Глава 1 — Двигатель | whatisvehicle
Итак, начнём. Двигатель автомобиля (Engine), что же это такое?
Автомобиль – сложный организм, сродни человеческому. У него много различных механизмов(органов), без которых он не будет работать. Но как и у человека, у автомобиля есть «сердце» и этим сердцем является автомобильный двигатель.
История автомобильного двигателяЧуть-чуть истории. Двигатель прошёл долгую историю развития. По сути, первыми двигателями являлись парус и водяное колесо. Водяным колесом широко пользовались в странах Древнего мира(таких как Египет, Китай, Индия) для оросительных систем, а в средние века в Европе использовали как основу энергетической базы производства. Дальше появились двигатели внешнего сгорания. Широкое распространение получили паровые двигатели.
Паровой двигатель(Steam engine) — двигатель ВНЕШНЕГО сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.
Советую почитать очень интересную и непростую историю развития данного двигателя: http://www.bibliotekar.ru/encAuto/5.htm
Далее в процессе развития двигателей появились двигатели внутреннего сгорания, ДВС. Одним из них, нашедший наибольшее распространение — бензиновый двигатель.
Бензиновые двигатели (petrol engine, gasoline engine) — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая смесь топлива(бензина) и воздуха поджигается электрической искрой. Главное преимущество бензинового двигателя заключается в малой массе и быстром запуске, поэтому он вытеснил паровые двигатели, а теперь он широко используется в автомобилях.
Позже появились дизельные двигатели.
Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу воспламенения распыленного дизельного топлива от соприкосновения с разогретым сжатым воздухом.
Плюсом является экономичность топлива, более высокий крутящий момент. Однако, минусом является сложность систем, дороговизна изготовления и эксплуатации.
Ну и заглянем в будущее автомобилей. Итак, существуют так же электрические двигатели.
Электрический двигатель — Это установка, в которой электрическая энергия превращается в механическую работу и тепло. Это развивающееся направление в автомобилестроении. Однако, на дорогах большинство машин имеют бензиновый или дизельный двигатель, поэтому, оставим будущее и вернёмся к настоящему.
Принцип действияИтак, автомобильный двигатель. Прежде чем рассматривать его устройство, давайте чуть-чуть разберёмся с тем, как работает автомобильный двигатель не вдаваясь в детали.
У каждого двигателя есть свой рабочий цикл.
Рабочий цикл двигателя — периодически повторяющиеся процессы в двигателе по преобразованию тепловой энергии в механическую.
У каждого двигателя есть цилиндры, в которых ходят поршни.
Это главное место, где происходит самый главный процесс.
ВМТ — Верхняя Мёртвая Точка.
НМТ — Нижняя Мёртвая Точка.
Такт — это движение поршня от ВМТ к НМТ или от НМТ к ВМТ;
Двигатели могут быть двухтактные и четырёхтактные. Двухтактные двигатели на автомобиле не используются, однако предлагаю быстренько ознакомиться с принципом их работы. Для общего образования, так сказать.
Двухтактные двигатель
Перед нами двухтактный двигатель. Здесь всё предельно просто.
Первый такт — Поршень двигателя движется вверх(картинка А), открывает отверстие(1) и сжимает смесь, которая уже находится в цилиндре. После чего, свеча зажигания воспламеняет горючее(картинка В).
Второй такт — После загорания опускающийся поршень(картинка С) сначала открывает выпускное отверстие(2), а затем переходное отверстие(3). После этого через него впускается новая порция воздушно-топливной смеси.
Таким образам поршень также заменяет клапаны двигателя, и в горючее добавляется масло для смазки поршня. Многие двухтактные двигатели снабжены ребрами для воздушного охлаждения цилиндра.
Четырёхтактный двигательА теперь вернёмся к четырёхтактном автомобильному двигателю.
Автомобильные двигатели, как мы уже сказали, могут быть бензиновыми и дизельными. И поэтому предлагаю рассмотреть их такты вместе. Несмотря на то, что они схожи, но в них есть так же и различия.
1-й такт впуск (наполнение).
Поршень движется от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт. Под действием перепада давления, возникающего в результате движения поршня:
Бензиновый двигатель: бензовоздушная смесь через впускной канал наполняет цилиндр.
Дизельный двигатель: воздух через впускной канал наполняет цилиндр.
2-й такт сжатие.
Поршень движется от НМТ к ВМТ, все клапана закрыты. Давление и температура в цилиндре поднимаются.
бензиновый двигатель: в конце такта сжатия на свечу зажигания подается высокое напряжение, между электродами свечи проскакивает искра и поджигает бензовоздущную смесь
дизельный двигатель: через форсунку высокого давления подается дизельное топливо, которое воспламеняется от нагретого в процессе сжатия воздуха.
3-й такт рабочий ход. Поршень движется от ВМТ к НМТ, все клапана закрыты. В начале такта продолжается сгорание топлива, начавшееся в конце такта сжатия. Температура и давление газов повышается. Давление передается поршню и перемещает его к НМТ. Тепловая энергия сгоревшего топлива превращается в механическую работу движения поршня.
4-й такт выпуск. Поршень движется от НМТ к ВМТ, выпускной клапан открыт. Происходит выталкивание
отработавших газов из цилиндра.
Для большей наглядности взгляните на следующие рисунки:
Такты бензинового двигателя:
Такты дизельного двигателя:
Таким образом 1 рабочий цикл 4-х тактного двигателя происходит за 2 оборота коленчатого вала (720° его поворота).
Отличие между бензиновым и дизельным двигателем лишь в топливе и способе его воспламенении на такте сжатия. Однако, это вносит свои изменения в применяемые агрегаты, но об этом речь пойдёт потом.
Двигатели почти всех современных автомобилей являются четырёхтактными по своему циклу работы, и энергия, полученная от сжигания топлива, почти полностью преобразовывается в полезную. Цикл Отто, так называется подобный принцип, по имени Николауса Отто, изобретателя двигателя внутреннего сгорания (1867 год).
Основные параметрыПолный объем цилиндра ( Va ) — объем, заключенный между головкой, цилиндром и поршнем при нахождении его в НМТ;
Объем камеры сжатия ( VC ) — объем, заключенный между головкой, цилиндром и поршнем при нахождении его в ВМТ;
Рабочий объем цилиндра ( Vh ) — объем, образующийся при движении поршня от ВМТ к НМТ ( Vh = Va-Vc );
Полный объем двигателя ( iVh ) сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя; Он же литраж двигателя.
Степень сжатия ( E ) отношение полного объема к объему камеры сжатия ( E = Va/Vc = 1 + Vh/Vc );
Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимают горючую смесь в цилиндре. Чем больше степень сжатия, тем больше будет давление на поршень при сгорании смеси, а следовательно и больше мощность двигателя. Увеличивать степень сжатия очень выгодно — от той же порции топлива можно получить больше полезной работы. Однако при чрезмерном увеличении степени сжатия наступает самовоспламенение рабочей смеси, и смесь сгорает с большой скоростью — происходит детонация топлива. Детонация — это недопустимо быстрое сгорание рабочей смеси, вызывающее неустойчивую работу двигателя. У двигателя при детонации появляется резкий стук, мощность его снижается, из глушителя выходит черный дым. Конструкторы изыскивают способы борьбы с детонацией топлива и постепенно повышают степень сжатия. В зависимости от степени сжатия применяют определенный сорт топлива.
Мощность — это физическая величина, равная отношению работы, совершенной за определенное время, к этому времени. В системе единиц СИ мощность измеряется в Ваттах (Вт). Поднимая груз массой 1 килограмм на высоту 1 метр за 1 секунду, мы развиваем мощность 1 кг x 9,8 м/с2 x 1 м/с = 9,8 Вт.
Мощность автомобильных двигателей обычно измеряют в лошадиных силах.
Термин «лошадиная сила» был введен в конце XVIII в. английским изобретателем Дж. Уаттом. Наблюдая за работой лошадей, вытягивающих из угольных шахт при помощи блоков корзины с углем, ученый измерил общий вес извлеченной ими породы и высоту, на которую он был поднят за определенное время. Уатт рассчитал, что 1 лошадь за 1 минуту с глубины 30 м вытягивает в среднем 150 кг угля. Эта единица мощности и получила название лошадиной силы (horsepower).
После принятия в 1960 г. системы единиц СИ лошадиная сила стала вспомогательной единицей мощности, равной 736 Вт.
Средняя мощность человека равна 70—90 Вт, что составляет 0,1 лошадиной силы
1 л.с. = 0,73549875 кВт
Порядок работы цилиндров двигателяДля наибольшей равномерности нагрузки коленчатого вала многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы рабочие такты в цилиндрах повторялись в определенной последовательности, которая называется порядком работы цилиндров. Порядок работы цилиндров зависит от числа цилиндров двигателя и его тактности; при этом последовательно работающие цилиндры не должны стоять рядом.
Полный цикл у четырехтактного двигателя осуществляется за два оборота вала, т. е. за 720°, у двухтактного за 360°. Для того чтобы в любой момент вал двигателя имел некоторое постоянное усилие от воздействия газов на поршень, колена вала необходимо смещать относительно друг друга на угол ф. Этот угол зависит от числа цилиндров г и тактности двигателя и равен цикловой продолжительности поворота вала в градусах, отнесенной к числу цилиндров.
Следовательно, для четырехтактного двигателя ф = 720°/г, для двухтактного ф = 360°/z.
Определим, например, порядок работы цилиндров, расположенных в один ряд, у четырехтактного четырехцилиндрового двигателя. В этом случае ф = 720° : 4 = = 180°. Вал имеет конфигурацию, при которой поршни 1 и 4 перемещаются в направлении, противоположном движению поршней 2 и 3. Получающееся при этом чередование процессов в цилиндрах показано в табл. 8. Если в первом цилиндре осуществляется рабочий ход, то поршень второго цилиндра движется вверх, при этом из двух возможных процессов (сжатие и выпуск) примем выпуск. Тогда поршень третьего цилиндра, также перемещающийся вверх, должен осуществлять сжатие. В четвертом цилиндре поршень движется вниз одновременно с поршнем первого цилиндра, осуществляющим рабочий ход, поэтому в четвертом цилиндре должен быть впуск. Чередование процессов в последующих тактах всех цилиндров определяется цикловой последовательностью. Из табл. 8 видно, что процессы расширения (рабочего хода) будут проходить в цилиндрах в следующем порядке: 1—3—4—2.
Если во втором цилиндре в первом такте принять вместо процесса выпуска сжатие, то порядок работы цилиндров изменится и будет 1—2—4—3. Следовательно, для четырехтактного четырехцилиндрового однорядного двигателя возможны два порядка работы цилиндров.
Для более полного усвоения предлагаю визуально взглянуть на следующие рисунки:
а — чередование тактов 1-2-4-3; б — чередование тактов 1-3-4-2
И напоследок, видео ролик о работе(бензиновый и дизельный):
Итак, начальные сведения мы получили.
Теперь мы можем приступать к изучению устройства двигателя внутреннего сгорания.
Понравилось это:
Нравится Загрузка…
Двигатель внутреннего сгорания
- Авторы
- Руководители
- Файлы работы
- Наградные документы
Ткачев Е.Ю. 1
1МБОУ Гимназия «Пущино» городского округа Пущино Московской области
Кашо Е.А. 1
1МБОУ Гимназия «Пущино» городского округа Пущино Московской области
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Введение
В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.
Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС.
Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.
Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.
В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.
Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.
2.1 История создания ДВС
В 1807 году французско-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз построил первый поршневой двигатель, называемый часто двигателем де Риваза[en]. Двигатель работал на газообразном водороде, имея элементы конструкции, с тех пор вошедшие в последующие прототипы ДВС: поршневую группу и искровое зажигание. Кривошипно-шатунного механизма в конструкции двигателя ещё не было.
Газовый двигатель Ленуара, 1860 года.
Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром в 1860 году. Мощность составляла 8,8 кВт (11,97 л. с.). Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника.
Познакомившись с двигателем Ленуара, осенью 1860 года выдающийся немецкий конструктор Николаус Аугуст Отто с братом построили копию газового двигателя Ленуара и в январе 1861 года подали заявку на патент на двигатель с жидким топливом на основе газового двигателя Ленуара в Министерство коммерции Пруссии, но заявка была отклонена. В 1863 году создал двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель имел вертикальное расположение цилиндра, зажигание открытым пламенем и КПД до 15 %. Вытеснил двигатель Ленуара.
