Принцип работы бензинового двигателя
Бензиновые двигатели и их устройство
Принцип работы бензинового силового агрегата состоит в следующем: небольшой объем топливной смеси поступает в камеру сгорания, там происходит ее воспламенение и взрыв, в результате которого высвобождается определенная энергия.
- Бензиновые двигатели и их устройство
- Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя
- Принцип работы ДВС
- Рабочий цикл четырехтактного дизеля
- Принцип работы многоцилиндровых двигателей
В двигателе внутреннего сгорания таких взрывов происходит несколько сотен за минуту.
Расширяющийся в камере сгорания газ давит на поршень (М), который при помощи шатуна (N) вращает коленвал (P).
Цикл работы бензинового двигателя состоит из следующих этапов:
• Впускной такт. В этот момент начинается движение поршня вниз, происходит открытие впускного клапана. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.
• Сжатие. Поршень начинает двигаться вверх, тем самым сжимает смесь в цилиндрах, что необходимо для выделения большей энергии при последующем взрыве.
• Рабочий такт. Когда поршень поднимается до верхней мертвой точки в цилиндре, в работу включается свеча зажигания и поджигает топливную смесь. После взрыва поршень движется уже вниз.
• Выпускной такт. После достижения поршнем крайней нижней точки, происходит открытие выпускного клапана, через который продукты сгорания и уходят из камеры.
После выхода продуктов сгорания начинается новый цикл работы ДВС.
Результат работы силового агрегата – получение вращательного движения, которое оптимально подходит для проворота колес машины. Достигается это за счет использования коленчатого вала, который и преобразует линейную энергию во вращение.
Устройство и основные детали бензиновых ДВС
Цилиндр – важнейшая часть бензинового мотора, в котором происходит движение поршня, вызванное взрывом топливной смеси.
Расположение цилиндров в ДВС может быть следующим:
— рядным:
— V-образным:
— оппозитным (цилиндры горизонтально располагаются друг напротив друга):
Каждое расположение цилиндров имеет свои плюсы и минусы, из которых складывается характеристики тех или иных двигателей и затраты на их производство.
Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя
Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.
Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.
Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.
Принцип работы ДВС
Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). Подробнее в статье «как устроены бензиновые и дизельные двигатели».
Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.
Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах.
По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.
Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал.
При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200оС.
Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля
В отличие от бензинового двигателя, при такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух.
Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600оС. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.
Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздушного фильтра в цилиндр через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60°С.
Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.
Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления.
При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000°С. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900оС.
Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700оС. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
Принцип работы многоцилиндровых двигателей
На автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели. Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расширения должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала (т. е. через равные промежутки времени).
Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы большинства четырехцилиндровых двигателей 1-3-4-2 или 1-2-4-3.
Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.
Бензиновый двигатель
К концу XVIII века человечество осознало необходимость найти замену сложным и требующим слишком много внимания паровым машинам. Основную часть промышленного сектора в тот момент составляли небольшие предприятия и мастерские. Наиболее распространенными на производстве двигателями на тот момент громоздкие паровые машины. Они устраивали далеко не всех. Инженеры понимали, что для повышеня эффективности производства необходимы другие силовые установки — легко запускающиеся, малых размеров и мощности.
История изобретения бензинового двигателя
Предтечей появления двигателей внутреннего сгорания стало открытие светильного газа, сделанное на рубеже XVIII и XIX столетий французским инженером Ф. Лебоном.
Патент на способ его получения и использования он получил в 1799 году. Светильный газ стал настоящим прорывом в технике освещения.
А уже через 2 года Лебоном был получен следующий патент — на разработанную им конструкцию газового двигателя. Он состоял из камер смешения и двух компрессоров. Один из них накачивал в камеру сжатый воздух, другой – сжатый светильный газ из газогенератора. Эта смесь поступала в рабочий цилиндр и воспламенялась. Рабочие камеры располагались по обе стороны поршня и действовали попеременно.
Газовый двигатель стал первым шагом к созданию двигателя внутреннего сгорания. Но, к сожалению, разработки в этом направлении приостановились с трагической гибелью Лебона. Дальнейшие попытки многих изобретателей не привели к появлению газовой силовой установки, способной конкурировать с паровой.
Первым в мире двигателем внутреннего сгорания считается агрегат, запатентованный Жаном Этьеном Ленуаром в 1859 году.
Бельгийский инженер решил воспламенять газовую смесь с помощью электрической искры. Двигатель Ленуара был двойного действия. Воздух и газ поочередно подавались нижним золотником в полости цилиндров, расположенных по обе стороны поршня. За выпуск отработанных газов отвечал верхний золотник. Воздух и газ поступали к золотнику по отдельным каналам, при этом всасывание смеси в полость происходило только до половины хода. Потом впускное окно перекрывалось, и электрическая искра воспламеняла получившуюся смесь, заставляя ее расширяться и толкать поршень. Когда реакция заканчивалась, второй золотник выпускал отработанные газы. В это время в цилиндре, расположенном с другой стороны поршня, происходило воспламенение топливовоздушной смеси.
Чтобы избежать заклинивания поршня из-за термического расширеня, Ленуар дополнил свою конструкцию водяной системой охлаждения и системой смазки.
Несмотря на низкий КПД (около 4%), сбои в системе зажигания, большой расход газа и смазки, двигатели Ленуара получили большое распространение и имели коммерческий успех.
В 1864 году появилась более совершенная газовая силовая установка, разработанная Августом Отто. Хотя он и отказался от электрического зажигания, предложенная им конструкция позволила добиться более полного расширения продуктов сгорания, а значит, и повысить КПД двигателя до 15%. Это превосходило показатели всех существовавших на тот момент устройств! К тому же, новый двигатель был экономичнее двигателя Ленуара в 5 раз.
Совершенствуя свое изобретение, Отто применил в конструкции кривошипно-шатунную передачу, заменившую зубчатую рейку. А вскоре, вместе с промышленником Лангеном, приступил к выпуску четырехтактных газовых двигателей. Этот цикл является основой работы ДВС и до сегодняшнего дня.
Использование светильного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания существенно ограничивало область их применения, поэтому активные поиски доступной альтернативы не прекращались.
В 1872 году американцем Брайтоном был предложен «испарительный» карбюратор, в котором в качестве топлива применялся керосин. Но конструкция его была слишком несовершенна.
По настоящему работоспособный бензиновый двигатель появился только спустя 10 лет. Его разработал Готлиб Даймлер, бывший членом правления фирмы Отто. Он представил проект бензиновой силовой установки, применимой на транспорте, но идея была отвергнута его патроном. Поэтому в 1882 году Даймлер и Майбах уходят из фирмы «Отто и компания» и создают собственную мастерскую. Их цель была амбициозна: создать легкий, компактный и мощный двигатель, способный перемещать экипаж.
Первое детище Даймлера и Майбаха было стационарным. Процесс испарения бензина и система зажигания в нем были далеки от совершенства.
Простую и надежную систему предложил конструктор Д. Банки в 1893 году. Изобретенный им карбюратор стал прообразом современных. После этого прогресс в развитии ДВС начал стремительно набирать обороты. Увеличивались объем цилиндров и их количество.
Широкое распространение получили 4-цилиндровые силовые установки, обеспечивающие равномерность вращения коленчатого вала.
В первый раз бензиновый двигатель был использован на велоколяске Карла Бенца. Немецкий автоконструктор построил ее в 1885 году. Трехколесная машина развивала скорость до 16 км/ч. А через 13 лет Карл Бенц создал уже четырехколесную велоколяску, мощностью 3 лошадиные силы, которая могла «мчаться» со скоростью 30 км/ч!
Первый — в привычном нам понимании — автомобиль с бензиновым двигателем увидел свет в 1895 году. Его создали французские инженеры Р. Панар и Э. Левассор. Машина имела кузов типа седан и оснащалась силовой установкой Даймлера, которая располагалась впереди и закрывалась крышкой капота. Крутящийся момент передавался на задние колеса с помощью корданового вала. Автомобиль имел стенки кузова, лобовое стекло, крышу, резиновые шины, коробку передач и рычаг переключения скоростей. Так началась эпоха автомобилей с бензиновыми двигателями. Среди пионеров построения таких самоходных экипажей были З.
Маркус, А. Пежо, Братья Рено, Ф. У. Ленчестер, Г. Остин и Г. Форд.
Устройство и принцип работы бензинового двигателя
Устройство и принцип работы современных бензиновых двигателей удобнее всего рассмотреть на примере одноцилиндровой четырехтактной установки, поскольку отличаются они только количеством цилиндров. Одноцилиндровый бензиновый двигатель состоит из: - глушителя; - пружины клапана; - карбюратора; - впускного клапана; - поршня; - свечи зажигания; - выпускного клапана; - шатуна; - маховика; - распределительного вала; — коленчатого вала.
Такт сжатия происходит при следующей половине оборота коленчатого вала. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ. Оба клапана в этот момент остаются закрытыми. Рабочая смесь сжимается, в цилиндре возрастает давление и температура.
Такт расширения по сути является рабочим ходом. После завершения сжатия рабочей смеси, происходит ее воспламенение от искры, создаваемой свечой. Процесс сгорания приводит к возрастанию температуры и давления (2,500 гр.
С и 5 МПа). Поршень начинает двигаться вниз и воздействует на шатун, который толкает коленчатый вал, предавая ему вращательное движение. Полезная работа такта расширения заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Когда поршень приближается к НМТ, происходит открытие выпускного клапана, открывающего путь отработанным газам. Температура и давление в цилиндре падает (1,200 гр. С, 0,65 МПа).
Такт выпуска начинается с движением поршня в ВМТ. При этом выталкиваются отработанные газы в полностью открытый выпускной клапан. По окончании такта выпуска температура и давление в цилиндре падают (500 гр. С, 0,1 МПа). Но определенный процент отработанных газов остается в цилиндре и участвует в образовании рабочей смеси следующего такта.
Четыре такта работы двигателя повторяются циклически. Маховик, прикрепленный к коленчатому валу, способствует ровной и устойчивой работе установки.
Достоинства и недостатки бензиновых двигателей ДВС
Преимущества бензиновых ДВС — значительная мощности на единицу объема, большой ресурс, простота выхлопной системы.
Кроме того, следует отметить низкий уровень шума работы силовой установки и отсутствие необходимости в стартере. Бензиновые ДВС достигают больших оборотов и поэтому успешно применяются в небольших автомобилях и обеспечивают агрессивную динамику езды.
Недостатками бензиновых двигателей являются низкий КПД (до 30%), высокие требования к качеству топливной смеси и низкая эффективность на малых оборотов. В последнее время много нареканий звучит в адрес экологических показателей бензиновых ДВС. Высокое содержание в выхлопных газах окиси углерода пагубно влияет на окружающую среду.
Кроме этого, подобные двигатели укрепляют зависимость мирового автомобильного парка от, увы, небезграничных природных ресурсов. И, хотя, бензиновые ДВС далеко не полностью исчерпали свои потенциальные возможности, во всем мире ведутся активные поиски и разработки альтернативного топлива и источников энергии.
Бензиновый двигатель | Эксплуатация, топливо и факты
V-образный двигатель
См.
все СМИ
- Ключевые сотрудники:
- Зигфрид Маркус Готлиб Даймлер Карл Бенц
- Похожие темы:
- двигатель Отто двигатель с верхним расположением распредвала двигатель Ленуара Г-образный двигатель рядный двигатель
Просмотреть весь связанный контент →
бензиновый двигатель , любой из класса двигателей внутреннего сгорания, которые вырабатывают энергию за счет сжигания летучего жидкого топлива (бензина или бензиновой смеси, такой как этанол) с воспламенением, инициируемым электрической искрой. Бензиновые двигатели могут быть построены для удовлетворения требований практически любого мыслимого применения силовых установок, наиболее важными из которых являются легковые автомобили, небольшие грузовики и автобусы, самолеты авиации общего назначения, подвесные и небольшие внутренние морские установки, стационарные насосные станции среднего размера, осветительные установки, станки, электроинструменты. Четырехтактные бензиновые двигатели используются в подавляющем большинстве автомобилей, легких грузовиков, средних и больших мотоциклов и газонокосилок.
Типы двигателей
Бензиновые двигатели можно разделить на несколько типов в зависимости от нескольких критериев, включая их применение, метод управления подачей топлива, зажигание, расположение поршня и цилиндра или ротора, ходы за цикл, систему охлаждения и клапан тип и расположение. В этом разделе они описаны в контексте двух основных типов двигателей: поршневых и цилиндровых двигателей и роторных двигателей. В поршне-цилиндровом двигателе давление, создаваемое сгоранием бензина, создает силу на головке поршня, которая совершает возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение по всей длине цилиндра. Эта сила отталкивает поршень от головки цилиндра и совершает работу. Роторный двигатель, также называемый двигателем Ванкеля, не имеет обычных цилиндров с возвратно-поступательными поршнями.
Вместо этого давление газа действует на поверхности ротора, заставляя ротор вращаться и, таким образом, выполнять работу.
Большинство бензиновых двигателей представляют собой поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением. Основные узлы поршневого двигателя показаны на рисунке. Почти все двигатели этого типа работают либо по четырехтактному, либо по двухтактному циклу.
Четырехтактный цикл
Из различных методов извлечения энергии из процесса сгорания наиболее важным до сих пор был четырехтактный цикл, концепция которого впервые была разработана в конце 19 века. Четырехтактный цикл показан на рисунке. При открытом впускном клапане поршень сначала опускается на такте впуска. Воспламеняющаяся смесь паров бензина и воздуха всасывается в цилиндр за счет создаваемого таким образом частичного вакуума. Смесь сжимается по мере того, как поршень поднимается в такте сжатия при закрытых обоих клапанах. По мере приближения к концу хода заряд воспламеняется электрической искрой.