Двигатель внутреннего сгорания — Технарь

Двигатель внутреннего сгорания — распространенней вид теплового двигателя, в нем топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.

Такой тип теплового Двигателя обычно устанавливают на большинстве автомобилей. На рисунке 204 показан разрез простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. На валу укреплен тяжелый маховик 6, предназначенный для уменьшения неравномерности вращения вала.

В верхней части цилиндра имеются два клапана 1 и 2, которые при работе, двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 7, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы.

В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800°С. Давление на поршень при этом резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Рассмотрим более подробно, схему работы такого двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными. Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз (рис. 205, а). Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 ив цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь (рис. 205, б). В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз (рис. 205, в). Под действием расширяющихся горячих газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах.

В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в, атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх (рис. 205, г). В конце четвертого такта клапан 2 закрывается.

Затем циклы работы двигателя повторяются.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска. В автомобильных двигателях пуск двигателя обычно осуществляется вспомогательным электрическим двигателем — стартером.

В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания, На рисунке 206 изображен разрез такого двигателя. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход, и коленчатый вал все время получает энергию от одного из поршней.

Имеются и восьмицилиндровые автомобильные двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Необходимой частью всякого двигателя внутреннего сгорания является система охлаждения, так как возможны и преждевременные вспышки горючей смеси и даже ее взрыв. Охлаждение цилиндров производится проточной водой или воздухом, поэтому двигатели внутреннего сгорания бывают с жидкостным или воздушным охлаждением.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

Вопросы.

1. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания? 2. Из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания? 3. Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания? 4. За сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл двигателя? Сколько оборотов делает при этом вал двигателя? 5. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого из четырех тактов? Как называют эти такты? 6. Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания? 7. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях? 8. Где ещё, кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?

Метки: вал двигателявосьмицилиндровые автомобильные двигателивыпускгазообразный продуктдавление на поршеньдвигательдвигатель внутреннего сгоранияжидкое топливоклапанколенчатый валмеханическая энергияМногоцилиндровые двигателипоршеньработа цилиндрарабочий ходсгораниесжатиесистема охлаждениястартертеплотеплотатопливофизикаэнергия

Двигатель внутреннего сгорания

История XIX века неразрывно связана с паровыми машинами: они приводили в действие станки на заводах, заставляли ехать паровозы и плыть пароходы. Паровая машина – двигатель внешнего сгорания, поскольку создание рабочего тела (горячего пара) происходит снаружи самого двигателя.

Однако развитие техники показало, что наиболее эффективным является двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочее тело (горячий газ) создаётся непосредственно внутри цилиндра с поршнем. В принципе, это тоже может быть горячий пар, однако технически проще оказалось использовать горячий газ, который образуется при сжигании жидкого топлива – бензина.

Карбюраторный двигатель. Это название подчёркивает, что существенной его деталью является карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом. Основные части карбюраторного двигателя внутреннего сгорания следующие (см. рисунок).

Цифрами на рисунке обозначено: 1 – фильтр для всасываемого воздуха, 2 – карбюратор, 3 – бензобак, 4 – топливопровод, 5 – распыляющийся бензин, 6 – впускной клапан, 7 – запальная свеча, 8 – камера сгорания, 9 – выпускной клапан, 10 – цилиндр, 11 – поршень.

Работа двигателя состоит из четырёх повторяющихся друг за другом этапов, называемых тактами. Отсчёт тактов начинается с момента, когда поршень находится в верхней точке, и оба клапана закрыты.

Первый такт – впуск (рис. «а»). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь цилиндра. Затем впускной клапан закрывается. Второй такт – сжатие (рис. «б»). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь. Третий такт – рабочий ход поршня (рис. «в»). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь быстро сгорает, и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления, и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз. Четвёртый такт – выпуск (рис. «г»). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает отработавший газ из камеры сгорания в трубу. Затем клапан закрывается.

Дизельный двигатель. В 1892 г. немецкий инженер Р.Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение и права изобретателя) на двигатель, впоследствии названный его фамилией. В цилиндры двигателя Дизеля попадает не смесь бензина и воздуха, а только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и, согласно первому закону термодинамики, внутренняя энергия воздуха возрастает. Причём температура воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.

Следовательно, работа двигателя Дизеля также состоит из четырёх тактов: а) всасывание воздуха; б) сжатие воздуха; в) впрыск и сгорание топлива – рабочий ход; г) выпуск отработавших газов. Важно: карбюратор и свеча становятся ненужными, что упрощает конструкцию двигателя и повышает его надёжность.

Дизели могут работать на менее качественном, а значит, на более дешёвом топливе, чем карбюраторные двигатели. Дизели способны развивать большую мощность. КПД дизелей достигает 35–40%, что выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 30–35%.

Опубликовано в разделах: 7 класс, Введение в термодинамику

Физика двигателя внутреннего сгорания

Физика современных четырехтактных двигателей
Дэвид Гиссель
Университет Аляски в Фэрбенксе
Веб-проект Physics 211, осень 2002 г.

      Очень распространенным вариантом двигателя внутреннего сгорания является четырехтактный двигатель. Эти двигатели имеют четыре «такта» для каждого цикла сгорания. Эти двигатели в основном используются в автомобилях, но недавно нашли применение в мотоциклах, лодках и даже снегоуборочных машинах.

анимация с keveney.com

      Четыре «такта» этих двигателей следующие.

1. Впуск: впускной клапан (в левой верхней части цилиндра) открывается, позволяя свежему воздуху, богатому кислородом, смешанному с топливом, поступать в цилиндр.

2. Сжатие: поршень выталкивается вверх под действием импульса маховика, сжимающего воздушно-топливную смесь.

3. Сгорание: Когда поршень достигает верхней точки своего хода или ВМТ, свеча зажигания воспламеняет смесь. Из-за высокой степени сжатия этой смеси (обычно около 190 фунтов на квадратный дюйм в типичном двигателе) он очень летуч и взрывается при подаче искры. Это толкает поршень вниз и производит мощность.

4. Выхлоп: после сгорания топливно-воздушной смеси оставшиеся химические вещества в цилиндре (в основном вода и CO2) должны быть удалены, чтобы можно было ввести свежий воздух. Когда поршень поднимается после сгорания выпускной клапан (правая верхняя часть цилиндра) открывается, позволяя выпустить выхлопные газы.

      В идеале двигатель потребляет воздух (кислород и азот) и топливо (углеводороды) и производит CO2, H3O, а N2 просто проходит через него. Химическое уравнение выглядит следующим образом.

2 C8h28 (газ) + 25 O2 = 16 CO2 + 18h3O

      Это уравнение представляет стехиометрическое соотношение воздух-топливо (14,7:1). Однако при нормальных условиях вождения двигатель будет работать в обедненной смеси при движении по шоссе (лучший пробег) и в богатой смеси при ускорении (лучшая мощность). Бедное состояние приводит к образованию оксидов и вредных соединений азота. Богатые условия приводят к образованию угарного газа. По этой причине каталитический нейтрализатор используется на большинстве более крупных двигателей.

предварительный материал катализатора из выпускного коллектора Saturn

      Материал катализатора в катализаторе представляет собой проволочную сетку или соты. Это позволяет большой площади поверхности подвергаться воздействию проходящих выхлопных газов. Катализатор (обычно платина) превращает вредные оксиды азота и монооксид углерода в азот, диоксид углерода и кислород. Каталитические нейтрализаторы лучше всего работают, когда они теплые (поскольку скорость реакции увеличивается с температурой), поэтому некоторые производители автомобилей помещают «предварительные катализаторы» в выпускной коллектор для преобразования газов, пока выхлопная система еще прогревается.

      Охватывает основные функции двигателя от впуска до выхлопа. Далее мы рассмотрим взаимосвязь лошадиных сил и крутящего момента.

Современный двигатель внутреннего сгорания

Современный двигатель внутреннего сгорания

Введение

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это то, что приводит
большинство автомобилей сегодня и существует уже много лет. У ICE есть
подвергался многочисленным переделкам исключительно с целью улучшения
выходная мощность и минимизация потерь энергии. Как работает процесс
что есть впуск через портовые отверстия, который толкает поршень вниз
начиная свой цикл сжатия и декомпрессии, с энергией
от этого передается на коленчатый вал, позволяя движение
автомобиль. Более распространенный двигатель внутреннего сгорания полагается на четыре
ход поршня, чтобы завершить свой цикл и высвободить энергию для перемещения
транспортное средство. [1-3]

Как это работает

В этом цикле четыре этапа: 1) впуск, 2)
сжатие, 3) сгорание и рабочий ход, и, наконец, 4) выхлоп
(Рисунок 1). Процесс того, как это работает, приведен в списке:

1. Впуск: Топливно-воздушная смесь
   поступает в цилиндр при смещении поршня вниз и впускном
   открывается.

2. Сжатие: При закрытии
   на входе давление топливно-воздушной смеси увеличивается и
   температуры, когда поршень сжимает газ, двигаясь
   вверх.

3. Сгорание и рабочий ход: Энергия
   высвобождается в результате реакции горения, вызванной
   зажигание свечи зажигания, которая сжигает топливно-воздушную смесь
   и доводит до высокой температуры. По мере увеличения смеси
   при температуре и давлении он давит на поршень,
   следовательно, вызывая рабочий ход, который вращает
   коленчатый вал.

4. Выхлоп: Побочные продукты, образующиеся при
   реакция горения затем высвобождается через выхлоп
   труба, и цикл повторяется, как только впускное отверстие открывается, а выпускное
   клапан закрывается. [2,3]

Энергетический анализ

Хотя это обычно используемый двигатель в транспортных средствах
сегодня это не значит, что он самый эффективный. Горение
Неэффективность измеряет долю энергии, которая не используется из
топливо. Установлено, что тепловые потери охлаждающей жидкости и тепловые потери энергии выхлопных газов
являются самыми большими источниками тепловых потерь, что способствует отсутствию
энергетического оборота. Постоянно утверждается, что Второй закон
Термодинамика ограничивает все двигатели от достижения максимального теплового
эффективность, но это не значит, что мы не можем улучшить конверсию
энергии. Постоянные инновации и модернизация внутреннего сгорания
двигатель позволил улучшить преобразование энергии топлива. [4]

Заключение

Знание того, как работает двигатель внутреннего сгорания и
где кроется его неэффективность, правильная технология и конструкция
двигатель внутреннего сгорания позволит нам лучше использовать энергию
внутри топлива. Хотя цены на газ постоянно колеблются,
наиболее вероятной тенденцией в будущем будет повышение цен на газ, что
только сделает движение за разработку высокоэффективных автомобилей
сильнее. Это возможно даже при продолжающемся диалоге о
отказ от ископаемого топлива и последствия изменения климата, что,
наряду с нашим нынешним технологическим бумом, мы больше не будем полагаться или использовать
двигатель внутреннего сгорания для автомобилей будущего.

© Хоаб Камарена. Автор дает разрешение
копировать, распространять и демонстрировать это произведение в неизмененном виде, с
ссылка на автора только в некоммерческих целях. Все остальные
права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.