Um7.ru

Аренда стройтехники
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель внутреннего сгорания: характеристика

Двигатель внутреннего сгорания: характеристика

Любой автомобилист сталкивался с двигателем внутреннего сгорания. Этот элемент установлен на всех старых и современных автомобилях. Конечно, по конструктивным особенностям они могут отличаться друг от друга, но почти все работают на одном принципе — топливо и сжатие.

Статья расскажет все, что необходимо знать о двигателе внутреннего сгорания, характеристиках, конструктивных особенностях, а также поведает о некоторых нюансах эксплуатации и технического обслуживания.

Двигатель внутреннего сгорания

Запуск дизельного двигателя

Пуск «дизеля» в холодном состоянии осуществляется благодаря свечам накаливания. Это нагревательные электроэлементы, интегрированные в каждую из камер сгорания. При включении зажигания свечи накаливания нагреваются до сверхвысоких температур = около 800 градусов. При этом разогревается воздух в камерах сгорания. Весь процесс занимает несколько секунд, а о готовности дизеля к запуску водителя оповещает сигнальный индикатор в панели приборов.

Подача электричества на свечи накаливания снимается автоматически примерно через 20 секунд после запуска. Это необходимо для обеспечения устойчивой работы холодного двигателя.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧЕТЫРЁХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

ЧЕТЫРЁХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПРИНЦИП РАБОТЫ КЛАПАН ПОРШЕНЬ ТОПЛИВО БЕНЗОИНСТРУМЕНТ ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕНТ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНИКА РЕМОНТ ОБСЛУЖИВАНИЕ КУПИТЬ ПРОДАЖА СПБ МОСКВА РОССИЯ

ПЕРВЫЙ ТАКТ — ВПУСК: Поршень идет вниз, клапан впуска открывается, и топливная смесь поступает из карбюратора в цилиндр. Когда поршень достигает
нижнего положения, клапан впуска закрывается.
ВТОРОЙ ТАКТ — СЖАТИЕ: Поршень идет вверх, топливная смесь сжимается. Когда поршень находится в нескольких миллиметрах от верхней мертвой точки
(ВМТ), свеча воспламеняет топливо, сжатое поршнем.
ТРЕТИЙ ТАКТ — РАБОЧИЙ ХОД (РАСШИРЕНИЕ): После воспламенения горючего оно сгорает, горячие газы быстро расширяются, толкая поршень вниз (оба
клапана закрыты).

ЧЕТВЁРТЫЙ ТАКТ — ВЫПУСК: По инерции коленвал продолжает свое вращение (для равномерности вращения на коленвале установлены грузы — щеки
коленвала), поршень идет наверх. Одновременно открывается выпускной клапан, и отработавшие газы выходят в выхлопную трубу. При достижении
поршнем ВМТ, выпускной клапан закрывается.
Далее повторяются все четыре такта.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.
Поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Пoршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, соединение с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

1. Впуск — четырёхтактный двигатель

В процессе впуска поршень четырёхтактного двигателя идёт из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). Одновременно кулачком распредвала открывается впускной клапан, — в цилиндр четырёхтактного двигателя затягивается свежая топливно-воздушная смесь.

Читайте так же:
Подогрев редуктора углекислоты своими руками
2. Сжатие — четырёхтактный двигатель

Пoршень четырёхтактного двигателя поднимается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую топливную смесь. Одновременно и значительно поднимается температура горючей смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия (не путать с компрессией). Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Но, для четырёхтактного двигателя с б́ольшей степенью сжатия требуется топливо с б́ольшим октановым числом, которое дороже.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня) — четырёхтактный двигатель

Незадолго до окончания такта сжатия горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. Во время следования поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси именуется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда пoршень будет находиться в ВМТ. Тогда использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Скороть горения топлива практически не меняется, то есть занимает фиксированное время, следовательно чтобы достичь максимальной производительности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания пропорционально уровню оборотов коленвала. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла используется электронное опережение зажигания.

4. Выпуск — четырёхтактный двигатель

После НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.

Таким образом 1 рабочий цикл 4-х тактного двигателя происходит за 2 оборота коленчатого вала (720° его поворота). Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов.

Цикл МИЛЛЕРА

Ральф Миллер также решил поиграться со степенью сжатия, в 1947 году. То есть он как бы продолжит работу АТКИНСОНА, но взял не его сложный двигатель (с рычагами), а обычный ДВС ОТТО.

Что он предложил. Он не стал делать такт сжатия механически более коротким, чем такт рабочего хода (как предлагал Аткинсон, у него поршень движется быстрее вверх, чем вниз). Он придумал сократить такт сжатия за счет такта впуска, сохраняя движение поршней вверх и вниз одинаковым (классический мотор ОТТО).

Читайте так же:
Токарно револьверный станок с чпу 1в340ф30

Можно было пойти двумя способами:

  • Закрывать впускные клапана раньше окончания такта впуска – такой принцип получил название «Укороченный впуск»
  • Либо закрывать впускные клапана позже такта впуска – этот вариант получил названия «Укороченного сжатия»

В конечном итоге, оба принципа дают одно и тоже – уменьшение степени сжатия, рабочей смеси относительно геометрической! Однако сохраняется степень расширения, то есть такт рабочего хода сохраняется (как в ДВС ОТТО), а такт сжатия как бы сокращается (как в ДВС Аткинсона).

Цикл МИЛЛЕРА

Простыми словами — воздушно-топливная смесь у МИЛЛЕРА сжимается намного меньше, чем должна была сжиматься в таком же моторе у ОТТО. Это позволяет увеличить геометрическую степень сжатия, и соответственно физическую степень расширения. Намного большую, чем обусловлено детонационными свойствами топлива (то есть бензин нельзя сжимать бесконечно, начнется детонация)! Таким образом, когда топливо воспламеняется в ВМТ (верней мертвой точке), оно имеет намного большую степень расширения чем у конструкции ОТТО. Это дает намного больше использовать энергию расширяющихся в цилиндре газов, что и повышает тепловую эффективность конструкции, что влечет высокую экономию, эластичность и т.д.

Стоит также учитывать, что на такте сжатия уменьшаются насосные потери, то есть сжимать топливо у МИЛЛЕРА легче, требуется меньше энергии.

Отрицательные стороны – это уменьшение пиковой выходной мощности (особенно на высоких оборотах) из-за худшего наполнения цилиндров. Чтобы снять такую же мощность как у ОТТО (при высоких оборотах), мотор нужно было строить больше (объемнее цилиндры) и массивнее.

На современных моторах

Классификация ДВС

В ходе эволюции таких двигателей они разделились на несколько типов:

Поршневые ДВС

Для этих моторов свойственно расположение рабочей камеры в цилиндрах и преобразование тепловой энергии в работу с помощью механизма из кривошипов и шатуна. Этот механизм передаёт двигательную энергию на коленвал.

Существует деление поршневых двигателей:

  • на карбюраторные (с формированием смеси воздуха с топливом внутри карбюратора, дальнейшим впрыскиванием внутрь цилиндра и воспламенении в нём от искры, создаваемой свечой зажигания):
  • инжекторные, с подачей смеси непосредственно в коллектор впуска посредством форсунки под контролем управляющего блока на электронике, и тоже воспламенением от свечи:
  • дизельные, где смесь воздуха и топлива воспламеняется при отсутствии свечи, от сжимания воздуха, нагревающегося от давления и температуры, которая превышает температуру горения, тогда как впрыск топлива внутрь цилиндров происходит посредством форсунок.
Читайте так же:
Токарный станок 1п611 продам

Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневые ДВС

Роторно — поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

В таких двигателях тепловая энергия преобразуется в работу путём вращения ротора, который имеет специальные профиль и форму. Его вращают выхлопные газы.

Газотурбинные ДВС

Газотурбинные ДВС

https://www.drom.ru/

Эти моторы отличаются тем, что тепловая энергия в них трансформируется в работу через роторное вращение. При этом имеет специальные лопатки клиновидной формы. Именно он движет турбинный вал.

Самые надёжные, неприхотливые и экономичные в вопросах расходования горючего и потребности в постоянном техническом обслуживании, — моторы поршневого типа.

По предназначению

  • главные ДВС (к ним относятся, в частности, агрегаты в тракторах, машинах, а также самоходные шасси)
  • ДВС вспомогательного назначения (служащие пусковыми устройствами для главных двигателей — дизелей).

По принципу функционирования

ДВС бывают дизельными и карбюраторными.

Карбюраторные двигатели. Топливно-воздушная смесь в них образуется в карбюраторе, которая воспламеняется от энергии электрического разряда.

В дизельных двигателях рабочая смесь получается непосредственно внутри цилиндров. Это называют внутренним смесеобразованием. Воспламенение топливной смеси происходит от высокой температуры воздуха, находящегося под высоким давлением в рабочей камере цилиндра.

По способу осуществления рабочего цикла

ДВС делятся на четырехтактные и двухтактные.

Для четырехтактных двигателей характерно последовательное чередование тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Это происходит в течение четырех ходов поршня и двух оборотов коленчатого вала.

У двухтактных двигателей весь процесс протекает за два такта. Поэтому рабочий цикл у них протекает за два хода поршня и один оборот коленчатого вала.

По виду применяемого топлива

ДВС разделяются на:

  • работающие на жидком топливе (дизельном, бензине)
  • -работающие на газообразном топливе (генераторный, природный и другие газы).

По числу цилиндров

  • одноцилиндровые (например, П-350)
  • многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шести-, восьми-, двенадцати- и шестнадцати-цилиндровые). Трех-, двенадцати- и шестнадцати-цилиндровые двигатели применяются редко.

По расположению цилиндров

  • рядные или линейные, когда цилиндры расположены в один ряд;
  • двухрядные — V-образные, у которых два ряда цилиндров расположены под углом друг к другу;
  • оппозитные, когда цилиндры одного ряда располагаются напротив (через 180°) второго ряда.

По назначению

По назначению двигатели делятся на:

  • стационарные промышленного назначения —для установок на электростанциях, насосных станциях и т. д.;
  • наземно-транспортные — тепловозные, автомобильные, тракторные, двигатели дорожных и транспортно-погрузочных машин и т. п.;
  • судовые — главные двигатели (реверсивные и нереверсивные), вспомогательные (для привода вспомогательных механизмов судовой силовой установки);
  • авиационные.

Такт впуска.

Такт впуска еще называют тактом всасывания, так как на данном этапе происходит следующее: опускаясь вниз поршень, засасывает в цилиндр топливовоздушную смесь, проходя путь от верхней мертвой точки до нижней (от ВМТ до НМТ). На такте впуска идет затрачивание энергии, так как коленчатый вал в этот момент проворачивается из-за совершающих работу других цилиндров (в которых идет такт рабочего хода) и инерции маховика или из-за вращения стартером. При вращении коленчатого вала поршень начинает перемещаться вниз по цилиндру, в этот момент происходит и вращение распределительного вала, который в свою очередь давит кулачком на толкатель, открывая впускной клапан (выпускной клапан при этом остается закрытым).

Читайте так же:
Тигель своими руками для плавки золота

Если сравнить площадь открываемого клапана с площадью поршня перемещающегося вниз, то она в разы меньше. Поэтому при движении поршня вниз в цилиндре создается разряжение, в которое через открытый впускной клапан засасывается топливовоздушная смесь из впускного коллектора.

1

При движении поршня вниз, между кольцами и цилиндром возникают силы трения, которые в свою очередь препятствуют перемещению поршня вниз. Поршень механически связан с коленвалом через шатун, который в свою очередь испытывает растягивающие нагрузки. Под действием силы трения кольца поджимаются к верхней кромке канавки поршня. На данном такте, нагрузке подвержены следующие кривошипно-шатунные элементы: палец, бобышки поршня, верхняя и нижняя головка шатуна, шатунные болты. Через нижнюю головку шатуна нагрузка передается на шатунный подшипник, если быть точнее, то только на нижний вкладыш, ну и в конце концов на шатунную шейку коленчатого вала того цилиндра в котором в данный момент происходит такт всасывания. Пик нагрузок приходится на момент нахождения поршня в ВМТ и возрастает с увеличением частоты вращения коленвала и разряжения в цилиндре.

Таким образом, на такте впуска двигатель также подвержен нагрузкам, а с ними возможно и возникновение неисправностей и поломок деталей.

При средних нагрузках на двигатель, когда дроссельная заслонка открыта не полностью и при высоких частотах вращения во впускном коллекторе возникает достаточно приличное разряжение, оно может превышать 0.05-0.07 МПа. При таком разрежении достаточно существенные изменения в работу двигателя может внести небольшая негерметичность системы впуска. Так же под действием разряжения во впускной коллектор могут попасть различные посторонние предметы или вода (при проезде автомобиля через брод, при низко расположенном воздухозаборнике), что приведет к гидроудару, а это в свою очередь к серьезной поломке двигателя. Не редко можно встретить такое: автомобиль попадает в ДТП, при лобовом столкновении у него повреждается воздухозаборник с фильтром, двигатель продолжает работать какое-то время, всасывая в цилиндры куски поломанной пластмассы, стекло и т.д. Так что при значительных ДТП, когда сильно пострадала передняя часть автомобиля, после проделанных работ по кузову лучше на всякий случай убедиться в отсутствии посторонних предметов в цилиндрах.

Читайте так же:
Т образный станок для бритья российского производства

Разряжение во впускной системе способствует проникновении масла между стержнем клапана и направляющей втулкой. В многоцилиндровом двигателе при быстром чередовании тактов (на больших оборотах), за дроссельной заслонкой всегда поддерживается разряжение, что говорит о том, что масло может засасываться даже при закрытом клапане. Проникновение масла в цилиндры увеличивает его расход, создавая отложение нагара на тарелке и стержне клапана, постепенно приводя к меньшему проникновению топливовоздушной смеси в цилиндр, и как следствие, к потере мощности двигателя и повышенному расходу.

2

На такте впуска открывается впускной клапан, засасываемая топливовоздушная смесь обтекает тарелку клапана, охлаждая ее при этом. Затем смесь попадает в цилиндр, также охлаждая поршень. При этом в цилиндре создается вихрь, что в свою очередь обеспечивает лучшее перемешивание смеси. Чем выше частота вращения и нагрузка на двигатель, тем интенсивнее идет процесс испарения и сгорания топлива, следовательно, увеличение мощности и крутящего момента.

При движении поршня вниз маслосъемными кольцами происходит съем масла со стенок цилиндра и сброс его в пазы маслосъемной канавки внутрь поршня. Поршневые кольца вместе с поршнем двигаются вниз. Сила трения, а вместе с ней и износ, между кольцами и стенкой цилиндра уменьшаются за счет тонкого слоя масла между ними. Толщина пленки составляет всего лишь несколько микрон. Для лучшего удержания этой пленки на стенке цилиндра, его поверхность не должна быть зеркально гладкой, а должна иметь определенную шероховатость (хон).

Как изменить степень сжатия двигателя

У современных двигателей внутреннего сгорания меняют степень сжатия как в сторону увеличения, так и в строну уменьшения. Если ее необходимо увеличить, то растачивают цилиндры и устанавливают поршни большего диаметра. Еще один достаточно распространенный способ — это уменьшение объема камер сгорания. Для этого там, где головка цилиндров сопрягается с блоком, удаляется слой металла. Эту операцию производят на строгальном или фрезерном станке.

Если по тем или иным причинам нужно снизить степень сжатия двигателя внутреннего сгорания, то проще всего для этого между блоком цилиндров и головкой установить дополнительную прокладку из дюралюминия. Еще один, более сложный способ состоит в том, что на токарном станке с днища поршня удаляется слой металла.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector