Содержание

Принцип работы ДВС современного типа простыми словами

Современные двигатели работают по достаточно простой схеме, которая была изобретена целый век назад. Единственное, что подверглось сильному изменению после производства первого двигателя внутреннего сгорания, это система питания. С карбюраторов и прочих не слишком эффективных средств подачи топлива промышленность перешла на инжектор для бензиновых двигателей. Дизельные агрегаты обладают отдельным типом впрыска через систему с повышенным давлением. Все последние разработки в технологиях работы ДВС являются мелочными дополнениями к уже известной конструкции, которые призваны обеспечить либо автоматическую регулировку определенных параметров работы, либо определенную экономию топлива.

Тем не менее, суть двигателя остается прежней. По части работы двигателя внутреннего сгорания сегодня мы обсудим отдельно службу бензинового и дизельного силового агрегата, а также обсудим некоторые особенности использования бензинового двигателя в гибридных устройствах. Также затронем тему турбины в различных агрегатах, ее типов и смысла использования. Ознакомившись со всеми тонкостями работы современных силовых агрегатов внутреннего сгорания, вы поймете, что нынешние ДВС фактически ничем не отличаются от классических устройств.

Содержание

  • Тонкости работы бензинового двигателя

  • Дизельный силовой агрегат

  • Бензиновый гибридный двигатель

  • Подводим итоги

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания — тонкости работы

Двигатель на бензиновом топливе представляет собою классический вариант силового агрегата, который может работать только на очищенном и качественном бензине, производимом из нефти. Современные двигатели работают только на бензине с октановым числом 95 или даже 98. Залив в хороший агрегат бензин плохого качества, вы можете приобрести массу проблем.

Топливо подается в агрегат с помощью бензонасоса, а количество подачи регулируется специальной системой впрыска. Инжекторы обладают тонкими форсунками, которые распыляют топливо в системе, позволяя его полностью сжечь в камерах сгорания. После подачи топлива по трубке на систему инжектора происходят следующие процессы:

  • инжектор распыляет бензин, превращая его в облако пара, а также смешивает получившиеся частицы с воздухом;

  • смесь бензина и кислорода попадает дальше в камеру сгорания, где в верхней части поджигается свечей зажигания;

  • подожженный бензин быстро воспламеняется, формируя определенной мощности взрыв с конкретным давлением и усилием;

  • камера сгорания исключительно герметична, потому сила этого взрыва направляется на рабочую плоскость поршня;

  • от мощности удара поршень опускается вниз и приводит в движение коленчатый вал, на котором закреплены другие поршни;

  • с помощью неоднократного повторения такого процесса происходит постоянное вращение двигателя.

Если топливо не распыляется должным образом, поскольку форсунки забиты или поломаны, один из цилиндров не будет давать нужной мощности, поскольку топливо не сможет поджигаться и нормально выполнять свои функции. В таком случае двигатель теряет мощность и значительно увеличивает расход. Также в таком агрегате крайне важна фильтрация воздуха.

Турбина в бензиновых двигателях представляет собой механизм усиленной подачи воздуха, за счет чего на определенных режимах работы увеличивается мощность агрегата без увеличения потребления топлива. Интенсивная подача воздуха с разными значениями позволяет компаниям достигать невероятных технических характеристик вполне стандартных бензиновых агрегатов.

Дизельный силовой агрегат — второй тип ДВС

Еще один важный тип двигателя, который стал прекрасной альтернативой бензиновому агрегату в обыденной и коммерческой эксплуатации, — это дизельный силовой агрегат. Его стандартными преимуществами считается менее активный расход топлива и очень ощутимая тяга. Такие выгоды дают возможность полностью переформатировать стиль поездки, изменить привычки управления автомобилем.

Дизельный силовой агрегат подает топливо также через форсунки со значительным распылением. Это требует высокой чистоты дизельного топлива и значительной безопасности работы системы подачи топлива, поскольку жидкость подается на форсунки в достаточно большом давлении. Принцип работы агрегата несколько отличается от бензинового:

  • топливо подается на распыление в гораздо большем давлении, оно прогревается еще до входа в камеры сгорания;

  • под воздействием значительного давления поршней в камерах сгорания топливо самовоспламеняется;

  • создаваемая при этом энергия производит толчок поршня в нижнее положение, выводя при этом другие поршни вверх;

  • для работы двигателя требуется меньше топлива, а вот подача воздуха имеет большое значение;

  • по данной причине в дизельных двигателях практически всегда присутствует турбина, распространены только турбодизели;

  • агрегат создает очень завидную мощность поршней, потому даже на низких оборотах он обладает большой тягой.

Определенная специфика работы дизельного двигателя вызывает и некоторые особенности его эксплуатации. В частности, водителю придется научиться раньше переключать передачи, довольствоваться низкими оборотами и контролировать тягу машины. Современные турбодизели потребляют на 15-20 процентов меньше топлива на ту самую мощность, чем бензиновые агрегаты.

Объемистые и тяговитые дизельные двигатели в промышленности могут работать не только на продуктах нефтеобработки. Многие агрегаты приспособлены даже на сжигание сырой нефти, а также принимают в качестве топлива природные биомасла, которые воспламеняются при сильном давлении. Это может стать одним из будущих перспективных моментов автомобилестроения.

Бензиновый гибридный двигатель — электричество в моде

Не так давно на рынок начали поступать гибридные автомобили. Это машины, у которых силовой агрегат состоит из двух частей. Первая часть не отличается от стандартных бензиновых агрегатов, но зачастую не столь объемистая и мощная. А вторая часть представлена электродвигателями в разных количествах и расположениях.

Батареи для электродвигателя оснащены отдельным генератором, который заряжается от работы бензинового агрегата. Также энергия берется из рекуперации энергии торможения и прочих процессов, которые обычно теряются в стандартном исполнении. Гибрид работает по следующей схеме:

  • в стандартных ситуациях городской поездки используются только электромоторы, вы ведете электромобиль;

  • когда энергия батарей на исходе, в дело включается бензиновый двигатель, нагнетающий запас в аккумуляторах;

  • также при резком нажатии на педаль газа включаются сразу все двигатели, давая огромную энергию;

  • при полной разрядке батарей ДВС продолжает работать и весьма экономично везет вас в нужном направлении;

  • у некоторых гибридных автомобилей есть выход для зарядки батарей от обычной электрической сети.

Такие технологии являются дыханием будущего, поскольку экономия на гибридных автомобилях ощутима. Большой внедорожник с такой установкой может затрачивать всего 5-6 литров топлива, независимо от выбранного режима поездки. Хороший двигатель внутреннего сгорания обеспечивает быструю зарядку батарей.

Сегодня активно развивается применение гибридных установок на основе дизельного двигателя. В таком случае расход опускается до невероятных 2-3 литров на 100 километров. Впрочем, технологии гибридного использования знают и расход в 1 литр на 100 километров, который является эталонным для современных производителей автомобилей. Предлагаем изучить принцип работы гибридного двигателя на следующем видео:

Подводим итоги

Сегодня покупатель автомобилей имеет большой выбор технологий, которые для него будут оптимальными во всех отношениях. Подобрать лучшее решение будет непросто, поскольку производители расписывают преимущества своих предложений в самых неожиданных аспектах. Иногда правильно преподнесенная технология кажется нам самым важным элементом автомобиля, но на самом деле не занимает и части технического потенциала транспорта.

Потому многие покупатели просто становятся жертвами рекламного влияния, покупая те или иные технологии и оплачивая их в полной мере. Сегодня лучше отказаться от рекламы при выборе типа машины. Положитесь на собственные впечатления и ощущения, на решения, которые вам нравятся больше всего. В каждом типе двигателя и силовой установки есть свои преимущества и недостатки. Расскажите о главных преимуществах двигателя в вашем автомобиле.

Понравился этот контент? Подпишитесь на обновления!

 

Фирменные турбины бензиновых двигателей

Принцип работы карбюратора – главные проблемы и возможные неполадки

Принцип работы двигателя на дизельном топливе

Устройство топливных систем автомобилей: основные элементы и неполадки

Как заводить машину правильно в зависимости от типа двигателя?

К списку статей

Социальные комментарии Cackle

Как работает автомобильный двигатель.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

  • Поршневые
    двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
  • карбюраторные
    , в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные
    , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные
    , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые
     двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные
     двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

  • блок цилиндров
    , внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
  • кривошипно-шатунный механизм
    , который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм
    , который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
  • система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси
    ;
  • система удаления продуктов горения
     (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных.
При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

  • Такт первый, впуск
    . Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
  • Такт второй, сжатие
    . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
  • Такт третий, расширение
    . Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
  • Такт четвёртый, выпуск
    . Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры
, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

  • Источник питания
    . Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
  • Включатель, или замок зажигания
    . Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
  • Накопитель энергии
    . Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
  • Распределитель зажигания (трамблёр)
    . Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для
 бесперебойной подачи
 в мотор
 атмосферного воздуха,
 для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

  • Воздухозаборник
    . Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
  • Воздушный фильтр
    . Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
  • Дроссельная заслонка
    . Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
  • Впускной коллектор
    . Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего
 для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • Топливный бак
     — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
  • Топливопроводы
     — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
  • Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор
     — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
  • Электронный блок управления
     (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
  • Топливный насос
     — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
  • Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения
 и её разрушительного воздействия на детали; отведение
 части излишнего тепла
; удаление
 продуктов нагара и износа
; защита
 металла от коррозии
. Система смазки ДВС включает в себя:

  • Поддон картера
     — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
  • Масляный насос
     — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
  • Масляный фильтр
     задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
  • Масляный радиатор
     предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

Выхлопная система ДВС служит для удаления
 отработанных газов
 и уменьшения шумности
 работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

  • Выпускной коллектор.
     Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
  • Приёмная труба
     — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
  • Резонатор
    , или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
  • Катализатор
     — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
  • Глушитель
     — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для
 забирания излишнего тепла
 у мотора и снижения тепловых нагрузок
 на его детали.

  • Радиатор
     системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
  • Вентилятор
     предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
  • Водяной насос
     (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
  • Термостат
     — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

У каждого из нас есть определенный автомобиль, однако лишь некоторые водители задумываются о том, как устроен двигатель автомобиля. Нужно понимать также, что полностью знать устройство двигателя автомобиля необходимо лишь специалистам, работающим на СТО. К примеру, у многих из нас есть различные электронные устройства, но это вовсе не означает, что мы должны понимать, как они устроены. Мы просто пользуемся ими по прямому назначению. Однако с машиной ситуация немного другая.

Все мы понимаем, что появление неполадок в двигателе автомобиля напрямую влияет на наше здоровье и жизнь.
 От правильной работы силового агрегата нередко зависит качество езды, а также безопасность людей, которые находятся в автомобиле. По этой причине, рекомендуем уделить внимание изучению данной статьи о том, как работает двигатель автомобиля и из чего он состоит.

История разработки автомобильного двигателя

В переводе с оригинального латинского языка двигатель или мотор означает «приводящий в движение». Сегодня двигателем называют определенное устройство, предназначенное для преобразования одного из видов энергии в механическую. Самыми популярными сегодня считаются двигатели внутреннего сгорания, типы которых бывают разными. Первый такой мотор появился в 1801 году, когда Филипп Лебон из Франции запатентовал мотор, который функционировал на светильном газе. После этого свои разработки представили Август Отто и Жан Этьен Ленуар. Известно, что Август Отто первым запатентовал 4-тактный двигатель. До нашего времени строение двигателя практически не изменилось.

В 1872 году состоялся дебют американского двигателя, который работал на керосине. Однако данную попытку трудно было назвать удачной, поскольку керосин не мог нормально взрываться в цилиндрах. Уже через 10 лет Готлиб Даймлер презентовал свой вариант двигателя, который работал на бензине, причем работал довольно неплохо.

Рассмотрим современные типы двигателей автомобиля
 и разберемся, к какому из них принадлежит ваша машина.

Типы автомобильных двигателей

Поскольку наиболее распространенным в наше время считают двигатель внутреннего сгорания, рассмотрим типы двигателей, которыми оснащаются сегодня почти все машины. ДВС – это далеко не наилучший тип двигателя, однако именно его используют во многих транспортных средствах.

Классификация двигателей автомобиля:

  • Дизельные двигатели.

     Подача дизельного топлива осуществляется в цилиндры посредством специальных форсунок. Такие моторы не нуждаются в электрической энергии для работы. Она им нужна лишь для запуска силового агрегата.
  • Бензиновые двигатели.

     Они бывают и инжекторными. Сегодня используется несколько типов систем впрыска и . Работают такие моторы на бензине.
  • Газовые двигатели.

     В таких двигателях может использоваться сжатый или сжиженный газ. Такие газы получают с помощью преобразования дерева, угля либо торфа в газообразное топливо.

Работа и конструкция двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы двигателя автомобиля
 – это вопрос, интересующий практически каждого автовладельца. В ходе первого ознакомления со строением двигателя все выглядит очень сложным. Однако в реальности, с помощью тщательного изучения, устройство двигателя становится вполне понятным. В случае необходимости знания о принципе работы двигателя можно использовать в жизни.

1. Блок цилиндров
 представляет собой своеобразный корпус мотора. Внутри него расположена система каналов, которая используется для охлаждения и смазки силового агрегата. Он используется в качестве основы для дополнительного оборудования, к примеру, картера и .

2. Поршень
, являющийся пустотелым стаканом из металла. На его верхней части расположены «канавки» для поршневых колец.

3. Поршневые кольца.
 Кольца, расположенные внизу, называются маслосъемными, а верхние – компрессионные. Верхние кольца обеспечивают высокий уровень сжатия или компрессию смеси топлива и воздуха. Кольца используются для обеспечения герметичности камеры сгорания, а также в качестве уплотнителей, предотвращающих попадание масла в камеру сгорания.

4. Кривошипно-шатунный механизм.
 Отвечает за передачу возвратно-поступательной энергии поршневого движения на коленчатый вал двигателя.

Многие автолюбители не знают, что на самом деле принцип работы ДВС является достаточно несложным. Сначала попадает из форсунок в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом. Затем выдает искру, которая вызывает воспламенение топливно-воздушной смеси, из-за чего она взрывается. Газы, которые формируются в результате этого, двигают поршень вниз, в процессе чего он передает соответствующее движение коленчатому валу. Коленвал начинает вращать трансмиссию. После этого набор специальных шестерён осуществляет передачу движения на колеса передней или задней оси (в зависимости от привода, может и на все четыре).

Именно так работает двигатель автомобиля. Теперь вас не смогут обмануть недобросовестные специалисты, которые возьмутся за ремонт силового агрегата вашей машины.

Не будет преувеличением сказать, что большинство самодвижущихся устройств сегодня оснащены двигателями внутреннего сгорания разнообразных конструкций, использующими различные принципиальные схемы работы. Во всяком случае, если говорить об автомобильном транспорте. В данной статье мы рассмотрим более подробно ДВС. Что это такое, как работает данный агрегат, в чем его плюсы и минусы, вы узнаете, прочитав ее.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Главный принцип работы ДВС основан на том, что топливо (твердое, жидкое или газообразное) сгорает в специально выделенном рабочем объеме внутри самого агрегата, преобразуя тепловую энергию в механическую.

Рабочая смесь, поступающая в цилиндры такого двигателя, подвергается сжатию. После ее воспламенения при помощи специальных устройств возникает избыточное давление газов, заставляющих поршни цилиндров возвращаться в исходное положение. Так создается постоянный рабочий цикл, преобразующий при помощи специальных механизмов кинетическую энергию в крутящий момент.

На сегодняшний день устройство ДВС может иметь три основных вида:

  • часто называемый легким;
  • четырехтактный силовой агрегат, позволяющий добиться более высоких показателей мощности и значений КПД;
  • обладающие повышенными мощностными характеристиками.

Помимо этого существуют и другие модификации основных схем, позволяющие улучшить те или иные свойства силовых установок данного вида.

Преимущества двигателей внутреннего сгорания

В отличие от силовых агрегатов, предусматривающих наличие внешних камер, ДВС обладает значительными преимуществами. Главными из них являются:

  • гораздо более компактные размеры;
  • более высокие показатели мощности;
  • оптимальные значения КПД.

Необходимо заметить, говоря о ДВС, что это такое устройство, которое в подавляющем большинстве случаев позволяет использовать различные виды топлива. Это может быть бензин, дизельное топливо, природный или керосин и даже обычная древесина.

Такой универсализм принес данной принципиальной схеме двигателя заслуженную популярность, повсеместное распространение и поистине мировое лидерство.

Краткий исторический экскурс

Принято считать, что двигатель внутреннего сгорания ведет отсчет своей истории с момента создания французом де Ривасом в 1807 году поршневого агрегата, использовавшего в качестве топлива водород в газообразном агрегатном состоянии. И хотя с тех пор устройство ДВС подверглось значительным изменениям и модификациям, основные идеи этого изобретения продолжают использоваться и в наши дни.

Первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания увидел свет в 1876 году в Германии. В середине 80-х годов XIX столетия в России был разработан карбюратор, позволявший дозировать подачу бензина в цилиндры мотора.

А в самом конце позапрошлого века знаменитый немецкий инженер предложил идею воспламенения горючей смеси под давлением, что существенно повышало мощностные характеристики ДВС и показатели КПД агрегатов подобного вида, которые до этого оставляли желать много лучшего. С тех пор развитие двигателей внутреннего сгорания шло в основном по пути улучшения, модернизации и внедрения разнообразных улучшений.

Основные виды и типы ДВС

Тем не менее более чем 100-летняя история агрегатов данного вида позволила разработать несколько основных видов силовых установок с внутренним сгоранием топлива. Они отличаются между собой не только составом используемой рабочей смеси, но и конструктивными особенностями.

Бензиновые двигатели

Как явствует из названия, агрегаты данной группы используют в качестве топлива различные виды бензина.

В свою очередь, такие силовые установки принято подразделять на две большие группы:

  • Карбюраторные. В таких устройствах топливная смесь перед поступлением в цилиндры обогащается воздушными массами в специальном устройстве (карбюраторе). После чего происходит ее воспламенение при помощи электрической искры. Среди наиболее ярких представителей данного типа можно назвать модели ВАЗ, ДВС которых очень долгое время был исключительно карбюраторного типа.
  • Инжекторные. Это более сложная система, в которой впрыск топлива в цилиндры осуществляется посредством специального коллектора и форсунок. Он может происходить как механическим способом, так и посредством специального электронного устройства. Наиболее продуктивными считаются системы прямого непосредственного впрыска «Коммон Рейл». Устанавливаются почти на все современные автомобили.

Инжекторные бензиновые двигатели принято считать более экономичными и обеспечивающими более высокий КПД. Однако стоимость таких агрегатов намного выше, а обслуживание и эксплуатация — заметно сложнее.

Дизельные двигатели

На заре существования агрегатов подобного вида очень часто можно было слышать шутку о ДВС, что это такое устройство, которое ест бензин, как лошадь, а движется намного медленнее. С изобретением дизельного двигателя эта шутка частично потеряла свою актуальность. Главным образом потому, что дизель способен работать на топливе гораздо более низкого качества. А значит, и на гораздо более дешевом, нежели бензин.

Главным принципиальным отличием внутреннего сгорания является отсутствие принудительного воспламенения топливной смеси. Солярка впрыскивается в цилиндры специальными форсунками, а отдельные капли топлива воспламеняются из-за силы давления поршня. Наряду с преимуществами дизельный двигатель обладает и целым рядом недостатков. Среди них можно выделить следующие:

  • гораздо меньшая мощность по сравнению с бензиновыми силовыми установками;
  • большими габаритами и весовыми характеристиками;
  • сложностями с запуском при экстремальных погодных и климатических условиях;
  • недостаточной тяговитостью и склонностью к неоправданным потерям мощности, особенно на сравнительно высоких оборотах.

Кроме того, ремонт ДВС дизельного типа, как правило, гораздо более сложен и затратен, нежели регулировка или восстановление работоспособности бензинового агрегата.

Газовые двигатели

Несмотря на дешевизну природного газа, используемого в качестве топлива, устройство ДВС, работающих на газе, несоизмеримо сложнее, что ведет к существенному удорожанию агрегата в целом, его монтажа и эксплуатации в частности.

На силовых установках подобного типа сжиженный или природный газ поступает в цилиндры через систему специальных редукторов, коллекторов и форсунок. Воспламенение топливной смеси происходит так же, как и в карбюраторных бензиновых установках, — при помощи электрической искры, исходящей от свечи зажигания.

Комбинированные типы двигателей внутреннего сгорания

Мало кто знает о комбинированных системах ДВС. Что это такое и где применяется?

Речь идет, конечно же, не о современных гибридных автомобилях, способных работать как на горючем, так и от электрического мотора. Комбинированными двигателями внутреннего сгорания принято называть такие агрегаты, которые объединяют в себе элементы различных принципов топливных систем. Наиболее ярким представителем семейства таких двигателей являются газодизельные установки. В них топливная смесь поступает в блок ДВС практически так же, как и в газовых агрегатах. Но поджиг горючего производится не при помощи электроразряда от свечи, а запальной порцией солярки, как это происходит в обычном дизельном моторе.

Обслуживание и ремонт двигателей внутреннего сгорания

Несмотря на достаточно широкое разнообразие модификаций, все двигатели внутреннего сгорания имеют аналогичные принципиальные конструкции и схемы. Тем не менее, для того чтобы качественно осуществлять обслуживание и ремонт ДВС, необходимо досконально знать его устройство, понимать принципы работы и уметь определять неполадки. Для этого, безусловно, необходимо тщательно изучить конструкцию двигателей внутреннего сгорания различных типов, уяснить для себя назначение тех или иных деталей, узлов, механизмов и систем. Дело это непростое, но очень увлекательное! А главное, нужное.

Специально для пытливых умов, которые желают самостоятельно постичь все таинства и секреты практически любого транспортного средства, примерная принципиальная схема ДВС представлена на фото выше.

Итак, мы выяснили, что собой представляет данный силовой агрегат.

Двигатель внутреннего сгорания работает на основе расширения газов, которые нагреваются при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Газы нагреваются от того, что в цилиндре сгорает топливо, которое перемешано с воздухом. Таким образом, температура давления и газа стремительно растет.

Известно, что поршневое давление является аналогичным атмосферному. В цилиндре, наоборот, давление является более высоким. Как раз из-за этого давления поршня понижается, что приводит к расширению газов, таким образом, совершается полезная работа.В соответствующем разделе нашего сайта вы сможете найти статью . Для выработки механической энергии цилиндр двигателя нужно постоянно снабжать воздухом, в который будет поступать через форсунку топливо и воздух через впускной клапан. Конечно, воздух может поступать вместе с топливом, например, через впускной клапан. Через него же выходят все продукты, получившиеся при сгорании. Все это происходит на основе газораспределения, ведь именно газ отвечает за открытие и закрытие клапанов.

Рабочий цикл двигателя

Нужно особенно выделить рабочий цикл двигателя, который представляет собой последовательные повторяющиеся процессы. Они происходят в каждом цилиндре. Кроме того, именно от них зависит переход тепловой энергии в механическую работу. Стоит отметить, что каждый тип транспорта работает по своему определенному типу. Например, рабочий цикл может совершаться за 2 хода поршня. В этом случае двигатель называют двухтактным. Что касается автомобилей, то большинство из них имеют четырехтактные двигатели, так как их цикл состоит из впуска, сжатия газа, расширения газа, или рабочего хода, и выпуска. Все эти четыре этапа играют большую роль в работе двигателя.

Впуск

На этом этапе выпускной клапан закрыт, а впускной, наоборот, открыт. На начальном этапе первый полуоборот делается коленчатым валом двигателя, что приводит к перемещению от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. После в цилиндре происходит разряжение, и в него попадает через впускной газопровод воздух вместе с бензином, что представляет собой горючую смесь, которая затем перемешивается с газами. Таким образом, двигатель начинает работать.

Сжатие

После того, как цилиндр полностью заполнился горючей смесью, поршень начинает постепенно перемещаться от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Клапаны в этот момент еще закрыты. На этом этапе давление и температура рабочей смеси становится выше.

Рабочий ход, или расширение

В то время, как поршень продолжает перемещаться от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, после этапа сжатия электрическая искра воспламеняет рабочую смесь, которая в свою очередь моментально тухнет. Так, температура и давление газов, находящихся в цилиндре сразу повышается. При рабочем ходе совершается полезная работа. На этом этапе происходит открытие выпускного клапана, что приводит к понижению температуры и давления.

Выпуск

На четвертом полуобороте в поршне происходит перемещение от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. Так, через открытый выпускной клапан из цилиндра выходят все продукты сгорания, которые после поступают в атмосферный воздух.

Принцип работы 4-тактного дизеля

Впуск

Воздух поступает в цилиндр через впускной клапан, который открыт. Что касается движения от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, то оно образуется при помощи разряжения, которое идет вместе с воздухом из воздухоочистителя в цилиндр. На данном этапе давление и температура понижены.

Сжатие

На втором полуобороте впускной и выпускной клапаны являются закрытыми. От НМТ к ВМТ поршень продолжает двигаться и постепенно сжимать воздух, который недавно поступил в полость цилиндра. В соответствующем разделе нашего сайта вы сможете найти статью про . У дизельного варианта двигателя топливо воспламеняет в том случае, когда температура сжатого воздуха выше температуры топлива, которое может самовоспламениться. Дизельное топливо поступает при помощи топливного насоса и проходит форсунку.

Рабочий ход, или расширение

После процесса сжатия топливо начинает смешиваться с нагретым воздухом, таким образом, происходит воспламенение. На третьем полуобороте повышается давление и температура, в результате чего происходит сгорание. Затем после приближения поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке давление и температура значительно понижаются.

Выпуск

На данном заключительном этапе происходит выталкивание отработавших газов из цилиндра, которые через открытую выпускную трубу попадают в атмосферу. Температура и давление заметно понижаются. После этого рабочий цикл делает все то же самое.

Как работает двухтактный двигатель?

Двухтакный двигатель имеет другой принцип работы в отличие от четырехтактного. В этом случае горючая смесь и воздух попадают в цилиндр в начале хода сжатия. Кроме того, отработавшие газы выходят из цилиндра в конце хода расширения. Стоит отметить, что все процессы происходят без движения поршней, как это делается у четырехтактного двигателя. Для двухтактного двигателя характерен процесс, называющийся продувкой. То есть, в этом случае все продукты сгорания удаляются из цилиндра при помощи потока воздуха или горючей смеси. Двигатель такого типа обязательно оснащен продувочным насосом, компрессором.

Двухтактный карбюраторный двигатель с кривошипно-камерной продувкой отличается от предыдущего типа своеобразной работой. Стоит отметить, что двухтактный двигатель не имеет клапанов, так как их в этом плане заменяют поршни. Так, при движении поршень закрывает впуск и выпуск, а также продувочные окна. При помощи продувочных окон цилиндр взаимодействует с картером, или кривошипной камерой, а также впускным и выпускным трубопроводами. Что касается рабочего цикла, то двигателей этого типа выделяют два такта, как можно было догадаться уже из названия.

Сжатие

На этом этапе поршень двигается от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. При этом он частично закрывает продувочное и выпускное окна. Таким образом, в момент закрытия в цилиндре происходит сжатие бензина и воздуха. В этот момент происходит разряжение, которое приводит к поступлению горючей смеси из карбюратора в кривошипную камеру.

Рабочий ход

Что касается работы двухтактного дизельного двигателя, то здесь чуть иной принцип работы. В этом случае в цилиндр сначала попадает не горючая смесь, а воздух. После этого туда слегка распыляется топливо. Если частота вращения вала и размер цилиндра дизельного агрегата одинаковы, то, с одной стороны, мощность такого мотора будет превышать мощность четырехтактного. Однако такой результат не всегда прослеживается. Так, из-за плохого освобождения цилиндра от оставшихся газов и неполного использования поршня мощность двигателя не превышает 65% в лучшем случае.


Для настоящего автолюбителя машина — это непросто средство передвижения, а ещё и инструмент свободы. При помощи автомобиля можно достаться в любую точку города, страны или континента. Но наличия прав для настоящего путешественника недостаточно. Ведь до сих пор есть множество мест, где не ловит мобильный, и куда не могут добраться эвакуаторы. В таких случаях при поломке вся ответственность ложится на плечи автомобилиста.

Поэтому каждый водитель должен хоть немного разбираться в устройстве своего автомобиля , и начать нужно именно с двигателя. Безусловно, современные автомобильные компании выпускают множество автомобилей с разными типами моторов, но чаще всего производителями в конструкциях используются двигатели внутреннего сгорания. Они обладают высоким КПД и при этом обеспечивают высокую надёжность работы всей системы.

Внимание!
В большинстве научных статей двигатели внутреннего сгорания сокращённо называются ДВС.

Какими бывают ДВС

Перед тем как приступить к подробному изучению устройства ДВС и их принципа работы, рассмотрим, какими бывают двигатели внутреннего сгорания. Сразу нужно сделать одно важное замечание. За более чем 100 лет эволюции учёными было придумано множество разновидностей конструкций, у каждой из которых есть свои преимущества. Поэтому для начала выделим основные критерии, по которым можно различить данные механизмы:

  1. В зависимости от способа создания горючей смеси все ДВС делятся на карбюраторные, газовые и инжекторные устройства. Причём это класс с внешним смесеобразованием. Если же говорить о внутреннем, то — это дизели.
  2. В зависимости от типа топлива ДВС можно разделить на бензиновые, газовые и дизельные.
  3. Охлаждение устройства двигателей может быть двух типов: жидкостным и воздушным.
  4. Цилиндры могут располагаться как друг напротив друга, так и в форме буквы V.
  5. Смесь внутри цилиндров может воспламеняться посредством искры. Так происходит в карбюраторных и инжекторных ДВС или за счёт самовоспламенения.

В большинстве автомобильных журналов и среди профессиональных автоэкспортов принято классифицировать ДВС, на такие типы:

  1. Бензиновый двигатель. Это устройство работает за счёт бензина. Зажигание происходит принудительно при помощи искры, которую генерирует свеча. За дозировку топливно-воздушной смеси отвечают карбюраторные и инжекторные системы. Воспламенение происходит при сжатии.
  2. Дизельные . Двигатели с устройством такого типа работают за счёт сгорания дизельного топлива. Главная разница в сравнении с бензиновыми агрегатами заключается в том, что горючее взрывается благодаря повышению температуры воздуха. Последнее становится возможным из-за роста давления внутри цилиндра.
  3. Газовые системы функционируют при помощи пропан-бутана. Зажигание происходит принудительным образом.
    Газ с воздухом подаётся в цилиндр. В остальном устройство подобного ДВС аналогично бензиновому мотору.

Именно такая классификация используется чаще всего, указывая на конкретные особенности системы.

Устройство и принцип работы

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Лучше всего рассмотреть устройство ДВС на примере одноцилиндрового двигателя. Главной деталью в механизме является цилиндр. В нём находится поршень, который двигается вверх-вниз. При этом есть две контрольные точки его передвижения: верхняя и нижняя. В профессиональной литературе они именуются как ВМТ и НМТ.
Расшифровка следующая: верхняя и нижняя мёртвые точки.

Внимание!
Поршень также соединяется с валом. Соединительным звеном служит шатун.

Главная задачу шатуна — это преобразование энергии, которая образовывается в результате движения поршня вверх-вниз во вращательное. Результатом подобного преобразования является движение автомобиля в нужное вам направление. Именно за это отвечает устройство ДВС. Также не стоит забывать про бортовую сеть, работа которой становится возможной благодаря энергии, выработанной двигателем.

Маховик крепится к концу вала ДВС. Он обеспечивает стабильность вращения коленчатого вала. Впускной и выпускной клапаны находятся вверху цилиндра, который, в свою очередь, накрывается специальной головкой.

Внимание!
Клапаны открывают и закрывают соответствующие каналы в нужное время.

Чтобы клапаны ДВС открылись, на них воздействуют кулачки распредвала.
Происходит это посредством передаточных деталей. Сам вал двигается при помощи шестерней коленчатого вала.

Внимание!
Поршень свободно движется внутри цилиндра, застывая на миг то в верхней мёртвой точке, то в нижней.

Чтобы устройство ДВС функционировало в нормальном режиме, горючая смесь должна подаваться в чётко выверенной пропорции. В противном случае возгорание может не произойти. Огромную роль также играет момент, в который происходит подача.

Масло необходимо для того, чтобы предотвратить преждевременный износ деталей в устройстве ДВС. В общем, всё устройство двигателя внутреннего сгорания состоит из таких основных элементов:

  • свечей зажигания,
  • клапанов,
  • поршней,
  • поршневых колец,
  • шатунов,
  • коленвала,
  • картера.

Взаимодействие этих системных элементов позволяет устройству ДВС вырабатывать нужную для передвижения автомобиля энергию.

Принцип работы

Рассмотрим, как работает четырёхтактный ДВС. Чтобы понять принцип его работы, вы должны знать значение понятия такт. Это определённый промежуток времени, за который внутри цилиндра осуществляется нужное для работы устройства действие. Это может быть сжатие или воспламенение.

Такты ДВС образуют рабочий цикл, который, в свою очередь, обеспечивает работу всей системы. В процессе этого цикла тепловая энергия преобразуется в механическую. За счёт этого происходит движение коленчатого вала.

Внимание!
Рабочий цикл считается завершённым после того, как коленчатый вал сделает один оборот. Но такое утверждение работает только для двухтактного двигателя.

Здесь нужно сделать одно важное объяснение. Сейчас в автомобилях преимущественно используется устройство четырёхтактного двигателя. Такие системы отличаются большей надёжностью и улучшенной производительностью.

Для совершения четырёхтактного цикла нужно два оборота коленчатого вала. Это четыре движения поршня вверх-вниз. Каждый такт выполняет действия в точной последовательности:

  • впуск,
  • сжатие,
  • расширение,
  • выпуск.

Предпоследний такт также называется рабочим ходом.
Про верхнюю и нижнюю мертвые точки вы уже знаете. Но расстояние между ними обозначает ещё один важный параметр. А именно, объём ДВС. Он может колебаться в среднем от 1,5 до 2,5 литра. Измеряется показатель посредством плюсования данных каждого цилиндра.

Во время первого полуоборота поршень с ВМТ перемещается в НМТ. При этом впускной клапан остаётся открытым, в свою очередь, выпускной плотно закрыт. В результате данного процесса в цилиндре образуется разряжение.

Горючая смесь из бензина и воздуха попадает в газопровод ДВС. Там она смешивается с отработанными газами. В результате образуется идеальное для воспламенения вещество, которое поддаётся сжатию на втором акте.

Сжатие происходит тогда, когда цилиндр полностью заполнен рабочей смесью. Коленчатый вал продолжает свой оборот, и поршень перемещается из нижней мёртвой точки в верхнюю.

Внимание!
С уменьшением объёма температура смеси внутри цилиндра ДВС растёт.

На третьем такте происходит расширение. Когда сжатия подходит к своему логическому завершению свеча генерирует искру и происходит воспламенение. В дизельном двигателе всё происходит немного по-другому.

Во-первых, вместо свечи установлена специальная форсунка, которая на третьем такте впрыскивает топливо в систему. Во-вторых, внутрь цилиндра закачивается воздух, а не смесь газов.

Принцип работы дизельного ДВС интересен тем, что в нём топливо воспламеняется самостоятельно. Происходит это за счёт повышения температуры воздуха внутри цилиндра. Подобного результата удаётся добиться за счёт сжатия, в результате которого растёт давление и повышается температура.

Когда топливо через форсунку попадает внутрь цилиндра ДВС, температура внутри настолько высока, что возгорание происходит само собой. При использовании бензина подобного результата добиться нельзя. Всё потому что он воспламеняется при гораздо более высокой температуре.

Внимание!
В процессе движения поршня от произошедшего внутри микровзрыва деталь ДВС совершает обратный рывок, и коленчатый вал прокручивается.

Последний такт в четырёхтактном ДВС носит название впуск. Он происходит на четвёртом полуобороте. Принцип его действия довольно прост. Выпускной клапан открывается, и все продукты сгорания попадают в него, откуда в выпускной газопровод.

Перед тем как попасть в атмосферу отработанные газы из обычно проходят систему фильтров. Это позволяет минимизировать вред, наносимый экологии. Тем не менее устройство дизельных двигателей всё равно намного более экологично, чем бензиновых.

Устройства, позволяющие увеличить производительность ДВС

С момента изобретения первого ДВС система постоянно совершенствуется. Если вспоминать первые двигатели серийных автомобилей, то они могли разгоняться максимум до 50 миль в час. Современные суперкары без труда преодолевают отметку в 390 километров. Таких результатов учёным удалось добиться за счёт интеграции в устройство двигателя дополнительных систем и некоторых конструкционных изменений.

Большой прирост мощности в своё время дал клапанный механизм, внедрённый в ДВС. Ещё одной ступенью эволюции стало расположение распределительного вала вверху конструкции. Это позволило уменьшить число движущихся элементов и увеличить производительность.

Также нельзя отрицать полезность современной системы зажигания ДВС. Она обеспечивает максимально возможную стабильность работы. Вначале генерируется заряд, который поступает на распределитель, а с него на одну из свечей.

Внимание!
Конечно же, нельзя забыть про систему охлаждения, состоящую из радиатора и насоса. Благодаря ей удаётся предотвратить своевременный перегрев устройства ДВС.

Итоги

Как видите, устройство двигателя внутреннего сгорания не представляет особенной сложности. Для того чтобы его понять не нужно каких-либо специальных знаний — достаточно простого желания. Тем не менее знание принципов работы ДВС точно не будет лишними для каждого водителя.

Проект по физике на тему; «Двигатель внутреннего сгорания»

Муниципальное
общеобразовательное учреждение-

средняя
общеобразовательная школа №1

имени
397-й Сарненской дивизии

города
Аткарска Саратовской области

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проект по
физике

«Двигатель
внутреннего сгорания»

 

 

 

 

 

Выполнил:

ученик 8
«Б» класса

Глухов
Антон

Руководитель:

Илларионова
Наталья Викторовна

 

 

 

 

 

 

г. Аткарск

 

2018 год

 

Цель проекта:

 
Узнать, что такое двигатель внутреннего сгорания, и где он используется.

 

 Задачи проекта:

Ø 
Изучить
историю ДВС

Ø 
Изучить
строение ДВС

Ø 
Составить
схему строения ДВС

Ø 
Провести
анкетирование

Ø 
Сделать
выводы

 

 

  Содержание

1) Цели и задачи……………………………………………………………………………2

2) Введение…………………………………………………………………………………3

3) История создания двигателя
внутреннего  сгорания…………………………………4

4) Строение двигателя внутреннего
сгорания……………………………………………7

5) Влияние двигателя внутреннего
сгорания на окружающую среду…………………..10

6) Анкетирование…………………………………………………………………………..13

7) Практическое применение двигателя
внутреннего сгорания…………………………14

8) Заключение………………………………………………………………………………15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Двигателем внутреннего сгорания
(ДВС) называют поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания
топлива, выделение теплоты и превращение ее в механическую работу происходят
непосредственно в цилиндре двигателя.

Первый двигатель внутреннего
сгорания (ДВС) был изобретен французским инженером Ленуаром в 1860 г. Этот
двигатель во многом повторял паровую машину, работал на светильном газе по
двухтактному циклу без сжатия. Мощность такого двигателя составляла примерно 8
л.с., КПД – около 5%. Этот двигатель Ленуара был очень громоздким и поэтому не
нашел дальнейшего применения.

Через 7 лет немецкий инженер Н.
Отто (1867 г.) создал 4-х-тактный двигатель с воспламенением от сжатия. Этот
двигатель имел мощность 2 л.с., с числом оборотов 150 об/мин. Двигатель
мощностью 10 л.с. имел КПД 17% , массу 4600 кг нашел широкое применение. Всего
таких двигателей было выпущено более 6 тыс.1880 г. мощность двигателя была
доведена до 100 л.с.

В 1885 г. в России капитан
Балтийского флота И.С.Костович создал двигатель для воздухоплавания мощностью
80 л.с. с массой 240 кг. Тогда же в Германии Г.Даймлер и независимо от него
К.Бенц создали двигатель небольшой мощность для самодвижущихся экипажей –
автомобилей. С этого года началась эра автомобилей.

В конце 19 в. немецким инженером
Дизелем был создан и запатентован двигатель, который впоследствии стали
называть по имени автора двигателем Дизеля. Топливо в двигателе Дизеля
подавалось в цилиндр сжатым воздухом от компрессора и воспламенялось от сжатия.
КПД такого двигателя составляло примерно 30%.

Интересно, что за несколько лет до
Дизеля русский инженер Тринклер разработал двигатель, работающий на сырой нефти
по смешанному циклу – по которому работают все современные дизельные двигатели,
однако он не был запатентован, а имя Тринклера мало кто теперь знает.

Двигатели внутреннего сгорания,
особенно дизельные, нашли самое широкое применение в качестве силового
оборудования на разнообразных строительных и дорожных машинах, требующих
независимости от внешних источников энергии. Это, в первую очередь,
транспортные (автомобили общего и специального назначения, седельные тягачи,
тракторы), погрузочно-разгрузочные машины (вилочные и ковшовые погрузчики,
многоковшовые погрузчики), стреловые самоходные краны, машины для земляных
работ и т. д. На строительных и дорожных машинах применяются двигатели мощностью
от 2 до 900 кВт. Особенностью их эксплуатации является то, что эти машины
длительное время эксплуатируются на режимах близких к номинальным, при
значительном и непрерывном изменении внешней нагрузки, повышенной запыленности
воздуха, в существенно различных климатических условиях и нередко без гаражного
хранения.

 

История
создания двигателя внутреннего сгорания

Филипп Лебон

В 1801 году Лебон взял патент на
конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на
известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при
воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения
стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав
соответствующие условия, можно использовать выделяющуюся энергию в интересах
человека. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера
смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а
другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала
потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия,
то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны
поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания,
однако в 1804 году он был убит, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

Жан Этьен Ленуар

В последующие годы несколько
изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на
светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке
двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной. Честь
создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит
бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе,
Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно
воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на
основе этой идеи.

Ленуар не сразу добился успеха.
После того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала
совсем немного и остановилась, так как из-за нагрева поршень расширился и
заклинил в цилиндре. Ленуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему водяного
охлаждения. Однако вторая попытка запуска также закончилась неудачей из-за
плохого хода поршня. Ленуар дополнил свою конструкцию системой смазки. Только
тогда двигатель начал работать.

Николаус Отто

К 1864 году было выпущено уже более
300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над
усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была
вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким
изобретателем Николаусом Отто.

В 1864 году он получил патент на
свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым
инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана
фирма «Отто и Компания».

На первый взгляд, двигатель Отто
представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был
вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к
нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим
образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате
чего под поршнем образовывалось разрежённое пространство и происходило
всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген
не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от
электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем
через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под
действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление
падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала.
Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор,
пока под ним не создавалось разрежение.

Таким образом, энергия сгоревшего
топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась
главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под
действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре
достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой
вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания
КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал
15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени.

Поскольку двигатели Отто были почти
в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим
спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Отто упорно
работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре зубчатую рейку заменила
кривошипно-шатунная передача. Но самое существенное из его изобретений было
сделано в 1877 году, когда Отто взял патент на новый двигатель с четырёхтактным
циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и
бензиновых двигателей. В следующем году новые двигатели уже были запущены в
производство.

Четырёхтактный цикл был самым
большим техническим достижением Отто. Но вскоре обнаружилось, что за несколько
лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан
французским инженером Бо де Роша. Группа французских промышленников оспорила в
суде патент Отто. Суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из
его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его
монопольное право на четырёхтактный цикл.

Хотя конкуренты наладили выпуск
четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним производством модель Отто
всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено
около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что
в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область
применения первых двигателей внутреннего сгорания. Количество светильногазовых
заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два-
в Москве и Петербурге.

Бензиновый двигатель

Работоспособный бензиновый
двигатель появился только десятью годами позже. Вероятно, первым его
изобретателем можно назвать Костовича О.С., предоставившим работающий прототип
бензинового двигателя в 1880 году. Однако его открытие до сих пор остается
слабо освещенным. В Европе в создании бензиновых двигателей наибольший вклад
внес немецкий инженер Готлиб Даймлер. Много лет он работал в фирме Отто и был
членом её правления. В начале 80-х годов он предложил своему шефу проект
компактного бензинового двигателя, который можно было бы использовать на
транспорте. Отто отнёсся к предложению Даймлера холодно. Тогда Даймлер вместе
со своим другом Вильгельмом Майбахом принял смелое решение — в 1882 году они
ушли из фирмы Отто, приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали
работать над своим проектом.

Проблема, стоявшая перед Даймлером
и Майбахом, была не из лёгких: они решили создать двигатель, который не
требовал бы газогенератора, был бы очень лёгким и компактным, но при этом
достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер
рассчитывал получить за счёт увеличения частоты вращения вала, но для этого
необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году
был создан первый калильный бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой
трубочки, вставляемой в цилиндр. Первая модель бензинового двигателя
предназначалась для промышленной стационарной установки. Процесс испарения
жидкого топлива в первых бензиновых двигателях оставлял желать лучшего. Поэтому
настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора.
Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки. В 1893 году он взял
патент на карбюратор с жиклёром, который был прообразом всех современных
карбюраторов. В отличие от своих предшественников Банки предлагал не испарять
бензин, а мелко распылять его в воздухе. Это обеспечивало его равномерное
распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под
действием тепла сжатия. Для обеспечения распыления всасывание бензина
происходило потоком воздуха через дозирующий жиклёр, а постоянство состава
смеси достигалось за счёт поддержания постоянного уровня бензина в карбюраторе.
Жиклёр выполнялся в виде одного или нескольких отверстий в трубке,
располагавшейся перпендикулярно потоку воздуха. Для поддержания напора был
предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на
заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально
количеству поступающего воздуха.

 

Строение
и принцип действия ДВС

Строение ДВС

В устройстве двигателя
поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде
металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка
поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие
канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение
поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого
пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание
бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув
юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла,
находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в
поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо
называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть
обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора
внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается
поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи
системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого
сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем
исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом,
тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз)
движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это
движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня
расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний
шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно
вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя
внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с
которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему
шестерен – на ведущие колеса.

 

Принцип работы двигателя
внутреннего сгорания

Современный автомобиль, чаше всего,
приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей
существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров,
мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и
газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания,
похоже.

Как работает двигатель и почему
называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее
сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя,
что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях
они используются крайне редко.

Четырехтактным двигатель
называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по
времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два
раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней
точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка и нижняя
мертвая точка.

 

Первый такт — такт впуска

Первый такт, он же впускной,
начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в
цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом
клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными
клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может
существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в
зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение
времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для
увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания,
увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо
быстрее ускориться.

 

Второй такт — такт сжатия

Следующий такт работы двигателя –
такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает
подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт
впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая
камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью
цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой
сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее
они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в
данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются
большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность
такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным
прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа
двигателя.

 

Третий такт — рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с
ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит
действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает
система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она
отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания.
Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради,
стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до
достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе,
регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится,
происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень
двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем,
находятся в закрытом состоянии.

 

Четвертый такт — такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя,
последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в
двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и
впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан
удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы
клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов
и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает
черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит
вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет
поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том,
что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение
автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием
инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период
«нерабочих» тактов.

 

Влияние ДВС на окружающую
среду

При полном сгорании углеводородов
конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Однако полного сгорания в
поршневых ДВС достичь технически невозможно. Сегодня порядка 60% из общего
количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу крупных городов,
приходится на автомобильный транспорт.

В состав отработавших газов ДВС
входит более 200 различных химических веществ. Среди них:

§ 
продукты
неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегидов, кетонов, углеводородов,
водорода, перекисных соединений, сажи;

§ 
продукты
термических реакций азота с кислородом – оксиды азота;

§ 
соединения
неорганических веществ, которые входят в состав топлива, – свинца и других
тяжелых металлов, диоксид серы и др.;

§ 
избыточный
кислород..

Оксиды азота в отработавших газах
образуются в результате обратимой реакции окисления азота кислородом воздуха
под воздействием высоких температур и давления. По мере охлаждения отработавших
газов и разбавления их кислородом воздуха оксид азота превращается в диоксид.
Оксид азота (NO) – бесцветный газ, диоксид азота (NO2 ) – газ
красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в
организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных
путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе
действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO2
способствует развитию заболеваний легких. Симптомы отравления проявляются
только через 6 часов в виде кашля, удушья, возможен нарастающий отек легких.

Причиной образования углеводородов
(СН) является неоднородность состава горючей смеси в камере сгорания двигателя,
а также неравномерность температуры и давления в различных ее частях. В
некоторых зонах цилиндра (паразитных объемах) топливо практически не сгорает,
так как происходит обрыв цепной реакции окисления углеводородов.

Оксиды азота и углеводороды тяжелее
воздуха и могут накапливаться вблизи дорог и улиц. В них под воздействием
солнечного света проходят различные химические реакции. Разложение оксидов
азота приводит к образованию озона (О3 ). В нормальных условиях озон не стоек и
быстро распадается, но в присутствии углеводородов процесс его распада
замедляется. Он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими
соединениями, образуя смог. Кроме того, озон разъедает глаза и легкие.

Состав отработавших газов дизельных
двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более
полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и
несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле
образуется большее количество оксидов азота.

В отработавших газах также
обнаружен акреолин (особенно при работе дизельных двигателей). Он имеет запах
пригорелых жиров и при содержании более 0.004 мг/л вызывает раздражение верхних
дыхательных путей, а также воспаление слизистой оболочки глаз.

 

Чтобы предотвратить экологические
проблемы люди стали искать альтернативные виды
двигателей:

а) Электродвигатель — электрическая машина, в
которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

Электромобиль появился раньше, чем
двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с
электромотором был создан в 1841 году. Первый двухместный электромобиль
русского инженера-изобретателя Ипполита Романова образца 1899 года изменял
скорость движения в девяти градациях — от 1,6 км в час до максимальной в 37,4
км в час. В первой четверти XX века широкое
распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В 1900
году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу, в 1910-х в
Нью-Йорке в такси работало до 70 тысяч электромобилей. Значительное
распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также
электрические омнибусы (электробусы). Возрождение интереса к электромобилям
произошло в 1960-е годы из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е
годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических
кризисов.

 

б) Гибридный двигатель — двигатель, комбинирующий
преимущества обоих моторов: ДВС и электродвигателя. Применяется в автомобилях
как альтернатива двигателю внутреннего сгорания. Первоначально идея организации
принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки
передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и
большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена
огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на
колеса мощного транспортного средства

Первым автомобилем с гибридным
приводом считается Lohner-Porsche. Автомобиль был разработан
конструктором Фердинандом Порше в 1900 — 1901 годах. В Советском Союзе также
велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так, работы советского
ученого Нурбея Гулиа привели к созданию прототипа гибридного автомобиля на базе
автомобиля-грузовика УАЗ-450.

 

в) Водородный ДВС — это двигатель,
использующий в качестве топлива водород.

В конце 70-ых годов прошлого века
исследователи пришли к выводу, что заменителем нефти и ее производных станет
водород. Работы по созданию 21 двигателей, работающих на водородном топливе,
велись в США, Германии, Японии и в СССР. Ученые Ленинградского Политехнического
института начали исследования по возможности создания автомобиля, двигатель
которого работает на водороде. В Германии, США и Японии работы не прекращаются
и сейчас, там довольно большой парк экспериментальных водородных автомобилей.
Необходимые затраты для получения сжиженного водорода довольно быстро окупаются
при больших пробегах автомобиля. Для поездок на малые расстояния могут быть
более выгодны установки с гидридным способом хранения водорода — в порошке.
Порошок подогревается отработавшими газами, и водород переходит в газообразное
состояние. За эти 15 лет технологии сделали определенный шаг вперед по
водородной тематике.

 Сейчас компания Дженерал Моторс
разработала автомобиль, работающий на водородном топливе. Его эффективность в
четыре раза превышает обычные машины, использующие бензин. Экономия топлива в
этой машине эквивалентна потреблению бензина 3 литра на 100 км. По внешнему
виду машина не отличается от традиционных моделей. Топливный бак придется
заполнять через каждые 800 км. До скорости 90 км\ ч машине понадобится 9
секунд. Специалисты Мюнхенского Технического университета перевели на чистый
водород некоторые модели ВМW. Сжиженный водород
хранится на автомобиле в криогенном баке. Широкое внедрение водородного топлива
сдерживается более высокой ценой водорода по сравнению с привычными топливами, а
также отсутствием необходимой инфраструктуры.

Анкетирование

1.      Вопрос: «Вы знаете, что
такое двигатель внутреннего сгорания?»

 
Количество опрошенных: 30 человек

Ответы:    Да — 21 человек

                      
Нет — 9 человек

 

 

2.     
Вопрос:
«Как Вы считаете, где чаще используются двигатели внутреннего сгорания?»

Количество
опрошенных:30 человек

Ответы:

§ 
В
легковых автомобилях:8 человек

§ 
В
самолетах: 5 человек

§ 
В
поездах: 1 человек

§ 
В
морских судах: 5 человек

§ 
В
грузовых автомобилях: 7 человек

§ 
В
тракторах:4 человека

 

 

 

 

Практическое применение ДВС

 

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

Применение двигателей внутреннего
сгорания, работающих на жидком топливе, однако, ограничивается транспортными и
судовыми установками вследствие меньших ресурсов жидкого топлива сравнительно с
каменным углем. Двигатели внутреннего сгорания на стационарных установках
применяются также в районах, где жидкое и газообразное топливо используется в
качестве основного.

Эффективность применения двигателей
внутреннего сгорания в значительной степени определяется их долговечностью и
надежностью в эксплуатации. Одним из важных факторов при этом является
износостойкость, зависящая не только от металлофизических характеристик
поверхностей трения, но и от свойств смазочного масла, способов подачи к узлам
трения, а также от конструкции системы смазки. Для обеспечения надежной работы
современных двигателей внутреннего сгорания большое значение имеет
предотвращение образования в них лаков, нагаров, низкотемпературных осадков,
коррозии поверхностей некоторых деталей, а также очистка масла в двигателях (
фильтрация, центрифугирование) от образующихся в нем механических примесей. Все
перечисленные вопросы отражены в книге.

Повышение экономичности применения
двигателей внутреннего сгорания, снижение трудоемкости технического ухода за
ними имеет важное народнохозяйственное значение. Большую роль при этом играет
установление обоснованных сроков замены масла. Малые сроки замены масла
приводят к значительному его перерасходу; особенно это заметно в связи с тем,
что ряд удачных конструктивных и технологических решений способствовал снижению
проникновения масла в камеры сгорания и его расхода на угар в современных
двигателях.

В настоящее время применение
двигателей внутреннего сгорания на промыслах весьма ограничено, а  с
расширением применения двигателей внутреннего сгорания потребность в бензине
непрерывно увеличилась.

Исключительное разнообразие
областей применения двигателей внутреннего сгорания обусловливает
соответственно и многообразие конструктивных форм этих двигателей, а также
значительные трудности их классификации.

В виду чрезвычайного разнообразия
областей применения двигателей внутреннего сгорания и соответственно
многочисленности конструкций и типов двигателей, различающихся как по условиям
работы, так и по видам применяемого топлива, не представляется возможным дать
единые нормы испытаний для всех двигателей внутреннего сгорания.

 Вместе с тем по условиям работы
двигатели внутреннего сгорания могут быть разделены на три основные группы:

1) двигатели, работающие при
постоянном числе оборотов под воздействием скоростного регулятора, —
стационарные и с ручной регулировкой – судовые

 2) двигатели, работающие при
переменных числах оборотов, обычно быстроходные

3) двигатели, работающие при
постоянном высоком числе оборотов. 

 

Заключение

В итоге проделанной работы цели и
задачи, поставленные в начале, достигнуты. Я выяснил, что такое ДВС. ДВС —
поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива, выделение
теплоты и превращение ее в механическую работу происходят непосредственно в
цилиндре двигателя.

Также изучил историю создания ДВС. Первый
ДВС был изобретен Ленуаром в 1860 г. Через 7 лет немецкий инженер Отто создал
4-х-тактный двигатель с воспламенением от сжатия. В 1885 г. в России капитан
Балтийского флота Костович создал двигатель для воздухоплавания. В конце 19
века немецким инженером Дизелем был создан двигатель, который впоследствии
стали называть по имени автора. В настоящее время дизели применяются на разных
транспортных машинах.

После узнал строение ДВС. Главным
элементом является поршень. Внутри поршня расположен палец, на котором
закрепляется верхняя часть шатуна, тот шарнирно зафиксирован на кривошипе
коленчатого вала. В надпоршневом пространстве расположены впускной и выпускной
клапаны, а также свеча зажигания.

Двигатели внутреннего сгорания бывают
двух- и четырехтактные. На современных автомобилях чаще ставят четырехтактные.

1 такт – впуск смеси бензина с
воздухом

2 такт – сжатие горючей смеси

3 такт – рабочий ход (расширение
газа)

4 такт – выпуск отработанных газов

ДВС оказывает на окружающую среду
отрицательное влияние. Углеводороды, которые должны разделяться на воду и
углекислый газ, полностью не сгорают и выбрасываются в атмосферу вместе с
оксидом азота, диоксидом серы и других металлов.

Чтобы предотвратить экологические
проблемы люди стали искать альтернативные виды двигателей, таких как:

·        
Электродвигатель

·        
Гибридный
двигатель

·        
Водородный
ДВС

В настоящее время двигатели
внутреннего сгорания ставят на легковые и грузовые автомобили, самолеты,
теплоходы, тракторы, тепловозы, строительные краны, а также на речные и морские
суда.

 

Выводы:

Ø
Если бы
не было двигателя внутреннего сгорания то, возможно, некоторые отрасли
человеческой деятельности также не существовали бы.

Ø
Хоть
двигатель внутреннего сгорания полезен для людей, но для экологии он приносит
вред.

Ø
Двигатели
внутреннего сгорания имеют ряд недостатков, следовательно, их скоро заменят на
более современные типы двигателей.

Как работает двигатель?

ТЕХНОЛОГИИ — Изобретения

Задумывались ли вы когда-нибудь…

  • Как работает двигатель?
  • Что такое внутреннее сгорание?
  • Каковы четыре фазы цикла сгорания?
Метки:

См. все метки

  • каталитический нейтрализатор,
  • сгорание,
  • сжатие,

    • двигатель

  • ,
  • выхлоп,
  • взрыв,
  • топливо,
  • впуск,

    • глушитель

  • ,
  • поршень,

    • Клапан

  • ,
  • Наука,
  • Технология,
  • Транспорт,
  • Автомобиль,
  • Капюшон,
  • Бензин,
  • Движение,
  • Газ,
  • Внутреннее сгорание,
  • Сила,
  • Энергия,
  • Цикл,
  • Четырехтактный,
  • Воздух,
  • Свеча зажигания,
  • Катализатор,
  • Горение,
  • Сжатие,
  • Двигатель,
  • Выхлоп,
  • Взрыв,
  • Топливо,
  • Впуск,
  • Глушитель,
  • Поршень,
  • Клапан,
  • Наука,
  • Технология,
  • Транспорт,
  • Автомобиль,
  • Капюшон,
  • Бензин,
  • Движение,
  • Газ,
  • Внутреннее сгорание,
  • Сила,
  • Энергия,
  • Цикл,
  • Четырехтактный,
  • Воздух,
  • Свеча зажигания

Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Эдди. Эдди Уондерс , « как работает двигатель на автомобиле » Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Эдди!

Вы уже знаете, что завести машину так же просто, как повернуть ключ, но задумывались ли вы когда-нибудь, что на самом деле происходит под капотом?

Когда вашему телу нужно топливо, вы кормите его едой. Когда вашему автомобилю нужно топливо, вы «кормите» его бензином. Точно так же, как ваше тело преобразует пищу в энергию, автомобильный двигатель преобразует газ в движение. Некоторые новые автомобили, известные как гибриды, также используют электричество от аккумуляторов для приведения в движение транспортного средства.

Процесс преобразования бензина в движение называется «внутренним сгоранием».Двигатели внутреннего сгорания используют небольшие контролируемые взрывы для выработки энергии, необходимой для перемещения вашего автомобиля во все места, которые ему нужно проехать.

Если произвести взрыв в маленьком закрытом пространстве, например, в поршне двигателя, высвобождается огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Типичный автомобильный двигатель производит такие взрывы сотни раз в минуту. Двигатель использует энергию и использует ее для движения вашего автомобиля.

Взрывы заставляют двигаться поршни в двигателе. Когда энергия первого взрыва почти иссякает, происходит еще один взрыв. Это заставляет поршни двигаться снова. Цикл повторяется снова и снова, давая автомобилю мощность, необходимую для движения.

Автомобильные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания. Четыре такта: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Удары повторяются снова и снова, генерируя энергию. Давайте подробнее рассмотрим, что происходит во время каждой фазы цикла сгорания.

Впуск: Во время цикла впуска впускной клапан открывается, и поршень движется вниз. Цикл начинается с подачи воздуха и газа в двигатель.

Сжатие: Когда начинается цикл сжатия, поршень движется вверх и выталкивает воздух и газ в меньшее пространство. Меньшее пространство означает более мощный взрыв.

Возгорание: Затем свеча зажигания создает искру, которая воспламеняет и взрывает газ. Сила взрыва заставляет поршень опуститься.

Выхлоп: В последней части цикла выпускной клапан открывается для выпуска отработанного газа, образовавшегося в результате взрыва. Этот газ перемещается в каталитический нейтрализатор, где очищается, а затем проходит через глушитель, прежде чем выйти из автомобиля через выхлопную трубу.

Интересно, что дальше?

Подумайте дважды, прежде чем плавать с завтрашним чудом дня!

Попробуй

Накрутил мотор? Обязательно изучите следующие виды деятельности с другом или членом семьи:

  • Знаете ли вы, из каких частей состоит автомобиль? Перейти онлайн, чтобы проверить анатомию автомобиля. Узнайте больше о частях автомобиля и о том, что они делают. Можете ли вы определить каждую деталь вашего семейного автомобиля?
  • Если вы действительно хотите узнать больше о двигателях, попросите взрослого друга или члена семьи открыть капот семейного автомобиля, чтобы вы могли поближе рассмотреть двигатель. Вы можете себе представить, сколько деталей в современном двигателе? Если возможно, сравните двигатель вашего семейного автомобиля с двигателем другого типа, например, с двигателем газонокосилки.
  • Благодаря современным технологиям двигатели меняются, чтобы поддерживать несколько источников топлива. Какими будут двигатели, когда вы станете достаточно взрослыми, чтобы водить машину? Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с онлайн-мероприятием NOVA Car of the Future. Как вы думаете, гибрид или электромобиль в вашем будущем? Почему или почему нет?

Wonder Sources

  • http://auto.howstuffworks.com/engine1.htm
  • http://www.wisegeek.com/how-does-a-car-engine-work.htm

Ты понял?

Проверьте свои знания

Wonder Contributors

Благодарим:

Чез, Каден, Элизабет, Елена и Кристал
за вопросы по сегодняшней теме Wonder!

Удивляйтесь вместе с нами!

Что вас интересует?

Wonder Words

  • сжигание
  • топливо
  • взрыв
  • генерирует
  • в комплекте
  • поршень
  • жгут
  • двигать
  • ход
  • впуск
  • сжатие
  • выхлоп
  • клапан
  • глушитель
  • выхлопная труба
  • ключ
  • капот
  • движение

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо
Поделись этим чудом

×

ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте
Wonder of the Day® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!

Поделитесь со всем миром

Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.

Поделиться Wonderopolis
Wonderopolis Widget

Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.

Добавить виджет

Ты понял!

Продолжить

Не совсем!

Попробуйте еще раз

Что такое бензиновый двигатель?

Содержание

  • 1 Что такое бензиновый двигатель?
  • 2 Принцип работы бензинового двигателя
      • 2.0.1 1) Такт впуска или всасывания
      • 2.0.2 2) Такт сжатия
      • 2.0.3 3) Такт расширения

        • 8) Такт расширения

        8) Ход расширения0013

    • 3 Компоненты бензинового двигателя
    • 4 Энергетический баланс бензинового двигателя
    • 5 Скорость и эффективность бензинового двигателя
    • 6 типов бензиновых двигателей
      • 6. 1 1) 2-XLOKE BEERLON ENGIL ) 4-тактный бензиновый двигатель
    • 7 Преимущества и недостатки бензинового двигателя
      • 7.1 Преимущества двигателя SI
      • 7.2 Недостатки двигателей SI
    • 8 Применение бензинового двигателя0008
    • 9 Разница между бензиновым двигателем и дизельным двигателем
    • 10 Раздел часто задаваемых вопросов
      • 10.1 Кто изобрел бензиновый двигатель?
      • 10.2 Бензиновый двигатель по какому циклу работает?
      • 10.3 Что произойдет, если залить бензин в дизельный двигатель
      • 10.4 Что такое двигатель СИ?
      • 10.5 Что происходит, когда бензин используется в дизельном двигателе

    Двигатели стали важной частью всех транспортных средств. В настоящее время ни одно транспортное средство не может двигаться без двигателя. На рынке представлены различные типы двигателей, и бензиновый двигатель является одним из них. Бензиновый двигатель также известен как двигатель с искровым зажиганием.
    В предыдущей статье мы обсуждали дизельные двигатели. Поэтому в этой статье представлено подробное объяснение бензинового двигателя.

    Что такое бензиновый двигатель?

    Бензиновый двигатель — известный тип двигателя из категории двигателей внутреннего сгорания. Бензиновый двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания (ВС), в котором воздушно-топливная смесь воспламеняется благодаря искре , создаваемой свечой зажигания. Поэтому он также известен как двигатель SI. В 1876 , Николаус Август Отто был разработан первый бензиновый двигатель . Бензиновый двигатель работает по основному принципу цикла Отто .

    В свече зажигания двигателя SI для образования искры используется ток высокого напряжения. Эта свеча зажигания устанавливается в верхней части камеры сгорания для быстрого воспламенения воздушно-топливной смеси.

    В процессе воспламенения топлива выделяется тепло, которое преобразуется в механическую работу в рабочий ход поршня. Пока в бензиновом двигателе свечение отвечает за детонацию масла.

    В старых версиях SI или бензиновых двигателей воздух и топливо (бензин или бензин) смешиваются перед подачей их в камеру сгорания для сжатия и воспламенения. В то время как в последних двигателях SI используется топливная форсунка, которая впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания, там происходит процесс смешивания. Этот процесс смешивания регулируется электронным способом топливной форсункой.

    Бензиновые двигатели имеют высокие температуры самовоспламенения. Следовательно, бензиновый двигатель имеет более низкую степень сжатия, чем дизельный двигатель.

    Степень сжатия бензинового двигателя обычно составляет 6:10 . Двигатели SI также могут работать на топливе, отличном от бензина, таком как природный газ (CNG), метанол, автомобильный газ (LPG), сжатый водород, этанол, нитрометан (в дрэг-рейсинге) и биоэтанол. В этом двигателе сгорание топлива всегда происходит после попадания искры в камеру сгорания.

    Принцип работы бензинового двигателя

    Принцип работы двигателя с искровым зажиганием (SI) аналогичен двигателю с воспламенением от сжатия (CI), но между ними мало отличий. В дизеле или двигателе CI процесс воспламенения происходит за счет высокого сжатия топливовоздушной смеси, в то время как в бензиновом двигателе воспламенение происходит за счет искры.

    Бензиновый двигатель работает по циклу O tto . Бензиновый двигатель работает следующим образом:

    • Стадия всасывания
    • Стадия сжатия
    • Стадия мощности
    • Выхлоп

  • 10128

      • 10128

        1). . По мере его движения вниз внутри камеры сгорания создается вакуум; за счет этого топливовоздушная смесь начинает поступать извне в камеру сгорания.

      • При этом ходе всасывающий клапан открывается, а выпускной остается закрытым.

      2) Такт сжатия

      • Когда процесс всасывания топливно-воздушной смеси завершится в соответствии с требованиями, поршень перемещается вверх для сжатия топливно-воздушной смеси.
      • Когда поршень движется вверх, он нагнетает смесь в камеру сгорания. Во время этого такта впускной клапан и выпускной клапан закрыты.
      • Из-за процесса сжатия температура и давление топливовоздушной смеси становятся очень высокими.
      • В конце процесса сжатия свеча зажигания дает искру и воспламеняет топливовоздушную смесь.
      • За счет предусмотренной искры процесс сгорания топливовоздушной смеси происходит внутри камеры сгорания. За счет этого сгорания поршень еще больше движется вверх, что еще больше повышает температуру и давление смеси. В ходе этого процесса выделяется тепло.

      3) Рабочий ход

      • Рабочий ход также известен как рабочий ход.
      • На этом этапе тепло, генерируемое в предыдущем такте (процесс сжатия), заставляет поршень двигаться вниз (от ВМТ до BCD) и вращает коленчатый вал.
      • За счет движения поршня вниз топливно-воздушная смесь расширяется внутри камеры, и давление смеси уменьшается.

      4) Такт выпуска

      • В этом такте поршень движется вверх, открывает выпускной клапан и выпускает бесполезные газы из камеры сгорания.
      • После завершения такта выпуска поршень снова движется вниз, и все четыре такта повторяются.

      Подробнее: Работа с дизельным двигателем

      Компоненты бензинового двигателя

      Основные части двигателя Spark-Vignation приведены ниже:

      1. Hippling Blug
      2. .
      3. Карбюратор
      4. Поршень
      5. Впускной или всасывающий клапан
      6. Шатун
      7. Выпускной клапан

      1) Впускной или всасывающий клапан

      Впускной клапан входит в состав наиболее важных компонентов двигателя с искровым зажиганием. Топливно-воздушная смесь поступает в цилиндр через впускной клапан.

      2) Выпускной клапан

      Этот клапан используется для выпуска отработавших газов. Это односторонний клапан. Он также останавливает обратный поток выхлопных газов.

      3) Свеча зажигания

      Поскольку такт сжатия очень близок к завершению, свеча зажигания производит искру, которая сжигает сжатую смесь воздуха и топлива.

      Свеча зажигания относится к наиболее важным частям, поскольку в бензиновом двигателе без нее невозможен процесс зажигания. Это внешняя часть бензинового двигателя, установленная на верхней части корпуса камеры сгорания.

      4) Камера сгорания

      Это пустой цилиндр с вращающимся поршнем. Поршень имеет движение Туда и обратно внутри камеры сгорания.

      Читайте также: Различные типы двигателей

      5) Поршень

      Поршень представляет собой движущуюся часть бензинового двигателя, которая совершает возвратно-поступательное движение для всасывания воздушно-топливной смеси и вырабатывает мощность во время рабочего такта. После выработки мощности он передает эту мощность на коленчатый вал.

      6) Шатун

      Он также включает в себя наиболее важные компоненты двигателя с искровым зажиганием. Шатун соединяет поршень и коленчатый вал двигателя. Он обеспечивает движение поршня к коленчатому валу.

      Читайте также: Работа шатуна

      7) Коленчатый вал

      Используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное/круговое движение.

      Читайте также: Работа коленчатого вала

      Диаграмма энергетического баланса бензинового двигателя механические потери, тепловые потери в теплоноситель и несгоревшее топливо и др.). Теплопотери теплоносителя 4,29кДж, тепловые потери выхлопных газов 2,139 кДж, тепловые потери тормозного усилия 2,86 кВт, механические потери 2,15 кДж, выходная мощность 2,82 кВт.

      В двигателе SI, особенно при средних и низких нагрузках, эффективный тепловой КПД двигателя становится очень низким, и большая часть энергии топлива превращается в отработанное тепло.

      Скорость и эффективность бензинового двигателя

      Бензиновый или бензиновый двигатель работает быстрее, чем дизельный. Это связано с тем, что эти двигатели имеют легкий коленчатый вал, шатун и поршень (поскольку более низкая степень сжатия повышает эффективность конструкции), а бензин сгорает быстрее, чем дизель.

      В бензиновом двигателе ход поршня короче, чем в дизельном двигателе. По этой причине ход поршня двигателя с искровым зажиганием завершается за более короткое время, чем ход поршня дизельного двигателя. Но бензиновый двигатель имеет низкую степень сжатия, что делает его менее эффективным, чем дизельный двигатель.

      В целом тепловой КПД большинства бензиновых двигателей составляет (в среднем) около 20%, что примерно вдвое меньше, чем у дизельного двигателя. Однако некоторые новейшие бензиновые двигатели более эффективны (тепловой КПД примерно 38%), чем старые двигатели с искровым зажиганием.

      Типы бензиновых двигателей

      Бензиновый двигатель имеет два основных типа:

      1. Двухтактный бензиновый двигатель
      2. Функциональный бензольный двигатель

      1) 2-ударный бензольный двигатель

      1) 2-ударный двигатель

      1) 2-удара. артикул: 2-тактный двигатель

      Этот двигатель использует только 2 хода поршня для завершения одного рабочего цикла. Он быстрее четырехтактного двигателя.

      2) 4-тактный бензиновый двигатель

      Основная статья: 4-тактный двигатель

      Он использует 4 хода поршня для завершения рабочего цикла.

      Преимущества и недостатки бензинового двигателя

      Бензиновые двигатели имеют следующие преимущества и недостатки:

      Преимущества двигателя SI

        дизельный двигатель.
      1. Бензиновый двигатель легче двигателя, чем дизельный двигатель.
      2. Двигатель SI производит низкий уровень шума по сравнению с двигателем CI.
      3. Требуется меньше обслуживания.
      4. Двигатель с искровым зажиганием имеет более низкую стоимость по сравнению с двигателем с воспламенением от сжатия.
      5. Легче запустить двигатель CI.
      6. Бензин дешевле дизельного топлива.

      Недостатки двигателей SI

      1. Для запуска этих двигателей требуется искра; в противном случае они не могут начаться.
      2. Бензиновый двигатель имеет больший расход топлива, чем дизельный двигатель.
      3. После сгорания возникает низкое давление.
      4. Свеча зажигания обязательна для процесса зажигания.
      5. Имеет низкий КПД по сравнению с КИ или дизельным двигателем.
      6. У двигателей SI проблемы с детонацией.
      7. Имеет низкую скорость.

      Применение бензинового двигателя

      В настоящее время различные компании используют передовые технологии искрового зажигания для улучшения характеристик двигателя, благодаря которым должно происходить полное сгорание топлива, что повышает эффективность двигателя. Ниже приведены наиболее распространенные области применения бензиновых двигателей:

      1. Двигатель SI используется в большегрузных автомобилях.
      2. Эти двигатели используются в автомобилях, мотоциклах, грузовиках, автобусах и т. д.
      3. Они используются в авиационной промышленности.
      4. Эти двигатели используются в судостроении.
      5. В настоящее время эти двигатели используются в насосах для перекачки.
      6. Бензиновые двигатели также используются в небольших электрогенераторах.

      Разница между бензиновым и дизельным двигателем

      Основные различия между бензиновым и дизельным двигателем приведены ниже:

      Бензиновый двигатель Дизельный двигатель
      В качестве топлива используется бензин. В качестве топлива используется дизельное топливо.
      В бензиновом двигателе зажигание происходит за счет искры, подаваемой свечой зажигания. В дизельном двигателе воспламенение происходит из-за высокой степени сжатия топливно-воздушной смеси.
      Работает по циклу Отто. Работает по дизельному циклу.
      Для зажигания требуется свеча зажигания. Свеча зажигания не нужна.
      Менее эффективен. Это более эффективно.
      Они чаще всего истощаются в небольших транспортных средствах, таких как фургоны, мотоциклы и т. д. Они истощаются в большегрузных автомобилях, таких как автобусы, тракторы, автомобили и т. д.
      Они имеют низкую стоимость. Это очень дорого.
      В этом двигателе топливно-воздушная смесь сжимается в камере сгорания. При этом сжимается только воздух, а топливо впрыскивается в конце такта сжатия.
      Бензиновый двигатель работает на более дешевом бензине. В дизельном двигателе используется очень дорогое дизельное топливо.
      Имеет относительно низкую степень сжатия. Имеет высокую степень сжатия.
      Эти двигатели имеют низкие затраты на техническое обслуживание и первоначальные затраты. Имеют высокие эксплуатационные и первоначальные затраты.
      Бензин легко воспламеняется. Дизельное топливо труднее воспламеняется.
      В процессе сжатия используется поршень. В дизельном двигателе также используется поршень для сжатия, который совершает возвратно-поступательное движение внутри камеры сгорания.
      Производит меньше шума. Во время работы издает сильный шум.
      Бензиновый двигатель расходует больше топлива. Дизельный двигатель имеет низкий расход топлива.

      FAQ Раздел

      Кто изобрел бензиновый двигатель?

      В 1876 , Николаус Август Отто был разработан первый бензиновый двигатель .

      Бензиновый двигатель по какому циклу работает?

      Бензиновый двигатель работает по циклу Отто .

      Что произойдет, если залить бензин в дизельный двигатель

      Если залить бензин в дизельный двигатель, это снизит смазывающую способность двигателя. По этой причине будет происходить сильный стук, который может повредить топливный насос.

      Что такое двигатель СИ?

      Двигатель, в котором сгорание происходит за счет искры, известен как двигатель СИ.

      Что происходит при использовании бензина в дизельном двигателе

      При использовании бензина в дизельном двигателе возникают проблемы со стуком, что приводит к повреждению топливного насоса.

      Заключение

      В двигателе с искровым зажиганием используется процесс опережения зажигания. Это метод, используемый для регулировки времени начала процесса воспламенения в камере сгорания (во время такта сжатия) в зависимости от положения поршня и угловой скорости коленчатого вала. Правильная установка угла опережения зажигания важна для работы двигателя и выбросов выхлопных газов.

      Из приведенного выше обсуждения мы пришли к выводу, что бензиновые двигатели очень важны для максимальных транспортных средств. Бензиновые двигатели или двигатели SI очень распространены во всем мире. Эти двигатели имеют меньшую цену, чем дизельные двигатели, но они менее эффективны. Из-за низкого КПД их нельзя использовать для большегрузных автомобилей. Но они лучше всего подходят для небольших транспортных средств, таких как мотоциклы.

      В конце концов, я надеюсь, что после прочтения вы усвоили все понятия, связанные с этой темой. Если у вас есть какие-либо вопросы, сообщите нам об этом в поле для комментариев.

      Подробнее

      1. Как работает дизельный двигатель?
      2. Различные типы двигателей
      3. Двигатели EC (внешнего сгорания)
      4. Типы двигателей внутреннего сгорания
      5. Различные части автомобильных двигателей

      Прикладная физика бензиновых двигателей, часть 1

      Также см. Прикладную физику бензина Двигатели, часть 2

      В течение последних двух десятилетий я проводил на различных курсах практическое упражнение под названием «лаборатория механического трупа». двигателей газонокосилок (рис. 1)! Этот опыт неизменно доставлял массу удовольствия. В дополнение к новым открытиям в физике, большинство студентов сообщают, что, выйдя из нее, они стали больше ценить свои автомобили и глубоко восхищаться проницательными умами, которые предвидели, как все эти системы, сделанные из неодушевленной материи, могут быть организованы, чтобы дать машине жизнь. своего собственного.

      За редкими исключениями, большинство учащихся приступают к этому упражнению, не имея ни малейшего представления о том, что происходит внутри автомобильного двигателя. (Те, у кого есть опыт работы с механикой, получают роли помощников преподавателя.) Большинство взаимодействий учащихся с автомобилем состоит в том, чтобы заправить бак бензином и направить машину на дорогу. Эта небрежность предполагает, что в нашем обществе мы воспринимаем наши машины как должное, довольствуясь тем, что не понимаем, как они работают, даже несмотря на то, что мы все больше зависим от них. Я уверен, что такое отсутствие любопытства совершенно чуждо студентам-физикам.

      В этой статье мы исследуем внутреннюю работу бензинового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, который приводит в действие большинство автомобилей, легких грузовиков, мотоциклов, легких самолетов и газонокосилок. Базовый дизайн датируется примерно 1890 годом; его долговечность указывает на его надежность. С тех пор четырехтактные бензиновые двигатели стали намного более эффективными и мощными, становясь все более сложными по мере того, как мы предъявляем к ним все более высокие, часто противоречивые требования. Но основная конструкция двигателя Ferrari V12 имеет много общего с двухцилиндровым двигателем 189.9 Фиат. Основные идеи, лежащие в основе двигателя, можно понять, изучив простейший из двигателей, одноцилиндровый двигатель газонокосилки с воздушным охлаждением и клапанами в блоке, который оснащен зажиганием от магнето, ручным пуском и смазкой разбрызгиванием. Вариации этого двигателя десятилетиями производились такими марками, как Briggs & Stratton, Jacobsen и Tecumseh. В силу своей простоты эти машины без излишеств предлагают всем двигателям уровень понимания, аналогичный по глубине тому, который предлагает атом водорода для всех атомов.[2]

      На примере мотора газонокосилки в этой первой части серии из двух частей мы обрисовываем базовую структуру четырехтактного бензинового двигателя, а также его смазку и охлаждение. Мы также определяем термодинамический верхний предел эффективности четырехтактного бензинового двигателя. Попутно отмечаем отличия одноцилиндрового двигателя косилки от более сложных четырехтактных двигателей.

      Часть 2, которая будет опубликована в следующем номере журнала, посвящена воздушной и топливной системам двигателя, а также системе зажигания с ее магнето, RLC-схемой и свечой зажигания. За этими техническими примечаниями последуют наблюдения о наших отношениях с нашими автомобилями. Они включают в себя признание и уважение к этим чудесным машинам и одновременное осознание высокой цены, которую платит общество и окружающая среда, чтобы поддерживать их огромное количество. Мы закончим кратким обзором отношений между известными физиками и их моторизованными товарищами.

      Устройство двигателя и четырехтактный цикл

      Двигатель получает энергию путем передачи тепла от источника при одной или нескольких высоких температурах, преобразует часть подводимого тепла в работу и отдает оставшуюся энергию в виде тепла в окружающую среду при низких температура.[3] В бензиновом двигателе подвод тепла происходит за счет периодического взрывного горения порции испарившегося бензина. Энергия каждого взрыва толкает поршень в цилиндр (названия деталей и процессов при первом упоминании выделены курсивом). Вместо того, чтобы вылететь из цилиндра через гараж, линейное движение поршня преобразуется в угловой момент коленчатым валом. Чтобы увидеть коленчатый вал в действии, представьте, что вы едете на велосипеде; линейное движение ваших коленей вверх-вниз преобразуется во вращение педалями, которые смещены относительно оси вращения звездочки.

      Основной корпус двигателя представляет собой экзоскелет, называемый блоком, удивительно сложное литье, которое поддерживает вращающиеся или скользящие детали на критических поверхностях, обработанных с точностью до тысячной доли дюйма (рис. 2). Доминантой в блоке являются одно или несколько крупных отверстий, упомянутых выше цилиндров. Мотор косилки, который мы здесь разбираем, имеет один цилиндр. Поршень соединен с коленчатым валом шатуном (рис. 3; в аналогии с велосипедом шатуном служит голень). Верхний конец штока крепится внутри поршня поршневым штифтом, от которого шток качается туда-сюда, как маятник. Нижний конец шатуна имеет съемный колпачок, который плотно прилегает к шатунной шейке, смещенной части коленчатого вала. Поскольку массы поршня, шатуна и шатунной шейки лежат вне оси вращения коленчатого вала, в коленчатый вал врезаны противовесы, чтобы сбалансировать весь узел относительно этой оси. Коленчатый вал удерживается на месте коренными подшипниками в блоке под цилиндром.

      В последующем обсуждении мы представляем себе цилиндр, ориентированный вертикально, и коленчатый вал, расположенный под цилиндром горизонтально. На многих косилках двигатель устанавливается с горизонтальным цилиндром и вертикальным коленчатым валом, чтобы лезвие вращалось горизонтально. Большинство автомобилей имеют четыре или более цилиндров с коленчатым валом, расположенным горизонтально. Цилиндры могут располагаться вертикально по прямой линии (например, Pontiac «прямой-8» 1954 года выпуска), они могут быть наклонены в два ряда, образуя букву V (например, Corvette «V8»), или они могут располагаться горизонтально или « плоский», чтобы понизить центр тяжести (например, Porsche 911 «Квартира-6»).

      Движение поршня из нижней точки цилиндра (нижняя мертвая точка, или НМТ) в верхнюю точку (верхняя мертвая точка, или ВМТ) или в обратном направлении от ВМТ к НМТ, составляет один такт работы двигателя . Во время каждого такта коленчатый вал поворачивается на пол-оборота. Термин «ход» также относится к расстоянию между ВМТ и НМТ. Диаметр цилиндра называется отверстием. Объем, определяемый ходом и диаметром цилиндра, объем, вытесняемый верхней поверхностью поршня за один ход, является рабочим объемом этого цилиндра. Рабочий объем всех цилиндров двигателя является одним из показателей его производительности. Если у вас «Корвет 427», рабочий объем его восьми цилиндров равен 427 кубическим дюймам. Разработчики двигателей, использующие метрические единицы измерения, описывают рабочий объем в литрах или кубических сантиметрах.

      Энергетическая плотность бензина составляет около 45 мегаджоулей на килограмм.[4] Чем больше бензина поступает в двигатель за цикл его работы, тем большую мощность он может выдать. Среди двигателей одинаковой конструкции выходная мощность зависит от рабочего объема. Автомобили с бензиновым двигателем первого поколения, построенные в 1890-х годах, производили примерно столько же энергии, сколько двигатель нашей косилки, а машины, на которых они работали, работали примерно так же, как одна из сегодняшних небольших газонокосилок. Участники первой в мире автогонки 189 г.5, из Парижа в Бордо и обратно, включал 15 автомобилей с бензиновым двигателем (специализированных гоночных автомобилей еще не существовало), один электромобиль и шесть пароходов. Гонку выиграл Эмиль Левассор на своем Panhard-Levassor с двигателем Daimler объемом 1200 куб. См (73 куб. Дюйма) мощностью 3,5 лошадиных силы (1 л.с. = 745,7 Вт). Левассор проехал 723 мили практически без остановок со средней скоростью 14,9 миль в час. Мотор газонокосилки, предназначенный для мотокос, выдает около 3,75 л.с. при рабочем объеме около 12 куб. дюйм[6] Его столетняя конструкция все еще производится сегодня, потому что для его предполагаемого использования доминирующим достоинством является простота.

      Для увеличения мощности были быстро увеличены объемы двигателей первого поколения. Первый Гран-при для специализированных гоночных автомобилей состоялся в Ле-Мане, Франция, в 1906 году. Двигатель победившего Renault имел рабочий объем 12,8 л (781 куб. Дюйм), развивал 105 л.с. и разгонял автомобиль до средней скорости 62,88. миль в час, что означает, что он ехал около 100 миль в час на прямых. Но революция в эффективности была не за горами, когда мощность на рабочий объем стала бы столь же важной, как и сам рабочий объем. Peugeot, выигравший 1912 Гран-при Франции с двигателем всего 7,6 литра, конкурируя с огромными 14-литровыми Fiat и 15-литровыми Lorraine-Dietrichs. Некоторые из конструктивных изменений, которые привели к более высокому соотношению мощности к рабочему объему, будут описаны ниже, поскольку мы исследуем простую конструкцию двигателя косилки, которая перекликается с автомобильными двигателями первого поколения.

      В верхней части цилиндра находится головка (рис. 4), с прокладкой головки, расположенной между блоком и головкой для обеспечения герметичности при затягивании болтов головки (примерно до 12 футо-фунтов). Пространство между поршнем в ВМТ и выемкой головки над цилиндром образует камеру сгорания. Подача искры на летучую смесь бензина и воздуха в камере сгорания толкает поршень вниз по цилиндру, чтобы раскрутить коленчатый вал благодаря шатуну. Как топливно-воздушная смесь попадает в цилиндр, как из него удаляются продукты сгорания и как подается искра в ответственный момент?

      Двигатель нашей косилки имеет два клапана, обеспечивающих проход в цилиндр, впускной клапан и выпускной клапан. Рассмотрим двигатель, работающий на скорости (частота вращения двигателя измеряется в об/мин, угловая скорость коленчатого вала — в оборотах в минуту). Начнем с момента, когда оба клапана закрыты и поршень мгновенно находится в ВМТ. Это состояние знаменует собой начало четырехтактного цикла работы двигателя: такты впуска, сжатия, рабочего хода и такта выпуска.

      (1) Такт впуска: при вращении коленчатого вала поршень движется вниз и открывается впускной клапан. Разница давлений между внутренней частью цилиндра и наружным воздухом выталкивает воздушно-топливную смесь в цилиндр, когда поршень опускается. Когда поршень достигает НМТ, впускной клапан закрывается.

      (2) Такт сжатия: Поршень движется обратно вверх при закрытых обоих клапанах, сжимая топливно-воздушную смесь. Пусть V2 — объем газа внутри цилиндра, когда поршень находится в НМТ, а V1 — объем, при котором поршень находится в ВМТ. Степень сжатия V2/V1 предлагает еще один показатель производительности двигателя. Двигатели, предназначенные для работы в течение длительного времени, такие как двигатели косилок, должны работать с низкой нагрузкой и обычно иметь степень сжатия около 4 или 5; двигатели для соревнований могут иметь степень сжатия 10 или выше. Так как такт сжатия происходит быстро, во время такта во внешний мир отводится незначительное количество тепла («адиабатический» процесс), а температура топливовоздушной смеси повышается.

      (3) Рабочий ход: Когда поршень достигает ВМТ в конце такта сжатия, зажигается свеча зажигания, воспламеняющая топливовоздушную смесь. Пламя стремительно проносится через камеру сгорания, повышая температуру и совершая работу, толкая поршень вниз в рабочем такте. Хотя воспламенение топлива высвобождает огромную внутреннюю энергию в цилиндр, незначительная энергия уходит в виде теплопроводности во время быстрого рабочего такта, поэтому этот такт также является адиабатическим.

      (4) Такт выпуска: когда поршень движется вверх от НМТ, открывается выпускной клапан, и поршень выталкивает выхлопные газы из цилиндра. Они вытекают через глушитель (с перегородками для гашения шума) в атмосферу. Двигатель обменивается теплом с окружающей средой во время тактов выпуска и впуска, выбрасывая горячие выхлопные газы и втягивая относительно холодные впускные газы. В конце такта выпуска поршень возвращается в ВМТ, оба клапана закрыты, и цилиндр готов к повторению четырехтактного цикла.

      Что открывает и закрывает клапаны и дает искру в нужный момент? Параллельно коленчатому валу движется распределительный вал, который имеет выступы или кулачки (рис. 5). Через пару зацепленных зубчатых колес, по одному на конце каждого вала, вращающийся коленчатый вал вращает распределительный вал. В нашем двигателе косилки шестерня коленчатого вала имеет 20 зубьев, а шестерня распределительного вала имеет 40 зубьев, вращая распределительный вал со скоростью, равной половине угловой скорости коленчатого вала. Перпендикулярно распределительному валу и на кулачках расположены толкатели клапанов, а сами клапаны стоят над толкателями. Когда распределительный вал вращается, кулачок поднимает толкатель и клапан, открывая проход в камеру сгорания. Когда кулачок выкатывается из-под толкателя, пружины клапана снова закрывают клапан (рис. 6). На распредвале нашего одноцилиндрового мотора с двумя клапанами кулачки ориентированы 90 градусов друг от друга, потому что впускной и выпускной клапаны открываются на соседних ходах. Один ход равен половине оборота коленчатого вала и, следовательно, четверти оборота распределительного вала. На обеих зубчатых шестернях есть метки, которые необходимо совместить, чтобы клапаны открывались в нужное время в течение цикла (рис. 7).

      В четырехтактном цикле одноцилиндровый двигатель обеспечивает один рабочий такт на каждые два оборота коленчатого вала.[8] С двумя цилиндрами рабочий ход происходит каждый оборот. Четыре цилиндра производят рабочий ход каждые пол-оборота. Восемь цилиндров обеспечивают один рабочий такт за четверть оборота и так далее. Увеличение числа цилиндров делает машину более сложной, но выигрыш в том, что мощность прикладывается более равномерно. Большинство автомобилей имеют четыре, шесть или восемь цилиндров; у некоторых их 10 (например, Dodge Viper), у некоторых 12 (например, у большинства Ferrari и Lamborghini, а также у Lincoln и Auburns 19-го поколения).30), а у некоторых 16 (например, Cadillac 1932 года, Marmon 1933 года и современный Bugatti Veyron).

      Прикрепленный к внешнему концу коленчатого вала на конце, противоположном приводному механизму, находим маховик (рис. 8). Наиболее важной задачей маховика в любом двигателе является обеспечение большого момента инерции для максимально плавного вращения коленчатого вала с его шатунно-поршневым узлом между рабочими тактами. В двигателях косилок маховик также играет роль в системах охлаждения и зажигания, как будет описано ниже.

      Объемный КПД, отношение объема паров воздуха и топлива, поступающих в двигатель во время такта впуска, к рабочему объему цилиндра, предлагает еще один дескриптор характеристик двигателя. Говоря простым языком, это показатель того, насколько хорошо двигатель «дышит». Движущийся воздух обладает инерцией, и при турбулентности сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости воздуха. Размер и расположение клапанов, а также гладкость внутренних поверхностей, через которые проходят газы, существенно влияют на работу двигателя. Двигатель нашего газонокосилки представляет собой конструкцию с «плоской» или «г-образной» головкой, названную так потому, что клапаны проходят через блок параллельно цилиндру, и, таким образом, камера сгорания должна располагаться не только над поршнем, но и над областью в головке к одной стороне цилиндра, где выскакивают клапаны (рис. 8). Через 19В 40-х годах большинство автомобильных двигателей имели конструкцию с плоской головкой. Примерно в 1950 году производители начали производить конструкции с верхним расположением клапанов (OHV). Перемещение клапанов над поршнем увеличивает эффективность потока и объемную эффективность, поскольку топливно-воздушная смесь поступает в камеру сгорания непосредственно над поршнем, а не сбоку. Теперь, когда клапаны нужно нажимать сверху вниз, а коленчатый вал и распределительные шестерни все еще соединены своими распределительными шестернями, длинные толкатели размещаются над толкателями клапанов и коромыслами, которые качаются вперед и назад на горизонтальном валу, как качели. , теперь сядьте на макушку. Кулачок поднимает толкатель, который поднимает одну сторону коромысла, а другая сторона коромысла давит на клапан, открывая его. Пружины под коромыслами закрывают клапан, когда кулачок выходит из-под толкателя и толкателя.

      Если бы толкатели и коромысла можно было убрать, а распределительный вал расположить на верхней стороне головки, механическая энергия, потребляемая двигателем, приводящим в движение его внутренние части, была бы значительно снижена. Это достигается в двигателях с верхним распределительным валом (OHC). (Логотип «DOHC», который можно увидеть на значках некоторых автомобилей, обозначает двойные верхние кулачки, один для группы впускных клапанов, а другой для выпускных клапанов.) Когда коленчатый вал и распределительный вал находятся слишком далеко друг от друга, чтобы быть соединенными синхронизирующими шестернями, коленчатый вал вращает распределительного вала ремнем или цепью ГРМ. Ремни ГРМ изготовлены из синтетического каучука, армированного проволокой, и их необходимо менять через регулярные промежутки времени, обычно около 9 часов.0000 миль. При обрыве ремня ГРМ открытие клапанов больше не будет зависеть от положения поршня. Столкновение клапана с поршнем приводит к дорогому шуму!

      Для дальнейшего увеличения объемного КПД некоторые двигатели имеют четыре клапана на цилиндр, два впускных и два выпускных клапана. Добавление нагнетателя (или «нагнетателя») значительно увеличивает объемную эффективность. Нагнетатель представляет собой компрессор, приводимый в действие ремнем от шкива коленчатого вала, который нагнетает в двигатель за цикл больше воздуха, чем это было бы возможно только за счет атмосферного всасывания. Нагнетатели использовались на гоночных автомобилях Гран-при к началу 19 века.20 с. Турбокомпрессор использует поток выхлопных газов для привода небольшого компрессора с той же целью.

      Смазка и охлаждение

      Внутри нашего скромного двигателя косилки, работающего со скромными 800 об/мин, царит оживленная атмосфера. Поршень перемещается между ВМТ и НМТ 1600 раз в минуту; коленчатый и распределительный валы вращаются в своих подшипниках со скоростью 800 и 400 об / мин соответственно, вступая в зацепление друг с другом через жужжащие зацепленные шестерни; кулачки кулачка открывают клапаны, которые захлопываются пружинами; а пары бензина взрываются 200 раз в минуту. Некоторые спортивные мотоциклы разгоняются до 14 000 об/мин и более! Чтобы выдержать более нескольких секунд, это шоу должно иметь достаточную смазку, которая не дает металлическим поверхностям сплавляться вместе, когда они вращаются или скользят друг относительно друга. Избыточное тепло необходимо отводить для поддержания постоянной температуры.

      В двигателе нашей косилки масло (1 литр 30 Вт) разбрызгивается на движущиеся части внутри картера с помощью маслоотражателя (рис. 7), шестерни, находящейся в зацеплении с шестерней распределительного вала и оснащенной маленькими лопастными колесами по периметру. Несмотря на то, что она примитивна, она обеспечивает достаточную смазку даже в гонках на картах, в которых двигатели испытывают гораздо большую нагрузку, чем при скашивании газонов. В более крупных двигателях масляный насос, приводимый в действие распределительным валом, подает масло непосредственно к подшипникам через каналы в блоке и головке. Масло не только обеспечивает смазку, предотвращающую слипание движущихся частей металла, но и помогает отводить тепло. Масло блокируется от протекания мимо поршня в камеру сгорания (где оно может засорить свечу и образовать сизый дым), а воздушно-топливная смесь не может продавливаться мимо поршня, чтобы разбавить масло в картере с помощью набора поршней. кольца, круги из пружинистого сплава (с небольшим зазором для установки и теплового расширения), которые ездят в канавках у верха поршня (рис. 2).

      Двигатель газонокосилки имеет воздушное охлаждение (рис. 2, 4). Головка и блок, выполненные из алюминия, эффективно проводящего тепло, имеют залитые ребра охлаждения, обеспечивающие большую площадь поверхности для теплообмена с окружающим воздухом. Маховик на двигателе косилки выполняет функцию охлаждающего вентилятора. Окруженный кожухом из листового металла (рис. 1) с проволочной сеткой, позволяющей втягивать воздух внутрь, маховик имеет залитые в него лопасти, которые при вращении обеспечивают циркуляцию воздуха над ребрами охлаждения на блоке (рис. 9).). Пластмассовая лопасть, называемая регулятором (рис. 9), соединенная пружиной с дроссельной заслонкой, находится между периметром маховика и кожухом, где она поворачивается в ответ на изменения давления воздуха, возникающие при изменении частоты вращения двигателя из-за переменной нагрузки на двигатель. Простой регулятор помогает поддерживать постоянную скорость двигателя для заданной настройки дроссельной заслонки и предотвращает случайное увеличение оборотов двигателя оператором.

      Большинство автомобильных двигателей имеют водяное охлаждение; в блоке и головке залиты каналы, называемые водяными рубашками, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. От двигателя охлаждающая жидкость поступает в радиатор, где проходит по длинным трубкам, окруженным охлаждающими ребрами, прежде чем вернуться в двигатель. В дополнение к движению автомобиля вперед, вентилятор, приводимый в движение либо ремнем вентилятора, либо поликлиновым ремнем, либо электродвигателем, помогает проталкивать воздух через радиатор. Охлаждающая жидкость проходит между двигателем и радиатором через верхний и нижний шланги радиатора и проталкивается водяным насосом, который обычно приводится в действие ремнем вентилятора или зубчатым ремнем. Охлаждающая жидкость обычно состоит на 50 % из дистиллированной воды и на 50 % из этиленгликоля; более низкая температура замерзания этой смеси по сравнению с чистой водой предотвращает растрескивание блоков в холодную погоду (поскольку вода при замерзании расширяется), а также смесь обеспечивает коррозионную стойкость.

      Термодинамика Эффективность

      В контексте двигателей «эффективность» означает отношение выполненной работы (что вы хотите) к подводимой тепловой энергии (сколько это стоит). Второй закон термодинамики говорит, что эффективность никогда не может достичь единицы, что ставит вопрос о том, насколько большой она может быть, ограничиваясь только вторым законом. Паровые двигатели получают свою энергию от перегретого пара, впрыскиваемого при температуре TH в цилиндр. Они совершают работу и выбрасывают отработавший пар в окружающий воздух при температуре ТС. Цикл Карно был изобретен Сади Карно (179 г.6-1832) в 1824 году для создания идеализированной версии паровой машины. При этом достигается максимальная эффективность, в принципе достижимая двухтемпературным двигателем. В каждом цикле двигатель Карно изотермически получает энергию в виде тепла от горячего резервуара при абсолютной температуре TH, совершает работу и изотермически отдает тепло в холодный резервуар при температуре TC. Два изотермических теплообмена связаны адиабатическими процессами. Обычное упражнение по общей физике требует показать, что эффективность двигателя Карно равна 1 – TC/TH.

       

      Концептуальный цикл, называемый циклом Отто (ок. 1880 г.), выполняет те же теоретические функции для четырехтактного бензинового двигателя. Этот идеализированный цикл назван в честь Николауса Отто (1832-1891), который построил первые коммерчески успешные четырехтактные двигатели. Как и цикл Карно, цикл Отто термодинамически обратим (т. е. отклонения от равновесия пренебрежимо малы), а рабочим телом служит идеальный газ. Но шаги в цикле отличаются от шагов Карно. Давайте продумаем их и отобразим изменения их состояния на диаграмме давление-объем (рис. 10), начиная с рабочего хода, который мы разобьем на две части. Начнем с события, срабатывания свечи зажигания в точке а на PV-диаграмме, которое происходит при объеме V1 с поршнем в ВМТ. Это событие повышает температуру и давление с точки а до точки b на PV-диаграмме, в то время как объем остается равным V1. Остальная часть рабочего хода моделируется адиабатическим давлением поршня вниз до НМТ (от b до c) по мере увеличения объема газов от V1 до V2. Затем такт выпуска выбрасывает горячие выхлопные газы, когда поршень движется от НМТ к ВМТ, а такт впуска вводит более холодную топливно-воздушную смесь, когда поршень возвращается в НМТ. В пространстве PV чистый эффект тактов выпуска и впуска заключается в падении температуры и давления при постоянном объеме V2, переходя от цикла с к d. Такт сжатия адиабатически уменьшает объем от V2 до V1, повышая температуру и давление и возвращая представление цикла на диаграмме PV из d обратно в точку a.

      Эффективность этого цикла, как вы могли показать на вводном курсе термодинамики, равна 1 – (V2/V1)1−γ. V2/V1 — степень сжатия, а γ — отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме. Для воздуха γ ≈ 1,4. Двигатели косилок имеют степень сжатия около 5, что соответствует теоретическому верхнему пределу эффективности 0,47. Напротив, двигатель для соревнований со степенью сжатия 15 имеет верхний предел эффективности 0,66. Реальный двигатель менее эффективен, чем его идеальный верхний предел, поскольку в нем присутствуют не только диссипативные воздействия, такие как трение, но и теплообмены, выходящие за рамки требований второго закона, потери работы при перемещении его внутренних масс и т. д., не говоря уже о качении. и сопротивление воздуха, работающее против движения машины. Как правило, автомобиль работает хорошо, если четверть выходной мощности, измеренной на маховике, преобразуется в кинетическую энергию всего центра масс автомобиля.[9]]

      Теперь, когда мы вступаем в сезон кошения, проявите уважение к двигателю газонокосилки, побаловав его заменой масла и промытым или новым воздушным фильтром, очистив охлаждающие ребра от грязи и взаимодействуя с вашей машиной с увлечением!

      Во второй части мы обсудим, как топливо смешивается с воздухом перед сгоранием и как в эту смесь подается искра в решающий момент между тактом сжатия и рабочим тактом. Эта статья также будет включать несколько заметок об обслуживании, и мы увидим некоторых известных исторических физиков, взаимодействующих со своими автомобилями и мотоциклами. //

      Благодарность

      Большое спасибо Девину Пауэллу за внимательное редактирование этой статьи.

      Ссылки и примечания

      [1] Лаборатория трупов двигателей с фотографиями студентов, работающих над двигателями, описана в «Техническое обслуживание мотоциклов и оценка физики», Radiations (осень 2007 г.), стр. 5-11. Веб-сайт с интерактивным моделированием всех видов двигателей можно найти по адресу http://www.animatedengines.com/index.html.
      [2] То, что мы вообще можем понять атомы благодаря существованию простейшего из них, водорода, изящно изложено Джоном Ригденом в книге «Водород, основной элемент» (издательство Гарвардского университета, Кембридж, Массачусетс, 2002).
      [3] Выработка работы обязательно должна быть меньше подводимой теплоты, что является утверждением второго закона термодинамики. См. «Второй закон термодинамики и несохранение энтропии», Информационный бюллетень SPS (июнь 1998 г.), стр. 9–13.
      [4] Гленн Элерт, изд., Справочник по физике, http://hypertextbook.com/facts/2003/ArthurGolnik.shtml.
      [5] Брэд Кинг, All Color Book of Racing Cars (Crescent Books, New York, NY, 1972), стр. 5-7.
      [6] Объем одноцилиндровых двигателей Brigg & Stratton варьируется от 5 до 32 кубических дюймов; эта и другие спецификации двигателя косилки из книги Пола Демпси, «Как отремонтировать двигатели Briggs & Stratton» (Tab Books, Blue Summit, PA, 19).78), с. 9.
      [7] Чтобы двигаться быстрее, рабочий объем ранних гоночных автомобилей становился все больше. Fiat S79 1910 года выпуска имел, возможно, самый большой 4-цилиндровый двигатель из когда-либо существовавших: 28,3 литра от дирижабля и в 1913 году развил скорость 132,37 миль в час. Кинг, исх. 5, pp. 5-7, 22.
      [8] В двухтактных двигателях поршень используется в качестве клапана с отверстиями или портами, выточенными в боковых сторонах цилиндра, впуск и выпуск на противоположных сторонах.

Posted inДвигатель