Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатель внутреннего сгорания как он работает

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — на сегодняшний день самый распространенный тип двигателя. Перечень транспортных средств, в которые он устанавливается просто огромен. ДВС можно обнаружить на автомобилях, вертолетах, танках, тракторах, катерах и т. д.

Двигатель внутреннего сгорания — это тепловой двигатель, в котором происходит преобразование части химической энергии сгорающего топлива в механическую энергию. Существенное разделение двигателей на категории это деление по рабочему циклу на 2-х и 4-х тактные; по способу приготовления горючей смеси — с внешним (в частности карбюраторные) и внутренним (например дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии ДВС делятся на поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные.

Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания — 0,4-0,5. Первый двс сконструирован Э. Ленуаром в 1860. Мы рассмотрим в данной статье наиболее часто применяемый в автомобилестроении четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Впервые четырехтактный двигатель был представлен Николаусом Отто в 1876 году и поэтому он также носит название двигателя с циклом Отто. Более грамотное название такого цикла — четырехтактный цикл. В настоящее время это наиболее распространенный вид двигателя для автомобилей.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Таким образом, цикл работы двигателя делится на следующие этапы:

  • Такт впуска.
  • Такт сжатия.
  • Такт расширения, или рабочий ход.
  • Такт выпуска.

Усилие от двигающегося поршня цилиндра через коленчатый вал преобразуется во вращательное движение вала двигателя. Часть энергии вращения расходуется на возвращения поршней в исходное состояние, для совершения нового цикла. Конструкция вала определяет различное положение поршней в разных цилиндрах в каждый конкретный момент времени. Таким образом чем больше в двигателе цилиндров, тем, в общем случае, равномернее вращение его вала.

По расположению цилиндров двигатели делятся на несколько типов:

а) Двигатели с вертикльным или наклонным расположением цилиндров в один ряд

Механизм газораспределения двигателя на такте выпуска обеспечивает очистку цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) и наполнение цилиндров новой порцией топливно-воздушной смеси на такте впуска.

Система зажигания производит высоковольтный разряд и передает его свече цилиндра через высоковольтный провод. Управление поджигом осуществляет трамблер, провода от которого подходят к каждой свече. Трамблер устроен таким образом, чтобы разряд возникал именно в том цилиндре, где поршень в данный момент проходит точку наибольшего сжатия топливной смеси. Если смесь воспламенится раньше, то давление газа сработает против его хода, если позже — мощность выделяемая расширением газов будет использована не полностью.

Для запуска двигателя, ему необходимо придать начальное движение. Для этого используется система старта (см. статью «как работает стартер») от электрического двигателя — стартера.

Преимущества бензиновых двигателей

  • Более низкий уровень шума и вибраций по сравнению с дизелем;
  • Большая мощность при равном объеме двигателя;
  • Возможность работы на высоких оборотах, без серьезных последствий для двигателя.

Недостатки бензиновых двигателей

  • Больший чем у дизеля расход топлива, и более высокие требования к его качеству;
  • Необходимость наличия и постоянной работы системы зажигания топлива;
  • Наибольшая мощность бензиновых ДВС достигается в узком диапазоне оборотов.

of your page —>

Виктор Алексеев, интернет-проект «Как работают вещи»

Что такое ДВС и как работает двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой агрегат, в котором топливо сгорает непосредственно внутри рабочей камеры. В настоящее время он является основным типом силовых установок для автомобилей, судов, самолетов, различной специальной техники и другого оборудования. Существует несколько типов ДВС, которые различаются принципом работы и особенностями конструкции. К ним относятся:

  • поршневые двигатели. У них камера сгорания расположена в цилиндре, а преобразование тепловой энергии в механическую осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма;
  • газотурбинные. Двигатели такого типа чаще всего ставят на авиационную технику. Их особенностью является использование ротора с лопатками для преобразования энергии;
  • роторно-поршневые. Они используют ротор специальной формы, который вращается под действием рабочих газов.

Наибольшее распространение в сфере транспорта, спецтехники и средств малой механизации получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине, дизельном топливе или сжиженном газе. В зависимости от количества тактов в рабочем цикле они бывают двух- и четырехтактными. Рассмотрим принцип работы каждого из них:

  1. Двухтактные моторы. В них весь рабочий процесс производится за один оборот коленчатого вала, который включает 2 такта — поршень вниз, при котором осуществляются рабочий ход поршня, вывод из цилиндра продуктов сгорания предыдущего цикла и наполнение его свежей горючей смесью, и поршень вверх, который подразумевает сжатие и воспламенение рабочей смеси. Такая схема позволяет снимать большую мощность с единицы объема двигателя, а также увеличивать максимальную частоту вращения коленвала. К недостаткам двухтактных моторов можно отнести высокий расход топлива и низкую экологичность. На сегодняшний день такие двигатели устанавливаются в основном только на мотоциклы и малогабаритную спецтехнику.
  2. Четырехтактные моторы. Их рабочий цикл состоит из следующих этапов — впуск (поршень вниз), сжатие (поршень вверх), сгорание топлива (поршень вниз) и выпуск отработавших газов (поршень вверх). При этом в бензиновых двигателях на на стадии впуска в цилиндр подается топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется в конце такта сжатия с помощью свечи зажигания. В дизельных моторах на первом этапе в цилиндр попадает только воздух, а топливо впрыскивается в момент максимального сжатия, что позволяет ему воспламеняться без свечи зажигания только под действием высокой температуры сильно сжатого воздуха.
Читать еще:  Что будет если перекрыть подачу воздуха в двигатель

Ищете надежный и экономичный силовой агрегат для оборудования или техники? Купить бензиновый или дизельный двигатель с оптимальным соотношением цены и качества можно в ООО «Контурс-СДМ».

Наш сотрудник перезвонит Вам в ближайшее время.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Какие процессы происходят в цилиндрах

Цикл работы двигателя замкнутый. Возможна организация работы ДВС с кривошипно-шатунным механизмом по двух и четырехтактному циклу. Но подавляющее большинство автомобильных двигателей внутреннего сгорания работает по четырехтактному циклу. Рассмотрим, каким образом происходит эта работа.

Но для начала немного терминологии

Коленчатый вал вращается. Соединенный с ним поршень совершает в цилиндре движение вверх — вниз. Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Это верхняя мёртвая точка (сокращенно ВМТ) и нижняя мёртвая точка (НМТ).

Перемещение поршня от одного крайнего положения до другого называется тактом. Следовательно у четырехтактного двигателя цикл работы выполняется за четыре движения поршня вверх-вниз, что соответствует двум оборотам коленчатого вала.

Если умножить площадь торца (днища) поршня на расстояние между ВМТ и НМТ получим, так называемый, рабочий объем цилиндра, обозначаемый Vh.

Если умножить рабочий объем цилиндра на количество цилиндров в двигателе получается тот самый рабочий объем двигателя. Эта цифра в литрах всегда фигурирует среди технических параметров автомобиля. Многие автопроизводители гордо выносят эту цифру на шильдик, располагая его на задней части автомобиля (часто цифру привирают).

Цифра указывающая на рабочий объем двигателя

Объем над поршнем, когда он замер в ВМТ, называют объемом камеры сгорания (Vс). Именно в этом объеме начинается горение смеси паров топлива и воздуха. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра :Va = Vh + Vс.

Следующий важный параметр двигателя, это геометрическая степень сжатия. Обозначается ε. Она показывает, во сколько раз изменяется объем над поршнем, когда он перемещается от НМТ к ВМТ, ε = Va/Vc. Чем больше ε, тем выше температура и давление в смеси газов над поршнем при приближении его к ВМТ. Повышение степени сжатия делает двигатель экономичнее и увеличивает его мощность.

Но величина ε зависит от топлива, на которое рассчитан двигатель. Для двигателя, работающего на бензине ε = 6 – 10, для газовых ε = 7 – 9, для дизельных ε = 15 – 20. Отсюда видно, почему бензиновый двигатель легко переоборудовать для работы на газе. У дизелей такое высокое значение ε необходимо для того, чтобы обеспечить самовоспламенение топлива.

Ну а теперь непосредственно о рабочем цикле

Первый такт цикла носит название «впуск». Поршень движется от ВМТ к НМТ. Впускной клапан открыт, и через него в цилиндр поступают пары бензина смешанные с воздухом, так называемая горючая смесь (у дизельного двигателя – чистый воздух).

Второй такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется от НМТ к ВМТ, рабочая смесь (горючая смесь и остатки продуктов горения от предыдущего цикла) сжимается. Когда поршень приближается в ВМТ, у бензиновых двигателей между контактами свечи зажигания проскакивает электрическая искра для поджигания смеси.

Почему искра подается не в ВМТ, а раньше?

Дело в том, что перед началом горения должны пройти реакции, подготавливающие смесь к горению. Интенсивное горение смеси должно начаться только когда поршень достигнет ВМТ. Время на подготовительные реакции всегда одинаковое, а скорость перемещения поршня изменяется при изменении оборотов коленчатого вала. Поэтому приходиться изменять момент подачи искры, изменять, так называемый «угол опережения зажигания».

Меняется угол опережения зажигания

У дизельных двигателей при приближении поршня к ВМТ через специальную форсунку в надпоршневое пространство под высоким давлением впрыскивается топливо. Пока поршень дойдет до ВМТ, топливо должно испариться, перемешаться с воздухом, приготовиться к горению и начать гореть, когда поршень окажется в ВМТ.

Время на подготовку также постоянное, поэтому на высоких оборотах топливо впрыскивается раньше. Изменяется так называемый «угол опережения впрыска».

Третий такт – рабочий ход. Клапаны закрыты. Смесь интенсивно горит, её давление, и температура резко повышаются. Под действием давления поршень движется от ВМТ к НМТ и подталкивает коленчатый вал, подпитывая его энергией.

Четвертый такт – выпуск. Выпускной клапан открыт. Поршень движется от НМТ к ВМТ и отработанные газы выдавливаются из цилиндра.

Цикл закончился и начинается следующий. Следует заметить, что подпитка энергией коленчатого вала происходит только во время такта рабочего хода. Во время всех остальных тактов поршень перемещается (так называемые насосные ходы) за счет энергии, накопленной коленчатым валом от предыдущих рабочих циклов.

Как работает двигатель внутреннего сгорания — видео:

То есть в течение двух оборотов коленчатого вала подпитка его энергией происходит только пол-оборота. Это одна из причин невысокого коэффициента полезного действия четырехтактных двигателей.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Для того, чтобы разобраться в том, как работает двигатель внутреннего сгорания выделим основные элементы его конструкции, поймем для чего они предназначены, и разберемся с фазами работы ДВС.

Устройство ДВС

Конструкция ДВС показана на рисунке.

  • Блок цилиндров — корпусная деталь с выполненными расточками, в которых будет перемещаться поршень;
  • Поршень — важнейшая деталь двигателя, осуществляющая сжатие смеси, а затем перемещается под действием давления расширяющихся газов, поршня, цилиндрической расточки и крышки блока цилиндров образуют рабочую камеру;
  • Шатун, деталь связывающая поршень с коленчатым валом;
  • Коленвал — вал сложной формы, с поясками для установки шатунов, от которых на коленвал передается вращающий момент;
  • Клапаны — элементы, предназначенные для соединения рабочей камеры с впускным или выпускным коллектором;
  • Газораспределительный механизм позволяет управлять клапанами, синхронизируя их работу с циклом работы двигателя внутреннего сгорания;
  • Свеча — генерирует искру для воспламенения смеси топлива и воздуха в рабочей камере.
Читать еще:  Что будет если перегрел двигатель на мазда 3

Фазы работы четырехтактного двигателя

Наибольшее распространение в современных автомобилях получили четырехтактные двигатели. Почему их так называют? Потому, что их работу можно разделить на 4 основных фазы.

Первая фаза. Для работы двигателя нужно топливо и окислитель — воздух, поэтому поршень перемещается вниз, увеличивая объем рабочей камеры. В этот момент клапаны со стороны впускного коллектора открываются, а со стороны выпускного коллектора. Воздух в двигатель за счет раширения камеры, либо нагнетается компрессором в двигателе с турбонаддувом.

Вторая фаза. Перед воспламенением смесь должны быть сжата, чтобы впоследствии она расширилась и переместила поршень, поршень перемещается вверх, давление в рабочей камере увеличивается. Клапаны в этот момент должны быть закрыты.

Третья фаза. Теперь смесь нужно воспламенить, в бензиновом двигателе внутреннего сгорания для этого используется искра от свечи. При воспламенении смесь расширяется и воздействует на поршень, заставляя его вынуждает поршень двигаться вниз и толкать шатун, который, в свою очередь, крутит коленвал.

Четвертая фаза. Для удавления продуктов горения поршень вновь должен переместиться вверх и вытеснить газы в выпускной коллектор. В этот момент открываются клапаны со стороны выпускного коллектора.

После прохождения четвертой фазы, вновь наступит первая.

Количество цилиндров в двигателе

Поршень вращает коленвал на третей фазе, а во время других фаз наоборот коленвал заставляет двигаться поршень. Но за счет чего во время 1, 2 и 4 фазы должен двигаться вал? На него можно установить маховик, и тогда вал будет двигаться по инерции. На валу у можно установить не один, а несколько поршней. Четыре поршня, каждый из которых работает по своему циклу, позволят постоянно вращать коленвал.

Пока один поршень всасывает воздух, другой сжимает смесь, третий — осуществляет рабочий ход, вращая коленвал, а четвертый вытесняет отработанные газы в выходной коллектор.

В двигателе может быть установлено и большее число поршней, обычно это делается на мощных двигателях грузовиков, тепловозов, кораблей.

Газораспределительный механизм

При описании работы двигателя было сказано, что в определенный момент должны открываться клапаны. Как определяется момент их открытия? Для этого используется кулачковый механизм. На валу газораспределительного механизма выполнены пояски сложной формы, клапан прижимается к поверхности пояска с помощью пружины. А сам вал соединен с коленчатым валом с помощью ременной или цепной передачи. В рассмотренном примере, газораспределительный механизм имеет два вала.

Их положение должно быть точно связано с положением коленчатого вала. Если ремень газораспределительного механизме порвется, то клапаны не закроются в нужный момент, а поршни свое движение продолжат. Это вызовет поломку двигателя.

Как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания?

  • Как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания?
  • ДВС что это?
  • Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания
  • Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий ход
  • Выпуск
  • Достоинства и недостатки

Двигатель внутреннего сгорания, или ДВС – это наиболее распространённый тип двигателя, который можно встретить на автомобилях. Невзирая на тот факт, что двигатель внутреннего сгорания в современных автомобилях состоит из множества частей, его принцип работы предельно прост. Давайте подробнее рассмотрим, что же такое ДВС, и как он функционирует в автомобиле.

  • ДВС что это?
  • Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания
  • Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
    • Впуск
    • Сжатие
    • Рабочий ход
    • Выпуск
  • Достоинства и недостатки

ДВС что это?

Двигатель внутреннего сгорания – это вид теплового двигателя, в котором преобразовывается часть химической энергии, получаемой при сгорании топлива, в механическую, приводящую механизмы в движение.

ДВС разделяются на категории по рабочим циклам: двух- и четырёхтактные. Также их различают по способу приготовления топливно-воздушной смеси: с внешним (инжекторы и карбюраторы) и внутренним (дизельные агрегаты) смесеобразованием. В зависимости от того, как в двигателях преобразовывается энергия, их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные и комбинированные.

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания состоит из огромного количества элементов. Но есть основные, которые характеризуют его производительность. Давайте рассмотрим строение ДВС и основных его механизмов.

1. Цилиндр – это самая важная часть силового агрегата. Автомобильные двигатели, как правило, имеют четыре и более цилиндров, вплоть до шестнадцати на серийных суперкарах. Расположение цилиндров в таких двигателях может находиться в одном из трёх порядков: линейно, V-образно и оппозитно.

3. Клапаны впуска и выпуска также функционируют только в определённые моменты. Один открывается, когда нужно впустить очередную порцию топлива, другой, когда нужно выпустить отработанные газы. Оба клапана крепко закрыты, когда в двигателе происходят такты сжатия и сгорания. Это обеспечивает необходимую полную герметичность.

4. Поршень представляет собой металлическую деталь, которая имеет форму цилиндра. Движение поршня осуществляется вверх-вниз внутри цилиндра.

5. Поршневые кольца служат уплотнителями скольжения внешней кромки поршня и внутренней поверхности цилиндра. Их использование обусловлено двумя целями:

• Они не дают попадать горючей смеси в картер ДВС из камеры сгорания в моменты сжатия и рабочего такта.

Читать еще:  Высокие обороты двигателя на холостом ходу заз шанс

• Они не дают попасть маслу из картера в камеру сгорания, ведь там оно может воспламениться. Многие автомобили, которые сжигают масло, оборудованы старыми двигателями, и их поршневые кольца уже не обеспечивают должного уплотнения.

6. Шатун служит соединительным элементом между поршнем и коленчатым валом.

7. Коленчатый вал преобразует поступательные движения поршней во вращательные.

8. Картер располагается вокруг коленчатого вала. В его нижней части (поддоне) собирается определённое количество масла.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В предыдущих разделах мы рассмотрели назначение и устройство ДВС. Как вы уже поняли, каждый такой двигатель имеет поршни и цилиндры, внутри которых тепловая энергия преобразуется в механическую. Это, в свою очередь, заставляет автомобиль двигаться. Данный процесс повторяется с поразительной частотой – по несколько раз в секунду. Благодаря этому, коленчатый вал, который выходит из двигателя, непрерывно вращается.

Рассмотрим подробнее принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Смесь топлива и воздуха попадает в камеру сгорания через впускной клапан. Далее она компрессируется и воспламеняется искрой от свечи зажигания. Когда топливо сгорает, в камере образуется очень высокая температура, которая приводит к появлению избыточного давления в цилиндре. Это заставляет двигаться поршень к «мёртвой точке». Он таким образом совершает один рабочий ход. Когда поршень двигается вниз, он посредством шатуна вращает коленчатый вал. Затем, двигаясь от нижней мёртвой точки к верхней, выталкивает отработанный материал в виде газов через клапан выпуска далее в выхлопную систему машины.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня. Совокупность таких тактов, которые повторяются в строгой последовательности и за определённый период – это рабочий цикл ДВС.

Впуск

Впускной такт является первым. Он начинается с верхней мёртвой точки поршня. Он движется вниз, всасывая в цилиндр смесь из топлива и воздуха. Этот такт происходит, когда клапан впуска открыт. Кстати, существуют двигатели, у которых присутствует несколько впускных клапанов. Их технические характеристики существенно влияют на мощность ДВС. В некоторых двигателях можно регулировать время нахождения впускных клапанов открытыми. Это регулируется нажатием на педаль газа. Благодаря такой системе количество всасываемого топлива увеличивается, а после его возгорания существенно возрастает и мощность силового агрегата. Автомобиль в таком случае может существенно ускориться.

Сжатие

Вторым рабочим тактом двигателя внутреннего сгорания является сжатие. По достижении поршнем нижней мертвой точки, он поднимается вверх. За счёт этого попавшая в цилиндр смесь во время первого такта сжимается. Топливно-воздушная смесь сжимается до размеров камеры сгорания. Это то самое свободное место между верхними частями цилиндра и поршня, который находится в своей верхней мертвой точке. Клапаны в момент этого такта плотно закрыты. Чем герметичнее образованное пространство, тем более качественное сжатие получается. Очень важно, какое состояние у поршня, его колец и цилиндра. Если где-то присутствуют зазоры, то о хорошем сжатии речи быть не может, а, следовательно, и мощность силового агрегата будет существенно ниже. По величине сжатия определяется то, насколько изношен силовой агрегат.

Рабочий ход

Этот третий по счёту такт начинается с верхней мёртвой точки. И такое название он получил не случайно. Именно во время этого такта в двигателе происходят те процессы, которые двигают автомобиль. В этом такте подключается система зажигания. Она отвечает за поджог воздушно-топливной смеси, сжатой в камере сгорания. Принцип работы ДВС в этом такте весьма прост – свеча системы дает искру. После возгорания топлива происходит микровзрыв. После этого оно резко увеличивается в объёме, заставляя поршень резко двигаться вниз. Клапаны в этом такте находятся в закрытом состоянии, как и в предыдущем.

Выпуск

Заключительный такт работы двигателя внутреннего сгорания – выпуск. После рабочего такта поршнем достигается нижняя мёртвая точка, а затем открывается выпускной клапан. После этого поршень движется вверх, и через этот клапан выбрасывает отработанные газы из цилиндра. Это процесс вентиляции. От того, насколько чётко работают клапан, зависит степень сжатия в камере сгорания, полное удаление отработанных материалов и нужное количество воздушно-топливной смеси.

После этого такта всё начинается заново. А за счёт чего вращается коленвал? Дело в том, что не вся энергия уходит на движение автомобиля. Часть энергии раскручивает маховик, который под действием инерционных сил раскручивает коленчатый вал ДВС, перемещая поршень в нерабочие такты.

Достоинства и недостатки

Мы с вами узнали, что представляет из себя двигатель внутреннего сгорания, а также каково его устройство и принцип работы. В заключение разберём его основные преимущества и недостатки.

Преимущества ДВС:

1. Возможность длительного передвижения на полном баке.

2. Небольшой вес и объём бака.

5. Умеренная стоимость.

6. Компактные размеры.

7. Быстрый старт.

8. Возможность использования нескольких видов топлива.

Недостатки ДВС:

1. Слабый эксплуатационный КПД.

2. Сильная загрязняемость окружающей среды.

3. Обязательное наличие коробки переключения передач.

4. Отсутствие режима рекуперации энергии.

5. Большую часть времени работает с недогрузом.

7. Высокая скорость вращения коленчатого вала.

8. Небольшой ресурс.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector