Схема двигателя внутреннего возгорания
Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.
Определение и общие особенности работы ДВС
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.
Классификация двигателей внутреннего сгорания
В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:
- 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 от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
- Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа 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. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.
Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.
Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.
Устройство двигателя внутреннего сгорания
Корпус двигателя объединяет в единый организм:
- блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
- кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
- газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
- система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси;
- система удаления продуктов горения (выхлопных газов).
Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе
При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.
Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.
Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.
Принципы работы ДВС
— Принцип работы двухтактного двигателя
Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.
В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.
В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.
При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.
В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.
Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.
— Принцип работы четырёхтактного двигателя
Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.
Процесс работы двигателя внутреннего сгорания
Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:
- Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
- Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
- Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
- Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.
Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания
— Система зажигания
Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:
- Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
- Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
- Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
- Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.
Система зажигания ДВС
— Впускная система
Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:
- Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
- Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
- Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
- Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.
— Топливная система
Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:
- Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
- Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
- Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
- Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
- Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
- Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.
Схема топливной системы ДВС
— Система смазки
Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:
- Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
- Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
- Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
- Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.
— Выхлопная система
Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):
- Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
- Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
- Резонатор, или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
- Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
- Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.
Выхлопная система ДВС
— Система охлаждения
Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.
- Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
- Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
- Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
- Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.
Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.
В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.
Двигатель внутреннего сгорания - тепловой двигатель . Принцип его работы основан на изменении давления и объема внутри цилиндров двигателя. Все тепловые двигатели характеризуются диаграммой давления-объема , также известной как диаграмма pV , которая в основном показывает изменение давления в функции цилиндра от его объема, для полного цикла двигателя.
Кроме того, работа , производимая двигателем внутреннего сгорания, напрямую зависит от изменения давления и объема внутри цилиндра.
К концу этого учебного пособия читатель должен уметь:
- понимать значение диаграммы пВ
- , как рисуется диаграмма напряжения для 4-тактного двигателя внутреннего сгорания
- при впуске и выпуске Клапаны приводятся в действие во время цикла двигателя
- , когда зажигание / впрыск производится во время цикла двигателя
- , как двигатель производится двигателем внутреннего сгорания
- , в чем разница между , указанным и , работа тормозов
- что такое механическая эффективность двигателя
Давайте начнем с рассмотрения pV-диаграммы 4-тактного атмосферного двигателя внутреннего сгорания.
Изображение: диаграмма давления-объема (pV) для типичного 4-тактного ДВС
, где:
S - ход поршня
V c - зазор
V d - объем вытесненного (развернутого)
p 0 - атмосферное давление
Вт - работа
ВМТ - верхняя мертвая точка
BDC - нижняя мертвая точка
IV - впускной клапан
EV - выпускной клапан
IVO - открытие впускного клапана
IVC - закрытие впускного клапана
EVO - открытие выпускного клапана
EVC - закрытие выпускного клапана
IGN (INJ) - зажигание (впрыск)
Диаграмма давление-объем (pV) построена путем измерения давления внутри цилиндра и нанесения его значения на угол коленчатого вала над полный цикл двигателя (720 °).
Давайте посмотрим, что происходит в цилиндре при каждом ходе поршня, как изменяется давление и объем внутри цилиндра.
Обратите внимание, что время впускного и выпускного клапанов имеет опережение и с задержкой , относительно положения поршня. Например, впускной клапан открывается во время такта выпуска поршня и закрывается во время такта сжатия. В то же время, когда начинается такт впуска, выпускной клапан еще некоторое время остается открытым.Открытие выпускного клапана выполняется до окончания рабочего хода.
INTAKE (a-b)
Цикл двигателя начинается в точке и . Впускной клапан уже открыт, и поршень движется от ВМТ к BDC. Объем постоянно увеличивается по мере того, как поршень перемещается по длине хода. Максимальный объем достигается, когда поршень находится в BDC. Давление ниже атмосферного в течение всего хода, потому что движение поршня создает объем, и воздух всасывается внутри цилиндра из-за эффекта вакуума.
СЖАТИЕ (b-c)
После того, как поршень прошел BDC, начинается такт сжатия. На этом этапе объем начинает уменьшаться, а давление увеличивается. Требуется некоторое время, пока давление в цилиндре не превысит атмосферное давление, поэтому впускной клапан все еще открыт и после того, как поршень пройдет BDC. Когда поршень движется в сторону ВМТ, давление постепенно увеличивается. Приблизительно за 25 ° до ВМТ запускается зажигание, и давление быстро возрастает до максимального давления.
POWER (c-e)
После события зажигания / впрыска давление в цилиндре резко возрастает, пока не достигнет максимальных значений p max . Значение максимального давления зависит от типа двигателя, от используемого топлива. Для типичного двигателя легкового автомобиля максимальное давление в цилиндре может составлять около 120 бар (бензин) или 180 бар (дизель). Рабочий ход начинается, когда поршень движется от ВМТ к ВНТ. Высокое давление в цилиндре толкает поршень, поэтому объем увеличивается, и давление начинает постепенно падать.
ВЫХЛОП (e-a)
После рабочего хода поршень снова находится на BDC. Объем в цилиндре снова на максимальном значении, а давление около минимального (атмосферное давление). Поршень начинает двигаться в направлении ВМТ и выталкивает сгоревшие газы из цилиндра.
Как видите, внутри цилиндров двигателя постоянно меняется давление и объем. Мы увидим, что работа, производимая ДВС, зависит от изменений давления и объема.
Работа Вт [Дж] - это произведение между силой F [N] , которая толкает поршень, и смещением, которое в нашем случае является ходом С [м] .
\ [W = F \ cdot S \ tag {1} \]Мы знаем, что давление - это сила, деленная на площадь, поэтому:
\ [F = p \ cdot A_p \ tag {2} \], где p [ Па] давление внутри цилиндра и A p [м 2 ] - площадь поршня.
Заменив (2) в (1), получим:
\ [W = p \ cdot A_p \ cdot S \ tag {3} \]Мы знаем, что умножая расстояние на площадь, мы получаем объем, поэтому:
\ [W = p \ cdot V \ tag {4} \]Это мгновенная работа , произведенная в цилиндре для определенного давления и объема.Чтобы определить работу для полного цикла двигателя, нам нужно интегрировать мгновенную работу:
\ [W = \ int F \ cdot dx = \ int p \ cdot A_p \ cdot dx \ tag {5} \], где x это ход поршня.
Произведение между ходом поршня и площадью поршня дает дифференциальный объем dV , смещенный поршнем:
\ [dV = A_p \ cdot dx \ tag {6} \]Замена (6) в (5) ), дает работы , произведенной в цилиндре для полного цикла :
\ [\ bbox [# FFFF9D] {W = \ int p \ cdot dV} \ tag {7} \], так как подавляющее большинство Двигатель внутреннего сгорания имеет несколько цилиндров, мы собираемся ввести более подходящий параметр для количественной оценки работы, который составляет , удельная работа Вт [Дж / кг] .
\ [w = \ frac {W} {m} \ tag {8} \], где м [кг] - масса топливовоздушной смеси внутри цилиндров для полного цикла.
Мы также можем определить удельный объем v [м 3 / кг] как:
\ [v = \ frac {V} {m} \ tag {9} \]Производная удельного объем будет:
\ [dv = \ frac {1} {m} \ cdot dV \ tag {10} \], из которых мы можем написать:
\ [dV = m \ cdot dv \ tag {11} \]Замена (7) в (8) дает:
\ [w = \ frac {1} {m} \ int p \ cdot dV \ tag {12} \]Из (11) и (12) получаем математическое выражение специфической работы для полного цикла двигателя:
\ [\ bbox [# FFFF9D] {w = \ int p \ cdot dv} \]Работа, производимая внутри цилиндров двигателя, называется , указанная специфическая работа , ш и [Дж / кг] .То, что мы получаем на коленчатом валу, - это специальная работа с тормозом w b [Дж / кг] . Это называется «тормоз», потому что, когда двигатели испытываются на испытательном стенде, они подключаются к тормозному устройству (гидравлическому или электрическому), которое моделирует нагрузку.
Чтобы получить работу тормоза, мы должны вычесть из указанной работы все потери двигателя. Потери связаны с внутренним трением и вспомогательными устройствами, которые требуют питания от двигателя (масляный насос, водяной насос, нагнетатель, компрессор кондиционера, генератор переменного тока и т. Д.).). Эти потери имеют эквивалентную удельную рабочую силу трения w f [Дж / кг] .
\ [w_b = w_i - w_f \]Рассматривая приведенную выше диаграмму давления-объема (pV), мы видим, что есть две отдельные области:
,- ,
- - верхняя область, образованная во время сжатия и ударов ( + W)
- нижняя зона, образованная во время тактов выпуска и впуска (-W), также называемая насосными работами
В зависимости от значения давления на впуске рабочая зона насосов может быть отрицательной или положительной.Для атмосферных двигателей насосная работа является отрицательной, поскольку она использует энергию двигателя для выталкивания выхлопных газов из цилиндров и подачи свежего воздуха во время впуска.
Для бензиновых атмосферных двигателей из-за дросселирования всасываемого воздуха потери при перекачивании выше и являются максимальными на оборотах холостого хода. Дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые, потому что на впуске нет дросселя, а нагрузка регулируется впрыском топлива.
Если мы разделим удельный крутящий момент тормоза на указанный удельный крутящий момент, мы получим механический КПД двигателя η м [-] :
\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ eta_m = \ frac {w_b} {w_i}} \]Для большинства двигателей механический КПД составляет около 80-85% при полной нагрузке (широко открытая дроссельная заслонка) и он падает до нуля на холостом ходу, где весь крутящий момент двигателя используется для поддержания холостого хода скорость, а не для движения.
Для любых вопросов, замечаний и запросов, касающихся этой статьи, используйте форму комментария ниже.
Не забудьте лайкать, делиться и подписываться!
Подавляющее большинство автомобилей (легковых и коммерческих автомобилей), которые продаются сегодня, оснащены двигателями внутреннего сгорания . В этой статье мы расскажем, как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с двигателем .
Двигатель внутреннего сгорания классифицируется как тепловой двигатель . Он называется внутренним , потому что сгорание топливовоздушной смеси происходит внутри двигателя, в камере сгорания, и некоторые из сгоревших газов являются частью нового цикла сгорания.
По сути, двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энергию горючей воздушно-топливной смеси в механическую энергию . Он называется , 4 такта, , потому что поршню требуется 4 такта для выполнения полного цикла сгорания. Полное название двигателя для легкового автомобиля: 4-х поршневой двигатель внутреннего сгорания , сокращенно ICE (Двигатель внутреннего сгорания).
Теперь давайте рассмотрим, какие из них являются основным компонентом ICE.
 Изображение: детали двигателя внутреннего сгорания (DOHC) | Легенда:
TDC - верхняя мертвая точка BDC - нижняя мертвая точка |
головка цилиндра ( 8) обычно содержит распределительный вал (ы), клапаны, клапанные ковши, возвратные пружины клапана, свечи зажигания и форсунки (для двигателей с прямым впрыском).Через головку цилиндров протекает охлаждающая жидкость двигателя.
Внутри блока двигателя (12) мы можем найти поршень, шатун и коленчатый вал. Что касается головки цилиндров, то через блок цилиндров протекает охлаждающая жидкость, помогающая контролировать температуру двигателя.
Поршень движется внутри цилиндра от BDC до TDC. Камера сгорания - это объем, создаваемый между поршнем, головкой цилиндров и блоком цилиндров, когда поршень находится близко к ВМТ.
На рисунке 1 мы можем рассмотреть полный набор механических компонентов ДВС.Некоторые компоненты зафиксированы (например, головка цилиндра, блок цилиндров), а некоторые из них движутся. На рисунке ниже мы рассмотрим основную движущуюся часть ДВС, которая преобразует давление газа внутри цилиндра в механическую силу.
Изображение: движущиеся части двигателя внутреннего сгорания
Условные обозначения:
- звездочка распределительного вала
- поршень
- коленчатый вал
- шатун
- клапан
- клапан ведро
- распределительный вал
Вращение распределительного вала с вращением коленчатого вала через зубчатый ремень или цепь.Положение впускного и выпускного клапанов должно быть точно синхронизировано с положением поршня, чтобы циклы сгорания происходили соответствующим образом.
Полный цикл двигателя для 4-тактного ДВС имеет следующие фазы (такты):
- впуск
- компрессия
- мощность (расширение)
- выпуск
Ход - это движение поршня между двумя мертвыми центры (снизу и сверху).
Теперь, когда мы знаем, какие компоненты ДВС, мы можем исследовать, что происходит в каждом такте цикла двигателя.В таблице ниже вы увидите положение поршня в начале каждого хода и подробную информацию о событиях, происходящих в цилиндре.
Ход 1 - INTAKE
| Ход впуска двигателя внутреннего сгорания | В начале такта впуска поршень находится вблизи ВМТ. Впускной клапан открывается, поршень начинает двигаться в направлении BDC. Воздух (или воздушно-топливная смесь) втягивается в цилиндр. Этот ход называется INTAKE, потому что свежий воздух / смесь забирается в двигатель.Ход впуска заканчивается, когда поршень находится в BDC. Во время такта впуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается из-за инерции компонентов). |
Ход 2 - СЖАТИЕ
| Ход сжатия двигателя внутреннего сгорания | Ход сжатия начинается с поршня в BDC, после завершения такта впуска. Во время такта сжатия оба клапана, впускной и выпускной, закрыты, и поршни движутся в направлении ВМТ.Когда оба клапана закрыты, воздух / смесь сжимаются, достигая максимального давления, когда поршень приближается к ВМТ. До того, как поршень достигнет ВМТ (но очень близко к нему), во время такта сжатия:
Во время такта сжатия двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается из-за инерции компонентов) больше, чем ход впуска. |
Ход 3 - POWER
| Рабочий ход двигателя внутреннего сгорания | Рабочий ход начинается с поршня в ВМТ.Оба клапана, впускной и выпускной, все еще закрыты. Сгорание воздушно-топливной смеси начинается в конце такта сжатия, что вызывает значительное повышение давления внутри цилиндра. Давление внутри цилиндра толкает поршень вниз к BDC. Только во время рабочего хода двигатель вырабатывает энергию. |
Ход 4 - ВЫХЛОП
| Ход выхлопа двигателя внутреннего сгорания | Ход выхлопа начинается с поршня на BDC, после завершения рабочего хода.Во время этого хода выпускной клапан открыт. Движение поршня от BDC к TDC выталкивает большую часть выхлопных газов из цилиндра в выхлопные трубы. Во время такта выпуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается из-за инерции компонентов). |
Как видите, для полного цикла сгорания (двигатель) поршень должен выполнить 4 такта. Это означает, что один цикл двигателя занимает двух полных оборотов коленчатого вала (720 °).
Единственный ход, который производит крутящий момент (энергию), это , рабочий ход , все остальные потребляют энергию.
Линейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала через шатун.
Для лучшего понимания мы суммируем начальное положение поршня, положение клапана и энергетический баланс для каждого хода.
| Ход хода | Имя хода | Начальное положение поршня | Состояние впускного клапана | Состояние выпускного клапана | Энергетический баланс | 1 9003 В 1 9957 | TDC | Открыто | Закрыто | Расходы |
| 2 | Сжатие | BDC | Закрыто | Закрыто | Потребляется | |||||
| 3 | Мощность | TDC | Закрыто | Закрыто | Продукция | |||||
| 4 | Выхлоп | BDC | Закрыто | Открыто | Потребляется |
В анимации ниже вы можете ясно увидеть, как работает двигатель внутреннего сгорания.Обратите внимание на положение поршня, положение клапана, момент, когда происходит воспламенение, и последовательность ударов.
Анимация двигателя внутреннего сгорания
В следующих статьях мы подробнее рассмотрим параметры, характеристики и компоненты двигателя внутреннего сгорания. Если у вас есть вопросы или комментарии по поводу этой статьи, используйте форму ниже для размещения.
Не забудьте лайкать, делиться и подписываться!
Проверьте свои знания в области двигателей внутреннего сгорания, пройдя тест ниже:
Викторина! (нажмите, чтобы открыть)
.Страница не найдена | MIT
Перейти к содержанию ↓- образование
- Исследовательская работа
- новаторство
- Прием + помощь
- Студенческая жизнь
- Новости
- Alumni
- О MIT
- Больше ↓
- Прием + помощь
- Студенческая жизнь
- Новости
- Alumni
- О MIT
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Посмотреть больше результатов
Предложения или отзывы?
,
