Что такое ДВС в автомобиле: расшифровка

Главная » Двигатель » Вы читаете статью:

21.01.201927.01.2019 по Евгений

Хотя по нашим дорогам уже можно встретить электрокары, но большинство начинающих водителей еще интересует, что такое ДВС в автомобиле, так именно такими агрегатами оснащено подавляющее число машин. Подробности узнаем далее.

Содержание

• 1 Расшифровка ДВС
• 2 Составные части
• 3 ДВС: что это такое в машине?

Расшифровка ДВС

Под данной аббревиатурой скрывается двигатель внутреннего сгорания. Он может быть установлен не только в транспорте, но и в другой технике, например, газонокосилках, электрогенераторах, бензопилах и др. Подобное оборудование широко использует преимущества аппарата.

Двигатель внутреннего сгорания – это тепловое устройство, внутри которого энергия сгорающей топливной смеси переходит в механическую работу.

Такое устройство изобретено достаточно давно, а со второй половины прошлого века устанавливается на самоходный транспорт. Хотя конструкционно агрегат претерпел с тех пор много изменений, но принцип работы остался практически прежним.

Существует определенная градация таких моторов исходя из количества рабочих циклов:

• двухтактные;
• четырехтактные.

Конструкторы используют деление по методике приготовления топливной смеси:

• карбюраторный;
• инжекторный;
• дизельный.

Первые два типа относятся к разновидностям с внешним топливообразованием, а последний – с внутренним типом топливообразования. Также внутри автомобильных движков энергия преобразовывается по-разному, что привело к возникновению турбинных, реактивных поршневых и комбинированных агрегатов.

Составные части

Автомобилистам, интересующимся своей техникой, желательно знать, из чего состоит ДВС. Современное устройство предполагает большое количество деталей. Они в комплексе влияют на производительность и эффективность работы всей силовой системы. К основным элементам относятся:

• Блок цилиндров. Это базовая деталь установки, так как к ней привязываются остальные части. Внутри большинства цельных блоков обычно располагается 4 цилиндра. Также встречаются 6-ти, 8-ми и 12-ти цилиндровые авто. Реже количество бывает другим.
  Расположение полостей может быть линейным, V-образным и горизонтальным (опозитным).
• Поршень. Внутри каждого из цилиндров компрессия создается поршнем, зафиксированным на шатуне. Он представляет собой полую цилиндрическую деталь из легких сплавов, перемещающуюся соосно.
• Свечи. Если воспламенение не предполагается от сжатия топливной смеси, то для принудительного искрообразования должны стоять свечи. Они своевременно поджигают смесь, чтобы высвобождалась энергия.
• Клапаны. Через них обеспечивается подача топлива и выпуск отработанных газов в выхлопную систему. Таким образом, они бывают впускные и выпускные. Как минимум одна пара задействована для каждого цилиндра.
• Коленчатый вал. На нем крепятся шатуны с поршнями. Отбор мощности проводится от одного из хвостовиков коленвала. Благодаря этому элементу вращательное движение переводится в поступательное.

Так как вся система требует смазки, то снизу силовая установка имеет картер. В нем собирается масло, а за счет принудительной отправки часть его уходит на смазывание обратно.

ДВС: что это такое в машине?

Процессы преобразования энергии в силовой установке происходят множество раз в секунду. Таким образом удается двигать автомобиль, передавая вращение от коленвала посредством трансмиссии на ведущие оси машины.

Более подробно процесс включает несколько этапов. На первой стадии топливовоздушная смесь проникает из впускного клапана в камеру сгорания. Далее ее сжимает поршень до определенного объема. На этой стадии происходит искрообразование от свечи.

Воспламененная смесь при избыточной температуре обладает высоким давлением. За счет него обеспечивается создание усилия на торец поршня, толкая его от верхней точки сжатия вниз. Этот момент называется рабочим ходом. Соответственно шатун давит на коленвал и обеспечивает его вращение.

По инерции поршень снова идет вверх и в это время открываются выпускные клапаны. Из камеры сгорания удаляются продукты сгорания. Далее цикл повторяется снова.

Интересное по теме:

загрузка…

Что такое ДВС в автомобиле?

Двигатель внутреннего сгорания в автомобилях – это самая главная составляющая. Если бы ДВС не был изобретен, тогда бы отрасль автомобилестроения, скорее всего, остановилась бы на колесе и не развилась дальше до современных масштабов. Двигатель сделал настоящую революцию. Давайте поговорим о том, что такое ДВС, о его истории, устройстве и принципе действия.

Первые попытки к созданию агрегата, подобного двигателю внутреннего сгорания, начались в 18 веке. Многие изобретатели со всего мира долго пытались создать механизм, в котором бы энергия от сгорания топлива могла бы превращаться в механическую.

Первый двигатель

Первыми о том, что такое ДВС и как его построить, задумались братья Ньепс из Франции. Они изобрели и собрали устройство, которое назвали «пирэолофор». Топливом в данном моторе выступала угольная пыль, но при всей эффективности данный механизм не получил особого признания в науке и остался только в виде чертежей. «Пирэолофор» имел очень несовершенную конструкцию. Он отличался высокими рабочими температурами и огромным расходом топлива при относительно низкой эффективности. Также этот агрегат потреблял много масла. Но уже тогда данный двигатель устанавливался на первые, еще не совершенные трехколесные машины.

Вторая попытка

В 1864 году Зигфрид Маркус, который занимался различными изобретениями, показал миру первый одноцилиндровый карбюраторный мотор.

Он приводился в действие от энергии сгорания продуктов нефтепереработки. Этот ДВС был способен развивать существенную на тот момент скорость – 10 миль в час.

Двухцилиндровый мотор Брайтона

В 1873 году инженер Джордж Брайтон на основе уже существующих разработок создал двухцилиндровый ДВС. В самом начале мотор функционировал на керосине, а затем его перевели на бензин. Среди недостатков этого аппарата выделяли слишком крупные размеры.

Двигатель Отто

В 1876 году был сделан большой шаг в истории ДВС. Николас Отто сумел создать технически сложный агрегат, который максимально эффективно преобразовывал энергию сгорания нефтепродуктов в механическую энергию. В 1883 году французский инженер Деламар создает мотор, где в качестве топлива мог бы использоваться природный газ. Однако это изобретение также не нашло отклик и существует только на бумаге в виде чертежей.

Громкое имя в истории автомобилестроения

В 1815 году о том, что такое ДВС и как его можно использовать, задумался Готтлиб Даймлер. Он не просто создал эффективный двигатель, а наладил производство прототипа современного агрегата с вертикальным расположением цилиндров и карбюраторным впрыском.

Это первый на тот момент компактный механизм, который затем поспособствовал развитию автомобилестроения.

Общие определения о ДВС

О том, что такое ДВС в машине, знают, наверное, все. Но основная особенность любого механизма внутреннего сгорания в том, что топливная смесь поджигается непосредственно в рабочей камере, а не в каких-нибудь внешних носителях.В процессе работы двигателя выделяется химическая и тепловая энергия, которая преобразуется в механическую. О том, что такое ДВС, рассказывают в школьном курсе физики, а принцип работы основывается на эффекте от теплового расширения газов, образовавшихся в процессе сгорания горючей смеси под давлением в камере сгорания.

Виды ДВС

Можно выделить поршневые ДВС. Они наиболее эффективные. Это подтвердит человек, который имеет навыки обслуживания и ремонта двигателей, – машинист ДВС. Что это такое? Устройство данного мотора следующее: камера сгорания расположена внутри цилиндра, тепловая энергия превращается в механическую при помощи шатунно-поршневого кривошипного механизма, энергия передается коленчатому валу.

Существует несколько видов поршневых двигателей. Сначала отметим карбюраторные ДВС. Здесь топливная смесь приготавливается в карбюраторе, а затем впрыскивается в камеру сгорания от электрической искры. Это хорошая возможность узнать, что такое ДВС в машине. Инжекторный двигатель подает смесь непосредственно во впускной коллектор при помощи специальных форсунок. Все процессы в таком моторе контролируются электроникой. Воспламенение происходит от свечи.

Существуют также и дизельные агрегаты. Тем, кто не знал, что такое ДВС в машине, стоит познакомиться с этим типом мотора подробнее. Здесь топливная смесь поджигается без использования свечей. Воспламеняется она за счет сжатия воздуха, который в результате нагревается до температур, превышающих значения горения смеси. Топливо впрыскивается при помощи специальных форсунок.

Роторно-поршневой двигатель – это довольно интересный агрегат. Что такое ДВС в автомобиле данного типа? Сейчас такое устройство встречается достаточно редко. В этом механизме тепловая энергия от сгорания превращается в механическую при помощи рабочих газов, которые вращают ротор в рабочей камере. Механизм имеет особенную форму, профиль и двигается по «планетарной» траектории непосредственно внутри рабочей камеры. Последняя имеет также особую конфигурацию – «8», а функции ее – ГРМ, поршневая группа и коленчатый вал. Сейчас все знают, что такое ДВС в авто уже практически не используется.

Существуют и газотурбинные двигатели. Здесь энергия превращается в механическую при помощи вращения ротора, который заставляет двигаться вал турбины. В ходе доработок и экспериментов ученые и инженеры со всего мира определили, что самый эффективный, надежный, неприхотливый, а также экономичный в плане горючего и масла – это поршневой ДВС.

Прочие виды двигателей, кроме поршневого, остались далеко в истории. Рассматривая вопрос о том, что такое ДВС в машине, стоит отметить, что роторно-поршневой мотор изготавливает сейчас только концерн Mazda. На Chrysler было собрано несколько газотурбированных моторов, однако это было очень давно, и никто из серьезных автопроизводителей не оценил эти агрегаты. В СССР газотурбированные двигатели использовали на некоторых танках и военных кораблях. Однако затем от технологии и вовсе отказались.

Как устроен ДВС

Для тех, кто не знает, что такое двигатель ДВС, рассмотрим устройство этого механизма. В корпусе мотора объединяются сразу несколько важных узлов. Это блок цилиндров – внутри воспламеняется смесь бензина и воздуха, а затем газы заставляют поршни двигаться. Кривошипно-шатунная группа передает энергию на коленвал.

Механизм ГРМ служит для обеспечения открытия или закрытия впускных и выпускных клапанов в нужный момент. Он нужен для того, чтобы впустить смесь в цилиндры и выпустить отработанные газы. Также ДВС оснащен системой подачи топлива, зажигания смеси и удаления выхлопных газов.

Принцип работы ДВС

Каждый, кто стакивается с автомобилем, обязан знать, что такое двигатель ДВС и как он работает. Когда владелец автомобиля поворачивает ключ в замке зажигания, стартер вращает коленчатый вал. Поршень под действием коленчатого вала приводится в движение. Когда он достигнет своего нижнего положения, то переходит к движению в ВМТ. Затем в камеру сгорания подается смесь горючего и воздуха. Когда поршень движется вверх, смесь сжимается. В момент, когда он достигнет своего верхнего крайнего положения, искра, сгенерированная свечей, подожжет горючую смесь. Происходит взрыв, и выделяющиеся газы с большой силой толкают поршень обратно вниз. В этот момент откроется выпускной клапан. Через него горячие отработанные газы выходят из цилиндра в атмосферу. Когда поршень снова пройдет нижнюю мертвую точку, он вновь отправится в верхнюю. За это время коленвал совершит один оборот.

Когда поршень начнет новое движение, откроется впускной клапан и впустит в цилиндр очередную порцию горючей смеси. Последняя займет собой весь объем отработанных газов. Далее весь описанный процесс начнется заново. Так как работа поршня в этих примитивных двигателях ограничена лишь двумя тактами, то он совершает меньше движений, чем четырехтактных двигатель. Также снижаются потери энергии на трение. Но в процессе работы выделяется много тепла, и такие моторы сильнее греются.

Необходимо использовать масло ДВС. Что это такое? Это специальная маслянистая жидкость, изготовленная из углеводородов, которая снижает трение в поверхностях. В двухтактном моторе поршень также выполняет функцию механизма ГРМ, открывая и закрывания клапаны. Главный недостаток этой системы – неэффективный газообмен в сравнении с четырехтактным агрегатом.

Заключение

Вот что такое ДВС в машине. Это тот механизм, который приводит в движение тяжелый автомобиль. Сегодня это принимается как должное, а ведь в свое время ДВС считался величайшим прорывом.

Как работает автомобильный двигатель

Я никогда не увлекался автомобилями. У меня просто не было никакого интереса копаться под капотом, чтобы понять, как работает моя машина. За исключением замены моих воздушных фильтров или замены масла время от времени, если бы у меня когда-либо возникала проблема с моей машиной, я бы просто отнес ее к механику, и когда он вышел, чтобы объяснить, что случилось, я вежливо кивнул и сделал вид, что будто я знал, о чем он говорил.

Но в последнее время мне не терпелось узнать основы работы автомобилей. Я не планирую становиться полным жирным мартышкой, но я хочу иметь общее представление о том, как все в моей машине на самом деле приводит ее в движение. Как минимум, эти знания позволят мне иметь представление о том, о чем говорит механик, когда я в следующий раз возьму свою машину. Плюс мне кажется, что человек должен уметь понимать основы технологии, которую он использует. ежедневно. Когда дело доходит до этого веб-сайта, я знаю, как работает кодирование и SEO; пришло время мне изучить более конкретные вещи в моем мире, например, что находится под капотом моей машины.

Я полагаю, что есть и другие взрослые мужчины, похожие на меня, — мужчины, которые не разбираются в машинах, но им немного любопытно, как работают их машины. Поэтому я планирую поделиться тем, что я узнаю в ходе собственного исследования и экспериментирую, в периодических сериях, которые мы назовем Gearhead 101. Цель состоит в том, чтобы объяснить самые основы того, как работают различные части автомобиля, и предоставить ресурсы о том, где вы можете это сделать. узнать больше самостоятельно.

Итак, без лишних слов, мы начнем наш первый урок Gearhead 101 с объяснения тонкостей сердца автомобиля: двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания называется «двигателем внутреннего сгорания», потому что топливо и воздух сжигаются внутри двигателя, создавая энергию для перемещения поршней, которые, в свою очередь, приводят в движение автомобиль (мы покажем как это происходит подробно ниже).

Сравните это с двигателем внешнего сгорания, где топливо сжигается вне двигателя, и энергия, создаваемая при этом сгорании, приводит его в действие. Паровые двигатели являются лучшим примером этого. Уголь сжигается вне двигателя, который нагревает воду для производства пара, который затем приводит двигатель в действие.

Большинство людей думают, что в мире механизированного движения паровые двигатели внешнего сгорания появились раньше двигателей внутреннего сгорания. Реальность такова, что двигатель внутреннего сгорания появился первым. (Да, древние греки возились с паровыми двигателями, но ничего практического из их экспериментов не вышло). поршней. На самом деле их двигал не порох. Принцип работы этого раннего двигателя внутреннего сгорания заключался в том, что вы набивали поршень до верхней части цилиндра, а затем воспламеняли порох под поршнем. После взрыва образовался вакуум, который засасывал поршень в цилиндр. Поскольку этот двигатель полагался на изменения давления воздуха для перемещения поршня, его назвали атмосферным двигателем. Это было не очень эффективно. К 17 9В 0026-м -м веке паровые двигатели были многообещающими, поэтому от двигателя внутреннего сгорания отказались.

Только в 1860 году был изобретен надежный работающий двигатель внутреннего сгорания. Бельгийский парень по имени Жан Жозеф Этьен Ленуар запатентовал двигатель, который впрыскивал природный газ в цилиндр, который впоследствии воспламенялся постоянным пламенем возле цилиндра. Он работал аналогично пороховому атмосферному двигателю, но не слишком эффективно.

Основываясь на этой работе, в 1864 году два немецких инженера по имени Николаус Август Отто и Ойген Ланген основали компанию, которая производила двигатели, подобные модели Ленуара. Отто отказался от управления компанией и начал работать над конструкцией двигателя, над которой он играл с 1861 года. Его конструкция привела к тому, что мы теперь знаем как четырехтактный двигатель, и эта базовая конструкция до сих пор используется в автомобилях.

Анатомия автомобильного двигателя

Двигатель V-6

Чуть позже я покажу вам, как работает четырехтактный двигатель, но прежде чем я это сделаю, я подумал, что было бы полезно части двигателя, чтобы у вас было представление о том, что происходит в четырехтактном процессе. В этих объяснениях используется терминология, основанная на других терминах в списке, поэтому не беспокойтесь, если вы сначала запутаетесь. Прочитайте все это, чтобы получить общее представление, а затем прочитайте еще раз, чтобы у вас было общее представление о каждой части, о которой идет речь.

Блок двигателя (блок цилиндров)

Блок двигателя является основой двигателя. Большинство блоков двигателей отливают из алюминиевого сплава, но некоторые производители все же используют железо. Блок двигателя также называют блоком цилиндров из-за большого отверстия или труб, называемых цилиндрами, которые отлиты в единой конструкции. Цилиндр — это место, где поршни двигателя скользят вверх и вниз. Чем больше цилиндров у двигателя, тем он мощнее. Помимо цилиндров в блок встроены другие воздуховоды и проходы, позволяющие маслу и охлаждающей жидкости поступать к различным частям двигателя.

Почему двигатель называется «V6» или «V8»?

Отличный вопрос! Это связано с формой и количеством цилиндров двигателя. В четырехцилиндровых двигателях цилиндры обычно устанавливаются по прямой линии над коленчатым валом. Эта компоновка двигателя называется рядным двигателем .

Еще одна четырехцилиндровая компоновка называется «плоская четверка». Здесь цилиндры расположены горизонтально в два ряда, а коленчатый вал проходит посередине.

Если в двигателе более четырех цилиндров, они делятся на два ряда цилиндров — по три цилиндра (или более) с каждой стороны. Разделение цилиндров на два ряда делает двигатель похожим на букву «V». V-образный двигатель с шестью цилиндрами = двигатель V6. V-образный двигатель с восемью цилиндрами = V8 — по четыре в каждом ряду цилиндров.

Камера сгорания

В камере сгорания двигателя происходит волшебство. Именно здесь топливо, воздух, давление и электричество объединяются, чтобы создать небольшой взрыв, который двигает поршни автомобиля вверх и вниз, тем самым создавая энергию для движения автомобиля. Камера сгорания состоит из цилиндра, поршня и головки цилиндра. Цилиндр действует как стенка камеры сгорания, верхняя часть поршня — как пол камеры сгорания, а головка цилиндра — как потолок камеры сгорания.

Головка блока цилиндров

Головка блока цилиндров представляет собой кусок металла, надетый на цилиндры двигателя. В головке блока цилиндров отлиты небольшие округлые углубления, чтобы создать пространство в верхней части камеры сгорания. Прокладка головки блока цилиндров герметизирует соединение между головкой блока цилиндров и блоком цилиндров. Впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания и топливные форсунки (об этих деталях будет рассказано позже) также крепятся к головке блока цилиндров.

Поршень

Поршни двигаются вверх и вниз по цилиндру. Они похожи на перевернутые банки из-под супа. Когда топливо воспламеняется в камере сгорания, сила толкает поршень вниз, который, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал (см. ниже). Поршень крепится к коленчатому валу через шатун, также известный как шатун. Он соединяется с шатуном через поршневой палец, а шатун соединяется с коленчатым валом через шатунный подшипник.

В верхней части поршня вы найдете три или четыре канавки, отлитые в металле. Внутри канавки 9Ставятся поршневые кольца 0016 . Поршневые кольца — это та часть, которая фактически касается стенок цилиндра. Они сделаны из железа и бывают двух видов: компрессионные кольца и маслосъемные кольца. Компрессионные кольца являются верхними кольцами и давят наружу на стенки цилиндра, обеспечивая прочное уплотнение камеры сгорания. Маслосъемное кольцо — это нижнее кольцо поршня, которое предотвращает просачивание масла из картера в камеру сгорания. Он также смывает излишки масла со стенок цилиндров и обратно в картер.

Коленчатый вал

Коленчатый вал преобразует движение поршней вверх и вниз во вращательное движение, которое позволяет автомобилю двигаться. Коленчатый вал обычно вставляется в блок двигателя по длине в нижней части. Он простирается от одного конца блока цилиндров до другого. В передней части двигателя коленчатый вал соединяется с резиновыми ремнями, которые соединяются с распределительным валом и передают мощность на другие части автомобиля; в задней части двигателя распределительный вал соединяется с трансмиссией, которая передает мощность на колеса. На каждом конце коленчатого вала вы найдете сальники или «уплотнительные кольца», которые предотвращают утечку масла из двигателя.

Коленчатый вал находится в так называемом картере двигателя. Картер расположен под блоком цилиндров. Картер защищает коленчатый вал и шатуны от посторонних предметов. Область в нижней части картера называется масляным поддоном, и именно здесь хранится моторное масло. Внутри масляного поддона вы найдете масляный насос, который прокачивает масло через фильтр, а затем это масло разбрызгивается на коленчатый вал, шатунные подшипники и стенки цилиндра, чтобы обеспечить смазку движения поршня. В конечном итоге масло стекает обратно в масляный поддон только для того, чтобы начать процесс снова

Вдоль коленчатого вала вы найдете балансировочные кулачки, которые действуют как противовесы для балансировки коленчатого вала и предотвращения повреждения двигателя из-за биения, возникающего при вращении коленчатого вала.

Также вдоль коленчатого вала вы найдете коренные подшипники. Коренные подшипники обеспечивают гладкую поверхность между коленчатым валом и блоком цилиндров для вращения коленчатого вала.

Распредвал

Распредвал — это мозг двигателя. Он работает вместе с коленчатым валом через зубчатый ремень, чтобы впускные и выпускные клапаны открывались и закрывались в нужное время для оптимальной работы двигателя. В распределительном валу используются яйцевидные лепестки, которые проходят через него, чтобы контролировать время открытия и закрытия клапанов.

Большинство распределительных валов проходят через верхнюю часть блока цилиндров, непосредственно над коленчатым валом. В рядных двигателях один распределительный вал управляет как впускными, так и выпускными клапанами. На V-образных двигателях используются два раздельных распределительных вала. Один управляет клапанами на одной стороне V, а другой управляет клапанами на противоположной стороне. Некоторые V-образные двигатели (например, тот, что показан на нашем рисунке) даже имеют по два распределительных вала на ряд цилиндров. Один распределительный вал управляет одной стороной клапанов, а другой распределительный вал управляет другой стороной.

Система газораспределения

Как упоминалось выше, распределительный вал и коленчатый вал координируют свое движение с помощью зубчатого ремня или цепи. Цепь ГРМ удерживает коленчатый и распределительный валы в одном и том же положении относительно друг друга в течение всего времени работы двигателя. Если распределительный вал и коленчатый вал по какой-либо причине рассинхронизированы (например, цепь ГРМ пропускает зубчатое колесо), двигатель не будет работать.

Клапанный механизм

Клапанный механизм — это механическая система, установленная на головке блока цилиндров и управляющая работой клапанов. Клапанный механизм состоит из клапанов, коромысла, толкателей и толкателей.

Клапаны

Существует два типа клапанов: впускные клапаны и выпускные клапаны. Впускные клапаны подают смесь воздуха и топлива в камеру сгорания, чтобы создать сгорание для питания двигателя. Выпускные клапаны выпускают выхлопные газы, образующиеся после сгорания, из камеры сгорания.

Автомобили обычно имеют один впускной клапан и один выпускной клапан на цилиндр. Большинство высокопроизводительных автомобилей (Jaguar, Maserati и т. д.) имеют четыре клапана на цилиндр (два впускных и два выпускных). Хоть Honda и не считается «высокоэффективной» маркой, она также использует в своих автомобилях четыре клапана на цилиндр. Есть даже двигатели с тремя клапанами на цилиндр — два впускных, один выпускной. Многоклапанные системы позволяют автомобилю лучше «дышать», что, в свою очередь, улучшает работу двигателя.

Коромысел

Коромысел — это маленькие рычаги, которые касаются выступов или кулачков распределительного вала. Когда лепесток поднимает один конец коромысла, другой конец коромысла давит на шток клапана, открывая клапан, чтобы впустить воздух в камеру сгорания или выпустить выхлопные газы. Это работает как качели.

Толкатели/толкатели

Иногда кулачки распределительного вала непосредственно касаются коромысла (как вы видите в двигателях с верхним расположением распределительного вала), таким образом открывая и закрывая клапан. В двигателях с верхним расположением клапанов кулачки распределительного вала не соприкасаются напрямую с коромыслами, поэтому используются толкатели или толкатели.

Топливные форсунки

Чтобы создать сгорание, необходимое для движения поршней, нам нужно топливо в цилиндрах. До 1980-х годов автомобили использовали карбюраторы для подачи топлива в камеру сгорания. Сегодня все автомобили используют одну из трех систем впрыска топлива: непосредственный впрыск топлива, распределенный впрыск топлива или впрыск топлива через дроссельную заслонку.

При непосредственном впрыске топлива каждый цилиндр получает собственную форсунку, которая впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания в нужный момент для воспламенения.

При распределенном впрыске топлива топливо впрыскивается не непосредственно в цилиндр, а во впускной коллектор сразу за клапаном. Когда клапан открывается, воздух и топливо поступают в камеру сгорания.

Системы впрыска топлива с корпусом дроссельной заслонки работают так же, как карбюраторы, но без карбюратора. Вместо того, чтобы каждый цилиндр имел свою собственную топливную форсунку, есть только одна топливная форсунка, которая идет к корпусу дроссельной заслонки. Топливо смешивается с воздухом в корпусе дроссельной заслонки, а затем распределяется по цилиндрам через впускные клапаны.

Свеча зажигания

Над каждым цилиндром находится свеча зажигания. Когда он искрит, он воспламеняет сжатое топливо и воздух, вызывая мини-взрыв, толкающий поршень вниз.

Четырехтактный цикл

Итак, теперь, когда мы знаем все основные части двигателя, давайте посмотрим на движение, которое на самом деле заставляет нашу машину двигаться: четырехтактный цикл.

На приведенном выше рисунке показан четырехтактный цикл с одним цилиндром. Это происходит и в других цилиндрах. Повторите этот цикл тысячу раз в минуту, и вы получите машину, которая движется.

Ну вот. Основы работы двигателя автомобиля. Загляните сегодня под капот вашего автомобиля и посмотрите, сможете ли вы указать детали, которые мы обсуждали. Если вам нужна дополнительная информация о том, как работает автомобиль, ознакомьтесь с книгой How Cars Work. Это очень помогло мне в моих исследованиях. Автор прекрасно излагает вещи языком, понятным даже новичку.

Теги: Автомобили

ПредыдущийСледующий

Знакомство с двигателем внутреннего сгорания

Движение транспортных средств обычно достигается с помощью двигателей, также известных как первичные двигатели, то есть механических устройств, способных преобразовывать химическую энергию топлива в механическую энергию. Между прочим, английский термин «engine», вероятно, имеет французское происхождение от старофранцузского слова «engin», которое, в свою очередь, считается происходящим от латинского «ingenium» (имеющего тот же корень, что и «ingénieur» или «ingenieur»). инженер»).

Химическая энергия топлива сначала преобразуется в теплоту при сгорании, а затем теплота преобразуется в механическую работу с помощью рабочего тела. Эта рабочая среда может быть жидкостью или газом. Действительно, теплота, образующаяся при сгорании, увеличивает его давление или удельный объем, и благодаря его расширению получается механическая работа.

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) в качестве рабочего тела используются сами продукты сгорания (например, воздух и топливо), тогда как в двигателях внешнего сгорания продукты сгорания передают тепло другому рабочему телу посредством теплообменника. Причем, если в ДВС сгорание происходит внутри цилиндра, то в двигателях внешнего сгорания сгорание происходит в отдельной камере, обычно называемой горелкой.

Поскольку в процессе сгорания ДВС изменяются характеристики рабочего тела, то цикличность можно получить только за счет периодической замены самого рабочего тела, т.е. за счет открытого цикла. Таким образом, термин «цикл» для ДВС относится к рабочему циклу двигателя, который необходимо периодически заменять, а не к термодинамическому циклу рабочей жидкости. Топлива должны иметь характеристики, совместимые с работой ДВС, а значит, продукты их сгорания должны позволять использовать их в качестве рабочих тел (например, при сгорании не должна образовываться зола, как у вас в дымоходе, которая может вызвать заклинивание механизма двигателя).

Двигатель внутреннего сгорания

Поршневые двигатели внутреннего сгорания обычно выбирают для приведения в движение наземных транспортных средств, за некоторыми исключениями (электродвигатели для трамваев, троллейбусов или электромобилей), из-за их благоприятной удельной мощности и относительно низких затрат на производство и обслуживание ( по сравнению с газовыми турбинами например).

В поршневых ДВС движение поршня в цилиндр, закрытый с противоположной стороны головкой цилиндра, вызывает циклическое изменение объема цилиндра. Поршень соединен со штоком, а кривошип с валом, установившееся вращение которого вызывает циклическое движение поршня между двумя крайними положениями: верхней мертвой точкой (ВМТ, ближайшей к головке блока цилиндров) и нижней мертвой точкой (НМТ, наибольшее расстояние от головки блока цилиндров). Эти два положения соответствуют, соответственно, минимальному объему цилиндра (объем клиренса, Vc) и максимальному объему цилиндра (общий объем, Vt). Разница между максимальным и минимальным объемом называется рабочим объемом или объемом цилиндра и называется Vd. И, наконец, соотношение между максимальной и минимальной громкостью называется коэффициентом сжатия (rc).

Классификация ДВС

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на разные категории. Два наиболее важных из них основаны на процессе сгорания (искровое зажигание против воспламенения от сжатия) и на рабочем цикле (2 такта против 4 такта). Дополнительная классификация может быть основана на впуске воздуха (без наддува или с турбонаддувом), системе подачи топлива (непрямой или непосредственный впрыск) и системе охлаждения (с воздушным или водяным охлаждением). В этой статье будут представлены только различия между процессами горения.

Искровое зажигание и воспламенение от сжатия

Искровое зажигание

В двигателях с искровым зажиганием используются топлива с относительно низкой реактивностью, такие как бензин, сжатый природный газ (CNG) или сжиженный нефтяной газ (GPL). Такое топливо смешивается с воздухом для образования горючей однородной воздушно-топливной смеси, а затем сжимается в двигателе до достижения температуры около 700 К (400 ° C) и давления около 20 бар без самовозгорания.

Такое поведение можно объяснить на основе характеристик молекулы топлива: углеводородное топливо, используемое в двигателях с искровым зажиганием (SI), состоит из молекул с короткой цепью, жесткой и компактной структурой (например, Ch5 для CNG или изооктан C8h28 для бензина). ), у которых даже при высоких температурах и давлениях время, необходимое для начала процесса горения, достаточно велико. Однако это понятие не следует путать со способностью жидкого топлива испаряться при комнатной температуре и образовывать горючую смесь в окружающем воздухе. Эта способность выше у бензина и определяет опасность взрыва при наличии источника воспламенения.

Таким образом, в двигателях SI процесс сгорания может быть запущен только (по крайней мере, для классического сгорания) с помощью внешнего источника энергии, такого как электрическая искра. Энергия, добавляемая к смеси электрическим разрядом, невелика (около 10 мДж), но в любом случае необходима для запуска процесса горения.

От первого ядра, подожженного искрой, горение затем распространяется по смеси: слой за слоем фронт пламени проходит через камеру, в основном благодаря конвективному теплообмену между горючими газами и свежей смесью, до последних зон ( называется «торцевым газом») вдали от искры.

Скорость фронта пламени составляет около 20-40 м/с и значительно увеличивается за счет турбулентности внутри смеси (турбулентность увеличивает площадь поверхности между свежим и сгоревшим газом, таким образом увеличивается теплообмен и, следовательно, скорость распространения пламени) . Поскольку интенсивность турбулентности увеличивается с ростом частоты вращения двигателя, а скорость фронта пламени пропорциональна интенсивности турбулентности, скорость фронта пламени будет увеличиваться с увеличением частоты вращения двигателя, тем самым компенсируя сокращение времени, доступного для сгорания. Благодаря этому практически нет ограничений по частоте вращения двигателей SI с точки зрения сгорания (двигатель Формулы 1 может работать до 20 000 оборотов в минуту).

Однако топливно-воздушная смесь при высоких температурах и давлении в течение длительного времени может в конечном итоге подвергнуться самовоспламенению. По этой причине могут возникать аномальные возгорания, когда конечный газ самовоспламеняется до прихода фронта пламени. Это ненормальное сгорание вызывает внезапное повышение давления в цилиндре, за которым следуют волны давления внутри камеры сгорания, которые передаются через конструкцию двигателя в окружающую среду. Это называется «детонацией» и может привести к повреждению поршня и цилиндра из-за термических усталостных напряжений. Во избежание возникновения детонации двигатель SI должен соответствовать ряду ограничений, касающихся максимальной длины пути пламени (что ограничивает максимальный диаметр цилиндра, называемого отверстием, примерно до 100 мм) и максимально допустимой температуры и давления конечного (свежего) газа (что ограничить как степень сжатия, так и давление наддува).

Кроме того, высокие значения скорости пламени могут быть достигнуты только в том случае, если соотношение воздух/топливо достаточно близко к стехиометрическому соотношению: поэтому, когда двигатель СИ должен работать на частичной нагрузке, невозможно уменьшить только топливо при сохранении неизменная воздушная масса в цилиндре. Затем для управления нагрузкой необходимо использовать устройство для уменьшения массового расхода воздуха (часто выбирается впускной дроссель), даже если это приводит к снижению эффективности при частичной нагрузке.

[colored_box Variation=»Moss Green» title=»Что такое стехиометрия?»] Стехиометрия определяется как точка, в которой в смеси потребляется весь кислород и сгорает все топливо. Для бензина массовое соотношение составляет 14,7:1 (14,7 грамма воздуха на 1 грамм топлива). [/colored_box]

Воспламенение от сжатия

При использовании топлива с более высокой реактивностью, например дизельного топлива, его нельзя смешивать с воздухом и затем сжимать в цилиндре, иначе процесс сгорания начнется самопроизвольно во время такта сжатия. Действительно, дизельное топливо представляет собой смесь углеводородов, которую можно представить цетаном С16h44 с длинной прямой молекулой, в которой предварительные реакции процесса окисления протекают достаточно быстро при высоких температурах и давлениях.

Таким образом, дизельное топливо впрыскивается в виде жидкой струи под высоким давлением в уже сжатый воздух непосредственно перед желаемым началом сгорания (в случае классического дизельного сгорания). Небольшие капельки топлива (диаметром около 10 мкм), окруженные горячим сжатым воздухом (около 900 К), быстро испаряются, и процесс горения начинается самопроизвольно с чрезвычайно короткой задержкой воспламенения.

В отличие от двигателей SI, процесс сгорания в дизельном двигателе не может автоматически регулировать свои характеристики в зависимости от времени, доступного для осуществления сгорания, связанного с увеличением частоты вращения двигателя (т. скорость). Поэтому эти двигатели нельзя эксплуатировать при частоте вращения выше 5000 об/мин.

Наконец, в отличие от двигателей SI, для этого типа сгорания нет строгих требований к соотношению воздух/топливо. При частичной нагрузке количество впрыскиваемого топлива уменьшается при сохранении того же количества всасываемого воздуха, без необходимости в дроссельном устройстве и, следовательно, без каких-либо дополнительных потерь.