Aklaypart.ru

Авто Журнал
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатель внутреннего сгорания определение

Как работает двигатель внутреннего сгорания

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.

Общее устройство ДВС

Чтобы понять принцип работы мотора, необходимо в общих чертах представить его устройство. Основными частями являются:

  1. блок цилиндров (в нашем случае цилиндр один);
  2. кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого вала, шатунов и поршней;
  3. головка блока с газораспределительным механизмом (ГРМ).


Кривошипно-шатунный механизм обеспечивает преобразование поступательно-возвратного движения поршней во вращение коленчатого вала. Поршни приходят в движение благодаря энергии сгорающего в цилиндрах топлива.

Работа данного механизма невозможна без работы механизма газораспределения, который обеспечивает своевременное открытие впускных и выпускных клапанов для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов. Состоит ГРМ из одного или нескольких распределительных валов, имеющих кулачки, толкающие клапаны (не менее двух на каждый цилиндр), клапанов и возвратных пружин.

Двигатель внутреннего сгорания способен работать только при слаженной работе вспомогательных систем, к которым относятся:

  • система зажигания, отвечающая за воспламенение горючей смеси в цилиндрах;
  • впускная система, обеспечивающая подачу воздуха для образования рабочей смеси;
  • топливная система, обеспечивающая непрерывную подачу топлива и получение смеси горючего с воздухом;
  • система смазки, предназначенная для смазывания трущихся деталей и удаления продуктов износа;
  • выхлопная система, которая обеспечивает удаление отработавших газов из цилиндров ДВС и снижение их токсичности;
  • система охлаждения, необходимая для поддержания оптимальной температуры для работы силового агрегата.

ЛЕКЦИЯ 10 Тема: ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

ЛЕКЦИЯ 10

Тема: ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

1. Определение двигателей внутреннего сгорания.

2. Классификация ДВС.

3. Общее устройство ДВС.

4. Основные понятия и определения.

1. Определение двигателей внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) называют поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива, выделение теплоты и превращение её в механически работу происходит непосредственно в его цилиндре.

2. Классификация ДВС

По способу осуществления рабочего цикла ДВС подразделяются на две большие категории:

1) четырёхтактные ДВС, у которых рабочий цикл в каждом цилиндре совершается за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала;

2) двухтактные ДВС, у которых рабочий цикл в каждом цилиндре совершается за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.

По способу смесеобразования четырёхтактные и двухтактные ДВС различают:

1) ДВС с внешним смесеобразованием, в которых горючая смесь образуется за пределами цилиндра (к ним относятся карбюраторные и газовые двигатели);

2) ДВС с внутренним смесеобразованием, в которых горючая смесь образуется непосредственно внутри цилиндра (к ним относятся дизели и двигатели с впрыском лёгкого топлива в цилиндр).

По способу воспламенения горючей смеси различают:

1) ДВС с воспламенением горючей смеси от электрической искры (карбюраторные, газовые и с впрыском лёгкого топлива);

2) ДВС с воспламенением топлива в процессе смесеобразования от высокой температуры сжатого воздуха (дизели).

По виду применяемого топлива различают:

1) ДВС, работающие на легком жидком топливе (бензине и керосине);

2) ДВС, работающие на тяжёлом жидком топливе (газойле и дизельном топливе);

3) ДВС, работающие на газовом топливе (сжатый и сжиженный газ; газ, поступающий из специальных газогенераторов, в которых при недостатке кислорода сжигается твёрдое топливо – дрова или уголь).

По способу охлаждения различают:

1) ДВС с жидкостным охлаждением;

2) ДВС с воздушным охлаждением.

По числу и расположению цилиндров различают:

1) одно и многоцилиндровые ДВС;

2) однорядные (вертикальные и горизонтальные);

3) двурядные ( -образные, с противолежащими цилиндрами).

По назначению различают:

1) транспортные ДВС, устанавливаемые на различных транспортных средствах (автомобили, тракторы, строительные машины и др. объекты);

3) специальные ДВС, играющие как правило вспомогательную роль.

3. Общее устройство ДВС

Широко используемые в современной технике ДВС состоят из двух основных механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного; и пяти систем: системы питания, охлаждения, смазки, пуска и зажигания (в карбюраторных, газовых и двигателях с впрыском лёгкого топлива).

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для восприятия давления газов и преобразования прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Механизм газораспределения предназначен для заполнения цилиндра горючей смесью или воздухом и для очистки цилиндра от продуктов сгорания.

Механизм газораспределения четырёхтактных двигателей состоит из впускного и выпускного клапанов, приводимых в действие распределительным (кулачковым валом, который через блок шестерен приводится во вращение от коленчатого вала. Скорость вращения распределительного вала вдвое меньше скорости вращения коленчатого вала.

Механизм газораспределения двухтактных двигателей как правило выполнен в виде двух поперечных щелей (отверстий) в цилиндре: выпускной и впускной, открываемых последовательно в конце рабочего хода поршня.

Система питания предназначена для приготовления и подачи в запоршневое пространство горючей смеси нужного качества (карбюраторные и газовые двигатели) или порций распыленного топлива в определённый момент (дизели).

Читать еще:  Чем промыть двигатель змз 405

В карбюраторных двигателях топливо с помощью насоса или самотёком поступает в карбюратор, где смешивается с воздухом в определённой пропорции и .через впускной клапан или отверстие поступает в цилиндр.

В газовых двигателях воздух и горючий газ смешиваются в специальных смесителях.

В дизельных двигателях и ДВС с впрыском лёгкого топлива подача топлива в цилиндр осуществляется в определённый момент как правило с помощью плунжерного насоса.

Система охлаждения предназначена для принудительного отвода тепла от нагретых деталей: блока цилиндров, головки блока цилиндров и др. В зависимости от вида вещества отводящего тепло, различают жидкостные и воздушные системы охлаждения.

Жидкостная система охлаждения состоит из каналов окружающих цилиндры (жидкостная рубашка), жидкостного насоса, радиатора, вентилятора и ряда вспомогательных элементов. Охлажденная в радиаторе жидкость с помощью насоса подаётся в жидкостную рубашку, охлаждает блок цилиндров, нагревается и вновь попадает в радиатор. В радиаторе жидкость охлаждается за счёт набегающего потока воздуха и потока, создаваемого вентилятором.

Воздушная система охлаждения представляет собой оребрение цилиндров двигателя, обдуваемое набегающим или создаваемым вентилятором потоком воздуха.

Система смазки служит для непрерывного подвода смазки к узлам трения.

Система пуска предназначена для быстрого и надёжного пуска двигателя и представляет собой как правило вспомогательный двигатель: электрический (стартер) или маломощный бензиновый).

Система зажигания применяется в карбюраторных двигателях и служит для принудительного воспламенения горючей смеси с помощью электрической искры, создаваемой в свече зажигания, ввернутой в головку цилиндра двигателя.

4. Основные понятия и определения

Верхней мёртвой точкой – ВМТ, называют положение поршня, наиболее удалённое от оси коленчатого вала.

Нижней мёртвой точкой – НМТ, называют положение поршня, наименее отдалённое от оси коленчатого вала.

В мёртвых точках скорость поршня равна , т.к. в них изменяется направление движения поршня.

Перемещение поршня от ВМТ к НМТ или наоборот называется ходом поршня и обозначается .

где – радиус кривошипа коленчатого вала.

Ряд периодически повторяющихся процессов в каждом цилиндре двигателя, в результате которых происходит преобразование тепловой энергии, выделяющейся при горении горючей смеси, в механическую работу называется циклом или рабочим процессом двигателя.

Часто рабочего цикла двигателя, совершаемого за один ход поршня называется тактом.

Объём, описываемый поршнем при перемещении из ВМТ в НМТ называют рабочим объёмом цилиндра и обозначают ()

где – диаметр цилиндра;

– ход поршня.

Сумму рабочих объёмов всех цилиндров двигателя называют рабочим объёмом двигателя или литражом двигателя и обозначают через :

где – число цилиндров двигателя.

Объём полости цилиндра при нахождении поршня в ВМТ называют объёмом камеры сгорания и обозначают .

Объём полости цилиндра при нахождении поршня в НМТ называют полным объёмом цилиндра и обозначают .

Степенью сжатия двигателя называют отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания

Степень сжатия показывает во сколько раз уменьшается объём запоршневого пространства при перемещении поршня из НМТ в ВМТ. Как будет показано в дальнейшем степень сжатия в значительной мере определяет экономичность (КПД) любого ДВС.

Графическая зависимость давления газов в запоршневом пространстве от объёма запоршневого пространства, перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала носит название индикаторной диаграммы двигателя.

5. Топлива ДВС

5.1. Топливо для карбюраторных двигателей

В карбюраторных двигателях в качестве топлива применяют бензин. Основной тепловой показатель бензина – его низшая теплота сгорания (около 44 МДж/кг). Качество бензина оценивают по его основным эксплуатационно-техническим свойствам: испаряемости, антидетонационной стойкости, термоокислительной стабильности, отсутствию механических примесей и воды, стабильности при хранении и транспортировке.

Испаряемость бензина характеризует способность его переходить из жидкой: фазы в паровую. Испаряемость бензина определяют по его фракционному составу, который находится его разгонкой при различной температуре. Об испаряемости бензина судят по температурам выкипания 10, 50 и 90% бензина. Так, например, температура выкипания 10% бензина характеризует его пусковые качества. Чем больше испаряемость при малых температурах, тем лучше качество бензина.

Бензины имеют различную антидетонационную стойкость, т.е. различную склонность к детонации. Антидетонационная стойкость бензина оценивается октановьм числом (ОЧ), которое численно равно процентному содержанию по объему изооктана в смеси изооктана и гептана, разноценной по детонационной стойкости данному топливу. ОЧ изооктана принимают за 100, а гептана – за нуль. Чем выше ОЧ бензина, тем меньше его склонность к детонации.

Для повышения ОЧ к бензину добавляют этиловую жидкость, которая состоит из тетраэтилсвинца (ТЭС) – антидетонатора и дибромэтена – выносителя. Этиловую жидкость добавляют к бензину в количестве 0,5-1 см 3 на 1 кг бензина. Бензины с добавкой этиловой жидкости называют этилированными, они ядовиты, и при их использовании необходимо соблюдать меры предосторожности. Этилированный бензин окрашен в красно-оранжевый или сине-зеленый цвет.

Бензин не должен содержать коррозирующих веществ (серы, сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей), так как присутствие их приводит к коррозии деталей двигателя.

Термоокислительная стабильность бензина характеризует его стойкость против смоло- и нагарообразования. Повышенное нагаро- и смолообразование вызывает ухудшение отвода теплоты от стенок камеры сгорания, уменьшение объема, камеры сгорания и нарушение нормальной подачи топлива в двигатель, что приводит к снижению мощности и экономичности двигателя.

Бензин не должен содержать механических примесей и воды. Присутствие механических примесей вызывает засорение фильтров, топливопроводов, каналов карбюратора и увеличивает износ стенок цилиндров и других деталей. Наличие воды в бензине затрудняет пуск двигателя.

Читать еще:  Чем отличается насос от двигателя

Стабильность бензина при хранении характеризует его способность сохранять свои первоначальные физические и химические свойства при хранении и транспортировке.

Автомобильные бензины маркируются буквой А с цифровых индексом, показывают значение ОЧ. В соответствии с ГОСТ 4095-75 выпускаются бензины марок А-66, А-72, А-76, АИ-93, АИ-98.

5.2. Топливо для дизельных двигателей

В дизельных двигателях применяют дизельное топливо, являющееся продуктом переработки нефти. Топливо, используемое в дизельных двигателях, должно обладать следующими основными качествами: оптимальной вязкостью, низкой температурой застывания, высокой склонностью к воспламенению, высокой термоокислительной стабильностью, высокими антикоррозионными свойствами, отсутствием механических примесей и воды, хорошей стабильностью при хранении и транспортировке.

Вязкость дизельного топлива влияет на процессы топливоподачи и распыливания. При недостаточной вязкости топлива увенчивается утечка, его через зазоры в распылителях форсунки и в нерцизионных парах топливного насоса, а при высокой ухудшаются процессы топливоподачи, распыливания и смесеобразования в двигателе. вязкость топлива зависит от температуры. Температура застывания топлива влияет на процесс подачи топлива из топливного бака. в цилиндры двигателя. Поэтому топливо должно иметь низкую температуру застывания.

Склонность топлива к воспламенению влияет на протекание процесса сгорания. Дизельные топлива., обладающие высокой склонностью к воспламенения, обеспечивают плавное протекание процесса сгорания, без резкого повышения давления, воспламеняемость топлива оценивают цетановым числом (ЦЧ), которое численно равно процентному содержанию по объему цетана в смеси цетана и альфаметилнафталина, равноценной по воспламеняемости данному топливу. Для дизельных топлив ЦЧ = 40-60.

Термоокислительная стабильность дизельного топлива характеризует его стойкость против смоло- и нагарообразования. Повышенное нагаро- и смолообразование вызывает ухудшение отвода теплоты от стенок камеры сгорания и нарушение подачи топлива через форсунки в двигатель, что приводит к снижению мощности и экономичности двигателя.

Дизельное топливо не должно содержать коррозирующих веществ, так как присутствие их приводит к коррозии деталей топливоподающей аппаратуры и двигателя. Дизельное топливо не должно содержать механических примесей и воды. Присутствие механических примесей вызывает засорение фильтров, топливопроводов, форсунок, каналов топливного насосе, и увеличивает износ деталей топливной аппаратуры двигателя. Стабильность дизельного топлива характеризует его способность сохранять свои начальные физические и химические свойства при хранении и транспортировке.

Для автотракторных дизелей применяют выпускаемые промышленностью топлива: ДЛ – дизельное летнее (при температуре выше 0°С), ДЗ – дизельное зимнее (при температуре до -30°С); ДА – дизельное арктическое (при температуре ниже – 30°С) ( ГОСТ 4749-73).

Вышеописанная схема — крайне упрощена. Теперь рассмотрим все происходящее в ДВС подробнее. Классической схемой работы ДВС является разделение его на такты. Для того чтобы рассмотреть каждый такт работы двигателя нужно усвоить несколько определений:

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — самое верхнее положение поршня в цилиндре.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — самое нижнее положение поршня в цилиндре.

Ход поршня — расстояние между ВМТ и НМТ.

Камера сгорания — объем в цилиндре над поршнем, когда он находится в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра — объем над поршнем цилиндра, когда он находится в НМТ.

Рабочий объем двигателя — это суммарный рабочий объем всех цилиндров.

Степень сжатия ДВС — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Историческая справка

На самом деле, двигатель внутреннего сгорания — это не инновационная находка в техническом мире, и его строение известно давно. Тем не менее, в первых ДВС ресурс был крайне невелик. История создания подобных агрегатов берет начало более двух столетий назад, когда эра паровых машин достигла своего расцвета, но пытливые умы ученых пытались изобрести более совершенные, экономичные и надежные конструкции, работающие на альтернативном топливе.

История создания первого прообраза двигателя датируется французом Филиппом Лебоном, который незадолго до этого момента изобрел так называемый светильный газ и пытался найти ему практическое применение.

Таким образом, было установлено, что при горении газ расширяется в несколько раз, выделяя при этом немалое количество энергии и увеличивая свою температуру, и у такого ДВС ресурс стал несколько выше. Кроме того, такой газ горел крайне медленно, что позволило сделать вывод об экономичности его расхода.

Из чего состоял подобный двигатель авто, и в чем особенности его строения? В его основе лежали два компрессора, имеющих высокую рабочую температуру. Первый из них подавал в камеру сгорания воздух, а второй — газ. В результате смешения получалась некая смесь, которая была способна гореть и двигать поршень вверх или вниз.

История создания первого прообраза составляющих шатунного механизма, превращающего поступательное движение во вращательное, содержит в себе имя Жана Этьена Ленуара, который произвел собственное исследование и выяснил, из чего должен состоять двигатель, имеющий достаточную надежность, долговечность и совершенство конструкции.

Также история создания идеи современного типа розжига смеси принадлежит имени Ленуара. Так, он впервые предположил, что воспламенять смесь при помощи открытого огня неразумно. Также Ленуар выяснил, что поршень быстро разогревается, расширяется и застревает в цилиндре, из чего можно было сделать вывод, что детали нуждаются в постоянном охлаждении. Так была реализована система жидкостного охлаждения, хоть и далекая от техники, выпускаемой на сегодняшний день и имеющая чрезмерно большой вес и низкую эффективность по уменьшению температуры.

Читать еще:  Вибрация при работе двигателя солярис

Кроме того, для предотвращения усиленного трения и уменьшения рабочей температуры, учеными была изобретена система смазки, которая позволяла поршню нагреваться меньше, и, таким образом, работать долгое время, не выводя из строя составляющие ДВС.

Дальнейшая история создания такого агрегата, как ДВС, связана с фамилией Отто. Он отметил, что важнее всего при проектировании ДВС — ресурс и его долговечность, и предпринял попытку его доработки. На первый взгляд, такой мотор казался менее совершенным, чем модель Ленуара, однако на деле оказалось, что новая модель обладает меньшим весом и лучшими характеристиками.

Стоит отметить, что здесь впервые было применено некое подобие шатунного механизма. Так, поршень был жестко привязан к рейке, которая соединяла его с валом. Вал вращался и приводил в действие набор шестерен.

После этого предпринимались неоднократные попытки перейти к более совершенному источнику топлива, который имел бы меньший удельный вес, и уменьшить рабочую температуру конструкции. В 1872 году некий Брайтон решил перейти на двигатели внутреннего сгорания с керосином, чтобы проверить свою теорию.

Эксперимент не оказался успешным, из чего был сделан вывод о том, что топливо, которое заливается в двигатели внутреннего сгорания, необходимо искать дальше. Так оказалось, что бензин, обладающий меньшим удельным весом, что является несомненным его преимуществом, и есть самый подходящий источник энергии.

Главная характеристика ДВС — ресурс всех его элементов. В связи с этим, общую доработку существовавшей конструкции произвели Даймлер и Майбах в 1880 году, из чего можно сделать вывод, что такая модель является наиболее приближенной к той, что применятся на современных двигателях внутреннего сгорания. Так, появился карбюратор жиклерного типа, который обладает меньшим весом, чем генератор, и, благодаря небольшим размерам, имеет более удачное расположение.

Понятия и термины

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня.

Ход поршня — расстояние, пройденное от одной мертвой точки до другой. За один ход поршня коленчатый вал повернется на полоборота.

Камера сгорания (сжатия) — пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра — пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из ВМТ в НМТ.

Рабочий объем двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров. При малых объемах (до 1 л.) его выражают в кубических сантиметрах, а при больших — в литрах.

Полный объем цилиндра — сумма объема камеры сгорания и рабочего объема.

Степень сжатия — число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. В бензиновых двигателях степень сжатия бывает от 8 до 12, а в дизелях — от 14 до 18. Степень сжатия не стоит путать с компрессией, т.к. это два разных понятия.

Такт — процесс (часть цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, у которого рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, называют четырехтактным.

1964 год: роторный двигатель

Единственным двигателем, который по-настоящему смог сломать форму обычного двигателя внутреннего сгорания, стал роторный чудо-мотор инженера Феликса Ванкеля. Форма его ДВС ничего общего не имела с привычным нам двигателем. Роторный мотор представляет собой треугольник внутри овала, вращающийся с дьявольской силой. По своей конструкции роторный двигатель легче, менее сложный и более крутой, чем обычный двигатель внутреннего сгорания с поршнями и клапанами.

Первыми роторные двигатели на серийных авто начали использовать компания Mazda и ныне уже не существующий немецкий автопроизводитель NSU.

Самым же первым серийным автомобилем с роторным двигателем Ванкеля стал NSU Spider, который начал выпускаться в 1964 году.

Затем компания Mazda наладила производство своих автомобилей, оснащенных роторным мотором. Но в 2012 году она отказалась от использования роторных двигателей. Последней с роторным мотором стала модель RX-8.

Но недавно, в 2015 году, Mazda на Токийском автосалоне представила концепт-кар RX-Vision-2016, который использует роторный мотор. В итоге в мире начали появляться слухи, что японцы планируют в ближайшие годы возродить роторные автомобили. Предполагается, что в настоящий момент специализированная группа инженеров Mazda где-то в Хиросиме сидит за закрытыми дверями и создает новое поколение роторных моторов, которые должны стать основными двигателями во всех будущих новых моделях Mazda, открыв новую эру возрождения компании.

Какие есть типы ДВС

Кроме бензиновых двигателей внутреннего сгорания, есть и другие, которые не так популярны, но тоже имеют свои преимущества:

  • Дизельные двигатели работают при степенях сжатия горючей смеси в 3-4 раза больших, чем бензиновые. Это позволило повысить к.п.д. двигателя и дало возможность отказаться от системы зажигания. Смесь самовоспламенятся при высоком давлении, когда воздух от сжатия разогревается до 500-600С 0 . Кроме этого, такие двигатели работают на дешевых сортах топлива, которое так и называют “дизтопливо”.
  • Газовые двигатели работают от смеси сжиженных природных газов, хранящихся в баллонах под давлением насыщенных паров.

Необходимо понимать, что для обеспечения постоянной работы ДВС в автомобиле должны работать также система охлаждения двигателя, система подачи топлива и воздуха, система запуска и система выхлопа. На современных автомобилях большое значение приобретает компьютерный блок, держащий под контролем параметры всех систем.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector