는 추가 장치 없이는 별도의 기관으로 존재할 수 없습니다. 시동 시스템은 모터를 회전시켜 작동 상태로 만듭니다. 시동기, 공압식 및 근육식 모터의 유형에 따라 시동 작동 원리가 다릅니다.

변속기를 사용하면 좁은 회전 범위에서 출력을 개발할 수 있습니다. 전원 공급 시스템은 내연 기관에 전기를 거의 공급하지 않습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다. 축전지및 전기 및 배터리 충전의 일정한 흐름을 제공하는 발전기를 포함합니다.

배기 시스템은 가스 방출을 제공합니다. 모든 자동차 엔진 장치에는 가스를 단일 파이프로 수집하는 배기 매니폴드, 질소 산화물을 감소시켜 가스의 독성을 줄이고 생성된 산소를 사용하여 유해 물질을 연소시키는 촉매 변환기가 포함됩니다.

이 시스템의 머플러는 모터에서 나오는 소음을 줄이는 역할을 합니다. 최신 차량의 내연 기관은 법적 표준을 준수해야 합니다.

연료 종류

또한 다양한 유형의 내연 기관에서 사용되는 연료의 옥탄가에 대해서도 기억해야 합니다.

연료의 옥탄가가 높을수록 압축비가 높아져 내연기관의 효율이 높아진다.

그러나 제조업체가 설정한 것보다 높은 옥탄가가 증가하면 조기 고장이 발생하는 엔진도 있습니다. 이것은 피스톤을 태우고, 고리를 파괴하고, 그을음 연소실을 통해 발생할 수 있습니다.

공장은 내연 기관이 필요한 최소 및 최대 옥탄가를 제공합니다.

동조

내연 기관의 출력을 높이는 팬은 종종 다양한 종류의 터빈 또는 압축기를 설치합니다(제조업체에서 제공하지 않는 경우).

유휴 상태의 압축기는 안정적인 속도를 유지하면서 소량의 전력을 생산합니다. 반대로 터빈은 켜질 때 최대 전력을 짜냅니다.

특정 유닛의 설치는 좁은 방향의 경험이 있는 장인과의 협의가 필요하다. 수리, 유닛의 교체, 추가 옵션이 있는 내연기관의 추가는 엔진의 목적에서 벗어나 내부의 수명을 단축시키기 때문이다. 내연 기관 및 잘못된 행동은 돌이킬 수없는 결과를 초래할 수 있습니다. 즉, 내연 기관의 작업이 영구적으로 종료 될 수 있습니다.

가장 단순한 내연 기관의 작동 원리

이 기사에서는 가장 단순한 단일 실린더 내연 기관의 작동 원리에 대해 설명합니다. 이 엔진은 이러한 모든 엔진이 작동하는 방식을 이해하기 위해 물리적 프로세스 개념의 단순성을 위해 사용되었습니다. 사실 모든 것이 훨씬 더 복잡하고 각 프로세스마다 기능이 너무 많아서 엔진 작동을 잘 아는 전문가라도 많은 문제로 논쟁을 벌이는 경우가 많습니다. 그러나 모든 가솔린 엔진(포지티브 점화 엔진)은 독일 엔지니어 Otto가 처음 설명한 원리에 따라 작동합니다.

엔진은 자동차(고정 엔진이 아닌 경우)에 기계적 에너지를 제공하는 데 필요합니다. 엔진은 이 에너지를 생성합니다. 그러나 학교 물리학 과정에서 에너지는 무에서 발생하지 않으며 흔적없이 사라지지 않는다는 것이 알려져 있습니다. 엔진에서 생성되는 기계적 에너지의 원천은 무엇이며, 어떤 에너지를 기계적 에너지로 변환합니까? 내연 기관의 에너지원은 엔진 실린더에서 연소되는 탄화수소 연료의 분자간 결합 에너지입니다. 탄화수소 연료가 연소되는 동안 이러한 결합은 큰 열 에너지 방출로 깨져 엔진이 회전 운동의 형태로 기계적 에너지로 변환합니다.

연료 연소 중에 일어나는 화학 반응에는 산화제가 필요합니다. 이를 위해 주변 공기에 포함된 산소가 사용됩니다. 공기는 가스 혼합물이며 이 혼합물의 산소는 약 21%입니다. 연료와 공기의 혼합물이 엔진 실린더에서 연소됩니다. 이상적인 경우 실린더에 공급되는 모든 탄화수소 분자는 연소될 때 한 작동 주기 동안 실린더에 공급되는 모든 산소 분자와 결합합니다. 즉, 연소 과정 후 엔진 실린더에 연료 분자와 자유 산소 분자가 하나도 남아서는 안됩니다.

모두가 일어나는 화학 반응 활성 물질화학양론적이라고 합니다. 화학량론적 과정에서 약 14.7kg의 공기가 연료 1kg의 모든 분자를 완전히 연소시키는 데 사용되어야 합니다. 이것은 이상적인 과정이지만 실제로는 엔진이 다양한 모드에서 작동 중일 때 이를 보장하기가 매우 어렵습니다. 특히 일부 모드에서는 혼합물이 화학량론적 혼합물과 다른 경우에만 엔진이 안정적으로 작동하기 때문입니다.

기계적 에너지가 어디에서 오는지 알아 냈으면 엔진 작동 원리를 연구하기 시작하겠습니다. 앞서 언급한 바와 같이 여기에서는 오토 사이클에서 작동하는 4행정 내연 기관의 작업을 고려할 것입니다. Otto 사이클의 주요 특징은 점화 전에 공기 - 연료 혼합물이 사전 압축되고 혼합물이 외부 소스에서 점화된다는 사실이라고 할 수 있습니다. 현대 엔진에서는 전기 스파크를 통해서만 가능합니다.

내연 기관이 형성되고 개발되는 동안 다양한 설계가 발명되었으며 물론 오토 사이클의 원리에 따라 작동하는 엔진은 유일한 것이 아닙니다. 왕복 피스톤 운동을 하는 엔진 중 Atkinson 주기 엔진을 부를 수 있으며 원형 피스톤 운동을 하는 엔진 중 Wankel 로터리 피스톤 엔진이 가장 유명합니다. 일반적으로 이국적인 디자인이 많이 있습니다. 그러나 그들 모두는 광범위한 실제 적용을받지 못했습니다. 현재 사용 중인 내연 기관의 99.9% 이상이 Otto 사이클(이 기사에서는 디젤 엔진이 여기에 포함됨)에서 작동하며, 차례로 전기 혼합물 점화 엔진과 혼합물 압축 점화 디젤 엔진으로 나뉩니다.

이러한 엔진의 작동 원리는 이 기사에서 논의될 것입니다.

가솔린 엔진과 디젤 엔진 모두 4행정뿐만 아니라 2행정도 가능합니다. 현재 2행정 엔진차량에 사용되지 않으므로 이 장에서는 다루지 않습니다.

엔진 작동 원리를 고려하기 전에 엔진이 어떤 주요 부품으로 구성되어 있는지 살펴보겠습니다.

가장 간단한 내연 기관의 주요 세부 사항

  1. 실린더.
  2. 피스톤.
  3. 연소실.
  4. 연접봉.
  5. 크랭크 샤프트.
  6. 입구 채널.
  7. 입구 밸브.
  8. 입구 캠축.
  9. 콘센트 채널.
  10. 배기 밸브.
  11. 배기 캠축.
  12. 점화 플러그.
  13. 연료 분사기(미도시).
  14. 엔진 플라이휠(표시되지 않음).

1. 실린더 -엔진의 기본은 연료 연소 과정이 발생하고 실린더는 피스톤 운동의 안내 요소입니다.

2. 피스톤 - 팽창 가스의 영향 또는 크랭크 메커니즘의 영향으로 실린더에서 움직이는 부품. 조건부로 피스톤과 실린더 벽 사이의 슬라이딩 조인트가 완전히 밀폐되어 있다고 가정합니다. 즉, 이 조인트를 통해 가스가 누출될 수 없습니다.

3. 연소실 - 피스톤이 스트로크의 가장 높은 지점(TDC)에 있을 때 피스톤 위의 공간.

4. 연접봉 - 이것은 피스톤에서 크랭크 샤프트 크랭크로 힘을 전달하고 반대로 크랭크 샤프트에서 피스톤으로 힘을 전달하는 로드입니다.

5. 크랭크 샤프트 - 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 역할을 하며, 이 운동이 가장 사용하기 편리한 운동입니다.

6. 입구 - 공기-연료 혼합물이 엔진 실린더로 들어가는 통로.

7. 입구 밸브 - 입구 채널을 엔진 실린더에 연결합니다. 우리는 조건부로 밸브가 닫힌 상태에서 완전히 밀봉되어 있고 열린 상태에서 공기-연료 혼합물이 엔진 실린더로 들어가는 것을 저항하지 않는다고 가정합니다.

8. 흡기 캠축 – 적시에 입구 밸브를 열고 닫습니다.

9. 콘센트 채널 - 배기 가스가 엔진에서 대기로 제거되는 채널.

10. 배기 밸브 - 배기 채널을 엔진 실린더에 연결합니다. 우리는 조건부로 밸브가 닫힌 상태에서 완전히 밀봉되고 열린 상태에서 엔진 실린더의 배기 가스 통과에 저항하지 않는다고 가정합니다.

11. 배기 캠축 – 적시에 배기 밸브를 열고 닫습니다.

12. 점화 플러그 - 압축된 공기-연료 혼합물을 필요한 시간에 점화시키는 역할을 합니다.

13. 연료 버너 - 엔진 실린더로 유입되는 공기에 연료를 분사하는 역할을 합니다.

14. 엔진 플라이휠 - 작동하는 스트로크를 제외한 모든 스트로크 동안 관성력으로 인해 피스톤의 필요한 움직임을 제공합니다.

- 실린더의 상향 이동 방향이 하향 이동으로 변경될 때 피스톤이 정지하는 지점.

2 - 하사점(BDC) - 실린더 아래로 이동하는 방향이 위쪽으로 이동하는 방향으로 변경될 때 피스톤이 멈추는 지점.


3 - 피스톤 스트로크 - TDC에서 BDC로 또는 그 반대로 이동할 때 피스톤이 이동한 거리.

4 - 엔진 스트로크 - 한 데드 센터에서 다른 데드 센터로 피스톤의 움직임. 각 스트로크 동안 엔진의 크랭크축은 반 회전(180º)합니다.

5 - 사이클 - 작동 중 엔진의 주기적인 4주기 반복. 완전한 엔진 사이클은 4개의 사이클로 구성되며 크랭크 샤프트(720º)의 완전한 2회전으로 완료됩니다.

가장 단순한 단일 실린더 4 행정 엔진의 작동 원리 :

1 - 흡입 스트로크
(공기-연료 혼합물을 실린더로 수용).

입구 밸브가 열려 있습니다.
배기 밸브 닫힘.

커넥팅 로드에 의해 피스톤에 전달되는 외력(엔진 스타터, 크랭크 또는 플라이휠 관성)의 영향으로 피스톤은 TDC에서 BDC로 이동합니다. 피스톤과 실린더 사이의 연결이 완전히 밀봉되어 있기 때문에 피스톤 위의 공간에 감압(진공)이 형성됩니다. 대기압의 영향으로 흡기 덕트와 열린 흡기 밸브를 통한 공기가 엔진 실린더로 흐르기 시작합니다. 이때 연료 인젝터는 유입되는 공기에 필요한 양의 연료를 분무하여 가연성 공기 - 연료 혼합물이 실린더에 들어갑니다.

피스톤이 BDC에 도달하면 흡기 밸브가 닫힙니다.

2 - 압축 뇌졸중.

두 밸브가 모두 닫혀 있습니다.

외력의 영향으로 피스톤은 BDC에서 TDC로 이동합니다. 이 경우 공기-연료 혼합물은 실린더에서 압축됩니다. 압축 행정이 끝날 때 피스톤이 TDC 위치로 올라가면 전체 공기-연료 혼합물이 연소실에서 압축된 상태가 됩니다.
이 때 스파크 플러그는 전기 스파크를 사용하여 압축 공기-연료 혼합물을 점화합니다. 디젤 엔진에서는 연료 인젝터를 사용하여 미세하게 분무된 연료를 연소실에 분사합니다. 결과적으로 두 경우 모두 혼합물이 점화됩니다.

3 - 작업 주기.

두 밸브가 모두 닫혀 있습니다.

실린더에서 공기-연료 혼합물이 연소되는 동안 온도와 가장 중요한 압력이 급격히 상승합니다. 이 압력은 모든 방향으로 고르게 누르지만 연소실과 실린더의 벽은 이 압력을 위해 설계되었습니다. 그리고 연소실의 하부인 피스톤의 팽창 가스에 의해 가해지는 수압은 피스톤을 TDC에서 BDC로 아래로 이동하게 합니다. 이 힘은 커넥팅 로드를 통해 크랭크축 크랭크로 전달되어 피스톤의 전진 운동을 회전 운동으로 변환합니다.

피스톤이 BDC에 도달하면 배기 밸브가 열립니다.

4 - 스트로크를 해제합니다.

입구 밸브가 닫혀 있습니다.
출구 밸브가 닫혀 있습니다.

커넥팅 로드를 통해 피스톤에 전달되는 외력의 영향으로 피스톤은 BDC 위치에서 TDC 위치로 이동합니다. 이 운동 동안 피스톤은 열린 배기 밸브를 통해 실린더에서 배기 가스를 배기 포트로 밀어내고 더 나아가 대기 중으로 밀어 넣습니다.

그래서 우리는 4개의 사이클로 구성된 엔진의 전체 사이클을 고려했습니다. 또한, 이 사이클은 엔진이 꺼지거나 자동차 탱크의 휘발유가 떨어질 때까지 무한 반복됩니다.

네 가지 주기 중 하나인 작업 주기만 유용하다는 것을 눈치채셨을 것입니다. 이 주기 동안 필요한 에너지가 생성됩니다. 다른 모든 조치는 보조 조치입니다. 아마도 그러한 디자인은 비효율적으로 보일 수 있지만 모든면에서 가장 좋은 것은 아직 발명되지 않았습니다. 예, 크랭크 샤프트의 한 회전으로 전체 사이클이 수행되는 2행정 엔진이 있습니다. 왕복 부품이 전혀 없는 Wankel 로터리 피스톤 엔진이 있지만 이러한 설계에는 몇 가지 장점이 있지만 고유한 단점이 있으므로 4행정 오토 사이클에서 작동하는 엔진은 현재 세계에서 거의 독점 유통되고 있습니다. 그리고 가까운 장래에 그것들을 대체하는 것은 실제로 예측할 수 없습니다.

디젤 엔진.

독일 발명가 Rudolf Diesel이 발명한 엔진은 앞서 설명한 가솔린 엔진과 설계 및 작동이 매우 유사합니다. 그러나 한 가지 중요한 차이점이 있습니다. 이 엔진에서 공기-연료 혼합물의 점화는 전기 스파크의 도움으로 발생하는 것이 아니라 연료가 실린더의 뜨거운 공기와 접촉하기 때문에 발생합니다. 작동 혼합물의 이러한 점화를 압축 점화라고 합니다. 그리고 실린더의 뜨거운 공기는 어디에서 왔으며 어디에서 가열 되었습니까? 물론 아무도 그를 고의로 따뜻하게 하지 않았습니다. 핸드 펌프로 자전거나 자동차 타이어에 공기를 주입한 적이 있다면 펌프가 꽤 빨리 가열되기 시작하는 것을 보았을 것입니다. 그리고 일반적으로 물리학 학교 과정에서 압축되면 모든 가스가 가열되고 공기는 가스 혼합물에 불과하다는 것이 알려져 있습니다. 엔진의 공기 압축은 매우 빠르게 발생하므로 압축 행정이 끝날 때까지 디젤 엔진 실린더의 공기는 매우 높은 온도(700 ÷ 900ºС)를 갖습니다.

앞서 설명한 가솔린 엔진과 물리적인 과정이 약간 다르기 때문에 디젤 엔진의 설계에 약간의 차이가 있다. 주요 차이점은 더 높은 압축률입니다. 디젤 엔진에는 점화 플러그가 없고 대신 연료 인젝터가 실린더 헤드에 직접 삽입됩니다. 물론 흡기 덕트에는 연료 인젝터가 없습니다. 흡기 행정 동안 가솔린과 공기의 혼합물을 받는 가솔린 엔진과 달리 깨끗한 공기는 디젤 공기의 실린더로 들어갑니다. 압축 행정 중에 피스톤이 TDC에 도달하면 디젤 엔진의 연소실에는 고온의 압축 공기가 포함됩니다. 그리고 가솔린 엔진에서 전기 양초를 사용하여 혼합물을 점화하는 동안 미세하게 분무된 디젤 연료를 고압으로 디젤 엔진의 연소실에 분사합니다. 연소실의 뜨거운 공기와 접촉하면 연료가 점화됩니다.

디젤 엔진과 가솔린 엔진의 주요 차이점을 기억하십시오.

1 - 디젤 엔진의 연료는 전기 스파크에 의해 점화되는 것이 아니라 연료가 고온의 공기와 접촉하여 점화됩니다.

2 - 엔진 토크 및 출력의 조정은 공기-연료 혼합물의 양이 아니라 품질을 변경하여 수행되므로 디젤 엔진에는 엔진 실린더로 들어가는 공기의 양을 조절하는 스로틀 밸브가 없습니다. 즉, 흡기량을 변화시키지 않고 연료분사량만큼 토크를 변화시킨다.

디젤 엔진을 현대의 직접 분사 가솔린 엔진과 혼동하지 마십시오. 이 엔진에서 연료 인젝터는 흡기 포트에서 엔진 헤드로 이동되지만 점화 플러그 대신이 아니라 함께 설치됩니다. 이 경우 연료 인젝터는 연료를 실린더에 직접 분사합니다. 이러한 엔진의 공기-연료 혼합물은 압축 점화에 의해 점화되지 않고 전기 스파크에 의해 점화됩니다. 그리고 흡기 관의 스로틀 밸브는 실린더로 들어가는 공기의 양을 제어합니다.

우리는 가장 간단한 단일 실린더 엔진의 작동 원리를 조사하고 필요한 기계적 에너지가 어떻게 발생하는지 이해했지만 설명의 단순성을 위해 많은 단순화에 의존해야했습니다. 예를 들어, 밸브는 TDC 또는 BDC에서 정확히 열리거나 닫히지 않습니다. 가솔린 엔진의 점화 플러그가 혼합물을 점화하거나 디젤 엔진의 연료 인젝터가 피스톤이 TDC에 있을 때 실린더로 연료를 정확히 펌핑하지 않습니다. 예, 엔진에는 자동차 산업과 항공 또는 해군에서 1개에서 16개까지 실린더가 하나가 아니라 여러 개 있는 경우가 대부분입니다. 64개의 실린더가 있는 엔진이 있습니다. 그러나 모든 엔진의 핵심은 실린더입니다.

이전에는 엔진 실린더와 관련된 몇 가지 용어가 고려되었지만 이제는 더 자세히 고려하고 몇 가지 새로운 용어에 대해 알아야 합니다.

1. 크랭크 반경.
크랭크 샤프트의 메인 및 커넥팅 로드 저널 축 사이의 거리.
주된 것은 샤프트가 엔진 블록에서 회전하는 크랭크 샤프트 저널입니다.
커넥팅 로드 저널은 피스톤의 커넥팅 로드가 연결되는 저널입니다.
크랭크를 형성하기 위해 메인 저널의 축은 커넥팅 로드 저널의 축에 대해 오프셋됩니다.
크랭크 반경은 매우 중요한 엔진 설계 매개변수입니다. 크랭크의 반경을 변경하여 일정한 실린더 볼륨으로 토크와 최대 엔진 속도 사이에 필요한 비율을 선택할 수 있습니다.

2. 뇌졸중:
피스톤 스트로크, 즉 BDC와 TDC 사이의 거리는 크랭크 반경의 2배입니다.

3. 실린더 직경:
이것은 실린더의 내경입니다. 조건부로 피스톤의 직경이 실린더의 직경과 같다고 가정합니다.
(일반적으로 밀리미터 단위로 측정)

4. 실린더 변위:
실린더의 작동 체적은 BDC에서 TDC로 이동할 때 피스톤에 의해 변위된 체적입니다.
(일반적으로 입방 센티미터(cm³) 또는 리터로 측정됩니다.)
실린더의 작동 부피는 피스톤 스트로크와 피스톤 바닥 면적의 곱과 같습니다.

5. 연소실의 부피.
이것은 피스톤이 TDC에 있을 때 피스톤 위의 공간의 양입니다.
(보통 입방 센티미터로 측정됩니다.)
대부분의 엔진의 연소실은 복잡한 모양을 가지고 있어 계산 방법으로 정확한 부피를 결정하기가 어렵습니다. 연소실의 부피를 결정하기 위해 다양한 직접 측정 방법이 사용됩니다.

6. 총 볼륨실린더.
이것은 연소실의 부피와 실린더의 작동 부피의 합입니다.
(보통 입방 센티미터 또는 리터로 측정됩니다.)
다기통 엔진의 총 부피는 한 실린더의 총 부피에 엔진 실린더 수를 곱한 것과 같습니다.

7. 압축비.
이것은 연소실의 부피에 대한 실린더의 총 부피의 비율입니다. 즉, 피스톤이 BDC에 있을 때 실린더의 부피에 연소실의 부피를 더한 값과 피스톤이 TDC에 있을 때 피스톤 위 공간의 부피의 비율입니다.
(무차원 단위)

8. 피스톤 스트로크에 대한 실린더 직경의 비율:
내연기관 설계에서 매우 중요한 매개변수입니다. 피스톤 행정이 실린더 직경보다 큰 엔진을 장행정 엔진이라고 하고 피스톤 행정이 실린더 직경보다 작은 엔진을 단행정이라고 합니다.

압축비의 값입니다.

압축비는 내연기관의 매우 중요한 기술적 지표 중 하나이므로 좀 더 자세히 살펴보겠습니다. 일반적으로 압축비를 높이면 내연기관의 효율이 높아집니다. 즉, 같은 양의 연료를 태우면 엔진이 더 많은 기계적 에너지를 생산하게 됩니다. 압축비가 증가하면 연료 분자가 물리적으로 서로 접근합니다. 동시에 공기-연료 혼합물은 더 높은 온도를 가지므로 연료 입자가 더 잘 증발하고 공기와 더 균일하게 혼합됩니다. 각 가솔린 유형에는 압축비에 대한 한계값이 있습니다. 가솔린의 옥탄가가 높을수록 엔진이 작동할 수 있는 압축비가 높아집니다. 허용 압축비와 그에 따른 연소실 온도가 초과되면 엔진이 폭발(혼합물의 자발적 점화)과 함께 작동하기 시작합니다. 폭발 과정은 매우 복잡하므로 이 단계에서 우리는 폭발의 원인이 공기-연료 혼합물의 부적절한 연소임을 이해하는 것으로 제한할 것입니다. 엔진이 폭발하면서 작동되면 엔진의 효율이 급격히 떨어지고 충격 부하가 증가하면 엔진이 파손될 수 있습니다. 엔진이 작동 중일 때 큰 노크는 폭발의 신호입니다. 이 작동 모드는 엔진에 매우 해롭습니다.

현대의 전자 엔진 관리 시스템은 노크로 엔진의 작동을 사실상 제거했지만 전자 제어 시스템이없는 엔진으로 자동차를 운전해야했던 사람들은 노킹 모드가 꽤 자주 발생했음을 기억합니다.

이전에는 가솔린의 옥탄가를 높이기 위해 특수 납 기반 첨가제가 사용되었습니다. 이러한 첨가제를 사용하여 압축비를 12.5:1로 높일 수 있었지만 현재는 환경 보호법에 따라 납이 매우 유해하다는 사실로 인해 환경, 납 기반 첨가제의 사용은 금지됩니다.

현대 가솔린 엔진의 압축비는 10:1 ÷ 11:1입니다. 압축비의 값은 사용하려는 가솔린의 품질뿐만 아니라 엔진 설계에 따라 달라질 수 있습니다. 노크 센서 엔진 관리 시스템이 있는 최신 엔진을 사용하면 압축비를 13:1로 높일 수 있습니다. 이러한 제어 시스템은 노크 센서에서 수신한 정보를 기반으로 각 개별 실린더의 점화 타이밍을 조정하여 엔진이 폭발 직전에 작동하도록 허용하지만 허용하지 않습니다. 가솔린을 연소실로 직접 분사하는 엔진은 실린더에서 발생하는 프로세스의 특성으로 인해 압축비를 높여 작동할 수도 있습니다.

디젤 엔진의 연료 점화는 실린더 내 공기의 가열로 인해 발생하기 때문에 디젤 엔진의 압축비는 가솔린 엔진보다 높습니다. 디젤 엔진의 압축비는 14:1 ÷ 23:1 범위에 있습니다.

가솔린과 디젤 모두 실린더 내 강제 공기(터보 차저 또는 슈퍼 차저) 엔진은 자연 흡기 엔진보다 압축비가 낮습니다. 이는 압축 행정이 시작되기 전에 실린더에 많은 양의 공기(및 연료)가 있기 때문입니다. 압축 행정이 끝날 때 실린더에 너무 많은 압력이 가해지면 엔진이 파손될 수 있습니다.

압축비를 높이는 것은 일반적으로 매우 바람직한 현상이지만 실제로는 모든 것이 다소 복잡하다는 점을 앞서 언급했습니다. 내연 기관, 특히 자동차 엔진은 다양한 속도와 부하에서 지속적으로 작동합니다. 이 분야의 과학적 연구에 따르면 일부 조건에서는 엔진이 더 낮은 압축비로 더 효율적으로 작동하지만 다른 조건에서는 엔진 손상 없이 압축비가 증가할 수 있습니다. 일부 제조업체는 작동 중 압축비가 가변적인 엔진을 만들려고 했습니다. 이 분야의 선구자는 주목할만한 결과를 얻었으며 스웨덴 자동차 제조업체였습니다.사브 . 이 방향의 작업은 다른 자동차 제조업체에서도 수행되었습니다. 하지만 지금까지 시장에 가변 압축비를 가진 양산차는 없다. 분명히 이것은 내연 기관의 효율성을 향상시키는 다음 방향이 될 것입니다.

엔진의 기하학적 매개변수를 정의하는 일부 용어는 이전에 고려되었습니다. 다음으로, 가장 단순한 단일 실린더 및 더 복잡한 엔진인 내연 기관의 작동을 정의하는 몇 가지 용어를 기억해 보겠습니다.

  1. 엔진 파워.
    그것은 킬로와트(kW)로 측정되거나 좀 더 친숙한 측정 단위인 마력(hp)의 경우 이전 단위로 측정됩니다.
  2. 토크.
    미터당 뉴턴(N·m)으로 측정됩니다.
  3. 특정 리터 용량.
    엔진 실린더의 작동 부피에 대한 최대 엔진 출력의 비율(kW/리터)로 측정됩니다.
  4. 특정 중량 파워.
    엔진 중량에 대한 최대 엔진 출력의 비율(kW/Kg)로 측정됩니다.
  5. 연료 효율성.
    시간당 1킬로와트(g/kWh)의 전력을 생산하는 데 소비되어야 하는 연료의 질량으로 측정됩니다.
  6. 회전 속도.
    다른 많은 기술 분야와 마찬가지로 자동차 산업에서도 크랭크축의 회전 속도(주파수)는 분당 회전수(RPM)로 측정됩니다.

내연기관(ICE)이 발명된 지 100년이 넘는 지난 시간 동안 그 디자인의 수는 너무 많아 설명할 수 없을 뿐만 아니라 누구도 나열할 수 없었습니다. 일반적으로 그러한 작업이 없습니다. 명확하게 이해 일반 원칙내연 기관의 작동(이 기사에서 간략하게 설명됨), 모든 설계를 이해할 수 있습니다.

E.N. 자르초프

현대의 내연 기관은 조상들로부터 멀리 떨어져 있습니다. 더 크고 강력하고 환경 친화적이지만 동시에 작동 원리, 자동차 엔진의 구조 및 주요 요소는 변경되지 않았습니다.

자동차에 널리 사용되는 내연기관은 피스톤식이다. 이 유형의 내연 기관은 작동 원리로 인해 그 이름을 얻었습니다. 엔진 내부에는 실린더라고 하는 작업실이 있습니다. 작동 혼합물을 태웁니다. 연료와 공기의 혼합물이 챔버에서 연소되면 피스톤이 감지하는 압력이 증가합니다. 움직이는 피스톤은 수신된 에너지를 기계적 작업으로 변환합니다.

내연 기관은 어떻습니까

최초의 피스톤 엔진에는 작은 직경의 실린더가 하나만 있었습니다. 개발 과정에서 출력을 높이기 위해 실린더 직경을 먼저 늘린 다음 개수를 늘렸습니다. 점차적으로 내연 기관은 우리에게 친숙한 형태를 취했습니다. 모터 현대 자동차최대 12개의 실린더를 가질 수 있습니다.

현대 ICE는 인식의 용이성을 위해 다음과 같이 그룹화되는 여러 메커니즘과 보조 시스템으로 구성됩니다.

  1. KShM - 크랭크 메커니즘.
  2. 타이밍 - 밸브 타이밍을 조정하는 메커니즘.
  3. 윤활 시스템.
  4. 냉각 시스템.
  5. 연료 공급 시스템.
  6. 배기 시스템.

ICE 시스템에는 전기 시동 및 엔진 제어 시스템도 포함됩니다.

KShM - 크랭크 메커니즘

KShM은 피스톤 모터의 주요 메커니즘입니다. 그는 수행 본업- 개종자 열에너지기계로. 메커니즘은 다음 부분으로 구성됩니다.

  • 실린더 블록.
  • 실린더 헤드.
  • 핀, 링 및 커넥팅 로드가 있는 피스톤.
  • 플라이휠이 있는 크랭크축.



타이밍 - 가스 분배 메커니즘

실린더에 들어가려면 적당한 양연료와 공기, 그리고 연소 생성물이 작업실에서 제때 제거되면 내연 기관에는 가스 분배라는 메커니즘이 있습니다. 연료-공기 가연성 혼합물이 실린더에 들어가고 배기 가스가 제거되는 흡기 및 배기 밸브를 열고 닫는 역할을 합니다. 타이밍 부품에는 다음이 포함됩니다.

  • 캠축.
  • 스프링과 가이드 부싱이 있는 입구 및 출구 밸브.
  • 밸브 구동 부품.
  • 타이밍 드라이브 요소.

타이밍은 자동차 엔진의 크랭크축에서 구동됩니다. 체인 또는 벨트의 도움으로 회전이 캠축으로 전달되고, 캠축은 캠 또는 로커 암을 통해 푸셔를 통해 흡기 또는 배기 밸브를 누르고 차례로 열리고 닫힙니다.

밸브의 디자인과 개수에 따라 엔진에 1~2개 장착 가능 캠축실린더의 각 행에 대해. 2축 시스템에서 각 샤프트는 자체 밸브 시리즈(흡기 또는 배기)의 작동을 담당합니다. 단일 샤프트 디자인은 영어 제목 SOHC(단일 오버헤드 캠축). 이중 샤프트 시스템은 DOHC(Double Overhead Camshaft)라고 합니다.

엔진 작동 중에 부품은 연료-공기 혼합물의 연소 중에 형성되는 뜨거운 가스와 접촉합니다. 내연기관 부품이 가열될 때 과도한 팽창으로 인해 붕괴되지 않도록 하기 위해서는 냉각되어야 한다. 공기 또는 액체로 자동차 엔진을 식힐 수 있습니다. 현대 모터에는 일반적으로 다음 부분으로 구성된 액체 냉각 방식이 있습니다.

  • 엔진 냉각 재킷
  • 펌프(펌프)
  • 온도 조절기
  • 라디에이터
  • 팬
  • 팽창 탱크

내연 기관의 냉각 재킷은 BC 내부의 구멍과 실린더 헤드에 의해 형성되며 이를 통해 냉각수가 순환합니다. 엔진 부품에서 과도한 열을 제거하여 라디에이터로 전달합니다. 순환은 크랭크 샤프트에서 벨트로 구동되는 펌프에 의해 제공됩니다.

온도 조절기는 필요한 온도 체제자동차 엔진, 유체의 흐름을 라디에이터로 리디렉션하거나 우회합니다. 라디에이터는 차례로 가열된 액체를 냉각하도록 설계되었습니다. 팬은 공기 흐름을 향상시켜 냉각 효율을 높입니다. 사용되는 냉각수가 가열되면 크게 팽창하고 추가 부피가 필요하기 때문에 최신 엔진에는 팽창 탱크가 필요합니다.


엔진 윤활 시스템

모든 모터에는 마찰력 손실을 줄이고 마모 및 재밍 증가를 방지하기 위해 지속적으로 윤활해야 하는 많은 움직이는 부품이 있습니다. 이를 위한 윤활 시스템이 있습니다. 그 과정에서 내연 기관 부품의 부식 방지, 엔진 ​​부품의 추가 냉각 및 마찰 부품의 접촉 지점에서 마모 제품 제거와 같은 몇 가지 추가 작업이 도움을 받아 해결됩니다. 자동차 엔진의 윤활 시스템은 다음과 같이 구성됩니다.

  • 기름통(팬).
  • 오일 공급 펌프.
  • 가 있는 오일 필터 .
  • 송유관.
  • 오일 계량봉(오일 레벨 표시기).
  • 시스템 압력 게이지.
  • 오일 필러 넥.

펌프는 오일 섬프에서 오일을 가져와 BC와 실린더 헤드에 있는 오일 라인과 채널로 전달합니다. 그들을 통해 오일은 마찰 표면의 접촉점으로 들어갑니다.

공급 시스템

스파크 점화 및 압축 점화가 있는 내연 기관의 공급 시스템은 많은 공통 요소를 공유하지만 서로 다릅니다. 일반적인 사항은 다음과 같습니다.

  • 연료 탱크.
  • 연료 레벨 센서.
  • 연료 필터 - 거칠고 가늘다.
  • 연료 파이프라인.
  • 흡기매니폴드.
  • 공기 파이프.
  • 공기 정화기.

두 시스템 모두 연료 펌프, 연료 레일, 연료 인젝터가 있지만 다양한 물리적 특성가솔린과 디젤 연료, 그들의 디자인은 상당한 차이가 있습니다. 공급 원리는 동일합니다. 탱크의 연료는 필터를 통해 필터를 통해 연료 레일로 공급되어 인젝터로 들어갑니다. 그러나 대부분의 가솔린 ​​내연 기관에서 노즐이 이를 자동차 엔진의 흡기 매니폴드로 공급하면 디젤 엔진에서는 실린더에 직접 공급되고 이미 그곳에서 공기와 혼합됩니다. 공기를 정화하고 실린더에 공급하는 부품(에어 필터 및 파이프)도 연료 시스템에 속합니다.

배기 시스템

배기 시스템은 자동차 엔진의 실린더에서 배기 가스를 제거하도록 설계되었습니다. 주요 세부 사항, 구성 요소:

  • 배기 매니폴드입니다.
  • 머플러 흡기 파이프.
  • 공명기.
  • 머플러.
  • 배기 파이프.

현대 내연 기관에서 배기 구조는 유해한 배기 가스를 중화시키는 장치로 보완됩니다. 촉매 변환기와 엔진 제어 장치와 통신하는 센서로 구성됩니다. 배기 파이프를 통해 배기 매니폴드의 배기 가스는 촉매 변환기로 들어간 다음 공진기를 통해 머플러로 들어갑니다. 그런 다음 배기관을 통해 대기 중으로 방출됩니다.

결론적으로 자동차의 시동 및 엔진 제어 시스템을 언급할 필요가 있습니다. 그것들은 엔진의 중요한 부분이지만 엔진 내부에 대한 이 기사의 범위를 벗어나는 자동차의 전기 시스템과 함께 고려해야 합니다.

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