Двс что это такое в машине: Что такое ДВС в автомобиле, расшифровка кратко

Содержание

Что такое ДВС в автомобиле, расшифровка кратко

Что такое ДВС в автомобиле, расшифровка кратко

 

По дорогам мира перемещаются миллионы автомобилей, автобусов и грузовиков. Такое развитие транспорта было бы невозможным без ДВС – главной движущей силы всех современных машин. Расшифровка аббревиатуры ДВС несложная – двигатель внутреннего сгорания.

Что такое ДВС в автомобиле, что в нем горит и почему внутри – поясняем кратко. Паровой котел – это двигатель внешнего сгорания: дрова, уголь или мазут горят, подогревая воду, которая превращается в пар, который толкает поршни. Получается длинный и неэффективный цикл. Принципиальное отличие ДВС в том, что топливо сгорает внутри цилиндров, передавая энергию непосредственно поршням и валу, эффективность преобразования существенно выше. Кроме этого ДВС занимают немного места, мало весят, экономичны, работают на разнообразных видах топлива.

 

Краткое содержание статьи

1.Типы ДВС;

2. Как устроен ДВС автомобиля;

3. Как работает ДВС, описание, анимация;

4. Ремонт ДВС, стоимость.

 

 

1. Типы ДВС, бензин и дизель

 

По принципу воспламенения топлива двигатели делятся на несколько типов: искровые и дизельные. В первых топливо воспламеняется от искры, в цилиндрах вторых дизель зажигается от сжатия топливной смести. Бензиновые моторы имеют меньший КПД, по этому дизельные моторы экономичнее. Дизельные моторы дороже в обслуживание и ремонте, так как сложнее в устройстве.

 

2. Как устроен ДВС автомобиля

 

Приведем на примере современного двигателя внутреннего сгорания, опишем как устроен ДВС автомобиля.

ДВС состоит из следующих модулей:

  • Система подачи топлива;
  • Головка блока цилиндров;
  • Блок цилиндров с поршневой группой;
  • Газораспределительный механизм;
  • Коленчатый вал.

 

3. Как работает ДВС, описание и анимация

 

Главный принцип работы ДВС – расширение объема газов в замкнутом пространстве цилиндра от тепла, возникающего в результате сгорания топлива.

Чтобы двигатель работал непрерывно, реализуется цикл, состоящий из:

  1. Поступления топливной смеси в цилиндр, Поджога и сгорания смеси;
  2. Рабочего хода поршня;
  3. Выпуска газов.

Импульс, полученный от сгоревшего топлива, толкает поршень, коленчатый вал поворачивается. Так энергия преобразуется в движение. Выше мы описали как работает ДВС, прикрепляем анимацию. 

 

4. Ремонт ДВС в автомобиле, стоимость

Из чего состоит, и что такое ДВС в автомобиле мы разобрались, теперь немного расскажем о ремонте ДВС. Так как ДВС является сложным инженерным устройство и состоит из множества систем, которые должны слаженно работать, выход из строя или обшивка одной системы двигателя ведет к неровной работе системы в целом или к полной остановке мотора - поломке. Например, вышла из строя форсунка распыления топливной смеси в одном цилиндре, следовательно, в одном цилиндре нет детонации и что происходит с мотором в целом?

Мотор или как его еще называют ДВС, теряет мощность, и, если мотор 4 цилиндровый будет работать с рывками и провалами. С большой вероятностью будет давать сильную вибрацию на кузов, из-за ассиметричного зажигания. На помощь приходит диагностика и ремонт ДВС, автомобиль подключают к компьютеру и считывают ошибки по работе мотора. По набору ошибок, мастера поймут в чем причина поломки и поменяют форсунку.

 

Стоимость ремонта ДВС в автомобиле варьируется от модификации самого мотора и вида неисправности. Бывает, такое, что сама машины дешевая, а ремонт мотора дорогой, из-за неудобного расположения различных узлов. Бывает наоборот. Лучше всего не запускать проблемы по ДВС до ремонта. Нужно вовремя вменять масло, фильтры. Ели появляется как-либо проблема, нужно сразу вытиснять в чем причина и решать вопрос, пока мелкая проблема не переросла в полномасштабный ремонт.

 

 

устройство, принцип работы и классификация


Что такое ДВС?

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.

ДВС работает  благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.

Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).


Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т.е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).

Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.

  • Несмотря на то, что технологии, в том числе, в транспортной сфере, развиваются семимильными шагами, ДВС на авто человечество будет устанавливать еще долго. Даже концерн Volkswagen, который, как известно, готовит масштабную программу электрификации модельного ряда своих двигателей, пока не спешит отказываться от ДВС. Открытой является информация, что автомобили с ДВС будут выпускаться не только в ближайшие 5, но и 30 лет. Да, время разработок новых ДВС у концерна уже подходит к финальной стадии, но производство никто сворачивать не будет. Нынешние актуальные разработки будут использоваться и впредь. Некоторые же концерны по производству авто и вовсе не спешат переходить на электромоторы. Это можно обосновать и экономически, и технически. Именно ДВС из всех моторов одни из наиболее надежных и при этом дешёвых, а постоянное совершенствование моделей ДВС позволяет говорить об уверенном прогрессе инженеров, улучшении эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания и минимизации их негативного влияния на атмосферу.
  • Современные дизельные двигатели внутреннего сгорания позволяют снизить расход топлива на 25-30 %. Лучше всего такое уменьшение расхода топлива смогли достигнуть производители дизельных ДВС. Но и производители бензиновых двигателей внутреннего сгорания активно удивляют. Ещё в 2012-м году назад американский концерн Transonic Combustion (разработчик так называемых сверхкритических систем впрыска топлива) впечатлил решением TSCiTM. Благодаря новому подходу к конструкции топливного насоса и инжекторам, бензиновый двигатель стал существенно экономичней.
  • Большие ставки на ДВС делает и концерн Mazda. Он акцентирует внимание на изменении конструкции выпускной системы. Благодаря ей улучшена продувка газов, повышена степень их сжатия, а, вместе с тем, снижены и обороты  (причём сразу на 15%). А это и экономия расхода топлива, и уменьшение вредных выбросов – несмотря на то, что речь идёт о бензиновом двигателе, а не о дизеле.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

  1. Блок цилиндров. Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
  2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).
  3. Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

    Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

    Замену ГРМ проводят через каждые 60000 - 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

    Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

  4. Система питания. В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
  5. Система смазки. Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки  выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
  6. Система охлаждения. Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.
  7. Выхлопная система. Служит для отвода от мотора продуктов сгорания.
    Включает:
    - выпускной коллектор (приёмник отработанных газов),
    - газоотвод (приёмная труба, в народе- «штаны»),
    - резонатор для разделения выхлопных газов и уменьшения их скорости,
    - катализатор (очиститель) выхлопных газов,
    - глушитель (корректирует направление потока газов, гасит шум).
  8. Система зажигания. Входит в состав только бензодвигателей. Неотъемлемые компоненты системы – свечи и катушки зажигания. Самый популярный вариант конструкции – «катушка на свече». У двигателей внутреннего сгорания старого поколения также были высоковольтные провода и трамблер (распределитель). Но современные производители моторов, прежде всего, благодаря появлению конструкции «катушка на свече», могут себе позволить не включать в систему эти компоненты.
  9. Система впрыска. Позволяет организовать дозированную подачу топлива.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора.


Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС. 

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени. Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения "Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля", на платформе ELECTUDE. Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор.

Принцип работы двигателя

Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива - тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

  1. Поршень в цилиндре движется вниз.
  2. Открывается впускной клапан.
  3. В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
  4. Поршень поднимается.
  5. Выпускной клапан закрывается.
  6. Поршень сжимает воздух.
  7. Поршень доходит до верхней мертвой точки.
  8. Срабатывает свеча зажигания.
  9. Открывается выпускной клапан.
  10. Поршень начинает двигаться вверх.
  11. Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само.

При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE. 

Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход. Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.


Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

  1. Такт выпуска.
  2. Такт сжатия воздуха.
  3. Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
  4. Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

4 такта образуют рабочий цикл.

При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.


Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

  • Поршень двигается снизу-вверх.
  • В камеру сгорания поступает топливо.
  • Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
  • Возникает компрессия. (давление).
  • Возникает искра.
  • Топливо загорается.
  • Поршень продвигается вниз.
  • Открывается доступ к выпускному коллектору.
  • Из цилиндра выходят продукты сгорания.

То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй - опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).


Классификация двигателей

Двигатели разделяют по нескольким параметрам: рабочему циклу, типу конструкции, типу подачи воздуха.

Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

В зависимости от цикла, описывающего термодинамический (рабочий процесс), выделяют два типа моторов: 

  1. Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
  2. Ориентированные на цикл Дизеля. Топливо в данном случае воспламеняется не от искры, а непосредственно от разогретого рабочего тела. Такой цикл лежит в основе работы дизельных двигателей.

Чтобы работать с современными дизельными моторами, важно уметь хорошо разбираться в системе управлениям дизелями EDC (именно от неё зависит стабильное функционирование предпускового подогрева, системы рециркуляции отработанных газов, турбонаддува), особенностях системы впрыска Common Rail (CRD), механических форсунках, лямбда-зонда, обладать навыками взаимодействия с ними.


А для работы с агрегатами, работающими по циклу Отто, не обойтись без комплексного изучения свечей зажигания, системы многоточечного впрыска. Важно отличное знание принципов работы датчиков, каталитических нейтрализаторов.

И изучение дизелей, и бензодвигателей должно быть целенаправленным и последовательным. Рациональный вариант – изучать дизельные ДВС в виде модулей.


Классификация двигателей в зависимости от конструкции

  • Поршневой. Классический двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом. При работе принципа ДВС рассматривалась как раз такая конструкция. Ведь именно поршневые ДВС стоят на большинстве современных автомобилей.
  • Роторные (двигатели Ванкеля). Вместо поршня установлен трехгранный ротор (или несколько роторов), а камера сгорания имеет овальную форму. У них достаточно высокая мощность при малых габаритах, отлично гасятся вибрации. Но производителям невыгодно выпускать такие моторы. Производство двигателей Ванкеля дорогостоящее, сложно подстроиться под регламенты выбросов СО2, обеспечить агрегату большой срок службы. Поэтому современные мастера СТО при ремонте и обслуживании с такими автомобилями встречаются крайне редко. Но знать о таких двигателях также очень важно. Может возникнуть ситуация, что на сервис привезут автомобили Mazda RX-8. RX-8 (2003 по 2012 годов выпуска) либо ВАЗ-4132, ВАЗ-411М. И у них стоят именно роторные двигатели внутреннего сгорания.

Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса:

  1. Атмосферные. При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
  2. Турбокомпрессорные. Организована дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания.

Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.


Атмосферные системы активно встречаются как среди дизельных, так и бензиновых моделей. Турбокомпрессорные ДВС – в большинстве своём, дизельные двигатели. Это связано с тем, что монтаж турбонаддува предполагает достаточно сложную конструкцию самого ДВС. И на такой шаг готовы пойти чаще всего производители авто премиум-класса, спорткаров. У них установка турбокомпрессора себя оправдывает. Да, такие решения более дорогие, но выигрыш есть в весе, компактности, показателе крутящего момента, уровни токсичности. Более того! Выигрыш есть и в расходе топлива. Его требуется существенно меньше.

Очень часто решения с турбокомпрессором выбирают автовладельцы, которые предпочитают агрессивный стиль езды, высокую скорость.

Преимущества ДВС

  1. Удобство. Достаточно иметь АЗС по дороге или канистру бензина в багажнике – и проблема заправки двигателя легко решаема. Если же на машине установлен электромотор, зарядка доступна пока ещё не во всех местах.
  2. Высокая скорость заправки двигателя топливом.
  3. Длительный ресурс работы. Современные двигатели внутреннего сгорания легко работают в заявленный производителем период (в среднем 100-150 тыс. км. пробега), а некоторые и 300-350 тыс. км пробега. Впрочем, мировой рекордсмен – пробег и вовсе ~4 800 000 км. И здесь нет лишних нулей. Такой рекорд установлен на двигателе Volvo" P1800. Единственное, за время работы двигатель два раза проходил капремонт.
  4. Компактность. Двигатели внутреннего сгорания существенно компактнее, нежели двигатели внешнего сгорания.

Недостатки ДВС

При использовании двигателя внутреннего сгорания нельзя организовать работу оборудования по замкнутому циклу, а, значит, организовать работу в условиях, когда давление существенно превышает атмосферное.

Большинство ДВС работает за счёт использования невозобновляемых ресурсов (бензина, газа). И исключение – машины, работающие на биогазе, этиловом спирте (на практике встречается редко, так как при использовании такого топлива невозможно добиться высоких мощностей и скоростей).

Существует тесная зависимость работы ДВС от качества топлива. Оно должно обладать определённым определенным цетановым и октановым числами (характеристиками воспламеняемости дизельного топлива, определяющими период задержки горения рабочей смеси и детонационной стойкости топлива), плотностью, испаряемостью.

Автомеханики называют ДВС сердцем авто, инженеры модернизируют ГРМ, а производители бензина не беспокояться о том, что все перейдут на электротранспорт.

Двигатель автомобиля (ДВС). Типы двигателей

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – одно из главных устройств в конструкции автомобиля, служащее для преобразования энергии топлива в механическую энергию, которая, в свою очередь, выполняет полезную работу. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания построен на том, что топливо в соединении с воздухом образуют воздушную смесь. Циклически сгорая в камере сгорания, воздушно-топливная смесь обеспечивает высокое давление, направленное на поршень, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал через кривошипно-шатунный механизм. Его энергия вращения передается трансмиссии автомобиля.

Для запуска двигателя внутреннего сгорания часто используется стартер – обычно электрический двигатель, проворачивающий коленвал. В более тяжелых дизельных двигателях в качестве стартера и для той же цели применяется вспомогательный ДВС («пускач»).

Существуют следующие типы двигателей (ДВС):

  1. бензиновые
  2. дизельные
  3. газовые
  4. газодизельные
  5. роторно-поршневые

Также ДВС классифицируются: по виду топлива, по числу и расположению цилиндров, по способу формирования топливной смеси, по количеству тактов работы двигателя внутреннего сгорания и т.д.

 

Бензиновые и дизельные двигатели

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания – наиболее распространенные из автомобильных двигателей. Топливом для них служит бензин. Проходя через топливную систему, бензин попадает через распыляющие форсунки в карбюратор или впускной коллектор, а затем эта воздушно-топливная смесь подается в цилиндры, сжимается под воздействием поршневой группы, поджигается искрой от свечей зажигания.

Карбюраторная система считается устаревшей, поэтому сейчас повсеместно используется инжекторная система подачи топлива. Распыляющие топливо форсунки (инжекторы) осуществляют впрыск либо непосредственно в цилиндр, либо во впускной коллектор. Инжекторные системы делятся на механические и электронные. Во-первых для дозации топлива используются механические рычаговые механизмы плунжерного типа, с возможностью электронного контроля топливной смеси. Во вторых процесс составления и впрыска топлива полностью возложен на электронный блок управления (ЭБУ). Инжекторные системы необходимы для более тщательного сгорания топлива и минимизации вредных продуктов горения.

Дизельные ДВС используют специальное дизтопливо. Двигатели автомобиля подобного типа не имеют системы зажигания: топливная смесь, попадающая в цилиндры через форсунки, способна взрываться под действием высокого давления и температуры, которые обеспечивает поршневая группа.

 

Газовые двигатели

Газовые двигатели используют газ в качестве топлива – сжиженный, генераторный, сжатый природный. Распространение таких двигателей было обусловлено растущими требованиями к экологической безопасности транспорта. Исходное топливо хранится в баллонах под большим давлением, откуда через испаритель попадает в газовый редуктор, теряя давление. Далее процесс аналогичен инжекторным бензиновым ДВС. В некоторых случаях газовые системы питания могут не использовать в своем составе испарители.

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

Что такое ДВС в автомобиле: расшифровка

Хотя по нашим дорогам уже можно встретить электрокары, но большинство начинающих водителей еще интересует, что такое ДВС в автомобиле, так именно такими агрегатами оснащено подавляющее число машин. Подробности узнаем далее.

Расшифровка ДВС

Под данной аббревиатурой скрывается двигатель внутреннего сгорания. Он может быть установлен не только в транспорте, но и в другой технике, например, газонокосилках, электрогенераторах, бензопилах и др. Подобное оборудование широко использует преимущества аппарата.

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловое устройство, внутри которого энергия сгорающей топливной смеси переходит в механическую работу.

Такое устройство изобретено достаточно давно, а со второй половины прошлого века устанавливается на самоходный транспорт. Хотя конструкционно агрегат претерпел с тех пор много изменений, но принцип работы остался практически прежним.

Существует определенная градация таких моторов исходя из количества рабочих циклов:

  • двухтактные;
  • четырехтактные.

Конструкторы используют деление по методике приготовления топливной смеси:

  • карбюраторный;
  • инжекторный;
  • дизельный.

Первые два типа относятся к разновидностям с внешним топливообразованием, а последний – с внутренним типом топливообразования. Также внутри автомобильных движков энергия преобразовывается по-разному, что привело к возникновению турбинных, реактивных поршневых и комбинированных агрегатов.

Составные части

Автомобилистам, интересующимся своей техникой, желательно знать, из чего состоит ДВС. Современное устройство предполагает большое количество деталей. Они в комплексе влияют на производительность и эффективность работы всей силовой системы. К основным элементам относятся:

  • Блок цилиндров. Это базовая деталь установки, так как к ней привязываются остальные части. Внутри большинства цельных блоков обычно располагается 4 цилиндра. Также встречаются 6-ти, 8-ми и 12-ти цилиндровые авто. Реже количество бывает другим.
    Расположение полостей может быть линейным, V-образным и горизонтальным (опозитным).
  • Поршень. Внутри каждого из цилиндров компрессия создается поршнем, зафиксированным на шатуне. Он представляет собой полую цилиндрическую деталь из легких сплавов, перемещающуюся соосно.
  • Свечи. Если воспламенение не предполагается от сжатия топливной смеси, то для принудительного искрообразования должны стоять свечи. Они своевременно поджигают смесь, чтобы высвобождалась энергия.
  • Клапаны. Через них обеспечивается подача топлива и выпуск отработанных газов в выхлопную систему. Таким образом, они бывают впускные и выпускные. Как минимум одна пара задействована для каждого цилиндра.
  • Коленчатый вал. На нем крепятся шатуны с поршнями. Отбор мощности проводится от одного из хвостовиков коленвала. Благодаря этому элементу вращательное движение переводится в поступательное.

Так как вся система требует смазки, то снизу силовая установка имеет картер. В нем собирается масло, а за счет принудительной отправки часть его уходит на смазывание обратно.

ДВС: что это такое в машине?

Процессы преобразования энергии в силовой установке происходят множество раз в секунду. Таким образом удается двигать автомобиль, передавая вращение от коленвала посредством трансмиссии на ведущие оси машины.

Более подробно процесс включает несколько этапов. На первой стадии топливовоздушная смесь проникает из впускного клапана в камеру сгорания. Далее ее сжимает поршень до определенного объема. На этой стадии происходит искрообразование от свечи.

Воспламененная смесь при избыточной температуре обладает высоким давлением. За счет него обеспечивается создание усилия на торец поршня, толкая его от верхней точки сжатия вниз. Этот момент называется рабочим ходом. Соответственно шатун давит на коленвал и обеспечивает его вращение.

По инерции поршень снова идет вверх и в это время открываются выпускные клапаны. Из камеры сгорания удаляются продукты сгорания. Далее цикл повторяется снова.

Интересное по теме:

загрузка...

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Замена двигателя: какой можно поставить и как всё оформить

Как зарегистрировать машину с нестандартным мотором

Если автовладелец заранее знает, что хотя бы одна характери­стика нового двигателя не совпадёт с параметром штатного агрегата, он должен быть готов к длинной бюрократи­ческой процедуре, начать которую придётся задолго до того, как мотор будет установлен под капот.

Сначала нужно обратиться к экспертом за предвари­тельной оценкой, чтобы выяснить: можно ли в принципе «поженить» вашу машину с выбранным мотором? Например, такие услуги предо­ставляет Центр технической экспертизы ФГУП «НАМИ». В каждом регионе есть свои организации, которые должны получить аккреди­тацию на проведение подобных экспертиз и соответствующее свидетельство. Их список висит на сайте Федеральной службы по аккредитации, а также на сайте Евразийского экономического союза.

Автовладелец должен будет предоставить заявление, свой паспорт, СТС и ПТС, подтверждение собствен­ности на новый мотор, общее техническое описание авто­мобиля с указанием, какие изменения хочется внести. Если есть техническая документация (чертежи, расчёты), на основе которой планируется осуще­ствлять работы по замене, её тоже можно предоставить, но это не обязательно.

На основе всех документов комиссия экспертов может выдать отказ, если посчитает, что желаемый мотор невозможно поставить. Второй вариант: специ­алисты признают, что переделка не является измене­нием конструкции, напишут соответ­ствующее заключение и выдадут заявителю рекомендации, как поступать дальше.

Третий вариант: эксперты решат, что мотор поставить реально, но изначальная конструкция из-за этого изменится. Тогда вместе с заключе­нием выдадут список требований, а также работ, выпол­нение которых сделает новую конструкцию машины безопасной. Кроме того, владельца могут обязать получить серти­фикат соответ­ствия на двигатель. Его выдаст та же экспертная организация, если подать заявление на эту услугу.

В отдельном документе эксперты расскажут, сотрудники какой квали­фикации потребуются для пере­численных работ. Там же будут сформули­рованы доработки, которые разрешат сделать владельцу само­стоятельно. Такое заключение с 1 декабря 2020 года попадает в единый реестр, где привязы­вается к VIN автомобиля.

Дальше счастливому владельцу необходимо получить формальное разрешение на изменение конструкции, это бесплатно. Запрос на него можно подать через Госуслуги в любое терри­ториаль­ное подраз­деление ГИБДД. В допол­нение к заявлению понадобятся паспорт, ПТС, СТС и предвари­тельное заключение экспертов.

ГИБДД выносит решение по такому заявлению в течение трёх дней, а возможный отказ должен быть мотивирован. В случае положитель­ного ответа нужно будет ехать в сервис. Важно помнить, что сервис должен иметь серти­фикат, который подтвердит, что мотор меняли специ­алисты с той квалификацией, которую рекомендовали технические эксперты.

Завершив работу, сертифициро­ванный сервис должен выдать, помимо акта выпол­ненных работ, заявление-декларацию. В нём будут указаны изменения, внесённые в конструкцию машины. Они должны совпадать с тем, что пред­писывало предваритель­ное заключение экспертов. На те работы, которые владельцу разрешили выполнить само­стоятельно, он сам составляет аналогичную декларацию. Форма декларации есть в приложении к межгосудар­ственному стандарту о порядке оценки изменений в конструкции ТС.

Затем с заявлениями-декларациями владелец возвраща­ется в ту же организацию, что проводила предвари­тельную экспертизу, или выбирает другую. Доставить туда машину можно только на эвакуаторе – эксплуатация автомо­биля, чьё реальное техническое состояние не соответ­ствует прежним регистраци­онным данным, ещё запрещена. И так будет до получения новых регистраци­онных документов.

Теперь эксперты проведут техническую иденти­фикацию автомобиля и экспертизу его конструкции, сделают заключение о безопас­ности. По итогам всех исследо­ваний владелец получит протокол технической экспертизы. Если все работы выполнены правильно, эксперты укажут, что внесенные изменения соответ­ствуют действу­ющему техрег­ламенту. Если нет, предложат список доработок, после которых нужна будет повторная проверка.

С протоколом и декларациями о внесенных измене­ниях владелец отправ­ляется на пункт технического осмотра, где после проведения этой процедуры ему выдадут диагно­стиче­скую карту. При этом оператор обязан принять во внимание все внесённые в конструкцию изменения, если они подтверждены документами.

Дальше остаётся последний шаг — перереги­страция в ГИБДД. Для этого обязательно понадобится машина, поскольку инспектору будет необходимо её осмотреть. К ПТС и СТС, паспорту и квитанции об оплате госпошлины так же нужно приложить ещё несколько бумаг:

  • предварительное заключение техэкспертизы,

  • протокол финальной техэкспертизы,

  • сертификат соответствия на мотор, если он есть,

  • заявление-декларацию сервисного центра и копию его сертификации,

  • новую диагностическую карту.

После изучения всех документов инспектор проверит, насколько соответствуют реальные изменения предписанным. И наконец-то выдаст новые ПТС и СТС.

Устройство ДВС автомобиля

Наверное, уже всем известно, что ДВС автомобиля называют сердцем автомобиля. В современном мире без автомобиля никуда, поэтому следует изучить принцип работы двигателя автомобиля и изучить устройство автомобиля.

Общее устройство ДВС предполагает наличие поршня, который является деталью кривошипно-шатунного механизма автомобиля. Поршень ДВС выливается в форме стакана и состоит из следующих частей: днище, головка поршня, направляющая часть поршня (юбка), канавки для компрессионных и маслосъемных колец. Поршневые кольца ДВС обеспечивают герметичность во время движения поршня в цилиндре, что необходимо для исключения попадания масла в камеру сгорания и газов в картер двигателя. Поршневые кольца представляют собой уплотнители. Бывают компрессионные поршневые кольца и маслосъемные поршневые кольца. Компрессионные поршневые кольца ДВС обеспечивают высокую степень сжатия при работе двигателя.

Когда из топливной системы подается топливная смесь, поршень двигается вверх-вниз. Когда поршень поднимается вверх, то горючая смесь сжимается, после чего начинает работать система зажигания - свеча зажигания подает искру и горючая смесь воспламеняется (карбюраторные и инжекторные ДВС). В дизельных ДВС происходит самовоспламенение от высокой степени сжатия.

После сгорания горючей смеси выделяется огромное количества газов, которые воздействуют на поршень, толкая его вниз, и передавая усилие через шатун коленчатому валу, тем самым раскручивая его.

Как работает ДВС

Принцип работы ДВС заключается в преобразовании кинетической энергии в механическую работу (преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала).

Как возвратно-поступательно движение поршня-шатуна преобразуется во вращательное движение коленчатого вала?

Поршень крепится к шатуну с помощью поршневого пальца, который располагается внутри юбки поршня и фиксируется стопорными кольцами. Для стопорных колец в юбке поршня имеются специальные канавки. Коленчатый вал ДВС вращается на подшипниках скользящего типа в картере ДВС.

Крутящий момент коленчатого вала ДВС через трансмиссию (сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал, полуоси) передается на ведущие колеса автомобиля.

Двигатель внутреннего сгорания - это... Что такое Двигатель внутреннего сгорания?

Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую энергию.

Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания относится к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и так далее), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте.

История создания

В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1799 году он получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля, однако светильный газ годился не только для освещения.

В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения, стремительно расширяясь, оказывали сильное давление на окружающую среду — таким образом, оставалось только найти способ использования выделившейся энергии. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Затем газовоздушная смесь поступала в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он погиб, так и не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

В последующие годы изобретатели из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной.

Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Решив возникшие по ходу проблемы (тугой ход и перегрев поршня, ведущий к заклиниванию) продумав систему охлаждения и смазки двигателя, Ленуар создал работоспособный двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году было выпущено более трёхсот таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над дальнейшим усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто и получившим патент на изобретение своей модели газового двигателя в 1864 году.

В 1864 году немецкий изобретатель Августо Отто заключил договор с богатым инженером Лангеном для реализации своего изобретения — была создана фирма «Отто и Компания». Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. Цилиндр двигателя Отто, в отличие от двигателя Ленуара, был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Принцип действия: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разреженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. Кроме того, двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Несмотря на это, Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре была применена кривошипно-шатунная передача. Однако самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто получил патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой ДВС Роторный ДВС Газотурбинный ДВС

ДВС классифицируют:

а) По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные.

б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор, инжектор) и внутреннее (в цилиндре ДВС).

г) По способу воспламенения (с принудительным зажиганием, с воспламенением от сжатия, калоризаторные).

д) По расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные с одним и с двумя коленвалами, V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, VR-образные и W-образные, однорядные и двухрядные звездообразные, Н-образные, двухрядные с параллельными коленвалами, "двойной веер", ромбовидные, трехлучевые и некоторые другие.

Бензиновые

Бензиновые карбюраторные

Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.

Бензиновые инжекторные

Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно — рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется под управлением электронного блока управления (ЭБУ), управляющим электрическими бензиновыми вентилями.

Дизельные, с воспламенением от сжатия

Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый от сжатия воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топлива происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топлива возникают очаги сгорания. Т. к. дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50% в случае с крупными судовыми двигателями.

Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим крутящим моментом на валу. Дизельное топливо является более дешевым, нежели бензин. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжелых топливах, например, мазутах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счет пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо в случае с инверторными генераторными установками, от присоединенной электромашины, которая при обычной эксплуатации выполняет роль генератора.

Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера-Сабатэ со смешанным подводом теплоты.

Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряженностью, 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.

Газовые

Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:

  • смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.
  • сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.
  • генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твёрдого топлива используются:

Газодизельные

Основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

Роторно-поршневой

Предложен изобретателем Ванкелем в начале ХХ века. Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. 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. Строился серийно фирмой НСУ в Германии (автомобиль RO-80), ВАЗом в СССР (ВАЗ-21018 "Жигули", ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), в настоящее время строится только Маздой (Mazda RX-8). 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.

В Германии в конце 70х годов ХХ века существовал анекдот: «Продам НСУ, дам в придачу два колеса, фару и 18 запасных моторов в хорошем состоянии».

  • RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок.

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

  •  — двигатель внутреннего сгорания, представляющий 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 внес советский инженер, профессор А. Н. Шелест.

Циклы работы поршневых ДВС

Двухтактный цикл Схема работы четырёхтактного двигателя, цикл Отто
1. впуск
2. сжатие
3. рабочий ход
4. выпуск

Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.

Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа, состоящий из четырёх отдельных тактов:

  1. впуска,
  2. сжатия заряда,
  3. рабочего хода и
  4. выпуска (выхлопа).

Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения. Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW, Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (СААБ), обладающие большей гибкостью характеристики.

Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ) до 20—30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20—30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД. В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил, увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.

Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Фербенкс — Морзе, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20—30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах ХХ века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.

Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.

В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.

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 воспламениня топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).

См. также

Примечания

Ссылки

Вот как работает двигатель вашего автомобиля

Для большинства людей автомобиль - это вещь, которую они заправляют бензином, который перемещает их из точки А в точку Б. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как это на самом деле делает ? Что заставляет его двигаться? Если вы еще не приняли электромобиль в качестве повседневного водителя, магия сводится к тому, что сводится к двигателю внутреннего сгорания - той штуке, которая шумит под капотом. Но как именно работает двигатель?

В частности, двигатель внутреннего сгорания является тепловым двигателем в том смысле, что он преобразует энергию тепла горящего бензина в механическую работу или крутящий момент.Этот крутящий момент применяется к колесам, чтобы заставить машину двигаться. И если вы не водите старинный двухтактный Saab (который звучит как старая бензопила и изрыгает масляный дым из выхлопных газов), ваш двигатель работает на тех же основных принципах, независимо от того, управляете ли вы Ford или Ferrari.

Двигатели имеют поршни, которые перемещаются вверх и вниз внутри металлических трубок, называемых цилиндрами. Представьте, что вы едете на велосипеде: ваши ноги двигаются вверх и вниз, чтобы крутить педали. Поршни соединены стержнями (они похожи на ваши голени) с коленчатым валом, и они перемещаются вверх и вниз, чтобы вращать коленчатый вал двигателя, так же, как ваши ноги вращают велосипед, который, в свою очередь, приводит в действие ведущее колесо велосипеда или ведущие колеса автомобиля. .В зависимости от транспортного средства в двигателе обычно бывает от двух до 12 цилиндров, в каждом из которых поршень перемещается вверх и вниз.

Откуда исходит мощность двигателя

Эти поршни приводятся в движение вверх и вниз тысячи крошечных контролируемых взрывов, происходящих каждую минуту, создаваемых смешиванием топлива с кислородом и воспламенением смеси. Каждый раз, когда топливо воспламеняется, называется тактом сгорания или силовым ходом. Тепло и расширяющиеся газы от этого мини-взрыва толкают поршень вниз в цилиндре.

Почти все современные двигатели внутреннего сгорания (для простоты, мы сосредоточимся здесь на бензиновых силовых установках) относятся к четырехтактным. Помимо такта сгорания, который толкает поршень вниз из верхней части цилиндра, есть еще три хода: впуск, сжатие и выпуск.

Двигателям необходим воздух (а именно кислород) для сжигания топлива. Во время такта впуска клапаны открываются, позволяя поршню действовать как шприц, когда он движется вниз, втягивая окружающий воздух через систему впуска двигателя.Когда поршень достигает нижней точки своего хода, впускные клапаны закрываются, эффективно герметизируя цилиндр для такта сжатия, который имеет направление, противоположное такту впуска. Движение поршня вверх сжимает всасываемый заряд.

Четыре такта четырехтактного двигателя

Getty Images

В самых современных двигателях бензин впрыскивается непосредственно в цилиндры в верхней части такта сжатия.(Другие двигатели предварительно смешивают воздух и топливо во время такта впуска.) В любом случае, непосредственно перед тем, как поршень достигнет верхней точки своего хода, известной как верхняя мертвая точка, свечи зажигания воспламеняют смесь воздуха и топлива.

Возникающее в результате расширение горячих горящих газов толкает поршень в противоположном направлении (вниз) во время такта сгорания. Это ход, при котором колеса вашего автомобиля крутятся, как когда вы нажимаете на педали велосипеда. Когда такт сгорания достигает нижней мертвой точки, выпускные клапаны открываются, позволяя газам сгорания откачиваться из двигателя (как шприц, выталкивающий воздух), когда поршень снова поднимается.Когда выхлоп выходит - он проходит через выхлопную систему автомобиля перед выходом из задней части автомобиля - выхлопные клапаны закрываются в верхней мертвой точке, и весь процесс начинается снова.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

В многоцилиндровом автомобильном двигателе циклы отдельных цилиндров смещены друг от друга и равномерно распределены, так что такты сгорания не происходят одновременно, а двигатель является максимально сбалансированным и плавным.

Getty Images

Но не все двигатели одинаковы. Они бывают разных форм и размеров. В большинстве автомобильных двигателей цилиндры расположены по прямой линии, например, рядный четырехцилиндровый двигатель, или объединены два ряда рядных цилиндров по схеме V-образного сечения, как в V-6 или V-8. Двигатели также классифицируются по размеру или рабочему объему, который представляет собой совокупный объем цилиндров двигателя.

Различные типы двигателей

Конечно, существуют исключения и незначительные различия среди двигателей внутреннего сгорания, представленных на рынке.Например, двигатели с циклом Аткинсона изменяют фазы газораспределения, чтобы сделать двигатель более эффективным, но менее мощным. Турбонаддув и наддув, сгруппированные вместе под опциями принудительной индукции, нагнетают дополнительный воздух в двигатель, что увеличивает доступный кислород и, следовательно, количество топлива, которое можно сжечь, что приводит к увеличению мощности, когда вы этого хотите, и большей эффективности, когда вы надеваете не нужна сила. Все это дизельные двигатели обходятся без свечей зажигания. Но независимо от двигателя, если он относится к типу двигателей внутреннего сгорания, основы его работы остаются неизменными.И теперь вы их знаете.

Пора провести весеннюю уборку? Попробуйте продукты Meguiar, которые мы используем в нашем автопарке

Средство для мытья рук и воск Meguiar's Ultimate

Ultimate Quik Detailer от Meguiar

Полотенце из микрофибры Meguiar's Water Magnet

Детальщик интерьера Meguiar's Ultimate

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Двигатель внутреннего сгорания - обзор

1 ВВЕДЕНИЕ

Топливная эффективность двигателя внутреннего сгорания может быть увеличена за счет снижения механических потерь, вызванных, главным образом, трением. Использование соответствующих масел снижает трение, увеличивает топливную экономичность и в то же время поддерживает низкий износ. Существует два подхода, с помощью которых можно достичь снижения трения в двигателях внутреннего сгорания: за счет уменьшения вязкости масла, что приводит к снижению трения в режиме смазки жидкой пленкой, и за счет использования присадок, снижающих трение, которые минимизируют трение в смешанной / граничной смазке режим при контакте неровностей поверхности [1].

Очень важным классом присадок, снижающих трение, широко используемых в составах картерных масел, являются молибденосодержащие соединения, такие как диалкилдитиокарбамат молибдена (MoDTC). Общее количество присадок в масле может составлять от 5 до 25% [2], а эффективность MoDTC в снижении трения сильно зависит от синергетических или антагонистических эффектов с другими присадками, особенно с диалкилдитиофосфатом цинка (ZDDP) [3– 5]. Присадка ZDDP, помимо антиоксидантных свойств, как известно, очень эффективна для защиты поверхностей от износа в условиях граничной смазки; свойства, которые делают его незаменимым ингредиентом в подавляющем большинстве текущих составов масел [6].Поэтому понимание взаимодействия ZDDP и MoDTC в трибологических характеристиках как двух ключевых компонентов масел имеет важное значение для достижения оптимальных характеристик. Предыдущая работа [7] также указала на необходимость усовершенствования математических моделей смазки клапанного механизма, чтобы повысить их чувствительность к характеристикам состава масла. Такие улучшения станут возможными только путем развития лучшего понимания образования трибопленки, структуры, химических и морфологических свойств и их соотнесения с приработкой систем клапанного механизма.

MoDTC зарегистрировано для уменьшения трения за счет образования пленки, содержащей MoS 2 , на металлических поверхностях [8–12]. Было замечено, что трение уменьшилось через определенное время, определяемое как фаза индукции, после чего трение упало с высоких значений примерно 0,12 до уменьшенных значений порядка 0,05. Ямамото и Гондо [9, 13, 14] в своей работе с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) предположили, что для образования MoS 2 необходимо предварительное формирование слоя MoO 3 .Было видно, что образование M0S 2 из MoDTC происходит в результате контакта твердое тело-твердое тело [15]. Образование MoO 3 перед любым падением трения предполагает, что произойдет увеличение шероховатости, которое может способствовать образованию M0S2, что указывает на физический эффект MoO 3 в образовании M0S 2 . Хотя в нескольких работах [9, 11, 15] было показано, что только MoDTC эффективен в уменьшении трения, есть сообщения, которые показывают, что MoDTC может быть эффективным в уменьшении трения только в присутствии добавки ZDDP [3-5].Sogawa et al. [16] показали, что присутствие ZDDP способствует образованию M0S 2 из MoDTC. Они обнаружили, что при использовании модельного масла, содержащего как ZDDP, так и MoDTC, около 40% S из ZDDP было использовано для образования трибопленки M0S 2 в рубце износа, но точный механизм не был исследован. С другой стороны, Martin et al. [17] предложил реакцию отщепления M0O3 фосфатом цинка, генерируемым из ZDDP, в соответствии с принципом жестких и мягких кислот и оснований (HSAB).Устранение M0O 3 считалось причиной того, почему система ZDDP / MoDTC более эффективна в снижении трения, чем только MoDTC - химический эффект ZDDP в характеристиках снижения трения MoDTC. Однако топографический анализ трибопленок ZDDP подтвердил высокую шероховатость этой пленки [18, 19], что свидетельствует о влиянии ZDDP на образование M0S 2 , которое имеет физическую природу .

Хотя указание на виды, образующиеся при использовании добавки MoDTC, можно получить из анализа работы, проделанной несколькими группами, последовательность реакций, с помощью которых MoDTC образует M0S 2 , еще не установлена ​​и не доказана экспериментально.Кроме того, влияние ZDDP на механизм образования M0S 2 от MoDTC до сих пор полностью не изучено. В настоящей статье представлена ​​полная характеристика с точки зрения химических и топографических свойств трибопленок, образовавшихся до падения трения, и обсуждаются условия, благоприятные для образования M0S 2 и, следовательно, снижения трения. Процедура испытания, включающая замену масла одной модели на другую, использовалась для того, чтобы понять, имеют ли взаимодействия ZDDP / MoDTC физическую или химическую природу или их комбинацию.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу движка. Производители автомобилей постоянно играют со всеми перечисленными ниже параметрами, чтобы сделать двигатель более мощным и / или более экономичным.

Увеличение рабочего объема: Чем больше рабочий объем, тем выше мощность, поскольку вы можете сжигать больше газа за каждый оборот двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров.Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем больше мощность, до определенного предела. Однако чем сильнее вы сжимаете топливно-воздушную смесь, тем больше вероятность самопроизвольного воспламенения (до того, как свеча зажигания воспламенит его). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое преждевременное сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно нужен высокооктановый бензин - их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить большую мощность.

Добавьте больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр заданного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (точно так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели сжимают входящий воздух, чтобы эффективно втиснуть больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение входящего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотите, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании.Поэтому многие автомобили с турбонаддувом и наддувом имеют интеркулер . Интеркулер - это специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух, чтобы охладить его перед попаданием в цилиндр.

Позвольте воздуху поступать легче: Когда поршень опускается на такте впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, поместив по два впускных клапана в каждый цилиндр. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы для устранения сопротивления воздуха.Большие воздушные фильтры также могут улучшить воздушный поток.

Упростите выход выхлопных газов: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, это лишает двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан к каждому цилиндру. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет четыре клапана на цилиндр, что улучшает рабочие характеристики. Когда вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что автомобиль имеет четыре цилиндра и 16 клапанов, в рекламе говорится, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком мала или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать противодавление, которое имеет тот же эффект. В высокоэффективных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения противодавления в выхлопной системе. Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, используя две выхлопные трубы вместо одной.

Сделайте все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он расходует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и запустить его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению топливной экономичности и производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр. Это улучшает производительность и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые распространенные вопросы, связанные с двигателем, которые задают читатели.

Изучите автомобильную инженерию у инженеров-автомобилестроителей

Привод транспортного средства обычно достигается с помощью двигателей, также известных как первичные двигатели, то есть механических устройств, способных преобразовывать химическую энергию топлива в механическую энергию. Кстати, английский термин «двигатель», вероятно, имеет французское происхождение от старофранцузского слова «engin», которое, в свою очередь, как полагают, происходит от латинского «ingenium» (имеющего тот же корень от «ingénieur» или « инженер").

Химическая энергия топлива сначала преобразуется в тепло посредством сгорания, а затем тепло преобразуется в механическую работу посредством рабочего тела.Эта рабочая среда может быть жидкостью или газом. Действительно, тепло, выделяемое при сгорании, увеличивает его давление или его удельный объем, и благодаря его расширению достигается механическая работа.

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) в качестве рабочего тела используются сами продукты сгорания (например, воздух и топливо), тогда как в двигателях внешнего сгорания продукты сгорания передают тепло другому рабочему телу посредством теплообменника. Более того, в то время как в ДВС сгорание происходит внутри цилиндра, в двигателях внешнего сгорания сгорание происходит в отдельной камере, обычно называемой горелкой.

Поскольку процесс сгорания ДВС изменяет характеристики рабочего тела, циклический режим может быть получен только за счет периодической замены самого рабочего тела, т.е. через разомкнутый цикл. Таким образом, термин «цикл» для ДВС относится к рабочему циклу двигателя, который необходимо периодически заменять, а не к термодинамическому циклу рабочей жидкости. Топливо должно иметь характеристики, совместимые с работой ДВС, а это означает, что его продукты сгорания должны позволять использовать их в качестве рабочих сред (например,грамм. при горении не должен образовываться пепел, как в дымоходе, который может вызвать заклинивание механизма двигателя).

Двигатель внутреннего сгорания

Поршневые двигатели внутреннего сгорания обычно выбираются для приведения в движение наземных транспортных средств, за некоторыми исключениями (электродвигатели для трамваев, троллейбусов или электромобилей) из-за их благоприятной удельной мощности и относительно низких затрат на производство и обслуживание (по сравнению, например, с газовыми турбинами). ).

В поршневом ДВС движение поршня в цилиндр, закрытый на противоположном конце головкой цилиндра, вызывает циклическое изменение объема цилиндра.Поршень соединен со штоком, а кривошип - с валом, устойчивое вращение которого вызывает циклическое движение поршня между двумя крайними положениями: верхней мертвой точкой (ВМТ, ближайшая к головке блока цилиндров) и нижней мертвой точкой (НМТ, нижняя мертвая точка). наибольшее расстояние от ГБЦ). Эти два положения соответствуют минимальному объему цилиндра (зазор, Vc) и максимальному объему цилиндра (общий объем, Vt). Разница между максимальным и минимальным объемом называется рабочим объемом или рабочим объемом цилиндра и называется Vd.И, наконец, соотношение между максимальным и минимальным объемом называется степенью сжатия (rc).

Классификация ДВС

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на разные категории. Два наиболее важных из них основаны на процессе сгорания (искровое зажигание против воспламенения от сжатия) и на рабочем цикле (2 хода против 4 такта). Дополнительная классификация может быть основана на впуске воздуха (без наддува или с турбонаддувом), заправке топливом (непрямой или прямой впрыск) и системе охлаждения (с воздушным или водяным охлаждением).В этой статье будут представлены только различия между процессами горения.

Искровое зажигание и воспламенение от сжатия

Искровое зажигание

В двигателях с искровым зажиганием используется топливо с относительно низкой реактивностью, такое как бензин, сжатый природный газ (CNG) или сжиженный нефтяной газ (GPL). Такое топливо смешивается с воздухом для образования горючей гомогенной топливно-воздушной смеси, а затем сжимается в двигателе до температуры около 700 К (400 ° C) и давления около 20 бар без какого-либо самовоспламенения.

Такое поведение можно объяснить на основе характеристик молекулы топлива: углеводородное топливо, используемое в двигателях с искровым зажиганием (SI), состоит из короткоцепных молекул с жесткой и компактной структурой (таких как Ch5 для КПГ или изооктан C8h28 для бензина) для которых даже при высоких температурах и давлениях время, необходимое для начала процесса сгорания, довольно велико. Однако это понятие не следует путать со способностью жидкого топлива испаряться при комнатной температуре и образовывать горючую смесь в окружающем воздухе.Эта способность высока для бензина и определяет опасность взрыва при наличии источника воспламенения.

Таким образом, в двигателях SI процесс сгорания может быть запущен только (по крайней мере, для классического сгорания) с помощью внешнего источника энергии, такого как электрическая искра. Энергия, добавляемая к смеси электрическим разрядом, мала (величина около 10 мДж), но в любом случае необходима для начала процесса горения.

От первого ядра, воспламененного искрой, горение затем распространяется по смеси: слой за слоем фронт пламени проходит через камеру, в основном благодаря конвективному теплообмену между дымовыми газами и свежей смесью, до последних зон (называемых «Конечный газ») вдали от искры.

Скорость фронта пламени составляет около 20-40 м / с и значительно увеличивается с турбулентностью внутри смеси (турбулентность увеличивает площадь поверхности между свежим и сгоревшим газом, таким образом, увеличивается теплообмен и, следовательно, скорость распространения пламени). Поскольку интенсивность турбулентности увеличивается с частотой вращения двигателя, а скорость фронта пламени пропорциональна интенсивности турбулентности, скорость фронта пламени увеличивается с частотой вращения двигателя, тем самым компенсируя сокращение времени, доступного для сгорания. Благодаря этому практически нет ограничений по частоте вращения для двигателей SI с точки зрения сгорания (двигатель Формулы 1 может работать до 20 000 оборотов в минуту).

Однако топливно-воздушная смесь, если выдерживается при высоких температурах и давлении в течение длительного времени, может в конечном итоге подвергнуться самовоспламенению. По этой причине может возникнуть аномальное возгорание, когда конечный газ самовозгорается до появления фронта пламени. Это ненормальное сгорание вызывает внезапный рост давления в цилиндре, за которым следуют волны давления внутри камеры сгорания, которые передаются через конструкцию двигателя в окружающую среду. Это называется «детонацией» и может вызвать повреждение поршня и цилиндра из-за термических усталостных напряжений.Во избежание возникновения детонации двигатель SI должен соответствовать нескольким ограничениям, касающимся максимальной длины пути пламени (что ограничивает максимальный диаметр цилиндра, называемого внутренним диаметром, примерно 100 мм), и максимально допустимой температуры и давления конечного (свежего) газа (т.е. ограничивают степень сжатия и давление наддува).

Более того, высокие значения скорости пламени могут быть достигнуты только в том случае, если соотношение воздух / топливо довольно близко к стехиометрическому: поэтому, когда двигатель SI должен работать при частичной нагрузке, невозможно уменьшить только топливо, сохраняя неизменным воздушную массу в цилиндр.Затем для управления нагрузкой необходимо использовать устройство для уменьшения массового расхода воздуха (часто выбирается впускной дроссель), даже если это приводит к снижению эффективности при частичной нагрузке.

[color_box вариация = "зеленый мох" title = "Что такое стехиометрия?"] Стехиометрия определяется как точка, в которой в смеси расходуется весь кислород и сжигается все топливо. Для бензина соотношение по массе составляет 14,7: 1 (14,7 грамма воздуха на 1 грамм топлива). [/ color_box]

Компрессионное зажигание


Когда используется топливо с более высокой реакционной способностью, такое как дизельное топливо, его нельзя смешивать с воздухом и затем сжимать в цилиндре, потому что в противном случае процесс сгорания начнется самопроизвольно во время такта сжатия.Действительно, дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов, которая может быть представлена ​​цетаном C16h44 с длинной молекулой с прямой цепью, в которой предварительные реакции процесса окисления протекают довольно быстро при высоких температурах и давлениях.

Таким образом, дизельное топливо впрыскивается в виде струи жидкости под высоким давлением в уже сжатый воздух непосредственно перед желаемым началом сгорания (в случае классического сгорания дизельного топлива). Маленькие капли топлива (диаметром около 10 мкм), окруженные горячим сжатым воздухом (около 900 K), быстро испаряются, и процесс сгорания самопроизвольно начинается с чрезвычайно короткой задержкой воспламенения.

В отличие от двигателей SI, процесс сгорания в дизельном двигателе не может самостоятельно регулировать свои характеристики в соответствии с доступным временем для выполнения сгорания, связанного с увеличением скорости двигателя (т.е. время, требуемое для испарения топлива, смешивания и задержки зажигания, не уменьшается с увеличением скорости двигателя. ). Следовательно, эти двигатели не могут работать на скоростях выше 5000 об / мин.

Наконец, в отличие от двигателей SI, здесь нет строгих требований к соотношению воздух / топливо для этого вида сгорания.При частичной нагрузке количество впрыскиваемого топлива уменьшается при сохранении того же количества всасываемого воздуха без использования дроссельного устройства, а затем без каких-либо дополнительных потерь.

Источник: проф. Федерико Милло, Туринский политехнический университет

Romain Nicolas отзыв:

Два наиболее распространенных типа горения (искровое зажигание и воспламенение от сжатия) сегодня известны давно и хорошо освоены. Однако мы приближаемся к пределу этих процессов, поскольку установленные стандартами лимиты выбросов загрязняющих веществ и топлива становятся все ниже и ниже.Достижение этих стандартов становится все более и более дорогостоящим, и некоторые альтернативные процессы сгорания и архитектуры двигателей проходят испытания в лабораториях и исследовательских центрах. Считаете ли вы, что двигатели с искровым зажиганием и воспламенением от сжатия, какими мы их знаем сейчас, будут заменены некоторыми альтернативными решениями, такими как CAI, PCCI, двухтопливное сгорание или другие?

Как работают автомобильные двигатели?

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель - это двигатель внутреннего сгорания.Бензиновый двигатель имеет 4 основных такта, включая впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Бензин легко смешивается с воздухом, поэтому сгорает при небольшой искре. В результате бензиновый двигатель имеет свечу зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси. Вот как работают четыре такта бензинового двигателя.

1. Всасывание

Впускной клапан открывается, и топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр.

2.Компрессия

Впускной клапан закрывается, и топливно-воздушная смесь сжимается поршнем.

3. Сжигание

На этом этапе смесь воздуха и топлива взрывается, и мощность, создаваемая взрывом, заставляет поршень опускаться.

4. Выхлоп

Сгоревшие газы в баллоне отводятся через вентиль.

Дизельный двигатель

Работа дизельного двигателя аналогична работе бензинового двигателя, но они немного отличаются в том, как они воспламеняют топливно-воздушную смесь.В бензиновых двигателях воздух и топливо предварительно смешиваются перед всасыванием в цилиндр. С другой стороны, дизельные двигатели используют топливные форсунки для распыления топлива в цилиндр. Поскольку у дизельных двигателей нет свечей зажигания, они должны иметь более высокую степень сжатия, чтобы смесь воздуха и топлива была достаточно сжатой для воспламенения.

Электрический и гибридный автомобиль

Электромобили не имеют двигателя внутреннего сгорания, но вместо этого у них есть электродвигатель, поскольку они работают на электричестве.Аккумуляторная батарея внутри автомобиля хранит электроэнергию и питает электродвигатель. Аккумулятор заряжается путем подключения к зарядной станции.

Напротив, гибридные автомобили используют как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель. Таким образом, две разные системы работают в гармонии, приводя в движение автомобили. Батареи в гибридных автомобилях не нужно подключать, так как двигатель внутреннего сгорания заряжает их.

Краткая история двигателя внутреннего сгорания - _ памятует

18 апреля 2019 г.

Можно было ходить пешком, верхом или путешествовать в экипаже - после изобретения колеса возможности для путешествий по суше стали недоступны человечеству. развивалась 4000 лет.Это не изменилось до появления новаторов и изобретателей в конце 19 века. После того, как железная дорога сделала возможным перевозить большое количество людей и товаров в отличном стиле, именно двигатель внутреннего сгорания коренным образом изменил индивидуальную мобильность. Наша краткая история двигателя внутреннего сгорания связана с рассказом о том, как он был изобретен, как он стал использоваться в первых автомобилях и что было сделано для снижения рисков, связанных с этой инновацией в области высокоскоростной мобильной связи.

Однажды в августе 1888 года жители Вислоха, Брухзаля и Дурлаха имели все основания удивляться: трехколесная повозка, напоминавшая нечто среднее между конной повозкой и велосипедом, катилась по улицам их городов. . За исключением того, что лошадей поблизости не было. И трое пассажиров, женщина и двое молодых людей, похоже, не крутили педали. Транспортное средство, по-видимому, двигалось на собственном ходу, управляемом рукояткой, которую женщина держала.Женщину звали Берта Бенц, подростками - ее сыновья Ричард и Ойген, а транспортным средством - запатентованный Бенц автомобиль № 3.

Карл Бенц, муж Берты, запатентовал первую версию автомобиля еще в 1886 году и представил автомобиль широкой публике в июле того же года во время тест-драйва в Мангейме. «Не может быть никаких сомнений в том, что у этого моторизованного велосипеда скоро появится множество друзей», - таково было эйфорическое заявление Neue Badische Landeszeitung 4 июня 1886 года.И все же первоначальные попытки найти покупателей, готовых вложить деньги в этот «бензиновый вагон», не увенчались успехом, а экономический успех оказался недостижимым. Чтобы оживить упавшее настроение мужа и убедить современников в практичности нового транспортного средства, Берта Бенц решила провести тщательный тест-драйв, хотя и не предупредив своего колеблющегося мужа заранее. Утром она и ее сыновья выехали на 104-километровую дорогу из Мангейма в свой родной город Пфорцхайм, куда они благополучно доехали через 12 часов 57 минут.

Эта поездка считается первой поездкой на дальние расстояния в истории автомобилестроения и по сей день отмечается как «Маршрут памяти Берты Бенц». Насколько велико было в то время рекламное воздействие, все еще остается предметом споров среди исследователей. Одно можно сказать наверняка: после этого запатентованный автомобиль Benz начал свой медленный, но верный путь в гору к коммерческому успеху. К 1893 году было продано 69 автомобилей, в основном в США, Англии и особенно во Франции, где благодаря хорошим дорогам первые автолюбители не были так сильно потрясены.На рубеже веков Benz & Cie. Уже поставила 1709 экземпляров своих автомобилей. Количество сотрудников превысило 430 человек, что в десять раз больше.

Сравнение электромобилей с аккумуляторными батареями и автомобилей с двигателем внутреннего сгорания

Комплексная оценка в США

Электромобили с аккумуляторной батареей (BEV) не потребляют бензин и не выделяют углекислый газ из выхлопной трубы, что делает возможным экологически устойчивое вождение в пределах досягаемости среднестатистического потребителя.Однако остается вопрос: «Действительно ли BEV обладают экологическим преимуществом в отношении потенциала глобального потепления и вторичного воздействия на окружающую среду - и если да, то какой ценой?»

Чтобы ответить на этот вопрос, Артур Д. Литтл провел общий анализ экономической стоимости жизненного цикла и воздействия на окружающую среду электромобилей с литий-ионными аккумуляторами (BEV) по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (ICEV), чтобы лучше понять BEV и их преобразующий потенциал. В этом исследовании моделируется относительное воздействие новых BEV и ICEV в Соединенных Штатах за последний полный календарный год, за который имеются данные, 2015, и прогнозируется экономическое и экологическое воздействие BEV и ICEV на весь предполагаемый 20-летний срок службы легковой автомобиль США.Учитывая, что это быстро развивающийся рынок, в нашем исследовании также прогнозируются экономические и экологические последствия, которые новые BEV и ICEV будут иметь в 2025 году, с учетом ожидаемых значительных изменений в технологии аккумуляторов, модельном ряду транспортных средств и стандартах экономии топлива.

Чтобы определить истинные затраты и воздействие на окружающую среду от BEV, мы выполнили всесторонний количественный анализ без каких-либо государственных стимулов или субсидий. В нашем исследовании был изучен каждый этап жизненного цикла автомобиля, от НИОКР и производства, включая поиск сырья до владения и утилизации по окончании срока службы.Мы оценили воздействие, связанное с каждым компонентом транспортного средства, от новых технологий и химического состава, задействованных в производстве аккумуляторов, до потребностей в энергии (например, бензин и электричество, от колодца до колес), необходимых для питания транспортного средства. Мы построили модели, которые рассчитывают общую стоимость владения (TCO) за 2015 г., потенциал глобального потепления (GWP) и вторичные воздействия на окружающую среду (например, потенциал токсичности для человека, характеризующийся потерянными годами жизни с поправкой на инвалидность) для BEV и ICEV.Мы также прогнозируем, как технологии BEV и ICEV будут развиваться в ближайшее десятилетие, и мы использовали эту информацию для моделирования совокупной стоимости владения, GWP и вторичного воздействия на окружающую среду на 2025 год для BEV и ICEV.

Согласно нашему исследованию, экологическая и экономическая реальность электромобилей намного сложнее, чем они обещали. С экономической точки зрения BEV обладают рядом явных преимуществ. Во-первых, стоимость электроэнергии, связанная с эксплуатацией BEV на расстоянии в одну милю, значительно ниже, чем стоимость бензина, необходимая для эксплуатации сопоставимого ICEV на таком же расстоянии.Во-вторых, БЭВ обходятся дешевле в обслуживании благодаря относительной элегантности и простоте системы аккумулятор-электродвигатель по сравнению с частым обслуживанием, необходимым для работы системы внутреннего сгорания. В-третьих, технология автомобильных аккумуляторов быстро развивалась с тех пор, как на рынке появилось текущее поколение BEV, при этом цена за киловатт-час (кВтч) литий-ионных аккумуляторных батарей снизилась с 1126 долларов в 2010 году до всего 300 долларов в 2015 году (см. Приложение E-1). ).

Согласно нашему исследованию, экологическая и экономическая реальность электромобилей намного сложнее, чем они обещали.С экономической точки зрения BEV обладают рядом явных преимуществ. Во-первых, стоимость электроэнергии, связанная с эксплуатацией BEV на расстоянии в одну милю, значительно ниже, чем стоимость бензина, необходимая для эксплуатации сопоставимого ICEV на таком же расстоянии. Во-вторых, БЭВ обходятся дешевле в обслуживании благодаря относительной элегантности и простоте системы аккумулятор-электродвигатель по сравнению с частым обслуживанием, необходимым для работы системы внутреннего сгорания. В-третьих, технология автомобильных аккумуляторов быстро развивалась с тех пор, как на рынке появилось текущее поколение BEV, при этом цена за киловатт-час (кВтч) литий-ионных аккумуляторных батарей снизилась с 1126 долларов в 2010 году до всего 300 долларов в 2015 году (см. Приложение E-1). ).

Рисунок 1.
Общая стоимость владения за 20-летний срок службы ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV

Электромобили

и автомобили с двигателем внутреннего сгорания

Рисунок 2.
Выбросы парниковых газов в течение 20-летнего срока службы для ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV

являются значительным препятствием для более широкого внедрения BEV и могут объяснить, почему их проникновение на рынок до сих пор ограничено.

С экологической точки зрения картина еще сложнее. BEV в 2015 году достигают цели по сокращению выбросов парниковых газов по сравнению с сопоставимыми ICEV, если рассматривать их на протяжении всего срока службы транспортного средства, но это маскирует повышенное воздействие на здоровье человека по сравнению с ICEV и множество других побочных воздействий на окружающую среду (см. Рисунки 2 и 3). . В то время как большинство воздействий на окружающую среду, создаваемых ICEV, локализовано на сгорании бензина в двигателе транспортного средства, производственный процесс для BEV создает гораздо более широкие

Рисунок 3.
дней воздействия на жизнь (смерть или инвалидность) для компактного пассажирского ICEV 2015 года по сравнению с эквивалентным BEV за 20 лет владения выбросам парниковых газов.

В частности, использование тяжелых металлов в производстве литий-ионных аккумуляторных батарей для BEV в сочетании с загрязнением, создаваемым энергосистемой США (например,грамм. хвосты угольных электростанций) для эксплуатационной части жизненного цикла BEV создают примерно в три раза большую токсичность для человека по сравнению с ICEV (см. рисунок 3). Принимая во внимание расхождение в том, где распределяются воздействия на окружающую среду, можно с уверенностью сказать, что потребитель, который выбирает BEV вместо ICEV, смещает экологию

Рисунок 4.
Сравнение исследования ADL с данными Союза обеспокоенных ученых и национального сообщества. Результаты Бюро экономических исследований

влияние владения автомобилем.Как подробно описано в недавней серии расследований, опубликованных Washington Post, большая часть кобальта и графита, поступающих в цепочку поставок литий-ионных аккумуляторов, поступает из плохо регулируемых и сильно загрязняющих шахт в Конго1 и Китае2. Вкладывая местный вклад в выбросы парниковых газов, они создают более рассеянный набор воздействий на окружающую среду, распространяющихся по всему миру, последствия которых в значительной степени несут сельские и часто неблагополучные общины вблизи шахт, откуда поставщики BEV получают сырье для производства аккумуляторных батарей.

В рамках нашего исследования Артур Д. Литтл также представляет результаты двух других широко цитируемых отчетов о влиянии BEV на окружающую среду по сравнению с ICEV - «Более чистые автомобили от колыбели до могилы: как электромобили побеждают бензиновые автомобили по выбросам из-за глобального потепления. , »3 из Союза обеспокоенных ученых (UCS) и« Экологические преимущества от вождения электромобилей? »4 из Национального бюро экономических исследований (NBER). Оба этих отчета исследуют воздействие BEV и ICEV на окружающую среду, и оба отчета описывают последствия для политики, вытекающие из их выводов.Однако UCS и NBER приходят к совершенно разным выводам. Мы представляем их различные результаты, чтобы сформировать более широкую дискуссию и поместить наше исследование в рамки более широкой дискуссии об истинном воздействии BEV и ICEV на окружающую среду в США (см. Рисунок 4).

Прогнозирование технологических тенденций для новых BEV и ICEV в 2025 году, Артур. Моделирование Д. Литтла показывает, что хотя разница в совокупной стоимости владения между BEV и ICEV значительно сократится по сравнению с 2015 годом, ICEV по-прежнему будут иметь экономическое преимущество в диапазоне от 5 800 до 11 100 долларов (текущая стоимость) по сравнению с BEV.С экологической точки зрения различия в потенциале глобального потепления и в потенциале токсичности для человека увеличатся в 2025 году по сравнению с 2015 годом: BEV будут производить еще более низкие уровни парниковых газов по сравнению с ICEV, но они будут генерировать примерно в пять раз больше антропогенных газов. потенциал токсичности по сравнению с ICEV из-за использования более крупных аккумуляторных блоков.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *