На дворе двадцать первый век, семимильными шагами развиваются информационные технологии, люди общаются, используя видео связь, корпорации грозятся колонизировать другие планеты. Кажется, в развитии человечество шагнуло так далеко, что от базовых технологий не осталось и следа и ничто не вернёт прошлого назад.
Но, стоит выйти на улицу, посмотреть по сторонам и первое проезжающее транспортное средство обдаст выхлопом, чётко указывающим на двигатель внутреннего сгорания. Вот уже полтора века человечество не находит замену мотору, принцип работы которого разработан во времена, когда обыватель ничего не знал о лампе накаливания.
Сегодня, двигатель внутреннего сгорания установлен на большинстве техники. В ближайшем будущем тенденция останется неизменной, поскольку новые наработки по сумме показателей уступают базовому принципу.
Поршневой двигатель внутреннего сгорания
Развитие технологии
Попыток создать силовой агрегат, который смог бы заменить установку, работающую за счет пара, в те времена предпринималось много. До сих пор учёные спорят о том, кто изобрёл двигатель внутреннего сгорания. Вариантов несколько, поскольку базовая точка зрения вынашивалась в головах учёных того времени.
В седьмом году девятнадцатого века механик из Франции Франсуа Исаак де Риваз сконструировал первый двигатель с применением поршней. Установка приводилась в действие за счет сжигания водорода, элементы поршневой группы и поджигание топлива свечой использовались при дальнейшей работе над мотором.
Франсуа Исаак де Риваз (1752 – 1828 года жизни):
Считается, что первый двигатель внутреннего сгорания изобрёл в шестидесятом году девятнадцатого века изобретатель французского происхождения Этьен Ленуар. Этот двухтактный газовый агрегат вырабатывал одиннадцать лошадей.
Камера объёмного вытеснения в единственном экземпляре размещалась горизонтально, работала благодаря окислению кислорода и светильного газа, заряд поджигался за счёт электрического разряда. Главная особенность заключалась в применении механизма кривошипов и шатунов.
Коэффициент полезного действия составлял 4,65%.
Этьен Ленуар (1822 – 1900 года) и его газовый двигатель, 1860 год:
Позже, в 1863 году изобретатель немецкого происхождения Николай Аугуст Отто, изучив двигатель Ленуара, разрабатывает и создаёт атмосферный агрегат на два такта с внутренним сгоранием жидкого горючего.
Цилиндр агрегата располагался вертикально, зажигание происходило открытым способом, а полезное действие составляло 15%.
В семьдесят шестом году девятнадцатого века Отто построил четырёхтактный двигатель на газу.
Николай Аугуст Отто (1832 – 1891 года) и его четырёхтактный двигатель, 1876 год:
Двигатель, работающий на горючей смеси лёгких углеводородов нефти со смесеобразованием при помощи карбюратора создан в 1885 году. Авторы, конструкторы немецкого происхождения, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. Двигатель установлен в том же году на первом двухколёсном транспортном средстве, а годом позже, на первом агрегате с четырьмя колёсами.
Рудольф Дизель (1858 – 1913 года жизни):
Событием в автомобилестроении стала работа конструктора из Германии Рудольфа Дизеля. Поставив цель увеличить коэффициент полезного действия разработанных на тот момент двигателей, в девяносто седьмом году девятнадцатого века создатель придумал использовать сжатие для воспламенения рабочей смеси. Агрегаты, использующие аналогичный способ воспламенения ездят по улицам городов и сегодня.
… Двигатель 7А — Характеристики и тюнинг
Отличительная черта
Что бы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, разберёмся с главной особенностью агрегатов, которая делает их не такими, как остальные моторы. Дело в поджоге смеси горючего и воздуха.
Что бы сделать процесс контролируемым, а выработанную энергию направить в правильное русло, сжигаемую субстанцию помещают внутрь камеры объёмного вытеснения, где происходит окисление. Окисление выделяет жар и отработку. Расширяясь в объёме, субстанция напирает на поршень.
Через эту деталь и компоненты мощность температурного наращивания реорганизуется в работу силы.
Виды двигателей внутреннего сгорания
Агрегаты классифицируются по ряду отличительных признаков, которые напрямую влияют на устройство двигателя или принцип работы.
Параметры классификации:
- Способ образования смеси в двигателе:внешнее образование смеси (карбюратор, газовый двигатель);
- внутреннее образование.
Количество ходок поршня, прежде чем выполнится рабочий процесс двигателя:
- процесс работы за 4 хода;
- процесс работы за 2 хода.
Количество камер объёмного вытеснения в двигателе:
- 1 камера вытеснения;
- 2 камеры вытеснения;
- много камер вытеснения.
Размещение камер объёмного вытеснения в двигателе:
- в ряд, перпендикулярно горизонту, а так же под небольшим углом;
- угол между осями камер вытеснения составляет 90°;
- угол между осями камер вытеснения составляет 180°.
Отвод избыточной температуры в двигателе:
- посредством обдува воздушными массами;
- посредством обтекания потоком жидкости.
Питание двигателя горючим:
- бензин;
- солярка;
- газ;
- питаются несколькими видами горючего.
Отношение полного объёма камеры к объёму пространства сгорания:
- показатель равен 12-18 единиц (высокая степень);
- показатель равен 4-9 единицам (низкая степень).
Способ наполнения цилиндра двигателя:
Угловая частота:
- низкая угловая частота;
- средняя угловая частота;
- высокая угловая частота.
Много других методов, по которым отфильтровывают силовые установки.
Действия в камере объёмного вытеснения разбиты на процессы:
- Такт, это передвижение поршня из одного крайнего положения в другое крайнее положение, обобщённо, движение детали в одну сторону.
- Цикл, это количество тактов, которое совершает агрегат, выполняя работу. Как правило, значение равно двум или четырём.
- Процесс работы: совершение действий над содержимым камеры объёмного вытеснения. Запускаем субстанцию, сжимаем, сжигаем, выпускаем.
Исполнение
Устройство двигателя автомобиля, в состав конструкции которого входят поршни, одинаково. Корпус силовой установки основа, в которой размещаются, крепятся и функционируют узлы, системы и механизмы агрегата.
Компоненты, или из чего состоит двигатель машины:
- Остов двигателя. Место размещения камер объёмного вытеснения агрегата, играющих роль направляющих поршня;
Блок цилиндров:
… Детонация двигателя- Причины и последствия
- Кривошипы и шатуны, передаточное и преобразующее звено между поршнем и коленчатым валом;
Поршни, кривошипы, шатуны, коленчатый вал: 
- Механизм распределения газов, отвечает за наполнение и очистку камер объёмного вытеснения, действия выполняются клапанами;
- Механизм распределения газов:
- Транспортировка горючего, вовремя доставляет нужную порцию топлива соответствующей консистенции;
Механизм подачи топлива:
- Поджог горючего, зажигает заряд в установленный промежуток времени;
Свеча зажигания:
- Ликвидация отработки, выводит сгоревшие продукты в окружающую среду.
Система выпуска отработанных газов:
Циклический процесс работы двигателя повторяет действия агрегата по «кругу». Частота повторения высокая, за счет чего вал вращается непрерывно и как следствие, автомобиль работает.
Двухтактные двигатели
Работа силовой установки на два такта следующая:
- Первый такт (процесс ввода и сдавливания горючего).Поршень из крайнего нижнего положения движется в крайнее верхнее положение, в этот момент в пространство сгорания вводится горючая субстанция. Движение вверх, сдавливает горючее, достигнув крайнего верхнего положения, субстанция поджигается электрической дугой, происходит моментальное расширение.
- Второй такт (процесс рабочего хода и вывода). Пары газа транспортируют поршень к крайнему нижнему положению. В этот момент происходит ликвидация отработки через открытый канал выпуска. Дойдя до крайнего нижнего положения, поршень начинает двигаться вверх, повторяя цикл. Таким образом, коленчатый вал движка на два такта за рабочий цикл совершает один оборот.
Учитывая то, что поршень совершает меньше перемещений для совершения полного цикла, потери на трение в моторе меньше, чес в аналогичном агрегате на четыре такта. Кроме того, поршень играет роль клапанного механизма, что упрощает конструкцию, исключая механизм распределения газов. Недостатки агрегата, хуже происходит смесеобразование и большие потери горючего.
Двухтактный мотор:
Четырехтактные двигатели
Главное отличие, устройство двигателя внутреннего сгорания на четыре такта, это процессы, разделенные при движении поршня в одну сторону.
Фазы работы мотора:
- Такт введения. Перемещение поршня от крайнего верхнего положения к крайнему нижнему положению. Благодаря этому, камера объёмного вытеснения мотора разряжается, впускное отверстие открывается и поступает рабочая субстанция.
- Такт сдавливания. Перемещение поршня от крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение. Клапана закрыты, горючая смесь сдавливается, давление и температур увеличиваются.
- Рабочий ход. Поршень находится в крайнем верхнем положении, выполняется возгорание горючей субстанции, из-за которого выделяется много тепла и энергии. Давя на поршень, газы перемещают деталь в крайнее нижнее положение, что соответствует совершению работы.
- Такт очистки.
- Перемещение поршня в крайнее верхнее положение при открытом выпускном отверстии, отработка выводится из полости камеры объёмного вытеснения в атмосферу.
- Четырёхтактный мотор:
Бензиновый двигатель
Бензиновый двигатель внутреннего сгорания, укомплектован механизмом воспламенения, который поджигает рабочую субстанцию в камере. Моторы такого типа используют смесеобразование за счет карбюратора, или применяют впрыск.
… Двигатель Хонда GX 390 — Характеристики
Карбюраторные двигатели изготавливают рабочую смесь в специальном устройстве, называемом карбюратор, после чего смесь воздуха и бензина попадает во впускной коллектор и далее в цилиндр. Из-за низкой топливной экономичности и большого количества вредных веществ в выхлопе мотора, карбюраторные двигатели устарели и в сегодня выпускаются в малых количествах.
Механизмы впрыска двигателя различаются: распределённые, один распылитель на каждый цилиндр у впускного клапана, или одна форсунка во впускном коллекторе.
В некоторых конструкциях, форсунка встроена непосредственно в цилиндр. За счёт этого горючее подаётся непосредственно в камеру, горение происходит с большим эффектом, на бедной смеси.
Токсичность и топливная экономичность таких агрегатов выше.
Бензиновый мотор:
Дизельный мотор
Конструктивно дизельный двигатель автомобиля отличается от того, как и из чего состоит бензиновый агрегат. Прежде, мотор такого типа использует тяжёлое топливо. Однако, главное отличие в отсутствии механизма зажигания агрегата. Возгорание поступившего горючего в установке происходит за счет давления.
Сначала мотор сжимает в цилиндре воздух, разогревая до высокой температуры. После достижения поршнем крайней верхней точки, в камеру впрыскивается порция топлива. Высокая температура воспламеняет смесь.
Отрицательный момент агрегата, вес, чувствительность к качеству топлива, меньшие скорости вращения. Вес обусловлен нагрузкой на детали и элементы конструкции.
- Положительный момент топливная экономичность, повышенный коэффициент полезного действия и величина крутящего момента на заниженных оборотах.
- Дизельный двигатель MTU 12V 2000 S96:
Роторный мотор
Устройство роторного двигателя представляет собой иной мотор. В агрегате отсутствуют поршни, место занимает ротор. Деталь вращается по специальной траектории, подвергаясь давлению газов. Конструктивно ротор выполняет функцию поршневой группы и функцию распределения газов.
Положительный аспект: ДВС компактный, мощный, быстро набирает обороты. Отрицательный аспект: ресурс установки ниже, чем у поршневых двигателей, а так же повышен расход топлива и выбросы вредных веществ.
Роторный мотор Mazda RX8:
Гибридный мотор
Гибридный двигатель, это симбиоз поршневого силового агрегата, работающего на бензине или дизеле, и электрического мотора. Кроме того, в схему включена батарея, питающая электромотор.
В принцип работы гибрида заложена экономия горючего. В случае, когда работа происходит от электрического мотора, ДВС не используется.
Двигатель подключается при разрядке батареи, или необходимости резкого ускорения автомобиля.
Газотурбинный мотор
В газотурбинном двигателе энергия от сгоревшего топлива поступает в виде потока газов на клиновидные лопатки ротора. Лопатки вращением увлекают за собой вал турбины, превращая тепловую энергию в механическую энергию.
Многочисленные попытки отказаться от двигателя внутреннего сгорания не увенчались успехом. Силовая установка еще будет состоять на службе у человечества. Какой бы хитроумный агрегат не пришёл на смену, он не составит конкуренции, пока не сравняется с ДВС в простоте, надёжности и долговечности.
Гибридный мотор Honda:
Как работает двигатель внутреннего сгорания
Ко всем статьям 13 августа 2021
Читатели Mafin Media уже знакомы с типами двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и запросто отличат VR-образную «шестерку» от рядной «четверки» и вспомнят о недостатках и преимуществах роторно-поршневого двигателя. В новом материале расскажем простыми словами, как устроено «автомобильное сердце».
Механические самоходные транспортные средства активно разрабатывались еще в XVIII веке. Но именно в 1880-х годах немецкие конструкторы Готтлиб Даймлер и Карл Бенц установили первые бензиновые двигатели на мотоцикл и трехколесную коляску.
Самоходный экипаж Бенца приводился в движение одноцилиндровым мотором мощностью 1,5 л. с. (традиционно мощность принято измерять в лошадиных силах и киловаттах).
За почти полтора столетия «самоходной» истории принцип работы ДВС кардинально не изменился: колеса приводятся в движение механической энергией, получаемой благодаря сгоранию топливно-воздушной смеси внутри двигателя.
Топливно-воздушная смесь — это «коктейль» из собственно топлива и воздуха. Для бензинового двигателя рабочее соотношение в среднем составляет 1 к 15, то есть 1 единица топлива и 15 единиц воздуха.
Если добавить больше горючего (обогатить смесь), пострадает экономичность, если меньше (обеднить) — мощность. Со слишком обедненной или обогащенной смесью мотор вообще может отказываться заводиться.
Готовиться смесь может по-разному. В устаревших карбюраторных двигателях горючее «готовится» в отдельном механизме авто — карбюраторе. После смешивания воздуха с топливом смесь подается в двигатель и там сгорает. У карбюраторных моторов много минусов, а их ремонтопригодность сегодня уже не так востребованна. Поэтому самые популярные системы подачи топлива — инжекторные (от англ.
inject — впрыскивать). В зависимости от конструкции мотора топливо подается либо во впускной коллектор — трубопровод, через который авто получает воздух из окружающей среды, — либо напрямую в цилиндры. Подобные решения сложнее, но позволяют экономить топливо и снижать количество вредных выбросов в атмосферу. Основная деталь инжекторного впрыска — форсунка.
Именно она впрыскивает топливо:.
Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).
Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.
Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания.
Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.
Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:
В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами. Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.
! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.
Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:
Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными.
Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.
Рассмотрим цилиндр в разрезе:
Любой двигатель функционирует согласно циклу, состоящему из нескольких тактов, то есть ходов (движений) поршня. Большинство автомобильных моторов — четырехтактные.
Рассмотрим такты бензинового двигателя:
- Впуск: открывается впускной клапан, в камеру сгорания попадает топливно-воздушная смесь, а поршень идет вниз.
- Сжатие: оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая и нагревая смесь.
- Рабочий ход: оба клапана закрыты, под действием электрической искры от свечи зажигания сжатая и разогретая топливно-воздушная смесь воспламеняется, образовавшиеся при этом газы толкают поршень вниз.
- Выпуск: выпускной клапан открыт, поршень идет вверх, выталкивая отработанные газы в сторону выхлопной трубы.
После этого цикл повторяется. У дизельного двигателя вместо свечи установлена форсунка, и смесь воспламеняется не при помощи искры, а от сжатия — впрыска дизельного топлива через форсунку под большим давлением. Впускной клапан при этом подает в камеру сгорания только воздух. Кстати, в некоторых современных бензиновых моторах форсунка тоже впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр.
Каждый автомобиль обладает набором бортовой электроники — проводов, аккумулятора, стартера и т. д. Аккумулятор за время поездок накапливает достаточно энергии, чтобы при помощи специального механизма — стартера — раскрутить коленвал и завести мотор.
Мощность от двигателя к колесам передается с помощью коробки передач, редуктора и приводных валов.
Если мотор соединить с колесами напрямую, автомобиль после запуска начнет движение на одной-единственной передаче, с небольшой скоростью, а после торможения сразу заглохнет.
Об этих передачах и о типах коробок (автоматах, вариаторах, механиках и т. д.) Mafin Media расскажет в следующем материале.
Принцип работы и устройство двигателя
Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях.
Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.
Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.
В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:
- Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на:
- карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
- инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
- дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
- Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
- Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. Особенности их устройства заключаются в преображении тепловой энергии в механическую работу с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.
Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.
Устройство двигателя внутреннего сгорания
Схема устройства двигателя.
Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.
Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.
Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.
На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.
Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом.
В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.
Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой.
Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей).
Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.
Принцип работы двигателя
Схема работы двигателя.
Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:
- Впуск топлива;
- Сжатие топлива;
- Сгорание;
- Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.
Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.
Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.
Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.
На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.
Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч зажигания – элемента, который поджигает топливо.
Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. При такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600О С.
В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.
Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:
- ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
- Система смазки;
- Система охлаждения;
- Система подачи топлива;
- Выхлопная система.
Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:
- Распределительный вал;
- Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
- Детали привода клапанов;
- Элементы привода ГРМ.
ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.
В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки.
Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей.
Систему смазки двигателя автомобиля образуют:
- Масляный картер (поддон);
- Насос подачи масла;
- Масляный фильтр с редукционным клапаном;
- Маслопроводы;
- Масляный щуп (индикатор уровня масла);
- Указатель давления в системе;
- Маслоналивная горловина.
Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси.
Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости.
Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:
- Рубашка охлаждения двигателя;
- Насос (помпа);
- Термостат;
- Радиатор;
- Вентилятор;
- Расширительный бачок.
Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:
- Топливный бак;
- Датчик уровня топлива;
- Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
- Топливные трубопроводы;
- Впускной коллектор;
- Воздушные патрубки;
- Воздушный фильтр.
В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.
Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:
- Выпускной коллектор;
- Приемная труба глушителя;
- Резонатор;
- Глушитель;
- Выхлопная труба.
В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов.
Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем.
Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.
Что такое двигатель внутреннего сгорания
Все тепловые машины внутреннего сгорания (ДВС) преобразуют какую-нибудь (в нашем случае — тепловую) энергию в работу. Двигатели бывают разные – электрические, гидравлические, тепловые и т.д., в зависимости от того, какой вид энергии они преобразуют в работу.
ДВС — двигатель внутреннего сгорания, это тепловой двигатель, в котором в полезную работу преобразуется теплота сгорающего в рабочей камере топлива, внутри двигателя. Также существуют двигателя с внешним сгоранием — это реактивные двигатели самолётов, ракет и т.д.
в этих двигателях сгорание внешнее, поэтому они называются двигателями с внешним сгоранием.
Но простой обыватель чаще сталкивается с двигателем автомобиля и понимают под двигателем именно поршневой двигатель внутреннего сгорания.
В поршневом ДВС, сила давления газов, возникающая при сгорании топлива в рабочей камере, воздействует на поршень, который совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре двигателя и передаёт усилие на кривошипно-шатунный механизм, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Но это очень упрощенный взгляд на ДВС. На самом деле, в ДВС сосредоточены сложнейшие физические явления, пониманию которых посвятили себя многие выдающиеся ученые.
Чтобы ДВС работал, в его цилиндрах, сменяя друг друга, происходят такие процессы, как подача воздуха, впрыск и распыление топлива, его смешивание с воздухом, воспламенение образовавшейся смеси, распространение пламени, удаление отработавших газов. На каждый процесс отводится несколько тысячных долей секунды.
Добавьте к этому процессы, которые протекают в системах ДВС: теплообмен, течение газов и жидкостей, трение и износ, химические процессы нейтрализации отработавших газов, механические и тепловые нагрузки. Это далеко не полный перечень. И каждый из процессов должен быть организован наилучшим образом. Ведь из качества протекающих в ДВС процессов складывается качество двигателя в целом — его мощность, экономичность, шумность, токсичность, надежность, стоимость, вес и размеры.
Двигателя внутреннего сгорания бывают разные: 2-х танктные, 4-х тактные, дизельные, бензиновые, со смешенным питанием, карбюраторные, инжекторные и т.д.
и это далеко не полный список! Как видите, вариантов двигателей внутреннего сгорания очень много, но если стоит затронуть классификацию ДВС, то для подробного рассмотрения всего объёма материала понадобится минимум 20-30 страниц — большой объём, не так ли? И это только классификация…
Принципиальный ДВС автомобиля НИВА
Ни одна область деятельности несравнима с поршневыми ДВС по масштабам, количеству людей занятых в разработке, производстве и эксплуатации. В развитых странах деятельность четверти самодеятельного населения прямо или косвенно связана с поршневым двигателестроением.
Двигателестроение, как исключительно наукоемкая область, определяет и стимулирует развитие науки и образования. Общая мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания составляет 80 — 85% мощности всех энергоустановок мировой энергетики.
На автомобильном, железнодорожном, водном транспорте, в сельском хозяйстве, строительстве, средствах малой механизации, ряде других областей, поршневой ДВС как источник энергии пока не имеет должной альтернативы. Мировое производство только автомобильных двигателей непрерывно увеличивается, превысив 60 миллионов единиц в год.
Количество производимых в мире малоразмерных двигателей также превышает десятки миллионов в год. Даже в авиации поршневые двигатели доминируют по суммарной мощности, количеству моделей и модификаций и количеству установленных на самолеты двигателей.
В мире эксплуатируется несколько сотен тысяч самолетов с поршневыми ДВС (бизнес-класса, спортивных, беспилотных и т.д.). В США на долю поршневых двигателей приходится около 70% мощности всех двигателей, установленных на гражданских летательных аппаратах.
Ознакомьтесь с работами по тепловому и динамическому расчету ДВС
Но со временем всё меняется и скоро мы увидим и будем эксплуатировать принципиально другие типы двигателей, которые будет иметь высокие эксплуатационные показатели, высокий КПД, простота конструкции и главное — экологичность. Да, всё верно, главным минусом двигателя внутреннего сгорания является его экологическая характеристика.
Как бы не оттачивали работу ДВС, какие бы системы не внедряли, он всё равно оказывается существенное влияние на наше здоровье.
Да, теперь можно с уверенностью сказать, что существующая технология моторостроения чувствует «потолок» — это такое состояние, когда та, или иная технология полностью исчерпала свои возможность, полностью выжато, всё что можно было сделать — уже сделано и с точки зрения экологии принципиально НИЧЕГО уже не изменить в существующих типах ДВС.
Стоит вопрос: нужно полностью менять принцип работы двигателя, его энергоноситель (нефтяные продукты) на что-то новое, принципиально иное (водород, электричество, энергия атома, гравитацию, инерцию и т.д.). Но, к сожалению, это дело не одного дня или даже года, нужны десятилетия…
Пока ещё не одно поколение ученых и конструкторов будут исследовать и совершенствовать старую технологию постепенно подходя всё ближе и ближе к стенке, через которую уже будет невозможно перескочить.
Еще очень долго ДВС будет давать работу тем, кто его производит, эксплуатирует, обслуживает и продает. Почему? Всё очень просто, но в то же время эту простую истину далеко не все понимают и принимают.
Главная причина замедления внедрения принципиально иных технологий — капитализм. Да, как бы это странно не звучало, но именно капитализм, та система, которая как кажется должна быть заинтересована в новых технологиях, тормозит развитие человечества.
Всё очень просто — нужно зарабатывать больше, а вкладывать меньше. Как же быть с теми нефтяными вышками, нефтезаводами и доходами? Никак. К сожалению, все измерятеся деньгами.
ДВС «хоронили» неоднократно. В разное время на смену ему приходили электродвигатели на аккумуляторах, топливные элементы на водороде и многое другое. ДВС неизменно побеждал в конкурентной борьбе.
И даже проблема исчерпания запасов нефти и газа – это не проблема ДВС. Существует неограниченный источник топлива для ДВС.
По последним данным, нефть может восстанавливаться, а что это значит для нас ?
Тепловая и динамическая характеристика ДВС
Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рисунок слева), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.
Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться.
Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.
Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.
Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент.
Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля.
В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.
Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике.
Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя.
Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.
Пунктирной линией на графике выше показаны более оптимальные характеристики двигателя.
Загрузка...
