Работа двигателя внутреннего сгорания в разрезе: Двигатель внутреннего сгорания

Содержание

ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — это… Что такое ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ?

ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

— отдельные процессы, протекающие в цилиндре за один ход поршня и составляющие полный рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания. Например, в четырехтактном двигателе рабочие процессы (всасывание, сжатие, рабочий ход и выхлоп), составляющие рабочий цикл, совершаются за 4 хода поршня, а в двухтактных двигателях за 2 хода. См. также Двигатели внутреннего сгорания.

Самойлов К. И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941

.

  • ТАКЕЛЬГАРН
  • ТАКСИМЕТР

Смотреть что такое «ТАКТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ» в других словарях:

  • Поршневой двигатель внутреннего сгорания — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1. Всасывание горючей смеси. 2. Сжатие. 3. Рабочий ход. 4. Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в …   Википедия

  • Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — Бензиновый двигатель W16 Bugatti Veyron Бензиновые двигатели  это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической и …   Википедия

  • Двигатель внутреннего сгорания — Схема: Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с глушителем …   Википедия

  • Объём двигателя

    — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1. Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… …   Википедия

  • Поршневой авиационный двигатель — 4 тактный цикл двигателя внутреннего сгорания Такты: 1.Всасывание горючей смеси. 2.Сжатие. 3.Рабочий ход. 4.Выхлоп. Двухтактный цикл. Такты: 1. При движении поршня вверх  сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего… …   Википедия

  • Четырёхтактный двигатель — Работа четырёхтактного двигателя в разрезе. Цифрами обозначены такты Четырёхтактный двигатель  поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за… …   Википедия

  • Пятитактный роторный двигатель —   роторный двигатель с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов. История Впервые такая схема расширительной машины в виде… …   Википедия

  • Четырехтактный двигатель — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… …   Википедия

  • Четырёхтактный мотор — Бензиновые двигатели это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило,… …   Википедия

  • Дизельный двигатель — Дизельный двигатель  поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при сжатии воздуха.[1] Спектр топлива для дизелей весьма широк, сюда включаются все… …   Википедия

Работа автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

Двигатель. Классификация, механизмы и системы ДВС. Впускная система

На сегодняшний день двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или как его еще называют «атмосферник» — основной тип двигателя, который широко применяется в автомобильной индустрии. Что такое ДВС? Это — многофункциональный тепловой агрегат, который при помощи химических реакций и законов физики преобразует химическую энергию топливной смеси в механическую силу (работу).

Двигатели внутреннего сгорания делятся на:

  1. Поршневой ДВС.
  2. Роторно-поршневой ДВС.
  3. Газотурбинный ДВС.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания — самый популярный среди вышеперечисленных двигателей, он завоевал мировое признание и уже много лет лидирует в автоиндустрии. Предлагаю более детально рассмотреть устройство

ДВС , а также принцип его работы.

К преимуществам поршневого двигателя внутреннего сгорания можно отнести:

  1. Универсальность (применение на различных транспортных средствах).
  2. Высокий уровень автономной работы.
  3. Компактные размеры.
  4. Приемлемая цена.
  5. Способность к быстрому запуску.
  6. Небольшой вес.
  7. Возможность работы с различными видами топлива.

Кроме «плюсов» имеет двигатель внутреннего сгорания и ряд серьезных недостатков, среди которых:

  1. Высокая частота вращения коленвала.
  2. Большой уровень шума.
  3. Слишком большой уровень токсичности в выхлопных газах.
  4. Маленький КПД (коэффициент полезного действия).
  5. Небольшой ресурс службы.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типу топлива, они бывают:

  1. Бензиновыми.
  2. Дизельными.
  3. А также газовыми и спиртовыми.

Последние два можно назвать альтернативными, поскольку на сегодняшний день они не получили широкого применения.

Спиртовой ДВС работающий на водороде — самый перспективный и экологичный, он не выбрасывает в атмосферу вредный для здоровья «СО2», который содержится в отработанных газах поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Поршневой ДВС состоит из следующих подсистем:

  1. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
  2. Система впуска.
  3. Топливная система.
  4. Система смазки.
  5. Система зажигания (в бензиновых моторах).
  6. Выпускная система.
  7. Система охлаждения.
  8. Система управления.

Корпус двигателя состоит из нескольких частей, в которые входят: блок цилиндров, а также головка блока цилиндров (ГБЦ). Задача КШМ — преобразовать возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала. Газораспределительный механизм необходим ДВС для обеспечения своевременного впуска в цилиндры топливно-воздушной смеси и такой же своевременный выпуск отработанных газов.

Впускная система служит для своевременной подачи воздуха в двигатель, который необходим для образования топливно-воздушной смеси. Топливная система осуществляет подачу в двигатель топлива, в тандеме две этих системы работают над образованием топливно-воздушной смеси после чего она подается посредством системы впрыска в камеру сгорания.

Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит благодаря системе зажигания (в бензиновых ДВС), в дизельных моторах воспламенение происходит за счет сжатия смеси и свечей накала.

Система смазки как уже понятно из названия служит для смазки трущихся деталей, снижая тем самым их износ, увеличивая срок их службы и отводя тем самым от их поверхностей температуру. Охлаждение нагревающихся поверхностей и деталей обеспечивает система охлаждения, она отводит температуру при помощи охлаждающей жидкости по своим каналам, которая проходя через радиатор — охлаждается и повторяет цикл. Система выпуска обеспечивает вывод отработанных газов из цилиндров ДВС посредством , которая входит в состав этой системы, снижает шум сопровождаемый выброс газов и их токсичность.

Система управления двигателем (в современных моделях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ) или бортовой компьютер) необходима для электронного управление всеми вышеописанными системами и обеспечения их синхронности.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Принцип работы ДВС

базируется на эффекте теплового расширения газов, которое возникает во время сгорания топливно-воздушной смеси, за счет чего осуществляется движение поршня в цилиндре. Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания происходит за два оборота коленвала и состоит из четырех тактов, отсюда и название — четырехтактный двигатель.

  1. Первый такт — впуск.
  2. Второй — сжатие.
  3. Третий — рабочий ход.
  4. Четвертый — выпуск.

Во время первых двух тактов — впуска и рабочего такта, движется вниз, за два других сжатие и выпуск – поршень идет вверх. Рабочий цикл каждого из цилиндров настроен таким образом чтобы не совпадать по фазам, это необходимо для того чтобы обеспечить равномерность работы двигателя внутреннего сгорания. Есть в мире и другие двигатели, рабочий цикл которых происходит всего за два такта – сжатие и рабочий ход, этот двигатель называется двухтактным.

На такте впуска топливная система и впускная образуют топливно-воздушную смесь, которая образуется во впускном коллекторе или непосредственно в камере сгорания (все зависит от типа конструкции).

Во впускном коллекторе в случае с центральным и распределенным впрыском бензиновых ДВС. В камере сгорания в случае с непосредственным впрыском в бензиновых и дизельных моторах. Топливно-воздушная смесь или воздух во время открытия впускных клапанов ГРМ подается в камеру сгорания за счет разряжения, которое возникает во время движения поршня вниз.

Впускные клапаны закрываются на такте сжатия, после чего топливно-воздушная смесь в цилиндрах двигателя сжимается. Во время такта «рабочий ход» смесь воспламеняется принудительно или самовоспламеняется. После возгорания в камере возникает большое давление, которое создают газы, это давление воздействует на поршень, которому ничего не остается как начать двигаться вниз. Это движение поршня в тесном контакте с кривошипно-шатунным механизмом приводят в движение коленчатый вал, который в свою очередь образует крутящий момент, приводящий колеса автомобиля в движение.

Такт «выпуск» , после чего отработанные газы освобождают камеру сгорания, а после и выпускную систему, уходя охлажденными и частично очищенными в атмосферу.

Короткое резюме

После того как мы рассмотрели принцип работы двигателя внутреннего сгорания можно понять почему ДВС обладает низким КПД, который составляет примерно 40%. В то время как в одном цилиндре происходит полезное действие, остальные цилиндры грубо говоря бездействуют, обеспечивая работу первого тактами: впуск, сжатие, выпуск.

На этом у меня все, надеюсь вам все понятно, после прочтения данной статьи вы легко сможете ответить на вопрос, что такое ДВС и как устроен двигатель внутреннего сгорания. Спасибо за внимание!

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков , к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели . Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия — порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.

Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации — от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.

При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.

В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы .

Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.

Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.

Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.

Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.

В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости — некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.

Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.

В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.

Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.

В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:

  • рабочий объем,
  • количество цилиндров,
  • мощность системы,
  • скорость вращения узлов,
  • применяемое для работы топливо и др.

Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы. Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?

Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени — за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ — верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.

Такт № 1 — впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.

В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.

Такт № 2 — сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.

От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.

Такт № 3 — рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.

Такт № 4 — выпуск. Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.

Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.

Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.

Варианты конструкций внутреннего двигателя

Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание — основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.

Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа — инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы — сжигание бензина.

Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.

Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.

Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.

Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе. В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.

Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.

Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.

Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.

Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.

Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.

Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.

Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.

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;
  • инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

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.

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.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

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.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

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 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.

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • 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 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.

На наших дорогах чаще всего можно встретить автомобили, потребляющие бензин и дизельной топливо. Время электрокаров пока не настало. Поэтому рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Отличительной чертой его является превращение энергии взрыва в механическую энергию.

При работе с бензиновыми силовыми установками различают несколько способов формирования топливной смеси. В одном случае это происходит в карбюраторе, а потом это все подается в цилиндры двигателя. В другом случае бензин через специальные форсунки (инжекторы) впрыскивается непосредственно в коллектор или камеру сгорания.

Для полного понимания работы ДВС необходимо знать, что существует несколько типов современных моторов, доказавших свою эффективность в работе:

  • бензиновые моторы;
  • двигатели, потребляющие дизельное топливо;
  • газовые установки;
  • газодизельные устройства;
  • роторные варианты.

Принцип работы ДВС этих типов практически одинаковый.

Такты ДВС

В каждом есть топливо, которое взрываясь в камере сгорания, расширяется и толкает поршень, установленный на коленчатом валу. Далее это вращение посредством дополнительных механизмов и узлов передается на колеса автомобиля.

В качестве примера будем рассматривать бензиновый четырехтактный мотор, так как именно он является самым распространенным вариантом силовой установки в машинах на наших дорогах.

Такты :

  1. открывается впускное отверстие и происходит заполнение камеры сгорания подготовленной топливной смесью
  2. происходит герметизация камеры и уменьшение ее объема в такте сжатия
  3. взрывается смесь и выталкивает поршень, который получает импульс механической энергии
  4. камера сгорания освобождается от продуктов горения

В каждом из этих этапов работы ДВС заложена своя происходит несколько одновременных процессов. В первом случае поршень находится в самой нижней своей позиции, при этом открыты все клапаны, впускающие топливо. Следующий этап начинается с полного закрытия всех отверстий и перемещения поршня в максимальную верхнюю позицию. При этом все сжимается.

Достигнув снова крайней верхней позиции поршня, на свечу поступает напряжение, и она создает искру, зажигая смесь для взрыва. Сила этого взрыва толкает поршень вниз, а в это время открываются выпускные отверстия и камера очищается от остатков газа. Затем все повторяется.

Работа карбюратора

Формирование топливной смеси в машинах первой половины прошлого века происходило с помощью карбюратора. Чтобы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, нужно знать, что автомобильные инженеры сконструировали топливную систему так, что в камеру сгорания подавалась уже подготовленная смесь.

Устройство карбюратора

Ее формированием занимался карбюратор. Он в нужных соотношениях перемешивал бензин и воздух и отправлял это все в цилиндры. Такая относительная простота конструкции системы позволяла ему долгое время оставаться незаменимой частью бензиновых агрегатов. Но позже его недостатки стали преобладать над достоинствами и не обеспечивать повышающихся требований к автомобилям в целом.

Недостатки карбюраторных систем:

  • нет возможности обеспечивать экономные режимы при внезапных переменах режимов езды;
  • превышение лимитов вредных веществ в выхлопных газах;
  • низкая мощность автомобилей из-за несоответствия подготовленной смеси состоянию автомобиля.

Компенсировать эти недостатки попытались прямой подачей бензина через инжекторы.

Работа инжекторных моторов

Принцип работы инжекторного двигателя заключается в непосредственном впрыске бензина во впускной коллектор или камеру сгорания. Визуально все схоже с работой дизельной установки, когда подача выполняется дозировано и только в цилиндр. Разница лишь в том, что у инжекторных агрегатов установлены свечи для поджигания.

Конструкция инжектора

Этапы работы бензиновых моторов с прямым впрыском не отличаются от карбюраторного варианта. Разница лишь в месте формирования смеси.

За счет этого варианта конструкции обеспечиваются достоинства таких двигателей:

  • увеличение мощности до 10% при схожих технических характеристиках с карбюраторным;
  • заметная экономия бензина;
  • улучшение экологических характеристик по выбросам.

Но при таких достоинствах есть и недостатки. Основными являются обслуживание, ремонтопригодность и настройка. В отличие от карбюраторов, которые можно самостоятельно разобрать, собрать и отрегулировать, инжекторы требуют специального дорогостоящего оборудования и установленного большого числа разных датчиков в автомобиле.

Способы впрыска топлива

В ходе эволюции подачи топлива в двигатель происходило постоянное сближение этого процесса с камерой сгорания. В наиболее современных ДВС произошло слияние точки подачи бензина и места сгорания. Теперь смесь формируется уже не в карбюраторе или впускном коллекторе, а впрыскивается в камеру напрямую. Рассмотрим все варианты инжекторных устройств.

Одноточечный вариант впрыска

Наиболее простой вариант конструкции выглядит как впрыск топлива через одну форсунку во впускной коллектор. Разница с карбюратором в том, что последний подает готовую смесь. В инжекторном варианте проходит подача топлива через форсунку. Выгода заключается в получении экономии при расходе.

Моноточечный вариант подачи топлива

Такой способ также формирует смесь вне камеры, но здесь задействованы датчики, которые обеспечивают подачу непосредственно к каждому цилиндру через впускной коллектор. Это более экономичный вариант использования топлива.

Прямой впрыск в камеру

Этот вариант пока наиболее эффективно использует возможности инжекторной конструкции. Топливо напрямую распыляется в камере. За счет этого снижается уровень вредных выхлопов, и автомобиль получает кроме большей экономии бензина увеличенную мощность.

Увеличенная степень надежности системы снижает негативный фактор, касающийся обслуживания. Но такие устройства нуждаются в качественном топливе.

Двигатель внутреннего сгорания и способ работы двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к области двигателестроения, конкретно касается механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, например, по АС СССР №544759, МПК 2 E02B 27/00, содержащий систему газораспределения для двигателя внутреннего сгорания, например выпускную. Эта система содержит основной трубопровод и подвижно установленный на нем насадок, при этом с целью повышения эффективности использования волновых эффектов, на трубопроводе и насадке выполнены окна и, по крайней мере, одна из сторон окна на трубопроводе ориентирована под углом к стороне насадка для измерения при относительном повороте положения совмещаемых частей окон. При этом основная часть механизма газообразования остается сложной и содержит клапана, пружины, толкатели и распределительный вал, кинематически связанный с коленвалом.

Известен двигатель внутреннего сгорания по АС СССР №1236128, МПК F02B 27/00. Этот двигатель содержит систему резонансного наддува, содержащую впускной трубопровод с двумя диаметрально противоположными продольными окнами, подсоединенными к цилиндрам с несовпадающими фазами впуска, и подвижный насадок, установленный на впускном трубопроводе и выполненный с двумя диаметрально противоположными отражательными окнами, первая сторона которых ориентирована под углом к стороне соответствующего продольного окна, а в месте наложения отражательных окон на продольные выполнено проходное отверстие, при этом с целью улучшения амплитудно-фазовых параметров колебаний давления и снижения насосных потерь, подвижный насадок выполнен с двумя дополнительными отражательными окнами, причем вторая сторона основных отражательных окон выполнена параллельно первой стороне, дополнительные отражательные окна совпадают по форме с основными отражательными окнами, а отношение суммарной площади сечений проходных отверстий к площади сечения впускного трубопровода равно 2…2,5.

Недостатки такие же, что и у предыдущего аналога.

Известен также двигатель внутреннего сгорания по патенту РФ №2008457, МКП5 F02 27/00, который содержит выпускную систему, которая содержит выпускной трубопровод, подвижно установленный на трубопроводе насадок, причем выпускной трубопровод и насадок снабжены соответственно продольной и наклонной прорезями. В выпускном трубопроводе установлен поршень с возможностью осевого перемещения, причем в днище поршня выполнено углубление в виде конуса.

В качестве прототипа принят двигатель внутреннего сгорания классической схемы, применяемый для автомобилей ВА3-2101, ВА3-2103 и т.п., описанный в книге Д.В. Кожейкина «Как самому починить автомобиль», «Фрегат», Челябинск, 1992, с.8. Этот двигатель содержит коленвал, систему газораспределения, выполненную в головке цилиндров, систему впуска топливовоздушной смеси и систему выхлопа продуктов сгорания, по крайней мере, один цилиндр с установленным в нем поршнем.

Недостатки прототипа: конструктивная сложность и низкая надежность газораспределительного механизма, содержащего большое количество деталей, в том числе распредвал, клапана, пружины, уплотнения клапанов, систему регулирования зазоров в клапанах. Это усложняет регулировку механизма газораспределения, приводит к износу деталей механизма. Износ штоков клапанов и их уплотнений, например, приводит к нарушению газораспределения, попаданию масла в камеру сгорания двигателя и дымному выхлопу при его сгорании и, как последствие, к ухудшению экологии окружающей среды.

Задачи создания изобретения повышение КПД и его надежности.

Решение указанных задач достигнуто в двигателе внутреннего сгорания, содержащем коленчатый вал, систему газораспределения, выполненную в головке цилиндров, систему впуска топливовоздушной смеси, систему выхлопа продуктов сгорания и, по меньшей мере, один цилиндр с установленным в нем поршнем и свечей зажигания установленных на каждом торце цилиндра, тем, что согласно изобретению каждая свеча зажигания выполнена лазерной, в систему зажигания может быть включен по меньшей мере один блок накачки, соединенный оптическим волокном с каждой свечей зажигания. Двигатель может содержать блок управления, соединенный электрической связью с блоком накачки. Двигатель может содержать датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик числа оборотов коленчатого вала, датчик угла поворота коленчатого вала и датчик угла поворота распределительного вала, соединенные электрической связью с блоком управления.

Решение указанных задач достигнуто в способе работы двигателя внутреннего сгорания, содержащего по меньшей сере один цилиндр с поршнем и свечи зажигания, включающий фазы впуска, сжатия, выхлопа и продувки, подачу топлива в фазе впуска, подачу импульса энергии на свечи зажигания в каждом цилиндре в момент захождения поршня ниже ВМТ, что определяется углом опережения зажигания, тем, что согласно изобретению импульсы энергии на каждую свечу зажигания продолжают подавать и после воспламенения топлива в камере соответствующего цилиндра. Импульсы энергии продолжают подавать на каждую свечу лазерного зажигания до завершения фазы выхлопа в соответствующем цилиндре. В каждом цилиндре могут быть установлены свечи лазерного зажигания.

Сущность изобретения поясняется на чертежах Фиг.1…4, где:

на фиг.1 приведен вид сверху,

на фиг.2 приведен вид сбоку,

на фиг.3 приведен продольный разрез двигателя внутреннего сгорания по А-А,

на фиг.4 приведена циклограмма работы цилиндра двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (в дальнейшем — двигатель) содержит (Фиг.1…4) по меньше, мере один цилиндр 1 и установленный в нем поршень 2.

В дальнейшем приведен двухцилиндровый двигатель. Каждый поршень имеет компрессионные и маслосъемные кольца 3 и 4 соответственно. Цилиндры 1 выполнены заодно с корпусом 5, имеющим поддон 6 для масла 7. Над цилиндрами 1 установлена головка цилиндров 8, между ними установлена прокладка 9.

Двигатель имеет коленчатый вал 10, систему газораспределения 11, выполненную в головке цилиндров 8.

Изобретение распространяет свои права и на одноцилиндровый двигатель, а также на двигатели с любым числом цилиндров и с любым их расположением, например, с V-образным расположением цилиндров.

Система газораспределения 11 содержит систему впуска топливовоздушной смеси 12, систему выпуска выхлопных газов 13 и распределительный вал 14 с кулачками 15. Кроме того, в систему впуска топливовоздушной смеси 12 входят впускные клапаны 16, а в систему выпуска выхлопных газов — выпускные клапаны 17. Распределительный вал 14 установлен на подшипниках 18. Между стенками цилиндров 1 и верхним торцами поршней 2 образуются камеры сгорания 19

Поршни 2 связаны с коленчатым валом 10 шатунами 20, в которых установлены пальцы 21. Шатуны 20 имеют шатунные подшипники 22. Коленчатый вал 10 установлен на коренных подшипниках 23 и уплотнен уплотнениями 24. Внутри коленчатого вала 10 выполнены маслоканалы 25.

В систему газораспределения 11 входят ведущая и ведомая звездочка, соответственно 26 и 27, соединенные цепью (или ремнем) 28. Распределительный вал 14 имеет систему смазки 29.

Диаметр ведомой звездочки 27 в 2 раза больше диаметра ведущей шестерни 26. За два оборота коленчатого вала 10 распределительный вал 14 совершает один оборот.

Кроме того, двигатель оборудован системой зажигания, которая содержит свечи зажигания 30 по числу цилиндров, соединенные оптическим волокном 31 с блоком накачки 32. Свечи зажигания 30 следует выполнить лазерными. Они при потреблении меньшей мощности и дают кратковременные разряды огромной мощности (десятки кВт). Для этого свечи зажигания 30 соединены оптическим волокном 31 с блоком накачки 32. Двигатель может быть оборудован блоком управления 33, который электрической связью 34 соединен с блоком накачки 32.

Между цилиндрами 1 и между корпусом 5 и цилиндрами 1 выполнена полость 35 для охлаждения цилиндров 1. Свечи зажигания 30 могут иметь оребрение 36.

Кроме того, двигатель может быть оборудован датчиком частоты вращения 37, датчиком числа оборотов 39, датчиком углового положения коленчатого вала 39, соединенными электрическими связями 34 с блоком управления 33 датчиком углового положения 40 распределительного вала 14. .

Система охлаждения двигателя содержит отводящий трубопровод 41, насос 42, промежуточный трубопровод 43, радиатор 44 и подводящий трубопровод 45.

Циклограмма работы двигателя показана на фиг.4. Линией 46 показаны импульсы энергии свечи лазерного зажигания 30. Видно, что первый импульс подается в фазе сжатия до ее завершения, а потом периодически подаются импульсы во время фазы расширения и возможно до ее завершения.

Способ работы двигателя внутреннего сгорания может быть реализован на свечах электрического зажигания, но в этом случае аппаратура питания этих свечей будет сложной, дорогостоящей и потреблять много электроэнергии.

Применение систем лазерного зажигания, например, на микрочип-лазере позволит кратковременно развивать мощность разряда в десятки кВт при малом потреблении энергии, так как в них можно реализовать длительность импульса энергии в несколько нсек.

Работает двигатель следующим образом.

Топливовоздушная смесь подается по системе впуска топливовоздушной смеси 12 (Фиг. 3) через впускные клапаны 16. При этом первый поршень 2 находится в верхней мертвой точке ВМТ и начинает движение вниз, работая в режиме впуска топливовоздушной смеси. Топливовоздушная смесь поступает в рабочую полость 19 первого цилиндра 1. Система выхлопа 13 первого цилиндра 1 в это время закрыта. В это же время для второго цилиндра 1 впускной клапан (клапана) 16 закрыт. Продукты сгорания из второго цилиндра 1 поступают в систему выхлопа 13 После того как коленчатый вал 10 совершит пол-оборота, произойдет сжатие топливовоздушной смеси в камере 19 и блок управления 33 по электрической связи 31 подаст сигнал на блок накачки 32, в котором формируется лазерное излучение, которое по оптическому волокну 31 подает на свечу 30 первую серию импульсов для воспламенения топливовоздушной смеси. В дальнейшем до завершения цикла расширения в камере 19 первого цилиндра 1 периодически подаются импульсы на свечу 30 (фиг.4).

Датчики частоты вращения 37, числа оборотов коленчатого вала 38 контролируют частоту вращения коленчатого вала 10 и число оборотов для установления того, четное или нечетное число оборотов совершил коленчатый вал 10, а датчик углового положения 38 постоянно измеряет угловое положение коленчатого вала 10 и в зависимости от этих показателей блок управления 33 подает команды на блок накачки 32 для подачи импульса на свечи 30 (лазерного воспламенения). Это позволит четко подавать импульсы на свечи зажигания 30 начиная с угла опережения зажигания (до ВМТ) и до полного завершения цикла расширения.

Наличие датчика углового положения 40 распределительного вала 14 позволит более точно корректировать работу системы зажигания при вытяжке цепи 28 или ее проскакивании на 1…2 зуба ведомой звездочки 27.

Применение изобретения позволило:

1. Повысить КПД двигателя на 15…20% за счет более полного сжигания топлива воздействием лазерного луча.

2. Уменьшить затраты энергии, потребляемой системой зажигания, особенно при применении свеч лазерного зажигания.

3. Обеспечить полную автоматизацию процесса впуска, выпуска и воспламенения топлива в камерах цилиндров блоком управления и корректировать зажигания в зависимости от режима работы двигателя за счет применения датчиков частоты вращения и углового положения.





«Двигатель внутреннего сгорания». 8-й класс

Цель урока: рассмотреть физические принципы работы тепловых двигателей, углубить знания учащихся о тепловых двигателях.

Ход урока

I. Подготовка к восприятию нового материала:

  1. Какие два вида механической энергии вы знаете?
  2. Какую энергию называют кинетической? Потенциальной?
  3. Приведите примеры превращения потенциальной энергии тела в кинетическую; кинетической энергии – в потенциальную.
  4. Дайте определение внутренней энергии тела.
  5. Приведите примеры превращения механической энергии тела в его внутреннюю энергию.

1. Историческая справка (

сообщение ученика)

1698 г.

Томас Сэвери (английский инженер) создал машину, которая преобразовывала внутреннюю энергию в механическую (тепловой двигатель) , его использовали для откачки воды из угольных шахт.

1710 г.

Томас Ньюкомен (английский инженер) предложил пароатмосферный двигатель , в котором пар внутри цилиндра толкал вверх поршень. Для возврата в нижнее положение его охлаждали, пар конденсировался, давление в цилиндре падало, и под действием атмосферного давления поршень опускался вниз. Затем цилиндр снова нагревали, чтобы заставить пар толкать поршень вверх. На всё это уходило много времени и, двигатель работал очень медленно и с низким КПД.

1766 г

. Иван Иванович Ползунов. (русский изобретатель) разработал чертежи двухцилиндровой паровой машины. Для ее изготовления Ползунову пришлось сделать различные инструменты, токарный станок для обработки металла “на водяном ходу”. При этом Ползунову удалось изготовить все детали паровой машины всего за 13 месяцев. Некоторые детали весили до 2720 килограммов.

2. Теоретический материал (

ученики работают с текстом по плану, каждый пункт сопровождается слайдом.).

А) Решение задачи 1 (слайд №2)

Б) Решение задачи 2 слайд №3)

В) Решение задачи 3 (слайд №4)

Г) Двигатель внутреннего сгорания

Внутренней энергией обладают все тела – земля, кирпичи, облака и так далее. Однако чаще всего извлечь ее трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, «горючих» и «горячих» тел. К ним относятся: нефть, уголь, теплые источники вблизи вулканов и так далее. Рассмотрим один из примеров использования внутренней энергии таких тел. (слайд №5)

Д) Составные части двигателя внутреннего сгорания (слайд №6)

Е) Карбюраторный двигатель. (слайд №7)

карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.

Ж) Основные части ДВС (слайд №8)

З) Работа этого двигателя состоит из нескольких повторяющихся друг за другом этапов, или, как говорят, тактов. Всего их четыре. Отсчет тактов начинается с момента, когда поршень находится в крайней верхней точке, и оба клапана закрыты. (слайд №9)

И) Первый такт называется впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь камеры сгорания. После этого впускной клапан закрывается. (слайд №10)

К) Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь. (слайд №11)

Л) Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь почти мгновенно сгорает и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз. (слайд №12)

М) Четвертый такт – выпуск (рис «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает газы из камеры сгорания в выхлопную трубу. Затем клапан закрывается. (слайд №13)

Н) ФИЗМИНУТКА. (слайд №14)

О) Дизельный двигатель. (слайд №15)

В 1892 г. немецкий инженер

Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией.

П) Принцип работы: (слайд №16)

В цилиндры двигателя Дизеля попадает только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и внутренняя энергия воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.

Р) Такты работы: (слайд №17)

  • всасывание воздуха;
  • сжатие воздуха;
  • впрыск и сгорание топлива – рабочий ход поршня;
  • выпуск отработавших газов.

Существенное отличие: запальная свеча становится ненужной, и ее место занимает форсунка – устройство для впрыскивания топлива; обычно это низкокачественные сорта бензина.

С) Некоторые сведения о двигателях. (слайд №18)

Повторение.

Т) Назови основные части ДВС. (слайд №20)

У) 1. Назовите основные такты работы ДВС. (слайд №21)

2. В каких тактах клапаны закрыты?

3. В каких тактах открыт клапан 1?

4. В каких тактах открыт клапан 2?

5. Отличие ДВС от дизеля?

Ф) (слайд №22)

Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре

Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой

Четырехтактный двигатель – один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4 такта).

Х) Заполнить таблицу (слайд №23)

Ц) Кроссворды (слайд №24 ,25)

Ч) Паровая турбина (слайд №26)

Ш) Слайды 27-34.

Щ) Материалы (слайд 35).

II. Итог урока.

Устройство двс, технические термины (ликбез), работа двс. 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.

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

Однако светильный газ годился не только для освещения.

Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару . Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Решив возникшие по ходу проблемы (тугой ход и перегрев поршня, ведущий к заклиниванию) продумав систему охлаждения и смазки двигателя, Ленуар создал работоспособный двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году было выпущено более трёхсот таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над дальнейшим усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто и получившим патент на изобретение своей модели газового двигателя в 1864 году.

В 1864 году немецкий изобретатель Августо Отто заключил договор с богатым инженером Лангеном для реализации своего изобретения — была создана фирма «Отто и Компания». Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. Цилиндр двигателя Отто, в отличие от двигателя Ленуара, был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Принцип действия: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разреженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. Кроме того, двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Несмотря на это, Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре была применена кривошипно-шатунная передача. Однако самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто получил патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС

Роторный ДВС

Газотурбинный ДВС

  • Поршневые двигатели — камера сгорания содержится в цилиндре , где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма .

ДВС классифицируют:

а) По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные.

б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор, инжектор) и внутреннее (в цилиндре ДВС).

г) По способу воспламенения (с принудительным зажиганием, с воспламенением от сжатия, калоризаторные).

д) По расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные с одним и с двумя коленвалами, V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, VR-образные и W-образные, однорядные и двухрядные звездообразные, Н-образные, двухрядные с параллельными коленвалами, «двойной веер», ромбовидные, трехлучевые и некоторые другие.

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа, состоящий из четырёх отдельных тактов:

  1. впуска,
  2. сжатия заряда,
  3. рабочего хода и
  4. выпуска (выхлопа).

Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения . Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW , Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (СААБ), обладающие большей гибкостью характеристики.

Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ ) до 20-30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20-30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД . В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил , увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.

Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Фербенкс — Морзе, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20-30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах ХХ века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.

Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.

В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия . Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля , в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки(предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения(для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламениня топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).

См. также

  • Филипп Лебон — французский инженер , получивший в 1801 году патент на двигатель внутреннего сгорания со сжатием смеси газа и воздуха.
  • Роторный двигатель: конструкции и классификация
  • Роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

Примечания

Ссылки

  • Бен Найт «Увеличиваем пробег» //Статья о технологиях, которые уменьшают расход топлива автомобильным ДВС

Достаточно простые, несмотря на множество деталей, из которых он состоит. Рассмотрим это более подробно.

Общее устройство ДВС

Каждый из моторов имеет цилиндр и поршень. В первом происходит превращение тепловой энергии в механическую, которая способна вызвать движение автомобиля. Всего лишь за одну минуту этот процесс повторяется несколько сот раз, благодаря чему коленчатый вал, который выходит из мотора, вращается непрерывно.

Двигатель машины состоит из нескольких комплексов систем и механизмов, преобразующих энергию в механическую работу.

Ее базой являются:

Помимо этого, в нем работают следующие системы:

  • зажигания;

  • охлаждения;

Кривошипно-шатунный механизм

Благодаря ему возвратно-поступательное движение коленвала превращается во вращательное. Последнее передается всем системам легче, чем циклическое, тем более что конечным звеном передачи являются колеса. А они работают посредством вращения.

Если бы автомобиль не был колесным транспортным средством, то этот механизм для передвижения, возможно, не был бы необходимым. Однако в случае с машиной кривошипно-шатунная работа полностью оправдана.

Газораспределительный механизм

Благодаря ГРМ рабочая смесь или воздух поступает в цилиндры (в зависимости от особенностей образования смеси в моторе), затем удаляются отработавшие уже газы и продукты сгорания.

При этом обмен газов происходит в назначенное время в определенном количестве, организуясь с тактами и гарантируя качественную рабочую смесь, а также получение наибольшего эффекта от выделяемой теплоты.

Система питания

Смесь воздуха с топливом сгорает в цилиндрах. Рассматриваемая система регулирует их подачу в строгом количестве и пропорции. Бывает внешнее и внутреннее смесеобразование. В первом случае воздух и топливо перемешиваются вне цилиндра, а в другом — внутри него.

Систему питания с внешним образованием смеси имеет специальное устройство под названием карбюратор. В нем топливо распыляется в воздушной среде, а затем поступает в цилиндры.

Автомобиля с системой внутреннего смесеобразования называется инжекторным и дизельным. В них происходит заполнение цилиндров воздухом, куда впрыскивается топливо посредством специальных механизмов.

Система зажигания

Здесь происходит принудительное воспламенение рабочей смеси в моторе. Дизельным агрегатам это не нужно, так как у них процесс осуществляется через высокую воздуха, который становится фактически раскаленным.

В основном в двигателях применяется искровый электрический разряд. Однако, помимо этого, могут использоваться запальные трубки, которые воспламеняют рабочую смесь горящим веществом.

Она может поджигаться и другими способами. Но самым практичным на сегодняшний день продолжает оставаться электроискровая система.

Пуск

Данной системой достигается вращение коленвала мотора при запуске. Это необходимо для начала функционирования отдельных механизмов и самого двигателя в целом.

Для запуска в основном используется стартер. Благодаря ему, процесс осуществляется легко, надежно и быстро. Но возможен и вариант пневматического агрегата, который работает на запасе в ресиверах либо обеспеченного компрессором с электрическим приводом.

Самой простой системой является заводная рукоятка, через которую в моторе проворачивается коленвал и начинается работа всех механизмов и систем. Еще недавно все водители возили ее с собой. Однако ни о каком удобстве в этом случае речи быть не могло. Поэтому сегодня все обходятся без нее.

Охлаждение

В задачу этой системы входит поддержание определенной температуры работающего агрегата. Дело в том, что сгорание в цилиндрах смеси происходит с выделением теплоты. Узлы и детали мотора нагреваются, и им необходимо постоянно охлаждаться, чтобы работать в штатном режиме.

Наиболее распространенными являются жидкостная и воздушная системы.

Для того чтобы двигатель охлаждался постоянно, необходим теплообменник. В моторах с жидкостным вариантом его роль исполняет радиатор, который состоит из множества трубок для ее перемещения и отдачи тепла стенкам. Отвод еще больше увеличивается через вентилятор, который установлен рядом с радиатором.

В приборах с воздушным охлаждением используется оребрение поверхностей самых нагретых элементов, из-за чего площадь теплообмена существенно возрастает.

Эта система охлаждения является низкоэффективной, а поэтому на современных автомобилях она устанавливается редко. В основном ее используют на мотоциклах и на небольших ДВС, для которых не нужна тяжелая работа.

Система смазки

Смазывание деталей необходимо для сокращения потерь механической энергии, которая происходит в кривошипно-шатунном механизме и ГРМ. Помимо этого, процесс способствует уменьшению износа деталей и некоторому охлаждению.

Смазка в двигателях автомобилей в основном используется под давлением, когда масло подается через трубопроводы посредством насоса.

Некоторые элементы смазываются путем разбрызгивания или окунания в масло.

Двухтактные и четырехтактные моторы

Устройство двигателя автомобиля первого вида в настоящее время применяется в довольно узком диапазоне: на мопедах, недорогих мотоциклах, лодках и бензокосилках. Его недостатком является потеря рабочей смеси во время удаления выхлопных газов. Кроме этого, принудительная продувка и завышенные требования к термической устойчивости выхлопного клапана служат причиной роста цены мотора.

В четырехтактном двигателе указанных недостатков нет благодаря наличию газораспределительного механизма. Однако и в этой системе имеются свои проблемы. Наилучший режим работы мотора будет достигнут в очень узком диапазоне оборотов коленчатого вала.

Развитие технологий и появление электронных БУ позволило решить эту задачу. Во внутреннее устройство двигателя теперь входит электромагнитное управление, при помощи которого выбирается оптимальный режим газораспределения.

Принцип работы

ДВС работает следующим образом. После того как рабочая смесь попадает в камеру сгорания, она сжимается и воспламеняется от искры. При сжигании в цилиндре образуется сверхсильное давление, которое приводит в движение поршень. Он начинает продвигаться к нижней мертвой точке, что является третьим тактом (после впуска и сжатия), называющимся рабочим ходом. В это время благодаря поршню начинает вращаться коленвал. Поршень, в свою очередь, перемещаясь к верхней мертвой точке, выталкивает отработанные газы, что является четвертым тактом работы двигателя — выпуском.

Вся четырехтактная работа происходит довольно просто. Чтобы легче было понять как общее устройство двигателя автомобиля, так и его работу, удобно посмотреть видео, наглядно демонстрирующее функционирование мотора ДВС.

Тюнинг

Многие автовладельцы, привыкнув к своей машине, хотят получить от нее больше возможностей, чем она способна дать. Поэтому нередко для этого делают тюнинг двигателя, увеличивая его мощность. Это можно реализовать несколькими способами.

Например, известен чип-тюнинг, когда путем компьютерного перепрограммирования мотор настраивают на более динамичную работу. У этого способа есть как сторонники, так и противники.

Более традиционным методом является тюнинг двигателя, при котором осуществляются некоторые его переделки. Для этого производится замена с подходящими под него поршнями и шатунами; устанавливается турбина; проводятся сложные манипуляции с аэродинамикой и так далее.

Устройство двигателя автомобиля не такое уж сложное. Однако в связи с огромным количеством элементов, в него входящих, и необходимости согласования их между собой, для того чтобы любые переделки возымели желаемый результат, требуется высокий профессионализм того, кто их будет осуществлять. Поэтому, прежде чем решаться на это, стоит потратить усилия для поиска настоящего мастера своего дела.

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;
  • инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

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.

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.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

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.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

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 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.

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • 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 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.

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля , необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение .

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

А ты и твой автомобиль готовы к наступившей зиме? Современные гаджеты помогут с комфортом пережить зиму:

Штрафы за пересечение стоп-линии и превышение скорости больше не побеспокоят!

На чем работает двигатель внутреннего сгорания. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Обслуживание и ремонт двигателей внутреннего сгорания

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания
Данный принцип и цикличность называется «Цикл ОТТО»

смотрим…
Рядный двигатель внутреннего сгорания

V-образный двигатель внутреннего сгорания

Оппозитный двигатель внутреннего сгорания

Роторно поршневой двигатель внутреннего сгорания

Схема системы зажигания двигателя внутреннего сгорания


A. Провод к свече
B. Крышка трамблера
C. Бегунок
D. Высоковольтный провод катушки зажигания
E. Корпус трамблера
F. Кулачок трамблера
G. Датчик импульсов зажигания
H. Блок контроля зажигания
I. Катушка зажигания
J. Свечи

РОТОРНО ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ

Преимущества и недостатки современного РПД по сравнению с традиционными ДВС

Преимущества:
На 30 – 40% меньше деталей
Существенно меньше удельный вес. Компактная конструкция. Полная
уравновешенность масс. Отсутствие газораспределительного
механизма. Двигатель тяговит и очень эластичен, что позволяет реже
переключать передачи. Возможность легкой модернизации для
работы на водороде.

Недостатки:
В растянутой камере сгорания РПД трудно создать турбулентное
движение высокой интенсивности для быстрого и полного сгорания
горючей смеси, что ухудшает показатели экономичности двигателя и
усложняет борьбу с вредными выбросами. Невозможно создать
дизельный РПД. Больший расход масла (для смазки камеры сгорания)

1. Ротор вращается на продольном валу, вал имеет эксцентрик,
собственно на нём и крутится ротор, а шестеря присутствует для
передачи нужной фазы ротору при вращении на эксцентрике.
2. Вращение ротора на валу смазывается, в РПД есть масляный насос
и масляный поддон. Угловая поверхность ротора в камере сгорания
не смазывается, там применняется прокладочный материал из
тефлона, который несёт функцию уплотнения и скольжения, но на
боковые поверхности ротора подаётся масло, которое не избежно
попадает в камеру сгорания, по этому об экологичности РПД не может
идти речи…

ДВС с поршнем «Качели»

Разрезанный пополам поршень нового мотора наглядно показывает
одно из главных своих преимуществ. Синие вставки изображают
охлаждающую жидкость, которая поставляется в поршень через его
опорную ось

Технические термины

DOHC — Double Over-Head Camshaft (Два верхних Распределительных вала)
SOHC — Single Over-Head Camshaft (Один верхний Распределительный вал)
OHC — Over-Head Camshaft (Верхнее расположение Распределительного вала)
Twin Cam — Двойной Кулачёк — НЕ ДВА РАСПРЕДВАЛА!
(Если в двигателе применяется два клапана с единой и
одновременной функцией, на впуске горючей смеси или выпуске
отработанных газов, при этом, оба единофункциональных клапана,
одновременно приводятся в движение собственным кулачком
распредвала. Два клапана -«близнеца», плюс два однофазных
приводных кулачка распредвала и являются системой «TWIN CAM».
Данная система применяется только в двигателях с системой «DOHC»)

HETC — High Efficiency Twin Cam — (Двойной кулачёк с высоким КПД,
система Twin Cam с изменяемой фазой газораспределения)
Supercharger — Нагнетатель (компрессор Рутса, механический нагнетатель, который
имеет привод от коленчатого вала через приводной ремень.
Система увеличения мощности, без увеличения оборотов двигателя)
EFI — Electronic Fuel Injection — (электронный впрыск топлива)
GDI — Gasolin Direct Injection — (прямой впрыск бензина)
MPI — Multi Point Injection — (распределенный впрыск топлива)
Intercooler — Промежуточное охлаждение воздуха.
4WD — 4 Wheel Drive — (Привод на 4 колеса)
4WS — 4 Wheels Swivel — (4 поворотных колеса) Все 4 колеса управляются
при повороте, причем задние колеса на скорости до 35км/ч. поворачиваются
в противоположную передним сторону, а при большей скорости в ту же.
AWD — All Wheel Drive — (Все колёса ведущие)
FWD — Four Wheel Drive — (Четыре ведущих колеса)

GT (Gran Turismo)
Дословно переводится как «большое путешествие»
Автомобильный класс GT — это высокоскоростные автомобили, как
правило с 2-х или 4-х местным кузовом купе, предназначенные для
дорог общего пользования. Аббревиатура GT также является
обозначением гоночного класса в автомобильных соревнованиях.
Наблюдается также неверное расширительное толкование термина,
по которому в категорию GT относят все автомобили спортивного
облика.

GTi — Gran Turismo Iniezione (автомобиль оснащен впрыском)
GTR — Gran Turismo Racer
GTO — Gran Turismo Omologato (Автомобиль допущен для участия в гонках класса GT)
GTS — Gran Turismo Spider
GTB — Gran Turismo Berlinetta (купе с длинным капотом и мягко ниспадающей крышей)
GTV — Gran Turismo Veloce (Обозначение форсированных автомобилей класса GT)
GTT — Gran Turismo Turbo
GTE — Einspritzung German for fuel injection (это немецкий аналог индекса GTi)
GTA — Gran Turismo Alleggerita (Облегченный автомобиль класса GT)
GTAm modified lightened car (это аббревиатура модифицированного облегченного автомобиля класса GT)
GTC — Gran Turismo Compressore/Compact/Cabriolet/Coupe
GTD — Gran Turismo Diesel
HGT — High Gran Turismo

BEAMS (Breakthrough Engine with Advanced Mechanism System)
Новейший двигатель с усовершенствованной системой механизмов
BEAMS — это целое семейство (или поколение) двигателей
(абсолютно всех типов) с установленными механическими
газораспределительными механизмами с возможностью изменения
фаз любой конструкции: VVT, VTEC, MIVEC, Vanos или любых
других. BEAMS — это общий автомобильный термин, относящийся не
только к Toyota, но и к Subaru, BMW, Mercedes, Audi, Honda и прочим.
Следующее поколение двигателей было названо Dual BEAMS и
относилось к ДВС с установленными газораспределительными
механизмами VVT-i, iVTEC, Double Vanos, Bi-Vanos и прочими с
дополнительным электронным управлением, кроме механического
привода.

CVVT (Continuous variable valve timin)
Система изменения фаз газораспределения
Alfa Romeo — Double continuous variable valve timing. CVVT используется на впуске и выпуск
BMW — VANOS/ Double VANOS. Впервы была применена в 1993 году для BMW 3-й и 5-й серий
PSA Peugeot Citro?n — Continuous variable valve timing (CVVT)
Chrysler — dual Variable Valve Timing (dual VVT)
Daihatsu — Dynamic variable valve timing (DVVT)
General Motors — Continuous variable valve timing (CVVT)
Honda — i-VTEC = VTEC. Впервые была применена в 1990 году на автомобилях Civic и CRX
Hyundai — Continuous variable valve timing (CVVT) — дебютировала в двигателе 2.0 L Beta I4
в 2005 в автомобиле «Elantra» и «Kia Spectra», также была применена
в новом двигателе (Alpha II DOHC) в 2006 для автомобилей «Accent\Verna» , «Tiburon» и «Kia cee’d»
MG Rover — Variable Valve Control (VVC)
Mitsubishi — Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control (MIVEC). Впервые применена в 1992 году в двигателе 4G92
Nissan — Continuous Variable Valve Timing Control System (CVTCS)
Toyota — Variable Valve Timing with intelligence (VVT-i), Variable Valve Timing with Lift and Intelligence (VVTL-i)
Volvo — Continuous variable valve timing (CVVT)

ДВС с вращающимся цилиндром, выполняющим
функцию впускного и выпускного клапана.



четырёхтактный двигатель, в котором нет привычных клапанов и
всей системы их привода. Вместо них британцы заставили работать
распределителем газов сам рабочий цилиндр двигателя, который в
моторах RCV вращается вокруг своей оси. Поршень при этом
совершает точно те же движения, что и раньше. А вот стенки
цилиндра вращаются вокруг поршня (цилиндр закреплён внутри
мотора на двух подшипниках). С края цилиндра устроен патрубок,
который попеременно открывается к впускному или выпускному
окну. Предусмотрено тут и скользящее уплотнение, работающее
аналогично поршневым кольцам – оно позволяет цилиндру
расширяться при нагревании, не теряя герметичность. Приводят
цилиндр во вращение всего три шестерёнки: одна на цилиндре, одна
на коленчатом валу и одна – промежуточная. Естественно, скорость
вращения цилиндра – вдвое меньше оборотов коленвала.

Ключевая деталь привода вращения цилиндра – промежуточная
комбинированная шестерня.

Двухтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырехтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки, с помощью вспомогательного агрегата — продувочного насоса.
В связи с тем, что в двухтактном двигателе, при равном количестве цилиндров и числе оборотов коленчатого вала, рабочие ходы происходят вдвое чаще, литровая мощность двухтактных двигателей выше, чем четырехтактных — теоретически в два раза, на практике в 1,5-1,7 раза, так как часть полезного хода поршня занимают процессы газообмена, а сам газообмен менее совершенный, чем у четырехтактных двигателей.
В отличие от четырехтактных двигателей, где вытеснение отработавших газов и всасывание свежей смеси осуществляется самим поршнем, в двухтактных двигателях газообмен выполняется за счет подачи в цилиндр рабочей смеси или воздуха (в дизелях) под давлением, создаваемым продувочным насосом, а сам процесс газообмена получил название — продувка. В процессе продувки, свежий воздух (смесь) вытесняет продукты сгорания из цилиндра в выпускные органы, занимая их место.
По способу организации движения потоков продувочного воздуха (смеси), различают двухтактные двигатели с контурной и прямоточной продувкой.

Двигатель внутреннего сгорания – это такой тип мотора, у которого топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних носителях. ДВС преобразует давление от сгорания топлива в механическую работу.

Из истории

Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

В этом двигателе уже было искровое зажигание, он был шатунный, с поршневой системой, то есть, это своего рода прообраз современных моторов.

Спустя 57 лет соотечественник де Риваза Этьен Ленуар изобрел уже двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, наличествовал искровым зажиганием и работал на смеси светильного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время хватало уже на малогабаритные лодки.

Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого стал уже четырехтактный атмосферный мотор с вертикальным цилиндром. КПД в данном случае увеличился на 11%, в отличие от кпд двигателя внутреннего сгорания Риваза, он стал 15-процентным.

Чуть позже, в 80-х годах этого же столетия, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Даймлер и Майбах усовершенствовали его в облегченный вид, который стал устанавливаться на мото- и автотехнике.

В 1897 году Рудольф Дизель выводит в свет ДВС по типу воспламенения от сжатия, используя нефть в качестве топлива. Этот вид двигателя стал родоначальником дизельных моторов, использующихся по настоящее время.

Виды двигателей

  • Бензиновые моторы карбюраторного типа работают от топлива, смешанного с воздухом. Смесь эта предварительно подготавливается в карбюраторе, далее поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи зажигания.
  • Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается напрямую от форсунок во впускной коллектор. У этого вида имеются две системы впрыска – моновпрыск и распределенный впрыск.
  • В дизельном моторе воспламенение происходит без свечей зажигания. В цилиндре данной системы находится воздух, разогретый до температуры, которая превышает температуру воспламенения топлива. В этот воздух через форсунку подается топливо, и вся смесь воспламеняется по образу факела.
  • Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливом может являться как природный газ, так и углеводородный. Газ поступает в редуктор, где давление его стабилизируется в рабочее. Затем попадает в смеситель, а в итоге воспламеняется в цилиндре.
  • Газодизельные ДВС работают по принципу газовых, только в отличие от них, смесь воспламеняется не свечой, а дизельным топливом, впрыск которого происходит также, как и у обычного дизельного мотора.
  • Роторно-поршневые типы двигателей внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере, имеющей форму восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно усвоить, что в данном случае ротор выполняет роль поршня, ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. При одном обороте происходит сразу три рабочих цикла, что сравнимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

Принцип работы

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза – вверх и вниз одинаково по два.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

  1. Первый такт – поршень при движении вниз втягивает топливную смесь. При этом клапан впуска находится в открытом виде.
  2. После достижения поршнем нижнего уровня, он двигается вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы двигателя внутреннего сгорания, является вторым по счету. Клапаны, при этом, находятся в закрытом виде, и чем плотнее, тем качественнее происходит сжатие.
  3. В третий такт включается система зажигания, так как здесь происходит воспламенение топливной смеси. В назначении работы двигателя он называется «рабочим», так как при этом начинается процесс привода в работу агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает движение вниз. Как и во втором такте, клапаны находятся в закрытом состоянии.
  4. Завершающий такт – четвертый, выпускной, который дает понять, что такое завершение полного цикла. Поршень через выпускной клапан избавляется от отработавших газов цилиндра. Затем все циклически повторяется снова, понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представив цикличность работы часов.

Устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).

Порядок работы

  • При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
  • Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.

Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.

Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.

Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленвала.

Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.

Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные агрегаты

Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

Тип топлива

Следует помнить и об октановом числе топлива, которое используют двигатели внутреннего сгорания разных типов.

Чем выше октановое число топлива – тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Но существуют и такие двигатели, для которых увеличение октанового числа выше положенного заводом изготовителем, приведет к преждевременной поломке. Это может произойти путем прогорания поршней, разрушения колец, закопченности камер сгорания.

Заводом предусмотрено свое минимальное и максимальное октановое число, которое требует двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Любители увеличить мощность работы двигателей внутреннего сгорания зачастую устанавливают (если это не предусмотрено заводом изготовителем) различного рода турбины или компрессоры.

Компрессор на холостых оборотах выдает небольшую мощность, при этом держит стабильные обороты. Турбина же, наоборот, выжимает максимальную мощность при ее включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации с мастерами, имеющими опыт работы в узком направлении, поскольку ремонт, замена агрегатов, или же дополнение двигателя внутреннего сгорания дополнительными опциями – это отклонение от назначения работы двигателя и уменьшают ресурс ДВС, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть навсегда окончена.

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля , необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение .

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

А ты и твой автомобиль готовы к наступившей зиме? Современные гаджеты помогут с комфортом пережить зиму:

Штрафы за пересечение стоп-линии и превышение скорости больше не побеспокоят!

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;
  • инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

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.

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.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

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.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

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 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.

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • 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 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.

Хотим отметить, что если вы нуждаетесь в каких либо автозапчастях для своего автомобиля , то наш интернет-сервис будет рад предложить вам их по самым низким ценам. Все, что вам нужно, это зайти в меню » » и заполнить форму, либо ввести название запчасти в верхнем правом окошке данной страницы, после этого на вас выйдут наши менеджеры и предложат лучшие цены, каких вы еще видом не видывали и слыхом не слыхивали! Теперь к главному.

Итак, все мы знаем, что самой важной частью машины является маэстро двигатель. Основной целью работы двигателя является преобразование бензина в движущую силу. В настоящее время, самым простым способом заставить автомобиль двигаться, является сжигание бензина внутри двигателя. Именно поэтому двигатель автомобиля называется двигателем внутреннего сгорания .

Две вещи, которые следует запомнить:

Существуют различные двигатели внутреннего сгорания. Например, дизельный двигатель отличается от бензинового. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Существует такая вещь, как двигатель внешнего сгорания. Лучшим примером такого двигателя является паровой двигатель парохода. Топливо (уголь, дерево, масло) сгорает вне двигателя, образовывая пар, который и является движущей силой. Двигатель внутреннего сгорания является гораздо более эффективным (требуется меньше топлива на километр пути). К тому же он намного меньше эквивалентного двигателя внешнего сгорания. Это объясняет тот факт, почему мы не видим на улицах автомобили с паровыми движками.

Принцип, лежащий в основе работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания : если вы поместите небольшое количество высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшое замкнутое пространство, и зажжете его, то при сгорании в виде газа высвобождается невероятное количество энергии. Если создать непрерывный цикл маленьких взрывов, скорость которых будет, например, сто раз в минуту, и пустить получаемую энергию в правильное русло, то мы получим основу работы двигателя.

Сейчас почти все автомобили используют так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования бензина в движущую силу четырех колесного друга. Четырехтактный подход также известен как цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867 году. К четырем тактам относятся:

  1. Такт впуска.
  2. Такт сжатия.
  3. Такт горения.
  4. Такт выведения продуктов сгорания.

Устройство под названием поршень, выполняющее одну из основных функций в двигателе, своеобразно заменяет картофельный снаряд в картофельной пушке. Поршень соединен с коленчатым валом шатуном. Как только коленчатый вал начинает вращение, происходит эффект «разряда пушки». Вот что происходит, когда двигатель проходит один цикл:

Ø Поршень находится сверху, затем открывается впускной клапан и поршень опускается, при этом двигатель набирает полный цилиндр воздуха и бензина. Это такт называется тактом впуска. Для начала работы достаточно смешать воздух с небольшой каплей бензина.

Ø Затем поршень движется обратно и сжимает смесь воздуха и бензина. Сжатие делает взрыв более мощным.

Ø Когда поршень достигает верхней точки, свеча испускает искры, чтобы зажечь бензин. В цилиндре происходит взрыв бензинового заряда, что заставляет поршень опуститься вниз.

Ø Как только поршень достигает дна, открывается выхлопной клапан, и продукты сгорания выводятся из цилиндра через выхлопную трубу.

Теперь двигатель готов к следующему такту и цикл повторяется снова и снова.

Теперь давайте рассмотрим все части двигателя, работа которых взаимосвязана. Начнем с цилиндров.

Основные составные части двигателя благодаря которым он работает

Осноова двигателя — это цилиндр , в котором вверх-вниз перемещается поршень. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Это характерно для большинства газонокосилок, но большинство автомобилей имеет более чем один цилиндр (как правило, четыре, шесть и восемь). В многоцилиндровых моторах цилиндры обычно размещаются тремя способами: в один ряд, V-образным способом и плоским способом (также известный как горизонтально-оппозитный).

Разные конфигурации имеют разные преимущества и недостатки с точки зрения гладкости, производственных затрат и характеристик формы. Эти преимущества и недостатки делают их более или менее подходящими к разным видам транспортных средств.

Давайте более подробно рассмотрим некоторые ключевые детали двигателя.

Свечи зажигания

Свечи зажигания обеспечивают искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Искра должна возникнуть в правильный момент для безотказной работы двигателя.

Клапаны

Впускные и выпускные клапаны открываются в определенный момент для того чтобы впустить воздух и топливо и выпустить продукты сгорания. Следует обратить внимание на то, что оба клапана закрыты в момент сжатия и сгорания, обеспечивая герметичность камеры сгорания.

Поршень

Поршень — это цилиндрический кусок металла, который движется вверх-вниз внутри цилиндра двигателя.

Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают герметичность между скользящим внешним краем поршня и внутренней поверхностью цилиндра. Кольца имеют два назначения:

  • Во время тактов сжатия и сгорания они предотвращают утечку воздушно-топливной смеси и выхлопных газов из камеры сгорания
  • Они не позволяют маслу попасть в зону сгорания, где оно будет уничтожено.

Если ваш автомобиль начинает «подъедать масло» и вам приходиться подливать его каждые 1000 километров, значит двигатель автомобиля довольно старый и поршневые кольца в нем сильно изношены. Как следствие они не могут обеспечивать герметичность на должном уровне. А это значит, вам нужно озадачиться вопросом, ибо покупка нового движка кропотливое и ответственное дело.

Шатун

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Он может вращаться в разные стороны и с обоих концов, т.к. и поршень и коленчатый вал находятся в движении.

Коленчатый вал

Круговыми движениями коленчатый вал заставляет поршень двигаться вверх-вниз.

Маслосборник

Маслосборник окружает коленчатый вал. Он содержит некоторое количество масла, которое собирается в нижней его части (в масляном поддоне).

Основные причины неполадок и перебоев в машине и двигателе

Одним прекрасным утром вы можете сесть в свой автомобиль и осознать, что утро не так уж и прекрасно… Автомобиль не заводится, мотор не работает. Что может быть причиной этому. Теперь, когда мы разобрались в работе двигателя, вы можете понять, что может стать причиной его поломки. Существует три основных причины: плохая топливная смесь, отсутствие сжатия или отсутствие искры. Кроме того тысячи мелочей могут стать причиной его неисправности, но эти три образуют «большую тройку». Мы рассмотрим, как эти причины влияют на работу мотора на примере совсем простого двигателя, который мы уже обсуждали ранее.

Плохая топливная смесь

Данная проблема может возникнуть в следующих случаях:

· У вас закончился бензин и в автодвигатель поступает только воздух, чего не достаточно для сгорания.

· Могут быть забиты воздухозаборники, и в движок просто не поступает воздух, который крайне необходим для такта сгорания.

· Топливная система может поставлять слишком мало или слишком много топлива в смесь, а это означает, что горение не происходит должным образом.

· В топливе могут быть примеси (например, вода в бензобаке), которые препятствуют горению топлива.

Отсутствие сжатия

Если топливная смесь не может быть сжата должным образом, то и не будет надлежащего процесса сгорания обеспечивающего работу машины. Отсутствие сжатия может возникнуть по следующим причинам:

· Поршневые кольца двигателя изношены, поэтому воздушно-топливная смесь просачивается между стенкой цилиндра и поверхностью поршня.

· Один из клапанов неплотно закрывается, что, опять-таки, позволяет смеси вытекать.

· В цилиндре есть отверстие.

В большинстве случаев «дырки» в цилиндре появляются в том месте, где верхушка цилиндра присоединяется к самому цилиндру. Как правило, между цилиндром и головкой цилиндра есть тонкая прокладка, которая обеспечивает герметичность конструкции. Если прокладка ломается, то между головкой цилиндра и самим цилиндром образуются отверстия, которые также становятся причиной утечки.

Отсутствие искры

Искра может быть слабой или вообще отсутствовать по нескольким причинам:

  • Если свеча зажигания или провод, идущий к ней, изношены, то искра будет довольно слабой.
  • Если провод перерезан или отсутствует вообще, если система, посылающая искры вниз по проводу не работает должным образом, то искры не будет.
  • Если искра приходит в цикл слишком рано, или же слишком поздно, топливо не сможет воспламениться в нужный момент, что соответственно влияет на стабильную работу мотора.

Возможны и другие проблемы с двигателем. Например:

  • Если разряжен, то двигатель не сможет сделать ни одного оборота, соответсвенно вы не сможете завести автомобиль.
  • Если подшипники, которые позволяют свободно вращаться коленчатому валу, изношены, коленчатый вал не сможет провернуться и запустить двигатель.
  • Если клапаны не будут закрываться или открываться в необходимый момент цикла, то работа двигателя будет невозможна.
  • Если в автомобиле закончилось масло, поршни не смогут свободно двигаться в цилиндре, и двигатель застопорится.

В правильно работающем двигателе вышеописанные проблемы быть не могут. Если же они появились, ждите беды.

Как видите, в моторе автомобиля есть ряд систем, которые помогают ему выполнять главную задачу — преобразовывать топливо в движущую силу.

Клапанный механизм двигателя и система зажигания

Большинство подсистем автомобильного мотора могут быть внедрены по средствам различных технологий, и более совершенные технологии могут улучшить эффективность работы двигателя. Давайте рассмотрим эти подсистемы, используемые в современных автомобилях. Начнем с клапанного механизма. Он состоит из клапанов и механизмов, которые открывают и закрывают проход топливным отходам. Система открытия и закрытия клапанов называется валом. На распределительном валу имеются выступы, которые и перемещают клапаны вверх и вниз.

Большинство современных движков имеют так называемые накладные кулачки. Это означает, что вал расположен над клапанами. Кулачки вала воздействуют на клапаны непосредственно или через очень короткие связующие звенья. Эта система настроена так, что клапаны находятся в синхронизации с поршнями. Многие высокоэффективные двигатели имеют по четыре клапана на один цилиндр — два на вход воздуха и два на выход продуктов сгорания, и такие механизмы требуют два распределительных вала на один блок цилиндров.

Система зажигания производит высоковольтный заряд и передает его на свечи зажигания при помощи проводов. Сначала заряд поступает в распределитель, который вы можете с легкостью найти под капотом большинства легковых автомобилей. В центр распределителя подключен один провод, а из него выходит четыре, шесть или восемь других проводов (в зависимости от количества цилиндров в двигателе). Эти провода посылают заряд на каждую свечу зажигания. Работа двигателя настроена так, что за один раз только один цилиндр получает заряд от распределителя, что гарантирует максимально плавную работу мотора.

Система зажигания двигателя, охлаждения и набора воздуха

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует вокруг цилиндров по специальным проходам, потом, для охлаждения, она поступает в радиатор. В редких случаях двигатели автомобиля оснащены воздушной системой автомобиля. Это делает двигатели легче, но охлаждение при этом менее эффективное. Как правило, двигатели с таким видом охлаждения, имеют меньший срок службы и меньшую производительность.

Теперь вы знаете, как и почему мотор вашей машины охлаждается. Но почему же тогда так важна циркуляция воздуха? Существуют автомобильные двигателя с наддувом — это означает, что воздух проходит через воздушные фильтры и попадает непосредственно в цилиндры. Для увеличения производительности некоторые двигатели оснащены турбонаддувом, а это значит, что воздух, который поступает в двигатель, уже находится под давлением, следовательно, в цилиндр может быть втиснуто больше воздушно-топливной смеси.

Повышение производительности автомобиля — это круто, но что же происходит на самом деле, когда вы проворачиваете ключ в замке зажигания и запускаете автомобиль? Система зажигания состоит из электромотора, или стартера, и соленоида. Когда вы проворачиваете ключ в замке зажигания, стартер вращает двигатель на несколько оборотов для того чтобы начался процесс сгорания топлива. Требуется действительно мощный мотор, чтобы запустить холодный двигатель. Так как запуск двигателя требует много энергии, сотни ампер должны поступить в стартер для его запуска. Соленоид является тем переключателем, который может справиться с таким мощным потоком электричества, и когда вы проворачиваете ключ зажигания, активируется именно соленоид, который, в свою очередь, запускает стартер.

Смазочные жидкости двигателя, топливная, выхлопная и электрические системы

Когда дело доходит до ежедневного использования автомобиля, первое, о чем вы заботитесь это наличие бензина в бензобаке. Каким образом этот бензин приводит в действие цилиндры? Топливная система двигателя выкачивает бензин из бензобака и смешивает его с воздухом таким образом, чтобы в цилиндр поступила правильная воздушно-бензиновая смесь. Топливо подается тремя распространенными способами: смесеобразованием, впрыском через топливный порт и прямым впрыском.

При смесеобразовании, прибор под названием карбюратор, добавляет бензин в воздух, как только воздух попадает в двигатель.

В инжекторном движке топливо впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо через впускной клапан (впрыск через топливный порт), либо непосредственно в цилиндр (прямой впрыск).

Масло также играет важную роль в двигателе. Смазочная система гарантирует, что в каждую из движущихся частей двигателя поступает масло для плавной работы. Поршни и подшипники (которые позволяют свободно вращаться коленчатому и распределительному валу) — основные части, которые имеют повышенную потребность масла. В большинстве автомобилей, масло засасывается через масляный насос и маслосборника, проходит через фильтр, чтобы очиститься от песка, затем, под высоким давлением впрыскивается в подшипники и на стенки цилиндра. Далее масло стекает в маслосборник, и цикл повторяется снова.

Теперь вы знаете немного больше о тех вещах, которые поступают в двигатель вашего автомобиля. Но давайте поговорим и том, что выходит из него. Выхлопная система. Она крайне проста и состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если бы не было глушителя, вы бы слышали звук всех тех мини-взрывов, которые происходят в двигателе. Глушитель гасит звук, а выхлопная труба выводит продукты сгорания из автомобиля.

Теперь поговорим об электрической системе автомобиля, которая тоже приводит его в действие. Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора переменного тока. Генератор переменного тока подключен проводами к двигателю и вырабатывает электроэнергию, необходимую для подзарядки аккумулятора. В свою очередь, аккумулятор предоставляет электроэнергию всем системам автомобиля, которые в ней нуждаются.

Теперь вы знаете все о главных подсистемах двигателя. Давайте рассмотрим, каким способом вы можете увеличить мощность двигателя своего автомобиля.

Как увеличить производительность двигателя и улучшить его работу?

Используя всю вышеприведенную информацию, вы, должно быть, обратили внимание на то, что есть возможность заставить двигатель работать лучше. Производители автомобилей постоянно играют с этими системами с одной лишь целью: сделать двигатель более мощным и сократить расход топлива.

Увеличение объема двигателя. Чем больше объем двигателя, тем больше его мощность, т.к. за каждый оборот двигатель сжигает больше топлива. Увеличение объема двигателя происходит за счет увеличения либо самих цилиндров, либо их количества. В настоящее время 12 цилиндров — это предел.

Увеличение степени сжатия. До определенного момента, высшая степень сжатия производит больше энергии. Однако, чем больше вы сжимаете воздушно-топливную смесь, тем выше вероятность того, что она воспламенится раньше, чем свеча зажигания даст искру. Чем выше октановое число бензина, тем меньше вероятность преждевременного воспламенения. Именно поэтому высокопроизводительные автомобили нужно заправлять высокооктановым бензином, так как двигатели таких машин используют очень высокий коэффициент сжатия для получения большей мощности.

Большее наполнение цилиндра. Если в цилиндр определенного размера можно втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива), то вы сможете получить больше энергии от каждого цилиндра. Турбонаддувы и наддувы нагнетают давление воздуха и эффективно вталкивают его в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха. Сжатие воздуха повышает его температуру. Тем не менее, хотелось бы иметь как можно более холодный воздух в цилиндре, т.к. чем выше температура воздуха, тем он расширяется при горении. Поэтому многие системы турбонаддува и наддува имеют интеркулер. Интеркулер — это радиатор, через который проходит сжатый воздух и охлаждается, прежде чем попасть в цилиндр.

Сделать меньшим вес деталей. Чем легче часть двигателя, тем лучше он работает. Каждый раз, когда поршень меняет направление, он тратит энергию на остановку. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет.

Впрыск топлива. Система впрыска топлива позволяет очень точное дозирование топлива, которое поступает в каждый цилиндр. Это повышает производительность двигателя и существенно экономит топливо.

Теперь вы знаете практически все о том, как работает двигатель автомобиля, а также причины основных неполадок и перебоев в машине. Напоминаем, что если после прочтения данной статьи вы почувствовали, что ваша машина требует обновления каких либо автодеталей, то рекомендуем заказать и купить их через наш интернет-сервис заполнив форму запроса в меню » «, либо заполнив название запчасти в правом верхнем окошке данной страницы. Надеемся, что наша статья о том, как работает двигатель автомобиля? А также основные причины неполадок и перебоев в машине поможет вам совершить правильную покупку.

Конспект урока и презентация «Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)» (8 класс)

Конспект урока физики в8 кл. к учебнику А.В. Перышкина

«Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)»

Подготовила: Колтовская В.В

Учитель физики МОУ СОШ № 34

Воронеж, 2010

«Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)»

Цель урока: Ознакомиться с устройством и принципом работы ДВС.

Задачи учителя:

  1. познакомить с устройством ДВС и принципом его работы;

  2. научить применять полученные теоретические знания в конкретных ситуациях;

  3. развитие самостоятельности учащихся в процессе индивидуальной работы, воспитание взаимопомощи, формирование научного мировоззрения.

Хронометраж:

Время

Этап урока

Деятельность учащихся

1 мин

Орг.момент

Записывают тему урока, слушают цель урока

5 мин

Актуализация знаний

Смотрят опыт и отвечают на вопросы

4 мин

Основная часть

Слушают и смотрят презентацию

7 мин

Первичная проверка усвоения знаний и первичное закрепление

Самостоятельное заполнение таблицы на фоне действующей модели ДВС, взаимопроверка, работа в группах.

1 мин

Домашнее задание

Записывают задания в тетрадь

2 мин

Подведение итогов

Говорят что нового узнали и чему научились

Оборудование: средства ИКТ, модель ДВС, презентация темы в электронном виде, набор для эксперимента.

Описание хода урока:

Орг. момент, мотивация

Представьте, что вы находитесь на улице. Что вы видите вокруг себя? А вокруг столько автомобилей! Что у них общего? (наличие двигателя)

Вот и тема нашего урока ДВС. Запишите в рабочих тетрадях тему урока. Сегодня на уроке мы должны будем познакомиться с устройством ДВС и уяснить принцип его действия.

Актуализация знаний

А как все начиналось?

(Показ пожара.) С давних времен стихия огня устрашала, завораживала и манила человека. Необходимо было ее усмирить. Начало этому положил наш соотечественник Иван Ползунов. Это произошло в России, на одной из отдаленных ее окраин — Алтае, где в то время работал гениальный русский изобретатель, солдатский сын Иван Ползунов. Ползунов построил свою «огнедействующую машину» на одном из Барнаульских заводов. Это изобретение было делом его жизни и, можно сказать, стоило ему жизни, В апреле 1763 года Ползунов заканчивает расчеты и подает проект на рассмотрение. В отличие от паровых насосов Севери и Ньюкомена, о которых Ползунов знал, и недостатки которых ясно осознавал, это был проект универсальной машины непрерывного действия. Машина предназначалась для воздуходувных мехов, нагнетающих воздух в плавильные печи. Главной ее особенностью было то, что рабочий вал качался непрерывно, без холостых пауз.

А в основе такой машины лежит простой опыт: в пробирку нальем немного воды, затем плотно закроем ее пробкой и нагреем воду до кипения. Под давлением пара пробка выскочит и поднимется вверх. Это самый элементарный тепловой двигатель. Давайте вместе ответим на следующие вопросы:

Что делали?

Нагревали воду

Что наблюдали?

Кипение воды и вылет пробки

Как объяснить?

Пар, образовавшийся при кипении совершил работу

— Давайте вспомним определение тепловых двигателей.

(Тепловые двигатели — машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.)

— А какое превращение энергии произошло в нашем опыте?

(Внутренняя энергия пара кинетическую энергию пробки.)

Но это только начальное и конечное звенья превращения энергии.

Дома вам нужно будет восстановить все звенья превращения энергии.

Когда вы готовились к уроку вы увидели богатый исторический материал. Но о чем-то учебники все же умолчали. Предлагаю желающим к следующему занятию подготовить доклады по следующим темам:

1. Дени Папен – «мученик науки»
2. Иван Ползунов – «муж, делающий истинную честь своему отечеству»
3. Джеймс Уатт – «вдохновитель паровой революции»

Основная часть

А теперь переходим к главному

Двигатель внутреннего сгорания – очень распространенный вид теплового двигателя. Топливо (бензин, керосин или горючий газ) в нем сгорает прямо в нутрии самого двигателя. Отсюда и такое название — ДВС.

(модель двигателя в разрезе)

Устройство: цилиндр, поршень, 2 клапана (впуска и выпуска), свеча. Крайние нижнее и верхнее положения поршня называются мертвыми точками.

Рабочий цикл в двигателях внутреннего сгорания состоит из 4 процессов(тактов): впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.

1. впуск

В процессе впуска поршень перемещается от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), при этом открывается впускной клапан, и в цилиндр поступает свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие.

Оба клапана закрыты, поршень, перемещаясь от н.м.т. к в.м.т. сжимает рабочую смесь (в общем случае рабочее тело).

При этом значительно возрастает температура смеси.


3. Рабочий ход.

В конце сжатия топливовоздушная

смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Топливо сгорает, и образованные горячие газы расширяются и толкают поршень вниз.


4. Выпуск.

Поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через открывающийся к этому времени выпускной клапан, выталкивает отработанные газы из цилиндра в атмосферу.

Непрерывность работы двигателя обеспечивается последующим повторением рабочих циклов.

Первичная проверка усвоения знаний и первичное закрепление

А теперь каждый и вас самостоятельно заполнит таблицу № 2.

Поршень может двигаться вверх или вниз.

Клапаны либо открыты, либо закрыты.

И самые сложные процессы происходят с горючей смесью. Она входит в цилиндр; сжимается и воспламеняется; образованные горячие газы двигают поршень; выбрасываются в атмосферу.

I такт

II такт

III такт

IV такт

движение поршня

вниз

вверх

вниз

вверх

впускной клапан

открыт

закрыт

закрыт

закрыт

рабочее

тело

горючая смесь входит в цилиндр

Горючая смесь сжимается и воспламеняется

Образованные горячие газы двигают поршень

Отработанные газы выбрасываются в атмосферу

выпускной клапан

закрыт

закрыт

закрыт

открыт

Поменяйтесь с соседом тетрадями и проверьте друг друга.

Кто не ошибся, поднимите руку. Молодцы! Вам сегодня за урок по пятерке.

Задания для групповой работы.

1 группа-аналитики. Что такое мертвые точки и какое явление способствует выводу поршня из этих точек? (крайние положения поршня, явление инерции)

2 –экологи: Почему человек обижен на автомобиль и почему зол на него?

(много труда, а КПД двигателя автомобиля маленький, загрязняет окружающую среду)

3- практики: Какие такты работы двигателя внутреннего сгорания изображены на рисунках? (рабочий ход, сжатие)

По способу осуществления рабочего цикла ДВС бывают:

четырехтактные

— двухтактные.

Как вы думаете, какой из тактов должен обязательно присутствовать в двухтактном ДВС?


(В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала.

При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение.)

Интересно, как поступает горючая смесь в цилиндр и как удаляются отработанные газы в двухтактном двигателе? Найти ответ на этот вопрос и есть ваше основное домашнее задание.

Домашнее задание:

1)Письменно ответить на вопрос: Как поступает горючая смесь в цилиндр и как удаляются отработанные газы в двухтактном двигателе?

2) восстановить все звенья превращения внутренней энергии в механическую.

3) Для желающих — подготовить доклады по следующим темам:

1. Дени Папен – «мученик науки»
2. Иван Ползунов – «муж, делающий истинную честь своему отечеству»
3. Джеймс Уатт – «вдохновитель паровой революции»

Подведение итогов

И так сегодня на уроке вы ознакомились с устройством и принципом работы ДВС.

Но главное, вы должны понять: Тепловые двигатели – ещё одно доказательство неизбежности применения всех открытий в физике в повседневной жизни человека.

Физика наука о природе, а человек часть природы.

Двигатель внутреннего сгорания секционный с описанием. Схема устройства и принцип работы

Это вводная часть серии статей, посвященных двигателю внутреннего сгорания , которые представляют собой краткий экскурс в историю развития двигателя внутреннего сгорания. Также в статье будут затронуты первые автомобили.

В следующих разделах подробно описаны различные ДВС:

Шатун-поршень
Роторный
Турбореактивный
Реактивный

Двигатель был установлен на лодке, которая смогла подняться вверх по реке Сона.Спустя год после тестирования братья получили патент на свое изобретение, подписанный Наполеоном Бонопаром, сроком на 10 лет.

Этот двигатель правильнее было бы назвать реактивным, так как его работа заключалась в выталкивании воды из трубы под днищем лодки …

Двигатель состоял из камеры зажигания и камеры сгорания, сильфона для нагнетания воздуха, ТРК и запального устройства. Топливом для двигателя служила угольная пыль.

Сильфон нагнетал поток воздуха, смешанного с угольной пылью, в камеру зажигания, где тлеющий фитиль воспламенил смесь.После этого частично воспламененная смесь (угольная пыль горит сравнительно медленно) поступала в камеру сгорания, где полностью выгорала и расширялась.
Далее давление газов выталкивало воду из выхлопной трубы, что заставляло лодку двигаться, после чего цикл повторялся.
Двигатель работал в импульсном режиме с частотой ~ 12 а / мин.

Через некоторое время братья улучшили топливо, добавив в него смолу, а позже заменили его маслом и разработали простую систему впрыска.
В течение следующих десяти лет проект не получил развития. Клод отправился в Англию, чтобы продвигать идею двигателя, но потратил все деньги и ничего не добился, а Джозеф занялся фотографией и стал автором первой в мире фотографии «Вид из окна».

Во Франции, в доме-музее Ньепса, находится точная копия «Пиреолофора».

Чуть позже де Рива поставил свой двигатель на четырехколесное транспортное средство, которое, по мнению историков, было первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.

Об Алессандро Вольта

Volta была первой, кто поместил цинковые и медные пластины в кислоту для получения постоянного электрического тока, создав первый в мире химический источник тока («Вольтовский столб») .

В 1776 году Вольта изобрел газовый пистолет, «пистолет Вольта», в котором газ вырывался от электрической искры.

В 1800 году он построил химическую батарею, которая позволила получать электричество посредством химических реакций.

Единица измерения электрического напряжения носит имя Вольта — Вольт.


A — цилиндр, B — «свеча зажигания, C — поршень, D -« баллон »с водородом, E — трещотка, F — клапан сброса выхлопных газов, G — ручка для управления клапанами.

Водород хранился в «баллоне», соединенном трубкой с цилиндром. Подача топлива и воздуха, а также зажигание смеси и выпуск выхлопных газов. газы, проводились вручную, с помощью рычагов.

Принцип действия:

Воздух поступал в камеру сгорания через выпускной клапан выхлопных газов.
Клапан закрывался.
Открыт кран подачи водорода из шара.
Кран закрывался.
При нажатии кнопки на «свечу» подавался электрический разряд.
Смесь вспыхнула и поршень поднялся.
Открывался выпускной клапан выхлопных газов.
Поршень упал под собственным весом (он был тяжелым) и потянул за трос, который проворачивал колеса через блок.

После этого цикл был повторен.

В 1813 году де Рива построил еще один автомобиль. Это была повозка длиной около шести метров, с колесами двухметрового диаметра и весом почти в тонну.
Автомобиль был способен проехать 26 метров с грузом камней (около 700 фунтов) и четырьмя людьми со скоростью 3 км / ч.
За каждый цикл машина двигалась на 4-6 метров.

Немногие из его современников восприняли это изобретение всерьез, и Французская академия наук утверждала, что двигатель внутреннего сгорания никогда не будет конкурировать по своим характеристикам с паровым двигателем.

В 1833 году американский изобретатель Лемюэль Веллман Райт зарегистрировал патент на двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением.
(см. Ниже) в своей книге «Газовые и нефтяные двигатели» писал о двигателе Райта следующее:

«Чертеж двигателя очень функциональный, а детали детализированы. Взрыв смеси воздействует непосредственно на поршень, который через шатун вращает коленчатый вал. По внешнему виду двигатель напоминает паровой двигатель высокого давления, в котором газ и воздух откачиваются из отдельных резервуаров.Смесь в сферических контейнерах загорелась во время подъема поршня в ВМТ (верхняя мертвая точка) и толкала его вниз / вверх. В конце хода клапан открывался и выпускал выхлопные газы в атмосферу. «

Неизвестно, был ли когда-либо построен этот двигатель, но есть его чертеж:

В 1838 году английский инженер Уильям Барнетт получил патент на три двигателя внутреннего сгорания.

Первый двигатель — это двигатель внутреннего сгорания. двухтактный одностороннего действия (топливо сжигается только с одной стороны поршня) с раздельными насосами для газа и воздуха.Смесь зажигалась в отдельном цилиндре, а затем горящая смесь перетекала в рабочий цилиндр. Вход и выход осуществлялись через механические клапаны.

Второй двигатель повторял первый, но был двойного действия, то есть сгорание происходило попеременно с обеих сторон поршня.

Третий двигатель также был двухстороннего действия, но имел впускные и выпускные отверстия в стенках цилиндров, которые открывались при достижении поршнем крайней точки (как в современных двухтактных двигателях).Это позволяло автоматически выпускать выхлопные газы и допускать новый заряд смеси.

Отличительной особенностью двигателя Барнетта было то, что свежая смесь сжималась поршнем перед воспламенением.

Чертеж одного из двигателей Барнетта:

В 1853-57 годах итальянские изобретатели Эудженио Барзанти и Феличе Маттеуччи разработали и запатентовали двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания мощностью 5 л / с.
Патент был выдан Лондонским офисом, поскольку итальянское законодательство не могло гарантировать достаточную защиту.

Изготовление прототипа было поручено компании Bauer & Co. из Милана » (Helvetica) и завершено в начале 1863 года. Успех двигателя, который был намного более эффективным, чем паровой, был настолько велик, что Компания начала получать заказы со всего мира.

Ранний одноцилиндровый двигатель Barzanti-Matteucci:

Двухцилиндровый двигатель Barzanti-Matteucci Модель:

Matteucci и Barzanti заключили соглашение о производстве двигателя с бельгийской компанией.Барзанти уехал в Бельгию, чтобы лично руководить работой, и внезапно умер от тифа. После смерти Барзанти все работы над двигателем были прекращены, и Маттеуччи вернулся к своей прежней работе инженером-гидротехником.

В 1877 году Маттеуччи утверждал, что он и Барзанти были главными создателями двигателя внутреннего сгорания, а двигатель, построенный Августом Отто, был очень похож на двигатель Барзанти-Маттеуччи.

Документы, касающиеся патентов Барзанти и Маттеуччи, хранятся в архивах библиотеки Museo Galileo во Флоренции.

Самым важным изобретением Николауса Отто стал двигатель с четырехтактным циклом — цикл Отто. Этот цикл и по сей день лежит в основе большинства бензиновых и бензиновых двигателей.

Четырехтактный цикл был величайшим техническим достижением Отто, но вскоре было обнаружено, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип двигателя был описан французским инженером Бо де Рош. (см. Выше) … Группа французских промышленников оспорила патент Отто в суде, суд счел их доводы убедительными.Права Отто по его патенту были значительно урезаны, включая отмену его монополии на четырехтактный цикл.

Несмотря на то, что конкуренты запустили производство четырехтактных двигателей, разработанная многолетним опытом модель Otto по-прежнему оставалась лучшей, и спрос на нее не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако тот факт, что в качестве топлива использовался световой газ, сильно сузил область их применения.
Световых и газовых заводов даже в Европе было незначительно, а в России их было всего два — в Москве и Санкт-Петербурге.

В 1865 году французский изобретатель Пьер Гюго получил патент на машину, которая представляла собой вертикальный одноцилиндровый двигатель двустороннего действия, в котором для подачи смеси использовались два резиновых насоса, приводимых в действие коленчатым валом.

Хьюго позже сконструировал горизонтальный двигатель, аналогичный двигателю Ленуара.

Музей науки, Лондон.

В 1870 году австро-венгерский изобретатель Самуэль Маркус Зигфрид сконструировал двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе, и установил его на четырехколесной тележке.

Сегодня этот автомобиль известен как «Первый автомобиль Маркуса».

В 1887 году в сотрудничестве с Bromovsky & Schulz Маркус построил вторую машину, Second Marcus Car.

В 1872 году американский изобретатель запатентовал двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания постоянного давления, работающий на керосине.
Брайтон назвал свой двигатель Ready Motor.

Первый цилиндр служил компрессором, нагнетавшим воздух в камеру сгорания, в которую непрерывно подавался керосин. В камере сгорания смесь воспламенилась и через золотниковый механизм попала во второй — рабочий цилиндр. Существенным отличием от других двигателей было то, что топливовоздушная смесь сгорала постепенно и при постоянном давлении.

Те, кто интересуется термодинамическими аспектами двигателя, могут прочитать о цикле Брайтона.

В 1878 году шотландский инженер Сэр (посвященный в рыцари 1917 года) разработал первый двухтактный двигатель с пневматическим зажиганием. Он запатентовал его в Англии в 1881 году.

Двигатель работал любопытным образом: воздух и топливо подавались в правый цилиндр, там его перемешивали и эту смесь выталкивали в левый цилиндр, куда поступала смесь от свечи зажигания. загорелся. Произошло расширение, оба поршня опустились, из левого цилиндра (через левый патрубок) вышло выхлопных газов, а в правый цилиндр засосана новая порция воздуха и топлива.По инерции поршни поднимались, и цикл повторялся.

В 1879 году построил вполне надежный бензиновый двухтактный двигатель и получил на него патент.

Однако настоящий гений Бенца проявился в том, что в последующих проектах он смог объединить на своей продукции различные устройства (дроссель, аккумуляторное искровое зажигание, свеча зажигания, карбюратор, сцепление, коробка передач и радиатор) , которые в свою очередь стал стандартом для всего машиностроения.

В 1883 году Бенц основал компанию Benz & Cie по производству газовых двигателей и в 1886 году запатентовал четырехтактный двигатель , который он использовал в своих автомобилях.

Благодаря успеху компании Benz & Cie, Benz смог разработать безлошадные экипажи. Объединив свой опыт создания двигателей и давнее увлечение проектированием велосипедов, к 1886 году он построил свой первый автомобиль и назвал его «Benz Patent Motorwagen».


Конструкция сильно напоминает трехколесный велосипед.

Одноцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с рабочим объемом 954 см3. Установлен на « Benz Patent Motorwagen ».

Двигатель оснащался большим маховиком (используется не только для равномерного вращения, но и для запуска), бензобаком объемом 4,5 литра, карбюратором испарительного типа и золотниковым клапаном, через который топливо поступало в камеру сгорания. Зажигание производилось свечой зажигания собственной конструкции Бенца, напряжение на которую подавалось от катушки Румкорфа.

Охлаждение водяное, но не замкнутого цикла, а испарительное. Пар уходил в атмосферу, поэтому заправлять машину приходилось не только бензином, но и водой.

Двигатель развивал 0,9 л.с. при 400 об / мин и разогнал машину до 16 км / ч.

Карл Бенц ведет свою машину.

Немного позже, в 1896 году, Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель (или плоский двигатель) , в котором поршни одновременно достигают верхней мертвой точки, тем самым уравновешивая друг друга.

Музей Mercedes-Benz в Штутгарте.

В 1882 году английский инженер Джеймс Аткинсон изобрел цикл Аткинсона и двигатель Аткинсона.

Двигатель Аткинсона по сути является четырехтактным двигателем otto cycle , но с модифицированным кривошипно-шатунным механизмом. Разница заключалась в том, что в двигателе Аткинсона все четыре хода происходили за один оборот коленчатого вала.

Использование цикла Аткинсона в двигателе позволило снизить расход топлива и шум при работе за счет более низкого давления выхлопных газов.Кроме того, этому двигателю не требовалась коробка передач для привода газораспределительного механизма, поскольку открытие клапанов приводило в движение коленчатый вал.

Несмотря на ряд преимуществ (включая обход патентов Отто) двигатель не получил широкого распространения из-за сложности изготовления и ряда других недостатков.
Цикл Аткинсона обеспечивает лучшие экологические характеристики и экономичность, но требует высоких оборотов. На низких оборотах он выдает относительно небольшой крутящий момент и может заглохнуть.

Сейчас двигатель Аткинсона используется в гибридных автомобилях Toyota Prius и Lexus HS 250h.

В 1884 году британский инженер Эдвард Батлер на лондонской велосипедной выставке «Stanley Cycle Show» показал чертежи трехколесного автомобиля с бензиновым двигателем внутреннего сгорания , а в 1885 году построил его и на том же показал. выставка, назвав ее «Велоцикл». Кроме того, Батлер первым использовал слово бензин .

Велоцикл был запатентован в 1887 году.

Велоцикл оснащался одноцилиндровым четырехтактным бензиновым двигателем внутреннего сгорания, оснащенным катушкой зажигания, карбюратором, дроссельной заслонкой и жидкостным охлаждением … Двигатель развивал мощность около 5 л.с. объемом 600 см3 и разгонял машину до 16 км / ч.

С годами Батлер улучшил характеристики своего автомобиля, но ему не позволили протестировать его из-за «Закона о красном флаге» (опубликовано в 1865 году) , согласно которому скорость транспортных средств не должна превышать 3 км / ч. .Кроме того, в машине должны были находиться три человека, один из которых должен был идти впереди машины с красным флагом. (таковы меры безопасности) .

В журнале «English Mechanic» 1890 года Батлер написал: «Власти запрещают использование автомобиля на дороге, в результате чего я отказываюсь от дальнейшего развития».

Из-за отсутствия общественного интереса к автомобилю Батлер разобрал его на металлолом и продал патентные права Гарри Дж. Лоусону. (производитель велосипедов) , которая продолжала производство двигателей для использования на лодках.

Батлер сам создал стационарные и судовые двигатели.

В 1891 году Герберт Эйкройд Стюарт в сотрудничестве с Ричардом Хорнсби и сыновьями построил двигатель Хорнсби-Акройда, в котором топливо (керосин) впрыскивалось под давлением в дополнительную камеру (из-за формы она называлась «горячий шар») установлен на головке блока цилиндров и соединен с камерой сгорания узким проходом. Топливо воспламенилось горячими стенками дополнительной камеры и устремилось в камеру сгорания.


1. Дополнительная камера (хотбол) .
2. Цилиндр.
3. Поршень.
4. Картер.

Для пуска двигателя использовалась паяльная лампа, с помощью которой обогревалась дополнительная камера. (после запуска он нагревался выхлопными газами) … Из-за этого двигатель Hornsby-Akroyd , который был предшествующим дизельным двигателем, разработанным Рудольфом Дизелем , часто называют «полудизелем». Однако через год Эйкройд улучшил свой двигатель, добавив «водяную рубашку» (патент от 1892 г.), которая повысила температуру в камере сгорания за счет увеличения степени сжатия, и теперь отпала необходимость в дополнительном источнике тепла.

В 1893 году Рудольф Дизель получил патенты на тепловой двигатель и модифицированный «цикл Карно» под названием «Метод и устройство для преобразования тепла в работу».

В 1897 году на «Аугсбургском машиностроительном заводе» (с 1904 года MAN) при финансовом участии компаний Фридриха Круппа и братьев Зульцер был создан первый действующий дизельный двигатель Рудольфа Дизеля.
Мощность двигателя составлял 20 лошадиных сил при 172 об / мин, КПД составлял 26,2% при массе пять тонн.
Это намного превзошло существующие двигатели Отто с КПД 20% и судовые паровые турбины с КПД 12%, которые вызвали большой интерес в промышленности в разных странах.

Дизельный двигатель был четырехтактным. Изобретатель обнаружил, что эффективность двигателя внутреннего сгорания увеличивается за счет увеличения степени сжатия горючей смеси. Но нельзя сильно сжать горючую смесь, потому что тогда повышаются давление и температура и она самовозгорается раньше времени.Поэтому Дизель решил сжимать не горючую смесь, а чистый воздух и по окончании сжатия под сильным давлением впрыскивать топливо в цилиндр.
Поскольку температура сжатого воздуха достигала 600-650 ° C, топливо самовоспламенялось, и газы, расширяясь, перемещали поршень. Таким образом, Diesel удалось значительно повысить КПД двигателя, избавиться от системы зажигания и использовать топливный насос высокого давления вместо карбюратора.
В 1933 году Эллинг пророчески писал: «Когда я начал работать над газовой турбиной В 1882 году я был твердо уверен, что мое изобретение будет востребовано в авиастроении.”

К сожалению, Эллинг умер в 1949 году, никогда до эры турбореактивной авиации.

Единственное фото, которое нам удалось найти.

Возможно, кто-нибудь найдет что-нибудь об этом человеке в «Норвежском технологическом музее».

В 1903 году Константин Эдуардович Циолковский в журнале «Научное обозрение» опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными аппаратами», где впервые доказал, что устройство, способное совершить космический полет, — это ракета.В статье также был предложен первый проект ракеты большой дальности. Его корпус представлял собой продолговатую металлическую камеру , оснащенную жидкостным реактивным двигателем (он же ДВС) … Он предлагал использовать жидкий водород и кислород соответственно в качестве топлива и окислителя.

Наверное, на этой ракетно-космической записке стоит закончить историческую часть, ведь наступил 20 век и повсеместно начали производить двигатели внутреннего сгорания.

Философское послесловие…

K.E. Циолковский считал, что в обозримом будущем люди научатся жить если не вечно, то хотя бы очень долго. В связи с этим на Земле будет мало места (ресурсов), и корабли должны будут перебраться на другие планеты. К сожалению, что-то в этом мире пошло не так, и с помощью первых ракет люди решили просто уничтожить себе подобных …

Спасибо всем, кто это прочитал.

Все права защищены © 2016
Любое использование материалов допускается только с активной ссылкой на источник.

Уже около ста лет во всем мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, другой технике является двигатель внутреннего сгорания. Пришедший в начале двадцатого века на замену двигателям внешнего сгорания (паровым), он остается наиболее экономически эффективным типом двигателя в двадцать первом веке. В этой статье мы более подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных типов ДВС и его основные вспомогательные системы.

Определение и общие характеристики работы ДВС

Основная особенность любого двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Во время работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, который образуется при сгорании топливовоздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции двигателя внутреннего сгорания доказали свою эффективность следующие типы этих двигателей:

  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания . В них рабочая камера расположена внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу с помощью кривошипно-шатунного механизма, который передает энергию движения коленчатому валу. Поршневые двигатели в свою очередь делятся на
  • карбюратор , в котором топливовоздушная смесь образуется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • впрыск , при котором смесь подается непосредственно во впускной коллектор, через специальные форсунки, под управлением электронного блока управления, а также воспламеняется от свечи;
  • дизель , в котором воспламенение топливовоздушной смеси происходит без свечи, путем сжатия воздуха, который нагревается давлением от температуры, превышающей температуру сгорания, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания . В двигателях этого типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу за счет вращения ротора специальной формы и профиля с рабочими газами. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмерки», и выполняет функции как поршня и механизма газораспределения (газораспределительного механизма), так и коленчатого вала.
  • Газовая турбина Двигатели внутреннего сгорания.В этих двигателях преобразование тепловой энергии в механическую работу осуществляется путем вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Самыми надежными, неприхотливыми, экономичными по расходу топлива и необходимости регулярного обслуживания являются поршневые двигатели.

Транспортные средства с другими типами двигателей внутреннего сгорания могут быть занесены в Красную книгу. В настоящее время автомобили с роторно-поршневыми двигателями производит только Mazda. Опытную серию автомобилей с газотурбинным двигателем производил «Крайслер», но это было в 60-е годы, и к этому вопросу ни один другой автопроизводитель не возвращался.В СССР танки Т-80 и десантные корабли «Зубр» оснащались газотурбинными двигателями, но позже от этого типа двигателей было решено отказаться. В связи с этим остановимся подробнее на завоевавших мировое господство поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Корпус двигателя объединяется в единый организм:

  • блок цилиндров , внутри камер сгорания которого воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
  • кривошипно-шатунный механизм , передающий энергию движения коленчатому валу;
  • газораспределительный механизм , который предназначен для обеспечения своевременного открытия / закрытия клапанов входа / выхода горючей смеси и выхлопных газов;
  • система подачи («впрыск») и зажигания («зажигание») топливно-воздушной смеси ;
  • Система удаления продуктов сгорания (выхлопные газы).

Вид в разрезе четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

При запуске двигателя топливовоздушная смесь впрыскивается в его цилиндры через впускные клапаны и воспламеняется там свечой зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу вращению коленчатого вала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Эти циклы повторяются несколько сотен раз в минуту.Это обеспечивает непрерывное прямое вращение коленчатого вала на выходе из двигателя.

Определимся с терминологией. Ход — это рабочий процесс, который происходит в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это набор мер, которые повторяются в определенной последовательности. По количеству тактов в одном рабочем цикле двигатели внутреннего сгорания делятся на двухтактные (цикл выполняется за один оборот коленчатого вала и два хода поршня) и четырехтактные (за два оборота коленчатого вала и четыре хода поршня). .При этом как в тех, так и в других двигателях рабочий процесс идет по следующему плану: впуск; сжатие; горение; расширение и выпуск.

Принципы работы двигателя внутреннего сгорания

— Принцип работы двухтактного двигателя

При запуске двигателя поршень, увлекаемый вращением коленчатого вала, начинает двигаться. Как только он достигает своей нижней мертвой точки (НМТ) и движется вверх, в камеру сгорания цилиндра подается топливовоздушная смесь.

При движении вверх поршень сжимает его. В момент, когда поршень достигает своей верхней мертвой точки (ВМТ), искра от электронной свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Мгновенно расширяясь, пары горящего топлива быстро толкают поршень обратно в нижнюю мертвую точку.

В это время открывается выпускной клапан, через который горячие выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Пройдя снова НМТ, поршень возобновляет движение в ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня снова открывается впускной канал топливно-воздушной смеси, который замещает весь объем выпущенных выхлопных газов, и весь процесс повторяется заново. Из-за того, что работа поршня в таких моторах ограничена двумя тактами, он выполняет гораздо меньшее, чем в четырехтактном двигателе, количество движений за определенную единицу времени. Потери на трение сведены к минимуму. Однако выделяется много тепловой энергии, и двухтактные двигатели нагреваются быстрее и сильнее.

В двухтактных двигателях поршень заменяет механизм фаз газораспределения в процессе своего движения в определенные моменты времени, открывая и закрывая рабочие впускные и выпускные отверстия в цилиндре. Худший газообмен по сравнению с четырехтактным двигателем — главный недостаток двухтактной системы ДВС. В момент отвода выхлопных газов теряется определенный процент не только рабочего тела, но и мощности.

Сферы практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания: мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т. д.маломощное оборудование.

Этих недостатков лишены четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, которые в различных модификациях устанавливаются практически на все современные автомобили, тракторы и другую технику. В них вход / выход горючей смеси / выхлопных газов осуществляется в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещается со сжатием и расширением, как в двухтактных. Механизм газораспределения обеспечивает механическую синхронизацию работы впускных и выпускных клапанов с частотой вращения коленчатого вала.В четырехтактном двигателе впрыск топливовоздушной смеси происходит только после полного удаления выхлопных газов и закрытия выпускных клапанов.


Рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания

Каждый ход — это один ход поршня от верхней мертвой точки до нижней. В этом случае двигатель проходит следующие фазы работы:

  • Первый ход, впуск … Поршень перемещается от верхней мертвой точки к нижней. В это время внутри цилиндра возникает разрежение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь.В конце всасывания давление в полости цилиндра находится в пределах от 0,07 до 0,095 МПа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
  • Вторая мера, сжатие … Когда поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю и впускной и выпускной клапаны закрыты, горючая смесь сжимается в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 МПа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
  • Третья мера, расширение … Топливно-воздушная смесь воспламеняется. При этом выделяется значительное количество тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко повышается до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро перемещается в нижнюю мертвую точку. Показатель давления в этом случае составляет от 4 до 6 МПа.
  • Мероприятие четвертое, выпуск … При обратном движении поршня в верхнюю мертвую точку открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выхлопную трубу, а затем в окружающую среду… Показатели давления на завершающей стадии цикла 0,1-0,12 МПа; температура — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

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

  • Источник питания … При запуске двигателя это аккумулятор, а при работе двигателя — генератор.
  • Выключатель или выключатель зажигания … Раньше он был механическим, но в последние годы все чаще стал электрическим контактным устройством для подачи электрического напряжения.
  • Накопитель энергии … Катушка или автотрансформатор — это устройство, предназначенное для хранения и преобразования энергии, достаточной для создания необходимого разряда между электродами свечи зажигания.
  • Распределитель зажигания (трамблер) … Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, идущим к свечам зажигания каждого цилиндра.


Система зажигания ДВС

— Система впуска

Система впуска двигателя внутреннего сгорания рассчитана на непрерывную, подачу , в двигатель атмосферный, воздух, для смешивания его с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в прошлых карбюраторных двигателях система впуска состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И это все. В систему впуска современных автомобилей, тракторов и другой техники входят:

  • Воздухозаборник … Это патрубок удобной для каждого двигателя формы. Через него атмосферный воздух засасывается в двигатель через разницу давлений в атмосфере и в двигателе, где возникает разрежение при движении поршней.
  • Воздушный фильтр … Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в двигатель воздуха от пыли и твердых частиц, их удержания на фильтре.
  • Клапан дроссельный … Клапан воздушный предназначен для регулирования подачи необходимого количества воздуха.Механически он активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — электронным.
  • Впускной коллектор … Распределяет воздушный поток к цилиндрам двигателя. Для обеспечения желаемого распределения воздушного потока используются специальные воздухозаборники и вакуумный усилитель.

Топливная система, или система питания двигателя внутреннего сгорания, «отвечает» за бесперебойную подачу топлива за образование топливно-воздушной смеси. В топливную систему входит:

  • Топливный бак — емкость для хранения бензина или дизельного топлива, с устройством для забора топлива (насос).
  • Топливопроводы — набор трубок и шлангов, по которым в двигатель поступает «питание».
  • Смесительное устройство, т.е. карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и ее впрыска в двигатель внутреннего сгорания.
  • Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразования и впрыска — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по формированию и подаче горючей смеси в двигатель.
  • Топливный насос — электрическое устройство для закачки бензина или дизельного топлива в топливопровод.
  • Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива при его транспортировке от бака к двигателю.


Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Назначение системы смазки двигателя внутреннего сгорания — уменьшение силы трения и ее разрушающего воздействия на детали; отвод части излишка тепло ; удаления продуктов нагара и износа ; защита металл от коррозии … В систему смазки ДВС входят:

  • Поддон масляный — бак для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
  • Масляный насос — перекачивает масло с поддона и подает его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы — «магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает с смазываемых деталей обратно в масляный поддон, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
  • Масляный фильтр улавливает и удаляет из моторного масла твердые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа. Фильтрующий элемент всегда заменяется новым при каждой замене моторного масла.
  • Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

Выхлопная система двигателя внутреннего сгорания служит для удаления отработавших газов и понижают шум при работе двигателя .В современной технике выхлопная система состоит из следующих частей (в порядке выхлопных газов двигателя):

  • Выпускной коллектор. Это система труб из высокотемпературного чугуна, куда попадают раскаленные выхлопные газы, гасят их первичный колебательный процесс и направляют их дальше во впускной трубопровод.
  • Даунпайп — изогнутый выход газа из огнеупорного металла, в народе именуемый «штанами».
  • Резонатор , или, говоря простым языком, «банка» глушителя — это емкость, в которой происходит отрыв выхлопных газов и снижение их скорости.
  • Catalyst — устройство, предназначенное для очистки и нейтрализации выхлопных газов.
  • Глушитель — емкость с комплексом специальных перегородок, рассчитанная на многократное изменение направления газовых потоков и, соответственно, их шума.


Выхлопная система двигателя внутреннего сгорания

— Система охлаждения

Если на мопедах, скутерах и недорогих мотоциклах еще используется система воздушного охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники, конечно, мало.Имеется система жидкостного охлаждения, рассчитанная на , на , забирающая избыточное тепло на двигатель и снижение тепловых нагрузок на его детали.

  • Радиатор система охлаждения служит для передачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых алюминиевых трубок, оребренных для дополнительного теплоотвода.
  • Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего воздействия на радиатор набегающего воздушного потока.
  • Водяной насос (помпа) — «прогоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая ее циркуляцию по двигателю и радиатору.
  • Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости, запустив ее по «малому кругу», в обход радиатора (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при теплом. двигатель.

Слаженная работа этих вспомогательных систем обеспечивает максимальную эффективность и надежность двигателя внутреннего сгорания.

В заключение следует отметить, что в обозримом будущем появления достойных конкурентов ДВС не ожидается.Есть все основания утверждать, что в своем современном, улучшенном виде он останется доминирующим типом двигателя во всех секторах мировой экономики в течение нескольких десятилетий.


Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель поршневого типа, в котором химическая энергия топлива преобразуется в тепло непосредственно внутри рабочего цилиндра. В результате химической реакции топлива с кислородом воздуха образуются газообразные продукты сгорания с высоким давлением и температурой, которые являются рабочим телом двигателя.Продукты сгорания оказывают давление на поршень и заставляют его двигаться. Возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Двигатели внутреннего сгорания работают по одному из трех циклов: изохорическому (цикл Отто), изобарическому (дизельный цикл) и смешанному (цикл Тринклера), которые различаются по характеру процесса передачи тепла рабочему телу. В смешанном цикле часть тепла передается при постоянном объеме, а остальная часть — при постоянном давлении.Отвод тепла во всех циклах осуществляется по изохоре.

Набор последовательных и периодически повторяющихся процессов, необходимых для движения поршня — наполнение цилиндра, сжатие, сгорание с последующим расширением газов и очистка цилиндра от продуктов сгорания — называется рабочим циклом двигателя. Часть цикла, которая занимает один ход поршня, называется ходом.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на четырехтактные и двухтактные; в четырехтактных двигателях рабочий цикл завершается за четыре хода поршня, а в двухтактных двигателях за два.

Двигатели внутреннего сгорания используются в основном в комбинированном цикле. Крайние предельные положения поршня в цилиндре называются соответственно верхней и нижней мертвыми точками (в.м.т., Н.М.Т.). Расстояние по оси цилиндра, которое проходит поршень от одного крайнего положения до другого, называется ходом поршня S. (рис. 125). Объем, описываемый поршнем при его перемещении между v. M. т. и н. м.т., называется рабочим объемом цилиндра В с… Объем цилиндра над поршнем, когда последний находится на n. м., называемый объемом камеры сжатия В от … Объем цилиндра в положении поршня в Н. м.т. называется общим объемом цилиндра В. и: V a = V от + V s.

Отношение общего объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия? = В а / В г.

Степень сжатия зависит от типа двигателя.Для судовых дизелей степень сжатия 12-18. Основными конструктивными характеристиками двигателя являются диаметр цилиндра, ход поршня, количество цилиндров и габаритные размеры.

Двигатель четырехтактный.

На рис. 125 показана схема четырехтактного дизельного двигателя. Несущая рама дизеля 15 опирается на фундамент судна 1 … Блок цилиндров 11 закреплен на станине двигателя 14. Поршень 9 под действием газов совершает возвратно-поступательное движение по зеркалу гильзы 10 цилиндра и с помощью шатуна 13 вращает коленчатый вал 2.Головка шатуна верхняя с поршневым пальцем 3 соединен с поршнем, а нижний закрывает шейку кривошипа коленчатого вала. В крышке 7 цилиндр содержит впускной клапан 4, выпускной клапан 8 и топливную форсунку 6. Впускной и выпускной клапаны приводятся в действие через систему штоков и рычагов 5 от кулачковых шайб распределительных валов 12. Последние получают вращение от коленчатого вала. .

Рабочий цикл в четырехтактном двигателе происходит при двух оборотах коленчатого вала — при четырех тактах (тактах) поршня.Из четырех ходов (тактов) три хода (такта) подготовительные, а один рабочий. Каждый столбик называется основным процессом, происходящим в течение этого бара.


Первый ход — впускной. Когда поршень движется вниз (рис. 126), над поршнем в цилиндре создается разрежение, и через принудительно открытый впускной клапан a атмосферный воздух заполняет цилиндр. Чтобы лучше заполнить цилиндр свежим воздухом, впускной клапан a открывается немного раньше, чем поршень достигает b.м. Точка 1 ; есть опережение впуска (15-30 ° по углу поворота коленчатого вала). Забор воздуха в цилиндр заканчивается в точке 2. Впускной клапан a закрывается с запаздыванием 10-30 ° после n. м. т. возможность использовать инерцию поступающего воздуха на большой скорости, что приводит к более полному заряду цилиндра. Продолжительность впуска соответствует углу поворота коленчатого вала на 220-250 ° и показана на рисунке заштрихованным углом 1-2, а на схеме p-? — впускной трубопровод 1-2.

Вторая мера — компрессия. С момента закрытия впускного клапана a (точка 2) при движении поршня вверх начинается сжатие. Объем уменьшается, температура и давление воздуха повышаются. Продолжительность сжатия составляет 140-160 ° вращения коленчатого вала и заканчивается в точке 3. … Давление в конце сжатия достигает 3-4,5 МН / м 2. , а температура составляет 800-1100 ° К. Заряд теплового воздуха обеспечивает самовоспламенение топлива. В конце такта сжатия, когда поршень не достиг b.m.t. (пункт 3 ), топливо впрыскивается через форсунку б … Опережение подачи топлива (угол опережения 10-30 °) позволяет поршню достичь отметки m. т. подготовить рабочую смесь к самовозгоранию.

Третий цикл — рабочий ход. Происходит сгорание топлива и расширение продуктов сгорания. Продолжительность сгорания топлива 40-60 ° оборотов коленчатого вала (процесс 3-4 на фото). По окончании сгорания внутренняя энергия газов увеличивается, давление газа достигает значительного значения 5 8 Мн / м 2 , и температура 1500-2000 ° К.Точка 4 — начало расширения газов. Под давлением газов поршень движется вниз, совершая полезную механическую работу. По окончании расширения (угол опережения 20-40 ° ВС) — точка 5 — выпускной клапан открывается, давление в цилиндре резко падает, а при достижении поршнем Н. м.т. оказывается равным 0,1-0,11 МН / м 2 , а температура составляет 600-800 ° К. Предварительный выпуск обеспечивает минимальное сопротивление движению поршня вверх при последующем ходе.Рабочий ход осуществляется более 160-180 ° угла поворота коленчатого вала.

Четвертая мера — релиз. Он продолжается от пункта 5 до пункта 6. Когда поршень отпущен, движение вверх от n. м. т., выталкивает отработанные продукты сгорания. Выпускной клапан закрывается с некоторой задержкой (на 10-30 ° угла поворота коленчатого вала после п.м. т.). Это улучшает удаление продуктов сгорания выхлопных газов за счет всасывающего действия газов, особенно потому, что впускной клапан в это время уже открыт.Такое положение клапанов называется «перекрытие клапанов». Перекрытие клапанов обеспечивает более идеальный отвод продуктов сгорания. Выпуск осуществляется в пределах 225-250 ° угла поворота коленчатого вала.

Двигатель двухтактный.


На рис. 127 показана схема работы двухтактного дизельного двигателя. Распределение газа в двухтактных двигателях осуществляется через порты продувки P и выхлопные отверстия IN. … Промывочные окна подключены к продувочному ресиверу R , в котором продувочный насос Н чистого воздуха нагнетается под давлением 0.12-0,16 МН / м 2 … Отверстия для выпуска, расположенные немного выше отверстий для продувки, подключены к выпускному коллектору. Топливо в цилиндр подается форсункой F. Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два хода поршня, за один оборот коленчатого вала. Открытие и закрытие выпускного и продувочного отверстий осуществляется поршнем.

Рассмотрим последовательность процессов в цилиндре.

Первый ход — сгорание, расширение, выпуск и продувка.Поршень движется вниз от при. м. т. к п. m.t. В начале цикла происходит бурное горение с увеличением давления газа до 5-10 Мн / м. 2 и температуры до 1700-1900 ° К для тихоходных двигателей и 1800-2000 ° К для быстроходных. Горение заканчивается в точке 4, после чего продукты сгорания расширяются (участок 4-5) до давления 0,25-0,6 Mn. / кв.м. 2 и температуре 900-1200 ° К. При расположении мотыля в точке 5 (50-70 ° ВС) выпускные отверстия открываются, давление в цилиндре резко падает и начинают выпускаться выхлопные газы выпускного коллектора. в атмосферу.Высота продувочных окон выбирается так, чтобы к моменту их открытия давление газа в цилиндре было близко к давлению продувочного воздуха в продувочном ресивере. После открытия продувочных окон (точка 6) продувочный воздух, попадая в цилиндр, вытесняет продукты сгорания через выхлопные окна, а часть воздуха уходит вместе с выхлопными газами. Когда продувочные окна открыты, цилиндр принудительно очищается и заполняется свежим зарядом; этот процесс называется продувкой.

Второй такт.Процесс продувки также продолжается, когда поршень движется вверх от n. м. т. перед закрытием продувочных окон (пункт 1). После того, как поршень закрывает выпускные отверстия (точка 2), процесс выпуска заканчивается и начинается процесс сжатия заряда свежего воздуха. В конце сжатия (w.mt) давление воздуха составляет 3,5-5 МН / м 2. , а температура составляет 750-800 ° К. Высокая температура воздуха в конце сжатия обеспечивает самовоспламенение топлива. Затем цикл повторяется.

По тем же причинам, что и для четырехтактных дизелей, топливо в цилиндр подается с опережением поворота коленчатого вала на 10-20 ° до v.m.t. (пункт 3 ).

В настоящее время на судах используются как двухтактные, так и четырехтактные дизельные двигатели. Двухтактный двигатель является основным двигателем для крупнотоннажных грузовых и пассажирских судов. Тихоходные двухтактные крейцкопфные дизельные двигатели долговечны, очень экономичны, но при этом имеют большой вес и габариты. При одинаковых оборотах и ​​размере цилиндра мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше, чем у четырехтактного. Увеличение мощности двухтактного двигателя происходит за счет сжигания вдвое большего количества топлива, чем в четырехтактном, но поскольку объем рабочего цилиндра (из-за наличия выпускных и продувочных отверстий) используется не полностью. , а часть мощности (4-10%) уходит на привод продувочного насоса, фактическое превышение мощности двухтактного двигателя над мощностью четырехтактного составляет 70-80%.

Четырехтактный двигатель с одинаковой мощностью и частотой вращения с двухтактным имеет большие габариты и массу. Двухтактный двигатель с той же частотой вращения и количеством цилиндров, что и четырехтактный двигатель, работает более равномерно из-за удвоенного количества рабочих циклов. Минимальное количество цилиндров для обеспечения надежного запуска — четыре для двухтактного двигателя и шесть для четырехтактного двигателя.

Отсутствие клапанов и приводов к ним в двухтактном двигателе с щелевой продувкой упрощает его конструкцию.Однако для изготовления деталей требуются более прочные материалы, поскольку двухтактные двигатели работают в более высоких температурных условиях.

В двухтактных двигателях очистка, продувка и зарядка свежим воздухом цилиндра осуществляется во время части одного такта, поэтому качество этих процессов ниже, чем у четырехтактного двигателя.

Четырехтактные двигатели более удобны с точки зрения увеличения мощности за счет наддува. Для них используется более простая схема наддува, тепловая плотность цилиндров меньше, чем у двухтактных дизелей.Для современных четырехтактных дизелей с газотурбинным наддувом удельный эффективный расход топлива составляет 0,188-0,190 кг / (кВт · ч), а для двухтактных тихоходных дизелей с наддувом — 0,204-0,210 кг / (кВт · ч). ).

Характеристики и функции поршневых двигателей — Petrotech, Inc.

Мощные и эффективные двигатели многих типов поставляют энергию, необходимую для выработки электроэнергии или движения в секторе энергоснабжения. Нефтегазовая промышленность использует двигатели внутреннего сгорания на трех основных рынках: электростанции, компрессорные и насосные.На электростанциях двигатели сжигают топливо, которое нельзя использовать в турбинах; при перекачке обеспечивают механический привод; а при сжатии они используются в газораспределительных линиях. Самым популярным типом двигателей внутреннего сгорания, используемых сегодня в этих областях, является поршневой двигатель.

Что такое поршневые двигатели?

Поршневой двигатель, также известный как поршневой двигатель, является одним из двух типов двигателей внутреннего сгорания, которые работают за счет сжигания топлива для выработки энергии. Другой тип — это более ранняя форма, называемая роторным двигателем, и хотя поршневые двигатели все еще используются сегодня, они более распространены во многих отраслях промышленности.Роторный двигатель имеет четыре отдельных отсека, и в каждом из них выполняется определенная работа: впуск, сжатие, сгорание (или зажигание) или выпуск. С другой стороны, поршень (ы) в поршневом двигателе выполняет каждую из этих четырех задач в одном цилиндре.

Как они работают?

Мощность, создаваемая поршневыми двигателями, происходит от нагнетания топлива с помощью поршня или поршней для создания сгорания и, в свою очередь, создания кругового вращательного движения. Этот процесс называется четырехтактным циклом, поскольку, как и роторный двигатель, поршневые двигатели работают по повторяющейся схеме впуска, сжатия, сгорания и выпуска.Первый этап — это впуск, при котором топливо впрыскивается в цилиндр, толкая поршень вниз. Затем во время сжатия поршень подталкивается к верхней части цилиндра. Это оказывает давление на топливо, и свеча зажигания воспламеняет его, создавая следующий шаг: сгорание. Это зажигание толкает поршень обратно вниз, создавая энергию. Отходы выбрасываются на последнем этапе, выхлопе, и цикл начинается снова.

Каковы преимущества поршневых двигателей?

Поршневые двигатели являются более современными из двух типов двигателей внутреннего сгорания, и во многих случаях они оказались более эффективными.Хотя на рынке все еще есть место для роторных двигателей, их применение гораздо более ограничено. Например, они встроены во многие гоночные автомобили, потому что позволяют увеличить крутящий момент, что, в свою очередь, обеспечивает максимальное ускорение. Однако роторные двигатели гораздо труднее герметизировать и часто имеют проблемы с утечкой давления и проблемами со смазкой. Поршневые двигатели бывают разных конфигураций, чтобы соответствовать конкретным машинам или задачам, и являются наиболее распространенным типом двигателей, используемых в современных транспортных средствах.

Какой вид обслуживания и ремонта им требуется?

Как и двигатель транспортного средства, поршневой двигатель в энергоснабжающем предприятии необходимо надлежащим образом обслуживать и ремонтировать для обеспечения максимальной производительности и долговечности. В Petrotech мы предлагаем решения для любого типа OEM-оборудования, чтобы помочь нашим клиентам контролировать, автоматизировать и обслуживать их поршневые двигатели, помогая максимизировать эффективность и минимизировать потребность в ремонте. Поскольку мы можем проектировать и устанавливать индивидуальные системы управления вокруг существующего оборудования предприятия, мы можем помочь нашим клиентам оптимизировать функциональность без дополнительных затрат времени или затрат на переоборудование оборудования.Наши системы управления могут включать в себя контроль и мониторинг следующих требований к техническому обслуживанию:

  • Обороты двигателя
  • Скорость вращения турбокомпрессора
  • Крутящий момент
  • Соотношение воздух-топливо
  • Температура выхлопных газов
  • Давление в воздушном коллекторе
  • Вибрация, температура в коллекторе воздуха
  • Опережение зажигания

Системы удобны в использовании и адаптированы к требованиям каждого клиента.

Petrotech имеет более чем 50-летний опыт работы в сфере энергоснабжения и предлагает услуги «под ключ» для единого поставщика, включая бесплатную круглосуточную техническую поддержку и устранение неисправностей.Узнайте больше о настраиваемых интегрированных системах управления, которые мы можем предоставить для поршневых двигателей.

Изображение Mj-bird

Патент США на поршень для двигателя внутреннего сгорания Патент (Патент № 10,704,492, выданный 7 июля 2020 г.)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к компонентам двигателя внутреннего сгорания и, в частности, к конструкции поршня для двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Двигатели внутреннего сгорания полезны в различных приложениях, включая двигательные установки, выработку электроэнергии и работу тяжелой техники.Двигатели внутреннего сгорания включают в себя один или несколько поршней, каждый из которых совершает возвратно-поступательное движение в поршневом цилиндре. Движение поршня вызывается по меньшей мере одним событием сгорания в цикле сгорания. Двигатели внутреннего сгорания могут быть разработаны для работы на бензиновом топливе, в котором свеча зажигания инициирует сгорание, или на дизельном топливе, которое воспламеняется от сжатия. Двигатели также могут работать на двух видах топлива, сжигая два разных вида топлива за один цикл сгорания.

Использование двух видов топлива в одном цикле сгорания может обеспечить преимущества за счет замены части топлива, которая может производить больше выбросов или иметь более высокую стоимость, другим топливом, которое может производить меньше выбросов и / или иметь меньшую стоимость.Однако замена большого количества топлива может привести к неполному сгоранию или возникновению горячих точек в камере сгорания, что может привести к снижению производительности двигателя, увеличению выбросов и увеличению износа, а также к другим потенциальным проблемам. Такие двухтопливные системы могут быть поддержаны конструкцией поршня, которая учитывает уникальные аспекты сжигания двух видов топлива в одном цикле сгорания.

Примерная конструкция поршня раскрыта в патенте США No. № 8,459,229 («патент ‘229») на имя Rothbauer et al.В патенте ‘229 описан поршень, имеющий чашу поршня, включающую «поверхностные элементы». Поверхностные элементы расположены на внешнем крае корпуса поршня и образуют мишень для распыления топлива из форсунки. Элементы поверхности предназначены для уменьшения образования сажи и улучшения смешивания топлива с воздухом. Хотя особенности поверхности поршня, описанные в патенте ‘229, могут быть полезны в некоторых обстоятельствах, они могут быть менее полезными в других ситуациях. Например, положение и форма поверхностных элементов патента ‘229 могут перенаправлять впрыскиваемое топливо вверх к топливной форсунке, что может привести к неравномерному сгоранию.

Раскрытый поршень для двигателя внутреннего сгорания может решить одну или несколько проблем, изложенных выше, и / или других проблем в данной области техники. Однако объем настоящего раскрытия определяется прилагаемой формулой изобретения, а не возможностью решить какую-либо конкретную проблему.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте поршень для двигателя внутреннего сгорания может включать в себя головку поршня, имеющую центральную ось и верхнюю поверхность. Верхняя поверхность поршня может включать в себя чашу поршня, проходящую по окружности выемку, расположенную радиально за пределами чаши поршня, множество отклонителей, расположенных внутри выемки, и коронную часть, расположенную радиально за пределами выемки и продолжающуюся до внешней поверхности поршня. .

В другом аспекте поршень для двигателя внутреннего сгорания может включать в себя головку поршня, имеющую центральную ось и верхнюю поверхность. Верхняя поверхность может включать в себя чашу поршня, проходящую по окружности выемку, расположенную радиально снаружи чаши поршня, и множество отклоняющих устройств, расположенных внутри выемки и сконфигурированных для перенаправления по окружности впрысков топлива, сталкивающихся с отклоняющими элементами.

В еще одном аспекте система двухтопливного двигателя внутреннего сгорания может включать в себя поршень, причем поршень включает в себя головку поршня, имеющую центральную ось и верхнюю поверхность.Верхняя поверхность может включать в себя чашу поршня, проходящую по окружности выемку, расположенную радиально снаружи чаши поршня, множество отклоняющих элементов, расположенных внутри выемки, и коронную часть, расположенную радиально за пределами выемки и продолжающуюся до внешней поверхности поршня. Система может также включать топливный инжектор, имеющий отверстия инжектора, обычно выровненные по окружности с множеством отклоняющих устройств.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в разрезе части двигателя внутреннего сгорания, включающей в себя поршень, имеющий множество отклонителей в соответствии с аспектами раскрытия;

РИС.2 — увеличенный вид поршня, показанного на фиг. 1, включающий один из диверторов в пазу поршня;

РИС. 3 — вид в перспективе в разрезе одного из отклонителей поршня, показанного на фиг. 1;

РИС. 4 — вид в разрезе двигателя внутреннего сгорания, включая поршень, показанный на фиг. 1, иллюстрирующий впрыск топлива на диверторах;

РИС. 5 — вид сверху поршня, показанного на фиг. 1, иллюстрирующий пилотные топливные форсунки, впрыскиваемые топливным инжектором, и примерное расположение диверторов в выемке поршня;

РИС.6 — вид в перспективе в разрезе альтернативного отклонителя согласно аспектам раскрытия; и

ФИГ. 7 — вид сверху поршня, показывающий впрыск топлива в альтернативных диверторах, показанных на фиг. 6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Как предшествующее общее описание, так и последующее подробное описание являются только примерными и пояснительными и не ограничивают признаки, как заявлено. Используемые здесь термины «содержит», «содержащий», «имеющий», в том числе »или другие их вариации предназначены для охвата неисключительного включения, так что процесс, метод, статья или устройство, которые содержат список of elements не включает в себя только эти элементы, но может включать другие элементы, не перечисленные явно или не присущие такому процессу, методу, изделию или устройству.Кроме того, в этом раскрытии относительные термины, такие как, например, «примерно», «по существу», «в целом» и «приблизительно» используются для обозначения возможного отклонения в ± 10% установленного значения.

РИС. 1 иллюстрирует вид в разрезе части двигателя внутреннего сгорания, включая систему сгорания 10 согласно настоящему раскрытию. Система сгорания , 10, может, например, быть способной работать в двухтопливном режиме. Когда система сгорания 10 работает в двухтопливном режиме, жидкое топливо и газообразное топливо могут использоваться в качестве двух видов топлива в двухтопливном режиме.В одном аспекте дизельное топливо может использоваться в качестве жидкого топлива, а природный газ или подобное газообразное топливо может использоваться в качестве газообразного топлива. Хотя в этом раскрытии описывается система сгорания 10, в контексте процесса двухтопливного сгорания, понятно, что раскрытие этим не ограничивается, и что раскрытая система сгорания 10 может работать исключительно с одним топливом, или может включать режим, в котором используется только один вид топлива.

Система сгорания 10 включает поршень 12 , поршневой цилиндр 14 и топливную форсунку 16 .Топливная форсунка , 16, включает в себя множество топливных отверстий , 58, . Система сгорания , 10, может также включать в себя головку цилиндра , 18, , в которой образованы впускной канал , 20, и выпускной канал, , 22, . Впускной клапан , 24, может поддерживаться головкой цилиндра , 18, , и может управлять открытием и закрытием впускного канала , 20, . Выпускной клапан , 26, может поддерживаться головкой цилиндра , 18, , и может управлять открытием и закрытием выпускного канала 22 .Камера сгорания 120 определена внутри поршневого цилиндра 14 и между поршнем 12 и головкой цилиндра 18 , чтобы обеспечить пространство, в котором происходит сгорание, когда поршень 12 находится в верхней мертвой точке (ВМТ) или около нее. .

Цилиндр 14 включает отверстие цилиндра 30 , определяемое стенкой цилиндра 130 . Как видно на фиг. 1 поршень 12 расположен внутри отверстия цилиндра 30 .Поршень 12 включает в себя головку поршня 32 , шарнирно соединенную с шатуном 128 . Шатун 128 поршня 12 проходит от головки поршня 32 к коленчатому валу (не показан), расположенному под отверстием цилиндра 30 , для преобразования возвратно-поступательного движения поршня 12 во вращательное движение коленчатого вала. Верхняя поверхность 36 головки поршня 32 включает в себя чашу поршня 34 .Чаша поршня , 34, обращена в целом вверх к головке цилиндра 18 и может иметь конструкцию мексиканской шляпы, как показано. Центральная ось C определяется центром головки поршня 32 и проходит через центр корпуса поршня 34 .

Продолжая ссылаться на фиг. 1, выемка , 38, расположена радиально снаружи чаши поршня , 34, , в головке поршня , 32, . Выемка , 38, может проходить по окружности так, чтобы окружать, по меньшей мере, часть корпуса поршня , 34, .В одном аспекте выемка , 38, проходит по окружности по всему периметру или на 360 ° вокруг корпуса поршня , 34, . Как будет описано более подробно ниже, выемка , 38, включает в себя множество отклоняющих элементов , 40, , два из которых можно увидеть на виде в разрезе на фиг. 1 (и в увеличенных частях фиг. 1).

Радиально внешняя часть верхней поверхности 36 головки поршня 32 образует коронную часть 52 . Как видно на фиг.1, коронная часть , 52, может быть образована проходящей по окружности плоской поверхностью, которая расположена радиально наружу от выемки , 38, и продолжается до самой внешней в радиальном направлении поверхности или стороны 54 головки поршня 32 . Таким образом, коронная часть 52 определяет часть головки 32 поршня, расположенную радиально наружу от отклоняющих элементов 40 и радиально наружу от выемки 38 .

Система сгорания , 10, может включать в себя контроллер 60, , такой как электронный блок управления (ЭБУ), сконфигурированный для мониторинга и управления различными операциями системы сгорания 10 .Контроллер , 60, может включать в себя процессор, сконфигурированный для приема и обработки различных сигналов, включая сигнал, указывающий положение поршня , 12, , например, положение по отношению к положению верхней мертвой точки поршня , 12, . Контроллер , 60, может выводить сигналы, включая сигнал управления форсункой, для управления приведением в действие топливной форсунки , 16, . В одном аспекте контроллер , 60, может быть включен в модуль управления двигателем (ЕСМ), сконфигурированный для мониторинга и управления операциями всего двигателя внутреннего сгорания.Однако контроллер , 60, может альтернативно быть контроллером топливной системы для управления аспектом топливной системы.

РИС. 2 и 3 показано увеличенное изображение в разрезе и перспективе соответственно головки поршня 32 и отклонителя 40 внутри выемки 38 . Углубление , 38, может включать проходящую по окружности плоскую боковую стенку 28, и проходящую по окружности плоскую нижнюю стенку , 46, . Нижняя стенка 46 может проходить примерно перпендикулярно боковой стенке 28 и центральной оси C.Однако понятно, что боковая стенка , 28, и нижняя стенка , 46, могут быть скорее изогнутыми, чем плоскими, и могут образовывать тупой или острый угол друг к другу.

Дивертор 40 может проходить или выступать радиально внутрь от боковой стенки 28 выемки 38 по направлению к центральной оси C и может включать в себя пару сходящихся боковых стенок 42 (фиг. 3). Сходящиеся боковые стенки , 42, могут быть прямыми или слегка изогнутыми (как показано) в направлении ширины и могут сходиться к передней кромке , 44, , расположенной по центру на отклоняющем устройстве , 40, .Например, как показано на фиг. 3 и 5, сходящиеся боковые стенки , 42, могут расширяться наружу от передней кромки 44 и образовывать вогнутые профили, если смотреть со стороны центральной оси C. от нижней стенки 46 выемки 38 до части верхней поверхности 50 коронной части 52 . Кроме того, отклоняющее устройство , 40, может быть изогнутым или наклонным в направлении высоты.Например, как лучше всего показано на фиг. 2, верхняя часть отклоняющего устройства 40 , прилегающая к верхней части 50 , проходит в радиальном направлении дальше к центральной оси C, чем нижняя часть отклоняющего устройства 40 , прилегающая к нижней стенке 46 , тем самым образуя в целом острый угол с нижней частью стенка 46 . Соответственно, передняя кромка , 44, может заканчиваться вершиной , 48, , в верхней части отклоняющего устройства , 40, . Однако понятно, что отклоняющее устройство , 40, может принимать альтернативные формы, например, сходящиеся боковые стенки , 42, и передняя кромка , 44, могут быть выполнены с поверхностями, проходящими перпендикулярно нижней стенке , 46, , и высотой Дивертер 40 может выступать меньше, чем высота боковой стенки 28 выемки 38 .

Vertex 48 , как и боковые стенки 42 и передняя кромка 44 дивертора 40 , расположена внутри выемки 38 . Кроме того, вершина , 48, может располагаться на участке верхней поверхности , 50, коронной части 52 поршня , 12, . Как видно на фиг. 2, в одном аспекте верхняя поверхность отклонителя , 40, копланарна с верхней поверхностью 50 коронной части 52 .Однако отклоняющее устройство , 40, может включать в себя верхнюю часть, которая проходит над и / или под коронной частью 52 .

РИС. 4 и 5 изображено соотношение диверторов 40 на поршне 12 с отверстиями 58 форсунки 16 . Обращаясь к фиг. 5 боковые стенки 42 отклоняющих устройств 40 изогнуты симметрично относительно плоскости P 1 , которая проходит через переднюю кромку 44 .Таким образом, передняя кромка , 44, расположена приблизительно в центре отклоняющего устройства , 40, в окружном направлении. Точно так же часть , 50, верхней поверхности каждого отклоняющего устройства , 40, изогнута так, чтобы образовывать выпуклый выступ, если смотреть сверху.

В примерной конфигурации каждый дивертер , 40, может иметь угловую или окружную ширину от 30 до 60 градусов и быть разнесенными примерно на 120 градусов друг от друга. Таким образом, отклонители , 40, могут быть приблизительно одинаково разнесены.Хотя три дивертора 40 изображены на фиг. 5, могут присутствовать два дивертора 40 или более трех диверторов 40 . Когда, например, два отклоняющих устройства , 40, , присутствуют в выемке , 38, , каждое отклоняющее устройство , 40, может быть разнесено приблизительно на 180 градусов. Точно так же четыре дивертора 40 , предусмотренные в выемке , 38, , могут быть разнесены друг от друга примерно на 90 градусов. По мере изменения количества отклоняющих элементов , 40, в выемке , 38, , окружная ширина и расстояние между отклоняющими элементами , 40, могут быть соответственно изменены.

Ссылаясь на фиг. 4 и 5, топливная форсунка , 16, может быть расположена приблизительно по центру относительно головки поршня 32 . Как отмечено выше, топливный инжектор , 16, может включать в себя множество топливных отверстий , 58, , каждое из которых впрыскивает топливо в камеру сгорания , 120, . Количество топливных отверстий , 58, может быть таким же, как количество отклонителей 40 , предусмотренных в выемке 38 поршня 12 . Таким образом, как показано на фиг.5, когда три топливных отверстия 58 предусмотрены в топливной форсунке 16 , три отклонителя 40 предусмотрены в выемке 38 , так что каждый отклонитель 40 выровнен по окружности или, как правило, выровнен по окружности с соответствующим топливных отверстий 58 . В частности, передняя кромка , 44, отклоняющих устройств , 40, выровнена по окружности с соответствующим топливным отверстием , 58, . Используемая здесь фраза «по окружности выровнена с отверстиями для подачи топлива , 58, » основана на положении по окружности центральной продольной оси отверстия для подачи топлива , 58, , вытянутой в направлении к поршню , 12, .Эта центральная продольная ось топливного отверстия , 58, изображена на фиг. 5 в виде линии, представляющей топливный жиклер 56 . В такой конфигурации передние кромки 44 отклоняющих устройств 40 сталкиваются с топливной струей 56 , выходящей из топливных отверстий 58 топливной форсунки 16 .

Альтернативная конфигурация системы сгорания 10 проиллюстрирована на фиг. 6 и 7. Фиг. 6 — вид в перспективе дивертора , 140, , который, как и отклонитель 40 , выступает из боковой стенки 28 выемки 38 .Отклонители , 140, этой альтернативной конфигурации аналогичны диверторам , 40, , за исключением того, что боковые стенки диверторов , 140, включают в себя ведущую стенку 146 и заднюю стенку 148 . Как видно на фиг. 6, свинцовая стенка , 146, и задняя стенка , 148, могут иметь разные формы и, таким образом, образовывать асимметричный дивертер , 140, . Свинцовая стенка , 146, может быть сформирована так, чтобы включать в себя вогнутую поверхность в направлении ширины, а вогнутая поверхность обращена радиально внутрь.Однако в качестве альтернативы свинцовая стенка , 146, может быть сформирована с плоской поверхностью. Задняя стенка , 148, может быть приблизительно прямой и продолжаться в целом нормально (под углом приблизительно 90 градусов) от боковой стенки 28 выемки 38 . Задняя стенка , 148, может быть предусмотрена под другими углами по отношению к боковой стенке углубления 28, , если желательно. Как показано на фиг. 7, ведущая стенка , 146, и задняя стенка , 148, асимметричны относительно плоскости P 2 (см. Фиг.7), который проходит через переднюю кромку 144 .

Диверторы , 140, могут включать в себя переднюю кромку 144 , сформированную в положении, которое немного смещено по окружности от топливных отверстий 58 и, таким образом, не принимает непосредственно встречную пилотную топливную струю 56 . Скорее, как можно увидеть на фиг. 7, передняя стенка , 146, каждого из отклоняющих элементов , 140, может быть в целом выровнена по окружности с отверстием для топлива 58 топливной форсунки 16 , так что пилотная топливная струя 56 непосредственно сталкивается с передней стенкой 146 .Передняя стенка 146 и задняя стенка 142 сходятся радиально внутрь по направлению друг к другу к передней кромке 144 . Подобно диверторам , 40, , отклонители , 140, могут постепенно увеличиваться в толщине по мере приближения к передней кромке 144 и части 150 верхней поверхности короны 52 . Также аналогично диверторам , 40, , диверторы , 140, могут включать в себя три отклоняющих устройства , 140, , разнесенных примерно на 120 градусов, и такое же количество отклоняющих устройств 140 , что и топливные отверстия 58 топливной форсунки 16 .Однако более или менее отклоняющие устройства , 140, могут быть включены в поршень 12 .

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Раскрытые аспекты системы сгорания 10 могут использоваться в различных устройствах. Например, система сгорания 10 может использоваться в двигателях внутреннего сгорания.

Как показано на фиг. 4 и 5, во время работы системы сгорания 10 диверторы 40 на поршне 12 могут направлять пилотное топливо, например дизельное топливо, в окружном направлении вдоль выемки 38 поршня 12 .Этот круговой поток пилотного топлива может способствовать надежному воспламенению пилотного топлива и основного топлива, что может способствовать снижению выбросов, уменьшению горячих точек и уменьшению потребности в пилотном топливе.

Как обсуждалось выше, система сгорания 10 может работать в двухтопливном режиме. Такой двухтопливный режим может быть временным, например, на период прогрева, или на неопределенный срок. Система сгорания , 10, также может работать в однотопливном режиме, например, в режиме, в котором впрыскивается только дизельное топливо.Топливо, впрыскиваемое в режиме одного топлива, может впрыскиваться форсункой , 16, , дополнительной форсункой или комбинацией форсунки , 16, и другой форсунки. В одном аспекте топливный инжектор , 16, может быть двухтопливным инжектором, который включает в себя два набора отверстий, например, первый набор отверстий , 58, для впрыска пилотного жидкого топлива, и второй набор отверстий для впрыск газообразного топлива, что устраняет необходимость введения газообразного топлива через впускной канал, такой как впускной канал 20 .В этой конфигурации контроллер , 60, может независимо управлять впрыском топлива с помощью набора отверстий для газового топлива и впрыском пилотного топлива с помощью набора отверстий для пилотного топлива , 58, . Согласно другому аспекту, во время двухтопливной работы инжектор , 16, может впрыскивать форсунки пилотного топлива , 56, , в то время как основное газообразное топливо подается в камеру сгорания , 120, через впускной канал, такой как впускной канал 20 .

При работе системы сгорания 10 в двухтопливном режиме поршень 12 совершает возвратно-поступательное движение в расточке цилиндра 30 между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ).Во время такта впуска, когда поршень 12 движется в направлении НМТ, впускной клапан 24 открывается, позволяя всасываемому воздуху поступать из впускного канала 20 в камеру сгорания 120 . Этот всасываемый воздух может быть смешан с газообразным топливом, например природным газом, перед системой сгорания 10 через инжектор впускного канала.

В такте сжатия, следующем за тактом впуска, поршень 12 движется к ВМТ от НМТ. Перед достижением ВМТ на такте сжатия топливная форсунка , 16, может впрыснуть множество форсунок , 56, пилотного топлива в момент предварительного впрыска (см.g., фиг. 4 и 5). Таким образом, момент пилотного впрыска может представлять момент, в который топливная форсунка , 16, открывается для впрыска пилотного топлива. ИНЖИР. 4 показано расположение пилотных топливных форсунок 56 , когда эти форсунки 56 сталкиваются с отклоняющими устройствами 40 , 140 сразу после пилотного впрыска.

Чтобы обеспечить точное управление синхронизацией впрыска пилотного топлива, контроллер 60 отслеживает положение поршня 12 и управляет топливной форсункой 16 для выполнения впрыска форсунок пилотного топлива 56 во время предварительного впрыска.Как показано на фиг. 4, 5 и 7, каждый пилотный топливный жиклер 56 , впрыскиваемый в момент пилотного впрыска, сталкивается с соответствующими отклоняющими устройствами 40 , 140 . Как отмечено выше, в одном аспекте пилотным топливом для пилотных топливных жиклеров , 56, может быть дизельное топливо.

Контроллер 60 управляет топливной форсункой 16 для впрыска пилотных топливных жиклеров 56 в заранее определенное время пилотного впрыска. Момент подачи пилотного топлива — это заранее определенный момент в диапазоне от 60 градусов до 40 градусов перед ВМТ.Угол θ пилотного распыления может определяться углом между каждой пилотной топливной струей , 56, и центральной осью C. Угол θ пилотного распыления находится в диапазоне от 60 градусов до 70 градусов.

Каждый пилотный топливный жиклер 56 впрыскивается топливной форсункой 16 по направлению к передней кромке 44 и боковым стенкам 42 каждого отклонителя 40 . Как показано на фиг. 5, когда топливная форсунка 16 впрыскивает пилотные топливные форсунки 56 , каждая топливная форсунка 56 сталкивается с отклоняющим устройством , 40, и перенаправляется в окружном направлении, обеспечивая более равномерное распределение пилотного топлива в области выемки . 38 .Кривизна боковых стенок , 42, использует импульс пилотных топливных жиклеров , 56, для перенаправления пилотных топливных жиклеров 56 из радиального направления в окружное направление. Кривизна боковых стенок , 42, также может уменьшить потерю количества движения и позволить каждой пилотной топливной струе , 56, постепенно переходить от радиального компонента к периферийному компоненту около выемки , 38, . В центре отклоняющих устройств 40 передняя кромка 44 принимает соответствующий пилотный топливный жиклер 56 и перенаправляет топливный жиклер, разделяя (или разделяя) и перенаправляя (или отклоняя) пилотный топливный жиклер 56 в двух противоположных окружных кругах. направления.Верхний выступ, образованный вершиной 48 (фиг. 2), может способствовать предотвращению выхода пилотных топливных форсунок 56 из выемки 38 и помогает удерживать пилотные топливные форсунки 56 в выемке 38 . Таким образом, топливные жиклеры , 56, могут быть направлены так, чтобы в целом удерживаться в области выемки , 38, , образуя богатую топливом область в этой области выемки , 38, и на периферии камеры сгорания , 120, .

Поскольку такт сжатия продолжается после впрыска пилотных топливных жиклеров 56 , давление в камере сгорания 120 увеличивается, в результате чего пилотные топливные жиклеры 56 подвергаются воспламенению от сжатия или самовоспламенению.Это самовоспламенение происходит в области углубления , 38, , в которой концентрируется пилотное топливо, воспламеняя основное топливо (газообразное топливо), которое теперь находится в камере сгорания , 120, .

Работа в двухтопливном режиме практически такая же, когда присутствуют переключатели 140 . Как показано на фиг. 7, диверторы 140 перенаправляют пилотные топливные жиклеры 56 . Однако это изменение направления может происходить по существу в одном окружном направлении, и пилотные топливные форсунки , 56, не разделены или разделены.Когда каждая из форсунок пилотного топлива , 56, перенаправляется по окружности соответствующим одним из отклоняющих устройств , 140, , перенаправленные форсунки пилотного топлива , 56, обычно могут быть равномерно распределены по внешней окружности камеры сгорания , 120, . Как отмечено выше, при перенаправлении по окружности топливных жиклеров , 56, отклоняющими устройствами , 140, может использоваться импульс топливных жиклеров , 56, для распределения по окружности топливных жиклеров , 56, .Как видно на фиг. 7, каждая пилотная топливная струя , 56, может быть перенаправлена ​​в одном и том же направлении по окружности (например, по часовой стрелке). Ориентация отклоняющих устройств , 140, может быть обратной, так что каждая пилотная топливная струя , 56, перенаправляется против часовой стрелки.

Верхний свес, такой как вершина 48 , может быть включен в переднюю стенку 146 отклоняющих устройств 140 , при желании, для дальнейшего предотвращения выхода пилотных топливных форсунок 56 из выемки 38 .

Как отмечалось выше, описанные здесь системы сгорания 10 могут улучшить однородность самовоспламенения пилотного топлива и обеспечить более надежный источник зажигания, даже когда используется небольшое количество отверстий для впрыска пилотного топлива и относительно небольшое количество пилотного топлива. . Таким образом можно добиться более равномерного воспламенения основного топлива. Возникновение горячих точек может быть уменьшено, что, в свою очередь, может улучшить показатели выбросов. Кроме того, количество дизельного топлива, необходимое для работы двигателя внутреннего сгорания, может быть уменьшено, и газовое топливо может использоваться в качестве основного топлива, что приводит к уменьшению выбросов и / или стоимости.

Специалистам в данной области техники будет очевидно, что в раскрытую систему сгорания могут быть внесены различные модификации и изменения, не выходящие за рамки объема раскрытия. Другие варианты осуществления системы сгорания будут очевидны специалистам в данной области техники из рассмотрения описания и практического применения раскрытых здесь систем. Предполагается, что описание и примеры должны рассматриваться только как иллюстративные, с истинным объемом раскрытия, указанным следующей формулой изобретения и ее эквивалентами.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) — x-engineer.org

Турбокомпрессор — это наиболее распространенная технология, которая используется в двигателях внутреннего сгорания для принудительной подачи всасываемого воздуха. Основными компонентами турбонагнетателя являются турбина и компрессор. Роль турбины заключается в использовании тепловой и кинетической (турбонагнетатели с двойной спиралью) энергии выхлопных газов и преобразовании ее в механическую энергию. Роль компрессора заключается в использовании механической энергии и сжатии всасываемого воздуха для увеличения его плотности.

Чтобы лучше понять, что такое турбонагнетатель (с фиксированной геометрией) и как работает турбонаддув, прочтите статьи:

Из-за геометрии и работы в другом диапазоне скоростей существует несоответствие между потоком выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. и радиальный поток турбокомпрессора. Если геометрия (проходное сечение) турбины спроектирована таким образом, чтобы соответствовать полной скорости и нагрузке двигателя (большая площадь), на низких и средних оборотах реакция турбонагнетателя будет плохой.Если геометрия турбины подобрана для быстрого отклика (малая площадь), когда двигатель будет работать на высокой скорости, могут быть достигнуты пределы дросселирования, и турбокомпрессор может выйти за пределы скорости или давление всасываемого воздуха может превысить максимальный предел.

Идеальный турбонагнетатель должен обеспечивать необходимое давление всасываемого воздуха (наддув) независимо от рабочей точки двигателя (скорости и крутящего момента). Это невозможно из-за того, что частота вращения вала турбокомпрессора зависит от массового расхода выхлопных газов, который зависит от рабочей точки двигателя.

Для турбокомпрессора с фиксированной геометрией при низких оборотах двигателя массовый расход выхлопных газов невелик, поэтому скорость вала турбокомпрессора мала, что означает низкий наддув воздуха. С другой стороны, при высоких оборотах двигателя массовый расход выхлопных газов высок, также высока скорость вала турбокомпрессора, что выражается в высоком давлении всасываемого воздуха.

Поток жидкости по трубе

Чтобы понять принцип работы турбокомпрессора с изменяемой геометрией (VGT) , нам необходимо вспомнить некоторые законы гидродинамики.

Представьте, что у вас есть труба с переменным диаметром по длине.

Изображение: Непрерывность потока жидкости

A [м 2 ] — площадь
v [м / с] — скорость
p [Па] — давление

В большей области A 1 жидкость собирается иметь определенный массовый расход [кг / с]. Поскольку масса жидкости сохраняется, для того, чтобы иметь возможность пропускать ту же массу через меньшую область A 2 , скорость жидкости должна быть увеличена.

Следующие законы применяются к жидкости, протекающей по трубе переменного диаметра:

\ [A_1 \ cdot v_1 = A_2 \ cdot v_2 = \ text {const.2} {2} + p_1 = \ text {const.} \ Tag {2} \]

ρ [кг / м 3 ] — плотность жидкости

Это означает, что на участке с более низкой скоростью жидкости в порядке чтобы поддерживать постоянную сумму между членами, давление должно быть увеличено. Это называется закон Бернулли .

Подводя итог, для жидкости, протекающей через два поперечных сечения с разными площадями, верны следующие соотношения:

\ [\ begin {split}
A_1> A_2 \\
p_1> p_2 \\
v_1
\ end { split} \]

Передаточное отношение A / R турбокомпрессора

Важной геометрической характеристикой (параметром) турбокомпрессора является соотношение A / R , где A — площадь поперечного сечения турбины / компрессора, а R — радиус от оси турбонагнетателя до центра тяжести области A.

Отношение A / R (площадь, разделенная на радиус) применяется как для компрессора, так и для турбины, но основное влияние на производительность турбокомпрессора связано с соотношением A / R турбины .

Изображение: Передаточное отношение турбокомпрессора (1)

Изображение: Передаточное отношение турбокомпрессора (2)
Кредит: Honeywell Garrett

Пропускная способность турбины зависит от Соотношение A / R корпуса и оказывает значительное влияние на общую производительность турбокомпрессора.

A малое соотношение A / R увеличит скорость выхлопного газа, когда он входит в колесо турбины, компрессор будет вращаться быстрее и обеспечит увеличение наддува всасываемого воздуха. Отрицательным эффектом небольшого отношения A / R является тангенциальный поток выхлопных газов в турбинное колесо, что снижает пропускную способность турбокомпрессора. Следствием этого является повышенное противодавление в выпускном коллекторе на высоких оборотах двигателя, что приводит к затрудненному газообмену (выхлопные газы против.всасываемый воздух) двигателя и снижение пиковой мощности.

A с большим передаточным отношением A / R улучшит пропускную способность турбокомпрессора на высоких оборотах двигателя, уменьшая противодавление в выпускном коллекторе. Это улучшит способность двигателя «дышать» (обмен газа) на высокой скорости и подтолкнет пиковую мощность к более высоким значениям. Недостатком является то, что при низких и средних оборотах двигателя скорость выхлопных газов будет ниже (из-за большей площади проходного сечения) и увеличение наддува всасываемого воздуха будет медленнее (турбо-задержка).

Изображение: BV50 — турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) для бензиновых двигателей
Предоставлено: BorgWarner

Для лучшего понимания возьмем в качестве примера два турбокомпрессора с разными передаточными числами A / R и один и тот же базовый двигатель (6 цилиндров объемом 3 л. ).

Передаточное отношение A / R Характеристики турбокомпрессора Характеристики двигателя / автомобиля
0,83
  • низкая пропускная способность
  • высокая скорость потока высокое противодавление выхлопных газов
Двигатель:
  • высокий крутящий момент на нижнем конце
  • быстрый отклик крутящего момента
  • ограниченная пиковая мощность

Автомобиль:

  • быстрое ускорение с места
  • удовольствие от вождения
  • подходит для городского движения
1.22
  • высокая пропускная способность
  • низкая скорость потока
  • более медленная реакция наддува воздуха (турбо-задержка)
  • низкое противодавление выхлопных газов
Двигатель:
  • малый крутящий момент на низких оборотах
  • медленная реакция крутящего момента
  • выше пиковая мощность

Автомобиль:

  • плохое ускорение с места
  • более высокая максимальная скорость
  • подходит для езды по городу

В двух словах, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией (VGT) сочетают в себе преимущества малое соотношение A / R и большое соотношение A / R в одном устройстве , объединяющем преимущества обоих типов.

Типы турбокомпрессоров с изменяемой геометрией

Турбонагнетатели с изменяемой геометрией означают изменяемые передаточные числа . Единственный реальный способ получить переменное соотношение A / R — это изменить площадь поперечного сечения A потока отработавших газов . Радиус R всегда будет постоянным.

По сравнению с турбокомпрессорами с фиксированной геометрией, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией предназначены для:

  • увеличения давления наддува всасываемого воздуха при низких оборотах двигателя
  • улучшения времени отклика турбонагнетателя во время переходных фаз работы двигателя
  • увеличения максимальной готовности двигателя крутящий момент
  • предотвращает избыточное ускорение при высоких оборотах двигателя
  • снижает выбросы выхлопных газов и улучшает экономию топлива

В зависимости от производителя турбокомпрессора в автомобильной промышленности доступно несколько технических решений.Независимо от используемой механической системы результат один и тот же: используйте подвижные компоненты, чтобы обеспечить переменную площадь поперечного сечения A, чтобы получить общее переменное соотношение A / R.

Наиболее распространенными типами турбонагнетателей с изменяемой геометрией являются:

  • поворотные лопатки
  • подвижная стенка
  • скользящее кольцо
  • регулируемая площадь
Поворотные лопатки Турбонагнетатели с изменяемой геометрией

Поворотные (вращающиеся) лопатки широко используются в турбокомпрессорах для пассажиров. применения в транспортных средствах, и они являются наиболее распространенным типом турбокомпрессоров с изменяемой геометрией (VGT).

Изображение: Турбокомпрессор с изменяемой геометрией — компоненты

  1. кожух турбины
  2. рабочее колесо турбины
  3. лопатки
  4. унисонное кольцо
  5. регулируемое кольцо
  6. рычажная система
  7. колесо компрессора
  8. корпус компрессора
  9. 9370 корпус компрессора площади проходного сечения турбины достигается вращающимися лопатками (3). Они механически связаны с регулируемым кольцом (5), которое управляется пневматическим приводом (9) через систему механических рычагов (6).

    В зависимости от рабочей точки двигателя модуль управления двигателем (ЕСМ) регулирует давление воздуха в пневматическом приводе, который закрывает или открывает поворотные лопатки.

    Изображение: Узкое отверстие лопасти
    Кредит: Volvo

    Изображение: VGT (узкое отверстие лопасти)
    Кредит: BorgWarner

    Изображение: Поток выхлопных газов (узкое отверстие лопасти)
    Кредит: BorgWarner

    При низких оборотах двигателя лопатки находятся в узком положении, площадь поперечного сечения для потока выхлопных газов мала, соотношение A / R находится на минимальном значении, а скорость выхлопной газ через турбину на максимуме.Это приводит к высокой скорости компрессора и сильному наддува всасываемого воздуха.

    Изображение: Широкое отверстие лопастей
    Кредит: Volvo

    Изображение: VGT (широкое отверстие лопасти)
    Кредит: BorgWarner

    Изображение: Поток выхлопных газов (широкое отверстие лопасти)
    Кредит: BorgWarner

    При высоких оборотах двигателя лопатки находятся в широком положении, площадь поперечного сечения для потока выхлопных газов большая, соотношение A / R находится на максимальном значении, а скорость выхлопные газы через турбину по минимуму.Скорость компрессора будет ниже, но достаточной для обеспечения необходимого наддува всасываемого воздуха.

    Также увеличивается пропускная способность турбины, что снижает противодавление выхлопных газов и позволяет двигателю нормально «дышать».

    Положение лопаток (соотношение A / R) можно регулировать от минимального (полностью закрытого) до максимального (полностью открытого) положения. Точное положение лопаток зависит от рабочей точки двигателя внутреннего сгорания (скорости и крутящего момента) и регулируется модулем управления двигателем (ECM) или модулем управления трансмиссией (PCM).

    Изображение: GT17VNT турбокомпрессор с изменяемой геометрией
    Предоставлено: Honeywell Turbo Technologies

    Изображение: GT17VNT турбокомпрессор с изменяемой геометрией
    Кредит: Honeywell Turbo Technologies

    Наиболее распространенная конструкция турбокомпрессора с изменяемой геометрией вращающиеся лопатки (аэродинамические поверхности), расположенные как ламели в оконной шторке вокруг турбинного колеса. Эти лопатки перемещаются для регулирования площади поперечного сечения потока выхлопных газов через турбину.Лопатки установлены в корпусе турбины одним концом, прикрепленным к корпусу пальцами. Другой конец лопасти соединен штифтом с пластиной, называемой унисонным кольцом. Вращение этого унисонного кольца заставляет все лопатки вращаться вокруг фиксированной точки поворота.

    Изображение: Турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT) — узел поворотных лопаток

    Узел поворотных лопаток также известен как кольцо сопла .

    При высоких температурах выхлопных газов сухое трение металл о металл между лопатками, шарнирами и кольцом может быть проблематичным и вызвать заедание механизма поворота.Если они застрянут в открытом положении, работа двигателя на низких оборотах будет плохой. Если лопатки застревают в закрытом (узком) положении, на высоких оборотах двигателя будет значительное противодавление выхлопных газов, что приведет к превышению скорости и даже к отказу турбины.

    Конструкция с поворотными лопатками чаще всего используется в дизельных и бензиновых двигателях легковых автомобилей.

    Турбокомпрессор с изменяемой геометрией с подвижной стенкой

    Другой способ получения переменного соотношения A / R — использование подвижной стенки внутри турбонагнетателя.Между подвижной стенкой и корпусом турбины будет создаваться переменная площадь поперечного сечения.

    Изображение: Турбокомпрессор с изменяемой геометрией с подвижной стенкой (VGT) — эксплуатация
    Кредит: Cummins Turbo Technology

    1. колесо компрессора
    2. датчик скорости вала
    3. пневмопривод
    4. неподвижный кожух
    5. колесо турбины
    6. скользящее сопло и лопатки (подвижная стенка)
    7. толкатель и втулки
    8. рабочая вилка

    В этой конструкции подвижная стенка (6) содержит кольцо сопла, а лопатки закреплены под постоянным углом.Положение соплового кольца относительно корпуса турбины регулируется пневмоприводом (3). При уменьшении площади поперечного сечения лопатки соплового кольца входят в неподвижную стенку (4) через радиальные прорези.

    Изображение: Турбокомпрессор со скользящим соплом — узкий
    Кредит: Cummins Turbo Technology

    Изображение: Турбокомпрессор со скользящим соплом — широкий
    Кредит: Cummins Turbo Technology

    При 24, низкая частота вращения двигателя 24 Кольцо форсунки сдвинуто вправо, уменьшая площадь поперечного сечения и соотношение A / R.Это приведет к увеличению скорости выхлопных газов, турбонагнетатель будет вращаться быстрее, а наддув всасываемого воздуха увеличится.

    Когда кольцо форсунки (подвижная стенка) находится в крайнем левом положении, площадь поперечного сечения для потока выхлопных газов максимальна. Передаточное отношение A / R также находится на максимальном значении, когда двигатель работает на высоких оборотах .

    По сравнению с конструкцией поворотных лопаток, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией с подвижной стенкой имеют преимущество в том, что они имеют меньшее количество движущихся частей, что означает меньшее количество точек износа и лучшую надежность (меньше шансов выйти из строя).Конструкция с подвижной стенкой может повысить эффективность при высоком потоке выхлопных газов. Отсутствие нескольких точек поворота снижает утечку выхлопных газов и повышает общую эффективность. Основным недостатком конструкции с подвижной стенкой является высокая стоимость изготовления, в основном из-за малого зазора и минимального контакта между лопатками соплового кольца и отверстиями в кожухе.

    Конструкция с подвижной стенкой чаще всего используется в дизельных двигателях коммерческих автомобилей. Например, Scania использует в своих дизельных двигателях турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT) со скользящим соплом.

    Изображение: Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) — лопатка
    Кредит: Scania

    1. воздухозаборник
    2. компрессорное колесо
    3. выпускное отверстие наддувочного воздуха
    4. датчик скорости
    5. привод
    6. скользящее сопло-кольцо
    7. 370367
    8. выпускное колесо турбины
    9. 370367 впуск газа
    10. выпуск выхлопного газа

    Геометрия и поток газа в турбокомпрессоре с изменяемой геометрией регулируются скользящим сопловым кольцом, которым управляет электрический привод.Это позволяет точно контролировать как наддувочный воздух, поступающий в двигатель, так и поток рециркуляции отработавших газов.

    Поток всасываемого воздуха можно оптимизировать во всем диапазоне рабочих скоростей двигателя. Это означает, что VGT можно использовать для улучшения реакции двигателя и крутящего момента на низких оборотах. Он также используется для ускорения переключения передач с помощью Scania Opticruise, поддерживая частоту вращения турбины во время переключения передач.

    Турбокомпрессор с изменяемой геометрией с подвижным кольцом

    Конструкция сайдингового кольца аналогична архитектуре подвижной стены.Основное отличие состоит в том, что лопатки закреплены в неподвижной пластине сопла. Изменение площади поперечного сечения потока выхлопных газов осуществляется подвижным (осевым) кольцом.

    Изображение: Турбокомпрессор со скользящим кольцом GT17
    Кредит: Honeywell Turbo Technologies

    Изображение: Турбокомпрессор со скользящим кольцом GT17
    Кредит: Honeywell Turbo Technologies

    В закрытое (узкое) положение скольжения Кольцо расположено близко к пластине сопла, и весь поток выхлопных газов проходит через лопатки.Это положение с наименьшим передаточным отношением A / R, высокой скоростью вращения вала и большим наддувом всасываемого воздуха.

    Когда скользящее кольцо отодвигается на от сопловой пластины, выхлопной газ частично обходит лопаточный узел и попадает непосредственно в турбину. В этом положении турбина имеет более высокое соотношение A / R, более низкую скорость вращения вала, а компрессор обеспечивает более низкий наддув.

    Турбокомпрессор с изменяемой площадью

    Турбонагнетатель с регулируемой геометрией с поворотными лопастями обеспечивает изменяемое соотношение A / R за счет вращения лопаток вокруг их точки поворота.Главный недостаток этой технологии — сложная и дорогостоящая механическая система.

    Айсин Сейки разработал турбокомпрессор с изменяемой геометрией, который имеет гораздо более простую механическую систему, что снижает стоимость производства и повышает надежность. Турбокомпрессор с регулируемым потоком (VFT), разработанный Aisin Seiki, основан на принципе переменной площади. Корпус турбины имеет две спирали, внутреннюю и внешнюю. Центральный поворотный клапан направляет поток выхлопных газов через внутреннюю лопатку, внешнюю лопатку или обе, в зависимости от рабочей точки двигателя (скорости и крутящего момента).

    Вдоль стенки турбокомпрессора, между внутренней спиралью и внешней спиралью, также есть несколько неподвижных лопаток, которые помогают перенаправлять поток выхлопных газов в турбинное колесо.

    По сравнению с турбонагнетателем с регулируемой геометрией с поворотными лопастями, количество компонентов в турбонагнетателе с регулируемым расходом меньше. Кроме того, есть только одна движущаяся часть, центральный клапан, который позволяет модулю управления двигателем (ECM) использовать простой алгоритм управления, аналогичный тому, который используется для турбокомпрессоров с фиксированной геометрией и перепускным клапаном.

    Изображение: Турбокомпрессор с регулируемым расходом (VFT) — низкий расход
    Кредит: Aisin Seiki

    Изображение: Турбонагнетатель с регулируемым расходом (VFT) — высокий расход
    Кредит: Aisin Seiki

    74
  10. внутренняя спираль
  11. внешняя спираль
  12. центральный регулирующий клапан
  13. неподвижные лопатки

При низких оборотах двигателя (низкий расход выхлопных газов) центральный клапан (3) полностью закрыт, и выхлопной газ проходит через внутренняя спираль (1), которая имеет меньшую площадь поперечного сечения и соотношение A / R.В этом состоянии поток выхлопных газов во внешнюю спираль отсутствует, хотя между внешней и внутренней спиралями есть проходы, поскольку внешняя спираль (2) рассматривается как камера со статическим давлением.

При высоких оборотах двигателя (высокий расход выхлопных газов) центральный клапан регулирует количество выхлопных газов, попадающих во внешнюю спираль. Газ, поступающий во внешнюю спираль, подается во внутреннюю спираль через неподвижные лопатки и сливается с потоком во внутренней спирали.Направление потока к ротору турбины представляет собой комбинацию векторов двух потоков. Изменение угла потока к ротору турбины может управлять скоростью турбины и, следовательно, регулировать давление на входе турбины (противодавление выхлопных газов двигателя).

Турбокомпрессор с регулируемым потоком (VFT) является гораздо более простым и недорогим вариантом по сравнению с турбонагнетателем с регулируемой геометрией с поворотной лопастью или турбиной с подвижной стенкой. Японские производители автомобилей (Honda) интегрировали VFT как в бензиновые, так и в дизельные двигатели.

Что касается приводных систем , турбонагнетатели с изменяемой геометрией имеют пневматический привод или электрический привод . Несмотря на более высокую стоимость, турбонагнетатели с электрическим приводом имеют более быстрое время отклика и более точное срабатывание движущихся элементов.

Изображение: Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) — электрический привод
Кредит: Audi

Преимущества турбокомпрессоров с изменяемой геометрией

По сравнению с турбокомпрессором с фиксированной геометрией, турбокомпрессор с изменяемой геометрией имеет следующие преимущества:

  • более высокие нижние частоты максимальный крутящий момент : турбонагнетатель с изменяемой геометрией может улучшить максимальный крутящий момент двигателя в области низких частот благодаря способности турбонагнетателя обеспечивать большее количество массы воздуха; это приводит к впрыскиванию большего количества топлива, следовательно, к более высокому среднему эффективному давлению и крутящему моменту
  • более быстрый отклик крутящего момента двигателя : особенно в области низких скоростей отставание крутящего момента двигателя сводится к минимуму из-за способности турбонагнетателя ускоряться быстрее и обеспечить необходимый наддув всасываемого воздуха
  • более высокое соотношение воздух-топливо при низких оборотах двигателя : дополнительный наддув всасываемого воздуха дает более высокое соотношение воздух-топливо (больше воздуха доступно для сгорания), что может помочь снизить выбросы выхлопных газов
  • уменьшено потери на дросселирование в выпускном коллекторе : турбокомпрессор с изменяемой геометрией не требует перепускного клапана, поскольку поток выхлопных газов регулируется поворотными лопатками, скользящим кольцом или центральным клапаном; поэтому потери на дросселирование выпускного коллектора снижаются, что увеличивает способность двигателя «дышать» (выполнять газообмен) с меньшими потерями.
  • улучшает скорость рециркуляции выхлопных газов (EGR) клапан системы рециркуляции ОГ открыт, важно, чтобы давление выхлопных газов было выше, чем давление всасываемого воздуха, для обеспечения потока газа; будучи способным увеличивать противодавление в выпускном коллекторе, турбонагнетатель с изменяемой геометрией повышает эффективность системы рециркуляции отработавших газов
  • улучшает характеристики торможения двигателем турбина маленькая, противодавление в выпускном коллекторе будет выше; в этом случае тормозной момент двигателя будет выше, поскольку для этого потребуется сжимать воздух в выхлопе на более высоком уровне.

Изображение: Сравнение давления наддува
Предоставлено: BorgWarner Turbo Systems

Изображение: Сравнение крутящего момента двигателя
Кредит: Garrett Engine Boosting Systems

Изображение: Сравнение мощности двигателя
Кредит: Garrett Engine Boosting Systems

Изображение: Сравнение расхода топлива
Кредит: Garrett Engine Boosting Systems

9000 AVNT TM — Турбокомпрессор с усовершенствованным регулируемым соплом (торговая марка: Garrett Engine Boosting Systems)

Исследования, проведенные компанией Garrett Engine Boosting Systems, показывают значительное улучшение кривой крутящего момента двигателя благодаря улучшенному контролю над соотношением воздух-топливо.Для данной трансмиссии крутящий момент сцепления увеличился до 45%, а максимальный крутящий момент — более чем на 30%. Эти два улучшения напрямую связаны с увеличенным потоком всасываемого воздуха, создаваемым AVNT TM на низких оборотах двигателя.

Кроме того, была оценена более высокая номинальная мощность до 6% благодаря способности AVNT TM снижать уровни наддува на высоких оборотах двигателя, тем самым снижая давление в цилиндре двигателя и тепловую нагрузку наддувочного воздуха. кулер.

Также были продемонстрированы улучшения экономии топлива на динамометре. Возможность оптимизировать соотношение воздух-топливо, минимизировать насосные потери и работать с более высоким КПД — все это положительно влияет на удельный расход топлива.

На дизельных двигателях при низких оборотах можно значительно снизить выбросы дыма благодаря способности турбонагнетателя регулировать соотношение воздух-топливо. Выбросы NO x также могут быть уменьшены благодаря повышенному противодавлению в выпускном коллекторе.Отрицательный перепад давления в двигателе (давление в выпускном коллекторе выше давления во впускном коллекторе) увеличивает поток выхлопных газов во впускной коллектор.

В зависимости от производителя турбокомпрессоры с изменяемой геометрией имеют разные аббревиатуры, но все они достигают одного и того же: изменяемое соотношение A / R турбины :

  • VGT — Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (Cummins, Holset)
  • VNT — Турбина с регулируемым соплом (Honeywell Garrett Turbo Systems)
  • VFT — Турбокомпрессор с регулируемым потоком (Aisin Seiki)
  • VTG — Турбина с регулируемой геометрией Variable Systems, геометрия и 908B — Турбокомпрессор системы изменяемой геометрии (IHI Turbo)
  • VTA — Изменяемая площадь турбины (MAN Diesel Turbo Systems)

No.2969: Октановое число

Сегодня обычный или премиум? Инженерный колледж Университета Хьюстона представляет серию статей о машинах, которые заставляют нашу цивилизацию работать, и людях, чья изобретательность создала их.

Каждый раз, когда вы останавливаетесь, чтобы купить бензин для своей машины, вы сталкиваетесь с вопросом: какой сорт бензина покупать? Обычный или один из премиальных? Если вы похожи на меня, вы, вероятно, полагаетесь на обычные, потому что это дешевле. В конце концов, в наши дни газ — это значительная статья расходов.Так в чем же выгода от покупки премиум-класса?

Для ответа нам нужно немного понять, как работают газ и двигатели. В двигателе автомобиля мощность создается путем воспламенения газа, смешанного с воздухом, для создания управляемого взрыва. Физика говорит нам, что мы можем получить более мощный взрыв, сначала сжав газ. Фактически, если мы сжимаем газ достаточно сильно, он взрывается, не зажигая его. На этом принципе построены дизельные двигатели. Двигатели газовые нет. Им нужна свеча зажигания, чтобы начать взрыв.


Поршни двигателя внутреннего сгорания, частичный разрез (Mj-bird / Wikipedia)

Пока все в порядке. Но вот в чем поворот. Слишком сильно выжимайте газ в двигателе автомобиля, и, как и в дизельном топливе, газ может взорваться, не зажигая его. Это не годится для двигателя, работающего на газе. Вы хотите, чтобы свеча зажигания произвела красивый плавный взрыв. При возникновении нежелательных взрывов сжатия можно услышать стук. Автомобиль плохо работает, и двигатель может быть поврежден.Как остановить эти нежелательные взрывы сжатия? Подбирая подходящий газ для конкретной машины. Число на каждой кнопке бензонасоса — 87, 89, 91 или что-то подобное — указывает на то, насколько газ подвержен этим нежелательным взрывам. Число называется октановым числом. Чем выше октановое число, тем сильнее можно сжать газ без взрыва.


АЗС насос с пятью октановыми числами (изображение из Википедии)

Теперь мы смогли ответить на наш первоначальный вопрос: в чем выгода от покупки газа высшего сорта? Для большинства людей ничего.Нет никакой пользы, если смотреть только на октановое число.

Автомобильные двигатели предназначены только для сжатия газа. Роскошные и высокопроизводительные автомобили сильно сжимают газ, чтобы добиться таких вещей, как более быстрое ускорение. Однако большинство автомобилей сконструированы таким образом, чтобы сжимать газ гораздо меньше. Они прекрасно справляются с обычным газом. Премиум, обладающий повышенной устойчивостью к нежелательным взрывам сжатия, не помогает. Это решает проблему, которой нет у большинства автомобилей.


BMW 650i кабриолет (изображение из Википедии)


Ford Fusion сзади (изображение из Википедии)

Конечно, октановое число — это только один показатель газа.Разные бензины содержат разные присадки, обеспечивающие чистоту и бесперебойную работу двигателей. Что на самом деле находится в газе, зависит от компании, которая его производит, и значительные исследования были направлены на создание еще более совершенных присадок. Компании гордятся своими достижениями. Но, в отличие от прошлого, весь газ содержит присадки для очистки двигателя, соответствующие стандартам EPA. Независимо от того, что вы используете, ваши двигатели получают определенный уровень защиты.

Так какой газ покупать? Прочтите руководство по эксплуатации и убедитесь, что у вас правильное октановое число.Просто помните, что более высокое октановое число само по себе не помогает.

Я Энди Бойд из Хьюстонского университета, где интересовался тем, как работают изобретательные умы.

(Музыкальная тема)

Исследование стратегии управления оптимизацией горения для стабильной работы интегрированной системы линейный двигатель внутреннего сгорания — линейный генератор на JSTOR

Абстрактный

РЕЗЮМЕ Интегрированная система линейный двигатель внутреннего сгорания и линейный генератор (LICELGIS) представляет собой инновационную конструкцию в качестве расширителя диапазона для гибридных транспортных средств, которая содержит два оппозитных двигателя со свободным поршнем и один линейный генератор между ними.LICELGIS — многообещающий силовой агрегат из-за его высокой удельной мощности и гибкости при работе с различными видами топлива. В процессе сгорания линейных двигателей положение верхней мертвой точки (ВМТ) нестабильно в разных циклах, что существенно влияет на работу системы. В противном случае поршни отодвигаются от ВМТ с высокой скоростью из-за огромной взрывной силы, которая влечет за собой короткое время пребывания поршней в ВМТ и быстрое снижение температуры, давления и эффективности сгорания в цилиндрах.Для решения этой проблемы создается научная имитационная модель, которая включает динамические и термодинамические модели, и предлагается стратегия управления оптимизацией горения. Стратегия управления основана на переменной силе электромагнитного сопротивления системы. Сила электромагнитного сопротивления является прогнозируемой и регулируется в зависимости от скорости средней точки и смещения поршня. Результаты моделирования показывают, что при этой стратегии управления положение ВМТ остается стабильным в различных циклах, а мощность линейного двигателя за один рабочий цикл увеличивается 5.На 6% больше, чем без этой стратегии контроля. Стратегия управления, основанная на законе сгорания и степени сжатия различных видов топлива, должна быть полезной для управления траекторией поршня вокруг ВМТ или даже всего цикла для реализации высокоэффективного сжигания различных видов топлива.

Информация о журнале

Международный журнал альтернативных силовых агрегатов SAE представляет собой форум для рецензируемых научных публикаций оригинальных исследований и обзорных статей, в которых рассматриваются проблемы и раскрываются возможности в альтернативных и электрических силовых агрегатах и ​​силовых установках.Журнал стремится облегчить обсуждение между исследователями, инженерами, преподавателями и студентами, а также отраслевыми практиками, работающими с системами, а также с их компонентами, а также с технологическими аспектами и функциями силовых агрегатов и силовых установок, альтернативными традиционной комбинации двигателя внутреннего сгорания и механической трансмиссии. . Редакционная область журнала включает все технические аспекты альтернативных двигательных технологий, включая, помимо прочего, электрические приводы и системы электромобильности, гибридные технологии, аккумуляторные и суперконденсаторные технологии, силовую электронику, гидравлические приводы, системы накопления энергии для автомобильных приложений. , технологии топливных элементов, а также инфраструктуры для зарядки и интеллектуальных сетей.

Информация об издателе

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности. Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

НОЖОВКА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕХАНИЗМА ШОФТЫ

Повышение производительности — одно из основных требований технологии производства в любой сфере производства

Просмотры 532 Загрузок 96 Размер файла 1 МБ

Отчет DMCA / Copyright

СКАЧАТЬ ФАЙЛ

Рекомендовать истории
Предварительный просмотр цитирования

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

НОЖОВКА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕХАНИЗМА SCOTCH YOKE ПРОЕКТ, ПРЕДСТАВЛЕННЫЙ ПРИ ЧАСТИЧНОМ ВЫПОЛНЕНИИ ТРЕБОВАНИЯ К ПРИСУЖДЕНИЮ СТЕПЕНИ БАКАЛАРА ТЕХНОЛОГИИ В МЕХАНИЗМЕ

От

млн.MMUNIVERSITY ТЕХНОЛОГИИ, Горакхпура По Shubham Пандей

1204240049 Devendra Сингх

1204231029 Nirbhay Сингх

1204240036 Neelesh Кумар

1204240034 Под руководством Шри Devesh KUMAR

ОТДЕЛ МАШИНОСТРОЕНИИ Мадан Мохан ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МАЛЬВИИ Горакхпур (UP), Индия

1

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

СЕРТИФИКАТ Это удостоверяет, что г-н.Шубхам Пандей, Девендра Сингх, Нилеш Кумар, Нирбхай Сингх выполнили проект B.TECH и представили название «НОЖОВАЯ ПИЛА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕХАНИЗМА ШОФТИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ» в качестве частичного выполнения для присуждения степени бакалавра технологий в области машиностроения от Мадана Мохана. Технологический университет Малавия, Горакхпур, под моим руководством во время академической сессии 2015-2016 гг. Проект воплощает в себе результат оригинальной работы и исследований, проведенных студентами, и содержание проекта не является основанием для присуждения какой-либо другой степени кандидату или кому-либо еще.

Подпись руководителя

Шри Девеш Кумар

ДАТА: 11.09.2015

Механический отдел

2

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ Нам очень приятно представить этот отчет о нашей работе под названием «НОЖОВКА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ МЕХАНИЗМ ШОТФАНТОВОГО ХОМУТА». Мы очень благодарны нашему гиду Шри Девеш Кумар, доценту кафедры машиностроения, за ее живой интерес, бесценное руководство, постоянную поддержку и постоянную поддержку, которые сыграли важную роль в успехе этого проекта.Мы очень признательны д-ру С.К. Сривастава, руководителю проекта и руководителю отдела машиностроения. Он был для нас постоянным источником вдохновения и был чрезвычайно терпелив в решении наших многочисленных проблем. Без его помощи и руководства этот проект не мог бы быть успешным.

ДАТА: 9/11/2015

3

Шубхэм Пандей

1204240049

Девендра Сингх

12042431029

Нилеш Кумар

12040002000

000

000 PROACT

000

000 PROACT

000

000 PROACT Производительность — одно из основных требований технологии производства в любой обрабатывающей промышленности.Либо за счет сокращения времени работы, либо за счет повышения способности машины производить компоненты в увеличенном количестве одновременно, это очень важно для отрасли, чтобы добиться того же. В этом проекте на механизированной ножовке используется механизм с кулисой, который позволяет резать два компонента за раз, тем самым повышая производительность. В современном мире машина должна занимать меньше времени. Ножовка с электроприводом резала по одной детали за один раз, поэтому производительность снижалась.Ножовка по металлу двойного действия решает эту трудоемкую задачу. Электропила — это механическая пила с мелкими зубьями, полотно которой удерживается под натяжением в раме. Механическая ножовка двойного действия режет два материала одновременно с помощью кулисного механизма, поэтому производительность увеличивается вдвое по сравнению с механической ножовкой. Механическая ножовка двойного действия работает под кулисным механизмом. Механизм с кулисой преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное.

******

4

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

СОДЕРЖАНИЕ

СТР.

ГЛАВА 1. Введение в проект 1.1 Механизм с кулисой 1.2 История

8

ГЛАВА 2. Механизм 2.1 Принцип 2.2 Простое гармоническое движение 2.3 Математическое объяснение 2.4 Преимущество простого гармонического движения 2.5 Анализ сил для механизма с кулисой Использование принципа виртуальная работа

9 10 10 12 13

9

ГЛАВА 3. Конструкция 3.1 Конструкция 3.2 Двигатель постоянного тока 3.2.1 Принцип двигателя постоянного тока 3.3 Шкив 3.4 Подшипник 3.5 Вал 3.6 Ножовка по металлу 3.7 Клиновой ремень

16 18 19 21 22 22 23 23

5

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016 ГЛАВА 4. Необходимые детали 4.1 Список деталей, используемых в станке

26

ГЛАВА 5. Создание прототипа 5.1 Структура 5.2 Скотч-коромысло 5.3 Рабочий стол

27 27 28

ГЛАВА 6. Оценка стоимости 6.1 Введение 6.2 Что такое оценка стоимости проекта? 6.3 Цель оценки затрат 6.4 Элемент затрат 6.5 Тип оценки затрат 6.5.1 Оценка стоимости материалов 6.5.2 Оценка стоимости обработки 6.6 Расчет стоимости материала 6.7 Таблица стоимости Оценка 6.8 Оценка общей стоимости

29 29 30 31 32 32 33 34 35 36

ССЫЛКИ

СПИСОК ЦИФР

6

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016 РИС. НЕТ ОПИСАНИЯ РИСУНОК

СТРАНИЦА НОМЕР

1.

Кривошипно-скользящий механизм

10

2.

Простое гармоническое движение

11

3.

Смещение в зависимости от вращения

12

.

Ускорение и вращение

12

5.

Анализ силы

13

6.

Ножовка по ножовке двойного действия

16

7.

Компоненты машины

8.

000 двигателя постоянного тока

20

9.

Шкив и клиновой ремень

21

10.

Кулисный механизм

25

ВВЕДЕНИЕ В этом проекте мы разработали ножовку двойного действия.В отраслях экономия времени и человеческих ресурсов важны во всем мире.

7

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016 Чтобы удовлетворить потребности промышленности, мы разработали машину. Станки предназначены исключительно для массового производства и представляют собой более быстрый и эффективный способ резки материалов. В области машиностроения существует множество типов отрезных станков, которые могут быть полезны при выполнении требований. Эта новая машина используется, чтобы избежать потерь энергии и сэкономить время.Для этого используется скотч-коромысло.

2: МЕХАНИЗМ ХОМУТА Скотч-хомут — это механизм возвратно-поступательного движения, преобразующий линейное движение ползуна во вращательное движение или наоборот. Поршень или другая часть, совершающая возвратно-поступательное движение, непосредственно соединяется со скользящей вилкой с прорезью, которая входит в зацепление со штифтом на вращающейся части. Во многих двигателях внутреннего сгорания поступательное движение преобразуется во вращательное с помощью коленчатого вала, поршня и соединяющего их стержня.Скотч-ярмо считается более эффективным средством создания вращательного движения, поскольку он проводит больше времени в верхней точке своего вращения, чем поршень, и имеет меньше деталей.

ИСТОРИЯ Это соединение было названо Скотсманом в 1869 году «кривошипом и многоголовым стержнем», но теперь оно известно как скотч-механизм, потому что, по крайней мере в Америке, скотч представлял собой прорезанный стержень с прорезью 8

PROJECT REPORT 2016 под муфтой на колонне инструментов для бурения скважин, чтобы поддерживать их во время добавления секции.В 1940 году Рассел Бурк применил этот механизм в двигателе внутреннего сгорания под названием Bourke 30 Engine.

МЕХАНИЗМ Этот механизм представляет собой инверсию механизма кривошипа с двойным ползунком. Инверсия достигается путем фиксации звена 1 или звена 3. На рисунке звено 1 зафиксировано. В этом механизме, когда звено 2 (которое соответствует кривошипу) вращается вокруг B как центр, звено 4 (которое соответствует кадру) совершает возвратно-поступательное движение. Фиксированное звено 1 направляет раму.

9

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Кредит: google images

ПРОСТОЕ ГАРМОНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ Этот механизм преобразует вращательное движение в поступательное, которое по своей природе является простым гармоническим.

Математическое объяснение Предположим, коленчатый вал вращается с угловой скоростью «w». Если r — радиус кривошипа, то тангенциальная скорость, V = rw

10

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Кредит — Google images

Из механизма мы имеем следующие отношения Компонент тангенциальной скорости в направлении Y равен определяется как, U = скорость возвратно-поступательного движения U-образного паза. Если ‘a’ — это угол, образованный тангенциальной скоростью с осью X в любой момент времени, Компонент тангенциальной скорости в направлении Y равен U = rw sin (a) U = v sin (a) Итак, скорость U -slot = V sin a

11

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016 В результате, скорость U-слота является функцией синусоидальной функции a.Теперь, как мы знаем, a прямо пропорционально времени. Это означает, что скорость U-образного паза является синусоидальной функцией от a, поэтому движение U-образного паза является простым гармоническим движением.

ПРЕИМУЩЕСТВА SHM Синусоидальное движение, синусоидальная скорость, синусоидальное ускорение (при условии постоянной угловой скорости) приводят к более плавной работе механизма.

кредит: Google images

12

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Анализ сил для механизма Scotch Yoke с использованием принципа виртуальной работы

13

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

14

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

ОТЧЕТ 2016

КОНСТРУКЦИЯ В нижней части машины находится первичный двигатель.Шкив прикреплен к корпусу в верхней части и в конце боковой части. Шкив соединен с шильдиком диска. Шкив и диск имеют раздельное соединение с одним маленьким металлическим стержнем через подшипники.

Рисунок 1. Ножовка двустороннего действия с кулисным механизмом

16

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Двигатель и шкив соединены одним клиновым ремнем. Зажим фиксируется диском и на конце двух валов. Ножовка на конце соединена с каждым валом.Конструкция ножовки двустороннего действия с кулисным механизмом состоит из следующих компонентов. 1. Двигатель постоянного тока 2. Шкивы 3. Подшипники 4. Вал 5. Ножовка по металлу 6. Клиновой ремень

Рисунок 2. Вид спереди ножовки двустороннего действия с кулисным механизмом 17

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

1. Двигатели постоянного тока На На самом базовом уровне электродвигатели существуют для преобразования электрической энергии в механическую. Это осуществляется посредством двух взаимодействующих магнитных полей — одного стационарного, а другого прикрепленного к подвижной части.Существует несколько типов электродвигателей, но большинство ботов BEAM в той или иной форме используют электродвигатели постоянного тока. Двигатели постоянного тока обладают потенциалом для очень высокого крутящего момента (хотя это, как правило, зависит от физических размеров двигателя), их легко уменьшить, и их можно «дросселировать» путем регулировки напряжения питания. Двигатели постоянного тока — это также не только самые простые, но и самые старые электродвигатели. Основные принципы электромагнитной индукции были открыты в начале 1800-х годов Эрстедом, Гауссом и Фарадеем.К 1820 году Ханс Кристиан Эрстед и Андре Мари Амперад обнаружили, что электрический ток создает магнитное поле. Следующие 15 лет были отмечены шквалом трансатлантических экспериментов и инноваций, которые, наконец, привели к созданию простого роторного двигателя постоянного тока. В работе участвовало несколько человек, поэтому должное признание первого двигателя постоянного тока действительно зависит от того, насколько широко вы выбрали определение слова «двигатель». Двигатель постоянного тока — это электродвигатель с механической коммутацией, питаемый от постоянного тока ( По определению, статор неподвижен в пространстве, а значит, и его ток.Коммутатор переключает ток в роторе, чтобы он также оставался неподвижным в пространстве. Таким образом, относительный угол между магнитным потоком статора и ротора поддерживается около 90 градусов, что создает максимальный крутящий момент. Двигатели постоянного тока имеют вращающуюся обмотку якоря, но невращающееся магнитное поле якоря и обмотку статического поля или постоянный магнит. Различные соединения обмотки возбуждения и якоря обеспечивают разные характеристики регулирования скорости / крутящего момента.Скорость двигателя постоянного тока можно контролировать, изменяя напряжение, подаваемое на якорь, или изменяя ток возбуждения. Введение переменного сопротивления в цепь якоря или цепь возбуждения позволяло регулировать скорость. Современные двигатели постоянного тока часто управляются системами силовой электроники, называемыми приводами постоянного тока 1.1. Принципы работы двигателя постоянного тока Работа любого электродвигателя основана на простом электромагнетизме. Проводник с током создает магнитное поле; когда его помещают во внешнее магнитное поле, на него действует сила, пропорциональная току в проводнике и силе внешнего магнитного поля.Как вы хорошо знаете, играя с магнитами в детстве, противоположные (северная и южная) полярности притягиваются, в то время как подобные полярности (север и север, юг и юг) отталкиваются. Внутренняя конфигурация двигателя постоянного тока предназначена для использования магнитного взаимодействия между проводником с током и внешним магнитным полем для создания вращательного движения. Давайте начнем с простого 2-полюсного электродвигателя постоянного тока (здесь красный представляет магнит или обмотку с «северной» поляризацией, а зеленый — магнит или обмотку с «южной» поляризацией).

19

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Рис. 2 Двигатель постоянного тока в разрезе

Каждый двигатель постоянного тока состоит из шести основных частей: оси, ротора (также известного как якорь), статора, коллектора, полевых магнитов и щеток. В наиболее распространенных двигателях постоянного тока (и во всем, что увидят Beamers) внешнее магнитное поле создается высокопрочными постоянными магнитами. Статор — это неподвижная часть двигателя, включая корпус двигателя, а также два или более полюсных наконечника постоянного магнита. Роторы (вместе с осью и присоединенным коммутатором) вращаются относительно статора.Ротор состоит из обмоток (обычно на сердечнике), причем обмотки электрически связаны с коммутатором. На приведенной выше схеме показана общая компоновка двигателя с ротором внутри статорных (полевых) магнитов.

20

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

2. ШКИВ Шкив — это базовое устройство или машина, состоящая из колеса с ободом, на который надевается шнур или веревка. Колесо и ось шкива облегчают подъем тяжелых предметов с помощью веревки. Клиновые ремни решили проблему проскальзывания и выравнивания.Теперь это основной ремень для передачи энергии. Они обеспечивают наилучшее сочетание тяги, скорости движения, нагрузки на подшипники и длительного срока службы. Обычно они бесконечные, а их общая форма поперечного сечения трапециевидная (отсюда и название «V»). V-образная форма дорожек ремня в сопрягаемой канавке шкива (или шкива), в результате чего ремень не может соскользнуть. Ремень также имеет тенденцию заклиниваться в канавке при увеличении нагрузки — чем больше нагрузка, тем лучше решение, требующее меньшей ширины и натяжения, чем плоские ремни.

21

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

3. ПОДШИПНИК Подшипник — это элемент машины, который ограничивает относительное движение только желаемым движением и снижает трение между движущимися частями. Конструкция подшипника может, например, обеспечивать свободное линейное перемещение подвижной части или свободное вращение вокруг фиксированной оси; или он может предотвратить движение, управляя векторами нормальных сил, которые действуют на движущиеся части.

4. ВАЛ Термин «вал» обычно относится к вращающемуся элементу круглого сечения, который поддерживает такие передаточные элементы, как шестерни, шкивы и звездочки, и передает мощность.Вал всегда ступенчатый с максимальным диаметром в средней части и минимальным диаметром на двух концах, где установлены подшипники.

22

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

5. НОЖОВАЯ ПИЛА Ножовка по металлу — это пила с мелкими зубьями, первоначально и в основном для резки металла. Они также могут резать различные другие материалы, такие как пластик и дерево; например, сантехники и электрики часто перерезают ими пластиковые трубы и пластиковые трубы. Существуют версии ручных пил и версии с приводом (механические ножовки).Большинство ножовок — это ручные пилы с С-образной рамой, которая удерживает лезвие под напряжением. Такие ножовки имеют рукоять, обычно пистолетную, со штифтами для крепления узкого одноразового лезвия. Рамы также могут быть регулируемыми для размещения лезвий разных размеров. Для натяжения тонкого лезвия используется винт или другой механизм.

6. КЛИНОВЫЙ РЕМЕНЬ Клиновые ремни (также стилизованные под клиновые ремни, клиновые ремни или, реже, клиновые канаты) решают проблему проскальзывания и выравнивания. Теперь это основной ремень для передачи энергии.Они обеспечивают наилучшее сочетание тяги, скорости движения, нагрузки на подшипники и длительного срока службы. Обычно они бесконечные, а их общая форма поперечного сечения трапециевидная (отсюда и название «V»). V-образная форма дорожек ремня в сопрягаемой канавке шкива (или шкива), в результате чего ремень не может соскользнуть.

23

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Ремень также имеет тенденцию заклинивать в канавке при увеличении нагрузки — чем больше нагрузка, тем больше заклинивание — улучшение передачи крутящего момента и превращение клинового ремня в эффективное решение, требующее меньше ширину и натяжение, чем плоские ремни.. Клиновые ремни превосходят плоские ремни с их малым межосевым расстоянием и высокими передаточными числами. Предпочтительное межцентровое расстояние больше, чем наибольший диаметр шкива, но менее чем в три раза больше суммы обоих шкивов. Оптимальный диапазон скорости составляет 1000–7000 футов / мин (300–2 130 м / мин). Для клиновых ремней требуются шкивы большего размера из-за их более толстого поперечного сечения, чем для плоских ремней.

24

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

КОНСТРУКЦИЯ МЕХАНИЗМА ХОМУТОВОГО ХОМУТа Механизм кулисного хомута сконструирован с железными прутьями.Здесь шатун имеет некоторую длину, и вилка также сделана из того же материала. Следует отметить, что минимальная длина вилки должна быть вдвое больше длины кривошипа. Кривошип и коромысло соединены штифтом.

Рисунок: Кулисный механизм

25

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Стальные стержни приварены к обеим сторонам вилки для обеспечения возвратно-поступательного движения. Хомут с железными прутьями фиксируется на табло с помощью зажима c. Теперь кривошип приваривается к концу вала мотора.Теперь штифт на кривошипе соединен с вилкой. Штифт, используемый для соединения вилки и кривошипа, представляет собой болт.

НЕОБХОДИМЫЕ ЧАСТИ Следующие части необходимы для создания конструкции ножовки двойного действия с кулисным механизмом. 1. Двигатель постоянного тока 2. Алюминиевые полосы с отверстиями 3. Блок питания 4. Квадратные трубки 5. Ножовка по металлу 6. Гайки 7. Переключатели 8. Фанера 9. Пазы и направляющие 10. Шкив и ремни 11. Разное 26

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

ПРОТОТИП ЗДАНИЯ:

Был построен образец прототипа со следующей спецификацией, и были рассчитаны управляющие параметры.

Известные параметры: 1. Рабочая длина рамы:

68,5 см

Ширина:

18,5 см

Высота:

71 см

2. Скотч-коромысло Длина трубки:

85,5 см

Диаметр трубки:

2,5 см

Диск:

14 см

Высота слайдера:

13 см

Ширина слайдера:

5 см

Длина прямоугольной рамки: 68,5 см Высота прямоугольной рамки: 36 см

27 9000 REPORT

3Рабочий стол

Диаметр стола:

7,5 см

Длина опорного звена:

18 см

Высота опорного звена:

13 см

28

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

ОЦЕНКА СТОИМОСТИ: ВВЕДЕНИЕ Может быть определено как оценка стоимости процесс прогнозирования затрат, которые необходимо понести для производства продукта. Эти расходы включают в себя все расходы, связанные с проектированием и производством, со всеми сопутствующими услугами, такими как изготовление моделей, изготовление инструментов, а также часть общих административных и торговых расходов.

Что такое смета стоимости проекта? «Оценка стоимости проекта» — это прогноз наиболее вероятной общей стоимости определенного объема работ по проекту. Оценка затрат должна отражать общую точность, указывающую на уровень информации, доступной на момент подготовки оценки. Смета стоимости проекта основана на определении, количественной оценке и оценке затрат на потребление всех ресурсов (например, людей, 29

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016, машины, материалы, услуги, имущество), необходимых для выполнения всех действий (например, людей, 29

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016), необходимых для выполнения всех действий (например.грамм. планирование, проектирование, приобретение недвижимости, строительство и т. д.), включая соответствующие скидки на связанные риски и неопределенность (непредвиденные обстоятельства), с использованием цен, преобладающих на момент подготовки оценки. Каждый проект уникален. Чтобы точно разработать оценку затрат по проекту, оценщик должен уметь мысленно построить проект, учесть все действия, необходимые для его завершения, а затем оценить затраты с использованием цен, преобладающих на момент подготовки сметы.Многие из лучших оценщиков разбираются как в проектировании транспортных средств, так и в строительстве. ЦЕЛЬ ОЦЕНКИ СТОИМОСТИ: Основная цель сметы затрат по проекту — предоставить основу для разработки, изменения или анализа бюджета проекта. Смета затрат является ключевым компонентом бизнес-кейсов проекта, так как это главный документ для обоснования / поддержки распределения финансирования. Смета расходов также используется при анализе стоимости / стоимостной инженерии и планировании программы 30

PROJECT REPORT 2016 в планах капитальных вложений Министерства.1. Для определения продажной цены продукта по коммерческому предложению или контракту, чтобы обеспечить разумную прибыль для компании. 2. Проверьте предложение, предоставленное поставщиками. 3. Определите наиболее экономичный процесс или материал для производства продукта. 4. Определить стандарты производственной деятельности, которые могут использоваться для контроля затрат: «… руководитель проекта хорош настолько, насколько хороша смета затрат …»

ЭЛЕМЕНТЫ СТОИМОСТИ: Элементы затрат — это основные категории работ, которые составить проект.Подавляющее большинство капитальных и реабилитационных проектов MOTI обычно связаны с одними и теми же основными элементами затрат независимо от метода реализации.

31

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Элементы затрат: 1. Управление проектом 2. Планирование 3. Инжиниринг 4. Окружающая среда 5. Приобретение недвижимости 6. Строительство (включая надзор за строительной площадкой) 7. Непредвиденные обстоятельства

ВИДЫ ОЦЕНКИ СТОИМОСТИ: 1. Стоимость материала 2. Стоимость обработки ОЦЕНКА СТОИМОСТИ МАТЕРИАЛА: Оценка стоимости материала дает общую сумму, необходимую для сбора сырья, которое должно быть обработано или изготовлено до желаемых размеров и функционирования компонентов.32

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016 Эти материалы разделены на две категории1. Материал для изготовления: в данном случае материал получается в сыром виде и производится или обрабатывается до конечного размера для надлежащего функционирования компонента.

 Стандартные закупаемые детали: Сюда входят детали, которые были легко доступны на рынке, такие как винты с внутренним шестигранником и т. Д. Список в саду по оценке с указанием качества, размера и стандартных деталей, веса сырья и стоимости за кг.Для готовых деталей.

ОЦЕНКА СТОИМОСТИ ОБРАБОТКИ: Эта оценка затрат представляет собой попытку спрогнозировать общие затраты, которые могут включать производство, помимо стоимости материалов. Оценка стоимости изготовленных деталей может рассматриваться как оценка и после тщательного рассмотрения, которое включает в себя лабораторные, материальные и заводские услуги, необходимые для производства требуемых.

33

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

РАСЧЕТ СТОИМОСТИ МАТЕРИАЛА: Общая процедура расчета сметы затрат на материалы — 1.После разработки проекта составляется спецификация, которая разделена на две категории. а. Готовые компоненты b. Стандартные закупаемые компоненты 2. Берутся и суммируются цены на все стандартные позиции. 3. Стоимость закупленного сырья взята и добавлена. Оценка стоимости выполняется в соответствии с: Стоимость проекта = (A) стоимость материала + (B) Стоимость обработки + (C) стоимость рабочей силы (A) Стоимость материала рассчитывается следующим образом: i) Стоимость сырья ii) Стоимость готовой продукции i) Стоимость сырья: включает в себя материал в форме материала, поставляемый Управлением по производству стали Индии, ограниченный круглыми стержнями, каналами, углами, квадратными стержнями, пластинами, а также формой полосового материала.Мы должны найти подходящий доступный материал в соответствии с требованиями безопасных значений. ii) Стоимость готовой продукции: в соответствии с компонентами, которые мы приобрели напрямую на Рынке, они легко доступны и доступны по низкой цене по сравнению с их производственной стоимостью.

ТАБЛИЦА СМЕТА S.NO 1 2 3 4 5 5 6 7 8 9

КОМПОНЕНТЫ Двигатель постоянного тока Алюминиевые полосы и железные стержни Квадратный стол (основание) Ножовка по металлу (2) Гайка Болт Переключатели Фанерный шкив и дисковая пластина Другое питание Блок поставки Всего

35

СТОИМОСТЬ РУПИ ₹ 2000.00 ₹ 800 ₹ 500.00 ₹ 200.00 100.00 ₹ 50.00 ₹ 500.00 ₹ 400.00 ₹ 300 По требованию 4850.00

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

ОБЩАЯ ОЦЕНКА СТОИМОСТИ: 1. Затраты на оплату труда: Стоимость токарных, сверлильных, сварочных и механических ножовок Затраты на рабочую силу — 800 рупий 2. Накладные расходы: накладные расходы рассчитываются как «производственные затраты». Производственные затраты = затраты на материалы + затраты на рабочую силу = 4850 рупий + 800 рупий = 5050 рупий. Накладные расходы = 20% от производственных затрат = рупий. 1010 2. Общая стоимость: Общая стоимость = Затраты на материалы + Затраты на оплату труда + Накладные расходы = Rs.4850 + 800 рупий + 1010 рупий = 6660 рупий Общая стоимость проекта = 6660 рупий

36

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

ПРЕИМУЩЕСТВО:    

Высокий выходной крутящий момент при небольшом размере цилиндра. Меньше движущихся частей. Более плавная работа Более высокий процент времени, проведенного в верхней мертвой точке (задержке), улучшает теоретический КПД двигателя при цикле сгорания постоянного объема, хотя фактический выигрыш не был продемонстрирован.  В двигателе устранение стыков, обычно выполняемых пальцем, и почти полное устранение задира на юбке поршня и цилиндра, поскольку исключается боковая нагрузка на поршень из-за синуса угла шатуна.НЕДОСТАТКИ:  Быстрый износ паза вилки из-за трения скольжения и высокого контактного давления.  Повышенные потери тепла при сгорании из-за длительного пребывания в верхней мертвой точке компенсируют любые улучшения сгорания с постоянным объемом в реальных двигателях. ПРИМЕНЕНИЕ:  Эта установка чаще всего используется в приводах регулирующих клапанов в нефте- и газопроводах высокого давления.  Он использовался в различных двигателях внутреннего сгорания, таких как двигатель Бурка, двигатель Sytech, а также во многих двигателях горячего воздуха и паровых двигателях. Он также используется в многоцелевых машинах и I.C. двигатели.

37

ОТЧЕТ О ПРОЕКТЕ 2016

Ссылки         

«SyTech Scotch Yoke Engine». Автоматическая скорость. Проверено 8 июля 2008.

https://en.wikipedia.org/wiki/Scotch_yoke http://link.springer.com/article https://www.scribd.com/Scotch-Yoke-Mechanism http://gogogadgetscott.info/engineering / alfredstate / EMET3424 / Lab7_SCOT CH_YOKE_MEASUREMENTS.pdf http://www.mechengg.net/2015/08/double-acting-hack-saw-machineoperated.html https://www.youtube.com/watch?v=hsaoTo1vuY4 https://www.scribd.com/doc/590/Project-Report http://topicideas.org/ppt/scotch-yoke-mechanism-report -in-mini-project-inpdf https://www.nmri.go.jp/eng/khirata/stirling/scotch/scotch00_e.html Теория машин и механизмов-Теория машин Гоша и Маллика — Теория машин Хурми и Гупта -SS Ротанг

38

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *