что это и как работает. 5 интересных фактов :: Autonews
Двигатель внутреннего сгорания, или сокращённо ДВС, — это «сердце» большинства современных автомобилей. И не только машин, но также мотоциклов, кораблей, тепловозов, самолётов и даже масштабных моделей транспортных средств.
- Что такое ДВС
- Как создавался ДВС
- Устройство ДВС
- Виды
- 5 интересных фактов
adv.rbc.ru
Что такое ДВС
ДВС — это пока основной вид двигателей транспортных средств, тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу. Сжигая горючее во внутренних камерах, двигатель внутреннего сгорания освобождает энергию, а затем преобразует её во вращательное движение. Оно, в свою очередь, раскручивает колёса или лопасти.
Двигатели внутреннего сгорания принято делить на несколько основных типов:
- Поршневой двигатель внутреннего сгорания;
- Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания:
- Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.
Основным типом ДВС является классический поршневой двигатель, поэтому преимущественно речь дальше пойдёт о нём.
Как создавался ДВС
Двигатель внутреннего сгорания стар как мир. История создания этой машины тесно связана с паровыми двигателями, то есть двигателями внешнего сгорания.
Паровые двигатели, применяемые в XVIII веке, были громоздкими и слабыми, с чрезвычайно низким коэффициентом полезного действия. Тепло от сгорания топлива в них использовалось для нагрева жидкости, а та в свою очередь, превращалась в пар и совершала работу. Звучит красиво, а что на деле? По факту практический КПД, то есть эффективность преобразования энергии, обычно составлял от 1 до 8%. Уже тогда было ясно — систему нужно улучшать. Зачем сжигать горючее вне мотора, не лучше ли делать это прямо в нём?
Попытки создания ДВС начались намного раньше, чем вы можете себе представить, — ещё в XVII веке. В 1678 году голландский математик Христиан Гюйгенс создал примитивный ДВС, работающий… на порохе.
Идея получила развитие: экспериментаторы в различных странах шли по схожему пути, но далеко не все из них попали в историю.
Доподлинно известно, что в 1794 году Робертом Стритом был запатентован двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе. Построен первый рабочий прототип. В 1807 году француз Нисефор Ньепс разработал твердотельный ДВС, работающий на порошке пиреолофора. С прототипом лично ознакомился Наполеон Бонапарт. В том же году Франсуа Исаак де Риваз создал поршневой ДВС, работающий на газообразном водороде — этот мотор получил поршневую группу и искровое зажигание.
Первый автомобильный ДВС в привычном понимании был создан в 1885 году Карлом Бенцем — мотор использовался на автомобиле Benz Patent-Motorwagen.
Многие изобретатели приложили руку к сознанию двигателя внутреннего сгорания, но первым коммерчески успешным проектом стало детище французского изобретателя из Бельгии Жана Этьена Ленуара. К 1864 году он продал свыше 1 400 своих двигателей и неплохо на этом нажился.
Первый автомобильный ДВС в привычном понимании был создан в 1885 году Карлом Бенцем — мотор использовался на автомобиле Benz Patent-Motorwagen.
Устройство поршневого ДВС
Традиционный поршневой двигатель внутреннего сгорания — чрезвычайно сложная система. Однако основных деталей у классического ДВС не так уж и много. Без этих элементов работа двигателя внутреннего сгорания невозможна:
- блока цилиндров — механической основы мотора;
- головки блока цилиндров;
- поршней;
- шатунов;
- коленчатого вала;
- распределительного вала с кулачками;
- впускных и выпускных клапанов;
- свечей зажигания*.
* — на самом деле деталей значительно больше, но рассказать о каждой из них в рамках короткой статьи не представляется возможным.
Принципы работы ДВС
Все классические ДВС работают по схожему принципу. В процессе их работы энергия вспышки топлива, то есть тепловая энергия, преобразуется в энергию механическую.
Обычно это происходит следующим образом:
- Когда поршень в цилиндре движется вниз, открывается впускной клапан. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.
- Поршень поднимается, а выпускной клапан закрывается. Поршень сжимает топливовоздушную смесь и доходит до верхней мёртвой точки.
- На свече зажигания возникает искра, топливовоздушная смесь мгновенно сгорает, выделяя большой объём газов. Под их действием поршень устремляется вниз.
- Открывается выпускной клапан и выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.
Четырехтактный двигатель
В четырёхтактном моторе происходит четыре непрерывных последовательных стадии:
- Впуск (наполнение цилиндра смесью).
- Сжатие.
- Рабочий ход или сгорание.
- Выпуск отработавших газов.
Двухтактный двигатель
Но бывают и иные моторы — двухтактные. Они работают немного по-другому и применяются, как правило, на мототехнике и бензиновых инструментах вроде бензопил.
Что происходит в них?
- Когда поршень движется снизу-вверх, в камеру сгорания поступает топливо. Сжатая поршнем топливовоздушная смесь поджигается искрой.
- Смесь загорается и поршень устремляется вниз. Открывается доступ к выпускному коллектору и из цилиндра выходят продукты сгорания.
Разница в том, что тактов всего два: на первом одновременно происходит впуск и сжатие, а на втором — опускание поршня и выпуск продуктов сгорания из коллектора.
Какие ещё бывают ДВС
Помимо поршневых двигателей внутреннего сгорания создано немало иных разновидностей ДВС — роторные, газотурбинные, реактивные, турбореактивные и бесчисленное множество их модификаций. Чем они отличаются?
- Газотурбинные ДВС
Если в традиционных поршневых ДВС работа расширения газообразных продуктов сгорания преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, то в газотурбинных работа расширения продуктов сгорания воспринимается рабочими лопатками ротора, а в реактивных используется реактивное давление, возникающее при истечении продуктов сгорания из сопла.
Все эти типы ДВС объединяет одно — во время работы они внутри себя сжигают топливо.
- Роторные ДВС
Крайне необычные моторы, которые можно встретить даже на серийных машинах. Первый роторно-поршневой мотор был создан немецким инженером Феликсом Ванкелем в 1957 году. Этот ДВС внешне совершенно не похож ни на один традиционный поршневой мотор.
Двигатель Ванкеля состоит из корпуса, камеры сгорания, впускного и выпускного окон, неподвижной шестерни, зубчатого колеса, ротора, вала и свечи зажигания. Ротор на эксцентриковом валу приводится в действие силой давления газов в результате сгорания топливовоздушной смеси. Он вращается относительно статора посредством шестерён. Когда ротор совершает эксцентричные круговые движения, его грани соприкасаются с внутренней поверхностью камеры сгорания. Таким образом создаются три изолированные камеры, в которых попеременно сжигается топливо. Вращающийся ротор передаёт крутящий момент на трансмиссию.
Человечество создало немало невероятных и по-настоящему уникальных моторов.
Вот 10 самых совершенных из них:
👉 Железные мускулы. 10 лучших двигателей в истории
5 интересных фактов о ДВС
ДВС может работать на альтернативном топливе
Современные ДВС принято делить на два основных типа по применяемому топливу — бензиновые и дизельные. Однако сама история создания двигателей внутреннего сгорания позволяет понять: сжигать в таких моторах можно многие виды горючего — от различных газов до всевозможных растворителей и спиртов. Главное — испарить их и подмешать воздух в нужных пропорциях.
Наиболее распространённые альтернативы бензину и дизелю — пропан-бутан и метан, но можно использовать даже «гремучую смесь» — водород с кислородом. И это далеко не всё: почти любая современная машина с ДВС способна ездить на смеси бензина с этанолом или на чистом этаноле, то есть спирте, получаемом экологически чистым путём. Поедет бензиновый автомобиль и на различных растворителях. К примеру, запустить ДВС можно на обычном сольвенте из хозяйственного магазина — с помощью этой жидкости обычно осуществляют чистку топливной системы.
ДВС выживет в космосе и под водой (если очень постараться)
Двигатель внутреннего сгорания можно заставить работать даже в космосе. Всё, что для этого требуется, — обеспечить подачу кислорода для создания топливовоздушной смеси. При соблюдении этого нехитрого условия ДВС может запуститься и работать даже под водой. Для него нет ничего невозможного.
ДВС действительно плох
Несмотря на всю свою технологичность и сложность, по уровню КПД бензиновый ДВС недалеко ушёл от парового мотора. Эффективность этих агрегатов оставляет желать лучшего. Коэффициент полезного действия в среднем варьируется в диапазоне от 20 до 25%.
Иными словами, при сжигании условных 10 литров бензина лишь около трёх литров выполняют полезное действие. Всё остальное горючее тратится на тепловые и механические потери. С этой точки зрения дизельные движки намного круче: их КПД достигает 40%. Но и их век уже прошёл.
Отказ от ДВС неизбежен
Одну из причин грядущего отказа от двигателей внутреннего сгорания мы уже раскрыли — это низкий КПД.
Но есть и ещё один немаловажный момент — влияние на экологию. Поскольку почти все ДВС работают на невозобновляемых ресурсах (бензине, дизеле, нефтяном газе), отказ от них жизненно необходим.
По данным специалистов, мировой запас нефти составляет 1,726 трлн баррелей, которых хватит при нынешнем уровне потребления немногим более чем на 50 лет. Из нефти делают не только топливо. Она — основа синтетических каучуков, пластиков, еды, тканей, шампуней и даже аспирина. Всего того, без чего жизнь человека уже практически невозможна.
Что такое ДВС в автомобиле, расшифровка кратко
Что такое ДВС в автомобиле, расшифровка кратко
По дорогам мира перемещаются миллионы автомобилей, автобусов и грузовиков. Такое развитие транспорта было бы невозможным без ДВС – главной движущей силы всех современных машин. Расшифровка аббревиатуры ДВС несложная – двигатель внутреннего сгорания.
Что такое ДВС в автомобиле, что в нем горит и почему внутри – поясняем кратко.
Паровой котел – это двигатель внешнего сгорания: дрова, уголь или мазут горят, подогревая воду, которая превращается в пар, который толкает поршни. Получается длинный и неэффективный цикл. Принципиальное отличие ДВС в том, что топливо сгорает внутри цилиндров, передавая энергию непосредственно поршням и валу, эффективность преобразования существенно выше. Кроме этого ДВС занимают немного места, мало весят, экономичны, работают на разнообразных видах топлива.
Краткое содержание статьи
1.Типы ДВС;
2. Как устроен ДВС автомобиля;
3. Как работает ДВС, описание, анимация;
4. Ремонт ДВС, стоимость.
1. Типы ДВС, бензин и дизель
По принципу воспламенения топлива двигатели делятся на несколько типов: искровые и дизельные. В первых топливо воспламеняется от искры, в цилиндрах вторых дизель зажигается от сжатия топливной смести. Бензиновые моторы имеют меньший КПД, по этому дизельные моторы экономичнее.
Дизельные моторы дороже в обслуживание и ремонте, так как сложнее в устройстве.
2. Как устроен ДВС автомобиля
Приведем на примере современного двигателя внутреннего сгорания, опишем как устроен ДВС автомобиля.
ДВС состоит из следующих модулей:
- Система подачи топлива;
- Головка блока цилиндров;
- Блок цилиндров с поршневой группой;
- Газораспределительный механизм;
- Коленчатый вал.
3. Как работает ДВС, описание и анимация
Главный принцип работы ДВС – расширение объема газов в замкнутом пространстве цилиндра от тепла, возникающего в результате сгорания топлива.
Чтобы двигатель работал непрерывно, реализуется цикл, состоящий из:
- Поступления топливной смеси в цилиндр, Поджога и сгорания смеси;
- Рабочего хода поршня;
- Выпуска газов.
Импульс, полученный от сгоревшего топлива, толкает поршень, коленчатый вал поворачивается.
Так энергия преобразуется в движение. Выше мы описали как работает ДВС, прикрепляем анимацию.
4. Ремонт ДВС в автомобиле, стоимость
Из чего состоит, и что такое ДВС в автомобиле мы разобрались, теперь немного расскажем о ремонте ДВС. Так как ДВС является сложным инженерным устройство и состоит из множества систем, которые должны слаженно работать, выход из строя или обшивка одной системы двигателя ведет к неровной работе системы в целом или к полной остановке мотора — поломке. Например, вышла из строя форсунка распыления топливной смеси в одном цилиндре, следовательно, в одном цилиндре нет детонации и что происходит с мотором в целом?
Мотор или как его еще называют ДВС, теряет мощность, и, если мотор 4 цилиндровый будет работать с рывками и провалами. С большой вероятностью будет давать сильную вибрацию на кузов, из-за ассиметричного зажигания. На помощь приходит диагностика и ремонт ДВС, автомобиль подключают к компьютеру и считывают ошибки по работе мотора.
По набору ошибок, мастера поймут в чем причина поломки и поменяют форсунку.
Стоимость ремонта ДВС в автомобиле варьируется от модификации самого мотора и вида неисправности. Бывает, такое, что сама машины дешевая, а ремонт мотора дорогой, из-за неудобного расположения различных узлов. Бывает наоборот. Лучше всего не запускать проблемы по ДВС до ремонта. Нужно вовремя вменять масло, фильтры. Ели появляется как-либо проблема, нужно сразу вытиснять в чем причина и решать вопрос, пока мелкая проблема не переросла в полномасштабный ремонт.
- Cальники клапанов
- Болт ГБЦ
- Воздушный патрубок
- Гидрокомпенсаторы
- Клапан впускной
- Клапан выпускной
- Комплект поршневых колец
- Коренной вкладыш
- Коромысло
- Крышка масло заливной горловины
- Масляный насос
- Масляный поддон
- Направляющая клапана
- Патрубок вентиляции картера
- Подушка двигателя
- Полукольца коленвала
- Поршень
- Пробка поддона
- Распредвал
- Регулировочная шайба клапанов
- Сальник коленвала
- Сальник распредвала
- Сухарь клапана
- Цепь масляного насоса
- Шатунный вкладыш
- Шестерня коленвала
- Шестерня распредвала
- Щуп масляный
Вернуться назад
Двигатель внутреннего сгорания.
Объяснение
Современный двигатель внутреннего сгорания — это технологическое чудо, механическое чудо, для использования которого требуется мало знаний о его работе. Если вы не автолюбитель, вы, вероятно, не слишком много думаете о двигателе своего автомобиля.
Пока что-то не пойдет не так под капотом, конечно. Когда дела идут плохо, проблемы и причины могут сбить с толку многих водителей, для которых такие термины, как «поршень» и «картер» — непонятная номенклатура, а «боксер» напоминает Мухаммеда Али, а не Фердинанда Порше.
Итак, чтобы дать немного ясности о том, что происходит под капотом, мы в Gear Patrol собрали краткое руководство о том, как работает двигатель внутреннего сгорания, и краткое изложение различных типов двигателей внутреннего сгорания, доступных для массового потребителя. автомобили.
Термины, которые следует знать
Карбюратор: Устройство, смешивающее воздух и топливо в надлежащем соотношении для сгорания.
Система механическая, а не электронная, как современные двигатели с впрыском топлива или прямым впрыском; как таковой, он менее эффективен.
Картер: Часть блока цилиндров, в которой находится коленчатый вал. Обычно изготавливается из одного или двух кусков алюминия или чугуна.
Коленчатый вал: Компонент двигателя, соединенный с поршнями и обеспечивающий вращательное движение при сгорании.
Цилиндр: Часть блока цилиндров, в которой находятся поршень и шатун, а также место, где происходит сгорание.
Прямой впрыск: Метод, при котором бензин впрыскивается под давлением в камеру сгорания цилиндра. В отличие от впрыска топлива, когда газ впрыскивается во впускное отверстие цилиндра.
Harmonic Balancer: Также известное как демпфер, круглое устройство из резины и металла, прикрепленное к передней части коленчатого вала для поглощения вибрации и уменьшения износа коленчатого вала.
Он уменьшает гармоники двигателя, возникающие при движении нескольких цилиндров вдоль коленчатого вала.
Поршень: Компонент, размещенный внутри стенок цилиндра и закрепленный поршневыми кольцами. Он движется вверх и вниз во время четырехтактного процесса сгорания, создавая силу при взрыве топлива, и воздух перемещает его.
Rev Matching: Технология в автомобилях с механической коробкой передач, в которой используются датчики на педали сцепления, переключении передач и трансмиссии, отправляющие сигналы в электронный блок управления, которые сообщают ему о необходимости автоматически увеличивать обороты двигателя, если число оборотов в минуту падает слишком низко. Согласование оборотов также происходит во время понижения передачи, повышая обороты, чтобы соответствовать более низкой передаче. Это снижает износ двигателя и делает процесс переключения более плавным.
Вибрация при кручении: Вибрация, возникающая из-за вращения валов внутри автомобиля.
Двигатель внутреннего сгорания
Как только вы снимаете защитную пластиковую крышку двигателя, которая есть в большинстве новых автомобилей, обнажается сердце автомобиля: двигатель, окруженный радиатором, резервуарами для жидкости, воздушной камерой и аккумулятором. Какими бы сложными ни были двигатели — отчасти благодаря таким функциям, как непосредственный впрыск, согласование оборотов и т. д. — в большинстве автомобилей используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования топлива в кинетическую энергию. В двух словах, ваш двигатель 1. всасывает воздух и топливо, 2. сжимает его, 3. воспламеняет его, толкая поршни вниз и создавая механическую силу, которая приводит в движение автомобиль, а 4. выталкивает воздух, чтобы освободить место для следующий раунд цикла.
Хотя фактический процесс значительно сложнее, четыре этапа можно в основном суммировать следующим образом:
Такт впуска: Воздух и топливо всасываются в цилиндр по мере движения поршня вниз.
Такт сжатия: Воздух, подаваемый в двигатель, и топливо сжимаются, когда цилиндр перемещается в положение хода вверх.
Такт сгорания: Искра от свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, создавая давление. Расширяющаяся смесь толкает поршень вниз.
Такт выпуска: Образующаяся в результате воспламенения и расширения газовая смесь выбрасывается из цилиндра как отходы.
Мощность двигателя сильно различается в зависимости от количества цилиндров, конфигурации двигателя и таких технологий, как турбонаддув и наддув. Лошадиная сила — это не просто добавление цилиндров или рабочего объема; на самом деле, многие из современных высокопроизводительных четырехцилиндровых двигателей могут легко соответствовать или превосходить мощность своих шестицилиндровых собратьев. В наши дни это также игра технологий; соедините бензиновый двигатель меньшего размера с электродвигателем, и вы получите рецепт дополнительного ускорения.
(Пример: BMW i8, который сочетает в себе 1,5-литровый рядный трехцилиндровый двигатель с турбонаддувом и электродвигатель общей мощностью 357 лошадиных сил и 420 фунт-фут крутящего момента.)
Типы двигателей
Современные двигатели внутреннего сгорания прошли долгий путь с 1876 года, когда уроженец Германии Николаус Отто построил первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Сегодня автомобильные инженеры регулярно творят чудеса, извлекая из конструкции максимальную мощность и эффективность. И хотя гибридные и электрические трансмиссии находятся на подъеме, на данный момент двигатели внутреннего сгорания — рядные/прямые, V-образные и оппозитные/плоские, работающие на бензине или дизельном топливе, владеют дорогой.
Рядные/прямые двигатели
Примеры рядных/прямых двигателей
Рядный/рядный-3: BMW i8
Рядный/рядный-четыре: Honda Civic Si
Рядный/рядный-шесть: BMW X90 / X4 In-6 «рядный» или «прямой» двигатель, цилиндры расположены по прямой линии.
Подавляющее большинство четырехцилиндровых автомобилей на дорогах представляют собой рядные четырехцилиндровые двигатели, поэтому в отрасли их обычно называют «четырехцилиндровыми». Рядные четырехцилиндровые двигатели, как правило, используются в автомобилях эконом-класса, поскольку они дешевле в изготовлении и проще в обслуживании — цилиндры расположены вдоль одного коленчатого вала, который приводит в движение поршни.
Рядный/рядный шестицилиндровый двигатель по своей природе сбалансирован благодаря тому факту, что в нем нет вторичных гармоник, создаваемых парами поршней, движущихся под нечетными углами или на разных осях относительно друг друга, что приводит к гораздо меньшей вибрации, чем у рядных четырехцилиндровых двигателей. -цилиндровые двигатели. В настоящее время только BMW и Mercedes-Benz производят рядные/рядные шестицилиндровые двигатели для своих легковых автомобилей, и они имеют звездную репутацию благодаря плавности хода и сбалансированности.
V-образные двигатели
Примеры двигателей V-типа
V-4: Porsche 919 Hybrid Le Mans
V-6: Toyota 4runner
V-8: Dodge Chellenger
V-10: V-8: Dodge Chellenger
V-100014 V-8.
-12: Ferrari 821 Superfast
«V-6» и «V-8» настолько прочно вошли в американский словарь, что некоторые люди могут не знать, что двигатели бывают другого формата. Двигатели V-типа обычно имеют два ряда цилиндров, установленных под углом 90 градусов друг к другу — отсюда и V-образная форма — с каждым рядом, имеющим половину общего количества цилиндров. В результате двигатели V-образного типа короче и занимают меньше места, чем прямые, что позволяет автопроизводителям уменьшить размер моторного отсека и увеличить зоны деформации и пространство для пассажиров. Их также легче установить ниже в автомобиле, что улучшает управляемость.
Если вы считаете себя фанатом автоспорта, вам нравятся V-образные двигатели, поскольку они часто используются в гоночных автомобилях. Жесткая конструкция и прочные материалы, используемые в двигателях V-образного типа, позволяют им выдерживать высокие нагрузки. Это также обеспечивает низкие силы крутильных колебаний, обеспечивая плавность хода при переключении передач и высоких оборотах.
Оппозитный двигатель
Примеры оппозитных двигателей
Четырехцилиндровый оппозитный двигатель: Subaru WRX
Плоский шестицилиндровый двигатель: Porsche 911 Carrera
Термин «боксерский» двигатель происходит от расположения поршней, расположенных горизонтально друг к другу, подобно тому, как два противоборствующих боксера касаются перчаток в начале боя. Поршни в оппозитном / плоском двигателе образуют два ряда — по одному с каждой стороны одного коленчатого вала.
Оппозитный двигатель не просто звучит устрашающе; он обеспечивает более низкий центр тяжести, чем рядные / прямые и V-образные двигатели, улучшая управляемость. (Есть причина, по которой Porsche использует оппозитный двигатель в своих 911, спортивные автомобили 718 Boxster и 718 Cayman.) Однако оппозитные двигатели, как правило, более громоздки и имеют более неудобную форму, что затрудняет их размещение в переднем моторном отсеке.
(Subaru — единственный другой автопроизводитель, который в настоящее время использует оппозитный двигатель — умудряется делать это довольно успешно.)
Дизельные двигатели
Примеры дизельных двигателей
Турбодизель V-6: Ram 1500 EcoDiesel
V- 8 Турбодизель: Ford F-250 Super Duty
Избавьтесь от старого представления о дыме, извергающемся из хриплых 18-колесных транспортных средств; современные дизельные двигатели с чистым сгоранием, используемые в легковых автомобилях, гораздо менее грубы. Сгорание, которое происходит в дизельном двигателе, не требует искры; скорее, высокоэнергетическое дизельное топливо воспламеняется за счет сильного сжатия поршней: воздух сжимается, нагревая его до очень высоких температур; впрыскивается топливо, и смесь воспламеняется.
Хотя дизельные двигатели бывают с разным количеством цилиндров, они отличаются от своих газовых аналогов тем, что используют сжатие, а не искру для воспламенения сжатой топливно-воздушной смеси.
Но дело не только в том, как происходит сгорание, что отличает эти силовые установки: в силу того факта, что для сгорания требуется более высокое давление, дизельный двигатель должен быть сконструирован как танк, чтобы выдерживать такие нагрузки. В результате они, как правило, служат дольше, чем стандартные двигатели внутреннего сгорания. Дизельные двигатели также более эффективны; они извлекают больше энергии из своего топлива, чем из бензина.
И, наконец, дизельные двигатели обладают одним преимуществом, которое любят многие энтузиасты: больший крутящий момент при более низких оборотах двигателя, благодаря чему они чувствуют себя более динамично при трогании с места.
Подробнее Обзоры Gear Patrol
Горячие дубли и подробные обзоры заслуживающих внимания, актуальных и интересных продуктов. Прочитать историю
Как работает двигатель внутреннего сгорания – x-engineer.org
Подавляющее большинство автомобилей (легковых и коммерческих автомобилей), которые продаются сегодня, оснащены двигатели внутреннего сгорания .
В этой статье мы собираемся описать, как работает четырехтактный двигатель внутреннего сгорания .
Двигатель внутреннего сгорания классифицируется как тепловой двигатель . Он называется внутренний , потому что сгорание воздушно-топливной смеси происходит внутри двигателя, в камере сгорания, и часть сгоревших газов является частью нового цикла сгорания.
По сути, двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловая энергия горения воздушно-топливной смеси в механическая энергия . Он называется 4 такта , потому что поршню требуется 4 такта для выполнения полного цикла сгорания. Полное название двигателя легкового автомобиля: 4-тактный поршневой двигатель внутреннего сгорания , сокращенно ДВС (двигатель внутреннего сгорания).
Теперь давайте посмотрим, что является основным компонентом ДВС.
Изображение: Детали двигателя внутреннего сгорания (DOHC) | Legend:
ВМТ – верхняя мертвая точка НМТ – нижняя мертвая точка |
Головка блока цилиндров (8) обычно содержит распредвал(ы), клапаны, тарелки клапанов, возвратные пружины клапанов, свечи зажигания/накаливания и форсунки (для двигателей с непосредственным впрыском).
Через головку блока цилиндров протекает охлаждающая жидкость двигателя.
Внутри блока двигателя (12) мы можем найти поршень, шатун и коленчатый вал. Что касается головки блока цилиндров, через блок цилиндров течет охлаждающая жидкость, помогая контролировать температуру двигателя.
Поршень движется внутри цилиндра от НМТ до ВМТ. камера сгорания — это объем, образующийся между поршнем, головкой блока цилиндров и блоком цилиндров, когда поршень находится вблизи ВМТ.
На рисунке 1 мы можем рассмотреть полный набор механических компонентов ДВС. Некоторые компоненты неподвижны (например, головка блока цилиндров, блок цилиндров), а некоторые из них подвижны. На рисунке ниже мы рассмотрим основные движущиеся части ДВС, которые преобразуют давление газа внутри цилиндра в механическую энергию.
Изображение: движущиеся части двигателя внутреннего сгорания
Легенда:
- ЗАПОЛНЕНИЯ
- Поршень
- Коленчатый вал
- Священный стержень
- впуск
- сжатие
- мощность (расширение)
- выпуск
- для бензинового двигателя: искра образуется
- для дизеля: впрыск топлива
.
ремень или цепь. Положение впускного и выпускного клапанов должно быть точно синхронизировано с положением поршня, чтобы циклы сгорания происходили соответствующим образом.
Полный цикл двигателя 4-тактного ДВС состоит из следующих фаз (тактов):
Такт — это движение поршня между двумя мертвыми центры (нижний и верхний).
Теперь, когда мы знаем, из каких компонентов состоит ДВС, мы можем исследовать, что происходит в каждом такте цикла двигателя. В таблице ниже вы увидите положение поршня в начале каждого хода и подробности о событиях, происходящих в цилиндре.
Такт 1 — ВПУСК
Такт впуска двигателя внутреннего сгорания | В начале такта впуска поршень находится вблизи ВМТ. Впускной клапан открывается, поршень начинает двигаться в сторону НМТ. В цилиндр всасывается воздух (или воздушно-топливная смесь). Этот такт называется ВПУСК, потому что в двигатель подается свежий воздух/смесь. Такт впуска заканчивается, когда поршень находится в НМТ.Во время такта впуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов). |
Ход 2 – СЖАТИЕ
Такт сжатия двигателя внутреннего сгорания | Такт сжатия завершается после того, как поршень впуска находится в НМТ. В такте сжатия оба клапана, впускной и выпускной, закрыты, и поршни перемещаются к ВМТ. Когда оба клапана закрыты, воздух/смесь сжимается, достигая максимального давления, когда поршень находится близко к ВМТ. До достижения поршнем ВМТ (но очень близко к ней), на такте сжатия: На такте сжатия двигатель потребляет энергии (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов), больше, чем такт впуска. |
Ход 3 – МОЩНОСТЬ
Рабочий ход двигателя внутреннего сгорания | Рабочий ход начинается с положения поршня в ВМТ. Оба клапана, впускной и выпускной, все еще закрыты. Сгорание топливовоздушной смеси начинается в конце такта сжатия, что вызывает значительное повышение давления внутри цилиндра. Давление внутри цилиндра толкает поршень вниз, к НМТ. Только во время рабочего такта двигатель вырабатывает энергию. |
Ход 4 — ВЫПУСК
Такт выпуска двигателя внутреннего сгорания | Такт выпуска начинается с поршня в НМТ после завершения рабочего такта. Во время этого хода выпускной клапан открыт. Движение поршня от НМТ к ВМТ выталкивает большую часть выхлопных газов из цилиндра в выхлопные трубы. Во время такта выпуска двигатель потребляет энергию (коленчатый вал вращается за счет инерции компонентов). |
Как видите, для полного сгорания (двигатель) цикла поршень должен совершить 4 хода. Это означает, что один цикл двигателя занимает два полных оборота коленчатого вала (720°).
Единственный ход, создающий крутящий момент (энергию), это рабочий ход , все остальные потребляют энергию.
Прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала через шатун.
Для лучшего понимания мы суммируем начальное положение поршня, положение клапана и энергетический баланс для каждого хода.
| Stroke order | Stroke name | Piston initial position | Intake valve state | Exhaust valve state | Energy balance |
| 1 | Intake | ВМТ | Open | Closed | Consumes |
| 2 | Compression | BDC | Closed | Closed | Consumes |
| 3 | Power | TDC | Closed | Closed | Produces |
| 4 | Выхлоп | BDC | Закрыто | Открыто | Потребление |
На анимации ниже хорошо видно, как работает двигатель внутреннего сгорания.