Двигатель - это агрегат, в котором тепловая энергия сгорающего топлива преобразуется в механическую энергию.
По виду применяемого топлива двигатели подразделяются на: бензиновые; дизельные; газовые.
Бензиновые– это двигатели, работающие на жидком топливе (бензине), с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя, топливо перемешивается с воздухом в определенной пропорции.
Дизельные - это двигатели, работающие на жидком топливе (дизельном топливе), с воспламенением от сжатия. Подача топлива осуществляется форсункой, а смешивание с воздухом происходит внутри цилиндра.
Газовые - это двигатели, которые работают на пропано-бутановом газе, с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя, газ смешивается с воздухом в карбюраторе. По принципу работы такие двигатели практически не отличаются от карбюраторных (бензиновых). Поэтому не имеет смысла подробно останавливаться на рассмотрении газовых установок.
При работе двигателя внутреннего сгорания из каждых десяти литров использованного топлива, к сожалению, только около двух идет на полезную работу, а все остальные - на «согревание» окружающей среды. Коэффициент полезного действия ныне выпускаемых двигателей составляет всего около 20%. Но мир пока не придумал более совершенного устройства, которое могло бы долго и надежно работать при более высоком КПД.
Бензиновые поршневые двигатели.
К основным механизмам и системам карбюраторного поршневого двигателя относятся: 1) кривошипно-шатунный механизм; 2) газораспределительный механизм; 3) система питания; 4) система выпуска отработавших газов; 5) система зажигания; 6) система охлаждения; 7) система смазки.
Для начала, давайте возьмем простейший одноцилиндровый двигатель (рис.1) и разберемся с принципом его работы. Рассмотрим протекающие в нем процессы, и выясним, наконец, откуда все-таки берется тот самый крутящий момент, который в конечном итоге приходит на ведущие колеса автомобиля.
а) продольный разрез; б) поперечный разрез
1 - головка цилиндра; 2 - цилиндр; 3 - поршень; 4 - поршневые кольца; 5 - поршневой палец; 6 - шатун; 7 - коленчатый вал; 8 - маховик; 9 - кривошип; 10 - распределительный вал; 11 - кулачок распределительного вала; 12 - рычаг; 13 - клапан; 14 - свеча зажигания
Основной частью одноцилиндрового карбюраторного двигателя является цилиндр с укрепленной на нем съемной головкой. Если продолжить сравнение элементов автомобиля с предметами, всем известными в быту, то цилиндр вместе с головкой, очень похож на обыкновенный стакан, перевернутый вверх дном. Внутри цилиндра помещен еще один «стакан», также вверх дном, это - поршень. На поршне в специальных канавках находятся поршневые кольца.
Именно они скользят по зеркалу внутренней поверхности цилиндра, и они же не дают возможности газам, образующимся в процессе работы двигателя, прорваться вниз. В тоже время кольца препятствуют попаданию вверх масла, которым смазывается внутренняя поверхность цилиндра. С помощью пальца и шатуна, поршень соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается в подшипниках, установленных в картере двигателя. На конце коленчатого вала крепится массивный маховик. Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (смесь воздуха с бензином), а через выпускной клапан выходят отработавшие газы. Клапаны открываются при набегании кулачков вращающегося распределительного вала на рычаги. При сбегании же кулачков с рычагов, клапаны надежно закрываются под воздействием мощных пружин. Распределительный вал с кулачками приводится во вращение от коленчатого вала двигателя. В резьбовое отверстие головки цилиндра ввернута свеча зажигания, которая электрической искрой, проскакивающей между ее электродами, воспламеняет рабочую смесь (это горючая смесь перемешанная с остатками выхлопных газов).
На рисунке 2. показаны некоторые параметры цилиндра и поршня, которые используются для оценки того или иного двигателя (объемы цилиндра и ход поршня). Крайние положения поршня, при которых он наиболее удален от оси коленчатого вала или приближен к ней, называются верхней и нижней «мертвыми» точками (ВМТ и НМТ). При езде на велосипеде колено вашей ноги, также как и поршень, периодически будет находиться в крайнем верхнем или крайнем нижнем положениях.
Рис. 2. Ход поршня и объемы цилиндра двигателя
а) поршень в нижней мертвой точке б) поршень в верхней мертвой точке
Ходом поршня называется путь, пройденный от одной «мертвой» точки до другой - S.
Объемом камеры сгорания называется объем, расположенный над поршнем, находящимся в ВМТ - Vс.
Рабочим объемом цилиндра называется объем, освобождаемый поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ - Vр.
Полным объемом цилиндра является сумма объемов камеры сгорания и рабочего объема: Vп = Vр + Vс.
Рабочий объем двигателя, это сумма рабочих объемов всех цилиндров и измеряется он в литрах. Пока мы с вами рассматриваем только одноцилиндровый двигатель, а вообще двигатели современных легковых автомобилей имеют, как правило - 4, 6, 8 и даже 12 цилиндров. Соответственно, чем больше рабочий объем - тем более мощным будет двигатель. Измеряется мощность в киловаттах или в лошадиных силах (кВт или л.с.).
Например, рабочий объем двигателя ВАЗ 2105 - 1,3 литра, его мощность 46,8 кВт (63,7 л.с.). А рабочий объем двигателя ВАЗ 21083 - 1,5 литра и его мощность 51,5 кВт (70 л.с.).
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.
Двигатели внутреннего сгорания отличаются друг от друга рабочим циклом, по которому они работают.
Рабочий цикл - это совокупность процессов происходящих внутри цилиндров двигателя и периодически повторяющихся в определенной последовательности при работе двигателя.
Рабочий процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называется тактом.
По числу тактов, составляющих рабочий цикл, двигатели делятся на два вида:
- четырехтактные - в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня,
- двухтактные - в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня.
На легковых автомобилях отечественного производства применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:
- впуск горючей смеси,
- сжатие рабочей смеси,
- рабочий ход,
- выпуск отработавших газов.
Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 3а).
При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.
Рис. 3. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск
Например, наверняка каждый из вас видел, как медицинская сестра, готовясь сделать укол, набирает шприцем лекарство из ампулы. За счет перемещения поршня шприца, над ним создается разряжение, которое и засасывает из ампулы то, что позже «вольется» в «мягкое место» пациента. Почти то же самое происходит и в цилиндре двигателя в процессе такта впуска.
В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется – рабочая.
Второй такт - сжатие рабочей смеси (рис. 3б).
При такте сжатия поршень от нижней мертвой точки перемещается к верхней мертвой точке.
Оба клапана плотно закрыты и поэтому рабочая смесь сжимается. Из школьной физики всем известно, что при сжатии газов их температура повышается. Так и здесь. Давление в цилиндре над поршнем в конце такта сжатия достигает 9 - 10 кг/см в кв., а температура 300 – 400 град.
В заводской инструкции к автомобилю можно увидеть один из параметров двигателя, имеющий название – степень сжатия (например 8,5 или 10).
Степень сжатия показывает во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. У карбюраторных двигателей в конце такта сжатия, объем над поршнем уменьшается в 8 - 10 раз.
В процессе такта сжатия коленчатый вал двигателя поворачивается на очередные пол-оборота. А в сумме, от начала первого такта и до окончания второго, он повернется уже на один оборот.
Третий такт - рабочий ход (рис. 3в).
Во время третьего такта происходит преобразование выделяемой при сгорании рабочей смеси энергии в механическую работу. Давление от расширяющихся газов передается на поршень и затем, через шатун и кривошип, на коленчатый вал. Вот откуда берется та сила, которая заставляет вращаться коленчатый вал двигателя и, в конечном итоге, ведущие колеса автомобиля.
В самом конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, проскакивающей между электродами свечи зажигания. В начале такта рабочего хода, сгорающая смесь начинает активно расширяться. А так как впускной и выпускной клапаны все еще закрыты, то расширяющимся газам остается только один единственный выход - давить на подвижный поршень. Поршень под действием этого давления, достигающего 40 кг/см2, начинает перемещаться к нижней мертвой точке. При этом на всю площадь поршня давит сила 2000 кг и более, которая через шатун передается на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент. При такте рабочего хода, температура в цилиндре достигает 2000 градусов и выше.
Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота. Следует отметить для себя, что процесс рабочего хода происходит за очень короткий промежуток времени.
Четвертый такт - выпуск отработавших газов (рис.3г).
При движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, открывается выпускной клапан (впускной все еще закрыт) и отработавшие газы с огромной скоростью выбрасываются из цилиндра двигателя. Вот почему слышен тот сильный грохот, когда по дороге едет автомобиль без глушителя выхлопных газов, но об этом позже. А пока обратим внимание на коленчатый вал двигателя - при такте выпуска он делает еще пол-оборота. И всего, за четыре такта рабочего цикла, он сделал два полных оборота.После такта выпуска начинается новый рабочий цикл, и все повторяется: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск... и так далее.
Полезная механическая работа совершается двигателем только в течение одного такта - рабочего хода. Остальные три такта называются подготовительными (выпуск, впуск и сжатие) и совершаются они за счет кинетической энергии маховика, вращающегося по инерции.
poznayka.org
Категория:
Процессы, происходящие в двигателях
Виды двигателей и их сравнительные характеристикиНа тяговых и дорожно строительных машинах различные, в зависимости от вида используемой энергии, двигатели: тепловые (паровые или двигатели внутреннего сгорания) и электрические постоянного тока с последовательным возбуждением.
Любой двигатель должен обладать хорошей приспособляемостью к внешним нагрузкам, высокой экономичностью, малой массой, большой надежностью, легкостью и простотой обслуживания, а также постоянной готовностью к работе. Приспособляемость двигателя к колебаниям внешней нагрузки состоит в том, что с изменением последней автоматически должен меняться и крутящий момент на валу двигателя.
Сериесный электродвигатель обладает наилучшей из всех перечисленных приспосабливаемостью к внешней нагрузке. С возрастанием нагрузки и при снижении оборотов ротора автоматически увеличивается крутящий момент двигателя. Основной недостаток такого двигателя — большие трудности подачи к нему электроэнергии. Аккумуляторный способ питания тяговых электродвигателей в условиях дорожных строек трудно осуществим и невыгоден, троллейный требует крупных капиталовложений на создание контактной сети и подстанций, кабельный способ возможен только на очень коротких расстояниях.
Паровой двигатель имеет хорошую приспособляемость к нагрузке, поэтому раньше его устанавливали на тракторах и даже автомобилях. Первый в мире трактор Ф. А. Блинова (1888 г.) приводился в движение двумя паровыми машинами. Однако низкий коэффициент полезного действия, трудоемкость обслуживания, необходимость иметь на машине большой запас топлива и воды и другие недостатки обусловили его слабую конкурентную способность.
Двигатель внутреннего сгорания обладает худшей приспособляемостью к нагрузкам. Тем не менее, имея ряд важных достоинств-, главными из которых являются относительно высокий коэффициент полезного действия, малые масса и габарит, легкость обслуживания, быстрый запуск в работу, он получил исключительное применение на транспортных и дорожных машинах.
Читать далее: Классификация автотракторных двигателей
Категория: - Процессы, происходящие в двигателях
stroy-technics.ru
Поршневые ДВС неполного объёмного расширения (степень сжатия = степени расширения) характеризуются высокими начальными параметрами рабочих газов (давление, температура), но не обеспечивают их полного срабатывания из-за низкой степени расширения, обусловленной несовершенством кривошипно-шатунного кинематического механизма (КШМ), используемого для преобразования потенциальной энергии в механическую энергию вращения вала. Степени сжатия и расширения равны, но после воспламенения сжатой топливовоздушной смеси давление продуктов сгорания повышается ещё в несколько (4-5) раз, при этом, не обеспечивается их расширение до атмосферного давления и они, имея высокое давление и температуру, выпускаются в атмосферу и при этом наносят вред окружающей среде.
1. Поршневые ДВС с кривошипно-шатунным механизмом.
2 Поршневые ДВС с кольцевыми цилиндрами и механизмами относительного движения поршней.
Роторно-поршневые и роторно-лопастные ДВС с кольцевыми цилиндрами прямоугольного и тороидального сечения так же являются двигателями неполного объёмного расширения. В отличие от двигателей с КШМ в них обеспечивается постоянство S и R , но с использованием более сложного механизма, габариты которого всегда больше чем габариты цилиндропоршневой части. Характеризуются повышенными по сравнению с кривошипными ДВС крутящим моментом и мощностью. КПД не высокий, соответственно, повышенный расход горючего. Эмиссия по токсичности и потерям теплоты высокая.
а) Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания с более сложным, чем кривошипно-шатунный, рычажно-кулачковым механизмом взаимного движения поршней и передачи усилия давления газов с поршней на вал, габариты которого в 2 раза больше, чем габариты цилиндропоршневой части. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения и высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей, высокую токсичность выхлопных газов, высокий расход топлива.
б) Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя - применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри кольцевого цилиндра и состоящего из четырех лопастей. На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта. В данной конструкции возможно реализовать только четырехтактный цикл. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения и высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей.
в) Роторный двигатель внутреннего сгорания с тороидальным кольцевым цилиндром. Его идея не нова. Впервые она была запатентована еще в 1968 году, но в настоящее время последняя версия дополнена оригинальным механизмом, регулирующим взаимное перемещение четырёх поршней. Впрочем, конструкция его настолько сложна, что с трудом поддается описанию. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения, высокую токсичность выхлопных газов и высокий расход топлива.
3 Роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Главное его отличие от поршневых двигателей состоит в замене возвратно-поступательного движения поршней вращательным одного ротора треугольной формы. На рисунке слева приведена конструкция роторно-поршневого двигателя. Его основными частями являются корпус, эксцентриковый вал (эквивалент кривошипа) и ротор. В корпусе вращается эксцентриковый вал отбора мощности, на котором установлен ротор. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения, и, соответственно, высокий удельный расход горючего, высокую токсичность выхлопных газов, невысокий ресурс работы, а так же высокую теплонапряженность ротора.
4. Роторно-лопастной ДВС с кольцевым цилиндром и с эксцентричным расположением ротора с лопастями.Роторно-лопастной двигатель неполного объёмного расширения с эксцентрично установленным в цилиндрическом корпусе сплошным ротором в диаметральных пазах которого установлены 4 лопасти. В отличие от предыдущих обеспечивается некоторый рост R и изменение S в процессе расширения от минимальной до максимальной, и в процессе сжатия от максимальной до минимальной. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения равную степени сжатия и, соответственно, высокий удельный расход горючего, токсичность газов и потери тепла, невысокий ресурс работы, а так же высокую тепловую напряженность ротора. Диаграмма Р-V, отображающая рабочий цикл,, не соответствует действительности. Вода подаётся в камеру сгорания постоянного объёма, следовательно участок впрыска воды 3-2 вертикаль. Выхлоп начинается и, следовательно, работа газопаровой смеси заканчивается на линии 4-6-8, справа от неё не работа, а потери давления.
Все вышеупомянутые двигатели объёмного неполного расширения, характеризуются большими потерями давления и тепла, повышенным расходом горючего и, соответственно, повышенной токсичностью выхлопных газов и низким КПД.
5. Газотурбинные двигатели полного необъёмного расширения. Газотурбинные двигатели (ГТД) полного необъёмного расширения, используемые для преобразования кинетической энергии газов в механическую энергию вращения вала, имеют невысокие начальные параметры, но обеспечивают полное расширение газов до атмосферного давления. Эффективность преобразования кинетической энергии осевого потока газов в перпендикулярный осевому М кр. не более 20% от располагаемой, соответственно, удельный расход горючего высокий. Температура выхлопных газов так же достаточно высокая. Имеют самую большую удельную мощность среди ДВС.Источник: http://rovlan.narod.ru/
cedia.clan.su
Автолюбители очень любят соревноваться, поэтому двигателям уделяют особое внимание. Но, чтобы сделать правильный выбор, необходимо знать виды автомобильных двигателей.
Самым первым хочется отметить бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Управление мощностью производится при помощи потока воздуха и дроссельной заслонки. Такое управление происходит непосредственно с водительского места, благодаря нажатию на педали.
Карбюраторные и инжекторные двигатели. В карбюраторных двигателях происходит более сложный процесс, так как в специальном устройстве, топливо смешивается с воздухом, благодаря аэродинамическим силам. Что касается инжекторных, то здесь весь процесс впрыска осуществляется с помощью специальных форсунок, к которым топливо подаётся под давлением.
Следующим видом двигателя, является дизельный или поршневой. Его робота осуществляется по принципу воспламенения распылённого топлива, которое соприкасается с разогретым при сжатии воздухом.
Определить, какие виды двигателей автомобильных больше всего подходят именно Вам, необходимо провести сравнительную характеристику. Например, дизельные двигатели, в отличие от бензиновых, являются более экономичными, имеют отличную тягу на низких оборотах, в них отсутствуют свечи зажигания и трамблёры. Что касается недостатков, то динамика разгона намного хуже, шум и вибрация, также играют далеко не положительную роль. Но, самое неприятное, это из-за некачественного топлива, чувствительная система может просто отказаться от работы. Также, дизельный двигатель может не завестись при пониженных температурах. Кроме того, чтобы двигатель работал исправно, необходимо как можно чаще менять фильтры и использовать максимально качественное масло. Во время передвижения избегать повышенных оборотов, потому как это может вывести двигатель из строя.
Бензиновый двигатель, который предоставляет возможность передвигаться на повышенных оборотах без проблем, также имеет недостатки, это система зажигания. Несмотря на всё выше сказанное, сегодня, у каждого из нас появилась возможность приобрести автомобили гибриды. Их особенностью является наличие двух двигателей: бензинового и электрического. Так, если автомобиль стоит в пробке, то работает электромотор, а когда он набирает скорость, то включается бензиновый. Недостатком таких автомобилей, является только дорогой ремонт, но его проводить нужно крайне редко.
Как мы видим, каждый двигатель плюсы и минусы, поэтому, чтобы подобрать автомобиль правильно, нужно решить любите Вы скорость или готовы передвигаться более медленно.
www.metall-master.ru
