Строительное энергосбережение
Принцип Работы Двигателя Внутреннего Сгорания Картинки
Опубликовано: 28.08.2018
принцип работы двигателя внутреннего сгорания картинкиУстройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. Давайте подробнее рассмотрим устройство ДВС.
В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.
Обычно в автомобилях устанавливают четырехтактные ДВС . Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового двигателя внутреннего сгорания, предлагаем вам взглянуть на рисунок ниже:
Устройство двигателя внутреннего сгорания
Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый – впуск ), сжимается (такт второй – сжатие ) и воспламеняется от искры свечи зажигания. При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, заставляющее поршень двигаться вниз к так называемой нижней мертвой точке ( НМТ ), совершая при этом такт третий – рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение коленчатый вал. Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке ( ВМТ ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля – это четвертый такт ( выпуск ) работы двигателя внутреннего сгорания.
Давайте еще раз закрепим определения, а затем посмотрим это видео :
Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом. в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.
Такт первый - ВПУСК. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом возникает разряжение и полость цилиндра ДВС заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Смесь, попадая в камеру сгорания, смешивается с остатками отработавших газов. В конце впуска давление в цилиндре составляет 0,07–0,095 МПа, а температура 80-120 ºС. Такт второй – СЖАТИЕ. Поршень движется к ВМТ, оба клапана закрыты, рабочая смесь в цилиндре сжимается, а сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300-400 ºС). Такт третий – РАСШИРЕНИЕ. При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура (до 2500 градусов по Цельсию). Под давлением поршень перемещается к НМТ. Давление равно 4–6 МПа. Такт четвертый – ВЫПУСК. Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выпускной трубопровод, а затем в окружающую среду. Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа, температура 600-900 ºС.И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором очень хорошо показан принцип работы ДВС.
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Шумоизоляция авто своими руками
Повышенный расход топлива. Как сэкономить?
Как утеплить капот автомобиля?
Построение музыки в авто для начинающих
Как защитить машину от угона?
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаще всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ) .
Первый такт - такт впуска
Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.
Второй такт - такт сжатия
Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.
Третий такт - рабочий ход
Третий такт – рабочий. начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.
Четвертый такт - такт выпуска
Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.
Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания
Cуществует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60. 70%.
Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:
Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется 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. Поршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор, принцип работы которого описан в статье: Устройство и принцип работы вариатора .
Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.
Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.
Такт сжатия.
1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 2, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.3, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.
Когда поршень дойдет до выпускного окна (1 на рис. 4), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Далее цикл повторяется.
Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением. С ним двигатель развивает больше мощности.
Наглядно просмотреть работу двухтактного ДВС можно на этом флеш-ролике:
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания, начнем с четырехтактного одноцилиндрового бензинового двигателя.
На картинке а изображен первый такт ВПУСК. Поршень, перемещаясь вниз из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку, за счет разрежения создаваемого в цилиндре втягивает воздух или рабочую смесь (если двигатель карбюраторный). При этом впускной клапан открыт выпускной закрыт. Как только поршень достигает нижней мертвой точки, закрывается впускной клапан и начинается движение поршня вверх.
На картинке б изображен второй такт СЖАТИЕ. Поршень, перемещаясь вверх, сжимает воздух (или рабочую смесь) так как оба клапана закрыты воздух в цилиндре нагревается. В конце такта сжатия в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо в мелкораспыленном состоянии (или подается электрическая искра для бензиновых и газовых двигателей).
На картинке в изображен третий такт РАСШИРЕНИЕ или рабочий ход. Частицы топлива, соприкасаясь с нагретым воздухом, самовоспламеняются (дизельный двигатель) или происходит воспламенение от искры (бензиновый или газовый двигатель). Поршень перемещается вниз под действием давления расширяющихся газов. Во время рабочего хода оба клапана закрыты, поршень передает усилие через шатун на кривошипно-шатунный механизм. Как только поршень достигает нижней мертвой точки начинается четвертый такт выпуск.
На картинке г изображен четвертый такт ВЫПУСК. Выпускной клапан открывается поршень, двигаясь вверх выталкивает отработавшие газы в систему выпуска. После того как поршень достигнет верхней мертвой точки, выпускной клапан закрывается, а впускной в свою очередь открывается и цикл повторяется вновь.
Существуют так же двухтактные бензиновые двигатели, давайте рассмотрим их устройство и принцип их работы.
Устройство двигателя:
Теперь рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя.
ПЕРВЫЙ ТАКТ на изображении а. При движении вверх поршень 5 перекрывает сначала впускное окно 2, затем выпускное окно 1 рабочая смесь в цилиндре сжимается, как только поршень достигает верхней мертвой точки образуется искра в свече, рабочая смесь при этом воспламеняется как изображено на изображении б, на этом первый такт закончен.
ВТОРОЙ ТАКТ изображение в. В результате воспламенения происходит расширение газов по другому рабочий ход, в следствии чего давление на поршень возрастает, поршень начинает двигаться вниз. Как только поршень выпускное окно 1 отработавшие газы выдавливаются в выхлопную систему рабочей смесью через продувочный канал 4, причем часть рабочей смеси также выходит из цилиндра через выпускное окно. Далее поршень начинает движение вверх в кривошипной камере создается разрешение как только поршень впускное окно 2 в кривошипную камеру поступает рабочая смесь. Далее цикл повторяется.
Как видно из рисунков у четырехтактного одноцилиндрового двигателя один оборот является холостым, у двухтактного же двигателя каждый оборот завершается рабочим ходом. Двухтактный одноцилиндровый двигатель работает более равномерно по сравнению с одноцилиндровым четырехтактным двигателем. Двухтактный двигатель значительно легче и проще четырехтактного. При этом двухтактные двигатели менее экономичны, чем четырехтактные. При продувке часть рабочей смеси выходит в выпускные окна. Двухтактные двигатели так же менее экологичны, чем четырехтактные. Основное распространение двухтактные двигатели получили в механизмах, чей вес и габариты имеют важнейшее значение: ручной инструмент, легкие мотоциклы и мопеды, небольшие моторные лодки.
Существуют также и многоцилиндровые двигатели внутреннего сгорания 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, цилиндровые двигатели, двухтактные двигатели, как правило, более 2 цилиндров не имеют. Многоцилиндровые двигатели могут быть однорядными или двухрядными V – образными, встречаются так же оппозитные двигатели, например двигатели Порше и Субару, бывают и трехрядные двигатели W – образные, их применяют на автомобилях марки Ауди, Бугатти, и фольксваген. Рядные двигатели более 6 цилиндров, как правило, не имеют. Рядные двигатели более 6 цилиндров, как правило, не имеют. V – образные двигатели более легкие и компактные по сравнению с рядными. Чем большее количество цилиндров имеет двигатель, тем чаще будет происходить такт РАСШИРЕНИЕ (рабочий ход), и тем соответственно больше мощность и равномернее вращение коленчатого вала. Следовательно, требуется меньший вес маховика.
Рассмотрим принцип работы однорядного четырехцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Любой многоцилиндровый двигатель имеет определенный порядок работы (очередность рабочих циклов) цилиндров. Двигатели Российского производства имеют следующий порядок работы 1-3-4-2. Конструктивно четырехцилиндровый двигатель выполнен следующим образом: 1, 2, 3, 4 – цилиндры 5 – маховик 6 – кривошип (колено) 7 – коленчатый вал. Колена расположены в одной плоскости и направлены в разные стороны, когда 1 и 4 поршень движутся вниз 1 и 3 движутся вверх. Такая конструкция сделана для более равномерной работы двигателя.
Источники: http://unit-car.com/ustroystvo/24-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya.html, http://amastercar.ru/articles/engine_car_19.shtml, http://autoustroistvo.ru/dvigatel-dvs/rabota-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya-takti-dvigatelya/, http://www.motosvit.com/LikBes/dvigatel.htm, http://ya-avtolubitel.ru/ustroystvo-dvigatelya-avtomobilistam/printsip-rabotyi
Комментариев пока нет!