Четырёхтактный двигатель Отто 1876 года.
В 1876 году Николаус Август Отто построил более совершенный четырёхтактный газовый двигатель внутреннего сгорания.
В 1884 году[1] Огнеслав Степанович Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель.
Двигатель Костовича был оппозитным, с горизонтальным размещением направленных встречно цилиндров[2]. В нём впервые в мире было применено электрическое зажигание[3]. Он был 4-тактным, 8-цилиндровым, с водяным охлаждением. Мощность двигателя составляла 80 л. с. при массе двигателя 240 кг[4], что существенно превышало показатели двигателя Г. Даймлера, созданного годом позже. Однако, заявку на свой двигатель Костович подал только 14 мая 1888 г.[5], а патент получил в 1892 г., т.е. позже, чем Г. Даймлер и В. Майбах, разрабатывавшие карбюраторный двигатель параллельно и независимо от О. Костовича.
Мотоцикл Даймлера с ДВС 1885 года
В 1885 году немецкие инженеры Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах разработали лёгкий бензиновый карбюраторный двигатель. Даймлер и Майбах использовали его для создания первого мотоцикла в 1885, а в 1886 году — на первом автомобиле.
Немецкий инженер Рудольф Дизель стремился повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания и в 1897 предложил двигатель с воспламенением от сжатия.
На заводе «Людвиг Нобель» Эммануила Людвиговича Нобеля в Петербурге в 1898—1899 Густав Васильевич Тринклер усовершенствовал этот двигатель, использовав бескомпрессорное распыливание топлива, что позволило применить в качестве топлива нефть. В результате бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия с самовоспламенением стал наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1899 на заводе «Людвиг Нобель» построили первый дизель в России и развернули массовое производство дизелей. Этот первый дизель имел мощность 20 л. с., один цилиндр диаметром 260 мм, ход поршня 410 мм и частоту вращения 180 об/мин. В Европе дизельный двигатель, усовершенствованный Густавом Васильевичем Тринклером, получил название «русский дизель» или «Тринклер-мотор». На всемирной выставке в Париже в 1900 двигатель Дизеля получил главный приз. В 1902 Коломенский завод купил у Эммануила Людвиговича Нобеля лицензию на производство дизелей и вскоре наладил массовое производство.
В 1908 году главный инженер Коломенского завода Р.
А. Корейво строит и патентует во Франции двухтактный дизель с противоположно-движущимися поршнями и двумя коленвалами. Дизели Корейво стали широко использоваться на теплоходах Коломенского завода. Выпускались они и на заводах Нобелей.
В 1896 году Чарльз В. Харт и Чарльз Парр разработали двухцилиндровый бензиновый двигатель. В 1903 году их фирма построила 15 тракторов. Их шеститонный #3 является старейшим трактором с двигателем внутреннего сгорания в Соединенных Штатах и хранится в Смитсоновском Национальном музее американской истории в Вашингтоне, округ Колумбия. Бензиновый двухцилиндровый двигатель имел совершенно ненадёжную систему зажигания и мощность 30 л. с. на холостом ходу и 18 л. с. под нагрузкой[6].
Дэн Элбон с его прототипом сельскохозяйственного трактора Ivel
Первым практически пригодным трактором с двигателем внутреннего сгорания был американский трёхколёсный трактор lvel Дэна Элбона 1902 года. Было построено около 500 таких лёгких и мощных машин.
Двигатель, использованный братьями Райт в 1910 году
В 1903 году состоялся полёт первого самолёта братьев Орвила и Уилбура Райт. Двигатель самолёта изготовил механик Чарли Тэйлор. Основные части двигателя сделали из алюминия. Двигатель Райт-Тэйлора был примитивным вариантом бензинового инжекторного двигателя.
На первом в мире теплоходе — нефтеналивной барже «Вандал», построенной в 1903 году в России на Сормовском заводе для «Товарищества Братьев Нобель», были установлены три четырёхтактных двигателя Дизеля мощностью по 120 л. с. каждый. В 1904 году был построен теплоход «Сармат».
В 1924 по проекту Якова Модестовича Гаккеля на Балтийском судостроительном заводе в Ленинграде был создан тепловоз ЮЭ2 (ЩЭЛ1).
Практически одновременно в Германии по заказу СССР и по проекту профессора Ю. В. Ломоносова по личному указанию В. И. Ленина в 1924 году на немецком заводе Эсслинген (бывш. Кесслер) близ Штутгарта построен тепловоз Ээл2 (первоначально Юэ001).
2.2 Устройство двигателя внутреннего сгорания
Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).
Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.
Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.
Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.
Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.
Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.
2.3 Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.
Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.
Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).
На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.
На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.
Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.
При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.
Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия — порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.
2.4 Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС
Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов.
Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.
Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки (предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения (для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламенения топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).
2.5 Вредные выбросы в составе отработавших газов и их воздействие на живую природу
При полном сгорании углеводородов конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Однако полного сгорания в поршневых ДВС достичь технически невозможно. Сегодня порядка 60% из общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу крупных городов, приходится на автомобильный транспорт.
В состав отработавших газов ДВС входит более 200 различных химических веществ. Среди них:
-продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегидов, кетонов, углеводородов, водорода, перекисных соединений, сажи;
-продукты термических реакций азота с кислородом – оксиды азота;
-соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива, – свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др.;
-избыточный кислород.
Количество и состав отработавших газов определяются конструктивными особенностями двигателей, их режимом работы, техническим состоянием, качеством дорожных покрытий, метеоусловиями.
Опрос:
Мной был проведен опрос среди моих одноклассников на тему: «Двигатель внутреннего сгорания»
1.Вопрос: «Вы знаете, что двигатели внутреннего сгорания приносят вред нашей окружающей среде?»
2.Вопрос:»Готовы ли вы отказаться от двигателя внутреннего сгорания?»
3.Вопрос:»Есть ли в вашей семье автомобиль?»
Ответы на данные вопросы представлены в приложении №1 к проекту.
Выводы:
Двигатель внутреннего сгорания обладает рядом преимуществ, являющихся причиной его широкого распространения: компактность; малая масса. С другой стороны, недостатками двигателя являются: то, что он требует жидкого топлива высокого качества; невозможность получить при его помощи малую частоту вращения (при малом числе оборотов, например не работает карбюратор). Это заставляет прибегать к разного рода приспособлениям для уменьшения частоты вращения (например, к зубчатой передаче).
Список использованной литературы
1.http://systemsauto.ru/engine/internal_combustion_engine.html
2.https://ru.wikipedia.org/wiki/Двигатель_внутреннего_сгорания
3.http://teplmash.narod.ru/dvs.htm
Приложение №1
Просмотров работы: 356
Oily Bits: The Combustion Process
Несмотря на то, что это звучит как увлекательный вечер, на самом деле это описание одного из самых важных процессов в большинстве двигателей.
Известный как четырехтактный процесс, при котором поршень в двигателе внутреннего сгорания совершает четыре различных хода за один полный цикл двигателя.
Как упоминалось ранее, двигатели внутреннего сгорания используют расширяющийся газ для вращения своих компонентов. Движение поршней вверх и вниз преобразуется коленчатым валом двигателя во вращательное движение, которое затем можно использовать для движения автомобиля вперед.
Обычный четырехцилиндровый бензиновый двигатель имеет клапаны, расположенные в головке блока цилиндров, которые регулируют поток свежей смеси и выхлопных газов в цилиндр и из него. Первый такт в цикле — это такт впуска. Впускные клапаны открываются, и поршень начинает двигаться вниз по цилиндру, всасывая свежий воздух и топливо. В нижней части хода мощность от других поршней или накопленная энергия от маховика начинает толкать поршень обратно вверх по цилиндру.
Далее следует такт сжатия. Когда поршень движется вверх, впускной клапан закрывается, позволяя поршню сжать топливно-воздушную смесь до части ее первоначального объема. Как только поршень приближается к верхней части камеры, свеча зажигания создает искру, воспламеняющую топливно-воздушную смесь.
Сгорание смеси приводит к ее быстрому расширению, что приводит к началу рабочего хода. При этом поршень движется вниз по цилиндру. И впускной, и выпускной клапаны в этот момент закрыты, гарантируя, что горючая смесь не улетучится из камеры сгорания и что для толкания поршня вниз будет использовано максимально возможное количество энергии.
Когда поршень достигает нижней точки своего хода, выпускной клапан начинает открываться, отмечая начало такта выпуска. Когда поршень движется обратно вверх по цилиндру, он выталкивает сгоревшие газы из выпускного отверстия. Когда поршень приближается к верхней части цилиндра, впускной клапан начинает открываться, готовясь к началу следующего такта впуска.
Этот процесс постоянно повторяется при работающем двигателе. Когда кто-то говорит «сосать, сжимать, хлопать, дуть», они имеют в виду четыре такта в четырехтактном цикле: впуск, сжатие, мощность и выпуск.
Дизельные двигатели работают по очень похожему циклу, который неудивительно называется дизельным циклом. В отличие от четырехтактного цикла двигатель всасывает воздух только во время такта впуска. Вместо этого топливо добавляется, когда поршень достигает верхней точки своего хода во время такта сжатия.
Высокая температура воздуха в камере сгорания в результате его сильного сжатия вызывает воспламенение топлива, и цикл продолжается.
Вот почему дизельные двигатели называют «воспламенением от сжатия», поскольку они не требуют искры. Бензиновые двигатели — это двигатели с искровым зажиганием.
Вы можете встретить и другие циклы, но чаще всего встречаются четырехтактные и дизельные. Если у вас есть машина, какой цикл она использует?
Четырехтактный двигатель | Конструкция, работа и ограничения
под редакцией Редакция | Теплотехника
Несмотря на мнение, что простота означает эффективность, эта фраза не совсем подходит для двигателей. Хотя четырехтактный двигатель более эффективен, чем его двухтактный аналог, он имеет небольшую нагрузку на компоненты. Давайте посмотрим, что такое четырехтактные двигатели, и посмотрим на их конструкцию и работу.
Четырехтактный двигатель
Четырехтактный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания (ВС), который движется 4 хода за 1 термодинамический цикл для выработки энергии.
Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру.
Таким образом, в четырехцилиндровом двигателе в первом такте поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ), а во втором такте — из ВМТ обратно в НМТ. Это приводит к одному обороту коленчатого вала . Когда поршень проходит этот процесс дважды, то всего получается 4 хода. Так как во время всех этих процессов двигатель вырабатывает мощность только один раз, из-за чего этот двигатель и получил название четырехтактный двигатель.
Конструкция четырехтактного двигателя
Понимание того, как работают эти двигатели, требует визуализации и знания их конструкции. На простейшем уровне эти двигатели имеют поршень-цилиндр , коленчатый вал , клапанов , распределительный вал, и свечи зажигания или топливную форсунку .
Схема четырехтактного двигателя.Компоненты, из которых состоят эти двигатели:
- Поршень-цилиндр: Как и любой двигатель внутреннего сгорания, они также имеют поршни и цилиндры, которые содержат воздушно-топливную смесь и передают энергию на механическое вращение коленчатого вала.
- Коленчатый вал: Преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение. Это также помогает в процессе сжатия.
- Свеча зажигания или топливная форсунка: В бензиновом двигателе свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. А в дизелях вместо свечи зажигания стоит топливная форсунка, которая распыляет топливо внутри цилиндра.
- Клапаны: Клапаны — это отверстия, через которые воздух или топливная смесь и выхлопные газы входят и выходят из двигателя. В отличие от двухтактного двигателя, в котором порты открываются и закрываются за счет движения поршня, клапаны в этих двигателях управляются распределительными валами, которые открывают и закрывают клапаны в заданное время.
- Распределительные валы: Это асимметричный вал с имеющимися на нем кулачками, который открывает и закрывает клапаны. Вращение этих валов создается зубчатой цепью или зубчатым ремнем, соединенным с коленчатым валом.
Работа четырехтактного двигателя
Эти двигатели, как и любой тепловой двигатель, в каждом цикле охватывают 4 термодинамических процесса. Эти четыре процесса выполняются при каждом такте четырехтактного двигателя.
Как вы уже знаете, инсульт означает. Теперь давайте посмотрим, что делают такты в этих двигателях:
- Такт впуска: Впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. Поршень движется от ВМТ к НМТ, что создает вакуум в цилиндре, который всасывает воздух или топливную смесь в двигатель через впускной клапан.
- Такт сжатия: Клапаны остаются закрытыми, а поршень движется от НМТ к ВМТ. Таким образом, сжимая воздушную или топливную смесь в небольшой объем и тем самым повышая ее температуру.
- Рабочий ход: При закрытых обоих клапанах свеча зажигания (в бензиновом двигателе) воспламеняет сжатую смесь. В результате воспламенения смесь расширяется, тем самым воздействуя на поршень.
- Такт выпуска: Последний такт — это открытие выпускного клапана и перемещение поршня из НМТ в ВМТ. Это движение поршня выталкивает выхлопные газы из двигателя через выпускные клапаны.
В конце четвертого такта цикл завершается, и весь процесс начинается заново; это идет постоянно.
Четырехтактный двигатель работает.Чтобы дать вам представление о том, как быстро происходит этот процесс. Обычный двигатель велосипеда или скутера обычно работает со скоростью от 4000 до 6000 об/мин. Это означает от 4000 до 6000 оборотов коленчатого вала в минуту. Таким образом, за одну секунду оборот коленчатого вала составляет
$$4000/60 = 66,6 \text{ об/с}$$
Каждый оборот представляет собой завершение вышеуказанных четырех событий (тактов). В результате в каждую секунду описанный выше процесс происходит 33 раза (66/2) раз. Удивительно, правда? В F1, далее увеличивается в 4 раза это.
Разница между четырехтактным и двухтактным двигателем
Помимо того простого факта, что количество тактов, которое они совершают для завершения одного термодинамического цикла, эти два двигателя имеют гораздо больше различий в конструкции и работе.
Разница между двухтактными и четырехтактными двигателями:
- Клапаны вместо портов: В четырехтактном двигателе некоторые клапаны приводятся в действие распределительным валом. В то время как двухтактный двигатель имеет порты, которые открывает и закрывает поршень.
- Отдельное моторное масло: Вместо смешивания смазочного масла с топливом в четырехтактном двигателе используется картер для хранения смазочного масла, что не позволяет смазочному маслу смешиваться с топливом. Это приводит к уменьшению загрязнения и увеличению срока службы смазочного масла.
- Высокий КПД: Отсутствие продувки и правильного сгорания приводит к повышению эффективности этих двигателей.
- Половина числа рабочих тактов: Поскольку этот цикл завершается за четыре такта, т. е. за 2 оборота. Поэтому он дает вдвое меньше рабочих тактов на оборот по сравнению с двухтактным двигателем.
Преимущество четырехтактного двигателя
Хотя эти четырехтактные двигатели несколько сложнее двухтактных. Несомненно, он обладает многими преимуществами, которые делают его весьма применимым в практических приложениях.
Некоторые ключевые преимущества, которыми обладают эти двигатели:
- Хорошая топливная экономичность: В целом, эти двигатели могут обеспечить достаточную топливную экономичность благодаря своей конструкции и рабочей мифологии.
- Масло не добавляется дополнительно: Присутствующая в этих системах отдельная система смазки устраняет необходимость добавления моторного масла в топливный бак для смазки.
- Долговечность: Чем выше контакт между поверхностями, тем выше износ между деталями. Четырехтактные двигатели рассчитаны на работу на более низких оборотах, что увеличивает срок службы двигателя, так как он меньше изнашивается.
Ограничения 4-тактного двигателя
Сложная и изощренная конструкция этих двигателей имеет свою цену, причем не только сложную по конструкции, но и более дорогостоящую по конструкции.
Области, в которых 4-тактный двигатель отступает:
- Сложный дизайн: Использование клапанов, цепи привода ГРМ и распределительного вала — это небольшая часть дополнительных деталей по сравнению с двухтактным двигателем.
- Дорого: Эти двигатели имеют больше деталей, что напрямую увеличивает стоимость этих двигателей.
Выводы
В целом 4-тактные двигатели имеют долгую историю практического применения; их более высокая эффективность и долговечность часто делают их предпочтительным выбором для производителей автомобилей. Чтобы узнать больше об их двухтактном аналоге, вы можете прочитать предыдущий пост о двухтактном двигателе.
Некоторые ключевые выводы из этого поста:
- Четырехтактный двигатель: Четырехтактный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания (ВС), который совершает 4 такта за 1 термодинамический цикл для выработки энергии.
