Схема двигателя внутреннего сгорания
Таким образом создаются три изолированные камеры, в которых попеременно сжигается топливо. Автомобильные и тракторные двигатели. После модерации Вы получите соответствующее уведомление на email адрес.
Ранее такие бензиновые двигатели преобладали; теперь, с развитием микропроцессоров, их область применения стремительно сокращается применяются на маломощных ДВС, с низкими требованиями к выхлопу и расходу топлива. Особенностью является получение топливной смеси в коллекторе или открытых цилиндрах двигателя путём подачи инжекторной системой подачи топлива. В настоящий момент является преобладающим вариантом ДВС Отто, поскольку позволяет резко упростить электронное управление двигателем.
Нужная степень однородности смеси достигается за счет увеличения давления форсуночного распыливания топлива. Одним из вариантов является непосредственный впрыск топлива, кроме высокой равномерности позволяющий повысить степень сжатия а значит, и экономичность двигателя. Впервые системы впрыска появились на авиационных двигателях, поскольку позволяли дозировать смесь в любом положении двигателя. Предложен изобретателем Ванкелем в начале XX века. Основа двигателя — треугольный ротор поршень , вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя [ источник не указан дней ].
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. 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, и потому — с выполнением экологических требований [27]. RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок. Обычно роторно-поршневые ДВС используют в качестве топлива бензин , но возможно и применение газа.
Роторно-поршневой двигатель является ярким представителем бесшатунных ДВС, наряду с двигателем Баландина. Это обычный поршневой ДВС, работающий по циклу Отто с искровым зажиганием , использующий в качестве топлива углеводороды , находящиеся при нормальных условиях в газообразном состоянии. Эти двигатели имеют широкое применение, например, в электростанциях малой и средней мощности, использующих в качестве топлива природный газ в области высоких мощностей безраздельно господствуют газотурбинные энергоблоки.
Могут работать по 2-тактному циклу, однако 4-тактный вариант распространён больше. В дизельном двигателе воспламенение топлива происходит иначе. В разогретый от адиабатического сжатия в цилиндре воздух через форсунку впрыскивается и распыляется порция топлива. При распыливании вокруг отдельных испаряющихся капель топлива возникают очаги сгорания, и по мере впрыскивания порция топлива сгорает в виде факела.
Так как дизельные двигатели не подвержены детонации из-за начала подачи и сгорания топлива после ВМТ такта сжатия , степень сжатия детонацией не ограничена. Повышение её свыше 15 практически роста КПД не даёт [29] , поскольку при этом максимальное давление ограничивают путём более длительного сгорания и уменьшением угла опережения впрыска.
Однако малоразмерные вихрекамерные дизели ru de могут иметь степень сжатия до 26, для надёжного воспламенения в условиях большого теплоотвода и для меньшей жёсткости работы. Для облегчения пуска дизели могут иметь свечи накаливания, электрофакельные форсунки, либо другие устройства.
Крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжёлых топливах, например, на мазуте. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, сжатым воздухом, либо, в случае с дизель-генераторными установками, от присоединённого электрического генератора , который при пуске выполняет роль стартера. Современные двигатели, называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля , а по циклу Тринклера — Сабатэ со смешанным подводом теплоты.
Недостатки их обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряжённостью, 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. Основная порция обедненного газовоздушного заряда приготавливается, как в любом из газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой , а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.
Обычно имеется возможность работы по чисто дизельному циклу. Применение: тяжёлые грузовики, автобусы, тепловозы чаще маневровые. Газодизельные двигатели, как и газовые, дают меньше вредных выбросов, к тому же природный газ дешевле. Зарубежные фирмы также активно разрабатывают такие конструкции [32]. Разновидность дизельного двигателя с отдачей энергии в виде поступательного движения поршня бабы. Не имеет кривошипно-шатунного механизма, систем охлаждения и смазки.
Распыление топлива в старых конструкциях происходит при ударе бабы в лунку шабота, в более новых распылением форсункой. Разновидность дизельного двигателя с отдачей энергии в виде энергии сжатого газа. Колеблющийся в цилиндре поршень отдаёт энергию, сжимая газ в подпоршневом пространстве. Таким образом, исчезает необходимость в отдельном поршневом или центробежном компрессоре, а также кривошипно-шатунном механизме.
В связи с быстрым ростом числа электромобилей возник спрос на маломощные бензиновые электрогенераторы, так называемые удлинители пробега. По конструкции они в своём большинстве второе поколение удлинителей также являются свободно-поршневыми двигателями. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания представляет 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 внёс советский инженер, профессор А. Наиболее распространённым типом комбинированных двигателей является поршневой с турбонагнетателем. Турбонагнетатель или турбокомпрессор ТК, ТН — это нагнетатель , который приводится в движение выхлопными газами.
Получил своё название от слова «турбина» фр. Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора , закреплённых на противоположных концах общего вала.
Струя рабочего тела в данном случае, выхлопных газов воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из жаропрочного сплава.
На валу, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевого сплава, который при вращении вала нагнетает воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора.
Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем воздуха интеркулером позволяет обеспечивать подачу более плотного заряда в цилиндры ДВС в современных турбированных двигателях используется именно такая схема. В некоторых схемах двигатели имеют две или более ступени наддува, обычно с промежуточным охлаждением, причём турбокомпрессоры регулируются величина нагнетания ограничена , что позволяет в принципе получить разнообразные варианты зависимости мощности от оборотов улучшение транспортной характеристики.
Двигатели с нагнетанием заряда до появления реактивных были единственно возможными в высотной авиации, ввиду падения плотности воздуха с высотой ; наддув имеет широкое применение в дизельных двигателях позволяя повысить удельные показатели мощности до уровня безнаддувных искровых ДВС и выше , реже в бензиновых. Благодаря настройке турбонаддува регулятор давления , а также настройкам газораспределительного механизма , которые вместе определяют наполнение цилиндров двигателя, можно улучшать его транспортную характеристику.
Развивает тягу посредством реактивной силы от продуктов сгорания, выбрасываемых через сопло. Для разгона рабочего тела используется как расширение газа за счёт разогрева при сгорании тепловые реактивные двигатели , так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле см.
Реактивный двигатель совмещает двигатель с движителем , то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами.
По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов , ракет и космических аппаратов. Характеризуется сжатием рабочего тела в компрессорной части, после сгорания значительно увеличившиеся в объёме за счёт теплового расширения продукты сгорания проходят турбинную часть. В случае газотурбинного двигателя, мощность отдаётся на вал турбины, в случае турбореактивного — движение продуктов сгорания создаёт импульс двигателя.
Является самой первой по времени изобретения разновидностью поршневого двигателя внутреннего сгорания [33] [34]. Особенностью огнестрельного оружия, как теплового двигателя , служит применяемое твёрдое топливо , имеющее высокие объёмную теплоту сгорания и скорость сгорания, обеспечивающее многократное увеличение объёма продуктов сгорания и эффективный разгон выбрасываемых из ствола цилиндра пуль или снарядов, служащих поршнем.
Как и другие двигатели, огнестрельное оружие может иметь воздушное и жидкостное охлаждение; в массивных орудийных установках применяют принудительную продувку, охлаждающую ствол, после каждого выстрела. Зажигание топлива производится ударом бойка по капсюлю.
С каждым циклом работы такой двигатель разгоняет пулю или снаряд , поражающие цель на большой дистанции без физических усилий стрелка. Кроме основных функциональных частей, обеспечивающих преобразование энергии горячего газа в крутящий момент или поступательное движение, ДВС имеют дополнительные системы: системы подачи топлива, смазки , охлаждения , запуска ; смотря по конструкции двигателя — системы газораспределения , впрыска топлива , зажигания и другие. Эффективность этих систем, особенно связанных с подачей горючего и воздуха, прямо влияет на мощность, экономичность и экологичность двигателя, характеристики же других система запуска, смазки, охлаждения, система очистки воздуха сказываются в основном на массогабаритных показателях и ресурсе [35].
Потребительские качества двигателя принимая за образец классический поршневой или комбинированный двигатель, отдающий крутящий момент можно охарактеризовать следующими показателями:. ДВС, отдающие мощность на выходной вал, обычно характеризуются кривыми крутящего момента и мощности в зависимости от частоты вращения вала от минимально устойчивых оборотов холостого хода до максимально возможных, при которых ДВС может длительно работать без поломок [36].
Дополнительно к двум этим кривым может быть представлена кривая удельного расхода топлива [37]. По результатам анализа таких кривых определяется коэффициент запаса крутящего момента он же коэффициент приспособляемости и другие показатели, влияющие на конструкцию трансмиссии [38]. Для потребителей производители предоставляют внешние скоростные характеристики с нетто-мощностью ISO, согласно региональному стандарту измерения мощности ДВС, который зависит от температуры, давления, влажности воздуха, применяемого топлива и наличия отбора мощности на установленные агрегаты.
Внешней эту характеристику называют потому, что линии мощности и крутящего момента проходят выше частичных скоростных характеристик, и нельзя получить мощность выше этой кривой никакими манипуляциями с органами подачи топлива абсолютная скоростная — смотри ниже.
В публикациях х годов и более ранних приводятся скоростные характеристики, базирующиеся на измерении мощности брутто кривая крутящего момента, соответственно, также располагается на графике выше. Эта мощность определяется без учёта потерь на приводы внешних агрегатов двигателя вентилятор, водяной насос, генератор. Из приводимых коленвалом потребителей в таком случае остаётся только масляный насос и распределительный вал валы. Кроме полных, в расчётах транспортных трансмиссий активно используются частичные скоростные характеристики — эффективные показатели двигателя при промежуточных положениях регулятора подачи топлива или дроссельной заслонки в случае бензиновых двигателей [38].
Для транспортных средств с гребными винтами на таких характеристиках приводят винтовые характеристики при различных положениях шага винта с регулируемым шагом [39]. Существуют и другие характеристики, не публикуемые для потребителей, например, с кривыми индикаторной мощности, индикаторного расхода топлива и индикаторного крутящего момента и используемые при расчёте ДВС, а также абсолютная скоростная характеристика , показывающая максимально возможную мощность данного двигателя, которую можно получить при подаче большего количества топлива, чем на номинальном режиме.
Для дизельных двигателей строится также линия дымления , работа за которой не допускается [40]. Работа на абсолютной характеристике практически кроме пуска ДВС не производится, поскольку при этом снижается экономичность и экологичность двигателя, сокращается ресурс особенно для дизельных двигателей, у которых работа за линией дымления сокращает ресурс двигателя до считанных часов [41].
Характерное отличие скоростных характеристик дизельного и искрового двигателя частичные скоростные характеристики второго резко снижаются в области больших оборотов вызвано различным способом регулирования мощности: в газовых и бензиновых двигателях подача воздуха или горючей смеси ограничивается дроссельной заслонкой количественное регулирование , и при увеличении дросселирования наполнение цилиндра резко уменьшается с ростом оборотов, в дизельных же двигателях количество воздуха остаётся прежним качественное регулирование , и крутящий момент снижается примерно пропорционально подаче топлива за цикл [42].
Это влечёт за собой два следствия: первое, бензиновые двигатели имеют более высокий коэффициент приспособляемости , и потому автомобиль, оснащённый таким двигателем, может иметь меньшее число передач в коробке скоростей; второе, дизельные двигатели значительно меньше снижают свой КПД при работе на частичных скоростных характеристиках [43]. В связи с этим, поздние модели двигателей с впрыском топлива в цилиндры FSI на неполных нагрузках дросселируют меньше, при этом в цилиндрах происходит так называемое послойное смесеобразование очаг сгорания вокруг факела топлива в центре окружён воздухом.
Одновременно с ростом КПД такой процесс сгорания снижает выбросы [44]. Таким образом, эти двигатели будут иметь характеристики, промежуточные между упомянутыми. С другой стороны, в последние десятилетия стали активно применять дросселирование дизельных двигателей, вводимое с целью улучшения транспортной характеристики.
Наибольший эффект дросселирование даёт на дизелях, снабжённых турбонаддувом [45]. В значительной степени определяется конструкцией и степенью форсировки. В последнее время, в связи с ростом экологических требований, предельно допустимый ресурс двигателя ограничен не только его снижением мощности и расхода топлива, но и ростом вредных выбросов. Для поршневых и роторных ДВС ресурс в значительной степени обусловлен износом уплотнений поршня поршневые кольца или ротора торцевые уплотнения , для газотурбинных и реактивных — потерей прочностных качеств материалом и деформацией лопаток.
Во всех случаях происходит постепенный износ подшипников и уплотнений валов, а в связи с зависимостью основного механизма двигателя от вспомогательных агрегатов ресурс ограничен отказом первого из них. Обычно двигатели имеют интервалы обслуживания, связанные с промывкой или сменой фильтров, также масла, свечей зажигания, зубчатых ремней или цепей. Смотря по конструкции, двигатели нуждаются в различных типах проверочных и регулировочных работ, гарантирующих следующий период безотказной работы двигателя.
Однако даже при соблюдении всех правил обслуживания, двигатель постепенно изнашивается. Кроме установленного заводом ресурса обусловленного твёрдостью и притиркой изнашиваемых деталей и тепловым режимом , при прочих равных условиях двигатель значительно дольше служит на частичных мощностных режимах [46].
Заложенный при проектировании ресурс из денежных соображений должен быть израсходован при увеличении расчётной долговечности возрастает вес и стоимость двигателя , однако вследствие естественного разброса условий эксплуатации некоторые двигатели могут выходить из строя раньше намеченного.
Кроме полного отказа, причиной ухода в ремонт может быть нарушение экологических требований, снижение мощности, увеличение расхода топлива, ускоренный износ стук, задиры и т. Ремонт ДВС классифицируют на текущий, промежуточный, и капитальный. Первый подразумевает оставление основных деталей без смены для поршневых — без выема поршней и коленвала , второй — частичную смену основных деталей для поршневых — замена поршневых колец, вкладышей вала без шлифования , капитальный же включает замену основных деталей и шлифование вала.
Для газотурбинных установок промежуточный ремонт не осуществляется.
Высокие экологические требования вызвали смену политики многих двигателестроительных заводов, оставлявших ранее много промежуточных размеров для ремонта, так что современные двигатели имеют либо малое количество ремонтных размеров, либо расточка их вовсе не предусмотрена.
Это компенсируется увеличением ресурса до капитального ремонта или полного ресурса. Во избежание преждевременного отказа двигателя из-за нарушений условий эксплуатации, их комплектуют устройствами контроля уровня масла, охлаждающей жидкости, температуры, вибрации тензодатчики и другими.
Вкупе с электронным управлением подачи топлива и момента зажигания, современный двигатель становится всё более компьютеризованным устройством. Во многих случаях диагностика поломок производится с помощью так называемых мотор-тестеров, подключаемых к диагностическому разъёму транспортного средства. Однако при возникновении механических, а не программных или электронных поломок, двигатель всё-таки нуждается в частичном или полном капитальном ремонте.
Дизельные двигатели также могут выбрасывать элементарный углерод в виде сажи C. Количество образующихся веществ зависит в конечном счёте от протекающего рабочего процесса, в частности, температуры сгорания, количества топлива в прилегающих к стенкам камеры сгорания областях зоны гашения пламени , времени сгорания, а также гомологии и элементарного состава топлива так, водородное топливо не может давать выбросов CO, CH и C, поскольку не содержит углерода; бензины с большим содержанием ароматических углеводородов дают большие выбросы бенз-альфа-пирена и так далее.
Эти вещества наносят вред окружающей среде и человеку и называются вредными выбросами [3]. Уменьшение расхода топлива транспортным средством уменьшает и вредные выбросы, приходящиеся на километр пути.
Отсюда видна важность топливной экономичности автомобилей , выбрасывающих более половины мировых загрязнений. В первые десятилетия внедрения двигателей внутреннего сгорания вредным выбросам не уделялось достаточное внимание, поскольку автомобилей и собственно двигателей было меньше.
В дальнейшем производителей обязали соблюдать определённые нормы выбросов , причём с годами они становятся всё строже. Для уменьшения выбросов в принципе возможны три способа [47] :. Существующие нормы токсичности в развитых странах требуют обычно применения нескольких способов сразу [47]. При этом обычно ухудшается топливная экономичность как автомобилей, так и всего транспортного включая нефтеперегонные заводы комплекса, поскольку оптимумы циклов по экономичности и экологичности у двигателей обычно не совпадают, а изготовление высокоэкологичного топлива требует больше энергии.
Наибольший процент вредных выбросов даёт наземный транспорт, в первую очередь легковые и грузовые автомобили. Установленные на них поршневые двигатели для достижения высокой экономичности имеют высокую температуру сгорания, при которой образуются окислы азота.
Выбросы углероводоров ограничиваются в значительной степени эффективно работающими катализаторами, но к сожалению, при прогреве двигателя и на холостом ходу из-за низкой температуры отходящих газов их эффективность снижается. В таких же вариантах ДВС, как газотурбинные и реактивные, сгорание организовано непрерывно, причём максимальная температура меньше. Поэтому они имеют обычно меньшие выбросы недогоревших углеводородов по причине меньшей зоны гашения пламени и достаточной длительности сгорания и выбросы окислов азота по причине меньшей максимальной температуры.
Температура в таких двигателях ограничена теплостойкостью лопаток, сопел, направляющих, и для транспортных двигателей составляет Улучшения экологических показателей, например, ракет, достигают обычно подбором топлив например, вместо НДМГ и перекиси азота применяют жидкие кислород и водород. Ранее автомобильные и авиационные двигатели использовали этилированный бензин, продукты сгорания которого содержали практически не выводимый из организма человека свинец.
Больше всего загрязнение сказывается в крупных городах, расположенных в низинах и окруженных возвышенностями: при безветрии в них образуется смог. В настоящее время нормируются не только собственно вредные выбросы, но также выделение транспортным средством углекислого газа и воды в связи с влиянием на климат.
В последнее время высказываются серьёзные опасения в отношении дальнейшего применения двигателей на ископаемом топливе большинство ДВС , в связи с проблемой глобального потепления [49] [50].
Вследствие введения с года в Европе новых экологических норм, европейские производители легковых автомобилей планируют переключиться на выпуск электромобилей [51]. Разработка ДВС нетривиальна, поскольку к цели идёт множество путей. Выбор лучшего применительно к конкретной области и требованиям является примером многофакторной оптимизации. Здесь недостаточно интуиции, нужны большие затраты при разработке вариантов, ресурсные испытания. Тенденции развития двигателестроения предоставляют много вариантов дальнейшего развития [53].
Высокие требования к деталям ДВС, сложности технологического порядка материалы, обработка , производственный цикл поточность, возможность брака , масштабы производства миллионы единиц , высокий уровень конкуренции и интеграции мировой экономики позволяют судить об уровне технологии государства по уровню выпускаемых ДВС. Высокоэффективные двигатели не только позволяют создавать экономичный и экологичный транспорт, но и вести независимую разработку в таких областях как военное дело, ракетостроение в частности, космические программы [54].
Высокотехнологичные производства служат центром кристаллизации инженерных сообществ, рождению новых идей. Так, конвейерная сборка была впервые внедрена на сборке автомобилей, оснащённых ДВС. Поддержание в исправном состоянии и управление многочисленными транспортными средствами создало множество новых профессий, рабочих мест, методов ведения бизнеса и даже образа жизни коммивояжеры , путешественники.
Не будет преувеличением сказать, что появление ДВС революционизировало весь мир [55]. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Основная статья: История создания двигателей внутреннего сгорания.
Основная статья: Бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Основная статья: Карбюраторный двигатель. Основная статья: Роторно-поршневой двигатель. Дополнительные сведения: Роторно-цилиндро-клапанный двигатель. Основная статья: Дизельный двигатель. Основная статья: Газодизельный двигатель. Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях.
В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу.
Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. На автомобилях используются 4х тактные ДВС. Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня такта.
Начиная с середины ХХ века — наиболее распространённая разновидность поршневого ДВС, особенно в двигателях средней и большой мощности.
Атрибутивный агрегат четырёхтактного двигателя, управляет газообменом при смене тактов, обеспечивая поочередное подключение полости цилиндра к впускному и выхлопному коллекторам. Управление газораспределением может осуществляться:.
В этом случае привод клапанов осуществляется непосредственно мощными быстродействующими электромагнитами БМВ или с использованием гидропривода ФИАТ. И так, сегодня вы узнали как работает 4х тактный ДВС, в скором времени мы познакомимся с видами ДВС и их особенностями.
При впуске поршень движется вниз от верхней мертвой точки, открыт впускной клапан. В цилиндре образуется разрежение, за счёт которого в него засасывается свежий заряд.
