Двс устройство и принцип работы: Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя

Содержание

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

 

 

Для того, чтобы понять принцип работы ГРМ, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:

 

 

 

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.


Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.

Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания


Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт - такт впуска

 

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт - такт сжатия

 

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт - рабочий ход

 

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт - такт выпуска

 

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

 

Газораспределительный механизм

 

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.


Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.


Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.

При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
 

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.

Устройство КШМ


Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

Маховик

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок и головка цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Первым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) считается изобретение французского механика Ленуара в 1860 году. Поршневой агрегат работал за счёт сжигания в цилиндре светильного газа. Более удачную конструкцию предложил немец Отто в 1866 году. Его двигатель работал по 4-тактному циклу, сжимая в цилиндрах смесь газа и воздуха перед воспламенением запальной свечи. Следующим этапом развития стал переход на жидкое нефтяное топливо и внесение технических новшеств в конструкцию ДВС.

  1. Что такое ДВС
  2. Устройство двигателя внутреннего сгорания
  3. Системы двигателя
  4. ГРМ — газораспределительный механизм
  5. Система смазки
  6. Система охлаждения
  7. Система подачи топлива
  8. Выхлопная система
  9. Классификация двигателей
  10. По рабочему циклу
  11. По типу конструкции
  12. По количеству цилиндров
  13. По принципу создания рабочей смеси
  14. По расположению цилиндров
  15. По типу топлива
  16. По принципу работы ГРМ
  17. Принцип работы двигателя
  18. Принцип работы четырехтактного двигателя
  19. Принцип работы двухтактного двигателя
  20. Преимущества и недостатки ДВС
  21. Заключение

Что такое ДВС

Двигатель преобразует топливную, электрическую и другие виды энергии в механическую для передачи её исполнительным органам машины или установки: трансмиссии, насосу, ротору и т.д. Автомобильные двигатели различаются по виду первичной энергии и процессу её преобразования:

  • поршневой двигатель внутреннего сгорания;
  • газовая турбина;
  • паровой двигатель;
  • роторно-поршневой мотор;
  • двигатель внешнего сгорания;
  • электромотор;
  • маховичный двигатель и др.

Наиболее распространён поршневой двигатель внутреннего сгорания. Источником энергии ДВС служит жидкое нефтяное топливо или горючий газ. Популярность этого типа мотора обусловлена возможностью компактного хранения топлива и его малого расхода при большом пробеге автомобиля.

Рассмотрим подробнее, что такое двигатель внутреннего сгорания, его устройство, принцип работы, плюсы и минусы.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

В устройство двигателя внутреннего сгорания входят различные механизмы и системы. Так, поршневой 4-тактный агрегат состоит из кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ) механизмов:

  • КШМ включает в себя подвижные и неподвижные детали. Основу составляет блок цилиндров, установленный на картере. Сверху блок закрыт головкой, в которой находятся впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания, форсунки. Внутри цилиндров перемещаются поршни, соединённые через поршневой палец с верхней головкой шатуна. Нижняя часть шатуна охватывает шейку коленвала. На конце вала закреплён маховик;
  • в состав ГРМ входит распределительный вал, клапаны и привод ГРМ. Подробнее о механизме поговорим ниже.

В 2-тактном поршневом ДВС клапана отсутствуют. Вместо них в конструкции предусмотрены продувочные окна.

Достойной заменой поршневому агрегату можно рассмотреть только роторно-поршневой мотор или двигатель Ванкеля. Он работает по 4-тактому циклу, а поршень имеет форму треугольника Рёло. Газораспределение в роторном агрегате происходит через впускные и выпускные окна, поэтому необходимость в сложном клапанном механизме отпадает. Двигатели Ванкеля встречаются в машинах Mazda и советских ВАЗах.

Системы двигателя

Надёжная и долговременная работа двигателя внутреннего сгорания невозможна без питания, смазки, охлаждения. Кроме того, нужно обеспечить первый запуск коленвала и каждый раз воспламенять рабочую смесь в цилиндрах. Для этих целей разработаны следующие системы двигателя:

  • смазки;
  • охлаждения;
  • питания;
  • запуска;
  • зажигания;
  • впрыска;
  • управления.

Если раньше системы были механические, сейчас в них появляется больше электроники. Электронное управление делает работу мотора высокоэффективной, экономичной и надёжной. Системы становятся компактными, но требуют качественного и регулярного обслуживания.

ГРМ — газораспределительный механизм

Устройство двигателя внутреннего сгорания включает в себя ГРМ. Его функция — вовремя подать в определённые цилиндры рабочую смесь, а также выпустить из этих цилиндров продукты горения. Работу механизма определяют последовательность работы цилиндров и фазы газораспределения.

Для функционирования ГРМ необходимы минимум 1 впускной и 1 выпускной клапан на каждый цилиндр. Диаметр тарелки впускного клапана обычно больше, чем у выпускного, что позволяет улучшить наполняемость цилиндра и увеличить рабочие показатели ДВС. Открытие и закрытие клапанов регулирует кулачковый распределительный вал. Сам вал приводится цепью или ремнём от коленвала.

Конструктивно привод клапанов делится на 4 вида:

  • OHV — распредвал расположен в блоке цилиндров, а управление клапанами происходит через дополнительные толкатели и штанги;
  • ОНС — распредвал размещён в головке блока, привод клапанов осуществляется за счёт рычажных толкателей;
  • DОНС — схема расположения с двумя распредвалами в головке блока. В этом случае один вал используется для впускных, а другой для выпускных клапанов.

Фазы газораспределения — это моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленвала. Правильно подобранные фазы обеспечивают лучшее наполнение и очистку цилиндров. Если в устройство двигателя включить механизм управления фазами VVT, это позволит получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленвала и экономить ресурсы на малых оборотах.

Система смазки

Смазка двигателя автомобиля защищает детали от трения, коррозии, охлаждает конструкцию и смывает грязь. В ДВС часто используются комбинированные системы, в которых моторное масло подаётся под давлением и разбрызгиванием.

В типичной смазочной системе масло заливают через маслозаливную горловину в поддон картера до определённого уровня. При работе двигателя маслонасос высасывает из поддона смазку через маслозаборник. Затем масло фильтруется от примесей и переходит в главную магистраль.

Магистраль представляет собой ответвления каналов, по которым масло поступает к коренным подшипникам коленвала, опорам распредвала, поршневой группе и другим деталям. Из зазоров подшипников смазка вытекает и разбрызгивается движущимися элементами в виде капель и масляного тумана. Под действием силы тяжести масло стекает в поддон, смазывая при этом привод ГРМ.

В высокофорсированных ДВС спорткаров, в тракторах и спецавтомобилях применяется система смазки с сухим картером. Масло постоянно выкачивается дополнительным маслонасосом в масляный бак, из которого подаётся под давлением в систему смазки двигателя. Такое решение помогает предотвратить перемещение масла при резких манёврах, когда маслозаборник окажется выше уровня масла.

Система смазки выполняет функцию вентиляции картера от газов, которые прорываются из цилиндра через поршневые кольца. Соединяясь с парами воды, газы образуют агрессивные кислоты и могут вызвать коррозию. Самым простым способом вентиляции картерных газов является выведение их в атмосферу. Однако, высокие нормы экологии привели к появлению закрытых принудительных систем вентиляции, в которых газы направляются в камеры сгорания через впускной тракт.

Система охлаждения

Температура в камере сгорания в момент воспламенения доходит до 2500℃. Перегрев цилиндров, поршней, головки блока и других деталей приводит к потере мощности, тепловому расширению, выгоранию масла, обгоранию клапанов и заклиниванию двигателя. Для охлаждения конструкции разработана система, которая принудительно отводит тепло потоком воздуха или жидкости.

Воздушная система охлаждения ДВС применяется на мопедах, мотоциклах и газонокосилках. Жидкостная система более сложная и шумная, но обеспечивает равномерный и эффективный отвод тепла. В качестве теплоносителя используются антифризы — жидкости с низкой температурой замерзания.

Для отвода тепла от блока цилиндров и головки предусмотрена рубашка охлаждения — канал для прохождения жидкости. Рубашка соединяется патрубками с радиатором, который забирает тепло от жидкости и выбрасывает его в воздух. За радиатором располагают вентилятор, который увеличивает скорость прохождения воздуха. Вентилятор приводится от ременной передачи коленвала или электропривода. Часто вентилятор оснащают вязкостной или гидравлической муфтой.

Во время работы двигателя охлаждающая жидкость циркулирует от насоса, который приводится от коленвала или электродвигателя. Чтобы система обеспечивала оптимальный температурный режим, в контур охлаждения встраивают термостат с управляемым теплочувствительным элементом. Термостат может быть соединён с электронным блоком управления.

Система подачи топлива

Система подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания может быть карбюраторной или инжекторной. Наиболее распространённой является инжекторная система питания с распределённым впрыском. Она состоит из следующих подсистем:

  • подачи и очистки топлива;
  • подачи и очистки воздуха;
  • улавливания и сжигания паров бензина;
  • выпуска и дожигания отработанных газов;
  • электронной части с набором датчиков.

Во время включения ДВС запускается электробензонасос, который закачивает топливо из бака. Бензин проходит через топливный фильтр к рампе с форсунками. На корпусе форсунки находятся электрические контакты, которые регулируют количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

За количеств воздуха, поступающего в цилиндры ДВС, отвечает дроссельная заслонка. Она работает от механического троска или электропривода. Регулировку оборотов на холостом ходу осуществляет шаговый электродвигатель или непосредственно компьютер. Для корректной работы системы впрыска электронный блок получает информацию с датчиков массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости, положения и частоты вращения коленвала и др.

Помимо распределённого впрыска существуют системы непосредственного впрыска. Однако, они более сложные и дорогие. Специалистам компании Mitsubishi удалось разработать сбалансированную систему, которая улучшила топливную экономичность и повысила мощность мотора. Это объясняется возможностью двигателя работать на обеднённых смесях и повышением степени сжатия до с 10 до 12,5.

Впервые система непосредственного впрыска появилась в моторах 1,8 GDI на Mitsubishi Galant в 1996 году. Сейчас подобные двигатели внутреннего сгорания встречаются в машинах Peugeot-Citroen, Renault, Toyota.

Системы питания дизельных ДВС отличаются от бензиновых. Существуют две схемы подачи дизельного топлива: с разделённой камерой сгорания и непосредственный впрыск. Первый вариант работает мягче и тише, но распространение получил второй вариант с лучшей топливной экономичностью в 20 %.

Дизельное топливо поступает из бака в нагнетательный трубопровод, затем через подкачивающий насос в топливный фильтр. После очистки дизель попадает в топливный насос высокого давления ТНВД, который распределяет топливо по форсункам.

Альтернативой системе с ТНВД является система питания Common Rail от Bosch. Особенность системы — установка аккумуляторного узла со штуцерами для подсоединения форсунок. Топливо в узле находится постоянно под высоким давлением, что позволяет подавать в цилиндр небольшие и точно отмеренные порции.

Выхлопная система

Выхлопная система влияет на мощность ДВС, расход топлива и количество выбросов в атмосферу. Для уменьшения содержания вредных веществ в отработанных газах применяется каталитический нейтрализатор. Он состоит из восстановительного и двух окислительных катализаторов, которые превращают углеводороды в водяной пар, а окиси углерода — в углекислый газ. Нейтрализатор устанавливают максимально близко к выпускному коллектору.

Нейтрализатор работает эффективнее, если двигатель внутреннего сгорания работает на смеси из воздуха и топлива в соотношении 14,7:1. Количество воздуха в отработанных газах отслеживает датчик лямбда-зонд. Уровень вредных окисей азота снижают с помощью системы рециркуляции путём забора части газов из выпускной системы для подачи его во впуск.

Классификация двигателей

Конструкция ДВС бывает различной. Каждый разработчик мотора пытается внести свои улучшения, повысить мощность и экономичность, снизить выбросы вредных веществ и стоимость агрегата. Давайте посмотрим, по каким критериям классифицируют двигатели внутреннего сгорания.

По рабочему циклу

Рабочий цикл ДВС — это последовательность процессов внутри каждого цилиндра, в результате которой энергия топлива превращается в механическую энергию. Цикл может быть двухтактным или четырехтактным:

  • четырёхтактный мотор работает по «циклу Отто» или Аткинсона и включает в себя такты: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск;
  • в двухтактном ДВС впуск и сжатие происходят одновременно за один такт, а рабочий ход переходит в выпуск на втором такте.

Если сравнивать двигатели внутреннего сгорания одной мощности по рабочему циклу, 2-тактный окажется проще и компактнее. А вот по топливной экономичности и экологическим показателям в выигрыше окажется 4-тактный мотор.

По типу конструкции

По конструкции ДВС делятся на:

  • поршневые, в которых расширяющиеся при сгорании газы приводят в движение поршень, который в свою очередь толкает коленвал;
  • роторные.Растущее давление газов воздействует на ротор, соединённый с корпусом через зубчатую передачу. Роторный мотор не имеет ГРМ. Его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках корпуса;
  • газовые турбины. В этих двигателях внутреннего сгорания газы с высокой скоростью попадают на лопатки силовой турбины, которая соединяется через редуктор с трансмиссией. Для нагнетания воздуха в мотор установлен турбинный компрессор.

Моторы могут быть без наддува, с турбокомпрессором или нагнетателем. Конструкция подбирается под назначение двигателя: будь то стационарная установка или транспорт.

По количеству цилиндров

Одно цилиндровые двигатели работают неравномерно, что не критично для лодочных моторов, мопедов и мотоциклов. Двигатель автомобиля устроен сложнее, поскольку нужна высокая мощность, а значит и большой объём цилиндра. Так, в транспорте малого класса применяются 4-цилиндровые моторы. В грузовые автомобили ставят 6- и 8-цилиндровые ДВС.

В моделях премиум класса встречаются 12-цилиндровые агрегаты. Например, в Audi A8 установлен мотор W12 с 4 клапанами на каждый цилиндр и мощностью 420 л.с.

По принципу создания рабочей смеси

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания различается способами смесеобразования:

  • внешнее: в карбюраторных моторах и в агрегатах с впрыском топлива во впускной коллектор;
  • внутреннее: в дизельных двигателях и бензиновых с непосредственным впрыском в камеру сгорания.

По расположению цилиндров

Поршневые двигатели автомобиля различаются компоновочной схемой блока цилиндров и могут представлять собой конструкцию:

  • рядную;
  • V-образную;
  • оппозитную с углом развала между поршнями 180°;
  • VR-образную;
  • W -образную.

В зависимости от компоновки моторы устанавливаются в подкапотное пространство вертикально, горизонтально или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты конструкции.

По типу топлива

Работа двигателя внутреннего сгорания происходит за счёт сжигания смеси воздуха с бензином, газа или дизеля. В качестве газового топлива ДВС применяются углеводород, сжиженный газ, смесь пропана и бутана, метан, водород.

По принципу работы ГРМ

Выше мы рассматривали, что ГРМ может быть устроен по схеме OHV, ОНС или DОНС. Выбор компоновки влияет на принцип работы двигателя. Также приводы клапанов различаются способами регулировки тепловых зазоров, которые увеличиваются в результате нагрева конструкции. Настройку зазоров проводят вручную, меняя специальные винты в коромыслах, или устанавливают гидрокомпенсаторы для автоматической регулировки.

Принцип работы двигателя

Изучив устройство, перейдём к рассмотрению принципа работы ДВС. Как работает двигатель внутреннего сгорания разберём на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается поршень, соединённый с коленчатым валом через шатун. Положение, в котором остаётся поршень после перемещения вверх, называется верхней мёртвой точкой ВМТ. А положение после перемещения вниз — нижней мёртвой точкой НМТ. Ход поршня между двумя крайними точками называется тактом. Рабочий цикл включает 4 последовательных такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Посмотрим поэтапно, как работает 4-тактный двигатель внутреннего сгорания:

  1. В начале такта впуска открывается впускной клапан, а поршень перемещается от ВМТ. В это время в цилиндр всасывается горючая смесь.
  2. После прохода НМТ поршень поднимается вверх, сжимая рабочую смесь и остаточные газы. Все клапана закрыты. Растёт давление и температура сжатых газов. В это время свеча зажигания даёт искру для воспламенения смеси.
  3. Рабочая смесь горит, толкая поршень от ВМТ вниз. Клапана ещё закрыты.
  4. На такте выпуска открывается выпускной клапан, и поршень поднимается вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра.

В многоцилиндровом блоке одинаковые такты в цилиндрах проходят в разном порядке. Например, если в устройство двигателя входит 4-цилиндровый блок, то очередность работы может выглядеть, как 1-3-2-4. Это означает, что такт впуска пройдёт сначала в 1, потом в 3, затем во 2, а после в 4 цилиндре.

Принцип работы двухтактного двигателя

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя с двумя рабочими тактами отличаются от 4-тактного. Здесь вместо клапанов в определённых местах цилиндра предусмотрены отверстия — продувочные окна. Свечи зажигания установлены в головке цилиндра.

Во время первого такта поршень двигается от НМТ к ВМТ. Через впускное окно под давлением насоса поступает рабочая смесь, заполняя цилиндр. Выпускное окно открыто и выпускает остатки отработавших газов. Перемещаясь, поршень перекрывает окна. Горючая смесь сжимается. Вблизи ВМТ подаётся искра зажигания, после чего начинается второй такт.

Поршень перемещается вниз под действием давления газов. Открываются окна. Сначала выпускное, через которое выходят отработанные газы, а затем впускное, через которое снова подаётся смесь.

Схема двухтактного двигателя имеет большой КПД: поршень за весь рабочий цикл совершает 2 хода, а коленчатый вал делает один полный оборот. Однако, часть топливно-воздушной смеси теряется вместе с отработанными газами, что даёт низкую топливную экономичность. Кроме того, поршневые кольца, постоянно пересекая кромки продувочных окон, быстро изнашиваются.

Преимущества и недостатки ДВС

ДВС — основной силовой агрегат, который устанавливают в автомобили. Несмотря на популярность, устройство двигателя внутреннего сгорания далеко от идеала.

Плюсы ДВС

Минусы ДВС

Заключение

Устройство двигателя внутреннего сгорания постоянно усложняется, в попытках угодить запросам потребителей. Растёт количество модификаций, применяются новые электронные системы и перспективные виды топлива. Но эпоха доминирования ДВС постепенно заканчивается, на смену приходят более экологические чистые, эффективные и бесшумные конструкции. Например, гибридная машина, в которой ДВС работает в паре с электродвигателем.

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

Определение и общие особенности работы ДВС

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

Классификация двигателей внутреннего сгорания

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

  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
  • карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

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

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

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

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

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

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

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

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

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

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

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

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

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

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

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

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

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

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

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

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

Система зажигания ДВС

— Впускная система

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

  • Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
  • Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
  • Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
  • Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.
  • Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
  • Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
  • Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
  • Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
  • Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
  • Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

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

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

— Выхлопная система

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

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

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

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

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

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

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

http://dvsoff.ru/tip/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

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.

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:

  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:

  • 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:

  • 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

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).

Система охлаждения двигателя

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 редукционным клапаном.
  • 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.

ДВС - termodinamikaVM.ru

ДВС (Двигатель внутреннего сгорания)

Двигатель внутреннего сгорания - это тепловой двигатель, в котором происходит преобразование части химической энергии сгорающего топлива в механическую энергию. Существенное разделение двигателей на категории это деление по рабочему циклу на 2-х и 4-х тактные; по способу приготовления горючей смеси — с внешним (в частности карбюраторные) и внутренним (например дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии ДВС делятся на поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные.

О ДВС

Каждый из нас знаком с автомобилем, трактором, тепловозом, другими транспортными и энергетическими установками. Трудно представить себе нашу жизнь без этих привычных машин. Энергетические качества таких машин (способность быстро перемещаться, транспортировать грузы, совершать различный виды работ) определяется качеством их силовой установки, двигателя, ДВС. Самым распространённым, получившим господствующее примене­ние сегодня, является поршневой двигатель внутреннего сгорания. Он предпочтителен из-за высокой экономичности, что обусловлено высокими степенями сжатия и высокими температурами рабочего тела в цилиндрах ДВС. Современному ДВС присущи высокая мощность, быстроход­ность, надежность. Эти достоинства обеспечиваются при проектиро­вании конструктором, тепловыми, гидродинамическими и прочностными расчетами ДВС. Расчетами также определяется срок службы каждой детали ДВС в конкретных условиях работы, которые могут оказаться тяжелыми. Достаточно сказать, что температура рабочего тела в камере сго­рания двигателя внутреннего сгорания может достигать 2600° K, а давление при этом нередко превышает 10 Мн/м2. Детали и механизмы ДВС испытывают тепловые и механические нагрузки, характеризующиеся значительным размахом и частотой колебаний.

Над совершенствованием и созданием новых схем и типов двигате­лей внутреннего сгорания работают многие ученые, конструкторы и инженеры. Ведутся ра­боты по созданию всеядных (многотопливных) двигателей внутреннего сгорания, двигате­лейвнутреннего сгорания, способных работать на газообразном, жидком и даже твердом топливе. Повышается актуальность работ по изысканию и созданию но­вых видов топлива для ДВС

История ДВС

Двигатель – одно из основных составляющих автомобиля. Без изобретения двигателя автомобилестроение, скорее всего, остановилось в развитии сразу же после изобретения колеса. Рывок в истории создания автомобилей, произошел благодаря изобретению двигателя внутреннего сгорания. Это устройство стало реальной движущей силой, дающей скорость.

Попытки создать устройство, подобное двигателю внутреннего сгорания, начались с 18 века. Созданием устройства, которое могло бы преобразовывать энергию топлива в механическую, занимались многие изобретатели.

Первыми в этой области были братья Ньепс из Франции. Они придумали прибор, который сами назвали «пирэолофор». В качестве топлива для данного двигателя должна была использоваться угольная пыль. Однако, данное изобретение так и не получило научного признания, и существовала, по сути, только в чертежах.

Первым успешным двигателем, который начал продаваться, был двигатель внутреннего сгорания бельгийского инженера Ж.Ж. Этьена Ленуара. Год рождения этого изобретения - 1858. Это был двухтактовый электрический двигатель с карбюратором и искровым зажиганием. Топливом для устройства служил каменноугольный газ. Однако изобретатель не учел потребность в смазке и охлаждении своего двигателя, поэтому он работал очень недолго. В 1863 году Ленуар переделал свой двигатель - добавил недостающие системы и в качестве топлива ввел в использование керосин.

Ж.Ж.Этьен Ленуар

Устройство было крайне несовершенным - сильно нагревался, неэффективно использовал смазку и топливо. Однако с помощью него ездили трехколесные автомобили, которые так же были далеки от совершенства.

В 1864 году был изобретен одноцилиндровый карбюраторный двигатель, работающий от сгорания нефтепродуктов. Автором изобретения стал Зигфрид Маркус, он же представил общественности транспортное средство, развивающее скорость 10 миль в час.

В 1873 году еще один инженер - Джордж Брайтон – смог сконструировать 2-х цилиндровый двигатель. Изначально он работал на керосине, а позже на бензине. Недостатком этого двигателя была излишняя массивность.

В 1876 году произошел рывок в индустрии создания двигателей внутреннего сгорания. Николас Отто впервые создал технически сложное устройство, которое эффективно преобразовывало энергию топлива в механическую энергию.

Николас Отто
1185 году в истории автомобилестроения появляется громкое имя – Готтлиб Даймлер. Он смог не только изобрести, но и запустить в производство прототип современного газового двигателя – с вертикально расположенными цилиндрами и карбюратором. Это был первый компактный двигатель, который к тому же способствовал развитию приличной скорости перемещения.

Параллельно с Даймлером над созданием двигателей и автомобилей работал Карл Бенц.

В 1903 году предприятия Даймлера и Бенца объединились, дав начало полноценному предприятию автомобилестроения. Так началась новая эра, послужившая дальнейшему совершенствованию двигателя внутреннего сгорания.

Готтлиб Даймлер и Карл Бенц

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания(ДВС) - самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливается в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из множества частей, принцип его работы весьма прост. Давайте подробнее рассмотрим устройство ДВС.
В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловй энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала. Обычно в автомобилях устанавливают четырехтактные ДВС. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового двигателя внутреннего сгорания, предлагаем вам взглянуть на рисунок:

Топливо-воздушная смесь, поподая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый-впуск), сжимается (такт второй-сжатие) и воспламеняется от искры свечи зажигания. При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное движение, заставляющее поршень двиаться вниз к так называемой нижней мертвой точке (НМТ), совершая при этом такт третий - рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение каленчатый вал. Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля - это четвертый такт (выпуск) работы двигателя внутреннего сгорания.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически.

Как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания, или ДВС – это наиболее распространённый тип двигателя, который можно встретить на автомобилях. Невзирая на тот факт, что двигатель внутреннего сгорания в современных автомобилях состоит из множества частей, его принцип работы предельно прост. Давайте подробнее рассмотрим, что же такое ДВС, и как он функционирует в автомобиле.

ДВС что это?

Двигатель внутреннего сгорания – это вид теплового двигателя, в котором преобразовывается часть химической энергии, получаемой при сгорании топлива, в механическую, приводящую механизмы в движение.

ДВС разделяются на категории по рабочим циклам: двух- и четырёхтактные. Также их различают по способу приготовления топливно-воздушной смеси: с внешним (инжекторы и карбюраторы) и внутренним (дизельные агрегаты) смесеобразованием. В зависимости от того, как в двигателях преобразовывается энергия, их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные и комбинированные.

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания состоит из огромного количества элементов. Но есть основные, которые характеризуют его производительность. Давайте рассмотрим строение ДВС и основных его механизмов.

1. Цилиндр – это самая важная часть силового агрегата. Автомобильные двигатели, как правило, имеют четыре и более цилиндров, вплоть до шестнадцати на серийных суперкарах. Расположение цилиндров в таких двигателях может находиться в одном из трёх порядков: линейно, V-образно и оппозитно.

2. Свеча зажигания генерирует искру, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Благодаря этому и происходит процесс сгорания. Чтобы двигатель работал «как часы», искра должна подаваться точно в положенное время.

3. Клапаны впуска и выпуска также функционируют только в определённые моменты. Один открывается, когда нужно впустить очередную порцию топлива, другой, когда нужно выпустить отработанные газы. Оба клапана крепко закрыты, когда в двигателе происходят такты сжатия и сгорания. Это обеспечивает необходимую полную герметичность.

4. Поршень представляет собой металлическую деталь, которая имеет форму цилиндра. Движение поршня осуществляется вверх-вниз внутри цилиндра.

5. Поршневые кольца служат уплотнителями скольжения внешней кромки поршня и внутренней поверхности цилиндра. Их использование обусловлено двумя целями:

• Они не дают попадать горючей смеси в картер ДВС из камеры сгорания в моменты сжатия и рабочего такта.

• Они не дают попасть маслу из картера в камеру сгорания, ведь там оно может воспламениться. Многие автомобили, которые сжигают масло, оборудованы старыми двигателями, и их поршневые кольца уже не обеспечивают должного уплотнения.

6. Шатун служит соединительным элементом между поршнем и коленчатым валом.

7. Коленчатый вал преобразует поступательные движения поршней во вращательные.

8. Картер располагается вокруг коленчатого вала. В его нижней части (поддоне) собирается определённое количество масла.

Это интересно! Самые мощные в мире ДВС выпускает фирма Wartsila. Они предназначены для кораблей. Их мощность достигает 110 000 л.с., что равно 80 мВт.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В предыдущих разделах мы рассмотрели назначение и устройство ДВС. Как вы уже поняли, каждый такой двигатель имеет поршни и цилиндры, внутри которых тепловая энергия преобразуется в механическую. Это, в свою очередь, заставляет автомобиль двигаться. Данный процесс повторяется с поразительной частотой – по несколько раз в секунду. Благодаря этому, коленчатый вал, который выходит из двигателя, непрерывно вращается.

Рассмотрим подробнее принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Смесь топлива и воздуха попадает в камеру сгорания через впускной клапан. Далее она компрессируется и воспламеняется искрой от свечи зажигания. Когда топливо сгорает, в камере образуется очень высокая температура, которая приводит к появлению избыточного давления в цилиндре. Это заставляет двигаться поршень к «мёртвой точке». Он таким образом совершает один рабочий ход. Когда поршень двигается вниз, он посредством шатуна вращает коленчатый вал. Затем, двигаясь от нижней мёртвой точки к верхней, выталкивает отработанный материал в виде газов через клапан выпуска далее в выхлопную систему машины.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня. Совокупность таких тактов, которые повторяются в строгой последовательности и за определённый период – это рабочий цикл ДВС.

Впуск

Впускной такт является первым. Он начинается с верхней мёртвой точки поршня. Он движется вниз, всасывая в цилиндр смесь из топлива и воздуха. Этот такт происходит, когда клапан впуска открыт. Кстати, существуют двигатели, у которых присутствует несколько впускных клапанов. Их технические характеристики существенно влияют на мощность ДВС. В некоторых двигателях можно регулировать время нахождения впускных клапанов открытыми. Это регулируется нажатием на педаль газа. Благодаря такой системе количество всасываемого топлива увеличивается, а после его возгорания существенно возрастает и мощность силового агрегата. Автомобиль в таком случае может существенно ускориться.

Сжатие

Вторым рабочим тактом двигателя внутреннего сгорания является сжатие. По достижении поршнем нижней мертвой точки, он поднимается вверх. За счёт этого попавшая в цилиндр смесь во время первого такта сжимается. Топливно-воздушная смесь сжимается до размеров камеры сгорания. Это то самое свободное место между верхними частями цилиндра и поршня, который находится в своей верхней мертвой точке. Клапаны в момент этого такта плотно закрыты. Чем герметичнее образованное пространство, тем более качественное сжатие получается. Очень важно, какое состояние у поршня, его колец и цилиндра. Если где-то присутствуют зазоры, то о хорошем сжатии речи быть не может, а, следовательно, и мощность силового агрегата будет существенно ниже. По величине сжатия определяется то, насколько изношен силовой агрегат.

Рабочий ход

Этот третий по счёту такт начинается с верхней мёртвой точки. И такое название он получил не случайно. Именно во время этого такта в двигателе происходят те процессы, которые двигают автомобиль. В этом такте подключается система зажигания. Она отвечает за поджог воздушно-топливной смеси, сжатой в камере сгорания. Принцип работы ДВС в этом такте весьма прост – свеча системы дает искру. После возгорания топлива происходит микровзрыв. После этого оно резко увеличивается в объёме, заставляя поршень резко двигаться вниз. Клапаны в этом такте находятся в закрытом состоянии, как и в предыдущем.

Выпуск

Заключительный такт работы двигателя внутреннего сгорания – выпуск. После рабочего такта поршнем достигается нижняя мёртвая точка, а затем открывается выпускной клапан. После этого поршень движется вверх, и через этот клапан выбрасывает отработанные газы из цилиндра. Это процесс вентиляции. От того, насколько чётко работают клапан, зависит степень сжатия в камере сгорания, полное удаление отработанных материалов и нужное количество воздушно-топливной смеси.

После этого такта всё начинается заново. А за счёт чего вращается коленвал? Дело в том, что не вся энергия уходит на движение автомобиля. Часть энергии раскручивает маховик, который под действием инерционных сил раскручивает коленчатый вал ДВС, перемещая поршень в нерабочие такты.

А знаете ли вы? Дизельный двигатель тяжелее, чем бензиновый, из-за более высокого механического напряжения. Поэтому конструкторы используют более массивные элементы. Зато ресурс таких двигателей выше бензиновых аналогов. Кроме того, дизельные автомобили возгораются значительно реже бензиновых, так как дизель нелетучий.

Достоинства и недостатки

Мы с вами узнали, что представляет из себя двигатель внутреннего сгорания, а также каково его устройство и принцип работы. В заключение разберём его основные преимущества и недостатки.

Преимущества ДВС:

1. Возможность длительного передвижения на полном баке.

2. Небольшой вес и объём бака.

3. Автономность.

4. Универсальность.

5. Умеренная стоимость.

6. Компактные размеры.

7. Быстрый старт.

8. Возможность использования нескольких видов топлива.

Недостатки ДВС:

1. Слабый эксплуатационный КПД.

2. Сильная загрязняемость окружающей среды.

3. Обязательное наличие коробки переключения передач.

4. Отсутствие режима рекуперации энергии.

5. Большую часть времени работает с недогрузом.

6. Очень шумный.

7. Высокая скорость вращения коленчатого вала.

8. Небольшой ресурс.

Интересный факт! Самый маленький двигатель спроектирован в Кембридже. Его габариты составляют 5*15*3 мм, а его мощность 11,2 Вт. Частота вращения коленвала составляет 50 000 об/мин.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Автомобильный газоанализатор - принцип работы, назначение

Для того, чтобы двигатель внутреннего сгорания (ДВС) работал как можно дольше и более экономично, а уровень токсичности выхлопных газов снизился, необходимо периодически проводить диагностику и регулировку ДВС. Для этого обязательно нужно использовать специальный прибор под названием автомобильный газоанализатор.

Что это такое?

Автомобильный газоанализатор – это специальный прибор для определения состава газовой смеси. На современном диагностическом участке автосервиса он относится к категории базового оборудования. Существуют стационарные, транспортируемые, переносные и блочно-модульные приборы. Автомобильные газоанализаторы используются на АЗС, СТО, в автопарках, автохозяйствах и пунктах инструментального контроля при техосмотре.

Зачем нужен автомобильный газоанализатор?

Автомобильные газоанализаторы применяются на различных предприятиях, где контролируется и регулируется состояние ДВС. Основным предназначением данного прибора является контроль токсичности выхлопов. Также устройство выполняет ряд других важных функций:

  • предоставляет информацию о технических параметрах ДВС;
  • регулирует расход топлива;
  • указывает коэффициент избытка воздуха;
  • рассчитывает соотношение воздуха и топлива в измеряемой смеси.

На основании данных, полученных в ходе измерений, опытный мастер получает полноценную информацию о процессе сгорания топлива в ДВС, делает правильные выводы и делает предположения по поводу происхождения нарушений.

Принцип работы устройства

Автомобильный газоанализатор работает по принципу спектрометрии. В основе конструкции современных измерительных устройств находится спектрометрический блок, функционирование которого осуществляется путем частичной абсорбции световой энергии, проходящей сквозь газ.

Автомобильный газоанализатор работает следующим образом:

  • Сквозь измерительную кювету в виде закрытой трубки осуществляется прокачка отработанных газов, которые перед этим фильтруются и хорошо очищаются.
  • На одну сторону трубки ставится спиральный излучатель, генерирующий стабильный поток ИК-излучения.
  • На другую сторону трубки ставятся световые фильтры, выделяющие из потока самые длинные волны.
  • Поток проникает в приемник инфракрасного излучения, где происходит измерение интенсивности и ее преобразование в сведения о ДВС.
  • Выхлопные газы переходят из трубки на электрохимические датчики, где измеряются оксиды азота и кислород, вырабатывается электрический сигнал.
  • Замеряется концентрация значимых газов, с помощью микропроцессора производится обработка сигналов.

После того, как все сигналы будут обработаны, на дисплее прибора появится информация о содержании газов. Во избежание погрешностей перед началом измерений газоанализатор рекомендуется прогреть.

Как устроена система запуска двигателя

Система запуска двигателя предназначена для включения ДВС автомобиля и его последующей самостоятельной работы. Без внешнего вмешательства мотор машины запустить невозможно, поэтому необходимо прикладывать внешние усилия, чтобы повернуть коленчатый вал. Для этого используется специальное устройство – стартер.

Что такое система запуска двигателя

Система запуска обеспечивает включение автомобильного двигателя в работу благодаря преобразованию электрической энергии от штатного аккумулятора в поступательные механические движения. В результате чего появляется необходимое сжатие горючего в цилиндрах и его воспламенение. После этого частота вращения коленчатого вала достигают требуемых оборотов, а затем автоматически отключается пусковой механизм.

Подобный принцип работы касается исключительно бензиновых и дизельных моторов, поскольку у электромобилей предусмотрен другой механизм запуска.

Изначально для включения двигателя внутреннего сгорания использовалась ручная рукоятка. Водитель должен был самостоятельно вставить ее в специальное отверстие, раскрутить коленчатый вал, после чего машина приходила в рабочее состояние. С появлением электрических решений, ручные стартеры постепенно вышли из оборота. Их надежность и комфорт использования значительно облегчили жизнь автомобилистов. Современные пусковые системы используют механические и электрические устройства для запуска ДВС. В каждом автомобиле устанавливают аккумулятор, который подает нужное значение напряжения и тока на стартер для прокрутки коленвала, что обеспечивают нужную частоту вращения.

Предназначение элементов конструкции

Система запуска машинного двигателя состоит из электрического оборудования и механических элементов, которые приводят в действие мотор. Основные составляющие и их функции:

  1. Стартер предназначен для создания крутящего момента коленчатого вала. Другими словами, устройство преобразовывает электрический ток в механическую энергию и служит для непосредственного запуска ДСП. Конструкция стартера состоит из стандартного корпуса, ротора (якоря), щеток и щеткодержателя, электромотора и тягового реле. При подаче электропитания после поворота ключа зажигания приводится в действие приводной механизм и начинается движение вала.
  2. Привод предназначен для передачи механической энергии от стартера на коленчатый вал. На валу якоря электродвигателя устанавливают шестерню привода, которая обеспечивает зацепление с зубчатым ободом маховика. При включении зажигания начинается движение привода и передача энергии на вал, а когда двигатель запущен — привод работает вхолостую до полной остановки.
  3. Замок зажигания необходим для подачи рабочего тока с аккумуляторной батареи на тяговое реле стартера и включения пусковой системы. После поворота ключа начинается процесс прокрутки стартера и запуска ДВС.

Конструкция системы включения мотора одинаковая для дизельных и бензиновых ДВС. В некоторых случаях для авто на дизеле используют механизм предварительного подогрева с помощью свечей накаливания. Они разогревают воздух выпускного коллектора перед включением зажигания.

Устройство и принцип работы системы

Работает система достаточно просто и не требует от водителя никакого вмешательства, если оборудование находится в исправном состоянии. Рассмотрим пошаговый процесс работы механизма запуска:

  1. Водитель поворачивает ключ, вставленный в замок зажигания, после чего электрический пусковой ток поступает на клеммы реле стартера.
  2. Электропитание подается на обмотки реле, создает электромагнитную индукцию и притягивает якорь. Поскольку он конструктивно связан с механизмом привода, происходит сцепление ведущей шестерни и венца маховика.
  3. Тяговое реле переключает контакты и замыкает электрическую цепь питания обмоток двигателя. Это приводит в работу вращающийся статор, который передает механическую энергию на коленчатый вал и запускает двигатель.
  4. После включения ДВС и увеличения оборотов срабатывает обгонная муфта. Она предназначена для выключения пускового механизма. Затем возвратная пружина обеспечивает изменение положения якоря, что приводит привод в начальное состояние.

Некоторые автомобили оснащаются системой штатной блокировки стартера, что позволяет увеличить безопасность эксплуатации транспорта. Для его включения необходимо выбрать нейтральную передачу или выжать педаль сцепления.

Ток запуска двигателя

При выборе аккумулятора водители обращают внимание на значение пускового тока АКБ, хотя более правильный подход подразумевает выбор батареи, исходя из потребления стартера. Для запуска двигателя нужно привести в действие электрический мотор постоянного тока, который работает от небольших значений напряжения, при этом показатель тока достигает десятков и сотен Ампер.

.

В идеальных условиях внутреннее сопротивление АКБ составляет от 2 до 9 мОм, при этом дополнительные падения напряжения будут наблюдаться на электрических проводах, клеммах, а также стартере. В зависимости от типа двигателя, показатель сопротивления может колебаться в пределах 6-30 мОм, что необходимо учитывать при выборе аккумулятора.

Обязательным условием для нормальной работы системы запуска является увеличенное сопротивление стартера и силовых электропроводов в 1,5-2 раза по сравнению с показателем батареи. При таких параметрах напряжение не упадет ниже 9В, а значит датчики и электроника будет работать исправно.

В момент включения стартера идет скачок потребления тока, который может достигать 300-400 А и больше в зависимости от мощности и объема двигателя. Состояние сохраняется в течение нескольких миллисекунд, после чего происходит плавное снижение показателя и выравнивание напряжения. Если не брать во внимание начальный момент, среднее значение пускового тока составляет от 100 до 150 Ампер при напряжении в 10-11 Вольт.

Особенности пуска двигателя зимой

Отдельного внимания заслуживает включение автомобильного мотора в зимнее время. Техника под капотом охлаждается под действием низких температур, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик ДВС и сложностям с его запуском. Для включения необходимо использовать ряд рекомендаций:

  1. Заводить двигатель рекомендуют только при плюсовых температурах. К примеру, можно предварительно согреть пространство под капотом с помощью бытовых обогревателей, если машина хранится в гараже. Также рекомендуют парковать авто в теплых местах, что уменьшает время промерзания мотора. Для полного остывания масла после езды потребуется несколько часов на морозе, поскольку оно разогревается до температуры 90 градусов.
  2. При повороте ключа (стартера) необходимо выжимать педаль сцепления двигателя. Это позволяет отключить коробку передач, которая увеличивает значение пускового тока вдвое, поскольку происходит проворачивание всех ее шестерней. В моторе масло менее вязкое, что обеспечивает небольшие показатели сопротивления при повороте зажигания.
  3. Выключить все приборы до запуска двигателя. Лишнее оборудование будет увеличивать размер пускового тока. Чем больше вспомогательных устройств включено, тем выше требуемая мощность для включения ДВС. Необходимо отключить освещение салона габаритные огни, магнитолу и другую технику.

https://youtu.be/sDkrcpprawI

Если вышеописанные рекомендации не помогают, проблема заключается в автомобильном аккумуляторе. В таком случае необходимо прикурить батарею от другой машины или использовать специальный бустер.

Система запуска автомобильного двигателя значительно улучшилась с момента ее создания. Если первоначально требовалось руками стартовать мотор, то сейчас достаточно повернуть ключ зажигания, а машина придет в рабочее состояние. Единственная проблема, которую необходимо решить конструкторам, это защита АКБ и стартера от холодных температур.

Больше информации об устройстве автомобиля читайте на сайте: https://techautoport.ru/

Принцип работы льдогенератора

Льдогенератор работает следующим образом: 1, резервуар для хранения охлажденной воды с насосом продолжает циркулировать через пластину испарителя или точки решетки; 2, после прохождения через всасывание компрессора - Сжатие - Выхлоп - Конденсация (разжижение) - Фестивальный поток - снова в испарителе при низкой температуре от -10 до -18 градусов охлажденная вода в испарителе постоянно поглощает тепло испарения с температурой 0 градусов. при более низкой температуре поверхности испарителя конденсируется в лед, когда лед конденсируется до определенной толщины.Когда после того, как температура испарения хладагента достигнет заданной температуры термостата, т. Е. При размораживании, соленоидный клапан включен, тепловой насос часто используется для защиты от обледенения. реализовать еще раз следующий цикл.

Цикл производства льда:
За счет добавления водяных клапанов вода автоматически поступает в резервуар для хранения воды, а затем через клапан регулирования потока в воду через головку насоса в шунт, где вода равномерно распыляется на поверхность льда, так же, как и Завеса льдогенератора течет по поверхности стены, вода охлаждается до точки замерзания, замороженная вода без испарения течет через пористый резервуар для воды, цикл возобновляется.

Цикл разморозки льда:
Когда толщина льда достигает желаемой (толщина выбирается оператором / пользователем по своему усмотрению), горячий газ, выпускаемый из компрессора, перенаправляется обратно в льдогенератор в стенке папки, заменяемый низкотемпературным жидким хладагентом. . Когда эта стена между льдом и испарением воды, чтобы сформировать тонкий слой пленки, этот слой пленки воды будет свободно падать в щель под льдом под действием силы тяжести, играет роль смазки. Вода, образующаяся в цикле сбора льда, будет возвращаться в резервуар для воды через пористую канавку, что также предотвращает выход влажного льда из машины.

Конденсатор:
Есть конденсаторы с воздушным, водяным или испарительным охлаждением. Испарительный агрегат установлен над льдогенератором, конденсатор с водяным охлаждением был установлен под днищем льдогенератора, а конденсатор с воздушным охлаждением, установленный в льдогенераторе, может быть установлен в соответствии с реальной ситуацией с тазом. быть установлен на открытом воздухе. При необходимости конденсатор с водяным охлаждением можно использовать в лодке или на берегу, использование морской воды для охлаждения.Испарительное охлаждение можно использовать при высоких температурах окружающего воздуха, но с точки зрения эффективности и с экономической точки зрения оно неприемлемо в условиях охлаждения с водяным или воздушным охлаждением.

Как работают ледогенераторы | HowStuffWorks

Существует множество способов сконфигурировать большой отдельно стоящий ледогенератор - все, что вам нужно, это система охлаждения, водоснабжение и какой-либо способ сбора образующегося льда.

В одной из простейших профессиональных систем используется большой металлический поддон для кубиков льда, расположенный вертикально.Вы можете увидеть, как эта система работает, на схеме ниже.

Этот контент несовместим с этим устройством.

В этой системе металлический лоток для льда подсоединен к набору спиральных теплообменных труб , подобных тем, которые находятся на задней стороне холодильника. Если вы читали «Как работают холодильники», то знаете, как работают эти трубы. Компрессор приводит в движение поток хладагента в непрерывном цикле конденсации и расширения. По сути, компрессор пропускает хладагент через узкую трубку (называемую конденсатором ) для его конденсации, а затем выпускает его в более широкую трубку (называемую испарителем ), где он может расширяться.

Сжатие хладагента увеличивает его давление, что увеличивает его температуру. Когда хладагент проходит через узкие змеевики конденсатора, он отдает тепло более холодному воздуху снаружи, и конденсируется в жидкость. Когда сжатая жидкость проходит через расширительный клапан , она испаряется - расширяется, превращаясь в газ. Этот процесс испарения потребляет тепловую энергию из металлических труб и воздуха вокруг хладагента. Это охладит трубы и прикрепленный к ним металлический поддон для льда.

Ледогенератор имеет водяной насос, который забирает воду из сборного поддона и выливает ее на поддон для охлажденного льда. По мере того, как вода течет по лотку, она постепенно замерзает, образуя кубики льда в углублении лотка. Когда вы таким образом замораживаете воду слой за слоем, она образует чистый лед. Когда вы замораживаете все сразу, как в домашнем льдогенераторе, вы получаете мутный лед (дополнительную информацию см. В разделе «Как сделать прозрачные кубики льда?»).

По прошествии заданного времени ледогенератор запускает электромагнитный клапан , подключенный к теплообменным змеевикам.Переключение этого клапана изменяет путь хладагента. Компрессор перестает нагнетать нагретый газ из компрессора в узкий конденсатор; вместо этого он нагнетает газ в широкую перепускную трубку . Горячий газ возвращается в испаритель без конденсации. Когда вы проталкиваете горячий газ через трубы испарителя, трубы и лоток для льда быстро нагреваются, в результате чего кубики льда разрыхляются.

Как правило, отдельные полости для кубов имеют наклон на , так что разрыхленный лед самостоятельно выскользнет в сборный бункер, расположенный ниже.Некоторые системы имеют цилиндр , поршень , который слегка толкает лоток, выбивая кубики.

Такая система популярна в ресторанах и отелях, поскольку она позволяет производить кубики льда стандартной формы и размера. Другим предприятиям, таким как продуктовые магазины и научно-исследовательские фирмы, нужны более мелкие хлопья льда для упаковки скоропортящихся продуктов. Далее мы рассмотрим чешуйчатые льдогенераторы.

Введение в принцип работы льдогенератора

Введение в принцип работы льдогенератора

Принцип создания льда
Вода из испарителя воды на входе в пластину распределения воды, через спринклер, вода равномерно разбрызгивается на стенку испарителя, образование водяной пленки; водяная пленка и хладагент испарителя в теплообменнике, температура быстро Образование тонкого слоя льда в стенке испарителя, выдавливание ножа для льда, дробление на куски льда, попавшие в лед из ледяного рта.Часть воды не превращается в лед через поддон для воды обратно из обратной линии в резервуар для холодной воды через циркуляционный насос холодной воды.
Цикл производства льда
При пополнении водяного клапана вода автоматически поступает в резервуар для хранения воды, а затем вода перекачивается через клапан регулирования потока в отводную головку, где вода равномерно распыляется на поверхность льдогенератора. , протекая через льдогенератор, вода охлаждается до точки замерзания, и вода, которая не испарилась и не замерзла, потечет через пористый резервуар в резервуар для воды, и работа циркуляции возобновится.
Горный цикл
Когда лед для достижения необходимой толщины (при нормальных условиях, толщина льда 1,5-2,2 мм), компрессор нагнетает горячий газ обратно в ледяную стенку вместо низкотемпературного жидкого хладагента. Это образует тонкую пленку воды между льдом и испаряющейся стенкой, которая действует как смазка, когда лед свободно падает в нижележащую канавку под действием силы тяжести. Вода, образующаяся во время цикла сбора льда, будет возвращаться через пористый резервуар в резервуар для хранения воды, что также предотвратит выгрузку влажного льда машиной.
Холодильный конденсатор
Имеются конденсаторы с воздушным, водяным или испарительным охлаждением. Испаритель устанавливается над льдогенератором, конденсатор с водяным охлаждением устанавливается в льдогенераторе ниже или под системой охлаждения, а конденсатор с воздушным охлаждением, установленный в соответствии с реальной ситуацией, может быть установлен вместе с льдогенератором. Также может быть установлен на открытом воздухе. При необходимости конденсаторы с водяным охлаждением могут использоваться на борту или на берегу и охлаждаться морской водой. Испарительное охлаждение может использоваться при высокой температуре окружающего воздуха, но с точки зрения эффективности и экономики не подходит для условий охлаждения с водяным или воздушным охлаждением.

принципов работы льдогенератора

В настоящее время льдогенератор используется все шире и шире. Например, этот тип льдогенератора широко используется в отелях, ресторанах, кафе, ресторанах быстрого питания и т. Д. Но действительно ли у вас есть сознательное представление о том, какой лед? машина для изготовления льда и знаете ли вы принципы работы льдогенератора?

Льдогенератор - это разновидность оборудования для охлаждения льда.Воду сначала нужно залить в испаритель машины, затем после испарения образующийся пар будет поступать в систему охлаждения и охлаждаться в лед с помощью хладагента.

Вначале давайте рассмотрим первый вопрос. Лед можно разделить на разные типы в соответствии с разными методами сортировки. В зависимости от формы льда, льдогенераторы можно разделить на трубчатые льдогенераторы, льдогенераторы, чешуйчатые льдогенераторы, пластинчатые льдогенераторы и кубические льдогенераторы.В то время как в соответствии с функциями льда льдогенераторы могут быть сгруппированы в ледогенераторы для съедобного использования и машины для промышленного использования. Вообще говоря, лед, изготовленный с помощью машины для производства льда из труб и частиц, обычно используется в пищу, в то время как лед, сделанный на других машинах, предназначен для промышленного использования.

Многие люди действительно хотят знать принципы работы льдогенераторов, они всегда задаются вопросом, как они могут так легко превратить воду в лед? А теперь давайте вместе откроем секрет.

Прежде всего, с помощью водяного насоса охлажденная вода в накопительном баке непрерывно циркулирует в пластинах и ящиках льдогенератора.

Затем, после последовательной последовательности, вдох - сжатие - выхлоп - конденсация - дроссель - низкотемпературное испарение (вода всегда испаряется при низкой температуре: -10 ℃ -18 ℃), охлажденная вода, которая находится в воде с температурой 0 ℃, продолжает конденсироваться постепенно превращаться в лед на поверхности испарителя с более низкой температурой. Когда лед конденсируется до определенного уровня толщины, или вы можете сказать, когда температура хладагента достигает заданной температуры, снова начинается другая циркуляция. Из приведенных выше статей вы теперь можете в общих чертах понять принцип работы льдогенератора.



Anti-Ice and Deice Systems

Противообледенительное оборудование предназначено для предотвращения образования льда, а противообледенительное оборудование предназначено для удаления льда после его образования. Эти системы защищают переднюю кромку поверхностей крыла и хвостового оперения, отверстия пито и статических окон, вентиляционные отверстия топливного бака, устройства предупреждения о сваливании, ветровые стекла и лопасти гребного винта. Освещение обнаружения льда также может быть установлено на некоторых самолетах для определения степени обледенения конструкции во время ночных полетов.

Большинство легких самолетов имеют только подогреваемую трубку Пито и не сертифицированы для полета в условиях обледенения. Эти легкие самолеты имеют ограниченную проходимость в более прохладном климате поздней осенью, зимой и ранней весной. Несертифицированное воздушное судно должно немедленно выйти из условий обледенения. Для получения подробной информации см. AFM / POH.

Airfoil Anti-Ice and Deice

Надувные противообледенительные ботинки состоят из резинового листа, прикрепленного к передней кромке аэродинамического профиля. Когда лед накапливается на передней кромке, пневматический насос с приводом от двигателя надувает резиновые сапоги.На многих турбовинтовых самолетах воздух от двигателя направляется на крыло, чтобы надуть резиновые сапоги. При надувании лед трескается и должен упасть с передней кромки крыла. Сапоги для удаления обледенения управляются переключателем из кабины экипажа и могут работать в одном цикле или работать с автоматическими временными интервалами. [Рисунок 7-48]

Рисунок 7-48. Антиобледенительные сапоги на передней кромке крыла.

Раньше считалось, что, если ботинок запускать на велосипеде слишком быстро после столкновения со льдом, ледяной слой расширяется, а не отламывается, что приводит к состоянию, называемому «ледяным мостиком».Следовательно, последующие циклы загрузки от льда будут неэффективными для удаления нароста льда. Хотя некоторое количество остаточного льда может оставаться после цикла загрузки, «перемычки» не происходит ни в одной из современных ботинок. Пилоты могут ездить в ботинках, как только наблюдается скопление льда. Проконсультируйтесь с AFM / POH для получения информации об использовании противообледенительных ботинок на самолете.

Во многих системах противообледенительного пыльника используются манометр на всасывании приборной системы и пневматический манометр для индикации правильной работы пыльника.Эти датчики имеют маркировку диапазона, которая указывает рабочие пределы для операции загрузки. Некоторые системы могут также включать световой сигнализатор, указывающий на правильную загрузку.

Правильный уход и уход за сапогами для защиты от обледенения важны для непрерывной работы этой системы. Их нужно тщательно осмотреть во время предполетной подготовки.

Рекомендации по летной грамотности Справочник Рода Мачадо «Как управлять самолетом» - Изучите основные основы управления любым самолетом.Сделайте летную подготовку проще, дешевле и приятнее. Освойте все маневры чек-рейда. Изучите философию полета "клюшкой и рулем". Не допускайте случайной остановки или вращения самолета. Посадите самолет быстро и с удовольствием.

Еще один вид защиты передней кромки - это тепловая антиобледенительная система. Тепло - один из наиболее эффективных способов предотвращения скопления льда на аэродинамическом профиле. Высокопроизводительные газотурбинные летательные аппараты часто направляют горячий воздух из компрессорной секции двигателя на поверхности передней кромки.Горячий воздух нагревает поверхности передней кромки в достаточной степени, чтобы предотвратить образование льда. В новом типе противообледенительной системы, называемой ThermaWing, используется электрически нагреваемая графитовая фольга, нанесенная на переднюю кромку крыла и горизонтальный стабилизатор. Системы ThermaWing обычно имеют две зоны нагрева. Одна зона на передней кромке постоянно нагревается; вторая зона, расположенная дальше в корме, циклически получает тепло, чтобы сместить лед, позволяя аэродинамическим силам удалить его.Перед входом в условия обледенения следует активировать тепловые системы защиты от обледенения.

Альтернативный тип защиты передней кромки, который не так распространен, как тепловые антиобледенительные и антиобледенительные ботинки, известен как «плачущее крыло». В конструкции с «плачущим» крылом используются небольшие отверстия, расположенные в передней кромке крыла для предотвращения образования и нарастания льда. Раствор антифриза закачивается на переднюю кромку и вытекает через отверстия. Кроме того, плачущее крыло способно противостоять обледенению самолета.Когда лед накапливается на передних кромках, нанесение раствора антифриза химически разрушает связь между льдом и корпусом самолета, позволяя аэродинамическим силам удалить лед. [Рисунок 7-49]

Рисунок 7-49. Противообледенительная система TKS с мокрым крылом.

Защита от обледенения лобового стекла

Существует два основных типа систем защиты от обледенения ветрового стекла. Первая система направляет поток спирта на лобовое стекло. При достаточно раннем использовании спирт предотвращает образование льда на лобовом стекле.Скорость потока алкоголя можно контролировать с помощью шкалы в кабине экипажа в соответствии с процедурами, рекомендованными производителем самолета.

Еще одним эффективным методом защиты от обледенения оборудования является метод электрического нагрева. Небольшие провода или другой токопроводящий материал попадают в ветровое стекло. Обогреватель можно включить переключателем в кабине экипажа, в результате чего электрический ток будет проходить через экран через провода, чтобы обеспечить достаточное количество тепла для предотвращения образования льда на лобовом стекле.Лобовое стекло с подогревом следует использовать только во время полета. Не оставляйте его включенным во время наземных работ, так как он может перегреться и повредить лобовое стекло. Предупреждение: электрический ток может вызвать отклонение компаса до 40 °.

Propeller Anti-Ice

Винты защищены от обледенения с помощью спирта или элементов с электрическим нагревом. Некоторые гребные винты оснащены выпускным соплом, направленным к основанию лопасти. Спирт выходит из форсунок, и центробежная сила направляет спирт вниз по передней кромке лопасти.На сапогах также есть канавки, которые помогают направлять поток спирта. Это предотвращает образование льда на передней кромке гребного винта. Винты также могут быть оснащены антиобледенительными башмаками гребного винта. Пыльник гребного винта разделен на две части - внутреннюю и внешнюю. В башмаки вставлены электрические провода, по которым проходит ток для нагрева гребного винта. Правильную работу системы защиты от обледенения винта можно контролировать с помощью амперметра защиты от обледенения на стойке. Во время предполетного осмотра проверьте правильность работы башмаков гребного винта.Если ботинок не нагревает одну лопасть, это может привести к неравномерной нагрузке на лопасти и вызвать сильную вибрацию гребного винта. [Рисунок 7-50]

Рисунок 7-50. Пропорциональный амперметр и антиобледенительные ботинки

Другие системы защиты от обледенения и обледенения

Порты Пито и статические отверстия, топливные отверстия, датчики предупреждения об остановке и другое дополнительное оборудование могут нагреваться электрическими элементами. Операционные проверки систем с электрическим обогревом должны быть проверены в соответствии с AFM / POH.

Работу бортовых систем противообледенения и защиты от обледенения следует проверять до обнаружения условий обледенения.Столкновения со структурным льдом требуют немедленных действий. Противообледенительное и противообледенительное оборудование не предназначено для длительного полета в условиях обледенения.

Летная грамотность рекомендует

Диаграмма давление-объем (pV) и то, как выполняется работа в ДВС - x-engineer.org

Двигатель внутреннего сгорания - это тепловой двигатель . Принцип его работы основан на изменении давления и объема внутри цилиндров двигателя.Все тепловые двигатели характеризуются диаграммой давление-объем , также известной как диаграмма pV , которая в основном показывает изменение давления в цилиндре в зависимости от его объема для полного цикла двигателя.

Кроме того, работа , производимая двигателем внутреннего сгорания, напрямую зависит от изменения давления и объема внутри цилиндра.

К концу этого руководства читатель должен уметь:

  • понимать значение диаграммы pV
  • как строится диаграмма pV для 4-тактного двигателя внутреннего сгорания
  • при впуске и выпуске клапаны приводятся в действие во время цикла двигателя
  • когда зажигание / впрыск производится во время цикла двигателя
  • как работа создается двигателем внутреннего сгорания
  • какая разница между указанным и тормозная работа
  • каков механический КПД двигателя

Давайте начнем с рассмотрения pV-диаграммы четырехтактного атмосферного двигателя внутреннего сгорания.

Изображение: диаграмма давление-объем (pV) для типичного 4-тактного ДВС

где:

S - ход поршня
V c - зазорный объем
V d - смещенный (рабочий) объем
p 0 - атмосферное давление
W - работа
ВМТ - верхняя мертвая точка
НМТ - нижняя мертвая точка
IV - впускной клапан
EV - выпускной клапан
IVO - открытие впускного клапана
IVC - закрытие впускного клапана
EVO - открытие выпускного клапана
EVC - закрытие выпускного клапана
IGN (INJ) - зажигание (впрыск)

Диаграмма давление-объем (pV) построена путем измерения давления внутри цилиндра и нанесения его значения в зависимости от угла поворота коленчатого вала на протяжении всего цикл двигателя (720 °).

Давайте посмотрим, что происходит в цилиндре во время каждого хода поршня, как изменяются давление и объем внутри цилиндра.

Обратите внимание, что синхронизация впускных и выпускных клапанов имеет опережение и задержку относительно положения поршня. Например, впускной клапан открывается во время такта выпуска поршня и закрывается во время такта сжатия. В то же время, когда начинается такт впуска, выпускной клапан еще некоторое время открыт.Открытие выпускного клапана происходит до завершения рабочего хода.

ВПУСК (a-b)

Цикл двигателя начинается в точке a . Впускной клапан уже открыт, и поршень движется от ВМТ к НМТ. Объем постоянно увеличивается по мере того, как поршень перемещается по длине хода. Максимальный объем достигается, когда поршень находится в НМТ. Давление ниже атмосферного на протяжении всего хода, потому что движение поршня создает объем, а воздух втягивается внутрь цилиндра из-за эффекта вакуума.

СЖАТИЕ (b-c)

После того, как поршень прошел НМТ, начинается такт сжатия. В этой фазе объем начинает уменьшаться, а давление увеличиваться. Требуется некоторое время, пока давление в цилиндре не превысит атмосферное, чтобы впускной клапан оставался открытым даже после того, как поршень пройдет НМТ. По мере того, как поршень приближается к ВМТ, давление постепенно увеличивается. Примерно за 25 ° до ВМТ срабатывает зажигание, и давление быстро повышается до максимального.

МОЩНОСТЬ (c-e)

После события зажигания / впрыска давление в цилиндре резко возрастает, пока не достигнет максимальных значений p max . Значение максимального давления зависит от типа двигателя, на каком топливе он используется. Для типичного двигателя легкового автомобиля максимальное давление в цилиндре может составлять около 120 бар (бензин) или 180 бар (дизель). Рабочий ход начинается, когда поршень движется от ВМТ к НМТ. Высокое давление в цилиндре толкает поршень, поэтому объем увеличивается, а давление начинает постепенно падать.

ВЫХЛОП (e-a)

После рабочего хода поршень снова находится в НМТ. Объем в цилиндре снова на максимальном значении, а давление около минимального (атмосферное давление). Поршень начинает двигаться в сторону ВМТ и выталкивает сгоревшие газы из цилиндра.

Как видите, давление и объем внутри цилиндров двигателя постоянно меняются. Мы увидим, что работа, производимая ДВС, зависит от изменений давления и объема.

Работа Вт [Дж] - это произведение между силой F [Н] , которая толкает поршень, и смещением, которое в нашем случае составляет ход S [м] .

\ [W = F \ cdot S \ tag {1} \]

Мы знаем, что давление - это сила, разделенная на площадь, поэтому:

\ [F = p \ cdot A_p \ tag {2} \]

, где p [ Па] давление внутри цилиндра, а A p 2 ] - площадь поршня.

Замена (2) в (1) дает:

\ [W = p \ cdot A_p \ cdot S \ tag {3} \]

Мы знаем, что умножая расстояние на площадь, мы получаем объем, следовательно:

\ [W = p \ cdot V \ tag {4} \]

Это мгновенная работа , произведенная в цилиндре при определенном давлении и объеме.Чтобы определить работу для полного цикла двигателя, нам нужно интегрировать мгновенную работу:

\ [W = \ int F \ cdot dx = \ int p \ cdot A_p \ cdot dx \ tag {5} \]

, где x ход поршня.

Произведение между ходом поршня и площадью поршня дает дифференциальный объем dV , смещенный поршнем:

\ [dV = A_p \ cdot dx \ tag {6} \]

Замена (6) в (5 ) дает работу , произведенную в цилиндре за полный цикл :

\ [\ bbox [# FFFF9D] {W = \ int p \ cdot dV} \ tag {7} \]

Поскольку подавляющее большинство Если двигатель внутреннего сгорания имеет несколько цилиндров, мы собираемся ввести более подходящий параметр для количественной оценки работы, которым является удельная работа w [Дж / кг] .

\ [w = \ frac {W} {m} \ tag {8} \]

где м [кг] - масса топливовоздушной смеси внутри цилиндров за полный цикл.

Мы можем также определить удельный объем v [м 3 / кг] как:

\ [v = \ frac {V} {m} \ tag {9} \]

Производная от удельного объем будет:

\ [dv = \ frac {1} {m} \ cdot dV \ tag {10} \]

, откуда мы можем записать:

\ [dV = m \ cdot dv \ tag {11} \]

Замена (7) в (8) дает:

\ [w = \ frac {1} {m} \ int p \ cdot dV \ tag {12} \]

Из (11) и (12) получаем математическое выражение удельной работы для полного цикла двигателя:

\ [\ bbox [# FFFF9D] {w = \ int p \ cdot dv} \]

Работа, производимая внутри цилиндров двигателя, называется , указывается удельная работа , w i [Дж / кг] .То, что мы получаем на коленчатом валу, - это работа тормоза w b [Дж / кг] . Это называется «тормозом», потому что при испытании двигателей на испытательном стенде они подключаются к тормозному устройству (гидравлическому или электрическому), которое имитирует нагрузку.

Чтобы получить работу тормоза, мы должны вычесть из указанной работы все потери двигателя. Потери связаны с внутренним трением и вспомогательными устройствами, которые требуют мощности от двигателя (масляный насос, водяной насос, нагнетатель, компрессор кондиционера, генератор переменного тока и т. Д.). Эти потери равны удельной работе на трение w f [Дж / кг] .

\ [w_b = w_i - w_f \]

Глядя на указанную выше диаграмму давление-объем (pV), мы можем увидеть, что есть две отдельные области:

  • верхняя область, образованная во время тактов сжатия и увеличения ( + W)
  • нижняя область, образующаяся во время тактов выпуска и впуска (-W), также называемая насосной работой

В зависимости от значения давления всасывания рабочая область нагнетания может быть отрицательной или положительной.Для атмосферных двигателей насосная работа отрицательна, потому что она использует энергию двигателя для выталкивания выхлопных газов из цилиндров и всасывания свежего воздуха во время впуска.

Для бензиновых атмосферных двигателей из-за дросселирования всасываемого воздуха насосные потери выше и максимальны на холостом ходу. Дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые, потому что на впуске нет дроссельной заслонки, а нагрузка регулируется посредством впрыска топлива.

Если разделить удельный крутящий момент тормоза на указанный удельный крутящий момент, мы получим механический КПД двигателя η м [-] :

\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ eta_m = \ frac {w_b} {w_i}} \]

Для большинства двигателей механический КПД составляет около 80-85% при полной нагрузке (полностью открытая дроссельная заслонка) и падает до нуля на холостом ходу, когда весь крутящий момент двигателя используется для поддержания холостого хода. скорость, а не движущая сила.

По любым вопросам, наблюдениям и запросам по этой статье используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Криотерапия, криохирургия или лечение криоаблацией

Криотерапия использует визуализацию, игольчатый аппликатор, называемый криозондом, и жидкий азот или газ аргон для создания сильного холода для замораживания и разрушения пораженных тканей, включая раковые клетки. Его можно использовать для лечения различных кожных заболеваний, а также опухолей печени, почек, костей, легких и груди.

Ваш врач проинструктирует вас, как подготовиться, включая любые изменения в вашем графике приема лекарств. Сообщите своему врачу, если есть вероятность, что вы беременны, и обсудите любые недавние заболевания, состояния здоровья, аллергии и лекарства, которые вы принимаете, включая травяные добавки и аспирин. Вам могут посоветовать прекратить прием аспирина, нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП) или антикоагулянтов за несколько дней до процедуры. Спросите своего врача, нужно ли вам госпитализировать на ночь.Оставьте украшения дома и носите свободную удобную одежду. Вас могут попросить надеть платье. Запланируйте, чтобы кто-нибудь отвез вас домой.

Что такое криотерапия?

Криотерапия, также называемая криохирургией, криоаблацией, чрескожной криотерапией или таргетной криоабляционной терапией, представляет собой минимально инвазивное лечение, при котором используется сильный холод для замораживания и разрушения пораженных тканей, включая раковые клетки. Хотя криотерапия и криоабляция могут использоваться как взаимозаменяемые, термин «криохирургия» лучше всего использовать для криотерапии, проводимой с использованием открытого хирургического подхода.

Во время криотерапии жидкий азот или аргон под высоким давлением поступает в игольчатый аппликатор (криозонд), создавая сильный холод, который контактирует с больной тканью. Врачи используют методы визуализации, такие как ультразвук, компьютерная томография (КТ) или магнитный резонанс (МР), чтобы направлять криозонды к участкам лечения, расположенным внутри тела.

начало страницы

Как чаще всего используется эта процедура?

Криотерапия может применяться местно (на поверхности кожи), чрескожно или хирургическим путем.Местная криотерапия обычно применяется при поражениях кожи и глаз. Когда поражение находится ниже поверхности кожи, через кожу необходимо ввести игольчатый терапевтический зонд или аппликатор. Иногда требуется хирургический разрез.

Криотерапия используется для лечения:

  • опухоли кожи.
  • предраковые родинки на коже.
  • узелок.
  • скин тегов.
  • некрасивые веснушки.
  • ретинобластома, рак сетчатки у детей.
  • Рак предстательной железы, печени и шейки матки, особенно если хирургическая резекция невозможна.

Криотерапия также используется для лечения опухолей в других частях тела, таких как почки, кости (включая позвоночник), легкие и груди (включая доброкачественные образования в груди, называемые фиброаденомами). Хотя необходимы дальнейшие исследования для определения ее долгосрочной эффективности, криотерапия оказалась эффективной у отдельных пациентов.

начало страницы

Как мне подготовиться?

Для обработки кожи некоторые врачи рекомендуют принимать ибупрофен (400 мг) за полчаса до этой процедуры, чтобы уменьшить незначительный дискомфорт; другие назначают дозу антибиотиков перед криотерапией, чтобы защититься от инфекции.Для более глубокого лечения опухолей пациентам следует избегать приема разжижающих кровь препаратов в течение рекомендованного периода времени до лечения.

Сообщите врачу обо всех принимаемых вами лекарствах, включая травяные добавки. Перечислите любые аллергии, особенно на местный анестетик, общую анестезию или контрастные вещества. Ваш врач может посоветовать вам прекратить прием аспирина, нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП) или антикоагулянтов перед процедурой.

Женщинам следует всегда сообщать своему врачу и рентгенологу, если есть вероятность, что они беременны.Многие визуализационные тесты не проводятся во время беременности, чтобы не подвергать плод воздействию радиации. Если рентгеновский снимок необходим, будут приняты меры, чтобы свести к минимуму радиационное воздействие на ребенка. Дополнительную информацию о беременности и рентгеновских лучах см. На странице «Безопасность».

Некоторые врачи рекомендуют кратковременное пребывание в больнице на ночь после криотерапии глубоких опухолей. В случае криотерапии, проводимой с использованием большого хирургического разреза (криохирургия), потребуется кратковременная госпитализация.Чрескожная криотерапия может выполняться амбулаторно, но может потребовать короткого пребывания в больнице на ночь.

Запланируйте, чтобы кто-нибудь отвез вас домой после процедуры.

Возможно, вам понадобится надеть халат во время процедуры.

начало страницы

Как выглядит оборудование?

В этой процедуре можно использовать ультразвуковое исследование, компьютерную томографию (КТ) или магнитно-резонансную томографию (МРТ), ватный тампон или спрей, криозонд и бронхоскоп.Для криохирургии может быть выполнена лапароскопическая операция.

Ультразвуковые сканеры

состоят из компьютерной консоли, экрана видеодисплея и присоединенного датчика. Преобразователь - это небольшое портативное устройство, напоминающее микрофон. Некоторые экзамены могут использовать разные преобразователи (с разными возможностями) во время одного экзамена. Преобразователь излучает неслышимые высокочастотные звуковые волны в тело, а затем прислушивается к отраженному эхо. Принципы аналогичны гидролокаторам, используемым на лодках и подводных лодках.

Технолог наносит небольшое количество геля на исследуемый участок и помещает туда датчик. Гель позволяет звуковым волнам перемещаться вперед и назад между датчиком и исследуемой областью. Ультразвуковое изображение сразу же отображается на экране видеодисплея, который выглядит как монитор компьютера. Компьютер создает изображение на основе громкости (амплитуды), высоты тона (частоты) и времени, которое требуется для возврата ультразвукового сигнала к датчику. Также учитывается, через какой тип структуры тела и / или ткани распространяется звук.

КТ-сканер обычно представляет собой большой аппарат в форме пончика с коротким туннелем в центре. Вы будете лежать на узком столе для осмотра, который скользит в этот короткий туннель и выходит из него. Вращаясь вокруг вас, рентгеновская трубка и электронные детекторы рентгеновского излучения расположены друг напротив друга в виде кольца, называемого гентри. Компьютерная рабочая станция, обрабатывающая визуализационную информацию, расположена в отдельной диспетчерской. Здесь технолог управляет сканером и наблюдает за вашим исследованием в прямом визуальном контакте.Технолог сможет слышать вас и разговаривать с вами с помощью динамика и микрофона.

Традиционный аппарат МРТ представляет собой большую трубку цилиндрической формы, окруженную круглым магнитом. Вы будете лежать на столе, который скользит в центр магнита.

Некоторые аппараты МРТ, называемые системами с коротким проходом, сконструированы таким образом, что магнит не полностью окружает вас. Некоторые новые аппараты МРТ имеют отверстие большего диаметра, что может быть более удобным для крупных пациентов или людей с клаустрофобией.«Открытые» аппараты МРТ открыты по бокам. Они особенно полезны при обследовании крупных пациентов или пациентов с клаустрофобией. Открытые аппараты МРТ могут предоставить высококачественные изображения для многих типов исследований. Некоторые обследования нельзя проводить с использованием открытого МРТ. Для получения дополнительной информации обратитесь к своему радиологу.

При криотерапии для обработки тканей, расположенных за пределами тела, используется ватный тампон или распылитель.

Криотерапия для лечения тканей, расположенных внутри тела, требует визуализации и криотерапевтического аппликатора или криозонда, тонкого устройства в виде палочки с ручкой или спусковым крючком или ряда маленьких игл.Криозонд соединен трубкой с источником азота или аргона. В большинстве криотерапевтических установок используется аргон, и они одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA).

Также можно использовать бронхоскоп - тонкую трубку с подсветкой, используемую для исследования внутренней части трахеи и бронхов или дыхательных путей, ведущих в легкие.

Система криотерапии обычно размещается в процедурном кабинете. В нем есть компьютер, который можно использовать для управления потоком охлаждающего агента, который обычно хранится в близлежащих газовых баллонах.

Другое оборудование, которое может использоваться во время процедуры, включает в себя внутривенную линию (IV), ультразвуковой аппарат и устройства, которые контролируют ваше сердцебиение и артериальное давление.

начало страницы

Как работает процедура?

В криотерапии используется азот или аргон для создания экстремально низких температур для разрушения пораженных тканей. Для разрушения пораженных тканей, находящихся вне тела, жидкий азот наносится непосредственно с помощью ватного тампона или распылителя.При опухолях, расположенных ниже поверхности кожи и глубоко в теле, врач будет использовать визуализацию, чтобы ввести один или несколько аппликаторов или криозондов через кожу к участку пораженной ткани, а затем доставить жидкий азот или аргон.

Живая ткань, здоровая или больная, не выдерживает экстремально низких температур и погибнет от:

  • образование льда в жидкости вне клеток, которое приводит к клеточной дегидратации.
  • образование льда внутри клетки.Примерно при -40 ° C (-40 ° F) или ниже внутриклеточные летальные кристаллы льда начинают формироваться и разрушают практически любую клетку.
  • разрывается как в результате набухания, вызванного расширением льда внутри ячейки, так и в результате сжатия, вызванного выходом воды из ячейки.
  • потеря кровоснабжения. Клетки умирают, когда их кровоснабжение перекрывается из-за образования льда в мелких кровеносных сосудах опухоли, вызывающего тромбообразование. Поскольку среднее время свертывания крови составляет примерно 10 минут, экстремальный холод поддерживается не менее 10-15 минут, если не дольше, чтобы обеспечить достижение смертельной ледяной температуры.На некоторых приборах возможно прямое наблюдение за температурой абляции.

Поскольку криотерапия состоит из серии шагов, ведущих к гибели клеток, опухоли многократно замораживаются и оттаивают; обычно используются два или более цикла замораживания-оттаивания.

Как только клетки уничтожены, белые кровяные тельца иммунной системы работают, чтобы очистить мертвые ткани.

начало страницы

Как проходит процедура?

Чрескожные процедуры под визуальным контролем, такие как криотерапия, чаще всего выполняются специально обученным интервенционным радиологом в кабинете интервенционной радиологии или иногда в операционной.

Эта процедура часто проводится в амбулаторных условиях. Однако некоторым пациентам может потребоваться госпитализация после процедуры. Спросите своего врача, нужно ли вам быть госпитализированным.

Вы окажетесь на столе процедур.

Если проводится местная криотерапия, ваш врач нанесет жидкий азот на область с помощью ватного тампона или распылителя.

При опухолях глубоко внутри тела, к которым можно подойти через кожу, ваш врач выполнит чрескожную процедуру и вставит тонкие аппликаторы размером с иглу или криозонды.

Вы можете быть подключены к мониторам, которые отслеживают вашу частоту сердечных сокращений, артериальное давление, уровень кислорода и пульс.

Медсестра или технолог вставит внутривенную (IV) трубку в вену на руке или руке, чтобы ввести успокаивающее средство. В этой процедуре может использоваться умеренная седация. Не требует дыхательной трубки. Однако некоторым пациентам может потребоваться общая анестезия.

Область, в которую будут вводиться аппликаторы или криозонд, должна быть выбрита, простерилизована и покрыта стерильной салфеткой.

На этом участке кожи делается очень маленький разрез.

Используя визуализацию, врач вводит один или несколько аппликаторов или криозондов через кожу к участку пораженной ткани. После того, как аппликаторы или криозонды установлены, подается жидкий азот или аргон. Кроме криозонда (ов), в организм ничего не проникает. «Ледяной шар» создается за счет быстрого понижения температуры на кончике зонда. Это приводит к замерзанию всей воды вокруг кончика зонда.Визуализация используется для направления аппликаторов и отслеживания процесса замораживания. «Ледяной шар» можно визуализировать с помощью УЗИ, КТ или МРТ.

Некоторым опухолям для полного замораживания требуется несколько аппликаторов. При раке простаты через промежность (ткань между прямой кишкой, мошонкой и половым членом) вводятся от шести до восьми аппликаторов с использованием ультразвукового контроля.

В конце процедуры аппликатор (-ы) удаляют и прикладывают давление, чтобы остановить кровотечение.Отверстие в коже закрывают повязкой. Обычно наложение швов не требуется.

Ваша капельница удалена перед тем, как вы отправитесь домой.

Вся процедура обычно занимает от одного до трех часов.

начало страницы

Что я испытаю во время и после процедуры?

Устройства для контроля вашего пульса и артериального давления будут прикреплены к вашему телу.

Вы почувствуете легкое ущемление, когда игла вводится в вашу вену для внутривенного введения и когда вводится местный анестетик.Чаще всего ощущения возникают в месте разреза кожи. Это обезболивается с помощью местного анестетика. Вы можете почувствовать давление, когда катетер введен в вену или артерию. Однако серьезного дискомфорта вы не ощутите.

Если вам сделают общий наркоз, вы будете без сознания на протяжении всей процедуры, и вы будете находиться под наблюдением анестезиолога.

Если процедура проводится с применением седативных средств, внутривенное (в / в) седативное средство позволит вам расслабиться, почувствовать сонливость и комфорт во время процедуры.Вы можете бодрствовать, а можете и не бодрствовать, в зависимости от того, насколько глубоко вы находитесь под действием седативного препарата.

Вы можете испытывать дискомфорт из-за того, что во время процедуры не двигайтесь.

После чрескожной криотерапии вы сможете вернуться к своим обычным занятиям в течение одного-трех дней.

Если вам сделали открытую криохирургию, вы сможете вернуться к своим обычным занятиям в течение 7-10 дней. Не поднимайте тяжелые предметы в течение как минимум 72 часов. Посоветуйтесь с врачом, когда вы можете вернуться к привычной деятельности.

начало страницы

Кто интерпретирует результаты и как их получить?

Интервенционный радиолог или лечащий вас врач определит результаты процедуры и отправит отчет вашему лечащему врачу, который поделится с вами результатами.

Ваш интервенционный радиолог может порекомендовать вам повторный визит.

Это посещение может включать медицинский осмотр, визуализацию и анализы крови. Во время контрольного визита сообщите своему врачу о любых побочных эффектах или изменениях, которые вы заметили.

начало страницы

Каковы преимущества по сравнению с рисками?

Преимущества

  • При открытом хирургическом доступе время восстановления после криохирургии опухолей почек или печени может быть меньше, чем при открытом хирургическом удалении опухоли.
  • При чрескожной криотерапии пациент может остаться на ночь или выписаться через несколько часов после процедуры. Ночевка для снятия боли обычно не требуется.
  • Чрескожная криотерапия менее травматична, чем открытая операция, поскольку для проведения зонда через кожу требуется лишь небольшой разрез, что ограничивает повреждение здоровых тканей.Следовательно, чрескожная криотерапия менее затратна и дает меньше побочных эффектов, чем открытая операция. Пациент обычно может возобновить повседневную жизнь через 24 часа после процедуры, если не раньше. Однако осторожность в отношении подъема тяжестей может продолжаться в течение нескольких дней после абдоминального лечения.
  • При лечении фиброаденом криотерапия вызывает минимальное количество рубцовой ткани и отсутствие явных кальцификатов после лечения.

Риски

  • Как и при любой чрескожной процедуре, может возникнуть кровотечение - как в результате прокола, так и в результате замораживания тканей, таких как печень, почка или легкое.
  • Может возникнуть повреждение обычных конструкций. Во время криотерапии печени могут быть повреждены желчевыводящие пути. Во время криотерапии почек может быть поврежден мочеточник или собирательная система. Прямая кишка может быть повреждена во время криотерапии простаты. Любое лечение брюшной полости может привести к повреждению кишечника и вызвать отверстие в кишечнике, в результате чего содержимое кишечника может попасть в брюшную полость, что может привести к потенциально опасной для жизни инфекции.
  • Если замерзание происходит возле диафрагмы, жидкость может скапливаться в пространстве вокруг легких.
  • Если процедура проводится в легком или рядом с ним, легкое может разрушиться.
  • Это может привести к повреждению нервов. Полностью замороженные нервы могут вызвать двигательную слабость или онемение в области, снабжаемой нервами.
  • Могут возникнуть осложнения, связанные с приемом лекарств, включая анестезию, во время процедуры.
  • Женщины всегда должны сообщать своему врачу или рентгенологу, если есть вероятность, что они беременны. См. Страницу «Безопасность при рентгенографии, интервенционной радиологии и процедурах ядерной медицины» для получения дополнительной информации о беременности и рентгеновских лучах.
  • Эта процедура может включать облучение рентгеновскими лучами. Однако радиационный риск не является серьезной проблемой по сравнению с преимуществами процедуры. См. Страницу «Безопасность» для получения дополнительной информации о дозе облучения от интервенционных процедур.

Специфические возможные осложнения, связанные с криотерапией рака простаты:

  • Постоянная импотенция, поскольку нервы, контролирующие половую потенцию, обычно участвуют в процессе замораживания.Однако нервы могут восстанавливаться, что решает проблему у некоторых пациентов.
  • Пока пациент находится под наркозом, мочевой пузырь помещается для слива мочи до тех пор, пока опухоль шейки мочевого пузыря, возникшая в результате процедуры, не исчезнет.
  • Может вызвать слущивание уретры; то есть блокирование потока мочи мертвой тканью. Случаи слущивания уменьшаются за счет поддержания уретры в тепле с помощью стерильной воды, непрерывно циркулирующей через катетер, помещенный в уретру во время процедуры.

начало страницы

Каковы ограничения криотерапии?

Криотерапия - это альтернативное лечение рака, когда хирургическое удаление опухоли может быть затруднено или, для некоторых пациентов, невозможно. Но его долгосрочная эффективность все еще изучается. В настоящее время мало опубликованных данных о долгосрочных результатах чрескожной криотерапии, но долгосрочное наблюдение за раком простаты предполагает, что показатели борьбы с раком аналогичны хирургии или лучевой терапии.

Криотерапия считается местной терапией. Он может лечить болезнь только в одном месте. Он не может лечить рак, распространившийся на другие части тела. Поскольку врачи лечат опухоли, которые они видят на радиологических изображениях, микроскопический рак может быть упущен.

Хотя его применение в костях, почках, печени и легких является многообещающим, исследования чрескожной криотерапии продолжаются, чтобы определить долгосрочные клинические результаты.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *