Виды двигателей внутреннего сгорания: виды, типы и особенности ДВС

Двигатель внутреннего сгорания — Что такое Двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

Двигатель внутреннего сгорания — тепловой двигатель, который преобразовывает теплоту сгорания топлива в механическую работу.

По сравнению с паромашинной установкой двигатель внутреннего сгорания характеризуется следующими признаками:

• принципиально проще (нет парокотельного агрегата),

• компактнее,

• легче,

• экономичнее,

• требует газообразное и жидкое топливо лучшего качества.

Типы двигателей внутреннего сгорания

По назначению:

• транспортные, 

• стационарные, 

• специальные.

По роду применяемого топлива:

• легкие жидкие (бензин, газ), 

• тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

По способу образования горючей смеси:

• внешнее (карбюратор),

• внутреннее (в цилиндре ДВС).

По способу воспламенения:

• с принудительным зажиганием, 

• с воспламенением от сжатия, 

• калоризаторные.

По расположению цилиндров:

• рядные, 

• вертикальные, 

• оппозитные с одним и с двумя коленвалами, 

• V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, 

• VR-образные и W-образные, 

• однорядные и двухрядные звездообразные, 

• Н-образные, 

• двухрядные с параллельными коленвалами, 

• «двойной веер», 

• ромбовидные, 

• трехлучевые и др.

Поршневой двигатель — это двигатель, у которого камера сгорания находится в цилиндре, где тепловая энергия топлива превращается в механическую энергию, а механическая из поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Бензиновый двигатель — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. 

Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, посредством дроссельной заслонки.

Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. 

В разогретый от сжатия воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. 

В процессе впрыскивания топлива происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топлива возникают очаги сгорания. 

Т.к. дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50% в случае с крупными судовыми двигателями.

Газовый двигатель — двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях

Роторно-поршневой двигатель — двигатель, конструкция которого предложена изобретателем Ванкелем в начале ХХ века. 

Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. 

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. 

За 1 оборот двигатель выполняет 3 полных рабочих цикла, что эквивалентно работе 6-цилиндрового поршневого двигателя.

Виды Двигателей Внутреннего Сгорания (ДВС)

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания — это один из самых популярных на сегодняшний день видов двигателей. Принцип его работы построен на воспламенении смеси в камере сгорания и преобразовании её в энергию. Основной элемент в таком устройстве — поршень. Он опускается в нижнюю точку, в цилиндр впрыскивается топливо с воздухом, затем он поднимает их вверх до момента детонации.

Такие агрегаты используются в воздушных, морских и наземных транспортных средствах. До недавнего времени все автомобили выходили с конвейера только с ДВС. Пока компания Тесла не совершила прорыв в автомобилестроении и не запустила потоковое производство электромобилей.

Какие бывают виды двигателей?

Сложно создать новые виды двигателей внутреннего сгорания. В своём современном состоянии они существуют давно и уже прошли проверку временем. По принципу действия они относительно одинаковые, но каждый производитель вносит «изюминку» в агрегаты, которые выпускает. Это может быть уникальная форма поршней, система впрыска или количество клапанов.

Виды ДВС классифицируются по конструкции: рядные, V-образные, роторные и оппозитные.

Рядные моторы

Самые простые и дешевые в обслуживании и ремонте. Цилиндры стоят в ряд, один за другим. Чем больше их количество, тем больше рабочий объём.

Первый мотор был таким и имел 3 цилиндра. Сейчас такие встречаются на малолитражках. От них не ждут значительной мощности. Но они показывают маленький расход.

Наиболее популярный ДВС — 4-цилиндровый. Его максимальный объём достигает 3 литров. Такой установлен на большей части автомобилей эконом-класса. Например, Мазда 3, Форд Фокус, Тойота Королла, Рено Логан, Хонда Цивик.

В авто помощнее уже рядная шестерка. У неё оптимальное соотношение размера и ресурса. Легко помещается под капотом. Остальные агрегаты, в которых больше гильз, уже не такие надежные. Их проблемно разместить в подкапотном пространстве из-за больших габаритов и для них необходимы надежные подушки двигателя.

Преимущества рядных двигателей

Недостатки рядных двигателей

• громоздкость

• высота

V-образные моторы

Цилиндры расположены под углом, друг напротив друга. Угол развала зависит от их количества. Такое строение позволяет получить мощный движок не большого размера. 8-цилиндровый рядный выглядит громоздко и практически не используется в легковых или грузовых автомобилях. Такой же V-образный мотор занимает гораздо меньше места.

Основное преимущество в количестве лошадиных сил и моменте, которые можно получить на таком блоке.

В повседневных машинах популярны V6, V8. Они встречаются на премиальных авто и внедорожниках — Toyota Camry, Nissan 350Z, Nissan Murano. Стоимость обслуживания получается в два раза больше, чем у рядных. При капитальном ремонте количество прокладок, поршней, клапанов, сальников нужно умножать на 2. Визуально у ДВС две ГБЦ.

Существуют также разновидности V10, V12. Встречаются на спорткарах, типа Lamborghini Huracan, Porsche Carrera GTS, AUDI R8 и не предназначены для ежедневного использования. Большой минус любого варианта в сильных вибрациях при работе. Их очень трудно сгладить.

Преимущества V-образных двигателей:

Недостатки V-образных ДВС:

Оппозитные двигатели

Название происходит от английского слова “opposite” — противоположный. Цилиндры смотрят в противоположные стороны. Угол между ними всегда 180 градусов. Визуально похож на раскрытый в-образник. Основное отличие в движении поршней. В оппозитнике они поочередно достигают мертвой точки, а в V-образнике — одновременно.

Благодаря своей конструкции боксер, так их ещё называют, более сбитый. Лучше переносит вибрации за счёт своей схемы работы. Автомобили с таким ДВС отличаются хорошей развесовкой и управляемостью. Он расположен ниже, чем обычно.

Важно понимать, что поршни в этом агрегате ходят не в вертикальной плоскости, а в горизонтальной. Что приводит к неравномерной выработке гильз и переборке мотора. Его сборка обходится дорого. Как в предыдущем виде, здесь две головки блока, все прокладки следует покупать в двойном экземпляре.

Самые известные автомобили с оппозитными моторами это – Subaru. Автоконцерн довёл конструкцию до совершенства. Также есть они на некоторых представителях Порше и Альфа Ромео.

Преимущества оппозитных двигателей:

• развесовка

• низкое расположение

• оптимизация вибраций

• потенциальность

Недостатки оппозитных двигателей:

Роторные моторы

Он же двигатель Ванкеля. В нём используется не поршень, а треугольный ротор. Он вращается вокруг оси — статора — в «цилиндре» овальной формы. Камера образуется между гранью ротора и стенкой блока. За один круг происходит 3 рабочих хода.

Роторный мотор — компактный. Отсутствует ГРМ, коленвал, шатуны. Вместо них уплотнения, которые продлевают срок службы агрегата.

Уже не устанавливаются в авто. Они никогда не пользовались большой популярностью. Отличный экземпляр с таким мотором — Mazda RX8. Все его владельцы могут рассказать про жор масла.

Преимущества роторных двигателей:

• маленький размер

• простота — меньше деталей

• меньше вибраций

Недостатки роторных ДВС:

• дорогой ремонт

• вероятность перегрева

• расход масла и топлива

Типы двигателей автомобилей

Моторы отличаются не только конструктивно. Типы двигателей автомобилей бывают разные. Главное отличие в топливе, которое они используют. ДВС можно разделить на:

• бензиновые,

• дизельные,

• гибридные и

• на газу.

Каждый из них заслуживает внимания. Имеет свои особенности, преимущества, недочеты.

Бензиновые двигатели

Самый распространенный тип автомобильных ДВС. Используется на большинстве иномарок и отечественных машин. Работает на бензине, который перекачивает топливный насос.

По способу впрыска разделяют на карбюраторные и инжекторные. Первая разновидность простая и уже не выпускается. Количество горючего регулирует водитель нажатием педали газа. Оно подаётся в карбюратор, где смешивается с воздухом и идёт во впускной коллектор.

Вторая версия сложнее. Инжектор — более точная система, за каждый цилиндр отвечает своя форсунка. Сколько бензина впрыснуть, регулирует уже электронный блок управления. Такая система установлена на многих новых автомобилях.

Она, в свою очередь, делится на подвиды: моноинжектор — с одной регулирующей форсункой и обычный инжектор — по форсунке на цилиндр. Современная вариация бензинового ДВС — с прямым впрыском. Топливо попадает в камеру отдельно от воздуха и смешивание происходит внутри.

Дизельный двигатель

Работает на дизельном топливе. Не имеет свечей зажигания, вместо них — свечи накала. Они разогревают воздух в цилиндрах до нужной температуры. Форсунки распыляют дизтопливо, оно сразу сгорает и заставляет двигаться поршень.

Особенно популярен вариант турбодизеля. С помощью турбины подается больше воздуха. Коленвал раскручивается быстрее за счёт сильной детонации. Такие моторы быстрее разгоняются.

В целом дизели не быстрые. Имеют большой вес, чтобы уравновесить детонационные вибрации. Отличаются характерным цокотом во время работы. Похоже на стук гидрокомпенсаторов на бензине.

Газовые двигатели

Самостоятельно уже не используются. ГБО устанавливается как альтернатива на бензиновые моторы. Газовый редуктор распределяет его по цилиндрам. Дальше всё происходит по стандартной схеме.

Преимущество машин на газу в том, что стоимость газа меньше. Расход с ГБО возрастает на 1-2 литра. Мощность понижается. Такие агрегаты работают мягче.

Переоборудование необходимо регистрировать в МРЭО и вносить в техпаспорт. Дополнительные форсунки и редуктор не портят блок и его составляющие.

Гибридные двигатели

Смесь ДВС и электромотора. Может работать по-разному. В большинстве случаев сначала функционирует классический мотор, а генератор подзаряжает батарею. От неё работает электродвигатель. На него можно переключить авто и он будет самостоятельно приводить в движение колеса.

Бензиновый и электромотор возможно подключить одновременно. В таком случае расход солярки будет меньше.

Какие бывают двигатели и что они едят

На сегодняшний день наиболее распространённым двигателем является поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, или Отто-мотор. Он установлен на большинстве автомобилей в мире. Это легкий, дешевый, тихий и хорошо изученный двигатель. Однако человечество постоянно пытается придумать ему альтернативу как по устройству, так и использованию другого рабочего тела – топлива. И иногда у инженеров получаются весьма занятные экземпляры.

Гибридный двигатель на сжатом воздухе

В 2013 году французский концерн PSA представил систему Hybrid Air, работающую на сжатом воздухе. Однако они были далеко не первыми. Motor Development International на Женевском автосалоне 2009 года представили пневмоколяску MDI AIRpod и ее более серьезный вариант MDI OneFlowAir. В 2011 году японцы провели тест-драйв концепт-кара Toyota Ku Rin, который проехал 3,2 км на одном «заряде» сжатого воздуха. А в 2012 году Tata Motors представила трехместный и трехколесный автомобиль Tata AIRPod.

В отличие от предшественников, разработка PSA оказалась элегантнее и проще. Два баллона со сжатым воздухом, компрессор, нагнетающий воздух, и гидравлический мотор, передающий энергию сжатого воздуха в КПП. Система сама пополняла воздушные запасы (например, Tata Airpod требовалось «накачивать» каждые 200 км). Помимо установки со сжатым воздухом, под капотом Hybrid Air предполагалось устанавливать классический 3-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который бы играл роль насоса и вспомогательного мотора.

В городе машина с Hybrid Air может до 80% времени ехать только на воздухе, не загрязняя атмосферу. Топливная экономичность варьируется от нулевых значений расхода и выбросов до 2,9 л/100 км и 69 г/км при использовании двигателя внутреннего сгорания соответственно. В компании планировали ставить систему Hybrid Air начиная с 2016 года, но – не сложилось.

Водородные топливные элементы

Существует три типа двигателей, использующих водород: одни работают как обычный двигатель внутреннего сгорания, другие – газотурбинные, третьи – агрегаты, использующие химическую реакцию водорода.

Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, появился в 1806 году, водород в нем использовался как обычный бензин. Однако использовать такие оригинальные двигатели накладно. В газотурбинных двигателях газ сжимается и нагревается, затем выделяемая энергия преобразуется в механическую. В качестве топлива можно использовать практически любое горючее.

Но самые интересные из водородных силовых установок – «химические». Концерны BMW и Toyota представили кроссовер i Hydrogen NEXT на базе последнего X5. Его силовая установка состоит из электродвигателя и литий-ионной батареи, стеков с водородными топливными элементами, химического преобразователя и двух баков, в которых под давлением 700 бар хранится 6 кг водорода. Стек специальных ячеек, наполненных водородом, конвертирует химическую энергию газа в электричество, которое аккумулируется в батарее, а она в свою очередь питает электромотор. Электрохимический генератор в составе топливного элемента выдает мощность 125 кВт (170 л.с.), а пиковая мощность силовой установки — 275 кВт (374 л.с.). В качестве топлива используется смесь водорода и кислорода из окружающего воздуха, вместо вредных выбросов система вырабатывает водяной пар. В BMW заявляют, что к 2022 году планируют выпустить первую партию водородомобилей.

Дизельный двигатель

Более ста лет назад, 23 февраля 1892 года Рудольф Дизель получил патент на свой двигатель. Принципиальным отличием его двигателя от Отто-мотора было то, что топливо в нем нагревалось быстрым сжатием, а не поджогом. Удивительно, но первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или легких нефтепродуктах. Кроме того, первоначально в качестве идеального топлива он предлагал использовать каменноугольную пыль, так как в Германии не было запасов нефти.

Спектр видов топлива для дизельных двигателей весьма широк. Сюда включаются все фракции нефтеперегонки от керосина до мазута и ряд продуктов природного происхождения: рапсовое масло, фритюрный жир, пальмовое масло и многие другие. Дизельный двигатель может с определенным успехом работать даже на сырой нефти.

Кстати, в 1898 году на Путиловском заводе в Петербурге был построен первый в мире «бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления» – агрегат, аналогичный мотору Дизеля. Наша конструкция оказалась более совершенной и перспективной. Но под давлением владельцев лицензий Дизеля все работы над отечественным аналогом дизельного двигателя были остановлены.

Роторный двигатель

Самый престарелый из всех тепловых двигателей именно роторный. С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. В 19 веке стали активно использовать роторные паровые двигатели.

В 1957 года Феликс Ванкель и Вальтер Фройде показали общественности полностью работоспособный роторно-поршневой двигатель (РПД) внутреннего сгорания. Через 7 лет этот движок установили на спорткар NSU Spider, который стал первым серийником с роторно-поршневой двигатель. Такой двигатель лишен большого количества движущихся частей, он проще, а особая конструкция мотора позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Но из-за конструктивных особенностей у роторных двигателей крайне низкий ресурс, высокий расход масла и топлива, хотя и большая отдача с меньшего объема.

Из-за этих особенностей единственной компанией, которая массово, помимо NSU, выпускала автомобили с роторно-поршневым движком была Mazda. И легендарная Mazda RX-8 была скорее имиджевой моделью, нежели коммерческой. В итоге в начале 2000-х работу с роторно-поршневыми двигателями свернули.

По материалам портала «Популярная механика»

1. Двигатели внутреннего сгорания, их части и системы / КонсультантПлюс

1. Двигатели внутреннего сгорания, их части и системы
Двигатели внутреннего сгорания	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 15%, а также при условии выполнения операций: механическая обработка по выбору из перечня — блок цилиндров, головка блока, коленчатого вала	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 30%, использование в производстве российских заготовок блока цилиндров и головки блока, а также при условии выполнения операций: механическая обработка блока цилиндров, головки блока, коленчатого вала	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 45%, использование в производстве российских заготовок блока цилиндров, коленвала и головки блока, а также при условии выполнения операций: механическая обработка блока цилиндров, головки блока, коленчатого вала
Части двигателя:
— поршневая группа	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 15%	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 30%
— газораспределительные механизмы	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 15%	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 30%
— топливные рампы	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 15%	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 30%
— модули впуска высокой интеграции	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 15%	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 30%	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 45%
Насосы топливные, масляные или для охлаждающей жидкости, компрессоры	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 15%, а также при условии выполнения операций: механическая обработка базовых деталей	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 30%, использование в производстве российских заготовок, а также при условии выполнения операций: механическая обработка корпусных деталей	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 45%, использование в производстве российских заготовок, а также при условии выполнения операций: изготовление корпусных деталей
Турбокомпрессоры	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 15%, а также при условии выполнения операций: изготовление корпуса подшипников/турбины/ компрессора	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 30%, использование в производстве российских заготовок, а также при условии выполнения операций: изготовление корпуса подшипников турбины компрессора	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 45%, использование в производстве российских заготовок, а также при условии выполнения операций: изготовление корпуса подшипников турбины компрессора
Модули топливного бака (металл/пластик)	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 15%, а также при условии выполнения операций: штамповка, лить/экструзия, сборка-сварка бака	Выполнение технологических операций любых видов, при котором уровень локализации производства составляет не менее 45%, а также при условии выполнения операций: штамповка литье/экструзия, сборка-сварка бака; применение топливных насосов, произведенных российским юридическим лицом

Мотор в будущее – Огонек № 31 (5527) от 20.08.2018

У двигателя внутреннего сгорания, без которого невозможно представить современный транспорт, юбилей — 195 лет. Однако полноценной замены имениннику так и не изобрели

Современный автомобиль, каким мы его знаем, рождался, наверное, целый век, и каждый из его дней рождения — исторический. Судите сами: 125 лет назад двумя венгерскими учеными, Донатом Банки и Яношем Чонка, запатентован карбюратор — устройство, где готовится горючая смесь для автомобильного двигателя. Долгое время его изобретателем вообще-то считался немец Вильгельм Майбах, запатентовавший карбюратор раньше венгерских коллег, и лишь после специальной экспертизы выяснилось — Банки и Чонка опередили его с публикацией. Счет шел на месяцы!

Но, пожалуй, еще важнее другая дата: в 1823 году, то есть 195 лет назад, другой инженер, британец Сэмуэль Браун, запатентовал первый получивший успех и коммерческое приложение двигатель внутреннего сгорания (ДВС)! Оговоримся: и на этот почетный титул — изобретателя ДВС — также претендует множество инженеров, выбирай любого. Вот, к примеру, один из претендентов — француз Жозеф Нисефор Ньепс больше известный как один из изобретателей фотографии. Он еще в 1807 году вместе с братом создал прототип ДВС, названный пирэолофором. Пирэолофор был установлен на корабль и успешно испытан, после чего братьям выдали патент, подписанный самим Наполеоном. Был в истории ДВС и русский след: бензиновый двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием — разработка российского конструктора сербского происхождения Огнеслава Костовича, известного проектами дирижабля, вертолета и даже рыбы-лодки.

Парадокс в другом: ни один из изобретателей этого чуда техники не был уверен, что его усилия пригодятся. Сегодня об этом уже не помнят, но с ДВС тогда конкурировали паровой и… электрический двигатель, изобретенный еще в 1828 году!

— Период, когда люди выбирали тип двигателя для безлошадных повозок (так называемое осевое время автомобилизма), пришелся как раз на конец XIX века,— говорит шеф-редактор журнала «Авторевю» Леонид Голованов.— Так вот, вплоть до середины 1900-х параллельно выпускались машины со всеми тремя типами силовых установок: ДВС, электроприводом и паровым двигателем. В результате победил двигатель внутреннего сгорания, причем заслуженно — он оказался эффективнее, проще в эксплуатации и более пригоден для массового производства. Но главное — сочетание энергоемкости, цены и скорости заправки, которое обеспечивало моторное топливо. Альтернативы этому не было!

О «нефтяном факторе» в успехе двигателя внутреннего сгорания говорит и декан транспортного факультета Московского политехнического университета Пабло Итурралде. По его словам, выпуск машин на ДВС в начале ХХ века получил поддержку у нефтяной отрасли — ей нужен был мощный потребитель производимой продукции, и автомобили, работающие на бензине, идеально подошли для этого.

Парадокс нынешнего момента, впрочем, в другом: топливо, которое когда-то помогло двигателю внутреннего сгорания победить конкурентов, сегодня может… его похоронить.

Разберемся.

«Топливо-изгой», «Европа отказывается от двигателей внутреннего сгорания», «Объявлена война дизелю»… Европейские СМИ предупреждают: в Старом Свете решили всерьез взяться за ДВС. Повод нашелся в 2015-м, когда в результате так называемого Дизельгейта выяснилось: крупнейший европейский производитель дизельных моторов занижал количество вредных выбросов во время тестов. И вот время перемен: к примеру, в Великобритании запретить продажи новых автомобилей на бензиновых или дизельных ДВС собираются уже к 2040 году. А Норвегия ставит дедлайн еще раньше — на 2025 год… Чем собираются заменить ДВС? Конечно же, старым добрым электромотором, но и тут все не однозначно.

— Конец ДВС приближают сразу несколько факторов: ужесточившиеся требования к токсичности отработавших газов, истерика по поводу антропогенной природы глобального потепления и, безусловно, электромобили,— уверен Леонид Голованов.— Впрочем, до массового распространения электромобилей еще далеко, и сдерживает его отсутствие аккумуляторных батарей с достаточной энергоемкостью.

Иными словами, современные литий-ионные батареи не способны обеспечить переход на массовую электромобилизацию — нужен качественный скачок, батареи нового типа, например на основе графена. Вот только когда их изобретут… Как открыт и вопрос о перспективах так называемых гибридов — автомобилей, где электродвигатель совмещен с ДВС.

Приговор специалистов: человечество на перепутье. Жить с ДВС больше не хочется, а переходить на электромобили не получается, да и последствия такого перехода никто толком не просчитал.

— Вся инфраструктура наших городов рассчитана под двигатели внутреннего сгорания, и перемены идут с большим трудом: посмотрите на Европу — станции для подзарядки встречаются там гораздо реже, чем автозаправки,— говорит Пабло Итурралде из Московского политеха.— Прибавьте к этому скорость самого процесса — чтобы заправить обычный автомобиль, у вас уйдет пять минут. А для зарядки электромобиля понадобится минимум часа два. Так что переход на новую инфраструктуру в перспективе довольно трудозатратен: всегда есть соблазн потратить эти деньги на что-то другое, например на развитие общественного транспорта.

Леонид Голованов, в свою очередь, уверен, что переход на электромобили неизбежен. Но и он соглашается: последствия такого перехода будут столь масштабны, что сравнить их можно разве что с появлением беспилотных электрических робомобилей. Попробуем представить этот транспорт будущего: никаких дилерских сетей, автозаправочных станций, водителей и даже автослесарей — «умные» машины будут сами «сообщать» в специализированные сервисы о поломках тех или иных систем. Есть и более радикальный взгляд: мол, двигатели будущих робомобилей почти не будут ломаться, а на старомодные ДВС, которые мог разобрать любой мальчишка, мы станем любоваться разве что в музеях. Впрочем, до этого еще надо дожить — или доехать.

Кирилл Журенков

Экспертиза

Преждевременный энтузиазм

Игорь Моржаретто, партнер аналитического агентства «Автостат», автоэксперт

Появление двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — это новый этап промышленной революции, перевернувший всю мировую экономику. До этого она пребывала в полусредневековом состоянии, а с появлением двигателя внутреннего сгорания и дешевого автомобиля, который мог доставить товары и грузы по всему миру на дальние расстояния, изменилась коренным образом. Изменилась и жизнь людей. Специалисты называют это транспортной доступностью «по Форду»: появилась возможность купить автомобиль и поехать на нем куда-то.

Так вот, с моей точки зрения, КПД двигателя внутреннего сгорания далеко не исчерпан. За последние 10–20 лет его параметры очень сильно изменились: он стал более экономичным, мощным, экологичным. К сожалению, сейчас сворачиваются дальнейшие разработки по ДВС, особенно по дизелю. Все кричат, что наше светлое будущее — это электродвигатели. Но перспективы есть и в других отраслях, например в нескольких странах работают над водородными топливными элементами. Возможно, какие-то прорывы будут и с двигателем на ядерном топливе…

А вот что касается электромобилей, то с ними еще очень много нерешенных вопросов.

Ключевой из этих вопросов: на сегодняшний день так и не создан аккумулятор, который позволил бы электромобилю на одном заряде проехать большое расстояние в любую погоду.

Сегодня максимум, который он может преодолеть,— это 300 км при теплой погоде и ровной дороге без пробок. Это много, но, к примеру, в условиях России явно недостаточно.

К тому же современные аккумуляторы чудовищно дороги. Если не будет государственной поддержки, электромобиль просто никто не купит: сегодня он стоит в 2,5—3 раза дороже, чем автомобиль с ДВС того же класса. И соответственно, все те продажи, которые идут в мире, происходят при поддержке разных государственных программ. Когда будет создан дешевый и мощный аккумулятор? Никто не знает. Его обещали создать и год, и пять лет назад…

Еще одна принципиальная проблема, связанная с электромобилями, заключается в том, что при выработке электроэнергии все равно расходуется топливо, просто другое. 60 процентов электростанций (а это они вырабатывают электроэнергию, которая используется для зарядки электромобилей.— «О») в мире сегодня, напомню, работает на угле и, соответственно, загрязняют окружающую среду.

Нельзя не упомянуть и об отсутствии программы утилизации аккумуляторов. Одна компания — мировой лидер по производству электромобилей — после 7 лет эксплуатации забирает эти аккумуляторы и предлагает их владельцам частных домов в качестве аварийного источника энергии. То есть утилизировать их не умеют… В общем, как мне кажется, энтузиазм стран и правительств по поводу электромобилей несколько преждевременен: без госпрограмм поддержки все это долго не продержится. А вот прощаться с ДВС я бы не торопился…

Брифинг

Торстен Мюллер-Отвос, гендиректор английской компании, выпускающей автомобили класса люкс

Мы представим электрическую модель в следующем десятилетии, однако не будем спешить убирать ДВС из портфолио. Переход к электрокарам будет постепенным, и какое-то время они пойдут параллельно… Беспилотники станут для нас интересны тогда, когда они будут функциональными, удобными в использовании, не требующими усилий и полностью автономными, то есть тогда, когда они смогут полностью заменить водителя. Вот тогда мы скажем: «Давайте сделаем это».

Источник: «Автопилот Онлайн»

Александр Фертман, директор по науке, технологиям и образованию фонда «Сколково»

Те горизонты, которые сегодня нарисованы в Европе по поводу отказа от двигателя внутреннего сгорания, наводят на мысль, что это серьезный технологический рывок. А главное, что создается огромный рынок.  Новые виды аккумуляторов постоянно разрабатываются, эта тема одна из самых инвестируемых, если не говорить об IT-секторе. И это не только сама батарея, это и система управления. Здесь, кстати, у России действительно есть интересные проекты. Важно не только то, как вам отдает энергию батарея, но и то, как вы управляете ячейками, чтобы ячейки разряжались одновременно, равномерно.

Источник: «Эхо Москвы»

Коджи Нагано, автодизайнер

— Каким будет автомобиль лет через 30?

— Думаю, внешний вид автомобилей будет сильно зависеть от типа двигателя. Но, как и раньше, автомобилю нужен будет кузов, внутреннее пространство, колеса. Если говорить об автомобиле будущего, то есть такая жутко интересная вещь, как 3D-принтер. И я могу себе представить, что скоро каждый человек сможет создать автомобиль у себя дома, просто напечатать именно тот, который нужен ему. Возможно, он нарисует этот автомобиль сам или использует готовый дизайн.

Источник: Autonews

8 самых известных типов двигателей в мире и их отличия

После прочтения нашего обзора вы будете понимать, как работают восемь типов двигателей в мире. 

 

Двигатель – это агрегат, который может преобразовать одну энергию в механическую. В эту категорию входит множество видов двигателей, начиная от паровых (двигатели внешнего сгорания) и электрических и заканчивая двигателями внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные моторы и т. д.). Мы покажем вам восемь самых известных в мире двигателей, а также просто и интуитивно понятно расскажем вам, как они работают, описав принципы их работы. 

 

1. Оппозитный двигатель

 

В горизонтально противоположном двигателе (оппозитном) поршни двигаются по обеим сторонам коленчатого вала влево и вправо в горизонтальном направлении. В этом случае высота двигателя уменьшена. За счет использования оппозитного двигателя уменьшается центр тяжести транспортного средства – автомобиль движется более плавно. Крутящий момент, создаваемый поршнями с обеих сторон, компенсирует друг друга, значительно уменьшая вибрацию транспортного средства во время движения.

 

Также подобная конструкция позволяет сделать двигатели высокооборотистыми. Но, несмотря на высокие обороты, оппозитные моторы имеют меньше шума, чем обычные ДВС. 

Двигатели с горизонтальным ходом поршней использует компания Porsche почти во всех моделях. Но, например, в Porsche Cayenne и Panamera оппозитные двигатели не применяются. 

 

2. Рядный двигатель

 

В рядном двигателе все его цилиндры расположены рядом друг с другом в одной плоскости. Конструкция цилиндров и коленвала довольно-таки проста. Головка блока цилиндров имеет небольшую стоимость при изготовлении. Также рядные двигатели отличаются высокой стабильностью, характеристиками крутящего момента на низких оборотах, низким расходом топлива и компактным размером. Рядные двигатели обычно обозначаются латинской буквой «L-n», где n – количество цилиндров рядного двигателя. Современные автомобили в основном имеют двигатели с обозначением L3, L4, L5, L6.

 

3. Двигатель V-типа (V-образный силовой агрегат)

 

V-образный двигатель разделяет все цилиндры на две группы друг напротив друга под определенным углом. В итоге мотор образует плоскость под углом. Если посмотреть на этот тип двигателя со стороны, то он будет иметь V-образную форму. V-образные двигатели имеют небольшую высоту и длину. Этот тип моторов удобнее размещать в автомобиле по сравнению с обычными рядными моторами, которые по своим размерам гораздо больше. 

 

В настоящее время во многих автомобилях среднего и люкс-класса используются V-образные двигатели. Чаще всего это 6-цилиндровые силовые агрегаты. Например, такие двигатели стоят на Volkswagen Passat, Audi A6 и Mercedes E-класса AMG. 

 

4. Квазитурбинный двигатель

 

Квазидвигатель представляет собой модифицированный двигатель, основанный на роторном силовом агрегате. Если в обычном роторном двигателе задействованы три лопасти, то квазидвигатель использует цепной ротор, состоящий из четырех частей. Это беспоршневой роторный мотор с ромбовидным ротором. Преимущество двигателя: это новый тип двигателя небольшого размера, с высокой мощностью, высоким крутящим моментом, который может работать на множестве источников энергии. 

 

 

В настоящий момент квазидвигатель не используется ни на одном автомобиле, поэтому невозможно проверить, подходит ли он для замены обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания или в качестве лучшей альтернативы обычным роторным моторам. Квазидвигатель все еще находится в стадии создания прототипа. 

 

5. Роторный двигатель

 

Внутреннее пространство корпуса роторного двигателя всегда разделено на три рабочие камеры. Во время движения ротора объем трех рабочих камер постоянно изменяется. Двигатель также имеет четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск последовательно завершаются в циклоидальном цилиндре.

 

Роторный двигатель сильно отличается от обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Себестоимость производства роторных моторов существенно больше, также как и их последующее обслуживание и ремонт. Кроме того поршневой двигатель по сравнению с роторным эффективней с точки зрения мощности, веса, выбросов и энергопотребления.

 

В сочетании с этим, а также в связи со странности технологий роторного двигателя, крупные автомобильные компании пришли к выводу, что использование роторных силовых агрегатов в автопромышленности бессмысленно. Так как роторные моторы не показали своих преимуществ перед обычными, у автомобильных компаний не появилось энтузиазма по их дальнейшей разработке. Только компания Mazda до сих пор тратит огромные деньги на разработку новых поколений роторных моторов. 

 

6. Двигатель Green Steam

 

Green Steam – эффективный, экономичный и простой двигатель, разработанный изобретателем Робертом Грином из Лагуна Вудс, Калифорния, США. Этот мотор преобразует избыточное тепло в водяной пар, который и приводит в движение силовой агрегат. Легкий и компактный двигатель Green Steam преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное. Его основной характеристикой является гибкий вал, который передает возвратно-поступательное движение от поршней к кривошипу «Z», таким образом, совершая вращательное движение, не используя запястья, шатуны или коленчатые валы.

 

Этот мотор может использоваться для воздушных насосов, генераторов, водяных насосов, воздуходувок горячего воздуха, аппаратов дистилляции воды, тепловых насосов, кондиционеров, модельных самолетов и т. д. 

 

 

 

Одним из наиболее уникальных преимуществ двигателя является его способность генерировать энергию из тепла двигателей. По существу, отработанное тепло выхлопных газов от двигателя транспортного средства может быть преобразовано в энергию, используемую для некоторых систем охлаждения и насосов транспортного средства. Этот двигатель повысит уровень эффективности любого транспортного средства или системы машины, на которой он установлен.

 

7. Двигатель Стирлинга

 

Двигатель Стирлинга относится к типам силовых агрегатов внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменении давления. Принцип работы двигателя Стирлинга заключается в постоянном сжатии рабочего цилиндра, в результате чего происходит нагревание его внутренней части, а затем охлаждение. Из-за перепада давления из цилиндра извлекается энергия, образуемая при изменении давления. Обычно в качестве рабочего тела используется водород или гелий. Но чаще в таких моторах используется воздух. 

 

Двигатели Стирлинга отлично подходят для преобразования тепла в электроэнергию. Например, многие специалисты считают, что эти моторы подходят для солнечных электрических установок. 

То есть это идеальные силовые агрегаты для преобразования солнечной энергии в электричество. 

 

8. Радиальный двигатель (звездообразный)

 

Звездообразный двигатель представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры расположены вокруг коленчатого вала. Один поршень соединен с коленвалом через главный шатун. Остальные поршни прикреплены через шатуны к кольцам главного ведущего шатуна. 

 

Двигатель преимущественно создан для использования в самолетах. До появления реактивных двигателей в большинстве поршневых авиационных двигателей использовались подобные звездообразные конструкции силовых агрегатов. Эти моторы, как правило, устанавливались на самолеты небольшой дальности. Остальные самолетные моторы имели V-образную форму. 

 

Некоторые современные легкие самолеты до сих пор оснащаются радиальными моторами.

Ряд компаний продолжает строить радиальные системы сегодня. Например, вот современный авиационный радиальный 9-цилиндровый двигатель Веденеев мощностью 360–450 л. с., который в настоящий момент используется на самолетах Яковлева и Сухого.

Двигатель внутреннего сгорания — это… Что такое Двигатель внутреннего сгорания?

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую энергию.

Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания относится к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и так далее), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте.

История создания

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, однако светильный газ годился не только для освещения.

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 расширяясь, оказывали сильное давление на окружающую среду — таким образом, оставалось только найти способ использования выделившейся энергии. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Затем газовоздушная смесь поступала 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, так и не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

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

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

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС Роторный ДВС Газотурбинный ДВС

ДВС классифицируют:

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

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

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

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

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

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.

Бензиновые инжекторные

Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно — рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется под управлением электронного блока управления (ЭБУ), управляющим электрическими бензиновыми вентилями.

Дизельные, с воспламенением от сжатия

Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый от сжатия воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топлива происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топлива возникают очаги сгорания. Т. к. дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50% в случае с крупными судовыми двигателями.

Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим крутящим моментом на валу. Дизельное топливо является более дешевым, нежели бензин. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжелых топливах, например, мазутах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счет пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо в случае с инверторными генераторными установками, от присоединенной электромашины, которая при обычной эксплуатации выполняет роль генератора.

Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера-Сабатэ со смешанным подводом теплоты.

Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряженностью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах.

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 150—200 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:

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

Предложен изобретателем Ванкелем в начале ХХ века. Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Строился серийно фирмой НСУ в Германии (автомобиль RO-80), ВАЗом в СССР (ВАЗ-21018 «Жигули», ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), в настоящее время строится только Маздой (Mazda RX-8). При своей принципиальной простоте имеет ряд существенных конструктивных сложностей, делающих его широкое внедрение весьма затруднительным. Основные трудности связаны с созданием долговечных работоспособных уплотнений между ротором и камерой и с построением системы смазки.

В Германии в конце 70х годов ХХ века существовал анекдот: «Продам НСУ, дам в придачу два колеса, фару и 18 запасных моторов в хорошем состоянии».

• RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок.

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

•  — двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой и лопаточной машин (турбина, компрессор), в котором обе машины в соотносимой мере участвуют в осуществлении рабочего процесса. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув). Большой вклад в теорию комбинированных двигателей внес советский инженер, профессор А. Н. Шелест.

Циклы работы поршневых ДВС

Двухтактный цикл Схема работы четырёхтактного двигателя, цикл Отто
1. впуск
2. сжатие
3. рабочий ход
4. выпуск

Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.

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

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

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

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

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

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

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

Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

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

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

См. также

Примечания

Ссылки

Типы двигателей внутреннего сгорания: поршневые и роторные двигатели

Двигатели внутреннего сгорания, более известные как двигатели внутреннего сгорания, — это двигатели, в которых сгорание топлива происходит внутри самого блока цилиндров. После сгорания топлива вырабатывается много тепловой энергии, которая преобразуется в механическую энергию.

Есть два типа двигателей внутреннего сгорания: роторные и поршневые. В роторных двигателях ротор вращается внутри двигателя, чтобы произвести мощность. В поршневых двигателях поршень совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение колес транспортного средства. В автомобилях используются поршневые двигатели. Это наиболее широко используемый тип двигателя.

Поршневые двигатели подразделяются на два типа: двигатели с искровым зажиганием (SI) и двигатели с воспламенением от сжатия (CI). Поскольку поршневые двигатели являются наиболее широко используемыми двигателями, они стали синонимом названия двигателей IC. По этой причине даже двигатели IC можно разделить на два типа: двигатели SI и двигатели CI.

В двигателях SI сжигание топлива происходит за счет искры, генерируемой свечой зажигания, расположенной в головке блока цилиндров двигателя. В связи с этим их называют двигателями с искровым зажиганием. В этих двигателях используется бензин или бензин, поэтому двигатели SI также известны как бензиновые или бензиновые двигатели.

В двигателях CI сгорание топлива происходит из-за высокого давления, оказываемого на топливо. Топливо сжимается до высокого давления, и оно начинает гореть, поэтому эти двигатели называются двигателями с воспламенением от сжатия.В двигателях CI используется дизельное топливо; поэтому их еще называют дизельными двигателями.

Двигатели SI и CI могут быть двухтактными или четырехтактными. В случае двухтактного двигателя за каждые два хода поршня внутри цилиндра топливо сжигается. Это означает, что при каждом обороте колеса топливо сжигается. В четырехтактных двигателях топливо сжигается за каждые четыре хода поршня внутри цилиндра. Это означает, что каждый раз, когда топливо сгорает, колеса автомобиля совершают два оборота.Ход — это расстояние, пройденное поршнем внутри цилиндра; обычно она равна длине цилиндра.

Поскольку 4-тактные двигатели производят два оборота, в то время как 2-тактные двигатели производят одно вращение при каждом сжигании топлива, эффективность 4-тактных двигателей выше, чем у 2-тактных двигателей. В идеале КПД 4-тактного двигателя должен быть вдвое больше, чем у 2-тактного двигателя, но на самом деле это не так.

Руководство по выбору двигателей внутреннего сгорания

: типы, характеристики, применение

Двигатели внутреннего сгорания — это машины, использующие тепло и давление реакции сгорания для выработки механической энергии.Большинство двигателей внутреннего сгорания работают, вызывая контролируемое сжигание топлива и воздуха в камере сгорания. Ожог генерирует тепло и давление, которые прямо или косвенно приводят в движение вал, который действительно работает. Механическая энергия, производимая двигателем внутреннего сгорания, может быть вращательной, колебательной или другой формы в зависимости от конструкции компонентов. Двигатели внутреннего сгорания используются в бесчисленных типах продукции, от автомобилей до крупных промышленных машин.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания классифицируются изначально в зависимости от того, как они сжигают топливо (внутреннее или внешнее).В каждой категории есть несколько различных типов дизайна.

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели внутреннего сгорания, которые сжигают топливо внутри камеры сгорания.

Двухтактные двигатели

Двухтактные двигатели завершают энергетический цикл двумя ходами поршня внутри цилиндра или одним оборотом коленчатого вала. В этих двигателях впускной и выпускной потоки происходят одновременно.

Изображение предоставлено: Procarcare — ALLDATA LLC.

Часто двухтактные двигатели маркируются как более простые по конструкции и имеют более высокое отношение мощности к массе, чем четырехтактные двигатели. Они также считаются менее экономичными и более загрязняющими. Однако есть много исключений из этих обобщений, и производительность сильно варьируется в зависимости от конструкции двигателя. Двухтактные двигатели используются для выработки энергии в различных областях, включая небольшие садовые изделия (например,грамм. бензопилы, триммеры), работы на электростанциях и большие корабли.

Четырехтактные двигатели

Четырехтактные двигатели завершают энергетический цикл четырьмя тактами поршня внутри цилиндра или двумя оборотами коленчатого вала. В этих двигателях отдельные фазы разделены, а впуск и выпуск происходят отдельно во время цикла мощности.

Изображение предоставлено: Dieselduck.ca, Martin Leduc

Учебник

CDX предоставляет отличное видео, которое дополнительно объясняет работу четырехтактного двигателя.

Четырехтактные двигатели часто более экономичны и чище, чем эквивалентные двухтактные, но могут быть тяжелее и сложнее в конструкции. Они являются наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания, используемых в самых разных областях, от автомобилей до промышленного оборудования.

Совет по выбору : Теоретически двухтактный двигатель может генерировать вдвое больше мощности, чем четырехтактный двигатель для того же двигателя и того же числа оборотов.На самом деле это почти верно только для очень больших систем, где соотношение мощностей составляет около 1,8: 1. Средний двухтактный двигатель страдает потерями мощности из-за менее полного впуска и выпуска и более короткого эффективного сжатия и рабочего хода, что делает выходную мощность почти эквивалентной.

Роторные двигатели (Ванкеля)

Роторные двигатели

(Ванкеля) работают с ротором и валом вместо поршня. Вращение вала приводит в движение трехсторонний ротор, который приводит в движение топливо через систему.В этих двигателях разные фазы (впуск, сжатие, мощность и выпуск) происходят в разных местах двигателя. Приводной вал вращается один раз при каждом запуске двигателя в конструкции Ванкеля.

Изображение предоставлено: Википедия — Y_tambe

Двигатели

Ванкеля часто легче и проще по конструкции, чем аналогичные поршневые двигатели. Кроме того, они обычно более надежны (из-за уменьшения количества движущихся частей) и имеют более высокое отношение мощности к весу.Однако они страдают от менее эффективного уплотнения, что снижает их эффективность и срок службы. Эти двигатели используются в основном в гоночных автомобилях и спортивных автомобилях, где надежность и легкость считаются более важными, чем эффективность и срок службы двигателя.

Турбинные двигатели

Турбинные двигатели — это двигатели внутреннего сгорания, в которых продукты сгорания направляются в турбину внутри двигателя. Газовый поток вращает лопасти турбины, которая вырабатывает энергию или выполняет другую механическую работу.Они меньше, чем большинство аналогичных поршневых двигателей, и имеют очень высокое отношение мощности к массе. Они также имеют меньше движущихся частей, меньше вибрируют и рассеивают значительное количество отработанного тепла в выхлопных газах, что может быть использовано для других целей отопления. Однако у них также есть затраты, более длительное время запуска и более низкая эффективность на холостом ходу. Чаще всего они используются для питания военно-морских судов.

Реактивные двигатели — это подмножество газотурбинных двигателей, оптимизированных для создания тяги.Для выполнения работы горячие газы, генерируемые источником сгорания, продвигаются через сопло с высокой скоростью. Они используются в качестве силовых установок для самолетов.

Двигатели внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания — это двигатели внутреннего сгорания, которые сжигают свое топливо извне и используют это тепло для перемещения внутренней жидкости, которая выполняет эту работу.

Двигатели Стирлинга

Двигатели Стирлинга — это однофазные двигатели внешнего сгорания, в которых в качестве рабочего тела используется воздух, гелий или водород.Каждый двигатель Стирлинга имеет герметичный цилиндр, одна часть которого горячая, а другая холодная. Рабочий газ внутри двигателя перемещается механизмом с горячей стороны на холодную. Когда газ находится на горячей стороне, он расширяется и толкает поршень вверх. Когда он возвращается на холодную сторону, он сжимается. Правильно спроектированные двигатели Стирлинга имеют два импульса мощности на оборот, что может обеспечить их очень плавную работу. Двигатели Стирлинга могут достигать гораздо более высокого КПД, чем обычные двигатели внутреннего сгорания, и производить меньше шума и вибрации во время работы.Однако они не могут запускаться мгновенно, как двигатели IC, что делает их менее полезными для таких приложений, как автомобили и самолеты. Чаще всего они используются для систем отопления, охлаждения и подводной энергетики.

Двигатель Стирлинга — Изображение предоставлено: MIT

Паровые двигатели

Паровые двигатели — это двухфазные внешние двигатели, в которых в качестве рабочего тела используется вода (в жидкой и парообразной форме).Паровые двигатели также могут использовать источники тепла, не связанные с сжиганием, такие как солнечная энергия, ядерная энергия или геотермальная энергия для нагрева пара. Современные паровые двигатели используются в основном в виде турбин для выработки электроэнергии.

Виды топлива

Двигатели внутреннего сгорания также различаются в зависимости от типа топлива, которое они сжигают.

• Бензин — жидкое топливо, полученное из нефти (сырой нефти). Сорта бензина различаются в зависимости от октанового числа (премиум или «этилированный» или «этилированный»).обычный или «неэтилированный»). Бензин с более высоким октановым числом может выдерживать большее сжатие перед сгоранием и необходим в некоторых двигателях, рассчитанных на более высокую степень сжатия, чтобы предотвратить детонацию (неконтролируемое сгорание в цилиндре). Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, что означает, что топливо сжигается за счет образования искры от свечи зажигания в цилиндре.

• Дизель — жидкое топливо, состоящее из длинных углеводородов, полученных из сырой нефти. Дизель имеет высокую плотность энергии и, следовательно, имеет лучшую экономию топлива (более чем на 33% более эффективен), чем бензин, но горит более грязно.Дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы (ULSD) является стандартом для дизельного топлива с низким содержанием серы; большинство используемых сегодня марок дизельного топлива относятся к ULSD. Дизельные двигатели — это двигатели с воспламенением от сжатия, то есть топливо сжигается с использованием сжатого воздуха (высокого давления) для повышения температуры выше точки самовоспламенения (самовоспламенения) топлива. Поскольку в них не используется источник зажигания (искра), дизельные двигатели часто требуют прогрева в очень холодных условиях перед использованием. Дизельные двигатели также обеспечивают больший крутящий момент, чем бензиновые.

• Сжиженный пропан (СНГ) представляет собой смесь пропана и бутана, которая при стандартных условиях является газом, но может храниться и превращаться в жидкость при более высоком давлении. Его можно использовать в двигателях внутреннего сгорания в качестве альтернативы бензину (бензину) или дизельному топливу, который горит более чисто, но имеет более низкую плотность энергии (что означает более высокое использование эквивалентного топлива). Некоторые двигатели не подходят для сжиженного нефтяного газа, поскольку он обеспечивает меньшую смазку, чем другие стандартные виды топлива, что вызывает чрезмерный износ клапанов в цилиндрах.

• Сжатый природный газ (КПГ) представляет собой смесь метана и других углеводородов, хранящуюся в виде газа высокого давления. Природный газ — это относительно чистое горючее с меньшей плотностью энергии, чем бензин и дизельное топливо. Двигатели, работающие на природном газе, аналогичны стандартным бензиновым или дизельным двигателям; но они содержат соединители, которые подают природный газ из баллонов для хранения, и включают регуляторы для снижения давления. Как и СНГ, КПГ не обеспечивает такое же количество смазки, как стандартное жидкое топливо, и двигатели должны проектироваться и обслуживаться соответствующим образом, чтобы предотвратить износ клапанов.

• Этанол — это спирт, полученный в результате ферментации и дистилляции крахмальных культур, таких как кукуруза, или из целлюлозной биомассы, такой как просо. Часто этанол смешивают с бензином в количестве до девяти или десяти процентов (E10), хотя некоторые двигатели могут быть спроектированы для сжигания смесей с чистотой до 85% этанола (E85). Этанол имеет немного более низкое энергосодержание, чем бензин, что приводит к более высокому расходу условного топлива. Однако этанол выделяет меньше загрязняющих веществ, чем бензин, а также имеет большую устойчивость к детонации двигателя, чем бензин.

• Реактивное топливо представляет собой смесь различных углеводородов. Он используется специально для газотурбинных двигателей и реактивных двигателей, используемых в авиации. Смеси различаются в зависимости от свойств, требуемых для продукта. В турбинных и дизельных двигателях, используемых в самолетах, используется реактивное топливо на основе керосина, а в самолетах с поршневыми двигателями или двигателями Ванкеля используется так называемый авгаз (авиационный бензин).

Другие виды топлива, которые могут использоваться для питания определенных типов двигателей, включают растительное масло, водород, бутан и древесину (посредством газификации).

Технические характеристики

Наиболее важными характеристиками, которые следует учитывать при выборе двигателей внутреннего сгорания, являются крутящий момент, мощность в лошадиных силах и число оборотов в минуту (частота вращения вала), которые являются взаимозависимыми. Для двигателей внутреннего сгорания также важно учитывать рабочий объем и количество цилиндров.

• Крутящий момент (τ) — это мера силы вращения, создаваемой на валу двигателя во время рабочего хода, выраженная в единицах измерения расстояния-силы (фут-фунт, дюйм-фунт, м-Н и т. Д.)). Он определяет величину физической нагрузки, которую может создать двигатель. Спецификация крутящего момента обычно является показателем максимального номинального крутящего момента двигателя в соответствии со стандартами SAE. Крутящий момент измеряет способность двигателя выдерживать нагрузки и ускоряться и, возможно, является лучшим показателем его характеристик. Двигатели создают полезный крутящий момент только в ограниченном диапазоне частот вращения (обсуждается ниже). Оптимальное использование крутящего момента двигателя часто в значительной степени зависит от передачи трансмиссии соответствующей системы.

Совет по выбору: Важно проверить стандарты, которые производитель использует для измерения крутящего момента. Рекламируемые рейтинги, не основанные на определенных стандартах, могут быть обманчивыми и неточными.

• об / мин или частота вращения вала — это скорость вращения вала, диска или ротора в двигателе, измеряемая в об / мин (оборотов в минуту). Поскольку скорость и крутящий момент взаимозависимы, номинальные обороты двигателей часто определяют скорость, при которой достигается максимальный крутящий момент.Автомобильные двигатели обычно работают со скоростью около 2500 об / мин. Остановка происходит, когда двигатели работают ниже минимальной скорости, и при работе выше рекомендованного максимума может произойти повреждение или отказ. Двигатели, работающие на более низких скоростях, могут работать дольше, чем эквивалентные двигатели на более высоких скоростях, поскольку они выполняют меньше циклов и со временем изнашиваются меньше. В автомобилях обороты измеряются тахометром.

• Мощность (л.с.) — производная спецификация, которая указывает производительность двигателя.В частности, он определяет скорость передачи энергии в двигателе. Как и крутящий момент, номинальная мощность в лошадиных силах дается в диапазоне различных оборотов двигателя. Мощность в лошадиных силах зависит от частоты вращения и крутящего момента двигателя по уравнению:

л.с. = (τ × об / мин) ÷ 5252

где:

л.с. — это

лошадиных сил

τ — крутящий момент в фут-фунтах

об / мин — частота вращения в об / мин

5252 — коэффициент преобразования единиц измерения.

Вот упрощенный пример того, как будут выглядеть кривые крутящего момента и мощности для небольшого двигателя внутреннего сгорания:

Кривые мощности и крутящего момента двигателя. Кредит изображения: Woodbank Communications Ltd

Мощность и крутящий момент увеличиваются с увеличением числа оборотов двигателя и достигают пика, когда начинают действовать физические ограничения. Эти ограничения включают размер / форму впускного и выпускного трактов, эффективность смешивания топлива, скорость распространения пламени, трение и механическую прочность компонентов.

• Рабочий объем — это объем, перемещаемый всеми поршнями в двигателе внутреннего сгорания за один такт.Обычно он измеряется в кубических сантиметрах (cc), кубических дюймах (CID). Рабочий объем — это основная часть конструкции двигателя, которая определяет, сколько топлива можно впрыснуть или смешать в цилиндре во время каждого цикла мощности. Это существенно влияет на максимальную мощность, которую может выдавать двигатель.

• Число цилиндров описывает количество цилиндров сгорания в двигателе внутреннего сгорания. Количество цилиндров в двигателе напрямую влияет на количество производимой мощности, поскольку большее количество цилиндров означает больше сгорания топлива и больше рабочих ходов.В результате двигатели с большим количеством цилиндров будут потреблять больше топлива, чем двигатели с меньшим количеством цилиндров.

Другие характеристики двигателя

Помимо основных технических характеристик, покупателям предлагается рассмотреть ряд других технических характеристик и параметров двигателя.

• Расход топлива — Расход топлива определяет количество израсходованного топлива. Как и крутящий момент и мощность, расход топлива изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя.Производители часто указывают его как диапазон значений на кривой производительности.

• Эффективность двигателя — Энергоэффективность описывает количество энергии топлива, используемого двигателем для выполнения полезной работы. Для бензиновых двигателей максимальный КПД обычно находится в диапазоне 25-30%, поскольку 70-75% теряется в виде неиспользованной тепловой энергии. Более эффективные двигатели будут иметь лучшую экономию топлива (т.е. меньший общий расход топлива).

• Выбросы — Газообразные выбросы загрязняющих веществ и твердых частиц выбрасываются в потоки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания после сгорания топлива.Состав выхлопных газов важно учитывать при соблюдении стандартов и требований по загрязнению и выбросам. Факторы, влияющие на выбросы выхлопных газов, включают состав топлива и условия сгорания (например, соотношение воздух-топливо, полностью ли сгорает топливо).

• Вес — Вес двигателя важен с точки зрения мобильности и размещения. Более легкие двигатели идеально подходят для приложений, где приводная система должна быть портативной или включать транспортировку, поскольку более тяжелые системы требуют большего крутящего момента для перемещения.Для стационарных приложений вес часто не является проблемой.

• Размеры — Размеры двигателя должны соответствовать требованиям соответствующей системы или среды. Размеры включают ширину, длину и высоту двигателя.

• Степень сжатия — Отношение максимального объема камеры сгорания двигателя к минимальному объему. Он определяет степень сжатия в камере.Высокая степень сжатия приводит к лучшему смешиванию топлива с воздухом и зажиганию, что приводит к увеличению мощности и повышению общей эффективности двигателя. Однако более высокая степень сжатия делает двигатели более восприимчивыми к детонации при использовании топлива с более низким октановым числом, что может снизить эффективность или вызвать повреждение.

Параметры двигателя

Существует ряд параметров, определяющих различные требования к двигателю, которые необходимо учитывать при выборе.

• Требования к воздуху — Качество воздуха, используемого в двигателе для смешивания с топливом во время сгорания.Хотя большинство двигателей работают с использованием стандартного окружающего воздуха, в некоторых средах может потребоваться использование фильтров для удаления твердых частиц или нежелательных газов из воздуха.

• Требования к охлаждению — Двигателям требуется охлаждение для отвода тепла, образующегося во время работы. Двигатели внутреннего сгорания охлаждаются воздухом или жидкостью. Двигатели с воздушным охлаждением могут работать в более широком диапазоне температур, чем некоторые двигатели с жидкостным охлаждением, потому что воздух не подвержен замерзанию или кипению.Однако системы с жидкостным охлаждением часто более гибки в отношении потребностей в охлаждении различных частей двигателя, уменьшая горячие точки и большие перепады температур. Сегодня большинство двигателей внутреннего сгорания имеют жидкостное охлаждение.

• Требования к маслу — Двигатели требуют смазки для предотвращения чрезмерного износа движущихся частей во время работы. Масло используется для обеспечения этой смазки, помещается либо в независимую систему, либо непосредственно смешивается с сжигаемым топливом. Разным двигателям для правильной работы и обслуживания требуются разные сорта масла и смазки.Кроме того, поскольку смазочные материалы со временем загрязняются и разлагаются, их необходимо регулярно заменять после определенного количества циклов или часов работы.

Характеристики

Двигатели внутреннего сгорания

имеют ряд различных характеристик, которые могут быть важны для рассмотрения в процессе выбора.

• Карбюраторные двигатели — это двигатели с карбюраторами, предназначенные для смешивания воздушно-топливной смеси в камере сгорания.Карбюраторы используют всасывание, создаваемое всасываемым воздухом, проходящим через трубку Вентури, для втягивания топлива в воздушный поток. По сравнению с топливными форсунками карбюраторы намного проще регулировать, ремонтировать и восстанавливать. Они также стоят дешевле, чем системы впрыска топлива, и более надежны.

• Двигатели с впрыском топлива — это двигатели с топливными форсунками, предназначенные для подачи топлива в камеру сгорания. Топливные форсунки распыляют топливо на капли в камере, продавливая его через сопло под высоким давлением.Они полагаются на компьютеры, которые постоянно изменяют соотношение воздуха и топлива для оптимизации. По сравнению с карбюраторами топливные форсунки более точные и эффективные, а также менее загрязняющие окружающую среду.

• Двигатели с турбонаддувом — это двигатели, которые включают турбокомпрессоры, предназначенные для повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания. Турбокомпрессоры чаще всего встречаются вместе с бензиновыми и дизельными двигателями внутреннего сгорания.

• Гибкие топливные или многотопливные двигатели предназначены для совместимости с несколькими различными типами или смесями топлива.Например, двигатель с искровым зажиганием для автомобиля может работать на различных смесях бензина с содержанием этанола до 85% или может иметь добавленные компоненты для сжигания сжатого природного газа.

Стандарты

API RP 7C-11F — Рекомендуемая практика по установке, техническому обслуживанию и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.

SAA AS 4591.1 — Двигатели внутреннего сгорания — словарь компонентов и систем — конструкция и внешние оболочки.

Найдите в магазине стандартов IHS дополнительные документы, связанные с двигателями внутреннего сгорания.

Список литературы

Deepscience.com — Двигатели

Электропедия — силовые установки поршневых (поршневых) двигателей

Power Systems Research — Руководство по техническим характеристикам двигателей

Кредиты изображений:

Катерпиллар Глобал Петролеум | German-Bliss Equipment, Inc.| Системы питания John Deere

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

1.6 ДВИГАТЕЛИ С ПРЯМЫМ ВПРЫСКОМ, ДВУХТАКТНЫЕ И ДИЗЕЛИ

Помимо четырехтактного двигателя с искровым зажиганием (SI) широко используются два других двигателя внутреннего сгорания: двухтактный тактный бензиновый двигатель и дизель. На транспорте двухтактный бензиновый двигатель используется в развивающихся странах для привода велосипедов, небольших мотороллеров и мотоциклов из-за его небольшого размера и веса, а также низкой стоимости.Дизель доминирует на рынке двигателей для грузовиков, поскольку его эффективность значительно выше, чем у двигателя с искровым зажиганием. Во многих странах дизельное топливо захватило значительную долю рынка автомобильных двигателей по тем же причинам, особенно в странах, где цены на топливо высоки и где дизельное топливо облагается меньшим налогом, чем бензин. Хотя основы процессов образования загрязняющих веществ аналогичны в этих двух других двигателях, детали значительно отличаются, и с дизельным двигателем возникает новая проблема — частицы выхлопных газов.

Двухтактный двигатель выпускает сгоревшие газы из цилиндра в основном за счет вдувания свежего воздуха в течение примерно одной трети каждого оборота коленчатого вала, когда кривошип проходит через свое нижнее положение. Чтобы сделать этот процесс продувки эффективным, значительная часть свежего воздуха, поступающего в цилиндр через перекачивающие каналы в нижней части гильзы цилиндра, неизбежно выходит прямо из выпускных отверстий (обычно расположенных на другой стороне гильзы). В простейших, небольших двухтактных двигателях SI с карбюратором бензин смешивается с воздухом перед поступлением в цилиндр.Таким образом, короткое замыкание воздуха прямо через цилиндр приводит к соответствующей потере топлива. Это существенный штраф за экономию топлива (до 25 процентов) и приводит к очень значительным выбросам углеводородов. Таким образом, в городах с большим количеством мотоциклов, мотороллеров, мотоциклов и трехколесных такси двухтактный двигатель является важным источником выбросов.

В ходе значительных разработок за последние 15 лет был изучен потенциал использования прямого впрыска бензина в цилиндр, чтобы избежать потери топлива во время продувки.Эти усилия были нацелены на автомобильный, морской и мотоциклетный секторы. На рис. 1.10 показана одна из наиболее многообещающих технологий прямого впрыска, разработанная Orbital Engine Company для двухтактных двигателей с продувкой картера. Необходимый контроль выбросов с помощью этой концепции достигается путем непосредственного впрыска бензина в цилиндр с помощью инжектора с подачей воздуха, который обеспечивает хорошее рассеивание топлива с очень маленькими размерами капель после того, как поднимающийся поршень закрывает выпускные отверстия.Дополнительное управление продувкой достигается с помощью устройства управления потоком выхлопных газов (показано на рисунке), настроенной выхлопной системы с низкой термической инерцией и тесно связанного катализатора окисления для достижения быстрого отключения для управления HC и CO. NO _x контроль достигается внутри цилиндра. При двухтактном процессе продувки внутри цилиндра остается значительно больше сгоревших газов, смешанных со свежим воздухом, чем при четырехтактном процессе газообмена. Этот дополнительный остаточный сгоревший газ в топливно-воздушной смеси в цилиндрах значительно снижает пиковые температуры сгоревшего газа и скорость образования NO.

Рис. 1.10. Характеристики двухтактного бензинового двигателя SI

с непосредственным впрыском топлива (любезно предоставлено Orbital Engine Co.).

Будет ли эта новая технология с прямым впрыском и двухтактным циклом значительно проникнуть на рынок небольших двигателей / мотоциклов, будет зависеть от стоимости этих систем впрыска топлива. Получит ли она широкое распространение на автомобильном рынке, будет зависеть от того, в какой степени ее долговечность и стоимость могут быть улучшены в достаточной степени, чтобы оправдать усилия по разработке, необходимые для того, чтобы сделать возможным массовое производство этой технологии.

Дизель — самый эффективный из имеющихся в настоящее время двигателей и, следовательно, широко используется в транспорте (грузовые автомобили, автобусы, железные дороги и легковые автомобили), когда особенно важна экономия топлива. В наиболее эффективной форме дизельного топлива топливо впрыскивается с помощью системы впрыска под высоким давлением в камеру сгорания или чашу в верхней части поршня ближе к концу процесса сжатия, как показано на рисунке 1.11. Впрыснутое жидкое топливо распыляется, образует спрей, испаряется, смешивается с высокотемпературным воздухом и самовоспламеняется вскоре после впрыска.Как только начинается горение, оно продолжается, поскольку дополнительное топливо смешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Выбросы углеводородов и окиси углерода в дизельном топливе низкие, поскольку сгорание почти завершено, а двигатель всегда работает на обедненной смеси с избытком воздуха. Однако выбросы NO _x высоки из-за высоких температур сжигаемого газа. Технология трехкомпонентного катализатора, используемая для хорошего эффекта в стандартном бензиновом двигателе, не может использоваться для снижения уровней NO _x в выхлопных газах дизельного двигателя, потому что выхлопные газы бедные, а не стехиометрические.Кроме того, процесс смешивания топлива с воздухом во время сгорания приводит к образованию частиц сажи в богатых участках каждой топливной струи. Некоторая часть этой сажи выживает в процессе сгорания несгоревшей и поглощает высокомолекулярные углеводороды из масла и топлива, а также серу в виде сульфата в выхлопных газах с образованием твердых частиц.

Рис. 1.11. (a) Современное малое высокоскоростное дизельное топливо с прямым впрыском и турбонаддувом с четырьмя клапанами на цилиндр. (b) Распыление топлива и характеристики камеры сгорания типа «чаша в поршне» (два клапана, наклонная топливная форсунка вне оси, глубокая чаша, высокая завихрение) и усовершенствованные (четырехклапанный, осевой инжектор, неглубокий резервуар, более высокое давление впрыска — 1600 бар, меньшее завихрение) технологии дизельных систем сгорания с непосредственным впрыском

(любезно предоставлены Ford Motor Co.), (любезно предоставлено Mercedes-Benz AG).

Существенный контроль выбросов NO _x , особенно твердых частиц, от дизелей был достигнут путем модификации процесса сгорания. Использование оборудования для впрыска топлива с очень высоким давлением впрыска жидкого топлива (~ 2000 бар) и тщательное согласование геометрии камеры сгорания «чаша в поршне», движения воздуха и геометрии распыления значительно снизили образование сажи за счет увеличения количества топлива и воздуха. скорости смешивания. Более тщательный контроль поведения смазочного материала позволил снизить содержание высокомолекулярных углеводородных твердых частиц, которые абсорбируются сажей.Использование топлива с низким содержанием серы уменьшило сульфатный компонент твердых частиц. Катализаторы окисления в выхлопных газах дизельного топлива все чаще используются для дальнейшего снижения содержания растворимого органического компонента в твердых частицах. На сегодняшний день сокращение NO _x было достигнуто за счет тщательного контроля температуры воздуха на входе в двигатель (например, в двигателях с турбонаддувом используется дополнительный охладитель для достижения низкого уровня выбросов NO _x ), а также за счет значительной задержки впрыска, чтобы задержать большую часть процесса сгорания до ранняя часть хода расширения.Последняя стратегия, конечно же, снижает расход топлива на несколько процентов.

В то время как дизель добился прогресса в сокращении выбросов (примерно в 3–4 раза для твердых частиц и в 2–3 раза для NO _x ), что делает этот двигатель, который является наиболее эффективным из доступных двигателей, более Экологичность — важная задача разработчиков и конструкторов двигателей. Достижение существенного снижения выбросов NO _x является основной задачей. Часть этого сокращения может быть получена за счет рециркуляции выхлопных газов, а меньшая — за счет улучшения топлива.Что действительно необходимо, так это системы каталитического нейтрализатора выхлопных газов для снижения NO _x в среде выхлопных газов дизельного топлива с низким содержанием топлива и при низких температурах. Также потребуются более низкие уровни твердых частиц.

В дополнение к этим двухтактным и высокоскоростным дизельным двигателям потенциально привлекательной новой технологией является четырехтактный двигатель с искровым зажиганием с прямым впрыском. Этот бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива уже производится в Японии, ⁶ обеспечивает повышенную экономию топлива и, следовательно, является одним из способов снижения выбросов CO ₂ автомобилем.Однако выбросы выхлопных газов этого двигателя не лучше, чем у стандартного двигателя с искровым зажиганием, и, поскольку он обычно работает на обедненной смеси при небольшой нагрузке, он требует новой технологии катализатора для уменьшения выбросов NO _x .

Типы двигателей

Двигатели — это машины, которые преобразуют источник энергии в физическую работу. Если вам нужно что-то передвигать, двигатель — это то, что вам нужно. Но не все двигатели сделаны одинаково, и разные типы двигателей определенно не работают одинаково.

Изображение предоставлено Little Visuals / Pixabay.

Вероятно, наиболее интуитивно понятный способ различить их — это тип энергии, который каждый двигатель использует для выработки мощности.

• Тепловые двигатели
  • Двигатели внутреннего сгорания (двигатели внутреннего сгорания)
  • Двигатели внешнего сгорания (ЕС двигатели)
  • Двигатели реакции
• Электродвигатели
• Физические двигатели

Тепловые двигатели

В самом широком смысле этим двигателям требуется источник тепла для перехода в движение.В зависимости от того, как они выделяют указанное тепло, это могут быть двигатели внутреннего сгорания (которые сжигают материал) или негорючие двигатели. Они действуют либо за счет прямого сгорания топлива, либо за счет преобразования жидкости для создания работы. Таким образом, большинство тепловых двигателей также частично пересекаются с химическими системами привода. Это могут быть двигатели с воздушным дыханием (которые забирают окислитель, например кислород из атмосферы) или двигатели без дыхания (с окислителями, химически связанными в топливе).

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (двигатели IC) сегодня довольно распространены.Они приводят в действие автомобили, газонокосилки, вертолеты и так далее. Самый большой двигатель внутреннего сгорания может генерировать 109 000 л.с. для корабля, перевозящего 20 000 контейнеров. Двигатели внутреннего сгорания получают энергию из топлива, сжигаемого в специальной области системы, называемой камерой сгорания. В процессе сгорания образуются продукты реакции (выхлоп), общий объем которых намного превышает общий объем реагентов (топлива и окислителя). Это расширение и есть хлеб с маслом для двигателей внутреннего сгорания — это то, что на самом деле обеспечивает движение.Тепло является лишь побочным продуктом сгорания и представляет собой потраченную впустую часть запаса энергии топлива, поскольку фактически не обеспечивает никакой физической работы.

Рядный 4-цилиндровый двигатель внутреннего сгорания.
Изображение предоставлено НАСА / Исследовательским центром Гленна. Двигатели

IC различаются по количеству «ходов» или циклов, которые каждый поршень делает для полного вращения коленчатого вала. Сегодня наиболее распространены четырехтактные двигатели, в которых реакция сгорания состоит из четырех этапов:

1. Индукция или впрыск топливовоздушной смеси (карбюрата) в камеру сгорания.
2. Сжатие смеси.
3. Зажигание свечой или сжатием — топливо идет штанга .
4. Выброс выхлопных газов.

Этот радиальный паровозик похож на самого забавного человечка, которого я когда-либо видел.
Изображение предоставлено Duk / Wikimedia.

На каждом шаге 4-тактный поршень поочередно опускается или поднимается. Зажигание — это единственный этап, на котором в двигателе генерируется работа, поэтому на всех остальных этапах каждый поршень полагается на энергию от внешних источников (другие поршни, электростартер, ручной запуск или инерция коленчатого вала) для перемещения.Вот почему вам нужно тянуть за шнурок газонокосилки, и почему вашему автомобилю нужен исправный аккумулятор, чтобы начать работать.

Другими критериями для дифференциации двигателей внутреннего сгорания являются тип используемого топлива, количество цилиндров, общий рабочий объем (внутренний объем цилиндров), распределение цилиндров (рядные, радиальные, V-образные двигатели и т. Д.), А также мощность и мощность. -весовой выход.

Двигатели внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания (двигатели ЕС) хранят топливо и продукты выхлопа отдельно — они сжигают топливо в одной камере и нагревают рабочую жидкость внутри двигателя через теплообменник или стенку двигателя.В эту категорию попадает этот великий отец промышленной революции, паровая машина.

В некоторых отношениях двигатели с электронным управлением работают так же, как и их аналоги на базе IC — они оба требуют тепла, которое получается при сжигании материала. Однако есть и несколько отличий.

В двигателях

EC используются жидкости, которые подвергаются тепловому расширению-сжатию или сдвигу по фазе, но химический состав которых остается неизменным. Используемая жидкость может быть газообразной (как в двигателе Стирлинга), жидкостью (двигатель с органическим циклом Ренкина) или претерпевать изменение фазы (как в паровом двигателе) — для двигателей внутреннего сгорания почти всегда жидкость представляет собой жидкое топливо. и воздушная смесь, которая воспламеняется (меняет свой химический состав).Наконец, двигатели могут либо выпускать жидкость после использования, как двигатели внутреннего сгорания (двигатели с открытым циклом), либо постоянно использовать одну и ту же жидкость (двигатели с закрытым циклом).

Паровоз Стивенсона работает

Удивительно, но первые паровые машины, получившие промышленное применение, генерировали работу за счет создания вакуума, а не давления. Эти машины, получившие название «атмосферные двигатели», были громоздкими и очень неэффективными. Со временем паровые двигатели приобрели форму и характеристики, которые мы ожидаем от двигателей сегодня, и стали более эффективными — с поршневыми паровыми двигателями, использующими поршневую систему (которая все еще используется двигателями внутреннего сгорания сегодня) или составные системы двигателей, в которых повторно использовалась жидкость. в цилиндрах при понижении давления для создания дополнительной «мощности».

Сегодня паровые двигатели вышли из широкого использования: они тяжелые, громоздкие, имеют гораздо меньшую топливную эффективность и удельную мощность, чем двигатели внутреннего сгорания, и не могут так быстро менять мощность. Но если вас не беспокоит их вес, размер и вам нужен постоянный запас работы, они просто великолепны. Таким образом, ЕС в настоящее время с большим успехом используется в качестве паротурбинных двигателей для морских операций и электростанций.

Применение

для атомной энергетики отличается тем, что называется негорючими или внешними тепловыми двигателями , поскольку они работают по тем же принципам, что и двигатели ЕС, но не получают энергию от сгорания.

Реакционные двигатели

Реакционные двигатели , в просторечии известные как реактивные двигатели , создают тягу за счет вытеснения реакционной массы. Основным принципом реактивного двигателя является третий закон Ньютона: если вы ударите чем-то с достаточной силой через заднюю часть двигателя, он вытолкнет переднюю часть вперед. И реактивные двигатели действительно хороши в этом.

Безумно хорошо в этом.
Изображение предоставлено thund3rbolt / Imgur.

То, что мы обычно называем «реактивным» двигателем, прикрепленное к пассажирскому самолету Boeing, строго говоря, является воздушно-реактивным двигателем и относится к классу двигателей с турбинным двигателем. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели, которые обычно считаются более простыми и надежными, поскольку они содержат меньше (или почти не содержат) движущихся частей, также являются воздушно-реактивными двигателями, но относятся к классу таранных двигателей. Разница между ними заключается в том, что прямоточные воздушно-реактивные двигатели полагаются на чистую скорость для подачи воздуха в двигатель, тогда как турбореактивные двигатели используют турбины для втягивания и сжатия воздуха в камеру сгорания.В остальном они функционируют в основном одинаково.

В турбореактивных двигателях воздух втягивается в камеру двигателя и сжимается вращающейся турбиной. Ramjets рисуют и сжимают его, двигаясь очень быстро. Внутри двигателя он смешивается с мощным топливом и воспламеняется. Когда вы концентрируете воздух (и, следовательно, кислород), смешиваете его с большим количеством топлива и взрываете его (таким образом, генерируя выхлоп и термически расширяя весь газ), вы получаете реакционный продукт, который имеет огромный объем по сравнению с всасываемым воздухом. Единственное место, через которое может пройти вся эта масса газов, — это задняя часть двигателя, что она и делает с огромной силой.По пути он приводит в действие турбину, втягивая больше воздуха и поддерживая реакцию. И чтобы добавить оскорбления к травмам, в задней части двигателя есть метательное сопло.

Здравствуйте, я метательная форсунка. Я буду твоим проводником.

Эта часть оборудования заставляет весь газ проходить через пространство еще меньшего размера, чем он первоначально прошел, таким образом, еще больше ускоряя его в «струю» материи. Выхлоп выходит из двигателя с невероятной скоростью, в три раза превышающей скорость звука, толкая самолет вперед.

Реактивные двигатели, не работающие на воздухе, или ракетные двигатели , работают так же, как реактивные двигатели без переднего долота — потому что им не нужен внешний материал для поддержания горения. Мы можем использовать их в космосе, потому что в них есть весь необходимый окислитель, упакованный в топливо. Это один из немногих типов двигателей, в которых постоянно используется твердое топливо.

Тепловые двигатели могут быть до смехотворно большими или очаровательно маленькими. Но что, если все, что у вас есть, — это розетка, и вам нужно запитать свои вещи? Что ж, в таком случае вам нужно:

Электродвигатели

Ах да, чистая банда.Классические электрические двигатели бывают трех типов: магнитные, пьезоэлектрические и электростатические.

И, конечно же, привод Duracell.

Магнитная, как и батарея там, наиболее часто используется из трех. Он основан на взаимодействии магнитного поля и электрического потока для создания работы. Он работает по тому же принципу, что и динамо-машина для выработки электроэнергии, но наоборот. Фактически, вы можете выработать немного электроэнергии, если вручную провернете электромагнитный двигатель.

Для создания магнитного двигателя вам понадобятся несколько магнитов и намотанный провод. Когда к обмотке подается электрический ток, он индуцирует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитом, создавая вращение. Важно, чтобы эти два элемента были разделены, поэтому электродвигатели состоят из двух основных компонентов: статора, который является внешней частью двигателя и остается неподвижной, и ротора, который вращается внутри него. Они разделены воздушной прослойкой. Обычно магниты встроены в статор, а проводник намотан на ротор, но они взаимозаменяемы.Магнитные двигатели также оснащены коммутатором для переключения электрического потока и модуляции индуцированного магнитного поля, когда ротор вращается для поддержания вращения.

Пьезоэлектрические приводы — это типы двигателей, в которых используется свойство некоторых материалов генерировать ультразвуковые колебания под действием электрического тока для создания работы. Электростатические двигатели используют одинаковые заряды, чтобы отталкивать друг друга и вызывать вращение ротора. Поскольку в первом используются дорогие материалы, а во втором для работы требуется сравнительно высокое напряжение, они не так распространены, как магнитные приводы.

Классические электрические двигатели обладают одними из самых высоких показателей энергоэффективности среди двигателей, преобразуя до 90% энергии в работу.

Ионные приводы

Ионные приводы представляют собой смесь реактивного и электростатического двигателей. Этот класс приводов ускоряет ионы (плазму), используя электрический заряд для создания движения. Они не работают, если вокруг корабля уже есть ионы, поэтому они бесполезны за пределами космического вакуума.

Подруливающее устройство Холла.
Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech.

Они также имеют очень ограниченную выходную мощность. Однако, поскольку в качестве топлива они используют только электричество и отдельные частицы газа, они были тщательно изучены для использования в космических кораблях. Deep Space 1 и Dawn успешно использовали ионные двигатели. Тем не менее, эта технология кажется наиболее подходящей для малых кораблей и спутников, поскольку след электронов, оставляемый этими двигателями, отрицательно влияет на их общую производительность.

Приводы EM / Cannae

EM / Cannae Приводы используют электромагнитное излучение, содержащееся в микроволновом резонаторе, для создания доверия.Это, наверное, самый необычный из всех типов двигателей. Его даже называют «невозможным» побуждением, поскольку это нереакционный побудительный мотив, то есть он не производит никакого разряда для создания тяги, по-видимому, в обход Третьего закона.

«Вместо топлива он использует микроволны, отражающиеся от тщательно настроенного набора отражателей для достижения небольшой силы и, следовательно, тяги без топлива», — сообщил Андрей о поездке.

Было много споров о том, работает ли этот тип двигателя на самом деле или нет, но испытания НАСА подтвердили, что он функционально исправен.В будущем его даже обновят. Поскольку он использует только электрическую энергию для создания тяги, хотя и в небольших количествах, он кажется наиболее подходящим двигателем для исследования космоса.

Но это в будущем. Давайте посмотрим, с чего все началось. Давайте посмотрим на:

Физические механизмы

Работа этих двигателей зависит от накопленной механической энергии. Заводные двигатели , пневматические и гидравлические двигатели все являются физическими приводами.

Модель Ле Плонжера с огромными баллонами с воздухом.
Изображение предоставлено Национальным морским музеем.

Они не очень эффективны. Они также обычно не могут использовать большие запасы энергии. Например, заводные двигатели хранят упругую энергию в пружинах, и их нужно заводить каждый день. Пневматические и гидравлические двигатели должны иметь на себе огромные трубки со сжатой жидкостью, которые, как правило, не работают очень долго. Например, Plongeur , первая в мире подводная лодка с механическим приводом, построенная во Франции между 1860 и 1863 годами, несла поршневой воздушный двигатель, снабженный 23 танками на 12.5 баров. Они занимали огромное пространство (153 кубических метра / 5 403 кубических фута), и их хватало только для того, чтобы корабль пролетел 5 морских миль (9 км / 5,6 миль) при скорости 4 узла.

Тем не менее, физические диски, вероятно, использовались впервые. Катапульты, требушеты или тараны полагаются на этот тип двигателей. То же самое и с кранами, приводимыми в движение человеком или зверем — все они использовались задолго до любых других типов двигателей.

Это далеко не полный список всех двигателей, созданных человеком.Не говоря уже о том, что биология тоже создала побуждения — и они являются одними из самых эффективных, которые мы когда-либо видели. Но если вы прочтете все это, я почти уверен, что у вас к этому моменту заканчивается топливо. Так что отдохните, расслабьтесь и в следующий раз, когда вы встретите двигатель, смазывайте руки и нос, исследуя его — мы рассказали вам основы.

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания

Шон Кэссиди

10 декабря 2016 г.

Представлено как курсовая работа для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2016 г.

Введение

Фиг.1: Цикл Отто для искрового зажигания Двигатель. [2] (Источник: С. Кэссиди)

Двигатель внутреннего сгорания — один из самых важные изобретения в истории человечества. Он произвел революцию в путешествиях благодаря на машине, поезде, на лодке и по воздуху. Есть два основных типа двигатели внутреннего сгорания (IC): прерывистое и непрерывное сгорание двигатели. Например, четырехтактный поршневой двигатель — это прерывистый двигатель. Двигатель внутреннего сгорания, в то время как газотурбинный двигатель использует непрерывное сгорание.IC двигатели используют сгорание топлива с окислителем для преобразования химическая энергия в разумную энергию и работу. После зажигания высокотемпературный газ оказывает давление на поршень или турбину, поскольку расширяется, принося полезную работу. Основной экзотермический углеводород реакцию горения (на воздухе) можно записать [1]

C _x H _y + w O ₂ + 3,76 w N ₂ → a CO ₂ + b H ₂ O + c O ₂ + d N ₂ + ε

, где w, a, b, c и d представляют молярный коэффициенты, зависящие от конкретного углеводородного реагента и количество воздуха, реагенты wO ₂ + 3.76wN ₂ представляют собой инженерный воздух, а ε представляет энергию. [1] Однако на практике углекислый газ, азот, и кислород — не единственные продукты сгорания. Такие виды, как оксид азота (NO), диоксид азота (NO ₂ ) и углерод монооксид (CO) также являются обычными продуктами реакции и могут быть обнаружены в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания. [1] Краткий обзор двух двигателей IC Здесь представлены: поршневой двигатель с искровым зажиганием и газотурбинный жиклер. двигатель.

Двигатель с искровым зажиганием

Термодинамический цикл Отто описывает идеальный двигатель с искровым зажиганием. Топливно-воздушная смесь втягивается в поршень на постоянное давление (1-2), а затем сжимается изоэнтропически до тех пор, пока поршень достигает верхней мертвой точки (2-3). Искровое зажигание смеси моделируется как добавление тепла постоянного объема в рабочую жидкость (3-4), который затем изоэнтропически расширяется (4-5), пока не достигнет дна мертвая точка (BDC).В BDC тепло отводится при постоянном объеме, и Затем выхлопные газы удаляются при постоянном давлении. Схема Цикл Отто показан на рис. 1. Идеальная производительность цикла составляет область, ограниченная технологическим трактом.

В настоящем двигателе с искровым зажиганием идеализированный добавление тепла постоянного объема заменяется сжиганием топлива. В чтобы приблизиться к идеальным условиям, текущие исследования стремятся гомогенизировать топливной смеси в камере сгорания, а также изучить время задержки воспламенения, распространение пламени и другие виды горения характеристики.

Газотурбинный двигатель

Рис.2: Цикл Брайтона для газовой турбины Двигатель. [2] (Источник: С. Кэссиди)

Газотурбинный двигатель идеально смоделирован Термодинамический цикл Брайтона. [2] Воздух поступает через впускное отверстие, сжато изоэнтропически (1-2) и смешано с топливом. [2] Тепло добавлено при постоянном давлении в процессе, моделирующем идеальное сгорание топливо (2-3), и газ адиабатически расширяется через сопло (3-4).[2] Процесс показан на рис. 2. Как и в случае с циклом Отто, идеальный результат работы — это область, ограниченная технологическим трактом.

Настоящий газотурбинный двигатель имеет впускное отверстие, компрессор, камера сгорания, турбина и сопло. [3] Турбина подключена к компрессору, так что газ, проходящий через турбину, приводит в движение ступень сжатия двигателя. [3] Воздух поступает через впускное отверстие и подается в компрессор. Сжатие часто происходит в нескольких этапы.После сжатия воздух смешивается с топливом и поступает в камера сгорания. [3] Высокотемпературный газ устремляется через турбина и расширяется через сопло. [3] Весь процесс происходит непрерывно, при этом газ проходит через двигатель без перебоев. [3]

Заключение

Термодинамический анализ искрового зажигания и газа газотурбинные двигатели раскрывают общие процессы, с помощью которых каждый преобразователь химическая потенциальная энергия в двигательную работу.Понимание настоящего химические реакции, происходящие внутри двигателей, дают представление о сам процесс горения, а также образование токсичных и экологически чистых вредные газы. Повышение эффективности и сокращение выбросов будут требуют инновационных исследований с глубоким пониманием термодинамики и газовая динамика, участвующая в системах двигателей внутреннего сгорания.

© Шон Кэссиди. Автор дает разрешение на копировать, распространять и демонстрировать эту работу в неизменном виде, с ссылка на автора, только в некоммерческих целях.Все остальные права, в том числе коммерческие, принадлежат автору.

Список литературы

[1] K. Wark, Advanced Thermodynamics for Инженеры (McGraw-Hill, 1995), гл. 10.

[2] Y. Cengel and M. Boles Термодинамика: An Инженерный подход , 7-е издание (McGraw-Hill, 2011), гл. 9.

[3] С. Фарохи, Движение самолета , 2-я Издание (Wiley, 2014), гл.4.

Список типов двигателей внутреннего сгорания [Детали, работа, применение] PDF

Из этой статьи вы узнаете, что такое двигатели внутреннего сгорания , его части , принцип работы , Типы двигателей внутреннего сгорания. И разница между двигателем и двигателем IC.

А также загрузите файл PDF этой статьи в конце.

Двигатели внутреннего сгорания

Как следует из названия, двигатели внутреннего сгорания (кратко обозначаемые как I.C. Двигатель ) — это те двигатели, в которых сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя.

Другими словами, двигатели внутреннего сгорания — это те двигатели, в которых сгорание топлива происходит внутри цилиндра двигателя за счет искры. Это бензиновые, дизельные и газовые двигатели.

Двигатель — это устройство, которое, используя химическую энергию топлива, преобразует ее в тепловую энергию путем сгорания, чтобы произвести механическую работу. Мы видели в паровых двигателях, что топливо подается в цилиндр.Это в виде пара. Которая уже нагрета и готова к работе в цикле сгорания двигателя.

Разница между паровыми двигателями и двигателями внутреннего сгорания.

Ниже приведены различия между паровым двигателем и двигателем внутреннего сгорания:

Типы двигателей

1. Двигатели внешнего сгорания (ЕС)
2. Двигатели внутреннего сгорания (IC)

Двигатели внешнего сгорания — Если сгорание топлива происходит вне цилиндра двигателя, это двигатель внешнего сгорания.Пример: паровая турбина, газовая турбина, паровая турбина и т. Д.

Двигатели внутреннего сгорания — Если топливо сгорания происходит внутри цилиндра двигателя, это двигатель внутреннего сгорания. Пример: бензиновый двигатель, дизельный двигатель.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Ниже приводится список типов двигателей внутреннего сгорания (классифицируются по разным методам):

1. Рабочий цикл
   1. Двухтактный двигатель
   2. Четырехтактный двигатель
2. Используемое топливо
   1. Бензин
   2. Дизель
   3. Газовый двигатель
3. Характер используемого термодинамического цикла
   1. Цикл Отто
   2. Дизельный цикл
   3. Двойной цикл
4. Охлаждение
6. Скорость двигателя
   1. Высокоскоростной двигатель
   2. Среднеоборотный двигатель
   3. Низкооборотный двигатель
7. Область применения
   1. Стационарный двигатель
   2. Автомобильный двигатель
   3. Портативный двигатель
   4. Аэродвигатель
   905
   5. Метод зажигания
      1. Двигатель с искровым зажиганием
      2. Двигатель с воспламенением от сжатия
   6. Расположение цилиндра двигателя
      1. Горизонтальный двигатель
      2. Вертикальный двигатель
      3. Радиальный двигатель
      4. V-образный двигатель
   Части двигателей внутреннего сгорания

   Основные части двигателя внутреннего сгорания:

   1.Цилиндр
   • Цилиндр изготовлен из стали или алюминиевых сплавов.
   • В этом поршень совершает движение для увеличения мощности.
   • Выдерживает высокое давление и температуру.
   2. Головка цилиндра
   • Головка цилиндра установлена ​​в верхней части цилиндра.
   • Изготовлен из стали или алюминиевых сплавов.
   • Изготовлен методом литья.
   • Прокладка из меди или асбеста предусмотрена между цилиндром и головкой цилиндра для обеспечения герметичности.
   3. Поршень
   • Изготовлен из алюминиевых сплавов.
   • Основная функция — передача силы, возникающей при сгорании заряда, на шатун.
   4. Поршневые кольца
   • Это круглые кольца, изготовленные из специальных стальных сплавов.
   • они размещаются в кольцевых канавках поршня.
   • Имеются два набора колец, с верхним кольцом для предотвращения утечки сгоревших газов в нижнюю часть и нижним кольцом для предотвращения утечки масла в цилиндр двигателя.
   • Они сохраняют эластичные свойства даже при более высоких температурах.
   • Кольца снабжены герметичным уплотнением.

   Читайте также: Поршневые кольца: Типы поршневых колец

   5. Клапаны
   • Они расположены на головке блока цилиндров,
   • Впускной клапан используется для подачи свежей смеси в цилиндр.
   • Выпускной клапан используется для вывода отработанных газов из цилиндра.
   6. Шатун
   • Это связь между поршнем и коленчатым валом.
   • Шатун предназначен для передачи усилия от поршня к коленчатому валу.
   7. Коленчатый вал
   • Изготовлен из специальных стальных сплавов.
   • Коленчатый вал предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение с помощью шатуна.
   8. Картер двигателя
   • Картер выполнен из чугуна.
   • Он удерживает цилиндр и коленчатый вал двигателя.
   • Также служит поддоном (местом хранения) смазочного масла.
   9. Маховик
   • Это большое сплошное колесо, установленное на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания.
   • Основная функция маховика — поддерживать постоянную скорость.
   • Он накапливает избыточную энергию во время подачи питания и отдает во время такта сжатия.
   Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

   В двигателях внутреннего сгорания (двигателях внутреннего сгорания) сгорание происходит внутри цилиндра, поэтому тепловая энергия топлива напрямую преобразуется в механическую работу.

   Двигатель внутреннего сгорания имеет более высокий тепловой КПД, чем тепловой КПД двигателей с электронным управлением. В двигателях внутреннего сгорания, когда двигатель внутреннего сгорания работает непрерывно, мы можем рассматривать цикл, начинающийся с любых тактов.

   Мы знаем, что когда двигатель возвращается к такту, с которого он был запущен, мы говорим, что один цикл был завершен. Двигатель внутреннего сгорания имеет четыре этапа для завершения одного цикла, а именно:

   Ход всасывания В этом такте пар топлива в правильной пропорции подается в цилиндр двигателя.

   Ход сжатия В этом такте пары топлива сжимаются в цилиндре двигателя.

   Ход расширения В этом такте отвод паров топлива за счет свечи зажигания обеспечивается в верхней части цилиндра двигателя. при сгорании топлива давление резко повышается из-за расширения продуктов сгорания в цилиндре двигателя. Повышение давления толкает поршень с большим усилием и вращает коленчатый вал.Коленчатый вал, в свою очередь, приводит в движение подключенную к нему машину.

   Ход выхлопа В этом такте отработавшие газы выпускаются из цилиндра двигателя, чтобы освободить место для свежих паров топлива.

   Различия между бензиновым двигателем и дизельным двигателем

   Основное различие между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в том, что бензиновый двигатель всасывает смесь бензина и воздуха во время такта всасывания. А дизельный двигатель во время такта всасывания втягивает только воздух.

   Бензиновый двигатель работает по циклу Отто. Его легко запустить, он легче и дешевле, он отличается высокими эксплуатационными расходами и низкими затратами на обслуживание.

   Дизельный двигатель работает по дизельному циклу. Его сложно запустить, он тяжелее и дороже, он имеет низкие эксплуатационные расходы и высокую стоимость обслуживания.

   Тепловой КПД бензиновых двигателей составляет около 26%. Это высокоскоростные двигатели, которые используются в легковых автомобилях. У дизельных двигателей тепловой КПД составляет около 40%. Это тихоходные двигатели, которые используются в автомобилях большой грузоподъемности.

   Применение двигателей внутреннего сгорания

   Ниже приводится применение двигателей внутреннего сгорания:

   1. Двигатели внутреннего сгорания используются в дорожных транспортных средствах, таких как скутеры, мотоциклы, автобусы и т. Д.
   2. Он также используется в самолетах.
   3. Двигатель внутреннего сгорания обычно используется на моторных лодках.
   Двигатель
   4. IC находит широкое применение в небольших машинах, таких как газонокосилки, бензопилы и переносные двигатели-генераторы.

   ---

   Итак, теперь мы надеемся, что мы развеяли все ваши сомнения относительно двигателя внутреннего сгорания.Если у вас все еще есть сомнения по поводу « типов двигателей внутреннего сгорания », вы можете задать вопрос в комментариях.

   Спасибо, что прочитали. Если вам понравилась наша статья, поделитесь ею с друзьями.

   Загрузите PDF-файл этой статьи:

   Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления, когда мы загружаем новые статьи.

   Читать далее:

   Портал для горения

   Стационарные поршневые двигатели внутреннего сгорания (RICE)

   Стационарный поршневой двигатель внутреннего сгорания (RICE) — это любой двигатель внутреннего сгорания, который использует возвратно-поступательное движение для преобразования тепловой энергии в механическую работу и не является мобильным.Стационарные поршневые двигатели отличаются от мобильных поршневых двигателей тем, что они не используются в дорожных транспортных средствах или внедорожных мобильных устройствах, таких как бульдозеры, косилки, краны и т. Д. Некоторые двигатели труднее классифицировать, например, генератор, установленный на поддоне или прицепе. не будет считаться стационарным, если он не будет оставаться на одном месте в течение, по крайней мере, полного года или полного сезона, для сезонного источника ( дополнительная информация о стационарных, внедорожных, передвижных и т. д. ).

   Есть два основных типа стационарных поршневых двигателей — искровое зажигание и воспламенение от сжатия. В двигателях с искровым зажиганием для воспламенения сжатой топливно-воздушной смеси используется искра (через свечу зажигания). Типичными видами топлива для таких двигателей являются бензин и природный газ. Двигатели с воспламенением от сжатия сжимают воздух до высокого давления, нагревая воздух до температуры воспламенения топлива, которое затем впрыскивается. Высокая степень сжатия, используемая в двигателях с воспламенением от сжатия, обеспечивает более высокий КПД, чем это возможно с двигателями с искровым зажиганием.Дизельное топливо обычно используется в двигателях с воспламенением от сжатия, хотя некоторые из них работают на двойном топливе (природный газ сжимается вместе с воздухом для горения, а дизельное топливо впрыскивается в верхней части такта сжатия для инициирования сгорания).

   Несколько миллионов стационарных поршневых двигателей используются на всей территории США. В целом промышленность использует эти двигатели для привода технологического оборудования, такого как компрессоры, насосы и другое оборудование, а также для резервных генераторных установок.