Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют двигатель, в котором сгорание топлива происходит непосредственно внутри рабочей камеры. Именно такие агрегаты широко применяются в автомобильной индустрии, обеспечивая преобразование тепловой энергии от сгорания топлива в механическую силу.
Способ осуществления рабочего цикла может происходить в один такт, или в два такта. Поэтому различают двухтактные и четырехтактные ДВС. Тактом называется ход поршня между двумя мертвыми точками, с поворотом коленчатого вала на 180 градусов.
Принципы работы каждого из типов двигателей несколько отличаются. В двухтактном моторе за один оборот происходит завершение рабочего цикла за два этапа – за счет сжатия и расширения. Клапаны в таком устройстве отсутствуют, а их функцию выполняет поршень. Его перемещение обеспечивает открытие и закрытие продувочных окон.
Рабочий процесс в четырехтактном моторе происходит за четыре этапа. При этом к сжатию и расширению добавляются такие процессы, как впуск на первом и выпуск на четвертом этапах, соответственно.
Главным различием таких моторов являются отличные механизмы газообмена, т.е. подача топлива в цилиндры и отвод отработанных газов. В конструкцию четырехтактных агрегатов включен газораспределительный механизм, обеспечивающий открытие и закрытие клапанов в определенные моменты времени. В двухтактных моторах цилиндры опорожняются и заполняются в моменты тактов сжатия и расширения.
По типу преобразования тепловой энергии все двигатели можно разделить на такие виды:
Самым популярным и востребованным среди всех видов агрегатов является поршневой ДВС, за счет своей универсальности, способности к быстрому запуску и возможностью работы с различными видами горючего.
Общее устройство ДВС включает корпус агрегата, а также два типа механизмов – кривошипно-шатунный и газораспределительный. Помимо этого он содержит ряд систем – питания, зажигания, пуска, охлаждения и смазки. Все перечисленные системы состоят из определенных узлов и механизмов, а также необходимых коммуникационных элементов.
Важно! Только благодаря слаженному выполнению механизмами и системами своих функций обеспечивается бесперебойная работа ДВС.Циклическое поступательное движение поршня, описываемое им при перемещении в цилиндре, должно быть преобразовано во вращательное движение коленчатого вала. Именно это действие и обеспечивается благодаря кривошипно-шатунному механизму (КШМ).
В конструкцию такого механизма входят подвижные составляющие – поршни, поршневые кольца, пальцы, шатуны, маховик и коленчатый вал. Также КШМ включает и неподвижные элементы – блок цилиндров и прокладка, головка блока цилиндров, цилиндры, картер, поддон. Кроме того, устройство включает и различные элементы креплений, крепежные и шатунные подшипники.
Благодаря газораспределительному механизму (ГРМ) своевременная подача в цилиндры в зависимости от типа ДВС воздуха или топливно-воздушной смеси, а также выпуска в систему выхлопа отработанных газов.
Интересно! Благодаря своевременному открытию или закрытию клапанов ГРМ обеспечивается бесперебойная работа механизма.В состав конструкции ГРМ входят такие узлы и механизмы:
В состав данной системы входят такие устройства, как элементы, предназначенные для хранения топлива, воздухоочистительные приборы, узлы, обеспечивающие очистку и подачу топлива, а также приборы для приготовления топливной смеси.
Элементами питания ДВС являются:
autoexpert.today
Здравствуйте! Основными элементами двигателя внутреннего сгорания (рис. 1) являются цилиндр 1, в котором перемещается поршень 2, связанный при помощи шатуна 7 и кривошипа 5 с валом 9. Головка цилиндра 6 имеет впускной 3 и выпускной 5 клапаны. В нее вмонтированы (в зависимости от типа двигателя) электрическая свеча 4 или форсунка для впрыскивания топлива. Сгорание топлива происходит в камере, образованной стенками, головкой цилиндра и поршнем. Шатунно-кривошипный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала. Крайние положения поршня называются верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мертвыми точками.
В большинстве случаев двигатель имеет несколько цилиндров. Они могут располагаться вертикально, горизонтально и наклонно. Цилиндры крепятся к основанию 10 двигателя, называемому картером. Картер является одновременно резервуаром для смазочного масла, стекающего с деталей. Дли защиты стенок от перегрева цилиндры и крышки двигателей имеют водоохлаждаемые рубашки. В некоторых двигателях применяется воздушное охлаждение; для более интенсивного отвода теплоты цилиндр снабжается ребрами. Наряду с перечисленными деталями в двигателях имеется ряд вспомогательных устройств, предназначенных для газораспределения, подачи и регулирования расхода топлива, смазки, охлаждения и т. д.
В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за четыре (такта) хода поршня, в двухтактном — за два хода. Рассмотрим принцип работы карбюраторного четырехтактного двигателя (рис. 1). При ходе поршня 2 сверху вниз (первый такт) через открытый всасывающий клапан 3 в цилиндр двигателя 1 всасывается смесь топлива с воздухом. При обратном движении поршня (второй такт) от НМТ до ВМТ клапаны закрываются, и происходит сжатие горючей смеси.
При положении поршня в ВМТ смесь воспламеняется искрой от электрической свечи. В результате сгорания смеси возрастают температура и давление газов, которые перемещают поршень сверху вниз (рабочий ход — третий такт). В процессе расширения образовавшихся газов происходит преобразование теплоты в работу. Затем при открытом выпускном клапане 5 и ходе поршня снизу вверх (четвертый такт) производится выталкивание отработанных газов в атмосферу. В момент прихода поршня в ВМТ выпускной клапан закрывается. При последующем ходе поршня снова всасывается свежая смесь, и цикл повторяется. Выпуск отработанных газов и впуск горючей смеси периодически осуществляет газораспределительный механизм.
Таким образом, весь рабочий цикл в данном двигателе совершается за четыре хода поршня (два оборота вала), поэтому двигатель называется четырехтактным. Из четырех ходов только один является рабочим, поэтому для достижения более равномерной работы двигателя применяется маховик.
Наибольшая равномерность хода поршня достигается в многоцилиндровых двигателях за счет того, что в различных цилиндрах одновременно совершаются разные такты, например в одном — всасывание, в другом — расширение и т. д. В четырехтактном двигателе с самовоспламенением (дизеле) всасывается и сжимается чистый воздух. Благодаря высокой степени сжатия температура воздуха достигает 600—800° С, т. е. превышает температуру воспламенения топлива. В конце второго такта в цилиндр через форсунку подается топливо, и происходит его самовоспламенение. Так как в двигателях этого типа применяются тяжелые топлива, то процесс их сгорания протекает медленно и осуществляется уже в третьем такте во время рабочего хода поршня. В четвертом такте, как н в карбюраторном двигателе, отработавшие газы выбрасываются в атмосферу.
В двигателе с внешним смесеобразованием горючая смесь приготавливается вне цилиндра двигателя в специальном устройстве, называемом карбюратором. В основу его работы положен принцип эжекции, т. е. смешивание топлива с потоком воздуха при его прохождении через диффузор. В двигателях с внутренним смесеобразованием приготовление смеси осуществляется внутри цилиндра при подаче топлива через форсунку топливным насосом или компрессором. При компрессорном распыливании топлива воздух предварительно сжимается в специальном компрессоре до давления 6—9 МПа и нагнетается в баллоны. К форсунке подводятся топливо и сжатый воздух, а на выходе из нее образуется струя распыленного топлива (пневмораспыливание).
При применении топливного насоса (бескомпрессорное распыливание) топливо впрыскивается в цилиндр через форсунку под давлением 30—150 МПа. При этом распыливание осуществляется механическим путем. Такты впуска и выпуска являются вспомогательными и предназначаются для периодической смены рабочего тела в цилиндре. Двигатель в это время выполняет роль насоса.
Стремление сократить время, в течение которого совершается цикл, привело к разработке двухтактного процесса. Двигатель, у которого рабочий цикл совершается за два хода поршня, называется двухтактным.Отличительная особенность двухтактного двигателя состоит в том, что у него имеются в нижней части цилиндра продувочные 3 и выпускные 4 окна, перекрываемые поршнем 2 при его движении в цилиндре 1 (рис.2). Остальные элементы такие же, как в четырехтактном двигателе: на головке цилиндра 5 в зависимости от вида сжигаемого топлива и конструкции двигателя располагается свеча зажигания или форсунка 6. Шатун 7 и кривошип 8 служат для преобразования возвратно-поступательного движения поршня 2 во вращательное движение вала 9.
Рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя. На рис. 2 положение I соответствует процессу расширения газов, образовавшихся при сгорании свежей смеси (рабочий ход).
При подходе к НМТ поршень открывает сначала выпускные 4, а затем продувочные 3 окна. При открытии выпускных окон продукты сгорания начинают выходить из цилиндра (положение II), вследствие чего давление в нем падает. Когда открываются продувочные окна, в цилиндр под давлением поступает свежий продувочный воздух, который выталкивает через выпускные окна оставшиеся газы и заполняет рабочую полость цилиндра. Таким образом, в течение первого такта происходит сгорание топлива, расширение газов, выпуск и продувка отработавших продуктов сгорания.
Продувка и заполнение цилиндра свежим воздухом или свежей смесью продолжаются и при обратном ходе поршня (положение III ) до момента перекрытия продувочных и выпускных окон. С момента, когда поршень закрывает выпускные окна, начинается процесс сжатия свежего воздуха или смеси (положение IV). Этот процесс заканчивается в ВМТ. Затем снова начинается сгорание топлива, процесс расширения газов, и цикл повторяется.
Таким образом, весь рабочий цикл в двухтактном двигателе совершается за два хода поршня или один оборот вала. Это приводит к увеличению мощности двухтактного двигателя на 60— 70% по сравнению с четырехтактным при одинаковых других характеристиках.
Кроме рассмотренной наиболее распространенной поперечной продувки цилиндра, применяются также прямоточная продувка, которая обеспечивает лучшую очистку цилиндра и позволяет осуществить наддув в целях увеличения мощности двигателя, и прямоточно-щелевая продувка. Хорошая очистка цилиндра достигается тогда, когда объем продувочного воздуха на 30—40% больше рабочего объема цилиндра двигателя.
Двухтактный цикл может применяться как в двигателях с самовоспламенением, так и в карбюраторных. Однако в связи с тем, что в карбюраторном двигателе цилиндр необходимо продувать свежей смесью, этот принцип работы не получил широкого распространения применительно к указанным двигателям. Наиболее полно преимущества двухтактного цикла проявляются в тихоходных двигателях, поэтому они широко применяются в судовых установках.
Двигатели, у которых по обе стороны поршня газ совершает работу, называются двигателями двойного действия. Они могут быть как четырехтактными, так и двухтактными. Мощность двигателя двойного действия выше мощности двигателя простого действия при других равных условиях на 80—85%. Исп. литература: 1) Основы теплоэнергетики, А.М. Литвин, Госэнергоиздат, 1958. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
teplosniks.ru
Сегодня самым популярным и распространенным типом автомобильного двигателя является ДВС – двигатель внутреннего сгорания. Перечислять все виды транспортных средств, которые явно не ограничиваются обычными частными автомобилями, где используется такой тип мотора, просто не имеет смысла – их очень много. На данный момент такие движки активно эксплуатируются во всех сферах деятельности человека и устанавливаются на легковые машины, мотоциклы, танки, вертолеты, корабли, сельскохозяйственную технику и так далее.
Если не сильно вдаваться в подробности, то ДВС – это двигатель, работающий на тепловой энергии, которая образуется благодаря химическим процессам, происходящим во время сгорания топливной жидкости, которые, в свою очередь, преобразуют ее в механическую энергию. Таким образом, благодаря уникальной конструкции, с помощью обычной химии мы получаем агрегат, способный превратить груду металла в современный автомобиль. По своей конструкции двигатели делятся на двух- и четырехтактные. Также деление происходит и по способам, которые применяются для изготовления правильных горючих смесей – внутренние и внешние ДВС. Еще четыре класса появились исходя из того, как преобразовывается энергия внутри устройства: поршневые, комбинированные, турбинные и реактивные моторы. Однако, основной принцип работы всех двигателей относительно одинаков.
Самый первый мотор внутреннего сгорания был изобретен инженером Ленуаром в середине девятнадцатого века. Однако это был двухтактный двигатель, который достаточно быстро показал свою несостоятельность. Чаще всего принято считать, что наши современные ДВС сконструированы на основе первого четырехтактного мотора, изобретенного Николаусом Отто в 1876 году, спустя шестнадцать лет после изобретения Ленуара. Принцип работы двигателя основан, как ясно из названия, на четырехтактном постоянном цикле. Именно так работает большинство современных моторов.
Главная конструктивная особенность таких моторов заключается в том, что они используют в своей работе тепловую энергию расширяющихся под давлением газов. Это происходит в тот момент, когда двигаются поршни. Газы же расширяются под воздействием топливно-воздушных смесей, которые сгорают во время работы движка непосредственно внутри цилиндра. После того, как отрабатывается один цикл, для начала следующего агрегат самостоятельно выбрасывает отработанные газы, освобождая место для новой порции воздуха и топлива, которые вновь возгораются и приводят в движение нужные элементы агрегата.
Далее устройства автоматически, с помощью свечи, создают искру, которая поджигает топливо. За движение по системе топлива отвечают клапаны, находящиеся под управлением механических или электронных устройств системы подачи топлива и газового распределения.
В упрощенном варианте принцип работы двигателя внутреннего сгорания можно условно поделить всего на четыре основные фазы, которые составляют один полноценный рабочий цикл, повторяющийся постоянно:
Поршни в это время двигаются, а их энергия с помощью коленчатого вала перекидывается на вал двигателя, создавая нужные вращательные движения. Некоторая часть энергии не расходуется на мощность двигателя, возвращаясь к поршням и позволяя им снова занять исходное положение. После этого они готовы к новому повторяющемуся циклу работы.
Система газораспределения отвечает за то, чтобы цилиндры постоянно очищались от отработанных газов и смесей, которые уже были использованы в предыдущем цикле. Более того, этот механизм также позволяет заново заполнить цилиндры нужным объемом свежей топливно-воздушной смеси. Существует два такта работы системы: выпускная (в начале цикла) и впускная (завершает цикл).
Также важным элементом любого ДВС является система зажигания. Ее основная задача, произвести электрический разряд и передать его на свечи. Это обеспечивается благодаря связи двух устройств с помощью специального высоковольтного кабеля. За корректностью поджигания следит тамблер, соединенный с каждой из свечей двигателя. Система разработана так, чтобы разряд получал только тот поршень, который на данный момент имеет достаточное количество топливно-воздушной смеси внутри. Корректная работа всей системы позволяет производить поджиг вовремя, не теряя мощности и полностью используя ее для хода автомобиля.
Чтобы мотор запустился, требуется стартовая система. Она сегодня есть в любой машине, и носит название – электрический стартер.
В зависимости от того, какая конструкция коленчатого вала, существует несколько основных разновидностей мотора. Так, поршни в цилиндрах могут быть расположены по-разному. При этом, чем больше цилиндров участвует в работе, тем более равномерно распределяется усилие на вал, приводя к большей стабильности.
Сегодня существует несколько типов ДВС, в зависимости от того, как расположены цилиндры:
Чаще всего мы привыкли использовать бензиновые движки. Вне зависимости от того, что сегодня ДВС являются самыми распространенными моторами во всем мире, они имеют как свои преимущества, так и свои очевидные минусы.
servicing-auto.ru
