Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Avto-Gurman.ru » АвтоРемонт » Двигатель » Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Содержание

1. Двигатель — Сердце вашего авто
2. Типы ДВС
3. Поршневой
4. Роторно-поршневой
5. Газотурбинный
6. Принцип работы бензинового ДВС
7. Принцип работы дизельного ДВС
8. Видео: Общее устройство и работа двигателя
9. Заключение

Двигатель — Сердце вашего авто

Современные автомобилисты, а в особенности новоиспеченные водители, совершенно не задумываются над тем, как работает силовой агрегат, благодаря которому любая машина приводится в движение. Многие даже не стараются разобраться в принципе работы ДВС. А зря. Ведь ремонт или мойка двигателя сегодня стоит не малых денег, а умение самостоятельно устранить ту или иную неисправность сохраняет хоть какую-то «копеечку». Кроме того, авто может выйти из строя и в пути, где найти автосервис довольно сложно и положиться придется только на собственные знания и навыки.

Поэтому, принцип работы двигателя внутреннего сгорания должен знать каждый водитель. Это первая ступень на пути к самостоятельному ремонту своего «железного коня». И эта тема была, есть и будет актуальной всегда – по крайней мере, пока существует привычный для нас автомобиль. И не надо откладывать на завтра то, что можно изучить сегодня. А именно сейчас будет рассмотрен основной принцип работы бензинового и дизельного агрегата.

Типы ДВС

В настоящее время ДВС можно поделить на следующие типы:

• Поршневой;
• Роторно-поршневой;
• Газотурбинный.

Поршневой

Огромной популярностью пользуется поршневой двигатель – именно его сегодня часто используют знаменитые автопроизводители при создании своих новых моделей. Но все же коротко, для общего развития, будет уместно описать каждый из перечисленных типов ДВС.

Поршневой двигатель работает за счет тепловой энергии расширяющих газов, которые образуются при сгорании топлива – данный процесс происходит в замкнутом пространстве. В результате этого сгоревшее горючее приводит в движение специальный поршень за счет того, что рабочее тело в поршневом цилиндре расширяется. Под рабочим телом подразумевается газообразный продукт сгорания бензина или дизельного топлива.

Роторно-поршневой

Роторно-поршневой двигатель работает за счет вращения специального профиля внутри вращающегося цилиндра. Данный ДВС имеет в своей конструкции трехгранный ротор в виде треугольника.

Газотурбинный

Газотурбинный двигатель одним своим названием говорит о том, что работа его происходит за счет сжигания газа, который при сгорании сжимается и нагревается, что преобразует его в механическую работу – осуществляется на специальном валу турбины.

Так как поршневой двигатель наиболее популярен, то на нем нужно остановить внимание.

Сразу стоит сообщить, что данный тип ДВС может быть двух видов: бензиновый и дизельный. Оба вида имеют практически одинаковый принцип работы. Правда, некоторые отличия все же есть, и они будут рассмотрены ниже.

Принцип работы бензинового ДВС

Как уже было отмечено выше основной принцип работы двигателя внутреннего сгорания – воспламенение малого количества топлива, которое подается в силовой агрегат при работе. Это выделяет много энергии, которая проявляется в тепловом расширении нагретых паров, или, проще говоря, газов, создающих давление под поршнем. Именно благодаря полученному давлению поршень приводится в движение.

Всю схему работы бензинового агрегата можно отобразить следующим образом:

Впуск –> Сжатие –> Рабочий такт –> Выпуск

1. Как только двигатель завелся, поршень опускается вниз, а кулачки, расположенные на распредвале, открывают клапан, через который смесь воздуха и бензина попадает в камеру сгорания цилиндра. Топливо поступает из карбюратора. Когда поршень полностью опускается вниз, до так называемой «мертвой точки», впускной клапан перестает пропускать смесь – просто закрывается. На этом первый такт заканчивается.
2. Далее поршень возвращается в верхнюю точку и тем самым сжимает смесь топлива с кислородом. В этот момент температура смеси увеличивается. Как только поршень добирается до самой верхней крайней точки, свеча создает искру, в следствии чего сжатое горючее воспламеняется. Топливо начинает сгорать при высокой температуре, и газы, которые образовываются в процессе горения, расширяются, что создает мощный толчок поршня вниз.
3. Завершающий этап – выпуск. При этом такте поршень начинает подниматься к верхней «мертвой точке». В этот момент коленчатый вал вращается по остаточной инерции, а клапан выпуска открывается. Отработанные газы вытесняются поршнем в выхлопную трубу и клапан обратно закрывается.

Таким образом, непрерывно работают все поршни – начиная от первого такта, заканчивая последним тактом и возвращаясь снова к первому такту (и так по кругу).

Принцип работы дизельного ДВС

Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания работающего на дизельном топливе со стороны непрофессионала, то основных отличий от бензинового силового агрегата можно и не заметить. Однако они есть, но незаметные для простого обывателя. И о работе данного типа ДВС также стоит поговорить отдельно.

Схема работы агрегата та же, как и было описано выше, в случае с бензином:

Впуск –> Сжатие –> Рабочий такт –> Выпуск

1. В самом начале открывается впускной клапан, и в камеру сгорания попадает кислород.
2. Далее поршень сжимает воздух до самой верхней «мертвой точки» (сокращение ВМТ) и нагревается.
3. Под давлением, через форсунку, происходит впрыск топлива, которое загорается от горячего воздуха.
4. Реакция воспламенения толкает поршень вниз.
5. После чего открывается выпускной клапан для удаления отработанных газов.

Как видно, особых отличий от бензинового двигателя нет. Однако стоит обратить внимание на тот факт, что дизельный ДВС получает топливо при помощи специального топливного насоса высокого давления, которого нет в бензиновом агрегате.

Знание – сила!

Видео: Общее устройство и работа двигателя

Заключение

Из всего описанного выше можно заметить, что принцип работы двигателя внутреннего сгорания не так уж и трудно запомнить (всего-то 4 такта). А зная такие элементарные вещи, любому водителю не будет стыдно за свою необразованность. Кроме того, это станет отличным толчком для изучения других узлов автомобиля – а их достаточно не только под капотом (ДВС – это малая часть).

В продолжении темы советуем прочитать статью по теме: Кривошипно-шатунный механизм – сердце автомобильного двигателя

Принцип работы двигателя автомобиля

Процессы, происходящие в автомобильных двигателях, их влияние на износ деталей и возникновение неисправностей в совокупности представляет собой

принцип работы двигателя автомобиля

Ремонт двигателя предусматривает глубокие знания автослесаря  о технологических приемах ремонта и о предмете ремонта, то есть двигатель, его конструкцию и рабочий процесс. Определить причины неисправности бывает очень сложно, даже с хорошей теоретической подготовкой. Для точного определения причин возникновения неисправности мы должны четко представлять рабочий процесс двигателя, его конструкцию и наиболее нагружаемые детали.
Общее представление об устройстве двигателя и рабочих процессах, которые в нем протекают можно найти во многих пособиях. Но главной задачей для учащегося является сопоставление теоретического и практического материала. Нужный подход к восприятию материала я попытаюсь изложить ниже.
Современные двигатели выпускаются различных конструкций и типов. Некоторые двигатели имеют различия даже в самом рабочем процессе. Когда сталкиваешься с ремонтом двигателей автомобилей разных производителей, то понимаешь, что у каждого автомобиля есть свои нюансы и нельзя быть полностью уверенным в диагностировании неисправностей, если вы не обладаете должной практикой и знаниями, конкретно для данной конструкции двигателя.

Нагружение, износ и повреждение деталей автомобильного двигателя.

Если проанализировать работу двигателя, изменение усилий прикладываемых к деталям в зависимости от положения коленчатого вала, можно определить для себя, какие детали наиболее нагружены и подвергаются наибольшему износу.
Подробный анализ по внешним признакам, таким как шум, стуки, станет основой для дальнейшей диагностики неисправностей двигателя.  После чего проводится дефектация деталей, и более точно определяются причины поломки.
Правильная диагностика двигателя дает нам большой процент того, что ремонт двигателя будет произведен качественно и надежно с наименьшими потерями времени и средств.

Принцип работы двигателя автомобиля. Такт впуска.

Такт впуска начинается при движение поршня от ВМТ к НМТ.
Коленчатый вал проворачивается под действием стартера или по инерции от маховика, поршень движется вниз. Распределительный вал приводится в действие от ведущей шестерни коленчатого вала, поворачивается и нажимая своими кулачком на толкатель, открывает впускной клапан. Выпускной клапан во время такта впуска закрыт.
За счет относительно небольшой площади, открываемой впускным клапаном, по сравнению с площадью двигающегося вниз поршня, объем пространства в цилиндре увеличивается значительно быстрее, чем количество воздуха, которое может поступить через впускной клапан. В результате этого в цилиндре возникает разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан топливовоздушная смесь поступает из впускного коллектора в цилиндр.
При движении поршня вниз поршневые кольца силой трения прижимаются к верхним краям канавок на поршне. За счет ускорения поршня (скорость поршня нарастает при постоянной скорости вращения коленчатого вала) шатун и поршень испытывают растягивающие нагрузки, действующие на стержень, верхнюю и нижнюю головки шатуна, шатунные болты, поршневой палец и бобышки поршня. Нагрузки от шатуна и поршня при движении из ВМТ передаются на шатунный подшипник, причем на его нижнюю часть (вкладыш, установленный в крышке шатуна). Указанные нагрузки максимальны вблизи положения поршня в ВМТ и тем больше, чем больше частота вращения коленчатого вала, массы шатуна и поршня, причем эти нагрузки усиливаются разрежением в цилиндре. Вследствие этого момент начала движения поршня из ВМТ на такте впуска является достаточно опасным с точки зрения возможных поломок деталей.
На режимах частичных нагрузок (малые углы открытия дроссельной заслонки) и на больших частотах вращения разрежение во впускном трубопроводе превышает 0,05-0,07 МПа. Такое большое разрежение на впуске объясняет чувствительность работы двигателя к негерметичности различных соединений трубопроводов и фланцев, а также к легкому засасыванию небольших посторонних предметов. Так, в эксплуатации встречаются случаи разрушения поршней в результате гидроударов, превышения максимальной частоты вращения, обрыва шатуна, тарелки клапана, выпадения седла клапана. За счет негерметичности деформированных или сломанных клапанов и перепада давлений между выпускной и впускной системами куски разрушившихся деталей засасываются во впускной коллектор и распределяются по впускным трубопроводам всех цилиндров. Если при последующем ремонте двигателя впускная система не будет тщательно очищена, то после запуска и непродолжительной работы двигатель выйдет из строя и потребует повторного ремонта.
Разрежение, возникающее во впускном трубопроводе при всасывании смеси через открытый впускной клапан способствует проникновению масла через зазоры между стержнями впускных клапанов и направляющих втулок. В многоцилиндровом двигателе такты в различных цилиндрах чередуются, поэтому во впускных каналах (за дроссельной заслонкой) устанавливается разрежение, величина которого зависит от частоты вращения и положения дроссельной заслонки. При этом масло может непрерывно проникать в канал по стержню даже того впускного клапана, который в данный момент закрыт. Поступление масла через зазор между клапаном и направляющей втулкой приводит к увеличению расхода масла, отложению нагара на тарелке и стержне клапана, из-за чего со временем возможно снижение количества поступающей в цилиндр смеси, падение мощности и увеличение расхода топлива.

Смесь, обтекая впускной клапан, охлаждает его тарелку и стержень, и далее, поступая в цилиндр, охлаждает поршень. При этом в цилиндре происходит образование вихря сопровождающегося интенсивной турбулизацией (перемешиванием) смеси. Турбулизация смеси тем выше, чем больше частота вращения и нагрузка (открытие дроссельной заслонки). Чем сильнее турбулизация, тем интенсивнее идет процесс испарения и сгорания топлива, больше мощность и крутящий момент двигателя. При движении поршня вниз происходит съем масла со стенок цилиндра маслосъемными кольцами. Масло сбрасывается в пазы между гребнями колец и далее через отверстия и пазы в маслосъемной канавке внутрь поршня. При этом важное значение для уменьшения расхода масла имеет надежное уплотнение между верхними торцевыми поверхностями канавки и маслосъемного кольца. Поршневые кольца, двигаясь вместе с поршнем вниз, скользят по поверхности цилиндра. Между наружной поверхностью колец и цилиндром находится тонкая пленка масла толщиной в несколько микрон, которая разделяет движущиеся друг относительно друга поверхности и уменьшает трение и износ деталей. Для достижения минимального трения и износа масло должно хорошо удерживаться на деталях, поэтому детали не должны иметь гладкую, отполированную поверхность.

Подробнее, такт сжатия…

Как работают автомобильные двигатели | Артикул

Окунитесь во взрывоопасный мир четырехтактного двигателя

Приблизительно один миллиард автомобилей на дорогах используют для передвижения бензин. И хотя основные принципы работы двигателей внутреннего сгорания, на которые они опираются, не претерпели кардинальных изменений в течение почти 150 лет, в наших автомобилях используется удивительный уровень химии.

Источник: © X-RAY Pictures/Shutterstock

Слова «автомобиль» и «взрыв» несовместимы. Но именно поршневые взрывы в двигателе внутреннего сгорания заставляют ваш автомобиль двигаться

В большинстве автомобилей используется четырехтактный двигатель, разработанный Николаусом Отто в 1861 году. Этот двигатель имеет ряд отверстий, называемых цилиндрами, с поршнем внутри. Когда поршень опускается, он втягивает воздух и бензин, смесь углеводородов и присадок для защиты двигателя. Затем поршень движется вверх, сжимая смесь и создавая идеальное сочетание температуры – до 2500°C – и давления. Как только поршень достигает своего верхнего положения, создается искра.

Теперь у нас есть ключевые ингредиенты для горения – кислород, топливо и тепло – которые вызывают взрыв, который снова опускает поршень. На обратном пути поршень выдавливает продукты сгорания в виде выхлопных газов и возвращается в исходное положение, чтобы цикл начался снова. Прикрепив нижнюю часть поршня к коленчатому валу, взрывы, создаваемые каждым цилиндром, приводят автомобиль в движение. Весь процесс происходит быстро: кривошип болида Формулы-1 вращается со скоростью около 15 000 оборотов в минуту, что составляет примерно 50 000 взрывов в двигателе на каждом круге.

Загадка возгорания

Однако с этой установкой связано много проблем. Во-первых, это невероятно неэффективно. Хотя углеводороды содержат много химической энергии, большая ее часть теряется в виде тепла, а не для питания автомобиля. Даже самый эффективный двигатель внутреннего сгорания может работать только с тепловым КПД 50%. Также трудно получить точный баланс топлива и воздуха в двигателе, чтобы обеспечить полное сгорание. Слишком мало воздуха означает, что топливо «богатое» и более мощное, но расточительное. Слишком много воздуха и «обедненное» топливо, которое производит меньше энергии и заставляет двигатель гореть сильнее.

Мир переходит на электромобили, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, которые имеют гораздо более высокий КПД (до 90%) и практически не выбрасывают вредных веществ

Взрывы тоже могут быть проблемой. Ранние бензиновые двигатели часто имели проблему «детонации», когда небольшие воздушные карманы в цилиндре воспламенялись сами по себе, а не поршень, толкаемый гладкой стеной пламени. Эту проблему решил химик Томас Мидгли-младший, который предложил добавлять в бензин тетраэтилсвинец. Если бы образовался карман, вместо того, чтобы прервать цикл, он просто образовал бы небольшие комочки свинца или газообразного оксида свинца, которые можно было бы вытолкнуть с выхлопом. К сожалению, свинец токсичен для человека, что приводит к повреждению головного мозга, а его выделение с выхлопными газами автомобилей оказалось смертельным. Сегодня этилированный бензин запрещен во всем мире, а проблемы с детонацией решаются другими способами.

Истощающее загрязнение

Еще есть отработанный газ. Неполное сгорание в двигателе приводит к образованию выхлопных газов, содержащих углеводороды, двуокись углерода (CO ₂ ), окись углерода (CO) и смесь оксидов азота (NO _x ), которые могут вызывать кислотные дожди. Все эти атмосферные загрязнители ужасны для планеты, поэтому почти все современные автомобили включают в себя каталитический нейтрализатор выхлопных газов — небольшую коробку с керамической сотовой структурой, заполненную такими металлами, как платина или палладий. При достаточной температуре (около 400°C) металл вступает в реакцию с отработавшими газами двигателя, что приводит к окислению СО до СО ₂ и окисление несгоревших углеводородов в CO ₂ и воду. Современные каталитические нейтрализаторы являются «трехсторонними», поэтому также уменьшайте количество газов NO _x , сначала реагируя с CO с образованием азота.

Несмотря на все эти усилия, трудно не признать, что двигатель внутреннего сгорания вреден для планеты. По оценкам Международного энергетического агентства, на транспорт приходится четверть глобальных выбросов CO ₂ , и три четверти этого объема приходится на дорожное движение. Именно поэтому мир переходит на электромобили, в которых используются литий-ионные аккумуляторы, имеющие гораздо более высокий КПД (до 90%) и практически без выбросов. Тем не менее, имея миллиард автомобилей, пройдут десятилетия, прежде чем бензиновые и дизельные автомобили исчезнут навсегда, и мы, наконец, перейдем к более чистым и эффективным способам передвижения.

Кит Чепмен Кит — отмеченный наградами научный журналист и ранее был редактором комментариев журнала Chemistry World

Темы

• Применение химии
• Топливо
• Загрязнение окружающей среды

Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы

Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы 4-тактного двигателя, количество деталей, соединенных с двигателем.

CARSUFFER.COM

● Прежде чем мы обсудим « Конструкция автомобильного двигателя и принцип работы « , мы знаем, что такое автомобильный двигатель?

→ Любая машина, преобразующая тепловую энергию в механическую, называется автомобильным двигателем.

Сколько типов автомобильных двигателей?

В автомобилях используются различные типы двигателей:

• Двигатель внешнего сгорания

К двигателям внешнего сгорания относятся двигатели, в которых топливо сжигается вне камеры сгорания, такие как паровые двигатели и турбины.

• Двигатель внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, в которых топливо сгорает внутри камеры сгорания, такие как бензиновые, дизельные двигатели и двигатели с подвижным двигателем.

Сколько деталей

прикреплено к конструкции автомобильного двигателя ?

• Цилиндр и поршень

Разрез простого одноцилиндрового бензинового двигателя верхний и закрыт крышкой ГБЦ, а нижний и открыт в виде полой трубы, в которой движется поршень.

Поршень представляет собой полую металлическую трубку с верхней частью и закрывается с плотной скользящей посадкой или, другими словами, поршень может легко скользить вверх и вниз в цилиндре.

• Шатун и коленчатый вал

Движение поршня вверх и вниз в цилиндре называется возвратно-поступательным движением.

Это возвратно-поступательное движение должно быть преобразовано во вращательное, чтобы можно было заставить вращаться колеса автомобилей.

Такое изменение возвратно-поступательного движения во вращательное осуществляется кривошипом на коленчатом валу с помощью шатуна, с соединением поршня с помощью поршневого пальца в его верхней части, а нижней его частью — с шатунной шейкой коленчатый вал.

Таким образом, когда поршень движется вверх и вниз в цилиндре, верхний конец шатуна перемещается вместе с ним вверх и вниз.

Нижний конец шатуна также перемещает его вверх-вниз, так как он прикреплен к шатунной шейке коленчатого вала, шатунная шейка движется по кругу, в результате чего коленчатый вал получает вращательное движение.

Каждый момент движения поршня сверху вниз или снизу вверх называется ходом.

Поршень совершает 2 такта, когда коленчатый вал совершает один полный оборот.

• Клапаны

В верхней части цилиндра есть клапаны. Клапан представляет собой точную заглушку, которая входит в отверстие машины в верхней части цилиндра.

Когда клапан опирается на свое седло (открытое), говорят, что он закрыт, а когда его поднимают или толкают со своего седла, он открывается.

Один из клапанов называется впускным, он пропускает смесь топлива и воздуха в цилиндр.

Другой клапан называется выпускным клапаном, который позволяет сгоревшим выхлопным газам выходить или выходить из цилиндра.

Открытие и закрытие клапанов устроено так, что они открываются и закрываются в нужное время.

Разрез автомобильного двигателя

и принцип работы

commons.wikimedia.org

Во время хода поршня вниз, когда открывается впускной клапан, топливно-воздушная смесь всасывается за счет частичного разрежения, создаваемого в цилиндре.

Это примерно тот же эффект, что и при питье жидкости через соломинку, в этом случае во рту создается частичный вакуум, и жидкость поднимается по соломинке в рот.

Смесь топлива и воздуха в правильной пропорции производится карбюратором, когда поршень достигает нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается, герметизируя таким образом верхнюю часть двигателя.

commons.wikimedia.org

Здесь мы хотели бы добавить немного количества сжигаемого топлива, это кислород в воздухе, который соединяется с топливом сгорания.

Важно отметить, насколько быстро мы можем сжечь топливо, чтобы оно могло приложить полную силу к поршню, чтобы получить полную мощность от двигателя.

Быстрое горение топлива Мы должны выбрать испарить топливо, просто чтобы объяснить вам это явление, чтобы вы поняли предмет более ясно, если вы Сгоревшее топливо — это контейнер, который горит лениво.

commons.wikimedia.org

Это связано с тем, что двигатель в воздухе контактирует с поверхностью топлива только сверху, но это не требуется.

Нам требовалось короткое взрывное сгорание топлива, чтобы получить полную мощность актива раньше, но для мощного полного взрыва также не требуется, так как это разрушит двигатель.

Теперь, чтобы сжечь топливо полностью и быстро, мы не нагреваем топливо, а вместо этого воздух в такте сжатия, а также испаряем топливо через карбюратор в бензиновом двигателе и дизельном двигателе через инжектор.

При дальнейшем вращении коленчатый вал толкает вверх поршень в цилиндре, таким образом сжатие горючей смеси в цилиндре называется тактом сжатия.

commons.wikimedia.org

В конце такта сжатия сжатые газы воспламеняются с помощью свечи зажигания.

В конце такта сжатия сжатые газы воспламеняются с помощью свечи зажигания. Эта электрическая искра устанавливается на сжатую воздушно-топливную смесь.

Смесь горит так быстро, что можно сказать, что она взрывается, когда смесь сгорает, температура и давление или газы быстро возрастают.

Поскольку поршень является единственной движущейся частью цилиндра, высокое давление, создаваемое газами, толкает поршень вниз.