Что такое рабочий ход двигателя внутреннего сгорания

Двигатель. Общее устройство и рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания. Порядок работы цилиндров двигателя.

На автомобилях устанавливают двигатели внутреннего сгорания, в которых используется давление расширяющихся газов, образующихся при сгорании топлива непосредственно в цилиндре. Однако следует отметить, что фактически сжигается рабочая смесь, состоящая из горючей смеси и остатков отработавших газов предыдущего рабочего цикла.

По способу образования горючей смеси (пары топлива и воздух) и виду используемого топлива различают двигатели:

  • с внешним смесеобразованием (карбюраторные, работающие на бензине, и газосмесительные, работающие на горючем газе);
  • с внутренним смесеобразованием (дизельные, работающие на дизельном топливе).

Воспламенение рабочей смеси осуществляется с помощью электрического разряда или высокой степени сжатия (дизельные двигатели). В результате сгорания рабочей смеси образующиеся газы давят на поршень, придавая ему прямолинейное движение, которое с помощью шатуна и коленчатого вала преобразуется во вращательное движение маховика. Чтобы поддержать работу двигателя, необходимо периодически очищать камеру сгорания цилиндра от отработавших газов и наполнять ее свежим зарядом горючей смеси, что осуществляется с помощью выпускных и впускных клапанов.

Поршень, перемещаясь в цилиндре, совершает возвратно-поступательное движение. Крайние положения, в которых поршень меняет направление движения, соответственно называются верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и НМТ).

Расстояние, проходимое поршнем между ВМТ и НМТ, называется ходом поршня. Процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня, называют тактом.

Пространство в цилиндре, освобождаемое поршнем при его перемещении от ВМТ к НМТ, называется рабочим объемом цилиндра. Наименьшее пространство в цилиндре образуется при нахождении поршня в ВМТ и называется объемом камеры сгорания. Рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания составляют полный объем цилиндра. Сумма всех рабочих объемов цилиндров называется литражом двигателя и выражается в кубических сантиметрах. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия, которая является важным показателем двигателя. С повышением степени сжатия повышается экономичность и мощность двигателя.

Для выполнения основного рабочего такта, при котором происходит сгорание рабочей смеси и расширение газов, не обходимо выполнить подготовительные такты: впуск горючей смеси, сжатие, и заключительный — выпуск отработавших газов. Таким образом, непрерывность работы двигателя достигается совокупностью периодически повторяющихся в цилиндре процессов — тактов, объединяющихся в рабочий цикл. Так как рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня, автомобильные двигатели называются четырехтактными.

Последовательность чередования тактов в рабочих циклах двигателей с внешним смесеобразованием такая же, как и в дизеле. Отличие состоит только в степени сжатия и способе воспламенения рабочей смеси.

Впуск — поршень движется от ВМТ к НМТ. Открыт впускной клапан. Вследствие увеличения объема внутри цилиндра создается разряжение и происходит заполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси.

Сжатие — поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем над поршнем уменьшается. Рабочая смесь сжимается, благодаря чему улучшаются испарение и перемешивание паров топлива с воздухом.

Рабочий ход (сгорание и расширение) — происходит воспламенение рабочей смеси от электрического разряда в двигателях с внешним смесеобразованием или вследствие высокой степени сжатия — в дизельных двигателях. Под давлением расширяющихся газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Высокое давление газов, температура их достигает 9000°С.

Выпуск — поршень двигается от НМТ к ВМТ. Открыт выпускной клапан. Происходит вытеснение отработавших газов из камеры сгорания цилиндра.

Для обеспечения нормальной работы двигатель внутреннего сгорания имеет следующие механизмы и системы:

  • кривошипно-шатунный механизм;
  • газораспределительный механизм;
  • систему охлаждения;
  • систему смазки;
  • систему питания;
  • систему зажигания.

Дизельные двигатели системы зажигания не имеют, так как воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя происходит за счет высокой степени сжатия.

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов при их расширении и преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала двигателя.

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в камеру сгорания цилиндра двигателя необходимого заряда горючей смеси и выпуска из него отработавших газов.

Система охлаждения служит для отвода излишнего тепла от деталей двигателя и для поддержания оптимального температурного режима работающего двигателя. Существуют жидкостная и воздушная системы охлаждения двигателя.

Система смазки предназначена для подачи смазки к трущимся поверхностям деталей двигателя, отвода тепла от деталей; уноса механических частиц, образующихся в результате трения, и очистки моторного масла.

Система питания служит для приготовления горючей смеси в карбюраторных и газосмесительных двигателях, подачи ее в камеры сгорания цилиндров двигателя и удаления продуктов сгорания. В дизельных двигателях система питания обеспечивает впрыск топлива в мелкораспыленном виде в цилиндры.

Система зажигания предназначена для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения с целью образования электрического разряда в камере сгорания цилиндра двигателя для воспламенения рабочей смеси.

В одноцилиндровом двигателе на один рабочий ход приходится три подготовительных такта, вследствие чего такой двигатель работает неравномерно. Более того, масса двигателя, приходящаяся на единицу его мощности, будет велика. С целью устранения этих недостатков применяют двигатели с большим числом цилиндров, шатуны которых связаны с кривошипами общего коленчатого вала. Конструктивно коленчатый вал изготовлен таким образом, что рабочие такты в цилиндрах не совпадают, а подготовительные такты приходятся на рабочие такты других цилиндров. В этом случае роль маховика снижается, что позволяет уменьшить его массу, и, следовательно, уменьшается общая масса двигателя, приходящаяся на единицу его мощности. Достигается равномерность в работе двигателя.

В многоцилиндровых двигателях цилиндры располагаются в один ряд вертикально или наклонно, а также в два ряда под углом 90° (или У-образное расположение).

Что такое рабочий цикл двигателя

Процессы, протекающие в цилиндрах двигателя при его работе, повторяются циклично. Одним таким рабочим циклом считается совокупность тактов (впуск топливовоздушной смеси, сжатие, воспламенение и расширение газов, а также выпуск продуктов сгорания), обеспечивающая переход тепловой энергии, выделяемой при воспламенении одной порции смеси, непосредственно в работу. О том, что представляют собой рабочие циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания, пойдет речь далее.

  1. Что такое мертвые точки и такты ДВС
  2. Как работает четырехтактный двигатель
  3. Особенности работы двухтактных моторов

Что такое мертвые точки и такты ДВС

Количество этапов, входящих в один рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания), принято считать исходя из числа ходов поршня в цилиндре. Такие этапы получили название такты двигателя. Непосредственно ход поршня определяется его перемещением из одной крайней точки в другую. Они получили наименование мертвые, поскольку если в такой точке произойдет остановка поршня, он не сможет начать движение без внешнего воздействия. Простыми словами мертвые точки – это позиции, при которых движение в текущем направлении поршня прекращается и он начинает обратный ход.

Мертвые точки и ход поршня ДВС

Читать еще:  Что такое двигатель b12

Существуют две мертвые точки:

  • Нижняя (НМТ) – положение, при котором расстояние между поршнем и осью вращения коленвала минимально.
  • Верхняя (ВМТ) – положение, при котором цилиндр находится на максимальном удалении от оси вращения коленвала двигателя.

В англоязычной документации ВМТ обозначается как TDC (Top Dead Centre), А НМТ – BDC (Bottom Dead Centre).

Существуют двигатели, рабочий цикл которых может состоять из двух, а также из четырех тактов. Исходя из этого их разделяют на двухтактные и четырехтактные моторы.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

  • цилиндр;
  • поршень – выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
  • клапан впуска – управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
  • клапан выпуска – управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
  • свеча зажигания – осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
  • коленчатый вал;
  • распределительный вал – управляет открытием и закрытием клапанов;
  • ременной или цепной привод;
  • кривошипно-шатунный механизм – переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

  1. Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
  2. Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
  3. Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
  4. Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Особенности работы двухтактных моторов

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

  1. Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
  2. Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

  • С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
  • С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
  • С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
  • С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

Естествознание. 11 класс

Конспект урока

Естествознание, 11 класс

Урок 9. Устройство тепловых двигателей

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

  • На какие типы делятся реальные тепловые двигатели?
  • Каковы основные узлы тепловых двигателей, и какие функции они выполняют?
  • По каким критериям оцениваются тепловые двигатели?

Глоссарий по теме:

Ве́рхняя мёртвая то́чка (ВМТ) — положение поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, соответствующее максимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала (условно начальное положение коленчатого вала, ноль градусов поворота кривошипа).

Нижняя мёртвая то́чка — положение поршня в цилиндре, соответствующее минимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала.

Ход поршня, при котором газ не совершает работы, называется холостым ходом.

Рабочий ход – ход поршня под давлением газов, образующихся при сгорании рабочей смеси, движущийся от В.М.Т. (верхней мертвой точки) к Н.М.Т. (нижней мертвой точке).

Читать еще:  Чем мыть коробку двигателя

Поступление горючей смеси в цилиндр, ее сжатие, расширение при сгорании и выпуск отработавших газов из цилиндра, т. е. совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре при работе двигателя, называется рабочим циклом.

Шату́н (иногда ещё называют тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колёс паровоза. Служит для передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу или к колёсам для преобразования во вращательное движение.

Коленчатый вал — деталь (или узел деталей в случае составного вала) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых вал воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент.

Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.

Свеча зажигания — устройство для воспламенения топливо-воздушной смеси в самых разнообразных тепловых двигателях. Бывают искровые, дуговые, накаливания, каталитические, полупроводниковые поверхностного разряда, плазменные воспламенители и др.

Система зажигания — это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в нужный момент.

Если двигатель совершает два такта: первый такт – рабочий ход, второй такт – холостой ход (процесс сжатия горючей смеси), то его называют двухтактным.

В четырехтактном двигателе между тактом – рабочим ходом и тактом – сжатием горючей смеси добавляется еще два такта: выпуск отработанных газов и впуск горючей смеси.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Обязательная литература:

  1. Ефимов С.И., Алексеев В.П. Двигатели внутреннего сгорания. М., 2003
  2. Перельман Я.А. Занимательная физика. Книга 2. М.:Наука, 1982г.
  3. Энергетические установки: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»/ С. И. Ефимов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др.; Под. общ. ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986 г. – 352 с.: ил.

Дополнительные источники:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Во всех тепловых двигателях происходит преобразование тепловой энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в механическую энергию. Устройства тепловых двигателей непрерывно совершенствуются.

Каковы особенности тепловых двигателей разных типов, которые необходимо учитывать для оценки возможности их применения?

Все тепловые двигатели можно разделить на два класса – турбинные и поршневые. В турбинных двигателях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую энергию газовой струи, для чего используются сопла, через которые расширяется горячий газ. Этот горячий газ может образовываться в результате кипения воды – паровые турбины, или в результате сгорания топлива – газовые турбины. Поток газа, имеющий большую скорость, направляется на лопасти турбины и, отдавая им энергию, раскручивает вал турбины.

Вал турбины может непосредственно приводить в движение какие-либо механизмы, например, колеса транспорта или винт самолета, или при помощи генератора вырабатывать электрическую энергию, что происходит на теплоэлектростанциях.

Значительно сложнее устройство поршневых двигателей, с которых начался технический прогресс в теплоэнергетике. Основу таких двигателей составляют цилиндр и поршень. Подробное описание дано в уроке 7. Но нагревать и охлаждать газ через стенки цилиндра, не эффективно. Вместо этого используется один из двух способов:

1) газ нагревается в отдельном устройстве, после чего подается в цилиндр. Такой способ реализован в паровом двигателе.

2) топливо в виде смеси газов, или пузырьков жидкости, смешанных с воздухом, (горючая смесь) вводится внутрь цилиндра, и далее процесс сгорания также происходит внутри цилиндра. Образовавшийся в результате сгорания горячий газ, расширяясь, приводит в движение поршень. Такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания. Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

Чтобы результат работы двигателя сводился к вращению какого-либо вала, что чаще всего требуется от двигателя, используется механизм, состоящий из шатуна и коленчатого вала. Эти элементы изображены на рисунках. Действие шатуна и коленчатого вала подобно действию ног велосипедиста и педалей. Для замыкания цикла необходим обратный ход поршня. Такой ход поршня, при котором газ не совершает работы, называется холостым ходом. Механическая энергия запасается в виде кинетической энергии вращения массивного колеса – маховика, связанного с валом двигателя. При такой работе возникают пульсации, для уменьшения которых вводят несколько цилиндров с одним коленчатым валом.

В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь перед воспламенением сжимается, что происходит во время обратного хода поршня.

Это обеспечивает более эффективную работу двигателя. После сжатия горючая смесь воспламеняется, и начинается рабочий ход поршня. По способу воспламенения двигатели внутреннего сгорания делятся на два типа. В двигателях, включающих в себя систему зажигания, воспламенение горючей смеси происходит под воздействием искры, возникающей вследствие электрического разряда в запальной свече.

В таких двигателях используется топливо из легких фракций нефти (бензин) или природный газ, а степень сжатия поршнем невелика (6 – 8 раз). В двигателях другого типа – дизельных двигателях (или просто дизелях) используется горючее из более тяжелых фракций нефти (дизельное топливо), а степень сжатия существенно выше (15 – 20 раз). Воспламенение топливной смеси в дизельных двигателях происходит вследствие того, что при сжатии газ нагревается, соответствующий процесс близок к адиабатному процессу.

Двигатели внутреннего сгорания в зависимости от способа вывода отработанных газов и ввода горючей смеси делятся на два типа: двухтактные и четырехтактные. Каждый такт соответствует половине оборота коленчетого вала.

Двухтактные: первый такт – рабочий ход, второй такт – холостой ход (процесс сжатия горючей смеси)

В четырехтактном двигателе между тактом – рабочим ходом и тактом – сжатием горючей смеси добавляется еще два такта. Выпуск отработанных газов осуществляется при движении поршня с уменьшением рабочего объема цилиндра (такт аналогичный такту, в котором происходит сжатие смеси). Впуск горючей смеси осуществляется при движении поршня с увеличением рабочего объема (такт, аналогичный такту рабочего хода).

Зачем нужно столько типов двигателей? Оказывается, что универсального наилучшего двигателя нет, каждый тип обладает определенными достоинствами и недостатками. Каковы же эти критерии оценки?

  1. Экономичность. Наиболее экономичными являются дизельные двигатели. Четырехтактные двигатели более экономичны, чем двухтактные.
  2. Максимально достижимая мощность. По этому показателю выделяются турбинные двигатели.
  3. Мощность на единицу веса (особенно для совместно движущихся). Для большегрузов – дизельные; для легкого транспорта – бензиновые, двухтактные и четырехтактные (в зависимости от веса).
  4. Универсальность топлива. По этому показателю выгодно отличаются двигатели, где используется водяной пар – паровые турбины (т.к. запасы нефти истощаются).
  5. Износ механизмов. Выигрывают турбинные по сравнению с поршневыми.
Читать еще:  Yamasaki scorpion тюнинг двигателя

• Тепловые двигатели подразделяются на турбинные и поршневые.

• Поршневые двигатели подразделяются на паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания.

• Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на двигатели с системой зажигания и дизельные двигатели.

• Кроме того, двигатели внутреннего сгорания подразделяются на двухтактные двигатели и четырехтактные двигатели.

• Каждый тип двигателя обладает своими достоинствами и недостатками, определяющими целесообразность его использования для тех или иных целей.

• Критериями оценки эффективности применения разных видов двигателей являются: экономичность, максимально достижимая мощность, мощность на единицу веса, универсальность топлива и износ механизмов.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Вставьте пропущенные слова: «Во всех тепловых двигателях происходит преобразование _________ энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в _____________ энергию».

Варианты ответов: потенциальной, ядерной, тепловой, механическую, кинетическую.

Правильный вариант: Во всех тепловых двигателях происходит преобразование тепловой энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в механическую энергию.

Задание 2. Один моль одноатомного идеального газа участвует в циклическом процессе, график которого изображён на TV−диаграмме.

Выберите два верных утверждения на основании анализа представленного графика.

1) Давление газа в состоянии 2 меньше давления газа в состоянии 4.

2) Работа газа на участке 2–3 отрицательна.

3) На участке 1–2 давление газа уменьшается.

4) На участке 4–1 работа газа отрицательна.

5) Работа, совершенная газом на участке 1−2 больше работы, совершаемой внешними силами над газом на участке 4−1.

Правильный вариант: 4); 5).

Подсказка: Перерисуйте график цикла в осях p,V. Вспомните, что на графиках процессов в осях p,V работа вычисляется как площадь под графиком процесса.

Набор ключей комбинированных трещоточных шарнирных 8 шт.

Набор ключей комбинированных 9 шт.

H Н О В И Н К А H

Обновленный каталог 2018 Airline

  • Главная
  • Новости
  • Как работает поршневой двигатель внутреннего сгорания?

Как работает поршневой двигатель внутреннего сгорания?

Как функционирует и из чего состоит?

Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет сложное строение и состоит из:

  • Корпуса, включающего в себя блок цилиндров, головку блока цилиндров;
  • Газораспределительного механизма;
  • Кривошипно-шатунного механизма (далее КШМ);
  • Ряда вспомогательных систем.

КШМ является связующим звеном между энергией выделяемой при сгорании топливо-воздушной смеси (далее ТВС) в цилиндре и коленвалом, обеспечивающим движение автомобиля. Газораспределительная система отвечает за газообмен в процессе функционирования агрегата: доступ атмосферного кислорода и ТВС в двигатель, и своевременное выведение газов, образовавшихся во время горения.

Вспомогательные системы представлены:

  • Впускной, обеспечивающей поступление кислорода в двигатель;
  • Топливной, представленной системой впрыска топлива;
  • Зажигание, обеспечивающее искру и воспламенение ТВС для двигателей, работающих на бензине (дизельные двигатели отличаются самовоспламенением смеси от высокой температуры);
  • Системой смазки, обеспечивающую уменьшение трения и износа соприкасающихся металлических деталей с помощью машинного масла;
  • Системой охлаждения, которая не допускает перегрева рабочих деталей двигателя, обеспечивая циркуляцию специальных жидкостей типа тосол;
  • Выпускной системой, обеспечивающей выведение газов в соответствующий механизм, состоящей из выпускных клапанов;
  • Системой управления, обеспечивающей наблюдение за функционирование ДВС на уровне электроники.

Основным рабочим элементом в описываемом узле считается поршень двигателя внутреннего сгорания, который и сам является сборной деталью.

Пошаговая схема функционирования

Работа ДВС основывается на энергии расширяющихся газов. Они являются результатом сгорания ТВС внутри механизма. Это физический процесс принуждает поршень к движению в цилиндре. Топливом в этом случае могут служить:

  • Жидкости (бензин, ДТ);
  • Газы;
  • Монооксид углерода как результат сжигания твердого топлива.

Работа двигателя — это непрерывный замкнутый цикл, состоящий из определенного количества тактов. Наиболее распространены ДВС двух видов, различающихся количеством тактов:

  1. Двухтактные, производящие сжатие и рабочий ход;
  2. Четырехтактные – характеризуются четырьмя одинаковыми по продолжительности этапами: впуск, сжатие, рабочий ход, и завершающий – выпуск, это свидетельствует о четырехкратном изменении положения основного рабочего элемента.

Начало такта определяется расположением поршня непосредственно в цилиндре:

  • Верхняя мертвая точка (далее ВМТ);
  • Нижняя мертвая точка (далее НМТ).

Изучая алгоритм работы четырехтактного образца можно досконально понять принцип работы двигателя автомобиля.

Впуск происходит путем прохождения из верхней мёртвой точки через всю полость цилиндра рабочего поршня с одновременным втягиванием ТВС. Основываясь на конструкционных особенностях, смешивание входящих газов может происходить:

  • В коллекторе впускной системы, это актуально, если двигатель бензиновый с распределенным или центральным впрыском;
  • В камере сгорания, если речь идет о дизельном двигателе, а также двигателе, работающем на бензине, но с непосредственным впрыском.

Первый такт проходит с открытыми клапанами впуска газораспределительного механизма. Количество клапанов впуска и выпуска, время их пребывания в открытом положении, их размер и состояние износа являются факторами, влияющими на мощность двигателя. Поршень на начальном этапе сжатия размещён в НМТ. Впоследствии он начинает перемещаться вверх и сжимать накопившуюся ТВС до размеров, определенных камерой сгорания. Камера сгорания – это свободное пространство в цилиндре, остающееся между его верхом и поршнем в верхней мертвой точке.

Второй такт предполагает закрытие всех клапанов двигателя. Плотность их прилегания напрямую влияет на качество сжатия ТВС и ее последующее возгорание. Также на качество сжатия ТВС оказывает большое влияние уровень износа комплектующих двигателя. Она выражается в размерах пространства между поршнем и цилиндром, в плотности прилегания клапанов. Уровень компрессии двигателя является главным фактором, оказывающим влияние на его мощность. Он измеряется специальным прибором компрессометром.

Рабочий ход начинается когда к процессу подключается система зажигания, генерирующая искру. Поршень при этом находится в максимальной верхней позиции. Смесь взрывается, выделяются газы, создающие повышенное давление, и поршень приводится в движение. Кривошипно-шатунного механизм в свою очередь активирует вращение коленвала, обеспечивающего движение автомобиль. Все клапаны систем в это время находятся в закрытом положении.

Выпускной такт является завершающим в рассматриваемом цикле. Все выпускные клапаны находятся в открытом положении, давая возможность двигателю «выдохнуть» продукты горения. Поршень возвращается в исходную точку и готов к началу нового цикла. Это движение способствует выведению в выпускную систему, а затем в окружающую среду, отработанных газов.

Схема работы двигателя внутреннего сгорания, как уже говорилось выше, основана на цикличности. Рассмотрев детально, как работает поршневой двигатель, можно резюмировать, что КПД такого механизма не более 60%. Обусловлен такой процент тем, что в отдельно взятый момент рабочий такт выполняется лишь в одном цилиндре.

Не вся энергия, полученная в это время, направлена на движение автомобиля. Часть её расходуется на поддержание в движении маховика, который по инерции обеспечивает работу автомобиля во время трех других тактов.

Некоторое количество тепловой энергии невольно тратится на нагревание корпуса и отработанных газов. Вот почему мощность двигателя автомобиля определяется количеством цилиндров, и как следствие, так называемым объемом двигателя, рассчитанным по определенной формуле как суммарный объем всех рабочих цилиндров.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector