Система двс: Двигатель. Классификация, механизмы и системы ДВС

Содержание

Энергосберегающие технологии. Автономная энергетическая система ДВС-СГ с МПСО

Код стенда с 2012г.: НТЦ-10.48.1
Код стенда до 2012г.: НТЦ-48.100
Количество выполняемых работ: 7
Источник питания: 3~380/220В 50Гц / древесные отходы / бензин АИ-92
Потребляемая мощность:  500 Вт 

Стенд позволяет проводить лабораторные работы по изучению характеристик автономной энергетической системы с приводом от ДВС работающем на пиролизном газе и с приводом от ДВС работающем на традиционном топливе (бензин, дизтопливо).

Стенд позволяет проводить следующие лабораторные работы:

  1. Исследование синхронизации трехфазных генераторов с приводом от ДВС.
  2. Исследование характеристик автономной энергетической системы с приводом от ДВС со смешанной нагрузкой при изменении напряжения и частоты сети.
  3. Исследование устойчивости генератора с приводом от ДВС при работе на активную нагрузку.
  4. Исследование устойчивости системы двух энергетических установок с приводом от ДВС при параллельной работе генераторов на нагрузку.
  5. Исследование потерь напряжения и мощности
  6. Исследование эффективности работы ДВС на пиролизном газе.
  7. Исследование эффективности газогенераторной установки, работающей на древесном топливе.

Конструктивно оборудование состоит из пяти частей:

  • корпуса, в который установлена часть электрооборудования, электронные платы, лицевая панель, силовой модуль и столешница интегрированного рабочего стола;
  • газогенератора совмещенного с накопителем выработанного газа. Основной вид топлива — древесина лиственных пород;
  • трехфазного генератора  номинальной мощностью до 1кВА с приводом от ДВС работающем на традиционном топливе;
  • трёхфазного генератора  номинальной мощностью до 1кВА с приводом от ДВС работающем на пиролизном газе;
  • внешней трехфазной нагрузочной установки переменной мощности 0-3 кВт.

Автономная электрическая система построена на базе двух трехфазных генераторов,  один из которых приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания работающем на жидком топливе, а второй двигателем внутреннего сгорания работающем на газообразном топливе от газогенератора. Генераторы имеют возможность  работать каждый в отдельности и вместе на активно-индуктивную нагрузку в автономной системе, либо параллельно с сетью 380В. Предусмотрена возможность снятия характеристик  отдельных элементов автономной электрической системы.

Для измерений связанных с работой ДВС в состав стенда включены газоанализатор и расходомеры жидкого топлива и газа.

Стенд укомплектован  измерительно-вычислительным комплексом на базе ПК  с пакетом программно-методического обеспечения.

К лабораторному стенду прилагается программное и методическое обеспечение:

  • программа тестирования студента для допуска к лабораторным работам. В процессе тестирования проверяются как теоретические знания, так и знание содержания выполняемой лабораторной работы. В результате тестирования студент получает оценку знаний;
  • программное обеспечение измерительного комплекса;
  • комплект методической и технической документации, предназначенный для преподавательского состава.

Программное обеспечение МПСО позволяет:

  • выводить в одних координатных осях до 21 измерительного канала, с индивидуальной настройкой параметров масштаба по вертикали для каждого из каналов и общей для всех каналов настройкой параметров масштаба по горизонтали;
  • строить фигуры Лиссажу для двух любых измерительных каналов;
  • производить анализ спектра любого из используемых измерительных каналов;
  • производить измерение частоты сигнала на любом  используемом канале;
  • вычислять активную, реактивную составляющие мощности, полную  мощность, коэффициент мощности;
  • сохранять массив данных из буфера для последующего анализа;
  • производить экспорт осциллограмм в графические форматы.

Технические характеристики стенда:
Питание

~3 380/220 В, 50Гц

Потребляемая мощность, кВт не более

0,5

Вид топлива для газогенератора

древесина лиственных пород

Вид топлива для бензогенераторов

бензин не ниже АИ-92

Габаритные размеры стенда:

Ширина, мм 1310

Высота, мм

1460

Глубина, мм

600

Габаритные размеры модуля:

Длина, мм

550

Ширина, мм

140

Высота, мм

550

Габаритные размеры трехфазных бензогенераторов:

Ширина, мм

625

Высота, мм

746

Глубина, мм

770

Габаритные размеры внешней трехфазной нагрузки:

Ширина, мм

370

Высота, мм

400

Глубина, мм

290

Вес оборудования, кг., не более

250

Технические характеристики МПСО:
Количество гальванически развязанных АЦП

3 шт.

Количество каналов в одном АЦП

7 шт.

Частота дискретизации АЦП

1 МГц

Количество каналов ЦАП

1 шт.

Амплитуда сигнала ЦАП, до

±5 В

Частота дискретизации ЦАП 1 МГц
Диапазон измеряемых напряжений
От ±0,1 В
До ±750 В
Диапазон измеряемых токов
От ±500 мкА
До ±10А

Точность измерений, до

0,5%

Технические характеристики ПК:
Операционная система:

Microsoft Windows XP 7

Коммуникационные порты:

USB 2.0

Процессор:

x86 2000МГц

Оперативная память:

2048 Мб

Жесткий диск:

не менее 200Мб

Видеоподсистема:

1366×768 16Бит

Устройства ввода информации:

Клавиатура, мышь

Устройства чтения сменных носителей:

CD/DVD-Rom

Как работает система охлаждения двигателя внутреннего сгорания?

Сгорание воздушно-капельной смеси бензина или солярки в цилиндрах сопровождается выделением огромного количества тепловой энергии. Но ДВС или дизель могут функционировать только в рабочих пределах температуры. Следовательно, без охлаждения узлов и механизмов движка никак не обойтись.

Как работает охлаждение двигателя

В автомобилях нашли применение несколько разновидностей охлаждения, а именно — системы:

  • закрытого типа — в них используется жидкость;
  • открытого типа — в них охлаждение движка производится воздухом;
  • комбинированные.

В современных авто используется чаще всего жидкостная система. Она обеспечивает самую высокую эффективность и достаточно комфортный уровень шума. В дизелях и бензиновых движках конструкции не имеет существенных различий. Поэтому разберем, как работает система охлаждения на самом обычном ДВС. В состав системы входит:

  • жидкость, которая циркулирует по двум контурам — малый (рубашка ДВС) и большой. Малый задействуется при рабочей температуре тосола или антифриза. Как только температура повышается, немедленно срабатывает клапан, и поток жидкости перенаправляется по большому контуру в радиатор;
  • радиатор, в котором тосол охлаждается воздухом. Трубчатая структура радиатора способствует увеличению теплоотдачи;
  • термостат на магистрали между радиатором и двигателем – устройство, которое подает сигнал на клапан. В нем есть всего три режима – закрытый и открытый частично или полностью.
  • датчик температуры генерирует сигналы на блок управления.
  • вентилятор находится перед радиатором и сигнал на его запуск проступает при чрезмерном нагреве жидкости. Его лопасти ускоряют поток воздуха, в результате чего происходит быстрое понижение температуры. Если же в жару долго стоять в пробке, то вентилятор будет работать непрерывно, что, впрочем, иногда все равно не спасает двигатель от перегрева.
  • расширительный бачок для заливки тосола или антифриза, но главная его функция — компенсация изменения уровня тосола или антифриза в системе охлаждения двигателя;
  • помпа, она же – центробежный насос. Она приводится в движение от вращения вала ГРМ через ременной или шестеренчатый привод. Помпа начинает работать немедленно после пуска двигателя и обеспечивает циркуляцию жидкости.

Для надежной работы охладительной системы необходимо постоянно следить за уровнем жидкости в расширительном бачке и при необходимости доливать или полностью заменять ее.

Все для ремонта и обслуживания авто ищите в интернет-магазине автозапчастей Фортуна!

Часть 8. Система моделирования охлаждения ДВС и электродвигателя

Система моделирования охлаждения ДВС и электродвигателя

Система охлаждения двигателя в проекте предназначена для обдува двигателей с воздушным охлаждением или создания штатного воздушного потока для радиаторов охлаждения из состава испытуемых ДВС.


В ее состав входят два вентилятора среднего давления, одностороннего всасывания ВР 280-46 2,5-4/3000/380


Вентилятор ВР 280-46 2,5-4/3000/380

Технические характеристики вентилятора приведены в таблице ниже.

Техническая характеристика

Значение параметра

Диаметр рабочего колеса, дм

2,5

Количество лопаток рабочего колеса

32

Мощность электродвигателя, кВт

4

Частота вращения, об/мин

3000

Производительность, м3/час

1800-3990

Полное давление, Па

1600-2100

 

Шкаф питания системы охлаждения служит для регулирования скорости асинхронных электродвигателей вентиляторов системы охлаждения путем плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты. Регулирование частоты происходит в соответствии с максимально допустимыми значениями напряжения и максимально допустимой частоты вращения электродвигателей.

 

 

Основными компонентами шкафа питания являются два частотных преобразователя EMERSON UNIDRIVE M200 4kw. Они полностью управляются из центральной программы, а также имеют привязку по алгоритмам безопасности напрямую к контроллеру, на случай выхода из строя ПО или ПК.

 

Основные технические данные определяются техническими характеристиками частотных преобразователей и приведены в таблице ниже.

Технические данные и характеристики частотного преобразователя EMERSON UNIDRIVE M200

Техническая характеристика

Значение параметра

Мощность, Л.с. (кВт)

4

Номинальное напряжение, В

380

Максимально допустимая перегрузка

150% х 60 секунд

Способ подключения

Кабель Ethernet


Вентиляторы, входящие в состав системы охлаждения двигателя, обеспечивают обдув цилиндров двигателя или электродвигатель потоком воздуха,  имитируя тем самым набегающий поток воздуха, который охлаждает двигатель в реальных эксплуатационных условиях. Режим работы системы охлаждения двигателя задается оператором.

Если у Вас есть вопросы, вы можете обратиться к нам за соответствующей консультацией.

Это лишь вводная часть и мы рекомендуем вам ознакомиться с остальными частями данного проекта 
(навигация ниже, а также в заголовке)


Принцип увеличения гибкости характеристик современных автомобильных ДВС / Хабр


Насколько важно иметь совершенный код в программе для ее быстрой и качественной работы? Настолько же важно для ДВС тратить меньше энергии там, где этих затрат можно избежать.
Прошлая статья

из-за упрощений вызвала вопросы критического характера у части хабра-людей. В этой я попробую ответить на них подробнее как и обещал, а так же раскрыть один из основных принципов ДВС последних десятилетий упомянутый в статье

«Эволюция развития автомобильных двигателей с начала 90-х годов.»

Агрегаты с гибкой характеристикой срабатывания в ДВС

Первым, и наверно самым известным примером повышения гибкости характеристик в ДВС стали гидрокомпенсаторы, обеспечившие отказ от теплового зазора и более плавную работу клапанов.

Саморегуляция и плавность работы гидравлики так же использовалась и в других узлах и агрегатах ДВС.

Например гидронатяжители цепи обеспечили те же преимущества что и толкатели, но наиболее ярким примером триумфа гидравлики можно считать систему Fiat MultiAir.


Двигатель, как и машина

, где устанавливается данная система уникальны сами по себе, поэтому остановимся лишь на отдельных моментах.

Так из видео видно, что пока гидравлическим способом открывается только клапан впуска, но далее я покажу что и на клапан выпуска так же есть воздействие в другой системе, связанной с полным управлением процесса закрытия клапанов. Поэтому фактически гидравлика на сегодня уже способна управлять практически всеми процессами в ГБЦ. Поразительно, но при всей сложности системы ее работа является оправданием-примером перспектив следующего этапа — электро клапанов.

Есть правда и компромиссный вариант от koenigsegg

Следующий пример — регулируемый маслонасос уже можно считать скорее давно ожидаемой доработкой, чем техническим прорывом.

Как видно сложность работы тут оправдана оптимизированным диапазоном работы.

Последующий «гидравлический» пример — система впрыска, где происходили действительно революционные изменения.

Начнем пожалуй с того факта что переход от моно-впрыска к распределенному, а далее к непосредственному у бензиновых моторов затронул целый ряд характеристик.

Таких, как давление впрыска, время цикла впрыска и цену на это оборудование (последнее наверно самый очевидный момент).

Давление впрыска — при разных режимах работы двигателя может быть от 3 до 11 МПа.

Время цикла впрыска может изменятся (а иногда впрыск может проходить за один рабочий такт до нескольких раз).

Прямой впрыск способен обеспечить шесть вариантов смешивания топлива.

  • послойное распределение смеси;
  • гомогенная смесь;
  • гомогенно-обедненная смесь;
  • гомогенно-послойное распределение смеси;
  • двойной впрыск для защиты двигателя от детонации;
  • двойной впрыск для разогрева нейтрализатора.

Цена последнего вида впрыска считается самой высокой для бензиновых ДВС (поэтому не случайно появления комбинированных систем впрыска).

Одним из возможных вариантов удешевления прямого впрыска являются форсунки Orbital.
Принцип работы тут такой — воздух к воздушным жиклерам поступает в сжатом виде от специального компрессора при давлении 0,65 МПа. Давление топлива составляет 0,8 МПа. Сначала срабатывает топливный жиклер, а затем в нужный момент и воздушный, поэтому в цилиндр, мощным факелом впрыскивается топливно-воздушная смесь в виде аэрозоля.
Форсунка, установленная в головке цилиндра рядом со свечой зажигания, впрыскивает топливно-воздушную струю непосредственно на электроды свечи зажигания, что обеспечивает ее хорошее воспламенение.

Ford Sci ( Smart Charge injection), Mitsubishi GDI (Gasoline Direct Injection), VW FSI (Fuel Stratified Injection), HPi (High Pressure Injection), Mersedes Benz CGI, Renault IDE, SCC (Saab Combustion Control. Отличительной особенностью системы является интеграция свечи зажигания и инжектора в один модуль(SPI). С помощью сжатого воздуха топливо попадает напрямую в блок цилиндров и тут же воспламеняется.) — все эти системы различные варианты прямого впрыска.

У дизельных моторов различия в топливной аппаратуре стали менее значимы, так как они изначально были с прямым впрыском. Тут рост давления впрыска был попутным фактором, и больше сказывалось улучшенное управление процессами. Механические форсунки у дизеля сейчас практически везде заменены на электромеханические. У «дизелей» как и у бензиновых с прямым впрыском так же присутствует «многоимпульсный режим» ( впрыск за один цикл от 1 до 7 раз).

Главное противостояние в дизель-технологиях впрыска идет

между индивидуальными насос-форсунками и системой Common Rail.

Еще одним значимым изменением в системе впрыска стало увеличение количества и качества датчиков используемых для коррекции впрыска. Система управления двигателем<на данный момент имеет все больше данных для обработки и коррекции напрямую, а не разными обходными путями, как это было ранее.

На ранних этапах становления электронных систем управления двигателем процесс ручной настройки впрыска через ЭСУД напоминал работу с Big Data. И там, и там в принципе не знаешь точно конечный результат в начале процесса, но все же надеешься нащупать «золотое дно». При ручной настройке впрыска рассчитывать приходилось только на опыт и интуицию, чтоб получить нужный результат.

В системе зажигания преобразования так же прошли в сторону повышения мощности и точности работы.

Контактное зажигание с одной катушкой сменило бесконтактное (с одной, а далее с двумя катушками), а итогом развития стали индивидуальные катушки зажигания на каждом цилиндре.


небольшая отсылка к предыдущей статье — есть так же и две катушки зажигания на весь мотор, которые из-за особенностей работы дают искру два раза за цикл (причем одна искра проходит в цилиндре не в такте зажигания).

Электро генерация так же стала экономнее, так одним из итогов развития стал отключаемый генератор.

Принцип работы тут следующий — когда машина замедляется, генератор включается на максимальный режим работы. При последующем ускорении… отключается до определенных пределов, которые зависят от ряда параметров. Такой режим работы позволяет распределять нагрузку лучше, так как при торможении двигателем дополнительное сопротивление оказывает генератор, а при ускорении он наоборот — снимает нагрузку с ДВС.

Генератор с муфтой INA. Кондиционер с помощью то же с помощью отключаемой муфты стал экономнее. Теперь он не нагружает вал «холостой» работой компрессора.

Турбина как элемент изначально мало подверженный усложнению все же стала «гибче».

Но не всегда выхлопные газы выходят в «трубу», иногда часть из них «возвращается» обратно в камеру сгорания.

Работа этой системы позволяет регулировать температуру в камере сгорания за счет рециркуляции выхлопных газов (Бывают

системы с охлаждением

выпускных газов, и без, при рециркуляции).

Последним «невозможным» преобразованием на данный момент можно считать цикл Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI).

Смысл данной технологии объединить 2 типа сгорания топлива в одном моторе. При применении этого цикла становится возможным сжигать смесь бензина как с помощью свечи, так и по «дизельному» (с помощью сжатия).

Агрегаты потерявшие механическую связь с ДВС

Под это определение первым подпадает бензонасос.

В большинстве современных инжекторных автомобилей этот агрегат, как правило, размещен в бензобаке, имеет незначительные различия по конструкции… и полностью лишен какой-либо механической связи с ДВС. Правда сейчас уже даже в качестве тюнинга научились ставить электрический бензонасос даже на карбюраторные машины.

Эффективность его работы выросла, особенно после того как стали устанавливать системы без «обратки» (подачи топлива по обратному каналу в бензобак).

Следующий чисто электрически «связанный» элемент — дроссельная заслонка, которая традиционно всегда была связана с педалью газа, но теперь это «независимый» от педали элемент.

Дело в том что с точки зрения работы различных взаимосвязанных систем в двигателе не всегда нужно напрямую воздействовать на заслонку и прямая связь тут скорее помеха, чем помощь. Поэтому в силу многих причин разделение на педаль газа (Потенцио́метр) и заслонку с электроприводом вполне оправданно. Определенную роль во внедрении электро-дросселя так же сыграли и нормы токсичности выхлопа.

Последующей системой потерявшей «связи» стала система охлаждения.

Про электро-вентилятор охлаждения думаю уже все знают (хотя ранее в 90-х было еще такое понятие как привод через вязкостную муфту вентилятора охлаждения).

Замена вискомуфты на электровентилятор и сейчас актуальна.

А вот про наличие 2 контуров охлаждения отдельно для ГБЦ и блока цилиндров?

Все это «приправлено» тем что термостаты тут более «шустрые» т. е. То же потерявшие прямую физическую взаимосвязь за счет внедрения электрической составляющей (поэтому быстродействие тут зависит уже не столько от воздействия температуры на рабочий расширяющийся элемент, а

от работы нагревающего элемента внутри

).

Разделение контуров на ГБЦ и Блок цилиндров позволило поддерживать различную температуру охлаждающей жидкости в них. В отличие от стандартной, в двухконтурной системе охлаждения обеспечивается температура в головке блока цилиндров в пределе 87°С, в блоке цилиндров – 105°С.

Так как в контуре головки блока цилиндров должна поддерживаться более низкая температура, то в нем циркулирует больший объем охлаждающей жидкости (порядка 2/3 от общего объема). Остальная охлаждающая жидкость циркулирует в контуре блока цилиндров.
При запуске двигателя оба термостата закрыты. Обеспечивается быстрый прогрев двигателя. Охлаждающая жидкость циркулирует по малому кругу контура головки блока цилиндров: от насоса через головку блока цилиндров, теплообменник отопителя, масляный радиатор и далее в расширительный бачок. Данный цикл осуществляется до достижения охлаждающей жидкостью температуры 87°С.

При температуре 87°С открывается термостат контура головки блока цилиндров и охлаждающая жидкость начинает циркулировать по большому кругу: от насоса через головку блока цилиндров, теплообменник отопителя, масляный радиатор, открытый термостат, радиатор и далее через расширительный бачок. Данный цикл осуществляется до достижения охлаждающей жидкостью в блоке цилиндров температуры 105°С.

При температуре 105°С открывается термостат контура блока цилиндров и в нем начинает циркулировать жидкость. При этом в контуре головки блока цилиндров всегда поддерживается температура на уровне 87°С.

Последним достойным упоминания можно назвать электро-помпу BMW. Решение «электрофицировать» водяной насос рискованное, так как требует не малых энергозатрат, и наверно поэтому не встречается пока у большинства остальных автопроизводителей. Применяется электрическая помпа на двигателях N52: E60, E61, E63, E64, E65, E66, E87, E90, E91.

Помимо непосредственно навесного оборудования связанного с работой ДВС, механическую связь потерял гидроусилитель… став в некоторых случаях электрогидроусилителем, и в максимуме — электроусилителем.

«Гибкие» в зависимости от оборотов…

В предыдущей статье был вопрос — «а может ли работать 4-х клапанный ДВС без части клапанов, или вообще без них?»

Ответ прост — не только может, но и работает (правда есть нюансы).

Технология Twinport от Опель позволяет обходиться и 3-мя в режиме частичных нагрузок.

Причина такой частичной работы кроется в снижении наполняемости цилиндра воздухом при частично открытой дроссельной заслонке при небольшой нагрузке на двигатель. Эту проблему частично решает рециркуляция выхлопных газов (EGR), но немецкие инженеры посчитали что этого недостаточно. Для увеличения скорости воздушного потока они решили «заткнуть» один впускной клапан заслонкой (на фото справа), что позволило закрутить поток воздуха и увеличить его скорость.

В итоге применение Twinport экономит 6% топлива на двигателе объемом 1.6 л. В общем совместно с EGR экономия может доходить до 10%.

Подобная система применяется Opel и на двигателях с прямым впрыском топлива.

на рено шафран для создания завихрения в цилиндре использовали форсунку впрыска воздуха в камере сгорания. Впрыск воздуха улучшает процесс сгорания на малых оборотах, оптимизируя сгорание топлива, что обеспечивает экономию топлива от 8 до 14 %.

Занимательно, но факт что впрыск воздуха в последствии еще использовался в выпускном тракте для улучшения экологии выхлопа холодного двигателя, а в суперкаре Koenigsegg Jesko сжатый воздух так же впрыскивается в выпускной тракт чтобы… раскрутить турбину для устранения турболага.

Следующая система более радикально подходит к вопросу деактивации клапанов.

Принцип схож с big.LITTLE .

В одном моторе, при полном отключении клапанов в нескольких цилиндрах, появляется возможность получить меньший рабочий объем для экономии топлива.


Volkswagen cylinder deactivation technology



Audi A1 Sportback 1.4 TSI при 4 цилиндровом моторе способен с помощью системы отключения цилиндров «превращаться» при оборотах 1400 до 4000 об/мин (частичная нагрузка) в двухцилиндровый!

Honda Variable Cylinder Management

Был и отечественный аналог подобной системы.

Профессор П. И. Андрусенко в 1967 году предложил более простой способ регулировки мощности ДВС — отключение отдельных рабочих циклов. В 1996 году совместно с «АвтоВазом» это метод рекламировался на выставке в Детройте.

Принцип работы идеи профессора простой, надо лишь отключать подачу топлива в разные цилиндры, что и обеспечит получение необходимого количества энергии в данный момент. Реализуется это с помощью управления впрыском, а дроссельная заслонка во всем диапазоне изменения нагрузок мотора остается полностью открытой! (напомню что в системе BMW Valvetronic то же есть дроссельная заслонка, которая полностью открыта для повышения индикаторного К.П.Д., но там это «страховка» на случай выхода из строя системы).

Преимущества системы:

  • На режиме частичных нагрузок 20 — 23% с уменьшением токсичности в 2.5 — 4 раза.
  • Расход топлива на холостом ходу сокращается в два раза.

Отличия от используемых сейчас.

  • Количество отключаемых циклов может быть любым. Работа ДВС в данном режиме может быть оптимизирована по составу топлива в широком диапазоне оборотов и нагрузок.
  • При регулировании мощности отключением цилиндров изменяется их температурный режим, так как они остаются незадействованными в течение длительного времени. При методе ДРЦ пропущенные циклы приходятся на различные цилиндры, поэтому они практически не успевают охлаждаться.
  • Не требуется серьезных изменений конструкции ДВС.

Сдвиг фаз.

Следующая технология манипуляции работы клапанов — фазовращатели. Технология сдвига фаз с успехом улучшила идею 4-х клапанов, и по исполнению настолько простая что «добрались» и до моторов АвтоВаза.

Суть процесса состоит в том, чтобы изменять время открытия клапанов в цилиндре в зависимости от роста оборотов двигателя. Причина тут простая — сгорание топлива на более высоких оборотах происходит не так быстро, а значит нужно время для «продувки-открытия» клапанов выставлять раньше. Достигается это небольшим смещением распределительного вала с помощью гидроуправляемой муфты.

VVT-i

BMW VANOS


«дедушкой» сдвига фаз принято считать разрезную шестерню.

В основном разрезная шестерня используется в тюнинге и… при несовершенстве некоторых моторов так как позволяет установить «правильные» фазы открытия и закрытия клапанов.

Регулирование высоты подъема клапана.

Кроме сдвига, используется и еще одна «гибкая» технология — «подъем клапанов».

MITSUBISHI MIVEC

Honda VTEC

BMW Valvetronic

Variocam Porsche

Последним достижением ДВС на данный момент является изменяемая характеристика степени сжатия.

Примеры подобной системы от шведов

и немецкий аналог…

По итогу развития эти системы так и не нашли применения, но вот Nissan решил исправить ситуацию, и представил свой серийный вариант системы.

Несмотря на сложность этого мотора ему далеко до главного лидера по «гибкости» — гибридного привода Toyota Prius.

Сочетание совместной работы двигателя по циклу Аткинсона (Миллера) с электромотором дает недостижимый для обычных ДВС расход топлива, экологию выхлопа и КПД.

Таким образом развитие двигателей внутреннего сгорания пришло к закономерному итогу электрификации, и даже запустились процессы обратные всей тенденции развития моторов до этого момента.

P.S. Период с начала 80-х по наше время смело можно назвать временем отсечения лишних затрат в ДВС. О параллельном процессе — миниатюризации ДВС (даунсайзинге) будет в следующей статье.

P.P.S. Если у вас есть примеры-аналогии из it-сферы по перечисленным ДВС-технологиям можете написать ниже в комментариях (лучшее добавлю в статью).

Схема работы двс


Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.

В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

В подавляющем большинстве легковых автомобилей устанавливают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы и берём его за основу. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового ДВС, предлагаем вам взглянуть на рисунок:

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый – впуск), сжимается (такт второй – сжатие) и воспламеняется от искры свечи зажигания. При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, заставляющее поршень двигаться вниз к так называемой нижней мертвой точке (НМТ), совершая при этом такт третий – рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение коленчатый вал. Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля – это четвертый такт (выпуск) работы двигателя внутреннего сгорания.

Давайте ещё раз повторим определения, а затем посмотрим это видео.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом, в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

  1. Такт первый — ВПУСК. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом возникает разряжение и полость цилиндра ДВС заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Смесь, попадая в камеру сгорания, смешивается с остатками отработавших газов. В конце впуска давление в цилиндре составляет 0,07–0,095 МПа, а температура 80-120 ºС.
  2. Такт второй – СЖАТИЕ. Поршень движется к ВМТ, оба клапана закрыты, рабочая смесь в цилиндре сжимается, а сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300-400 ºС).
  3. Такт третий – РАСШИРЕНИЕ. При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура (до 2500 градусов по Цельсию). Под давлением поршень перемещается к НМТ. Давление равно 4–6 МПа.
  4. Такт четвертый – ВЫПУСК. Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выпускной трубопровод, а затем в окружающую среду. Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа, температура 600-900 ºС.

И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором также очень хорошо показан принцип работы ДВС.

Видео: как устроен двигатель внутреннего сгорания

Устройство двигателя. Принцип работы ДВС

Практически все современные автомобили оснащены двигателем внутреннего сгорания, имеющим аббревиатуру ДВС. Несмотря на постоянный прогресс и сегодняшнее стремление автомобильных концернов отказаться от моторов, работающих на нефтепродуктах в пользу более экологичной электроэнергии, львиная доля машин ездит на бензине или дизельном топливе.

Основными принципом ДВС является то, что топливная смесь воспламеняется непосредственно внутри агрегата, а не вне его (как, к примеру, в тепловозах или устаревших паровозах). Такой способ имеет относительно большой коэффициент полезного действия. К тому же, если говорить об альтернативных моторах на электрической тяге, то двигатели внутреннего сгорания обладает рядом неоспоримых преимуществ.

  • большой запас хода на одном баке;
  • быстрая заправка;
  • согласно прогнозам, уже через несколько лет энергосистемы развитых стран не будут в силах погасить потребность в электроэнергии из-за большого количества электрокаров, что может привести к коллапсу.

Непосредственно ДВС отличаются по своему устройству. Все моторы можно разделить на несколько самых популярных категорий в зависимости от принципа работы:

Наиболее распространенная категория. Работает на главных продуктах нефтепереработки. Основным элементом в таком моторе является цилиндро-поршневая группа или ЦПГ, куда входит: коленвал, шатун, поршень, поршневые кольца и сложный газораспределительный механизм, который обеспечивает своевременное наполнение и продувку цилиндра.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания подразделяются на два типа в зависимости от системы питания:

  1. карбюраторные. Устаревшая в условиях современной реальности модель. Здесь формирование топливно-воздушной смеси осуществляется в карбюраторе, а пропорцию воздуха и бензина определяет набор жиклеров. После этого карбюратор подает ТВС в камеру сгорания. Недостатками такого принципа питания является повышенное потребление топлива и прихотливость всей системы. К тому же она сильно зависит от погоды, температуры и прочих условий.
  2. инжекторные или впрысковые. Принципы работы двигателя с инжектором кардинально противоположны. Здесь смесь впрыскивается непосредственно во впускной коллектор через форсунки, а затем разбавляется нужным количеством воздуха. За исправную работу отвечает электронный блок управления, который самостоятельно высчитывает нужные пропорции.

Устройство двигателя, работающего на дизеле, кардинально отличается от бензинового агрегата. Поджог смеси здесь происходит не благодаря свечам зажигания, дающим искру в определенный момент, а из-за высокой степени сжатия в камере сгорания. Данная технология имеет свои плюсы (больший КПД, меньшие потери мощности из-за большой высоты над уровнем моря, высокий крутящий момент) и минусы (прихотливость ТНВД к качеству топлива, большие выбросы СО2 и сажи).

Данный агрегат имеет поршень в виде ротора и три камеры сгорания, к каждой из которых подведена свеча зажигания. Теоретически ротор, движущийся по планетарной траектории, каждый такт совершает рабочий ход. Это позволяет существенно повысить КПД и увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания. На практике это сказывается гораздо меньшим ресурсом. На сегодняшний день только автомобильная компания Mazda делает такие агрегаты.

Принцип работы ДВС такого типа заключается в том, что тепловая энергия переходит в механическую, а сам процесс обеспечивает вращение ротора, приводящего в движения вал турбины. Подобные технологии используются в авиационном строительстве.

Любой поршневой ДВС (самые распространенные в современных реалиях) имеет обязательный набор деталей. К таким частям относится:

  1. Блок цилиндров, внутри которого двигаются поршни и происходит сам процесс;
  2. ЦПГ: цилиндр, поршни, поршневые кольца;
  3. Кривошипно-шатунный механизм. К нему относится коленвал, шатун, «пальцы» и стопорные кольца;
  4. ГРМ. Механизм с клапанами, распределительными валами или «лепестками» (для 2-х тактных двигателей), который обеспечивает корректную подачу топлива в нужный момент;
  5. Cистемы впуска. О них говорилось выше – к ней относятся карбюраторы, воздушные фильтры, инжекторы, топливный насос, форсунки;
  6. Системы выпуска. Удаляет отработанные газы из камеры сгорания, а также снижает шумность выхлопа;

В зависимости от своего устройства, двигатели можно разделить на четырехтактные и двухтактные. Такт – есть движение поршня от своего нижнего положения (мертвая точка НМТ) до верхнего положения (мертвая точка ВМТ). За один цикл двигатель успевает наполнить камеры сгорания топливом, сжать и поджечь его, а также очистить их. Современные ДВС делают это за два или четыре такта.

Особенностью такого мотора стало то, что весь рабочий цикл происходит всего за два движения поршня. При движении вверх создается разреженное давление, которое засасывает топливную смесь в камеру сгорания. Вблизи ВМТ поршень перекрывает впускной канал, а свеча зажигания поджигает топливо. Вторым тактом следует рабочий ход и продувка. Выпускной канал открывается после прохождения части пути вниз и обеспечивает выход отработанных газов. После этого процесс возобновляется по новой.

Теоретически, преимуществом такого мотора более высокая удельная мощность. Это логично, ведь сгорание топлива и рабочий такт происходит в два раза чаще. Соответственно, мощность такого двигателя может быть в два раза больше. Но эта конструкция имеет массу проблем. Из-за больших потерь при продувке, большого расхода топлива, а также сложностей в расчетах и «норовистой» работе двигателя, эта технология сегодня используется только на малокубатурной технике.

Интересно, что полвека назад активно велись разработки дизельного двухтактного ДВС. Процесс работы практически не отличался от бензинового аналога. Однако, несмотря на преимущества такого мотора, от него отказались из-за ряда недостатков.

Основным минусом стал огромный перерасход масла. Из-за комбинированной системы смазки топливо попадало в камеру сгорания вместе с маслом, которое потом попросту выгорало или удалялось через выпускную систему. Большие тепловые нагрузки также требовали более громоздкой системы охлаждения, что увеличивало габариты мотора. Третьим минусом стал большой расход воздуха, который вел к преждевременному износу воздушных фильтров.

Мотор, где рабочий цикл занимает четыре хода поршня, называется четырехтактным двигателем.

  1. Первый такт – впуск. Поршень двигается из верхней мертвой точки. В этот момент ГРМ открывает впускной клапан, через который топливно-воздушная смесь поступает в камеру сгорания. В случае с карбюраторными агрегатами поступление может осуществляться за счет разрежения, а инжекторные двигателя впрыскивают топливо под давлением.
  2. Второй такт – сжатие. Далее поршень движется из нижней мертвой точки вверх. К этому моменту впускной клапан закрыт, а смесь постепенно сжимается в полости камеры сгорания. Рабочая температура поднимается до отметки 400 градусов.
  3. Третий такт – рабочий ход поршня. В ВМТ свеча зажигания (или большая степень сжатия, если речь идет о дизеле) поджигает топливо и толкает поршень с коленчатым валом вниз. Это основной такт во всем цикле работы двигателя.
  4. Четвертый такт – выпуск. Поршень снова движется вверх, выпускной клапан открывается, а из камеры сгорания удаляются отработанные газы.

Независимо от того, из чего состоит двигатель, у него должны быть вспомогательные системы, которые способны обеспечить его исправную работу. К примеру, клапаны должны открываться в нужное время, в камеры поступать нужное количество топлива в определенной пропорции, вовремя подаваться искра и т.д. Ниже рассмотрены основные части, способствующие корректной работе.

Эта система отвечает за электрическую часть в вопросе воспламенения топлива. К основным элементам относится:

  • Элемент питания. Основным источником питания является аккумулятор. Он обеспечивает вращение стартера на выключенном двигателе. После этого в работу включается генератор, который питает двигатель, а также подзаряжает саму аккумуляторную батарею через реле зарядки.
  • Катушка зажигания. Устройство, которое передает одномоментный заряд непосредственно на свечу зажигания. В современных автомобилях количество катушек равносильно количеству цилиндров, которые работают в двигателе.
  • Коммутатор или распределитель зажигания. Специальной «умное» электронное устройство, которое определяет момент подачи искры.
  • Свеча зажигания. Важный элемент в бензиновом ДВС, который обеспечивает своевременное воспламенение топливно-воздушной смеси. Продвинутые двигатели имеют по две свечи на цилиндр.

Смесь должна вовремя поступать в камеры сгорания. За этот процесс отвечает впускная система. К ней относится:

  • Воздухозаборник. Патрубок, специально выведенный в место, недоступное для воды, пыли или грязи. Через него осуществляется забор воздуха, который потом попадает в двигатель;
  • Воздушный фильтр. Сменная деталь, которая обеспечивает очистку воздуха от грязи и исключает попадание посторонних материалов в камеру сгорания. Как правило, современные автомобили обладают сменными фильтрами из плотной бумаги или промасленного поролона. На более архаичных моторах встречаются масляные воздушные фильтры.
  • Дроссель. Специальная заслонка, которая регулирует количество воздуха, попадающего в впускной коллектор. На современной технике действует посредством электроники. Сначала водитель нажимает на педаль газа, а потом электронная система обрабатывает сигнал и следует команде.
  • Впускной коллектор. Патрубок, который распределяет топливно-воздушную смесь по различным цилиндрам. Вспомогательными элементами в этой системе являются впускные заслонки и усилители.

Принцип работы любого ДВС подразумевает своевременное поступление топлива и ее бесперебойную подачу. В комплекс также входит несколько основных элементов:

  • Топливный бак. Резервуар, где хранится топливо. Как правило, располагается в максимально безопасном месте, вдали от мотора и сделан из негорючего материала (ударопрочный пластик). В нижней его части установлен бензонасос, который осуществляет забор топлива.
  • Топливопровод. Система шлангов, ведущая от топливного бака непосредственно к двигателю внутреннего сгорания.
  • Прибор образования смеси. Устройство, где смешиваются топливо и воздух. Об этом пункте уже упоминалось выше – за эту функцию может отвечать карбюратор или инжектор. Основным требованием является синхронная и своевременная подача.
  • Головное устройство в инжекторных двигателях, которое определяет качество, количество и пропорции образования смеси.

В ходе того, как работает двигатель внутреннего сгорания, образуются выхлопные газы, которые необходимо выводить из мотора. Для правильной работы эта система обязана иметь следующие элементы:

  • Выпускной коллектор. Устройство из тугоплавкого металла с высокой устойчивостью к температурам. Именно в него первоначально поступают выхлопные газы из двигателя.
  • Приемная труба или штаны. Деталь, обеспечивающая транспортировку выхлопных газов далее по тракту.
  • Резонатор. Устройство, снижающее скорость движения выхлопных газов и погашение их температуры.
  • Катализатор. Предмет для очистки газов от СО2 или сажевых частиц. Здесь же располагается лямда-зонд.
  • Глушитель. «Банка», имеющая ряд внутренних элементов, предназначенных для многократного изменения направления выхлопных газов. Это приводит к снижению их шумности.

Работа двигателя внутреннего сгорания будет совсем недолгой, если детали не будут обеспечиваться смазкой. Во всей технике используется специальное высокотемпературное масло, обладающее собственными характеристиками вязкости в зависимости от режимов эксплуатации мотора. Ко всему, масло предотвращает перегрев, обеспечивает удаление нагара и появление коррозии.

Для поддержания исправности системы предназначены следующие элементы:

  • Поддон картера. Именно сюда заливается масло. Это основной резервуар для хранения. Контролировать уровень можно при помощи специального щупа.
  •  Масляный насос. Находится вблизи нижней точки поддона. Обеспечивает циркуляцию жидкости по всему мотору через специальные каналы и его возвращение обратно в картер.
  •  Масляный фильтр. Гарантирует очистку жидкости от пыли, металлической стружки и прочих абразивных веществ, попадающих в масло.
  •  Радиатор. Обеспечивает эффективное охлаждение до положенных температур.

Еще один элемент, который необходим для мощных двигателей внутреннего сгорания. Он обеспечивает охлаждение деталей и исключает возможность перегрева. Состоит из следующих деталей:

  • Радиатор. Специальный элемент, имеющий «сотовую» структуру. Является отличным теплообменником и эффективно отдает тепло, гарантируя охлаждение антифриза.
  • Вентилятор. Дополнительный элемент, дующий на радиатор. Включается тогда, когда естественный поток набегающего воздуха уже не может обеспечить эффективное отведение тепла.
  • Помпа. Насос, который помогает жидкости циркулировать по большому или малому кругу системы (в зависимости от ситуации).
  • Термостат. Клапан, который открывает заслонку, пуская жидкость по нужному кругу. Работает совместно с датчиком температуры движка и охлаждающей жидкости.

Первый двигатель внутреннего сгорания появился еще очень давно – почти полтора столетия назад. С тех пор было сделано огромное количество разных нововведений или интересных технических решений, которые порой меняли вид мотора до неузнаваемости. Но общий принцип работы двигателя внутреннего сгорания оставался прежним. И даже сейчас, в эпоху борьбы за экологию и постоянно ужесточающийся норм по выбросу СО2, электромобили все еще не в силах составить серьезную конкуренцию машинам с ДВС. Бензиновые автомобили и сейчас живее всех живых, а мы живем в золотую эпоху автомобилестроения.

Ну а для тех, кто готов погрузиться в тему еще глубже, у нас есть отличное видео:

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания: принцип работы

В основе принципа работы любого двигателя внутреннего сгорания лежит воспламенение небольшого количества топлива, обязательно высокоэнергетического, в небольшом замкнутом пространстве. При этом выделяется большое количество энергии, в виде теплового расширения нагретых газов. Так как давление под поршнем равно нормальному атмосферному, а компрессия в цилиндре намного превышает его, то под действием разницы давлений поршень совершает движение.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания: принцип работы

Для того чтобы двигатель внутреннего сгорания постоянно производил полезную механическую энергию, камеру сгорания цилиндра необходимо циклично заполнять новыми дозами воздушно-топливной смеси. В результате, поршень приводит в действие коленчатый вал, который и придает движение колесам автомобиля.

Двигатели почти всех современных автомобилей являются четырёхтактными по своему циклу работы, и энергия, полученная от сжигания бензина, почти полностью преобразовывается в полезную. Цикл Отто, так называется подобный принцип, по имени Николауса Отто, изобретателя двигателя внутреннего сгорания (1867 год).

Схема работы бензинового двигателя внутреннего сгорания:

— такт впуска;

— такт сжатия;

— рабочий такт;

— такт выпуска.

Главным элементом двигателя внутреннего сгорания является поршень, который связан шатуном с коленчатым валом. Так называемый, кривошипно-шатунный механизм, преобразующий прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня в радиальное движение коленвала.

Ниже более подробно расписан рабочий цикл бензинового двигателя:

1. Такт впуска

Поршень опускается из верхней крайней точки в нижнюю крайнюю точку, при этом кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, и через него воздушно-топливная смесь поступает из карбюратора в камеру сгорания цилиндра. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается.

2. Такт сжатия

Поршень возвращается из нижней мертвой точки в верхнюю, сжимая топливную смесь. При этом существенно увеличивается температура смеси. Когда поршень доходит до верхней крайней точки, свеча зажигания воспламеняет сжатую рабочую смесь.

3. Рабочий такт

Воспламененная горючая смесь сгорает при высокой температуре, образовавшиеся газы моментально расширяются и толкают поршень вниз. Впускной и выпускной клапаны, во время этого такта, закрыты.

4. Такт выпуска

Коленвал продолжает вращаться по инерции, поршень идет в верхнюю мертвую точку. В то же время открывается клапан выпуска, и поршень вытесняет отработанные газы в выхлопную трубу. Когда он достигает верхней крайней точки, выпуск закрывается.

Следующий такт необязательно должен начинаться после окончания предыдущего. Такая ситуация, когда одновременно открыты оба клапана (впуска и выпуска), называется перекрытием клапанов. Это необходимо для эффективного наполнения цилиндра воздушно-топливным соединением, а также для более результативной очистки цилиндров от выхлопных газов. После этого рабочий цикл повторяется.

Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что поршень двигается прямолинейно, а движение, осуществляющееся при сгорании топливной смеси, — вращательное. Линейный ход поршней преобразовывается в поворотное движение, необходимое для работы колес автомобиля, при помощи коленчатого вала.

Ниже рассмотрены основные элементы двигателя, которые принимают участие в преобразовании тепловой энергии в механическую.

1. Свеча зажигания

Искровая свеча вырабатывает электрическую искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Для равномерной и бесперебойной работы поршня искра должна появляться в заданный момент времени.

2. Клапаны

Выпускные и впускные клапаны закрываются и открываются в заданный момент, впуская воздух в цилиндр и выпуская отработанные газы. Во время процесса горения топливной смеси оба клапана закрыты. Клапан выпуска открывается до достижения поршня крайней нижней точки и остается открытым до прохождения поршня к верхней крайней точке. К этому моменту впускной уже будет открыт.

3. Поршень

Образующиеся во время сгорания топливной смеси горячие газы выдавливают поршень, передавая энергию через шатун и палец коленвалу. Для сохранения компрессии в цилиндрах на поршень устанавливаются уплотняющие кольца, изготовленные из высокопрочного чугуна. Для повышения износостойкости поршневые кольца покрываются тонким слоем пористого хрома. К основным характеристикам колец относятся следующие показатели: высота, наружный диаметр, радиальная толщина, форма разреза в стыке и упругость. Внешний диаметр поршневого кольца должен соответствовать внутреннему диаметру цилиндра. В настоящее время применяются узкие кольца (высотой — 1,5-2 мм) и широкие (высотой — 2,5-3 мм). Первые более надежны при частом движении поршня. Радиальная толщина увеличивается с возрастанием диаметра цилиндра. Износ поршневых колец происходит, в среднем, через каждые 3 тысячи километров пробега.

4. Шатун

Шатун соединяет коленчатый вал с поршнем. Вращение шатуна является двухсторонним, это нужно для того, чтобы его угол мог изменяться в зависимости от местоположения поршня, обеспечивая движение коленвала. Обычно шатуны бывают стальными, иногда — алюминиевыми.

5. Коленчатый вал

Поворот коленчатого вала осуществляется вследствие вертикального хода поршня. Коленвал приводит в движение колеса автомобиля.

Современные двигатели внутреннего сгорания делятся на два типа: карбюраторные и инжекторные.

В карбюраторном двигателе процесс приготовления воздушно-топливной смеси происходит в специальном устройстве — карбюраторе. В нем, используя аэродинамическую силу, горючее смешивается с воздушным потоком, засасываемым двигателем.

В инжекторном типе двигателя топливо впрыскивается под давлением в поток воздуха при помощи специальных форсунок. Дозировка горючего происходит при помощи электронного блока управления, который открывает форсунку электрическими импульсами. В двигателях устаревшей конструкции, этот процесс происходит с использованием специфической механической системы. Последний тип почти полностью вытеснил устаревшие карбюраторные силовые агрегаты. Это произошло из-за современных экологических стандартов, которые устанавливают высокие нормы чистоты выхлопных газов. Что повлекло за собой внедрение новых эффективных нейтрализаторов выхлопа (каталитических конвертеров или катализаторов). Такие системы нейтрализации требуют постоянного состава отработанных газов, который могут обеспечить только инжекторные системы впрыска топлива, контролируемые электронным блоком управления. Нормальная работа катализатора обеспечивается исключительно при соблюдении стабильного состава выхлопных газов. Необходимостью этого является то, что он требует содержания определенных пропорций кислорода в отработанных газах. Для соблюдения подобных условий в таких системах катализации обязательно устанавливается кислородный датчик (лямбда-зонд), который анализирует процент содержания кислорода в выхлопных газах и контролирует точность пропорций оксида азота, несгоревших остатков топлива и углеводородов.

Основными вспомогательными системами являются:

Система зажигания. Отвечает за поджигание топливной смеси в нужный момент. Она бывает контактной, бесконтактной и микропроцессорной. Система контактного типа состоит из распределителя-прерывателя, катушки, выключателя зажигания и свечей. Бесконтактная система аналогична предыдущей, только вместо прерывателя стоит индукционный датчик. Управление системой зажигания микропроцессорного типа осуществляется специальным компьютерным блоком, в ее состав входит датчик положения коленвала, коммутатор, блок управления зажиганием, катушки, датчик температуры двигателя и свечи. В двигателях с инжекторной системой к ней добавляется еще датчик положения дроссельной заслонки и термоанемометрический датчик массового расхода воздуха.

Система запуска двигателя. Состоит из специального электромотора (стартера), подключенного к аккумулятору, или механического стартера, использующего физические усилия человека. Применение этой системы объясняется тем, что для запуска рабочего цикла двигателя необходимо, чтобы коленчатый вал произвел хотя бы один оборот.

Система выпуска выхлопных газов. Обеспечивает своевременное удаление продуктов горения топливной смеси из цилиндров. Включает в себя выпускной коллектор, катализатор и глушитель.

Система приготовления воздушно-топливной смеси. Предназначена для приготовления и впрыска смеси горючего с воздухом, в камеру сгорания цилиндров двигателя. Может быть карбюраторной или инжекторной.

Система охлаждения. Современная система состоит из вентилятора, радиатора, термостата, расширительного бачка, жидкостного насоса, датчика температуры, рубашки и головки охлаждения блока цилиндров. Предназначена для создания и поддержания приемлемого температурного режима работы ДВС. Обеспечивает отвод тепла от цилиндров клапанной системы и поршневой группы. Может быть воздушной, жидкостной или гибридной.

Система смазки. Состоит из масляного фильтра, маслонасоса с маслоприемником, каналов в блоке и головках цилиндров для впрыска масла под высоким давлением, поддона картера. Предназначена для подачи автомобильного масла с целью уменьшения трения и охлаждения, к взаимодействующим деталям двигателя. Также циркуляция масла смывает нагар и продукты механического износа.

Источник: Авто Релиз.ру.

При копирвании информации гиперссылка на сайт AutoRelease.ru обязательна.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

  1. КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
  2. ГРМ   — механизм регулировки фаз газораспределения.
  3. Система смазки.
  4. Система охлаждения.
  5. Система подачи топлива.
  6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

  • Блок цилиндров.
  • Головка блока цилиндров.
  • Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
  • Коленчатый вал с маховиком.
ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

  • Распределительный вал.
  • Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
  • Детали привода клапанов.
  • Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Система охлаждения двигателя

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

  • Рубашка охлаждения двигателя
  • Насос (помпа)
  • Термостат
  • Радиатор
  • Вентилятор
  • Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

  • Масляный картер (поддон).
  • Насос подачи масла.
  • Масляный фильтр с редукционным клапаном.
  • Маслопроводы.
  • Масляный щуп (индикатор уровня масла).
  • Указатель давления в системе.
  • Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

  • Топливный бак.
  • Датчик уровня топлива.
  • Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой.
  • Топливные трубопроводы.
  • Впускной коллектор.
  • Воздушные патрубки.
  • Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры — воздушный фильтр и патрубки — тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

  • Выпускной коллектор.
  • Приемная труба глушителя.
  • Резонатор.
  • Глушитель.
  • Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.



Система гарантированного запуска ДВС. Подробное описание. | ВЕЗДЕХОДЫ

Системы гарантированного запуска ДВС «Titan Engine Start» призваны обеспечить надежный запуск двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в тяжелых погодных условиях. 

До настоящего момента подобные устройства применялись исключительно на военной технике и автомобилях специального назначения. Данные модули являются 100% российской разработкой и производятся в России.

Модули стационарно устанавливаются на транспортное средство и обеспечивают надежный запуск ДВС при разряженной АКБ (до 9В) и при низких температурах (до -40°С).

Применение модулей позволяет снизить требуемую емкость АКБ до 1,5 раза и продлить срок ее службы в 2-4 раза.

Помимо этого, модули способны обеспечивать импульсной энергией электрические лебедки, установленные на снегоболотоходы.

 

Модули имеют несколько вариантов подключения в систему питания:

— параллельное (буферное) подключение. При такой схеме подключения, модуль включается параллельно в цепь с АКБ транспортного средства, не затрагивая силовой кабель стартера. Данный вариант приемлем, когда АКБ не изношена и в состоянии поддерживать штатное напряжение. Основными преимуществами такого варианта являются простота установки и подключения, оптимальная цена и надежность (пуск ДВС в диапазоне температур от -40 до +65 градусов).

Эта схема подключения относится к модулям МСКА-54-16 и МСКА-108-16-К. 

— гибридное подключение. В этом случае, модуль подключается последовательно к штатной АКБ и к клеммам стартера. Данный вариант обеспечивает наличие постоянного напряжения на клеммах стартера и надежный запуск ДВС при сильно изношенных, замерзших или разряженных АКБ.

Эта схема подключения относится к модулю  МСКА-108/54-16-ПБ.

Для того, чтобы по этому же принципу подключить модули МСКА-54-16 и МСКА-108-16-К,  требуется установка дополнительного оборудования — повышающего преобразователя МПН9/16/20И1. Данный преобразователь позволяет снять нагрузку от стартера с АКБ, увеличив ресурс аккумулятора и получив уверенный пуск при просадке АКБ с 12 до 9В!  АКБ в этом случае НИКОГДА не будет участвовать в пуске мотора, который будет заводиться только от суперконденсаторного модуля. В таком случае модуль подключается по последовательной схеме подключения.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) принцип работы

Принцип работы двигателя

Двигатель внутреннего сгорания

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия — порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Дженсон Баттон: «Extreme E — отличные гонки без двигателей внутреннего сгорания»

Extreme E, серия гонок по бездорожью, стартовавшая в этом году, призвана доказать, что двигатели внутреннего сгорания больше не нужны в автоспорте. New Scientist рассказал Дженсону Баттону о развивающемся спорте

Технологии 21 декабря 2021 г.

Дэвид Сток

Extreme E, серия гонок по бездорожью, стартовавшая в 2021 году, призвана доказать, что двигатели внутреннего сгорания больше не нужны в автоспорте.Это также реальный эксперимент по повышению устойчивости гонок.

Чтобы свести к минимуму углеродный след каждого соревнования, полностью электрические внедорожники Spark Odyssey 21 заряжаются солнечной энергией, хранящейся в водородных топливных элементах. Личные зрители запрещены, чтобы уменьшить углеродный след спорта, а автомобили и оборудование перемещаются между гонками на специально модифицированном корабле, чтобы свести к минимуму полеты и другие виды путешествий. В меньшем масштабе всех присутствующих, включая представителей СМИ, просят принести свои тарелки, столовые приборы и чашки, чтобы не было отходов.

New Scientist отправился в лагерь Бовингтон — базу британской армии в Дорсете, Великобритания — на последнюю гонку сезона и поговорил с Дженсоном Баттоном, чемпионом мира Формулы-1 и владельцем команды JBXE Extreme E, о том, что это за гонки серия пытается добиться.

Дэвид Сток: Что такое Extreme E и чем он отличается от других автоспортов?

Дженсон Баттон: Extreme E сильно отличается от большинства автоспорта, потому что это не двигатель внутреннего сгорания, а электрическая энергия с батареями.В электродвигателе есть только одна движущаяся часть, поэтому надежность очень хорошая. Электромобиль (EV) получает питание немедленно. У вас есть моментальный крутящий момент, когда вы нажимаете на дроссельную заслонку. Это не просто езда по автостраде или трассе. Едем по бездорожью. Это очень агрессивный ландшафт, и он действительно доводит технологии до предела возможностей.

К тому же он намного экологичнее двигателя внутреннего сгорания. С Extreme E у нас также есть водородный генератор, который заряжает автомобили.[Мы пытаемся] раздвинуть границы и раздвинуть технологию, и мы надеемся, что в будущем мы увидим более широкое использование этой технологии.

Автомобиль JBXE лидирует в гонке Bovington Extreme E race

Alastair Staley / Extreme E ltd. 2021

Почему вы пришли в Extreme E?

Когда речь заходит о дорожных автомобилях, в будущем мы определенно будем иметь экологически чистую энергию. Многие производители сейчас работают с электромобилями. Так что для нас раздвинуть границы здесь было действительно захватывающе.Я все еще хочу, чтобы на этой машине было весело водить. Мы не можем бегать в автомобилях, которые в четыре раза тяжелее своих собратьев с двигателями внутреннего сгорания. Речь идет о том, чтобы сделать [автомобиль] легким, но при этом иметь достаточно заряда аккумулятора для необходимого нам расстояния. Я уверен, что в будущем мы перейдем на твердотельные батареи [и другие] новые технологии, но это отличная отправная точка.

«Extreme E путешествует по направлениям, которые сильно пострадали от изменения климата, чтобы привлечь внимание к этим местам»

Что вас больше всего взволновало в Extreme E?

Сами автомобили очень впечатляющие, с 500 с лишним лошадиными силами внедорожники, с большим ходом подвески.Но мы также путешествуем по миру, в котором я бы никогда раньше не бывал. Я был в Гренландии и Сенегале. [Одна из целей] Extreme E — путешествовать по направлениям, которые сильно пострадали от изменения климата, и привлечь внимание к этим местам.

У нас также есть программа наследия [серия сотрудничества с экологическими группами для поддержки местных проектов устойчивого развития]. Мы видели, что лед в Гренландии был коричневым, грязноватым, из-за лесных пожаров в Северной Америке.Сажа сидит на льду, когда светит солнце, и растапливает его. Вы могли видеть огромные реки, возникшие в результате таяния. Это действительно грустно видеть. Мы пытались собрать как можно больше информации, чтобы ученые могли ее изучить, попытаться помочь и понять, что мы можем сделать, чтобы помочь.

Дженсон Баттон на леднике Рассела, Гренландия

Sam Bloxham / Extreme E ltd. 2021

Почему нет личных зрителей?

Да, зрители на территорию не допускаются.Единственный способ смотреть — по телевизору, что, опять же, хорошо, потому что они стараются свести к минимуму [углеродный след].

Смогут ли технологии, которые мы видели в Extreme E и Formula E, серии гонок на треках для электромобилей, когда-нибудь проникнуть в Формулу-1?

С Формулой-1 это непросто, понимаете, она всегда была основана на двигателях внутреннего сгорания. Если что-то изменится, пройдет еще много времени. Они действительно продвигают биотопливо в Формуле 1, и это здорово.Кто знает, чем мы закончим через 10-15 лет? Все пробуют разные вещи. У нас есть электромобили, биотопливо в Формуле-1. Единственный способ найти хорошее направление — это конкуренция со стороны разных источников энергии.

Чему можно поучиться в остальном автоспорте у Extreme E?

Мы показываем, что без двигателя внутреннего сгорания можно проводить отличные гонки. Мы надеемся, что в будущем мы будем развивать технологию для гонок на треке и вне его. Что касается домашних людей, мы показываем, что они могут сделать, чтобы помочь окружающей среде и нашим детям в будущем.Это может быть самая незначительная вещь, например, отделение вашего мусора от вторичного сырья или даже отказ от покупки пластиковых бутылок с водой, чтобы вам вообще не приходилось их утилизировать. Вы можете подумать, что это крошечный, крохотный предмет, и как это что-то изменит. Но если 10 процентов населения изменят свое поведение, это кардинально изменится в мире.

Подробнее по этим темам:

Несколько японских производителей автомобилей расширяют использование водородных двигателей внутреннего сгорания

Subaru, Mazda, Toyota, Kawasaki и Yamaha недавно объявили о совместных усилиях по расширению использования альтернативных топливных технологий, в том числе водородных двигателей внутреннего сгорания. .

Работа основана на использовании Toyota водородных двигателей в гонках. Ранее автопроизводитель представил хэтчбек Corolla Sport с водородным двигателем (разработанный с помощью Yamaha) в японской серии Super Taikyu. Согласно пресс-релизу, водород будет поставляться с нового завода в городе Фукуока, Япония, который будет производить водород из биогаза сточных вод.

К водородным гоночным автомобилям скоро присоединятся другие, использующие другое топливо. Mazda представит хэтчбек Demio, работающий на биодизельном топливе, а модифицированные версии близнецов спортивных автомобилей Subaru BRZ и Toyota GR 86 будут использовать синтетическое топливо, полученное из биомассы.

Город Фукуока, Япония, водородный завод

Между тем, Kawasaki и Yamaha займутся совместными исследованиями водородных двигателей внутреннего сгорания как для двухколесных, так и для четырехколесных транспортных средств. Эти две компании, наряду с Honda и Suzuki, уже объединились для замены аккумуляторных батарей электрических мотоциклов.

Honda заметно не участвует в этом соглашении, хотя она является основным сторонником легковых автомобилей на водородных топливных элементах. Nissan и его союзник Mitsubishi также отсутствуют, хотя ни один из автопроизводителей не проявил особого интереса к водороду ни для топливных элементов, ни для двигателей внутреннего сгорания.

Сжигание водорода в двигателе внутреннего сгорания вместо бензина или дизельного топлива — не новая идея. BMW когда-то производила Hydrogen 7, версию своего флагмана 7-й серии с двигателем внутреннего сгорания V-12, работающим на водороде. Но в последнее время эта идея, кажется, вызывает больший интерес.

Водородный двигатель Toyota

Китайский автопроизводитель GAC также недавно объявил о тестировании водородного двигателя внутреннего сгорания, хотя пока неясно, поступит ли двигатель в серийное производство. Даже если это произойдет, ранее обсуждавшиеся планы GAC по выходу на рынок Соединенных Штатов были отложены на неопределенный срок.

Стоит отметить, что внутреннее сгорание водорода сопряжено со многими проблемами, в том числе с хранением достаточного количества водорода на борту автомобиля для достижения достаточной дальности. Сжигание водорода по-прежнему приводит к выбросам из выхлопных труб, и автопроизводители сталкиваются с теми же проблемами инфраструктуры, что и автомобили на топливных элементах.

Водородные двигатели внутреннего сгорания также могут оказаться менее эффективными, чем силовые агрегаты на топливных элементах. Согласно отчету Калифорнийской энергетической комиссии 2020 года, эффективность топливных элементов является таким преимуществом, что к 2025 году они могут достичь паритета цен на бензин.

Путешествие во времени: как родился двигатель внутреннего сгорания

Собираем кусочки вместе

Современные двигатели — это сложные машины, и открытие сгорания — это просто еще одна часть головоломки. Другие части двигателя внутреннего сгорания также уходят своими корнями в прошлое.

Первый известный кривошип, например, был шатунной системой, которую использовали римляне в 3 веке нашей эры. Система преобразовала мощность вращающейся водяной мельницы в альтернативную линейную мощность, что позволило приводить в действие две пилы для резки камня.

Даже сегодня, после тестирования многих других систем, шатун остается предпочтительным решением для преобразования альтернативного движения поршня в полезное вращательное движение во всех двигателях внутреннего сгорания.

Исследование силы пара

Пар также играет большую роль в истории двигателей внутреннего сгорания, являясь одним из первых идентифицированных способов преобразования энергии огня в движение.

Первая зарегистрированная паровая машина была описана героем Александрии в Римском Египте в I веке нашей эры.

Эолипил — это вращающийся сосуд, в котором пар поступает из котла, а затем выбрасывается через два тангенциальных сопла, создавая вращающий момент. Результирующая механическая мощность вращения была достаточной только для компенсации потерь на трение и сопротивление, однако дополнительной мощности не производилось. И вместо того, чтобы рассматриваться как изобретение, способное изменить мир, похоже, что эолипил рассматривался древними греками как простое любопытство.

Сила пара будет играть важную роль и в последующие столетия, хотя и широко, и широко.По словам Уильяма Малмсберийского, например, в 1125 году в Реймсе находился церковный орган, приводимый в действие воздухом, выходящим из-под сжатия «нагретой водой», по-видимому, спроектированный и сконструированный профессором Гербертусом.

А в 1543 году Бласко де Гарай, ученый и капитан испанского флота, возможно, предложил систему, основанную на эолипиле, для приведения в движение — с помощью гребных колес — больших кораблей без какой-либо энергии ветра. Человек раньше своего времени?

Следы для паровой турбины были заложены в 1551 году в Египте, когда Таки ад-Дин описал самовращающийся вертел, который заложил основу для будущих идей.

Джованни Бранка, итальянский инженер, в 1629 году продемонстрировал концепцию паровой турбины для вращения цилиндрического спускового механизма, который попеременно поднимал и отпускал пару пестиков, работающих в ступках. Однако поток пара в этих первых паровых турбинах не был концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях. Это привело бы к огромной трате энергии, поэтому эта идея никогда серьезно не рассматривалась для промышленного использования.

Большинство этих машин были подтверждены, и идеи, лежащие в их основе, работают.Такие изобретения послужили основой для будущих технологий, и в следующей статье этой серии мы рассмотрим более свежие разработки и концепции.

Изображение предоставлено Wikimedia Commons

Почему двигатели внутреннего сгорания далеки от мертвых в наше время

Само собой разумеется, что мы в Engine Labs фанаты двигателей внутреннего сгорания. Однако это не значит, что мы не обращаем внимания на силовые агрегаты завтрашнего дня.Еще в 2012 году мы видели модифицированный Tesla Roadster, появившийся на взлетно-посадочной полосе и занявший свое место среди суперкаров и тюнингованных импортных автомобилей.

В то время электромобили и гибриды были довольно необработанными, но этот родстер был изменен и уничтожил все там — по крайней мере, на четверти мили. С тех пор электромобили сделали гигантский скачок в производительности и эффективности, изменив при этом многие умы.

Но в то же время в ближайшее время не планируется менять название этого издания на «MotorLabs».Ни необходимые технологии, ни потребительский климат еще не совсем «там» для электромобилей, чтобы полностью свергнуть двигатель внутреннего сгорания в качестве основного источника энергии для автомобилей, тем более, что поршневые поршневые машины продолжают совершенствоваться.

Инновации, такие как Freevalve от Koenigsegg, который выдает 600 лошадиных сил только с 3-цилиндровым двигателем без кулачков! Или, может быть, технология переменного сжатия от Nissan с, казалось бы, бесконечной производительностью по сравнению с экономичными настройками.Кроме того, можно сказать, что производители автомобилей могут подвести итоги, о чем Engineering Explained рассказала в своем недавнем видео на YouTube.

Ведущий Джейсон Фенске на реальных примерах и выдержках из журнала SAE Automotive Engineering объясняет, почему еще слишком рано начинать подсчет двигателей внутреннего сгорания.

Наука за двигателем

Несомненно, электродвигатели отлично подходят для повседневной жизни и работают в электромобилях для некоторых избранных.но они еще не готовы к выходу в прайм-тайм. Почему? Наука, друзья мои, наука. Нам нужно начать с концепции, называемой плотностью энергии или какой потенциальной силой обладает вещество по сравнению с его массой.

Например, энергетический потенциал одного галлона бензина эквивалентен 139 банкам из-под соды литий-ионных аккумуляторных элементов. Банки использовались, чтобы продемонстрировать, как литий-ионные батареи выражаются в элементах. Занятое пространство увеличивается только после того, как вы подключите всю необходимую проводку, охлаждение и электронику.Один галлон бензина производит в 13 раз больше энергии, и забавный факт: этот галлон газа весит всего шесть фунтов!

Один галлон бензина весит шесть фунтов, но производит 12 400 ватт-часов на килограмм (Втч / кг) по сравнению с 240 Втч / кг для литий-ионных аккумуляторных элементов. Это означает, что двигатели внутреннего сгорания имеют гораздо большую удельную мощность при том же весе.

Судя по цифрам, галлон бензина производит 12 400 ватт-часов на килограмм (Втч / кг) по сравнению с 240 Втч / кг для литий-ионных батарей, что означает в 50 раз меньший вес при том же количестве энергии.Но это только сами клетки. Поскольку аккумуляторная батарея подключена и готова к использованию, она может быть в 100 раз тяжелее. Сравните эти 6 фунтов бензина с батареями Nissan Leaf EV первого поколения, которые весили более 600 фунтов и производили такое же количество энергии!

Чистый результат? Для электромобилей требуется гораздо больше объема и меньше грузового пространства. И этот объем влияет на возможность использования электрического транспорта, такого как самолеты, в то время как легковые автомобили только сейчас начинают иметь возможность выполнять свою задачу разумным образом благодаря современным технологиям.

Стоимость электромобиля

В среднем наклейка с электромобилем стоит примерно на 12 000 долларов больше, чем его аналог с бензиновым двигателем, при первоначальной закупочной цене. Текущий низкий объем производства и эффект масштаба означают, что в конечном итоге электромобили станут дешевле. Конечно, если принять во внимание низкую совокупную стоимость владения, отмечает Фенске, «мы все купили бы старые Honda Civics 90-х. никаких люксовых брендов не существовало бы. Никаких забавных машин не существовало бы ».

Журнал SAE Automotive Engineering сообщает об исследовании, проведенном AlixPartners : «Электромобили с ценой выше 48 000 долларов в настоящее время могут быть прибыльными.«Вероятно, поэтому, похоже, не существует базовой Tesla Model3. Сама трансмиссия электромобиля стоит около 16000 долларов, в то время как стоимость сборки системы ICE составляет около 6500 долларов, что означает, что она намного более прибыльна для их чистой прибыли.

По имеющимся оценкам, к 2045 году будет продано 2–3 миллиарда автомобилей с газовым двигателем. Правительство и производители оригинального оборудования постараются сделать их как можно более чистыми. Но рынок предполагает, что если OEM-производители будут продавать 10-процентные электромобили (которые вдвое чистее) по сравнению с 90-процентными автомобилями с ДВС, они сократят общий объем выбросов от своего парка только на 5 процентов.С передовой технологией ДВС, даже если вы сделаете газовые двигатели даже на 10 процентов чище, что приведет к сокращению выбросов на 10 процентов с помощью простых настроек.

«Электромобили с ценой выше 48 000 долларов в настоящее время могут быть прибыльными». — Журнал SAE Automotive Engineering. Фото: Дэйв Панкью

Потребители по-прежнему правят

Рынок управляет развитием трендов. Мы видели это во время последнего падения цен на топливо в 2015 году, когда продажи гибридных автомобилей и электромобилей упали, в то время как продажи грузовиков и внедорожников резко выросли, потому что большинство людей заботятся об экономии денег, а не об окружающей среде.Кроме того, у электромобилей есть огромные ограничения, которые на какое-то время обеспечивают доминирование ДВС, такие как редкая доступность зарядных станций и возникающая обеспокоенность по поводу дальности полета.

Фенске отмечает, что ему нравится ездить на своей Tesla по городу, но он заводит Subaru Crosstrek с оппозитным двигателем, чтобы отправиться в долгое путешествие. Жизнь в квартире или в качестве одного из миллионов людей, у которых есть парковка только на улице, также создает головную боль для потенциальных владельцев электромобилей, поэтому гибриды с бензином продолжают оставаться приятным местом для многих водителей.

Кроме того, существуют проблемы с климатом, когда электромобили не имеют смысла в некоторых частях страны. По данным Американской автомобильной ассоциации, в холодных штатах температура окружающей среды играет определенную роль и может снизить эффективность аккумуляторной батареи электромобиля на 40 процентов. Некоторые из диапазонов на более старых электромобилях были мрачными, например, Nissan LEAF первого поколения, который проехал всего 86 миль (по результатам испытаний), не управляя автомобилем как бабушка.

Электромобиль может быть хорош в городе, но двигатель внутреннего сгорания предпочтительнее для дальних поездок.

В конце дня

Судя по тому, что мы наблюдали за последние пять лет разработки электромобилей, они определенно являются силой в отрасли. Даже Tesla Model3 может обогнать многие спортивные седаны, но не всегда преодолевает четверть мили и уж точно не по максимальной скорости. Но многие водители электромобилей хотят доказать свою правоту и, несмотря на все свои попытки, не смогли обогнать мою машину мощностью более 600 лошадиных сил. В то время как электромобили вступают в свои права и продолжают совершенствоваться, двигатели внутреннего сгорания господствуют в автомобильной промышленности более 120 лет, и в ближайшем обозримом будущем они сохранятся.

Как работает двигатель внутреннего сгорания (4-тактный бензин)

Последнее обновление: 27 мая 2021 г.

Внутреннее сгорание основано на идее, что вы можете создать много энергии, сжигая бензин в небольшом закрытом помещении. Когда вы можете использовать расширяющийся газ, образующийся в результате этого процесса, вы создали ядро ​​двигателя внутреннего сгорания.

Оттуда энергия этого газа преобразуется в движение. Практически каждый автомобиль, который вы видите на дороге, использует четырехтактный цикл сгорания для создания движения из бензина.Продолжайте читать, чтобы понять (и увидеть), как работает бензиновый двигатель, который сегодня используется в большинстве автомобилей.

Связано: Дизельный двигатель против бензинового

Как работает 4-тактный двигатель

Процесс четырехтактного двигателя также известен как цикл Отто. Немецкий инженер Николаус Отто был первым, кто изобрел и запатентовал четырехтактный газовый двигатель. Каждый шаг в этом процессе назван словом «штрих»; такт впуска, такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска.

Важно понимать термин «цикл Отто», потому что он отличается от цикла сгорания, который используют дизельные двигатели, известного как «дизельный цикл». Этот цикл также является четырехтактным, но детали того, как работает каждый процесс, отличаются от цикла Отто.

Ниже приведены четыре уникальных процесса сгорания, которые происходят в типичном бензиновом двигателе.

См. Также: Что произойдет, если вы добавите бензин в дизельный двигатель?

# 1 — Ход всасывания

Такт всасывания — это первая часть процесса внутреннего сгорания и, по сути, аспирация или дыхание двигателя.Что происходит? Есть шатун, который соединяет поршень с коленчатым валом.

Поршень перемещается сверху вниз после открытия впускного клапана. Оттуда поршень позволяет бензину и воздуху попадать в двигатель из цилиндра.

Такт впуска возникает, когда бензин смешивается с воздухом. Чтобы это работало, не обязательно много бензина. Просто небольшая капля бензина, смешанная с воздухом, создаст удар.

  • Впускной клапан = Открыт
  • Выпускной клапан = Закрыт

# 2 — Ход сжатия

После этого поршень движется вверх и сжимает смесь воздуха и бензина, придавая ему большую мощность. эффект.Это называется тактом сжатия.

  • Впускной клапан = Закрыт
  • Выпускной клапан = Закрыт

# 3 — Рабочий ход

Поршень в конечном итоге возвращается наверх после сжатия смеси воздуха и бензина. Как только это происходит, свеча зажигания разряжает искру, что приводит к воспламенению бензина.

Мини-взрыв внутри цилиндра, где бензиновый заряд еще активен.Это известно как мощность или ход сгорания.

  • Впускной клапан = Закрыт
  • Выпускной клапан = Закрыт

# 4 — Ход выпуска

После взрыва поршень падает вниз и вызывает открытие выпускного клапана. Весь выхлоп, который образовался в цилиндре, начинает выходить через выпускной клапан и выходит из выхлопной трубы автомобиля.

Двигатель совершил один оборот четырехтактного цикла сгорания.

  • Впускной клапан = Закрыт
  • Выпускной клапан = Открыт

Цикл повторяется снова и снова, когда вы нажимаете ногу на педаль газа для ускорения автомобиля. Если возникла проблема с одним из этих ходов, это предотвратило бы выполнение всего цикла сгорания. Либо это, либо постепенно повреждаются компоненты двигателя.

Некоторые автомобили могут иметь небольшие отличия в этом процессе, например, в количестве цилиндров.Но общая концепция осталась прежней.

См. Также: Как работает дизельный двигатель Common Rail

Двигатель внутреннего сгорания еще не умер

«Сообщения о моей смерти сильно преувеличены», — сказал Марк Твен еще в мае 1897 года.

Перенесемся в апрель 2019 года, и можно сказать, что сообщения о смерти двигателя внутреннего сгорания также сильно преувеличены.

Множество разговоров о развитии электромобилей. Но соответствует ли шумиха реальности?

Согласно недавнему отчету BP о прогнозе энергопотребления, ожидается, что количество электромобилей вырастет с 1,2 миллиона в 2015 году до примерно 100 миллионов к 2035 году (что составляет 6% от общего мирового автопарка). Ожидается, что около четверти этих автомобилей будут гибридами (PHEV), которые работают на смеси электроэнергии и масла, а три четверти будут чисто аккумуляторными электромобилями (BEV).

Да, это означает значительный рост общего объема мирового автомобильного рынка за рассматриваемый период. Но в процентах от общего числа автомобилей в мире электромобили составляют ничтожно малую долю.

Совершенно очевидно, что традиционный двигатель внутреннего сгорания будет продолжать приводить в действие большинство силовых установок транспортных средств, по крайней мере, в течение следующих двух десятилетий.

Рост электромобилей и их идентификация в общественном сознании как будущее личного транспорта затмевает значительные успехи, достигнутые в технологии внутреннего сгорания.

Ожидается, что к 2035 году средний легковой автомобиль будет проезжать почти 50 миль на (США) галлон по сравнению с менее чем 30 миль на галлон, достигнутым легковыми автомобилями в 2015 году ( цифр из BP’s Energy Outlook 2017 ). Я уверен, вы согласитесь, что это означает быстрый рост эффективности.

Двигатель внутреннего сгорания продолжает развиваться, и многие лидеры отрасли непреклонны в том, что двигатель внутреннего сгорания не уйдет в ближайшее время.

Вице-президент Mercedes-Benz cars Бернхард Хайль твердо уверен, что «всегда будет место для внутреннего сгорания.

Вилко Старк, руководитель отдела продуктов и стратегии Mercedes-Benz, вторит этому убеждению:

«Ни в одном из 300 автомобилей на дороге еще нет электрического привода, и 99% клиентов по-прежнему выбирают двигатели внутреннего сгорания. . »

Тот факт, что лидеры отрасли продолжают вкладывать средства в двигатель внутреннего сгорания, означает, что мы можем ожидать продолжения исследований и разработок в области этой 100-летней технологии.

С учетом этих технических разработок и свидетельств растущего интереса к гибридам как среди производителей, так и среди потребителей, возможно, следует задать вопрос не в том, «находится ли двигатель внутреннего сгорания на смертном одре?» , а скорее, ». действительно ли будущее у электромобилей с чистой аккумуляторной батареей? »

Преобладающее обоснование электромобилей в значительной степени основано на предположении, что они предлагают личный транспорт с нулевым уровнем выбросов.

Это предположение основано на ошибке. Электроэнергия для питания электромобиля должна откуда-то поступать — и что сторонники электромобилей часто не признают, так это то, что это электричество в основном поступает из ископаемого топлива. В конце концов, уголь, нефть и природный газ вместе производят более 65% электроэнергии во всем мире.

С учетом этих факторов, возможно, пришло время поставить на стоянку широко распространенное мнение о том, что двигатели внутреннего сгорания «лежат на смертном одре» .Да, двигатели внутреннего сгорания будут продолжать развиваться, чтобы стать более эффективными и менее загрязняющими, но похоже, что они будут приводить в движение автомобили еще долгие годы.

Повысьте эффективность своей рабочей силы с помощью NES Fircroft

NES Fircroft с 1996 года поставляет инновационные кадровые решения для мировой автомобильной промышленности. Чтобы узнать, как мы можем помочь вашему автомобильному бизнесу, поговорите с одним из наших экспертов по подбору персонала в автомобильной отрасли.

Подразделение двигателей внутреннего сгорания | Инженерная сеть ASME

ICEF2021

Крайний срок Крайний срок подачи тезисов: 22 февраля 2021 г.

У вас еще есть время отправить тезисы на осеннюю техническую конференцию по двигателям внутреннего сгорания 2021 года, которая состоится 13-15 октября 2021 года.Подразделение двигателей внутреннего сгорания ASME приветствует научно-исследовательские статьи высокого технического качества, связанные с разработкой, продвижением и улучшением понимания двигателя внутреннего сгорания.

Конференция будет проходить практически 13-15 октября и будет включать технические презентации, основных докладчиков, студенческие презентации и виртуальные сетевые сессии.

Статьи должны быть представлены по одному из следующих технических направлений:

Дорожка 1: Двигатели с большим диаметром цилиндра
Дорожка 2: Топливо
Дорожка 3: Улучшенное сгорание
Дорожка 4: Трансмиссия и системы выбросов
Дорожка 5: Впрыск топлива и распылители
Дорожка 6: Численное моделирование
Дорожка 7: Конструкция двигателя и разработка механической части

Принятые доклады, представленные на конференции, будут заархивированы через ASME.Для представления докладов на конференции требуется платная регистрация. Непредставленные доклады будут исключены из сборника материалов конференции, не будут опубликованы или заархивированы.

Принятые статьи должны передавать авторские права в ASME, за некоторыми исключениями. Ознакомьтесь с Политикой представления ASME ICE и Политикой авторских прав ASME.

Категория статьи: Научное исследование, статья

Научно-исследовательская статья предназначена для предоставления высокоуровневых деталей оригинального исследования, сосредоточенного на основанных на гипотезах рассуждениях и методическом подходе к открытию новых научных и / или технических знаний.

ТЕХНИЧЕСКИЙ СТУЛ

Проф. Кэролайн Гензале

Доцент Школа машиностроения Вудрафф

Технологический институт Джорджии

Сопредседатель
Д-р Келли Сенекал
Владелец и вице-президент
Конвергентная наука

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *