Принцип работы двигателя внутреннего сгорания: Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Если полный рабочий цикл ДВС совершается за четыре такта (4 хода поршня), т. е. за два полных обо рота коленчатого вала, то такой двигатель называется четырехтактным; если же рабочий цикл состоит из двух тактов (2 хода поршня), то двигатель считается двухтактным. На рис. 6.1 видно, что полость цилиндра сообщается с внешней средой с помощью двух отверстий, закрываемых клапанами или другим образом. Одно из отверстий является впускным и предназначено для впуска горючей смеси или воздуха, другое — выпускным и служит для выпуска продуктов сгорания. Впускное и выпускное отверстия могут либо полностью перекрываться, либо закрываться попеременно.

Когда поршень занимает крайнее верхнее положение, над ним остается свободное пространство объемом Ус, которое является так называемой камерой сгорания. При перемещении поршня в НМТ в цилиндре освобождается объем Ур, называемый рабочим, который вместе с объемом камеры сгорания Vc образует полный объем цилиндра: V„= Ус+ Vp.

Таким образом, поршень, перемещаясь в обратном направлении от НМТ до ВМТ, изменяет объем цилиндра с V„ до VQ, т. е. многократно сжимает газообразные вещества. Поэтому отношение полного объема цилиндра V„ к объему камеры сгорания VQ показывает так называемую степень сжатия в цилиндре е= Vn/Vc, т. е. величину сжатия горючей смеси в момент ее воспламенения. Эта величина зависит от конструкции ДВС. Так, у дизельных двигателей она достигает величины 14…22, а у карбюраторных 6… 10. Когда рабочий объем одного цилиндра Vp умножается на их число, получается рабочий объем двигателя Ул.

Рис. 6.1. Принципиальная схема ДВС

В зависимости от вида применяемого топлива ДВС могут быть дизельными (используется дизельное топливо) и карбюраторными (топливом являются бензин, газ). На автогрейдерах основными двигателями являются многоцилиндровые четырехтактные дизельные двигатели, в качестве пусковых на них используются одноцилиндровые двухтактные бензиновые двигатели. В общем, принципы работы дизельных и карбюраторных двигателей подобны.

Основное отличие состоит в том, что в карбюраторных двигателях для воспламенения рабочей смеси (смеси паров топлива, воздуха, остаточных газов) в цилиндрах используется специальная электрическая система зажигания, а на дизельных двигателях — воспламенение топлива, впрыскиваемого под высоким давлением в камеру сгорания, происходит от высокой температуры воздуха, превышающей температуру вспышки смеси топлива и воздуха, сжатого в камере сгорания поршнем. Кроме того, в дизельных двигателях вначале цилиндры наполняются воздухом, а не горючей смесью (смесь мелкораспыленного жидкого или газообразного топлива с воздухом), как у карбюраторных, и сжимается воздух, а не горючая смесь (поэтому-то степень сжатия, температура и давление в цилиндрах у дизельных двигателей выше, чем у карбюраторных). В связи с этим для дизельных двигателей требуется специальная система впрыска топлива под давлением, в то время как у карбюраторных двигателей горючая смесь поступает за счет разрежения, создаваемого поршнями.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя. Первый такт — впуск воздуха (рис. 6.2, а) производится при движении поршня от ВМТ до НМТ за счет создаваемого в цилиндре разрежения через открытый впускной клапан, который открывается с опережением до прихода поршня в ВМТ и закрывается с запаздыванием после достижения поршнем НМТ.

Рис. 6.2. Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя: а — первый такт — впуск воздуха; 6 — второй такт — сжатие воздуха; в — третий такт — рабочий ход; 4— четвертый такт — выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — впускной клапан; 5 — форсунка; 6 — выпускной клапан; 7 — цилиндр

Второй такт — сжатие воздуха (рис. 6.2,6) происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ при закрытых впускном и выпускном клапанах. В конце сжатия давление воздуха достигает 3…4 МПа при температуре выше 500° С. В момент, когда поршень несколько не доходит до ВМТ, с помощью форсунки производится впрыск топлива под давлением 20…40 МПа. В нагретом воздухе распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает.

Третий такт — рабочий ход (рис. 6.2,в) происходит при заканчивающемся сгорании топлива и расширении продуктов сгорания, сопровождающемся перемещением поршня от ВМТ к НМТ. С целью лучшей последующей очистки полости цилиндра от отработавших газов выпускной клапан открывается до момента подхода поршня в НМТ.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис. 6.2, г) производится при движении поршня от НМТ к ВМТ, когда выпускной клапан открыт. После этого рабочий цикл двигателя повторяется.

Принцип работы двухтактного карбюраторного двигателя. В отличие от дизельного двигателя для образования горючей смеси в нем использован карбюратор, а система зажигания со свечой, вставленной в головку цилиндра, служит для зажигания горючей смеси (рис. 6.3). В отличие от четырехтактного карбюраторного двигателя в двухтактном двигателе с кривошип- но-камерной продувкой отсутствуют клапаны, а впускное и выпускное отверстия перекрываются самим поршнем. Кроме того, имеется продувочное отверстие и для подачи горючей смеси от карбюратора в цилиндр используется герметичный картер двигателя.

В одном такте двухтактного двигателя сосредоточены не один, а два описанных выше процесса.

Первый такт — рабочий ход поршня (рис. 6.3, а, б) начинается, когда поршень, перекрыв выпускное и продувочное отверстия и открыв впускное отверстие, подходит к ВМТ. Тогда срабатывает свеча, искра от которой воспламеняет сжатую рабочую смесь, в камере сгорания резко повышается температура и давление (до 2,5 МПа). Поршень, под давлением перемещаясь вниз, сначала закрывает впускное отверстие и начинает сжимать рабочую смесь в картере 8 двигателя, а затем открывает выпускное отверстие 2 и продувочное, через которые под давлением (0,1 МПа) рабочей смеси из картера производится удаление отработавших газов и продувка рабочей полости цилиндра. При этом отражатель, установленный на головке поршня, направляет рабочую смесь по всей полости цилиндра, способствуя его очистке от продуктов сгорания.

Когда поршень достигает НМТ, начинается его движение вверх.

Рис. 6.3. Принцип работы двухтактного карбюраторного двигателя: а — начало рабочего хода поршня; б—конец рабочего хода поршня; 1 — впускное отверстие; 2 — выпускное отверстие; 3 — шатун; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 — свеча; 7 — продувочное отверстие; 8 — картер; 9—коленчатый вал; 10—карбюратор

Второй такт — сжатие рабочей смеси начинается с продолжающегося удаления отработавших газов и впуска в надпоршневое пространство рабочей смеси. По мере движения поршня вверх сначала перекрывается продувочное отверстие, а затем и выпускное, после чего рабочая смесь сжимается в течение всего движения поршня до ВМТ. В тот момент, когда нижний край поршня открывает впускное отверстие, начинается впуск горючей смеси в полость картера (в подпоршневое пространство). Затем рабочий цикл повторяется.

Принцип и особенности работы поршневых ДВС определили наличие у них следующих основных механизмов и систем: кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня под воздействием давления газов во вращательное движение коленчатого вала; механизм газораспределения, предназначенный для своевременного наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом и выпуска отработавших газов в атмосферу; система смазки, предназначенная для очистки и подачи к трущимся сопряженным поверхностям двигателя необходимого для смазки и охлаждения этих поверхностей количества масла; система охлаждения, служащая для охлаждения всех нагреваемых деталей двигателя путем отвода от них тепла; система питания, предназначенная для подачи в цилиндры дозированного количества топлива или горючей смеси в распыленном состоянии; система зажигания (у карбюраторных двигателей), служащая для принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах; система пуска, предназначенная для быстрого и уверенного запуска двигателя при любых температурных условиях.

Работу ДВС характеризует такой параметр, как эффективная мощность N3, являющаяся мощностью, снимаемой с коленчатого вала двигателя для производства полезной работы. Мощность указана в паспорте на двигатель. Кроме того, в паспорте дается и регуляторная характеристика двигателя, т. е. зависимости мощности и крутящего момента на валу двигателя от частоты его вращения.

История двигателя внутреннего сгорания презентация. Двигатель внутреннего сгорания. История создания. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС являются относительно несовершенным типом тепловых машин (сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например в транспорте.

История создания двигателей внутреннего сгорания В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1799 году он получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля. Это открытие имело огромное значение прежде всего для развития техники освещения. Очень скоро во Франции, а потом и в других странах Европы газовые лампы стали успешно конкурировать с дорогостоящими свечами. Однако светильный газ годился не только для освещения.

Патент на конструкцию газового двигателя. В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав соответствующие условия, можно использовать выделяющуюся энергию в интересах человека. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешения. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он погиб, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

Жан Этьен Ленуар В последующие годы несколько изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной. Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому инженеру 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. Ленуар не сразу добился успеха. После того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала совсем немного и остановилась, так как из-за нагрева поршень расширился и заклинил в цилиндре. Ленуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему водяного охлаждения. Однако вторая попытка запуска также закончилась неудачей из- за плохого хода поршня. Ленуар дополнил свою конструкцию системой смазки. Только тогда двигатель начал работать.

Август Отто В 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу- она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто. В 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма «Отто и Компания». На первый взгляд, двигатель Отто представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разряжённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разряжение. 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.

Поскольку 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. Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре зубчатую рейку заменила кривошипно-шатунная передача. Но самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто взял патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей. В следующем году новые двигатели уже были запущены в производство. Четырёхтактный цикл был самым большим техническим достижением Отто. Но вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Рошем. Группа французских промышленников оспорила в суде патент Отто. Суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл. Хотя конкуренты наладили выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним производством модель Отто всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область применения первых двигателей внутреннего сгорания. Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два- в Москве и Петербурге.

Поиски нового горючего Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Ещё в 1872 году американец Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту — бензину. Но для того, чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина и получения горючей смеси его с воздухом. Брайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых «испарительных» карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.

Бензиновый двигатель Работоспособный бензиновый двигатель появился только десятью годами позже. Изобретателем его был немецкий инженер Юлиус Даймлер. Много лёт он работал в фирме Отто и был членом её правления. В начале 80-х годов он предложил своему шефу проект компактного бензинового двигателя, который можно было бы использовать на транспорте. Отто отнёсся к предложению Даймлера холодно. Тогда Даймлер вместе со своим другом Вильгельмом Майбахом принял смелое решение в 1882 году они ушли из фирмы Отто, приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом. Проблема, стоявшая перед Даймлером и Майбахом была не из лёгких: они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень лёгким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер рассчитывал получить за счёт увеличения частоты вращения вала, но для этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году был создан первый бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой полой трубочки, открытой в цилиндр. Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки.

Процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях заставлял желать лучшего. Поэтому настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора. Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки. В 1893 году взял патент на карбюратор с жиклёром, который был прообразом всех современных карбюраторов. В отличие от своих предшественников Банки предлагал не испарять бензин, а мелко распылять его в воздухе. Это обеспечивало его равномерное распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под действием тепла сжатия. Для обеспечения распыления всасывание бензина происходило потоком воздуха через дозирующий жиклёр, а постоянство состава смеси достигалась за счёт поддержания постоянного уровня бензина в карбюраторе. Жиклёр выполнялся в виде одного или нескольких отверстий в трубке, располагавшейся перпендикулярно потоку воздуха. Для поддержания напора был предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально количеству поступающего воздуха. Первые двигатели внутреннего сгорания были одноцилиндровыми, и, для того чтобы увеличить мощность двигателя, обычно увеличивали объём цилиндра. Потом этого стали добиваться увеличением числа цилиндров. В конце XIX века появились двухцилиндровые двигатели, а с начала XX столетия стали распространяться четырёхцилиндровые.

Состав Поршневые двигатели камерой сгорания является цилиндр, где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно- поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма. По типу используемого топлива делятся на: Бензиновые смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), или непосредственно в цилиндре при помощи распыляющих форсунок, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Дизельные специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Горючая смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры воздуха, подвергшегося сжатию в цилиндре.

Газовые двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях: Смеси сжиженных газов хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Сжатые природные газы хранятся в баллоне под давлением атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие отсутствие испарителя. Генераторный газ газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твёрдого топлива используются:

УгольТорфДревесина Газодизельные основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю. Роторно-поршневой Комбинированный двигатель внутреннего сгорания двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой (роторно- поршневой) и лопаточной машины (турбина, компрессор), в котором в осуществлении рабочего процесса участвуют обе машины. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув). RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт вращения цилиндра. Цилиндр совершает вращательное движение попеременно проходя впускной и выпускной патрубок, поршень при этом совершает возвратно-поступательные движения.

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС Недостатком ДВС является то, что он производит высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемыми атрибутами двигателя внутреннего сгорания являются трансмиссия и стартёр. 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. Также ДВС нужны топливная система (для подачи топливной смеси) и выхлопная система (для отвода выхлопных газов).

Слайд 2

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (ДВС) — это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например на транспорте.

Слайд 3

Типы ДВС

Роторно-поршневые

Слайд 4

Бензиновые

Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), или непосредственно в цилиндре при помощи распыляющих форсунок, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.

Слайд 5

Дизельные

Специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Возгорание смеси происходит под действием высокого давления и, как следствие, температуры в камере.

Слайд 6

Газовые

двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях: смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испаренная в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150-200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя. генераторный газ — газ, полученный превращением твердого топлива в газообразное. В качестве твердого топлива используются: уголь торф древесина

Слайд 7

Роторно-поршневые

За счет вращения в камере сгорания многогранного ротора динамически формируются объёмы, в которых происходит обычный цикл ДВС. Схема

Слайд 8

Четырехтактный ДВС

Схема работы четырехтактного цилиндра двигателя, цикл Отто1. впуск2. сжатие3. рабочий цикл4. выпуск

Слайд 9

Роторный ДВС

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый) ___________________________ Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй. Ротор с зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг шестерни. Его грани при этом скользят по поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре.

Слайд 10

Двухтактный ДВС

Двухтактный цикл. в двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще. Впрыск горючего Сжатие Воспламенение Отвод газов

Слайд 11

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

Недостатком ДВС является то, что он производит высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемыми атрибутами двигателя внутреннего сгорания являются трансмиссия и стартер. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Также ДВС нужны топливная система (для подачи топливной смеси) и выхлопная система (для отвода выхлопных газов).

Слайд 12

Запуск двигателя внутреннего сгорания

Электростартёр Наиболее удобный способ. При запуске двигатель раскручивается электродвигателем(на рисунке – схема вращения простейшего электродвигателя), питающимся от аккумуляторной батареи (после запуска аккумулятор подзаряжается от генератора, приводимого основным двигателем). Но у него есть один существенный недостаток: чтобы провернуть коленчатый вал холодного двигателя, особенно зимой, ему необходим большой пусковой ток.

Двигатели внутреннего сгорания

Учебный центр «ОНикС»

Устройство двигателя внутреннего сгорания

1 — головка цилиндра;

2 — цилиндр;

3 — поршень;

4 — поршневые кольца;

5 — поршневой палец;

7 — коленчатый вал;

8 — маховик;

9 — кривошип;

10 — распределительный вал;

11 — кулачок распределительного вала;

12 — рычаг;

13 — клапан;

14 — свеча зажигания

Верхнее крайнее положение поршня в цилиндре называется верхней мертвой точкой (в. м. т.)

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Нижнее крайнее положение поршня в цилиндре называется нижней мертвой точкой

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Расстояние, проходимое поршнем от одной до другой мертвой точки, называется

ходом поршня S .

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Объем V с над поршнем, находящимся в в. м. т., называется объемом камеры сгорания

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Объем V п над поршнем, находящимся в н. м. т. называется

полным объемом цилиндра .

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Объем Vр, освобождаемый поршнем при его перемещении от в. м. т. к н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра .

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Рабочий объем цилиндра

Где: D — диаметр цилиндра;

S — ход поршня.

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Полный объем цилиндра

V c +V h = V n

Параметры двигателей внутреннего сгорания

Степень сжатия

Рабочие циклы двигателей внутреннего сгорания

4-х тактный

2-х тактный

двигателя .

Первый такт — впуск .

Поршень перемещается от в. м. т. к н. м. т., впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разрежение 0,7- 0,9 кгс/см и горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, поступает в цилиндр.

Температура смеси в конце впуска

75-125°С.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .

Второй такт- сжатие .

Поршень перемещается от н. м.т. к в.м.т., оба клапана закрыты. Давление и температура рабочей смеси повышаются, достигая к концу такта соответственно

9-15 кгс/см 2 и 35О-50О°С.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .

Третий такт — расширение, или рабочий ход .

В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, происходит быстрое сгорание смеси. Максимальное давление при сгорании достигает 30-50 кгс/см 2 , а температура 2100-2500°С.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя .

Четвертый такт — в ы п у с к

Поршень перемещается от

н.м.т. к в.м.т., выпускной клапан открыт. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного. К концу такта давление в цилиндре снижается до 1,1-1,2 кгс/см 2 , а температура — до 70О-800°С.

Работа четырехтактного карбюраторного двигателя .

Разделенная вихрекамерная камера сгорания

Формы камер сгорания у дизелей

Разделенная форкамерная камера сгорания

Формы камер сгорания у дизелей

Полуразделенная камера сгорания

Формы камер сгорания у дизелей

Неразделенная камера сгорания

Установка на клапане ширмы

Тангенциальное расположение канала

Винтовой канал

Способы создания вихревого движения заряда во время впуска

Винтовой канал

Принцип работы дизельного двигателя .

двигателя .

Работа двухтактного карбюраторного двигателя .

создания..

История создания

Этьен Ленуар (1822-1900)

Этапы развития ДВС:

1860 г. Этьен Ленуар изобрел первый двигатель, работавший на светильном газе

1862 г. Альфонс Бо Де Роша предложил идею четырехтактного двигателя. Однако свою идею осуществить он не сумел.

1876 г. Николаус Август Отто создает четырехтактный двигатель по Роше.

1883 г. Даймлер предложил конструкцию двигателя, который мог работать как на газе, так и на бензине

Карл Бенц изобрел самоходную трехколесную коляску на основе технологий Даймлера.

К 1920 г. ДВС становятся лидирующими. экипажи на паровой и электрической тяге стали большой редкостью.

Август Отто (1832-1891)

Карл Бенц

История создания

Трехколесная коляска, изобретенная Карлом Бенцом

Принцип действия

Четырехтактный двигатель

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

Различают 4 такта:

1 такт – впуск (горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр)

2 такт – сжатие (клапаны закрыты и смесь сжимается, в конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива)

3 такт – рабочий ход (происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу)

4 такт – выпуск (отработавшие газы вытесняются поршнем)

Принцип действия

Двухтактный двигатель

Существует также двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.

1 такт 2 такт

На практике мощность двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительная часть хода (20-35%) поршень совершает при открытых клапанах

КПД двигателя

КПД двигателя внутреннего сгорания мал и примерно составляет 25% – 40% . Максимальный эффективный КПД наиболее совершенных ДВС около 44%. Поэтому многие ученые пытаются увеличить КПД, а также и при этом саму мощность двигателя.

Способы увеличения мощности двигателя:

Использование многоцилиндровых двигателей

Использование специального топлива (правильного соотношения смеси и рода смеси)

Замена частей двигателя (правильных размеров составных частей, зависящие от рода двигателя)

Устранение части потерь теплоты перенесением места сжигания топлива и нагревания рабочего тела внутрь цилиндра

КПД двигателя

Степень сжатия

Одной из важнейших характеристик двигателя является его степень сжатия, которая определяется следующее:

e V 2 V 1

где V2 и V1 — объемы в начале и в конце сжатия. С увеличением степени сжатия возрастает начальная температура горючей смеси в конце такта сжатия, что способствует более полному ее сгоранию.

Разновидности ДВС

Двигатели Внутренненго Сгорания

Основные компоненты двигателя

Строение яркого представителя ДВС – карбюраторного двигателя

Остов двигателя (блок-картер, головки цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, масляный поддон)

Механизм движения (поршни, шатуны, коленчатый вал, маховик)

Механизм газораспределения (кулачковый вал, толкатели, штанги, коромысла)

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Август Отто В 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу- она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто. В 1864 году тот получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма «Отто и Компания». На первый взгляд, двигатель Отто представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разряжённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разряжение. 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.

Слайд 7

Описание слайда:

Слайд 8

Описание слайда:

Поиски нового горючего Поэтому не прекращались поиски нового горючего для двигателя внутреннего сгорания. Некоторые изобретатели пытались применить в качестве газа пары жидкого топлива. Ещё в 1872 году американец Брайтон пытался использовать в этом качестве керосин. Однако керосин плохо испарялся, и Брайтон перешёл к более лёгкому нефтепродукту — бензину. Но для того, чтобы двигатель на жидком топливе мог успешно конкурировать с газовым, необходимо было создать специальное устройство для испарения бензина и получения горючей смеси его с воздухом. Брайтон в том же 1872 году придумал один из первых так называемых «испарительных» карбюраторов, но он действовал неудовлетворительно.

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Слайд 11

Описание слайда:

Слайд 12

Описание слайда:

Слайд 13

Описание слайда:

Слайд 14

Описание слайда:

Принцип работы ДВС современного типа простыми словами

Современные двигатели работают по достаточно простой схеме, которая была изобретена целый век назад. Единственное, что подверглось сильному изменению после производства первого двигателя внутреннего сгорания, это система питания. С карбюраторов и прочих не слишком эффективных средств подачи топлива промышленность перешла на инжектор для бензиновых двигателей. Дизельные агрегаты обладают отдельным типом впрыска через систему с повышенным давлением. Все последние разработки в технологиях работы ДВС являются мелочными дополнениями к уже известной конструкции, которые призваны обеспечить либо автоматическую регулировку определенных параметров работы, либо определенную экономию топлива.

Тем не менее, суть двигателя остается прежней. По части работы двигателя внутреннего сгорания сегодня мы обсудим отдельно службу бензинового и дизельного силового агрегата, а также обсудим некоторые особенности использования бензинового двигателя в гибридных устройствах. Также затронем тему турбины в различных агрегатах, ее типов и смысла использования. Ознакомившись со всеми тонкостями работы современных силовых агрегатов внутреннего сгорания, вы поймете, что нынешние ДВС фактически ничем не отличаются от классических устройств.

Содержание

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — тонкости работы

Двигатель на бензиновом топливе представляет собою классический вариант силового агрегата, который может работать только на очищенном и качественном бензине, производимом из нефти. Современные двигатели работают только на бензине с октановым числом 95 или даже 98. Залив в хороший агрегат бензин плохого качества, вы можете приобрести массу проблем.

Топливо подается в агрегат с помощью бензонасоса, а количество подачи регулируется специальной системой впрыска. Инжекторы обладают тонкими форсунками, которые распыляют топливо в системе, позволяя его полностью сжечь в камерах сгорания. После подачи топлива по трубке на систему инжектора происходят следующие процессы:

• инжектор распыляет бензин, превращая его в облако пара, а также смешивает получившиеся частицы с воздухом;
• смесь бензина и кислорода попадает дальше в камеру сгорания, где в верхней части поджигается свечей зажигания;
• подожженный бензин быстро воспламеняется, формируя определенной мощности взрыв с конкретным давлением и усилием;
• камера сгорания исключительно герметична, потому сила этого взрыва направляется на рабочую плоскость поршня;
• от мощности удара поршень опускается вниз и приводит в движение коленчатый вал, на котором закреплены другие поршни;
• с помощью неоднократного повторения такого процесса происходит постоянное вращение двигателя.

Если топливо не распыляется должным образом, поскольку форсунки забиты или поломаны, один из цилиндров не будет давать нужной мощности, поскольку топливо не сможет поджигаться и нормально выполнять свои функции. В таком случае двигатель теряет мощность и значительно увеличивает расход. Также в таком агрегате крайне важна фильтрация воздуха.

Турбина в бензиновых двигателях представляет собой механизм усиленной подачи воздуха, за счет чего на определенных режимах работы увеличивается мощность агрегата без увеличения потребления топлива. Интенсивная подача воздуха с разными значениями позволяет компаниям достигать невероятных технических характеристик вполне стандартных бензиновых агрегатов.

Дизельный силовой агрегат — второй тип ДВС

Еще один важный тип двигателя, который стал прекрасной альтернативой бензиновому агрегату в обыденной и коммерческой эксплуатации, — это дизельный силовой агрегат. Его стандартными преимуществами считается менее активный расход топлива и очень ощутимая тяга. Такие выгоды дают возможность полностью переформатировать стиль поездки, изменить привычки управления автомобилем.

Дизельный силовой агрегат подает топливо также через форсунки со значительным распылением. Это требует высокой чистоты дизельного топлива и значительной безопасности работы системы подачи топлива, поскольку жидкость подается на форсунки в достаточно большом давлении. Принцип работы агрегата несколько отличается от бензинового:

• топливо подается на распыление в гораздо большем давлении, оно прогревается еще до входа в камеры сгорания;
• под воздействием значительного давления поршней в камерах сгорания топливо самовоспламеняется;
• создаваемая при этом энергия производит толчок поршня в нижнее положение, выводя при этом другие поршни вверх;
• для работы двигателя требуется меньше топлива, а вот подача воздуха имеет большое значение;
• по данной причине в дизельных двигателях практически всегда присутствует турбина, распространены только турбодизели;
• агрегат создает очень завидную мощность поршней, потому даже на низких оборотах он обладает большой тягой.

Определенная специфика работы дизельного двигателя вызывает и некоторые особенности его эксплуатации. В частности, водителю придется научиться раньше переключать передачи, довольствоваться низкими оборотами и контролировать тягу машины. Современные турбодизели потребляют на 15-20 процентов меньше топлива на ту самую мощность, чем бензиновые агрегаты.

Объемистые и тяговитые дизельные двигатели в промышленности могут работать не только на продуктах нефтеобработки. Многие агрегаты приспособлены даже на сжигание сырой нефти, а также принимают в качестве топлива природные биомасла, которые воспламеняются при сильном давлении. Это может стать одним из будущих перспективных моментов автомобилестроения.

Бензиновый гибридный двигатель — электричество в моде

Не так давно на рынок начали поступать гибридные автомобили. Это машины, у которых силовой агрегат состоит из двух частей. Первая часть не отличается от стандартных бензиновых агрегатов, но зачастую не столь объемистая и мощная. А вторая часть представлена электродвигателями в разных количествах и расположениях.

Батареи для электродвигателя оснащены отдельным генератором, который заряжается от работы бензинового агрегата. Также энергия берется из рекуперации энергии торможения и прочих процессов, которые обычно теряются в стандартном исполнении. Гибрид работает по следующей схеме:

• в стандартных ситуациях городской поездки используются только электромоторы, вы ведете электромобиль;
• когда энергия батарей на исходе, в дело включается бензиновый двигатель, нагнетающий запас в аккумуляторах;
• также при резком нажатии на педаль газа включаются сразу все двигатели, давая огромную энергию;
• при полной разрядке батарей ДВС продолжает работать и весьма экономично везет вас в нужном направлении;
• у некоторых гибридных автомобилей есть выход для зарядки батарей от обычной электрической сети.

Такие технологии являются дыханием будущего, поскольку экономия на гибридных автомобилях ощутима. Большой внедорожник с такой установкой может затрачивать всего 5-6 литров топлива, независимо от выбранного режима поездки. Хороший двигатель внутреннего сгорания обеспечивает быструю зарядку батарей.

Сегодня активно развивается применение гибридных установок на основе дизельного двигателя. В таком случае расход опускается до невероятных 2-3 литров на 100 километров. Впрочем, технологии гибридного использования знают и расход в 1 литр на 100 километров, который является эталонным для современных производителей автомобилей. Предлагаем изучить принцип работы гибридного двигателя на следующем видео:

Подводим итоги

Сегодня покупатель автомобилей имеет большой выбор технологий, которые для него будут оптимальными во всех отношениях. Подобрать лучшее решение будет непросто, поскольку производители расписывают преимущества своих предложений в самых неожиданных аспектах. Иногда правильно преподнесенная технология кажется нам самым важным элементом автомобиля, но на самом деле не занимает и части технического потенциала транспорта.

Потому многие покупатели просто становятся жертвами рекламного влияния, покупая те или иные технологии и оплачивая их в полной мере. Сегодня лучше отказаться от рекламы при выборе типа машины. Положитесь на собственные впечатления и ощущения, на решения, которые вам нравятся больше всего. В каждом типе двигателя и силовой установки есть свои преимущества и недостатки. Расскажите о главных преимуществах двигателя в вашем автомобиле.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) принцип работы

Принцип работы двигателя

Двигатель внутреннего сгорания

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.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

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.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Для правильной работы двигателя он должен непрерывно выполнять некоторый цикл операций. Принцип работы двигателей с искровым зажиганием (SI) был изобретен Николаусом А. Отто в 1876 году; поэтому двигатель SI также называют двигателем Отто. Принцип работы двигателя с воспламенением от сжатия (CI) был обнаружен Рудольфом Дизелем в 1892 году, поэтому двигатель CI также называют дизельным двигателем.

Принцип работы двигателей SI и CI практически одинаков, за исключением процесса сгорания топлива, который происходит в обоих двигателях.В двигателях SI сжигание топлива происходит за счет искры, вырабатываемой свечой зажигания, расположенной в головке блока цилиндров. Топливо сжимается до высокого давления, и его сгорание происходит при постоянном объеме. В двигателях с ХИ сгорание топлива происходит из-за сжатия топлива до чрезмерно высокого давления, что не требует наличия искры для инициирования воспламенения топлива. В этом случае сгорание топлива происходит при постоянном давлении.

Двигатели SI и CI могут работать как с двухтактным, так и с четырехтактным циклом.Оба цикла описаны ниже:

1. Четырехтактный двигатель : В четырехтактном двигателе цикл работы двигателя завершается за четыре хода поршня внутри цилиндра. Четыре такта 4-тактного двигателя: всасывание топлива, сжатие топлива, такт расширения или увеличения мощности и такт выпуска. В 4-тактных двигателях мощность вырабатывается, когда поршень совершает такт расширения. За четыре такта двигателя совершается два оборота коленчатого вала двигателя.

2. Двухтактный двигатель : В случае двухтактного двигателя такты всасывания и сжатия происходят одновременно. Точно так же такты расширения и выпуска происходят одновременно. Мощность вырабатывается во время такта расширения. По завершении двух тактов поршня производится один оборот коленчатого вала двигателя.

В четырехтактных двигателях топливо сжигается один раз за два оборота колеса, а в двухтактном двигателе топливо сжигается один раз за один оборот колеса.Следовательно, эффективность 4-тактных двигателей выше, чем у 2-тактных двигателей. Однако мощность двухтактных двигателей больше, чем у четырехтактных.

Что такое двигатель внутреннего сгорания (ДВС)? | Ан

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

В данной статье описывается принцип работы, узлы и типы двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания — это известный тип двигателя, который также известен как двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания — это механическая машина, которая сжигает топливо в другом пространстве, чем паровой двигатель, который горит вне двигателя.В двигателе внутреннего сгорания в качестве рабочего тела используется бензин, дизельное топливо, водород, метан и пропановое газовое топливо. Этот тип двигателя выделяет газ под высоким давлением и температурой. Двигатель внутреннего сгорания использует входящую энергию в виде топливовоздушной смеси для осуществления процесса сгорания внутри камеры сгорания. Изменения температуры и давления топливовоздушной смеси воздействуют на поршень двигателя, вызывая полезную работу.

Эта сила заставляет детали двигаться с определенной скоростью, преобразовывая химическую энергию топлива в механическую энергию (мощность).На приведенной ниже диаграмме представлен этот процесс.

В зависимости от этого механизма двигатель внутреннего сгорания может выдавать 0,01 кВт при 20×103 кВт. Электрическая мощность IC составляет 1 кВт, а тепловая мощность прибл. 2,5 кВт. Эти двигатели имеют КПД от 20 до 26%, а КПД — около 92%.

Большинство двигателей внутреннего сгорания разработаны для транспортных средств и требуют мощности около 102 кВт. В подходящем двигателе внутреннего сгорания используется совместимый принцип поршневой цилиндр, при котором поршни (сделанные из стальных сплавов) в цилиндре открываются вперед и назад.Мощность передается на ведущий вал через шатун и коленчатый вал двигателя. Клапан регулирует поток газов к двигателю и от него. Было обнаружено, что двигатель ICE очень хорошо работает с высоким электрическим КПД, чем другие традиционные системы выработки электроэнергии, используемые в отелях и жилых отелях.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит внутри цилиндра. После этого тепловая энергия смеси топлива и воздуха сразу преобразуется в механическую энергию. В двигателе внутреннего сгорания топливо воспламеняется и горит внутри двигателя. Затем двигатель преобразует часть энергии, вырабатываемой при сгорании, в работу. Двигатель внутреннего сгорания имеет подвижный поршень и неподвижный цилиндр. Расширяющийся газ толкает поршень и вращает коленчатый вал. Наконец, это движение кривошипа приводит в движение колеса разных автомобилей через систему передач.

Двигатель внутреннего сгорания имеет более высокий тепловой КПД по сравнению с другими двигателями ЕС. Когда двигатель работает одновременно в машинах внутреннего сгорания, он может запускать цикл с каждого такта.Когда этот ход двигателя возвращается к своей исходной скорости, это означает, что цикл 1 ^st был завершен. ICE имеет 4 этапа для выполнения цикла 1 ^st , как описано ниже:

Ход всасывания: На этом этапе дым двигателя (воздух) дается в правильных пропорциях.

Ход сжатия: На первой стадии сжатия смесь топлива и газа сжимается внутри камеры в верхней части поршня.

Стадия расширения: На этой стадии сгорание топливовоздушной смеси осуществляется свечой зажигания вверху и внутри камеры сгорания цилиндра двигателя. Когда топливно-воздушная смесь горит, она быстро увеличивает давление из-за расширения сгорания внутри цилиндра. Затем повышающееся давление приводит в действие поршень двигателя внутри цилиндра с высокой энергетической силой. Вращает коленчатый вал. Коленчатый вал затем вращает подключенный двигатель для передачи механической энергии.

Ход выхлопа: На этом этапе газы сгорания удаляются из цилиндра двигателя, вводится новая воздушно-топливная смесь, и весь цикл повторяется.

Типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Эти двигатели имеют впускной и выпускной клапаны на головке блока цилиндров. В двигателе также есть топливная форсунка и управляемая система зажигания. Двигатель цикла Отто — это двигатель внутреннего сгорания, предназначенный для работы с четырьмя или двумя тактами поршня, который перемещается вверх и вниз внутри цилиндра. В общем, четырехтактные автомобильные двигатели преобразуют химическую энергию в механическую, сжигая бензин или другие виды топлива. Вырабатываемое тепло преобразуется в механическую энергию за счет прижатия поршня вниз внутри цилиндра. Шатун, соединенный с поршнем, передает эту энергию в энергию вращения кривошипа.

В настоящее время существует два типа двигателей внутреннего сгорания:

1) Двигатель с искровым зажиганием или бензиновый двигатель

Основная статья: Si Engine

Двигатель с искровым зажиганием входит в состав наиболее распространенных типов двигателей внутреннего сгорания.Эти двигатели также известны как бензиновые двигатели. Подача и методы зажигания двигателя с искровым зажиганием и двигателя CI различаются. В двигателе SI топливо смешивается с воздухом и впрыскивается внутрь цилиндра во время процесса впуска. После процесса сжатия топливовоздушная смесь воспламеняется от искры свечи зажигания и вызывает возгорание. Во время рабочего такта расширение газообразных продуктов сгорания выталкивает поршень.

Наиболее распространенными типами двигателей внутреннего сгорания являются 4-тактные двигатели, это означает, что поршню требуется 4 хода для завершения цикла.Этот процесс состоит из четырех стадий: впуска, сжатия, сгорания и такта мощности или выпуска.

2) Двигатель CI

Основная статья: Дизельный двигатель

Двигатель с воспламенением от сжатия входит в состав наиболее известных типов двигателей внутреннего сгорания. Он также известен как дизельный двигатель.

Работа двигателя CI очень похожа на двигатель SI. При работе этого двигателя внутреннего сгорания воздух втягивается внутрь камеры, а затем поршень сжимает ее.Затем дизельный двигатель впрыскивает топливо в горячий сжатый воздух с подходящей дозой и сжигает его.

Детали двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются:

1. Цилиндр

• Цилиндр изготавливается из стальных или алюминиевых сплавов.
• Внутри цилиндра поршень движется вперед и назад для передачи энергии.
• Это повысит давление и температуру внутри цилиндра двигателя.

2. Головка блока цилиндров

• Крепится к верхней части цилиндра двигателя.
• Изготовлены из стальных или алюминиевых сплавов.
• Производится методом литья.
• Прокладка из меди или асбеста подается в цилиндр, а затем в головку цилиндра для обеспечения герметичности.

3. Поршень

• Поршень из алюминиевых сплавов.
• Важной функцией поршня является передача мощности, создаваемой искровым зарядом, на шатун.

4. Поршневые кольца

• Поршневое кольцо представляет собой круглое кольцо, изготовленное из обычного стального сплава.
• Поршневое кольцо указывает на канавки по окружности поршня.
• Поставляются 2 комплекта уплотнительных колец, где самое верхнее уплотнительное кольцо может препятствовать попаданию продуктов сгорания в нижнюю часть, а нижнее уплотнительное кольцо может предотвращать утечку масла в цилиндр двигателя.
• Может сохранять эластичность даже при высоких температурах.
• Поршневая набивка снабжена герметичным уплотнением.

5. Клапаны

• Клапаны входят в состав важнейших узлов двигателя внутреннего сгорания.
• Двигатель имеет два клапана (впускной и выпускной).
• Поставляется в головке блока цилиндров.
• Впускные клапаны используются для подачи свежей смеси в газовый баллон.
• Клапаны входят в состав важнейших узлов двигателя внутреннего сгорания.
• Клапан выхлопных газов цилиндра используется для отвода продуктов сгорания из цилиндра двигателя.

6. Шатун

• Это соединение между поршнем и коленчатым валом.
• Функция шатуна заключается в передаче усилия между поршнем и коленчатым валом.
• Механическая функция шатуна — передача усилия между поршнем и коленчатым валом.

7. Коленчатый вал

• Изготавливается из специального стального сплава.
• Коленчатый вал входит в состав важных узлов двигателя внутреннего сгорания.
• Основная функция коленчатого вала — передача вращательного движения поршня через шатун для определения скорости вращения.

8. Картер двигателя

• Картер из чугуна.
• Фиксирует двигатель на цилиндре и коленчатом валу.
• Также используется с резервуаром для смазки (место хранения).

9. Маховик

• IC — это большое жесткое колесо, установленное на коленчатом валу двигателя.
• Функция рулевого колеса — поддерживать постоянную скорость.
• Накапливает дополнительную энергию во время накопления энергии и обеспечивает дополнительную энергию во время такта сжатия.

Математическое моделирование двигателя внутреннего сгорания

В этом разделе мы обсудим выполнение различного математического моделирования различных параметров двигателя внутреннего сгорания при частоте вращения двигателя 3600 об / мин.Это математическое моделирование приводится ниже.

• Эффективное давление тормозных средств

• Удельный расход топлива

В приведенной ниже таблице представлены рабочие характеристики двигателя внутреннего сгорания при различных оборотах двигателя.

В чем разница между бензиновым и дизельным двигателями?

• Разница между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в том, что бензиновый двигатель всасывает смесь бензина и воздуха во время такта всасывания. Дизельные двигатели отпускаются только во время такта впуска.
• Бензиновый двигатель работает по циклу Отто. Простой в эксплуатации, легкий, недорогой, имеет более высокие трудозатраты и низкие затраты на техническое обслуживание.
• Дизельные двигатели работают на дизельных мотоциклах. Трудно запустить, дороже и тяжелее, меньше затрат на рабочую силу и техническое обслуживание.
• Тепловой КПД бензинового двигателя составляет около 26%. Он имеет высокую скорость, которая используется в легковых автомобилях. Тепловой КПД дизельного двигателя составляет около 40%.Эти типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) имеют тихоходные двигатели. Эти двигатели используются в большегрузных транспортных средствах.

Применение двигателя внутреннего сгорания

1) Двигатель внутреннего сгорания в основном используется в дорожных и тяжелых транспортных средствах, таких как скутеры, мотоциклы, автобусы и т. Д.

2) Также используется в самолетах.

3) Эти типы двигателей используются в разных мотоциклах.

4) Двигатели внутреннего сгорания, используемые на морских судах.

4) Устройства IC находят хорошее применение в небольших бытовых приборах, таких как газонокосилки, цепные пилы и переносные двигатели-генераторы.

5) Эти двигатели внутреннего сгорания имеют более высокий КПД, чем ECE (двигатель внешнего сгорания).

6) Эти типы двигателей используют генераторы, которые используются в гидроэлектростанциях. В гидроэлектростанциях эти двигатели используются для производства электроэнергии.

7) Эти двигатели используются в автомобилях BMW.

В этой статье подробно описывается работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и его различных компонентов. Двигатели IC получили наибольшее распространение во всем мире. Эти типы двигателей имеют компактную конструкцию.Начинается сразу. Эти двигатели очень безопасны в использовании.

Если у вас все еще есть какие-либо вопросы о «IC Engine», вы можете связаться со мной, или вы легко сможете отправить комментарии. И если вам понравилось, поделитесь этой статьей со своими товарищами и друзьями.

Как работает двигатель внутреннего сгорания — x-engineer.org

Подавляющее большинство автомобилей (легковые и коммерческие), которые продаются сегодня, оснащены двигателями внутреннего сгорания . В этой статье мы расскажем, как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания .

Двигатель внутреннего сгорания классифицируется как тепловой двигатель . Он называется внутренний , потому что сгорание топливовоздушной смеси происходит внутри двигателя, в камере сгорания, а некоторые сгоревшие газы являются частью нового цикла сгорания.

В основном двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энергию горящей топливовоздушной смеси в механическую энергию . Он называется , 4 такта, , потому что поршню требуется 4 хода для выполнения полного цикла сгорания. Полное название двигателя легкового автомобиля: 4-тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания , сокращенно ICE (Двигатель внутреннего сгорания).

Теперь давайте посмотрим, какие компоненты являются основными компонентами ДВС.

Изображение: Детали двигателя внутреннего сгорания (DOHC)

Обозначения: выпускной распредвал ковш выпускного клапана свеча зажигания ковш впускного клапана впускной распредвал впускной клапан выпускной клапан 900 головка блока цилиндров поршень поршневой палец шатун блок цилиндров коленчатый вал ВМТ — верхняя мертвая точка НМТ — нижняя мертвая точка

22 ( головка цилиндра ) обычно содержит распределительный вал (ы), клапаны, клапанные лопатки, возвратные пружины клапанов, свечи зажигания / накаливания и форсунки (для двигателей с прямым впрыском). Через головку блока цилиндров протекает охлаждающая жидкость двигателя.

Внутри блока цилиндров (12) мы можем найти поршень, шатун и коленчатый вал. Что касается головки блока цилиндров, то через блок цилиндров течет охлаждающая жидкость, которая помогает контролировать температуру двигателя.

Поршень перемещается внутри цилиндра из НМТ в ВМТ. Камера сгорания — это объем, создаваемый между поршнем, головкой блока цилиндров и блоком двигателя, когда поршень находится близко к ВМТ.

На Рисунке 1 мы можем рассмотреть полный набор механических компонентов ДВС.Некоторые компоненты неподвижны (например, головка блока цилиндров, блок цилиндров), а некоторые из них движутся. На рисунке ниже мы рассмотрим основную движущуюся часть ДВС, которая преобразует давление газа в цилиндре в механическую силу.

Изображение: Движущиеся части двигателя внутреннего сгорания

Обозначение:

1. звездочка распределительного вала
2. поршень
3. коленчатый вал
4. шатун
5. клапан
6. ковш клапана
7. распредвал

распредвал синхронизированный вращение распредвала с вращением коленчатого вала через зубчатый ремень или цепь. Положение впускного и выпускного клапанов должно быть точно синхронизировано с положением поршня, чтобы циклы сгорания проходили соответствующим образом.

Полный цикл двигателя для 4-тактного ДВС имеет следующие фазы (такты):

1. впуск
2. сжатие
3. мощность (расширение)
4. выпуск

Ход — это движение поршня между двумя мертвыми центры (нижний и верхний).

Теперь, когда мы знаем, какие компоненты ДВС, мы можем изучить, что происходит на каждом такте цикла двигателя.В таблице ниже вы увидите положение поршня в начале каждого хода и подробную информацию о событиях, происходящих в цилиндре.

Такт 1 — ВПУСКНОЙ

Такт впуска двигателя внутреннего сгорания

В начале такта впуска поршень близок к ВМТ. Впускной клапан открывается, поршень начинает двигаться в сторону НМТ. В цилиндр втягивается воздух (или топливовоздушная смесь).Этот ход называется ВПУСКОМ, потому что в двигатель попадает свежий воздух / смесь. Такт впуска заканчивается, когда поршень находится в НМТ. Во время такта впуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов).

Ход 2 — СЖАТИЕ

Такт сжатия двигателя внутреннего сгорания

Такт сжатия начинается с поршня в НМТ, после завершения такта впуска.Во время такта сжатия оба клапана, впускной и выпускной, закрываются, и поршни движутся в сторону ВМТ. Когда оба клапана закрыты, воздух / смесь сжимаются, достигая максимального давления, когда поршень находится близко к ВМТ. Прежде, чем поршень достигнет ВМТ (но очень близко к нему), во время такта сжатия: для бензинового двигателя: образуется искра для дизельных двигателей: впрыск топлива Во время такта сжатия двигатель потребляет энергии (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов) больше, чем такт впуска.

Ход 3 — МОЩНОСТЬ

Рабочий ход двигателя внутреннего сгорания

Рабочий ход начинается с поршня в ВМТ. Оба клапана, впускной и выпускной, по-прежнему закрыты. Сгорание топливовоздушной смеси начинается в конце такта сжатия, что вызывает значительное повышение давления внутри цилиндра. Давление внутри цилиндра толкает поршень вниз по направлению к НМТ. Только во время рабочего такта двигатель вырабатывает энергию.

Ход 4 — ВЫПУСК

Такт выпуска двигателя внутреннего сгорания

Такт выпуска начинается с поршня в НМТ после завершения рабочего такта. Во время этого хода выпускной клапан открыт. Движение поршня от НМТ к ВМТ выталкивает большую часть выхлопных газов из цилиндра в выхлопные трубы. Во время такта выпуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов).

Как видите, для полного сгорания цикла (двигатель) поршень должен совершить 4 хода. Это означает, что на один цикл двигателя требуется два полных оборота коленчатого вала (720 °).

Единственный ход, который производит крутящий момент (энергию), — это рабочий ход , все остальные потребляют энергию.

Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала через шатун.

Для лучшего понимания мы суммируем исходное положение поршня, положение клапана и баланс энергии для каждого хода.

903 903 903

Порядок хода	Название хода	Исходное положение поршня	Состояние впускного клапана	Состояние выпускного клапана	Энергетический баланс 7
TDC	Открыто	Закрыто	Потребляет
2	Сжатие	BDC	Закрыто	Закрыто	Потребляет
			Производит
4	Выхлоп	BDC	Закрыто	Открыто	Потребляет

На анимации ниже вы можете ясно увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания. Обратите внимание на положение поршня, положение клапана, момент зажигания и последовательность ходов.

Анимация двигателя внутреннего сгорания

В следующих статьях мы более подробно рассмотрим параметры, характеристики и компоненты двигателя внутреннего сгорания. Если у вас есть вопросы или комментарии по поводу этой статьи, используйте форму ниже для публикации.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Проверьте свои знания о двигателях внутреннего сгорания, выполнив викторину ниже:

ВИКТОРИНА! (щелкните, чтобы открыть)

Изучите автомобильную инженерию у инженеров-автомобилестроителей

Привод транспортного средства обычно достигается с помощью двигателей, также известных как тягачи, т.е.е. механические устройства, способные преобразовывать химическую энергию топлива в механическую энергию. Кстати, английский термин «двигатель», скорее всего, имеет французское происхождение от старофранцузского слова «engin», которое, в свою очередь, как полагают, происходит от латинского «ingenium» (имеющего тот же корень от «ingénieur» или « инженер»).

Химическая энергия топлива сначала преобразуется в тепло посредством сгорания, а затем тепло преобразуется в механическую работу посредством рабочего тела. Эта рабочая среда может быть жидкостью или газом.Действительно, тепло, выделяемое при сгорании, увеличивает его давление или его удельный объем, и благодаря его расширению достигается механическая работа.

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) в качестве рабочего тела используются сами продукты сгорания (например, воздух и топливо), тогда как в двигателях внешнего сгорания продукты сгорания передают тепло другому рабочему телу посредством теплообменника. Более того, в то время как в ДВС сгорание происходит внутри цилиндра, в двигателях внешнего сгорания сгорание происходит в отдельной камере, обычно называемой горелкой.

Поскольку процесс горения ДВС изменяет характеристики рабочего тела, циклический режим может быть получен только за счет периодической замены самого рабочего тела, т.е. через разомкнутый цикл. Таким образом, термин «цикл» для ДВС относится к рабочему циклу двигателя, который необходимо периодически заменять, а не к термодинамическому циклу рабочей жидкости. Топливо должно иметь характеристики, совместимые с работой ДВС, а это означает, что его продукты сгорания должны позволять использовать их в качестве рабочего тела (например,г. при сгорании не должен образовываться пепел, как в дымоходе, который может вызвать заклинивание механизма двигателя).

Двигатель внутреннего сгорания

Поршневые двигатели внутреннего сгорания обычно выбираются для приведения в движение наземных транспортных средств, за некоторыми исключениями (электродвигатели для трамваев, троллейбусов или электромобилей) из-за их благоприятной удельной мощности и относительно низких затрат на производство и обслуживание (по сравнению, например, с газовыми турбинами). ).

В поршневом ДВС движение поршня в цилиндр, закрытый на противоположном конце головкой цилиндра, вызывает циклическое изменение объема цилиндра. Поршень соединен со штоком, а кривошип — с валом, устойчивое вращение которого вызывает циклическое движение поршня между двумя крайними положениями: верхней мертвой точкой (ВМТ, ближайшая к головке блока цилиндров) и нижней мертвой точкой (НМТ, нижняя мертвая точка). наибольшее расстояние от ГБЦ). Эти два положения соответствуют минимальному объему цилиндра (зазор, Vc) и максимальному объему цилиндра (общий объем, Vt). Разница между максимальным и минимальным объемом называется рабочим объемом или рабочим объемом цилиндра и называется Vd.И, наконец, соотношение между максимальным и минимальным объемом называется степенью сжатия (rc).

Классификация ДВС

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на разные категории. Два наиболее важных из них основаны на процессе сгорания (искровое зажигание против воспламенения от сжатия) и на рабочем цикле (2 такта против 4 такта). Дополнительная классификация может быть основана на впуске воздуха (без наддува или с турбонаддувом), заправке топливом (непрямой или прямой впрыск) и системе охлаждения (с воздушным или водяным охлаждением). В этой статье будут представлены только различия между процессами горения.

Искровое зажигание и воспламенение от сжатия

Искровое зажигание

В двигателях с искровым зажиганием используется топливо с относительно низкой реакционной способностью, такое как бензин, сжатый природный газ (CNG) или сжиженный нефтяной газ (GPL). Такое топливо смешивается с воздухом для образования горючей гомогенной топливно-воздушной смеси, а затем сжимается в двигателе до температуры около 700 К (400 ° C) и давления около 20 бар без какого-либо самовоспламенения.

Такое поведение можно объяснить на основе характеристик молекулы топлива: углеводородное топливо, используемое в двигателях с искровым зажиганием (SI), состоит из короткоцепных молекул с жесткой и компактной структурой (таких как Ch5 для КПГ или изооктан C8h28 для бензина) для которых даже при высоких температурах и давлениях время, необходимое для начала процесса сгорания, довольно велико. Однако это понятие не следует путать со способностью жидкого топлива испаряться при комнатной температуре и образовывать горючую смесь в окружающем воздухе. Эта способность высока для бензина и определяет опасность взрыва при наличии источника воспламенения.

Таким образом, в двигателях SI процесс сгорания может быть запущен только (по крайней мере, для классического сгорания) с помощью внешнего источника энергии, такого как электрическая искра. Энергия, добавляемая к смеси электрическим разрядом, мала (величина около 10 мДж), но в любом случае необходима для запуска процесса горения.

От первого ядра, воспламененного искрой, горение затем распространяется по смеси: слой за слоем фронт пламени проходит через камеру, в основном за счет конвективного теплообмена между дымовыми газами и свежей смесью, до последних зон (называемых «Конечный газ») вдали от искры.

Скорость фронта пламени составляет около 20-40 м / с и значительно увеличивается с турбулентностью внутри смеси (турбулентность увеличивает площадь поверхности между свежим и сгоревшим газом, таким образом, увеличивается теплообмен и, следовательно, скорость распространения пламени). Поскольку интенсивность турбулентности увеличивается с частотой вращения двигателя, а скорость фронта пламени пропорциональна интенсивности турбулентности, скорость фронта пламени увеличивается с частотой вращения двигателя, тем самым компенсируя сокращение времени, доступного для сгорания. Благодаря этому практически нет ограничений по частоте вращения для двигателей SI с точки зрения сгорания (двигатель Формулы 1 может работать до 20 000 оборотов в минуту).

Однако топливовоздушная смесь, если выдерживается при высоких температурах и давлениях в течение длительного времени, может в конечном итоге подвергнуться самовоспламенению. По этой причине может возникнуть аномальное возгорание, когда конечный газ самовозгорается до появления фронта пламени. Это ненормальное сгорание вызывает внезапный рост давления в цилиндре, за которым следуют волны давления внутри камеры сгорания, которые передаются через конструкцию двигателя в окружающую среду. Это называется «детонацией» и может вызвать повреждение поршня и цилиндра из-за термических усталостных напряжений. Чтобы избежать детонации, двигатель SI должен соответствовать нескольким ограничениям, касающимся максимальной длины пути пламени (что ограничивает максимальный диаметр цилиндра, называемого внутренним диаметром, примерно 100 мм), и максимально допустимой температуры и давления конечного (свежего) газа (т.е. ограничивают степень сжатия и давление наддува).

Более того, высокие значения скорости пламени могут быть достигнуты только в том случае, если соотношение воздух / топливо довольно близко к стехиометрическому: поэтому, когда двигатель SI должен работать при частичной нагрузке, невозможно уменьшить только топливо при сохранении неизменного воздушная масса в цилиндр.Затем для управления нагрузкой необходимо использовать устройство для уменьшения массового расхода воздуха (часто выбирается впускной дроссель), даже если это приводит к снижению эффективности при частичной нагрузке.

[color_box вариация = «зеленый мох» title = «Что такое стехиометрия?»] Стехиометрия определяется как точка, в которой в смеси расходуется весь кислород и сжигается все топливо. Для бензина соотношение по массе составляет 14,7: 1 (14,7 грамма воздуха на 1 грамм топлива). [/ color_box]

Компрессионное зажигание

Когда используется топливо с более высокой реакционной способностью, такое как дизельное топливо, его нельзя смешивать с воздухом и затем сжимать в цилиндре, потому что в противном случае процесс сгорания начнется самопроизвольно во время такта сжатия.Действительно, дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов, которая может быть представлена ​​цетаном C16h44 с длинной молекулой с прямой цепью, в которой предварительные реакции процесса окисления протекают довольно быстро при высоких температурах и давлениях.

Таким образом, дизельное топливо впрыскивается в виде струи жидкости под высоким давлением в уже сжатый воздух непосредственно перед желаемым началом сгорания (в случае классического сгорания дизельного топлива). Маленькие капли топлива (диаметром около 10 мкм), окруженные горячим сжатым воздухом (около 900 K), быстро испаряются, и процесс сгорания самопроизвольно начинается с чрезвычайно короткой задержкой воспламенения.

В отличие от двигателей SI, процесс сгорания в дизельном двигателе не может самостоятельно регулировать свои характеристики в соответствии с доступным временем для выполнения сгорания, связанного с увеличением скорости двигателя (т.е. время, требуемое для испарения топлива, смешивания и задержки зажигания, не уменьшается с увеличением скорости двигателя. ). Следовательно, эти двигатели не могут работать на скоростях выше 5000 об / мин.

Наконец, в отличие от двигателей SI, здесь нет строгих требований к соотношению воздух / топливо для этого вида сгорания.При частичной нагрузке количество впрыскиваемого топлива уменьшается при сохранении того же количества всасываемого воздуха без использования дроссельного устройства, а затем без каких-либо дополнительных потерь.

Источник: проф. Федерико Милло, Туринский политехнический университет

Romain Nicolas отзыв:

Два наиболее распространенных типа горения (искровое зажигание и воспламенение от сжатия) сегодня известны давно и хорошо освоены. Однако мы приближаемся к пределу этих процессов, поскольку установленные стандартами лимиты выбросов загрязняющих веществ и топлива становятся все ниже и ниже.Достижение этих стандартов становится все более дорогостоящим, и некоторые альтернативные процессы сгорания и архитектуры двигателей проходят испытания в лабораториях и исследовательских центрах. Считаете ли вы, что двигатели с искровым зажиганием и воспламенением от сжатия, какими мы их знаем сейчас, будут заменены некоторыми альтернативными решениями, такими как CAI, PCCI, двухтопливное сгорание или другие?

Современный двигатель внутреннего сгорания

Современный двигатель внутреннего сгорания

Джоаб Камарена

7 декабря 2015 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2015 г.

Введение

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — вот что движет большинство автомобилей сегодня и существует уже много лет. ICE имеет подвергся многочисленным изменениям исключительно с целью улучшения выходная мощность и минимизация потерь энергии. Как работает процесс что есть впуск через отверстия портов, который толкает поршень вниз начало его цикла сжатия и декомпрессии, с энергией от этого передается на коленчатый вал, позволяя движение автомобиль. Более распространенный двигатель внутреннего сгорания основан на четырех ход поршня для завершения своего цикла и высвобождения энергии для перемещения транспортное средство.[1-3]

Как это работает

В этом цикле четыре этапа: 1) прием, 2) компрессия, 3) сгорание и рабочий ход, и, наконец, 4) выхлоп (Рисунок 1). Вот как это работает:

1. Впуск: Топливо-воздушная смесь входит в цилиндр, когда поршень опускается и впускной открывается.

2. Сжатие: При закрытии на впуске топливно-воздушная смесь увеличивается по давлению и температура, поскольку поршень сжимает газ, перемещая вверх.

3. Горение и удар: Энергия высвобождается в результате реакции горения, вызванной зажигание свечи зажигания, воспламеняющей топливно-воздушную смесь и доводит до высокой температуры. По мере увеличения смеси по температуре и давлению он давит на поршень, следовательно, вызывая рабочий ход, который вращает коленчатый вал.

4. Выхлоп: Побочные продукты, образующиеся затем реакция горения выпускается через выхлоп трубу, и цикл повторяется, когда впускное отверстие открывается и выпускается. клапан закрывается.[2,3]

Энергетический анализ

Хотя это обычно используемый двигатель в транспортных средствах сегодня это не значит, что он самый эффективный. Горение неэффективность измеряет часть энергии, которая не используется из топливо. Установлено, что тепловые потери теплоносителя и тепловые потери энергии выхлопных газов являются самыми большими источниками тепловых потерь, что способствует отсутствию оборота энергии. Постоянно утверждается, что Второй закон Термодинамика не позволяет всем двигателям достигать максимальной температуры. эффективность, но это не значит, что мы не можем улучшить коэффициент конверсии энергии.Постоянные инновации и модернизация внутреннего сгорания двигатель позволили улучшить преобразование энергии топлива. [4]

Заключение

Знать, как работает двигатель внутреннего сгорания и в чем заключается его неэффективность, правильная технология и дизайн двигатель внутреннего сгорания позволит нам лучше использовать энергию в топливе. Хотя цены на газ постоянно колеблются, наиболее вероятной тенденцией в будущем будет повышение цен на газ, что будет только двигаться к разработке высокоэффективных автомобилей сильнее.Это возможно даже при постоянном диалоге о отказ от ископаемого топлива и последствия изменения климата, что, наряду с нашим нынешним технологическим бумом, мы больше не будем полагаться на двигатель внутреннего сгорания для транспортных средств будущего.

© Жоаб Камарена. Автор дает разрешение копировать, распространять и отображать эту работу в неизменном виде, с указание на автора, только в некоммерческих целях. Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] J. R. Clarke et al. , «Индукционный двигатель» Система и метод », Патент США 4860709, 29 августа 89 г.

[2] Д. К. Джанколи, Физика: принципы с Приложения, 7-е изд. (Addison-Wesley, 2013), стр. 421.

[3] Б. Кроу, «Внутренний Двигатель внутреннего сгорания, Physics 240, Стэнфордский университет, осень 2012 г.

[4] М. Баглионе, М.Дьюти и Г. Панноне, «Автомобиль». Методология системного энергетического анализа и инструмент для определения транспортного средства Подсистема энергоснабжения и спроса », Технический документ SAE 2007-01-0398, г. 16 апреля 07.

Основы двигателей внутреннего сгорания

В вашей профессии требуется образованное понимание двигателей внутреннего сгорания, а не обязательно. Этот двухдневный семинар-обзор технологий охватывает самые актуальные темы — от химии сгорания до кинематики внутренних компонентов современного двигателя внутреннего сгорания — для максимального понимания.Слушатели получат практический практический подход к основам наиболее распространенных конструкций двигателей внутреннего сгорания, поскольку они применяются к газовым циклам, термодинамике и теплопередаче к основным компонентам, а также к теориям проектирования, которые воплощают эти концепции.

Цели обучения

Посещая этот семинар, вы сможете:

• Подробно обсудите основные функции и взаимодействие компонентов в современном двигателе внутреннего сгорания, в частности; двух- и четырехтактные циклы, как они относятся к конструкциям поршневых и роторных двигателей
• Описать общие термодинамические концепции, регулирующие работу двигателя внутреннего сгорания и его различные циклы.
• Сравните основные эксплуатационные различия различных видов топлива, используемых в двигателях внутреннего сгорания, их доступность и поймите применимость каждого из них.
• Обсудить функции и работу всех основных компонентов и систем современного двигателя внутреннего сгорания.
• Определите операционные принципы, лежащие в основе сроков и рабочих взаимоотношений между всеми внутренними компонентами, и сформулируйте важность этих взаимоотношений
• Признать ограничения текущих проектов и реализаций современного двигателя внутреннего сгорания
• Выполните базовую оценку и оценку новых, передовых разработок и новых инициатив в области трансмиссии, применительно к индустрии мобильности
  

Кому следует прийти

Предназначен для инженеров силовых агрегатов, поставщиков компонентов, специалистов по разработке трансмиссий на платформах транспортных средств, а также тех, кто участвует в разработке, разработке и обсуждении двигателей.Присутствующим на семинаре рекомендуется иметь высшее инженерное образование.

Также доступен курс SAE по запросу!
Основы двигателей внутреннего сгорания (PD730944)

Отзывы

«Инструктор SAE, доктор Уильям Марк Маквеа, сделал сложные концепции понятными и предоставил реальные примеры их применения».
Хеленанн Габлер
Сертификационный персонал
Технический центр Toyota

«Курс хорошо разработан и преподается профессионально.Он намного превзошел мои ожидания и стал отличным знакомством с двигателями внутреннего сгорания ».
Мэтт Джексон
Менеджер
Юго-Западный научно-исследовательский институт

«Меня попросили узнать больше. Это было отличное введение в двигатели внутреннего сгорания».
Пол Слейтер
Wescast Industries, Inc.

«Очень рекомендую новым сотрудникам».
Брайан Гросс
Старший инженер проекта
Polaris Industries, Inc.

«Отличный класс и очень хорошо обученный. Прекрасное освежение для всех!»
Пол Коннор
Инженер по калибровке
Ilmor Engineering, Inc.

«Очень компетентный инструктор с огромными знаниями. Очень интересный и заинтересованный. »
Соня Занарделли
Руководитель трансмиссии
Армия США TARDEC

Вы должны пройти все контактные часы курса и успешно сдать обучающий экзамен, чтобы получить CEU.

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов. «

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей роте

имя другим на работе «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, а курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком.

с деталями Канзас

Несчастный случай в Сити Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны. Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на изучение

материал «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., позволяя

студент для ознакомления с курсом

материал до оплаты и

получает викторину «

Arvin Swanger, P. E.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «

Mehdi Rahimi, P.E.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

в режиме онлайн

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемые темы »

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П. Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании каких-то неясных раздел

законов, которые не применяются

до «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы использовать свой медицинский прибор.

организация «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь печатный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев «

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

тест действительно потребовал исследований в

документ но ответы были

в наличии «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, которая мне нужна

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсы со скидкой.»

Кристина Николас, П. Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

приходится путешествовать. «

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно »

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать, где на

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. «

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад помочь финансово

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40% «

Конрадо Казем, П. E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

коды и Нью-Мексико

правила. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительных

аттестат. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P. E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими и

в хорошем состоянии »

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку».

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

корпус курс и

очень рекомендую . «

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлен. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загрузить учебные материалы по номеру

.

обзор где угодно и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное »

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

поможет по телефону

работ.»

Рики Хефлин, П.Е.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, П.Е.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Luan Mane, P. E.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайтом легко пользоваться, вы можете скачать материалы для изучения, а потом возвращаться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Dennis Fundzak, P.E.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат

. Спасибо за изготовление

процесс простой. »

Fred Schaejbe, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и прошел

часовой PDH в

один час «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал . «

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, требующий

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

Свидетельство

. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по телефону

.

много разные технические зоны за пределами

своя специализация без

надо ехать.