Содержание

Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:

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 до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Схема устройства двигателя.

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

Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.

Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.

Принцип работы двигателя

Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:
1. Впуск топлива;
2. Сжатие топлива;
3. Сгорание;
4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.
Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч зажигания – элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. При такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600О С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:
1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
2. Система смазки;
3. Система охлаждения;
4. Система подачи топлива;
5. Выхлопная система.
ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:
- Распределительный вал;
- Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
- Детали привода клапанов;
- Элементы привода ГРМ.
ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Система смазки

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:
- Масляный картер (поддон);
- Насос подачи масла;
- Масляный фильтр с редукционным клапаном;
- Маслопроводы;
- Масляный щуп (индикатор уровня масла);
- Указатель давления в системе;
- Маслоналивная горловина.
Система охлаждения

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:
- Рубашка охлаждения двигателя;
- Насос (помпа);
- Термостат;
- Радиатор;
- Вентилятор;
- Расширительный бачок.
Система подачи топлива

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:
- Топливный бак;
- Датчик уровня топлива;
- Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
- Топливные трубопроводы;
- Впускной коллектор;
- Воздушные патрубки;
- Воздушный фильтр.
В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Выхлопная система

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:
- Выпускной коллектор;
- Приемная труба глушителя;
- Резонатор;
- Глушитель;
- Выхлопная труба.
В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

Как работает двигатель машины?

Двигатель – один из важнейших элементов автомобиля. На самом деле, это, вероятно, самая важная часть всего автомобиля. И хотя большинство владельцев автомобилей знают, как выглядит двигатель, редко встречаются те, кто знает, как он работает или различные компоненты, необходимые для движения их автомобиля. Понимание того, как работает двигатель и различные процессы, необходимые для преобразования воздуха и топлива в движущую силу, могут помочь вам сэкономить деньги в следующий раз, когда вы идете в авторемонтную мастерскую. Ниже рассмотрим основные принципы как работает двигатель автомобиля.

Как работает двигатель автомобиля?

Двигатель – это механический элемент, преобразующий энергию, созданную при сгорании топлива, в механическое движение. Основные типы двигателей, которые можно встретить на автомобилях, называются двигателями внутреннего сгорания. Типичный двигатель внутреннего сгорания сжигает топливо, создавая взрыв в замкнутом пространстве, создавая давление, которое затем используется для вращения различных компонентов, в конечном счете заставляя колеса двигаться.

Основными компонентами автомобильного двигателя внутреннего сгорания являются следующие:

Двигатель
- Клапаны
- Клапан пружины
- Распределительный вал
- Подъемное приспособление
Блок двигателя
- Поршни
- Шатун
- Цилиндры
- Свеча зажигания
- Коленчатый вал
- Упорные подшипники
- Масляный поддон
- Водяной насос
- Ремень ГРМ или цепь
- Маховик
Перечисленные выше компоненты являются самыми важные потому что двигатель также полагается на широкий спектр датчиков и электрические двигатели, чтобы сделать свою работу должным образом. Новые двигатели также укомплектованы небольшими электронными частями и модулями управления для обеспечения их работы.

Различные типы автомобильных двигателей

Автомобильные двигатели бывают всех форм и видов. Каждый из них имеет свои преимущества и неудобства. Некоторые из них созданы для скорости в то время как другие обеспечивают лучшую топливную экономичность. Производители автомобилей стремятся чтобы выбрать конкретный размер двигателя и конфигурацию на основе цели клиентов, их потребностей и их бюджета. Рассмотрим различные типы двигатели и то, для чего они обычно используются.

Количество цилиндров

Самый простой способ классифицировать автомобильные двигатели основан на их общем количестве цилиндров. Наиболее распространенное количество цилиндров – 4, но 6-и 8-цилиндровые двигатели часто встречаются на внедорожниках, спортивных автомобилях и пикапах. Большинство небольших автомобилей начального уровня оснащаются 4-цилиндровыми двигателями из-за снижения производственных затрат с точки зрения дилера, но также и потому, что 4 цилиндра обычно сжигают меньше топлива, чем 8. Более быстрые автомобили и тяжелые грузовики, очевидно, сжигают больше топлива, чем маленький седан.

Конфигурации компоновки

Встроенный

Двигатели с рядными цилиндрами являются наиболее распространенным типом автомобильных двигателей. Все цилиндры сконфигурированы в одну линию и расположены на одной стороне коленчатого вала.

Это, безусловно, самая простая установка двигателя что делает его довольно недорогим по сравнению с другими конфигурациями двигателей. Хотя он занимает мало места с точки зрения ширины, этот двигатель, однако, требует много места в длину, особенно в случае встроенных 6 и 8.

Основной недостаток рядных двигателей заключается в том, что дисбаланс вызван расположением цилиндров на одной линии. Дисбаланс двигателя может привести к серьезным вибрациям, если он не будет правильно контролироваться. Для избежания этого производители автомобилей часто добавляют балансирный вал, соединенный с коленчатый вал работает как противовес.

V-образный

Как следует из их названия, V-образные двигатели являются, действительно, в форме буквы V. цилиндры расположены в два ряда, все они прикреплены к тот же коленчатый вал и они запускаются поочередно. Такая конфигурация позволяет автопроизводителям использовать более короткий и легкий коленчатый вал, как правило создает больше энергии, одновременно уменьшая вибрации. V-образные двигатели обычно предложите значительно больший крутящий момент при низких оборотах в минуту по сравнению с рядными двигателями.

Однако V-образная форма также приносит свои ограничения и результат в очень сложном двигателе часто требуя больше обслуживания которое, внутри поверните, результат в более высоких работать и расходах на техническое обслуживание.

W-образная

W-образные двигатели идентичны и работают точно как и модели “V”, с той разницей, что они удваиваются с помощью расположенных в шахматном порядке рядами цилиндров.

Главным преимуществом W-образных двигателей является то, что большое количество цилиндров может быть установлено в пределах минимального пространства, позволяющее использовать еще более короткий коленчатый вал, чем на V-образном двигателе.

Этот тип двигателя гораздо сложнее чем рядные и v-образные двигатели, особенно если смотреть на головку двигателя и клапанный механизм. Это, вероятно, одна из причин, почему этот тип двигателя в основном используется в авиации или только в автомобилях высокого класса.

Плоские Двигатели

Плоские двигатели являются полностью плоскими: все поршни находятся в одной плоскости, обычно горизонтальной. Цилиндры всегда четны по числу и расположены по обе стороны от коленчатого вала.

Такая конфигурация двигателя очень практична так как он занимает очень мало высоты. Плоские двигатели, таким образом, могут быть расположены очень низко на шасси автомобиля, имея очень низкий центр тяжести, что будет значительно улучшит управляемость автомобиля.

Кроме того, тот факт, что поршни противостоят друг другу с обеих сторон коленчатого вала, это приводит к лучшему балансу двигателя, который также приводит к меньшему количеству вибраций и лучшему общему балансу автомобиля на дороге.

С другой стороны, плоские двигатели часто довольно трудно обслуживать. Типичные работы по техническому обслуживанию, классифицируемые как” быстрые и легкие ” на других типах двигателей, часто гораздо сложнее выполнять на плоском двигателе. Замена свечей зажигания-хороший пример. То, что займет меньше часа, чтобы выполнить на любом другом рядном двигателе, может легко занять до 4-5 часов на двигателе Boxter.

Плоские двигатели часто встречаются в автомобилях с высокой репутацией затрат на техническое обслуживание, таких как Subaru, Porsche и Westfalia и это лишь некоторые из них.

Прямой впрыск или нет

Непосредственный впрыск является наиболее распространенным методом впрыска топлива, используемым производителями автомобилей сегодня, поскольку он значительно повышает топливную экономичность автомобиля в соответствии с новыми экологическими стандартами. Эта система также ограничивает выбросы загрязняющих веществ и увеличивает крутящий момент при низких оборотах в минуту.

Принцип этой системы относительно прост: топливо непосредственно впрыскивается в камеру сгорания прямо перед искрой. Этот тип впрыска помогает сохранить впуск и дроссельную заслонку чище, так как нет никаких топливных отложений вообще.

С обычными системами впрыска топлива, форсунки помещаются перед впускным клапаном или встроены в него во впускной коллектор. Такая система позволяет пропускать воздух, топливо поступает в двигатель при открытии впускного клапана и не поддается контролю индивидуально.

Дизельный двигатель

Дизельные двигатели работают аналогично бензиновым двигателям, но система зажигания гораздо проще. В бензиновом двигателе, воздушно-топливная смесь обычно сжимается в 10 раз. Однако в дизельном двигателе, это не редкость, что воздух в конечном итоге сжимается целых 25 раз. Когда сжатый до такой степени воздух внутри камер сгорания может достигать температура до 500 ° C (1000 ° F), а иногда и больше.

Как только воздух сжат, дизельное топливо распыляется в цилиндр. В этот момент температура внутри камеры сгорания камеры настолько высоки, что топливо воспламеняется мгновенно, без необходимости искра. Остальная часть цикла довольно похожа на любой другой топливный двигатель двигатель.

Роторный двигатель

Роторный двигатель – это двигатель внутреннего сгорания, вращающийся вокруг неподвижного коленчатого вала. Этот тип двигателя был очень распространен в авиации, когда соотношение мощности к массе было главным критерием потребления и надежности.

Роторные двигатели не используют коленчатый вал, так как сам поршень производит вращательное движение.

Основные принципы работы

Общий принцип работы автомобильного двигателя достаточно простой. Цель состоит в том, чтобы использовать энергию, производимую горение окислительно-топливной смеси в закрытой камере. Когда воздух / топливо смесь горит, происходит значительное расширение газов, которые в свою очередь используются чтобы заставить поршни двигаться вверх и вниз и заставить коленчатый вал вращаться. Всё это происходит в цикле цикла и начинается снова и снова.

Автомобильные двигатели – это так называемые ”4-тактные” двигатели.
- Свечи зажигания – создают искру, вызывая взрыв внутри камер сгорания.
- Цилиндры – как следует из их названия, это цилиндры, содержащие взрыв и направляющие поршни в вертикальном движении.
- Поршни – они выполняют 2 роли; сжимают взрывчатую смесь и передают полученную энергию на шатуны.
- Поршневые кольца – это уплотнения, расположенные вокруг поршней, позволяющие им сжимать воздух, содержащийся в цилиндрах, а также смазывать стенки цилиндров, когда они поднимаются и опускаются.
- Шатуны – они передают энергию взрыва от поршней к коленчатому валу и способствуют превращению вертикального движения во вращательное.
- Коленчатый вал – это часть, поддерживающая шатуны и передающая вращательное движение маховику.
- Клапаны – двигатель имеет два различных типа клапанов: впускные клапаны и выпускные клапаны. И то и другое работает одинаково, но служит противоположным целям. Они открываются под действием качалок, следующих за движением распределительного вала, и автоматически закрываются благодаря специальным клапанным пружинам. Впускные клапаны позволяют воздушно-топливной смеси поступать в камеру сгорания, а выпускные клапаны выпускают сгоревшие газы.
- Распределительный вал – это компонент, позволяющий клапанам открываться и закрываться синхронно с положением поршней.
Такт впуска

Первый ход-это ход впуска. То поршень находится в верхней мертвой точке, а выпускной клапан закрыт. Впускной клапан открывается, пропуская воздух в камеры сгорания. Коленчатый вал, поршень опускается, создавая вакуум, всасывая воздушно-топливную смесь.

Ход сжатия

Ход сжатия начинается, когда поршень достигает нижней мертвой точки и впускной клапан закрывается. Оба клапана теперь плотно закрыты. Поршень под действием коленчатого вала начинает двигаться вверх по цилиндру, сжимая воздушно-топливную смесь в камере сгорания.

Ход сгорания

Когда поршень находится в самой высокой точке, то свеча зажигания произведет искру, Воспламеняющую воздушно-топливную смесь. Сгорание из воздушно-топливной смеси создается огромное, повышается давления внутри цилиндра, заставляющего поршень опускаться вниз и заставляющий коленчатый вал вращаться.

Ход выхлопа

Когда поршень достигнет нижней мертвой точки, выпускные клапаны откроются и позволят сгоревшим парам выталкиваться из цилиндра, когда поршень снова поднимется. Непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки, впускной клапан открывается, а выпускной клапан остается открытым несколько мгновений.

Различные внутренние системы и их применение

Система впуска

Чтобы эффективно гореть, топливо должно быть смешано с воздух в правильной пропорции; 14: 1, чтобы быть точным. Это специфическое соотношение воздух / топливо называется стехиометрическим и является наиболее экономичным соотношением топлива для использования в современные двигатели внутреннего сгорания.

Внутри воздухозаборника создается правильная воздушно-топливная смесь . Воздух начинает свое путешествие путем прохождения через воздушный фильтр, который нужно очистить и убеждаться что никакие твердые частицы не могут попасть в камеру сгорания. Даже мельчайшие частицы пыли или металлические хлопья могут серьезно повредить двигатель и вызвать проблемы с расходом масла.

Топливо, с другой стороны, распыляется непосредственно во впускное отверстие, ожидая открытия впускных клапанов. Воздушно-топливная смесь контролируется кислородными датчиками, измеряющими количество топлива, оставшегося в выхлопных газах. Если в выхлопных газах будет обнаружено слишком много топлива, модуль управления трансмиссией уменьшит количество топлива, распыляемого во впускном отверстии, и наоборот. Такой процесс гарантирует, что воздушно-топливная смесь всегда будет максимально оптимальной.

Обратите внимание, что на более новых двигателях воздух и топливо являются смешивается непосредственно в камере сгорания, что позволяет получить более точную смесь для каждый из цилиндров. Эти двигатели называются двигателями с непосредственным впрыском топлива и их популярность растет с каждым годом из-за лучшей топливной экономичности они могут добиться своего.

Важно отметить, что в некоторых случаях, некоторые из выхлопных газов могут быть рециркулированы во впускное отверстие, чтобы уменьшить количество NOx, опасного атмосферного загрязнителя, производимого двигателем или в виде способ охлаждения камер сгорания.

Выхлопная система

Выхлопная система начинается в задней части автомобиля. Выпускной коллектор крепится к головке блока цилиндров и получает выхлопные газы от двигателя. Коллектор направляет тепло и дым, направленный в заднюю часть автомобиля, чтобы усилить окисление несгоревшие углеводороды и угарный газ.

Выхлопные газы затем достигают каталитического нейтрализатора, который специально разработан для превращения токсичных выхлопных газов в углекислый газ, который намного менее токсичен, чем угарный газ, и в воду с помощью химической реакции.

Датчик O2 расположен непосредственно перед и сразу после каталитического нейтрализатора, чтобы гарантировать, что соотношение воздух/топливо поддерживается в течение всего времени, чтобы сэкономить на стоимости топлива и минимизировать производимые загрязняющие вещества, насколько это возможно.

Последним компонентом системы является глушитель, работа которого заключается в уменьшении шума, создаваемого взрывами внутри двигателя, путем направления паров в отсеки, называемые резонансными камерами Гельмгольца, прежде чем выпускать их в атмосферу. Вся выхлопная система часто кажется ничем иным, как изогнутым металлическим трубопроводом.

Топливная система

В случае старых двигателей используется карбюратор для взаимодействия с воздушно-топливной смесью перед отправкой ее во впускной коллектор. На последних двигателях, однако, карбюратор заменен инжекторами, которые являются небольшие форсунки высокого давления распыляют топливо во впускной канал или непосредственно в воздухозаборник.

Топливо должно быть под давлением, чтобы распыляться достаточно мелкими каплями, чтобы иметь возможность легко испаряться при входе в камеры сгорания. Это работа топливного насоса, чтобы создать давление в топливной системе.

Система охлаждения

Во время процесса сгорания двигатель создает много тепла, что может быстро привести к перегреву, если нет правильной регулировки. Именно тогда на помощь приходит система охлаждения. Для того чтобы держать жару под контролем, цилиндры окружены проходами заполненными охлаждающей жидкостью. Охлаждающая жидкость проходит вокруг всех основных компонентов двигателя, а затем течет через радиатор. Благодаря вентилятору радиатора дует свежий воздух через ребра радиатора охлаждающая жидкость охлаждается до приемлемого уровня, перед возвращением в двигатель.

Системы наддува

Цель наддува двигателя с использованием турбокомпрессора или нагнетателя предназначена для увеличения выходной мощности и уменьшения расхода топлива. Значительно увеличить выходную мощность двигателя, можно путем воздействия на его скорость вращения, либо на его крутящий момент. Тем не менее, возможное увеличение оборотов быстро ограничивается инерцией движущихся частей и предел сопротивления трению металлических деталей.

Крутящий момент двигателя зависит от угла между шатуном и коленчатым валом, давления газа внутри цилиндра и количества затраченного топлива.

Таким образом, можно увеличить крутящий момент двигателя путем добавления турбонагнетателя или турбонагнетателя для нагнетания большего количества воздуха система, следовательно, позволяет распылять в нее больше топлива, что приводит к более высокой выходной мощности.

Системы с промежуточным охлаждением

Объем воздуха, содержащегося в данном цилиндре, равен пропорционально давлению и, наоборот, также пропорционально его абсолютному температурному значению. Когда воздух находится под давлением, его температура повышается, а плотность увеличивается, модифицируется. Более холодный воздух содержит больше кислорода. Поэтому рекомендуется установить воздушный охладитель для охлаждения воздуха. Двигатель и таким образом восстанавливает оптимальную плотность кислорода для пиковых характеристик. Для достижения этой цели производители автомобилей используют систему интеркулера для охлаждения воздуха прежде чем его впустят в воздухозаборник.

В заключение можно сказать, что в хотя целом здесь раскрыта тема как работает двигатель автомобиля, и несмотря на то что у каждого производителя автомобилей есть свои технологии, фундаментальные принципы работы одинаковы для всех двигателей внутреннего сгорания. Последние автомобили могут быть оснащены усовершенствованным хронометражем системы и электронных модулей, но основы остаются прежними.

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля

В годы СССР автомобили ездили на дровах и являлись большой роскошью. В современном же мире на автомобилях ездит большое количество людей, и автомобиль не является новинкой. Устройство всего автомобиля знать не обязательно, но устройство двигателя важно знать для того, чтобы правильно обслуживать автомобиль (впоследствии это может повлиять на вашу жизнь). Поэтому будет правильным уделить несколько минут на то, чтобы понять, как устроен ДВС автомобиля (4-х тактный).

Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, в котором сжигание топлива происходит в замкнутом пространстве, называемом камерой сгорания. Эта экзотермическая реакция топлива с окислителем создает газы высокой температуры и давления, которые могут расширяться. Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что полезная работа выполняется расширяющимися горячими газами, действующими непосредственно, чтобы вызвать движение, например, воздействуя на поршни, роторы или даже нажимая и двигая весь двигатель в целом.

Термин «двигатель внутреннего сгорания» (ICE) почти всегда используется для обозначения поршневых двигателей, двигателей Ванкеля и аналогичных конструкций, в которых сгорание является прерывистым. Однако двигатели непрерывного сгорания, такие как реактивные двигатели, большинство ракет и многие газовые турбины, также являются двигателями внутреннего сгорания.

Общее устройство двигателя

Все двигатели внутреннего сгорания зависят от экзотермического химического процесса сгорания: реакция топлива, обычно с воздухом, хотя могут использоваться другие окислители, такие как закись азота.

Наиболее распространенное топливо, используемое сегодня, состоит из углеводородов и в основном из нефти. К ним относятся виды топлива, известные как дизельное топливо, бензин и нефтяной газ, а также редкое использование пропанового газа. Большинство двигателей внутреннего сгорания, предназначенных для бензина, могут работать на природном газе или сжиженных нефтяных газах без значительных модификаций, за исключением компонентов подачи топлива. Можно также использовать жидкое и газообразное биотопливо, такое как этанол и биодизельное топливо, форму дизельного топлива, которая производится из сельскохозяйственных культур, которые дают триглицериды, такие как соевое масло. Некоторые могут также работать на газообразном водороде.

Все двигатели внутреннего сгорания должны иметь способ достижения воспламенения в своих цилиндрах для создания сгорания. Двигатели используют либо электрический метод, либо систему зажигания от сжатия.

ДВС стоит из множества частей, но здесь будут указаны основные:
1. Коленчатый вал с помощью поршня приводит в движение машину;
2. Поршень — металлический стакан, размещается внутри
3. Цилиндра сдавливает газ, двигает коленчатый вал;
4. Цилиндр, в котором происходит сгорание и расширение газа;
5. Свеча зажигает газ;
6. Клапаны впускают и выпускают газ.
Двигателям свойственно нагревание, а чтобы двигатель не перегрелся, используют систему охлаждения двигателя, состоящую из рубашки охлаждения, насоса, термостата, радиатора, вентилятора и расширительного бачка.

Также, чтобы лучше понять устройство ДВС рекомендуем постмотреть видео «для чайников»

Этапы работы ДВС

У ДВС есть 4 такта работы:
1. Впуск. Впускается топливо в камеру горения (движение поршня вниз);
2. Сжатие. Топливо сжимается и происходит поджигание свечой (движение поршня вверх);
3. Расширение. Смесь сгорает и расширяется (толчок поршня вниз);
4. Выпуск. Продукт сгорания выпускается (подъём поршня вверх вверх).
Принцип работы двс

Устройство работы ДВС основано на расширении газов во время работы поршня.

Во время впуска происходит втягивание газа в цилиндр, после чего клапан закрывается, и происходит сжатие газа, смешанного с воздухом, поршнем. Сжатый газ зажигается свечой и, расширяясь, толкает поршень книзу, а поршень, в свою очередь, двигает коленчатый вал, и происходит движение автомобиля.

ДВС — схема работы цилиндров

Процесс зажигания бензина

Электрические / бензиновые системы зажигания (которые также могут работать на других видах топлива, как упоминалось ранее), как правило, полагаются на комбинацию свинцово-кислотной батареи и индукционной катушки, чтобы обеспечить электрическую искру высокого напряжения для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя. Эта батарея может заряжаться во время работы с использованием устройства, вырабатывающего электричество, такого как генератор переменного тока или генератор, приводимый в движение двигателем. Бензиновые двигатели принимают смесь воздуха и бензина и сжимают до давления менее 170 фунтов на квадратный дюйм и используют свечу зажигания для зажигания смеси, когда она сжимается головкой поршня в каждом цилиндре.

Процесс зажигания дизельного двигателя

Системы зажигания от сжатия, такие как дизельный двигатели и двигатели HCCI (с воспламенением от сжатия однородного заряда), полагаются исключительно на тепло и давление, создаваемые двигателем в процессе сжатия для воспламенения. Происходящая компрессия обычно более чем в три раза выше, чем у бензинового двигателя. Дизельные двигатели будут всасывать только воздух, и незадолго до пикового сжатия небольшое количество дизельного топлива распыляется в цилиндр через топливный инжектор, который позволяет топливу мгновенно воспламениться. Двигатели типа HCCI будут потреблять как воздух, так и топливо, но будут продолжать полагаться на процесс автоматического сгорания без посторонней помощи из-за более высоких давлений и тепла. Именно поэтому дизельные двигатели и двигатели HCCI также более подвержены проблемам с холодным запуском, хотя после запуска они будут работать так же хорошо в холодную погоду. Большинство дизелей также имеют аккумуляторы и системы зарядки, однако эта система является вторичной и добавляется производителями как роскошь для простоты запуска, включения и выключения топлива, что также может быть выполнено с помощью переключателя или механического устройства, а также для запуска вспомогательных электрических компонентов и аксессуаров. , Однако большинство современных дизелей полагаются на электрические системы, которые также контролируют процесс сгорания, чтобы повысить эффективность и уменьшить выбросы.

Циклы двигателей

Двухтактный

Двигатели, основанные на двухтактном цикле, используют два хода (один вверх, один вниз) для каждого рабочего хода. Поскольку нет специальных ударов впуска или выпуска, необходимо использовать альтернативные методы для очистки цилиндров. Наиболее распространенным методом в двухтактных двигателях с искровым зажиганием является использование движения поршня вниз для создания давления свежего заряда в картере, который затем продувается через цилиндр через отверстия в стенках цилиндра. Двухтактные с искровым зажиганием маленькие и легкие (для своей мощности), и механически очень простые. Общие области применения включают снегоходы, газонокосилки, травосборники, цепные пилы, водные мотоциклы, мопеды, подвесные моторы и некоторые мотоциклы., К сожалению, они также, как правило, громче, менее эффективны и гораздо более загрязняют окружающую среду, чем их четырехтактные аналоги, и они плохо масштабируются до больших размеров. Интересно, что самые большие двигатели с воспламенением от сжатия являются двухтактными и используются в некоторых локомотивах и больших судах. Эти двигатели используют принудительную индукцию для очистки цилиндров. Двухтактные двигатели менее экономичны по сравнению с другими типами двигателей, поскольку неиспользованное топливо, распыляемое в камеру сгорания, может иногда выходить из вытяжного канала с ранее отработанным топливом. Без специальной обработки выхлопных газов это также приведет к очень высоким уровням загрязнения, что потребует применения в небольших двигателях, таких как газонокосилки, четырехтактных двигателей, а в некоторых странах — двухтактных двигателей меньшего размера, оснащенных каталитическими нейтрализаторами.

Четырехтактный

Двигатели, основанные на четырехтактном цикле или цикле Отто, имеют один рабочий ход на каждые четыре такта (вверх-вниз-вверх-вниз) и используются в автомобилях, больших лодках и многих легких самолетах . Как правило, они тише, эффективнее и крупнее двухтактных. Существует ряд вариаций этих циклов, в частности циклы Аткинсона и Миллера. В большинстве грузовых и автомобильных дизельных двигателей используется четырехтактный цикл, но с системой зажигания с компрессионным подогревом. Этот вариант называется дизельным циклом.

Пять-тактный

Двигатели, основанные на пятитактном цикле, являются вариантом четырехтактного цикла. Обычно четыре цикла — это впуск, сжатие, сгорание и выхлоп. Пятый цикл, добавленный Делавуром [2], — это охлаждение. Двигатели, работающие в пятитактном цикле, на 30 процентов эффективнее, чем эквивалентные четырехтактные двигатели.

Двигатель Bourke

В этом двигателе два диаметрально противоположных цилиндра соединены с кривошипом кривошипным штифтом, который проходит через общее шотландское ярмо. Цилиндры и поршни сконструированы таким образом, что, как и в обычном двухтактном цикле, на оборот приходится два рабочих такта. Однако, в отличие от обычного двухтактного двигателя, сгоревшие газы и поступающий свежий воздух не смешиваются в цилиндрах, что способствует более чистой и более эффективной работе. Механизм скотч-хомута также имеет низкую боковую тягу и, таким образом, значительно снижает трение между поршнями и стенками цилиндра. Фаза сгорания двигателя Bourke более близко приближается к постоянному объему сгорания, чем четыре или два такта. Он также использует меньше движущихся частей, следовательно, необходимо преодолеть меньшее трениечем два других возвратно-поступательных типа должны. Кроме того, его большая степень расширения также означает, что используется больше тепла от его фазы сгорания, чем для четырехтактного или двухтактного циклов.

Двигатель управляемого сгорания

Это также двигатели на основе цилиндров, которые могут быть одно- или двухтактными, но вместо коленчатого вала и поршневых шатунов используются двухступенчатые соединенные противоположно вращающиеся концентрические кулачки для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение. Эти кулачки практически исключают боковые силы, которые в противном случае воздействовали бы на цилиндры поршнями, значительно повышая механическую эффективность. Профили кулачковых выступов (которые всегда нечетные и их не менее трех) определяют ход поршня в зависимости от подаваемого крутящего момента. В этом двигателе есть два цилиндра, которые разнесены на 180 градусов для каждой пары встречно-вращающихся кулачков. Для версий с одним ходом число циклов на пару цилиндров равно количеству выступов на каждом кулачке, в два раза больше для двухтактных блоков.

Ванкеля

Двигатель Ванкеля работает с тем же разделением фаз, что и четырехтактный двигатель (но без поршневых ходов, правильнее было бы назвать четырехфазный двигатель), поскольку фазы происходят в отдельных местах двигателя. Этот двигатель обеспечивает три рабочих такта на оборот на ротор, обеспечивая в среднем более высокое отношение мощности к весу, чем поршневые двигатели. Этот тип двигателя используется в Mazda текущего RX8 и более ранних RX7, а также других моделях.

Газовая турбина

В циклах газовых турбин (в частности, реактивных двигателей) вместо того, чтобы использовать один и тот же поршень для сжатия, а затем расширения газов, вместо этого используются отдельные компрессоры и газовые турбины; давая непрерывную силу. По сути, впускной газ (обычно воздух) сжимается, а затем сжигается с топливом, что значительно повышает температуру и объем. Большой объем горячего газа из камеры сгорания затем подается через газовую турбину, которая затем легко может питать компрессор.

Система зажигания

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по их системе зажигания. Точка в цикле, в которой воспламеняется смесь топлива и окислителя, оказывает непосредственное влияние на эффективность и производительность ДВС. Для типичного 4-х тактного автомобильного двигателя горючая смесь должна достигать максимального давления, когда коленчатый вал находится под углом 90 градусов после ВМТ (верхней мертвой точки). Скорость фронта пламени напрямую зависит от степени сжатия, температуры топливной смеси и октанового или цетанового числа топлива. Современные системы зажигания предназначены для зажигания смеси в нужное время, чтобы гарантировать, что фронт пламени не соприкасается с нисходящей головкой поршня. Если передняя часть пламени соприкасается с поршнем, это приводит к розовому воздействию или ударам. Смеси Leaner и более низкие давления смеси сгорают медленнее, что требует более точного выбора времени зажигания. Сегодня большинство двигателей используют электрическую или компрессионную систему отопления для зажигания. Однако системы с открытым пламенем и горячими трубами использовались исторически.Никола Тесла получил один из первых патентов на систему механического зажигания с патентом США 609250 «Электрическое зажигание для газовых двигателей» 16 августа 1898 года.

Процесс зажигания двигателя

Конфигурация двигателя

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по их конфигурации, которая влияет на их физические размеры и плавность (с более плавными двигателями, производящими меньше вибрации). Обычные конфигурации включают прямую или линейную конфигурацию, более компактную V-конфигурацию и более широкую, но более гладкую плоскую или боксерскую конфигурацию. Авиационные двигатели также могут принимать радиальную конфигурацию, которая позволяет более эффективно охлаждать. Также использовались более необычные конфигурации, такие как «H», «U», «X» или «W».

Конфигурации с несколькими коленчатыми валами вовсе не обязательно должны иметь головку цилиндров, но вместо этого могут иметь поршень на каждом конце цилиндра, который называется конструкцией с противоположным расположением поршней. Эта конструкция использовалась в дизельном авиационном двигателе Junkers Jumo 205 с использованием двух коленчатых валов, по одному на каждом конце одного блока цилиндров, и наиболее примечательно в дизельных двигателях Napier Deltic, которые использовали три коленчатых вала для обслуживания трех рядов двусторонних цилиндры расположены в равностороннем треугольнике с коленчатыми валами по углам. Он также использовался в локомотивных двигателях с одной банкой и продолжает использоваться для судовых двигателей, как для движителей, так и для вспомогательных генераторов. Роторный двигатель Gnome, использовавшийся в нескольких ранних самолетах, имел неподвижный коленчатый вал и ряд радиально расположенных цилиндров, вращающихся вокруг него.

Более детально в видео:

КПД двигателя внутреннего сгорания

Эффективность различных типов двигателей внутреннего сгорания различна. Общепринято, что большинство двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, даже если им помогают турбокомпрессоры и средства повышения эффективности запаса, имеют механический КПД около 20 процентов. Большинство двигателей внутреннего сгорания тратят около 36 процентов энергии в бензине, поскольку тепло теряется в системе охлаждения, и еще 38 процентов — через выхлопные газы. Остальные, около шести процентов, теряются из-за трения . Большинство инженеров не смогли успешно использовать потерянную энергию для каких-либо значимых целей, хотя существуют различные дополнительные устройства и системы, которые могут значительно повысить эффективность сгорания.

Водородная топливная инъекция, или HFI, является дополнительной системой двигателя, которая, как известно, улучшает экономию топлива двигателей внутреннего сгорания, впрыскивая водород как увеличение сгорания во впускной коллектор. Экономия топлива может быть увеличена на 15-50%. Небольшое количество водорода, добавляемого к топливу воздухозаборника, увеличивает октановое число объединенного топливного заряда и увеличивает скорость пламени., что позволяет двигателю работать с более продвинутым моментом зажигания, более высокой степенью сжатия и более бедной воздушно-топливной смесью, чем это возможно в противном случае. В результате снижается загрязнение, увеличивается мощность и эффективность. Некоторые системы HFI используют встроенный электролизер для выработки используемого водорода. Также можно использовать небольшой резервуар с водородом под давлением, но этот метод требует повторного заполнения.

Также обсуждались новые типы двигателей внутреннего сгорания, такие как двигатель с раздельным циклом Scuderi, которые используют высокое давление сжатия, превышающее 2000 фунтов на квадратный дюйм, и сгорают после верхней мертвой точки (самая высокая и самая сжатая точка во внутреннем сгорании). ход поршня). Ожидается, что такие двигатели достигнут КПД до 50-55%.

Преимущества и недостатки ДВС

К преимуществам ДВС можно отнести большую дальность передвижения без заправки, большую экономию средств, небольшой вес и объём топливного бака. К недостаткам можно отнести маленький средний КПД двигателя (около 40%) при использовании, высокое загрязнение атмосферы, необходимое наличие КПП.

История

Первые двигатели внутреннего сгорания не имели сжатия, но работали на том, какая воздушно-топливная смесь могла всасываться или продуваться в течение первой части такта впуска. Наиболее существенное различие между современными двигателями внутреннего сгорания и ранними конструкциями заключается в использовании сжатия и, в частности, сжатия в цилиндрах.

1509: Леонардо да Винчи описал двигатель без сжатия. (Его описание может не означать, что идея была оригинальной с ним или что она действительно была построена.)

1900: Рудольф Дизель продемонстрировал дизельный двигатель на выставке 1900 Universselle (Всемирная выставка) с использованием арахисового масла (биодизеля).

1900: Вильгельм Майбах разработал двигатель, построенный в Daimler Motoren Gesellschaft — в соответствии со спецификациями Эмиля Джеллинека — который потребовал, чтобы двигатель получил имя Daimler-Mercedes в честь его дочери. В 1902 году автомобили с таким двигателем были запущены в производство DMG.

Заключение

ДВС — очень полезная вещь, но также она способна загрязнять атмосферу. Нужно знать меру в использовании автомобилей, пользоваться ими осторожно, дабы предотвратить несчастные случаи и обеспечить безопасность себе, окружаюей среде и людям.

Источник https://wikers.ru/articles/ustrojstvo-dvigatelya.html

Источник https://allchiptuning.ru/allchiptuning/kak-rabotaet-dvigatel-avtomobilya/

Источник https://teritoriya-auto.ru/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya-avto/
Похожие записи: