logo1

logoT

 

Цикл аткинсона описание работы двс


Цикл Аткинсона на практике. Двигатель по циклу Аткинсона

ДВС применяются на автомобилях уже целое столетие. В целом принцип работы их не претерпел серьезных изменений с начала выпуска. Но так как этот двигатель имеет большое количество недостатков, инженеры не перестают изобретать нововведения, чтобы усовершенствовать мотор. Обратимся к тому из них, которое называется цикл Аткинсона. Сегодня можно услышать, что в некоторых машинах он применяется. Но что он собой представляет и как двигатель становится с ним лучше?

Цикл Аткинсона

Николаус Отто, инженер из Германии, предложил в 1876 году цикл, состоящий из:

  • впуска;
  • сжатия;
  • рабочего хода;
  • выпуска.

А десятилетие спустя английский изобретатель Джеймс Аткинсон развил его. Однако, разобравшись в деталях, можно назвать совершенно оригинальным видом цикл Аткинсона.

Двигатели внутреннего сгорания качественно отличаются. Ведь коленчатый вал имеет смещенные точки крепления, благодаря чему потеря энергии при трении сокращена, а степень сжатия увеличена.

Также на нем присутствуют иные газораспределительные фазы. На обычном двигателе поршень закрывается сразу же после прохождения мертвой точки. Иную схему имеет цикл Аткинсона. Здесь такт существенно длиннее, так как клапан закрывается только на половине пути поршня к верхней мертвой точке (где по Отто уже происходит сжатие).

Теоретически цикл Аткинсона эффективнее Отто приблизительно на десять процентов. Однако долго его не применяли на практике из-за того, что он способен функционировать в рабочем режиме лишь при больших оборотах. Дополнительно необходим механический нагнетатель, с которым иногда называют все это «цикл Аткинсона-Миллера». Однако оказывалось, что с ним преимущества рассматриваемой разработки терялись.

Поэтому в легковых автомобилях такой цикл Аткинсона на практике почти не применялся. Но вот в гибридных моделях, наподобие Toyota Prius, производители стали использовать его даже серийно. Это стало возможным благодаря специфической работе этих видов движков: на небольшой скорости автомобиль передвигается за счет электрической тяги и лишь при разгоне переходит на бензиновый агрегат.

Газораспределение

Первый двигатель по циклу Аткинсона имел громоздкий газораспределительный механизм, издающий большой шум. Но когда благодаря открытию американца Чарльза Найта вместо привычных клапанов с приводом стали использовать специальные золотники в форме пары гильз, которые устроили между цилиндром и поршнем, мотор почти перестал шуметь. Однако сложность используемой конструкции обходилась совсем недешево, но в престижных марках машин автовладельцы были готовы платить за такое удобство.

Тем не менее уже в тридцатых годах от такого усовершенствования отказались, потому что двигатели были недолговечными, а расход бензина и масла являлся слишком большим.

Разработки двигателей в этом направлении известны и сегодня — может быть, инженерам удастся избавиться от недостатков модели Чарльза Найта и воспользоваться преимуществами.

Универсальная модель будущего

В настоящее время многими производителями ведутся разработки универсальных двигателей, где будут совмещены и мощность бензиновых агрегатов, и отличная тяга и экономичность дизелей.

В этом отношении уже то, что бензиновые агрегаты, имеющие непосредственный впрыск топлива, достигли высокого показателя сжатия порядка тринадцати-четырнадцати единиц (у дизельных моторов этот уровень является немногим больше семнадцати-девятнадцати), доказывает успешные шаги в этом направлении. Они даже работают так же, как и агрегаты с воспламенением от сжатия. Только рабочая смесь должна искусственно поджигаться свечой.

В экспериментальных моделях сжатие доходит еще выше - до пятнадцати-шестнадцати единиц. Но до самовоспламенения пока уровень не дотягивается. Зато свеча отключается при равномерном движении, благодаря чему двигатель переходит на режим, подобный дизелю, и потребляет мало топлива.

Сгорание регулируется электроникой, вносящей коррективы в зависимости от внешних обстоятельств.

Разработчики уверяют, что такой двигатель является очень экономичным. Однако для серийного производства исследований проводилось недостаточно.

Переменная степень сжатия

Показатель является очень важным. Ведь мощность, коэффициент полезного действия и экономичность напрямую зависят от высокой степени сжатия. Естественно, повышать бесконечно ее нельзя. Поэтому с некоторых пор развитие остановилось. В противном случае появлялся риск детонации, которая могла привести к порче двигателя.

Особенно сильно этот показатель отражается на моторах с наддувом. Ведь нагреваются они сильнее, а поэтому и процент вероятности срабатывания детонации здесь существенно выше. Поэтому степень сжатия иногда приходится снижать, из-за чего, естественно, и падает эффективность мотора.

В идеале степень сжатия должна меняться плавно в зависимости от рабочего режима и нагрузки. Разработок было очень много, но все они слишком сложные и дорогостоящие.

Легендарный Saab

Лучших результатов удалось достигнуть компании Saab, когда она в 2000 году выпустила пятицилиндровый мотор, который при 1,6 литрах объема выдавал порядка двухсот двадцати пяти лошадей. Это достижение и сегодня кажется невероятным.

Двигатель разделен надвое, где части соединены друг с другом шарнирным способом. Снизу расположен коленчатый вал, шатуны и поршни, а наверху - цилиндры с головками. Гидропривод способен наклонять моноблок с цилиндрами и головками, изменяя степень сжатия при включении приводного компрессора. Несмотря на всю эффективность, разработки также пришлось отложить из-за дороговизны конструкции.

Проще и доступнее

Таким образом, можно заключить, что двигатель, работающий по циклу Аткинсона, сыграл значительную роль на пути усовершенствования механизма мотора в будущем. Представляется, что совершенствования, основываясь одно на другом, приведут ДВС, наконец, к оптимальному режиму работы.

Цикл миллера описание работы двс. Цикл отто

В автомобильном строении легковых автомобилей уже более века стандартно используются двигатели внутреннего сгорания . У них есть некоторые минусы, над которыми годами бьются ученые и конструкторы. В результате этих исследований получаются довольно интересные и странные «движки». Об одном из них и пойдет речь в этой статье.

История создания цикла Аткинсона

История создания мотора с циклом Аткинсона корнями уходит в далекую историю. Начнем с того, что первый классический четырехтактный двигатель был изобретен немцем Николаусом Отто в 1876. Цикл такого мотора довольно прост: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Всего через 10 лет после изобретения двигателя Отто, англичанин Джеймс Аткинсон предложил модифицировать немецкий мотор . По сути, двигатель остается четырехтактным. Но Аткинсон немного изменил продолжительность двух из них: первые 2 такта короче, остальные 2 длиннее. Сэр Джеймс реализовал эту схему, с помощью изменения длинны ходов поршней. Но в 1887 году такая модификация двигателя Отто не нашла применения. Несмотря на то, что производительность мотора увеличилась на 10%, сложность механизма не позволяла массово применять цикл Аткинсона для автомобилей.

Но инженеры продолжали работать над циклом сэра Джеймса. Американец Ральф Миллер в 1947 немного усовершенствовал цикл Аткинсона, упростив его. Это позволило применять двигатель в автомобилестроении. Казалось бы, правильнее называть цикл Аткинсона циклом Миллера. Но инженерное сообщество оставило за Аткинсоном право называть мотор по его имени по принципу первооткрывателя. К тому же, с применением новых технологий стало возможным применять более сложный Аткинсоновский цикл, поэтому от цикла Миллера со временем отказались. Например, в новых Тойотах стоит мотор Аткинсона, а не Миллера.

В наше время двигатель, работающий по принципу цикла Аткинсона, ставят на гибриды. Особенно преуспели в этом японцы, которые всегда заботятся об экологичности своих авто. Гибридные Prius от Toyota активно заполняют мировой рынок.

Принцип работы цикла Аткинсона

Как говорилось ранее, цикл Аткинсона повторяет те же такты, что и цикл Отто. Но при использовании одинаковых принципов, Аткинсон создал совершенно новый двигатель.

Мотор сконструирован так, что поршень совершает все четыре такта за один поворот коленвала . Кроме того, такты имеют разную длину: ходы поршня во время сжатия и расширения короче, чем во время впуска и выпуска. То есть, в цикле Отто впускной клапан закрывается почти сразу. В цикле Аткинсона этот клапан закрывается на половине пути к верхней мертвой точке . В обычном ДВС в этот момент уже происходит сжатие.

Двигатель модифицирован особым коленвалом, в котором смещены точки крепления. Благодаря этому, степень сжатия мотора возросла, а потери на трении минимизировались.

Отличие от традиционных двигателей

Напомним, что цикл Аткинсона является четырехтактным (впуск, сжатие, расширение, выброс). Обычный четырехтактный двигатель работает по циклу Отто. Вкратце, напомним его работу. В начале рабочего хода в цилиндре поршень идет вверх, до верхней рабочей точки. Смесь из топлива и воздуха сгорает, газ расширяется, давление на максимуме. Под влиянием этого газа поршень едет вниз, приходит в нижнюю мертвую точку. Рабочий ход окончен, открывается выпускной клапан, через который выходит отработанный газ. В этом месте происходят потери выпуска, т.к. отработанный газ все же имеет остаточное давление, использовать которое невозможно.

Аткинсон уменьшил потерю выпуска. В его двигателе объем камеры сгорания меньше при прежнем рабочем объеме. Это значит, что степень сжатия выше, а ход поршня больше . К тому же, длительность такта сжатия по сравнению с рабочим ходом уменьшается, двигатель работает по циклу с увеличенной степенью расширения (степень сжатия ниже степени расширения). Эти условия позволили уменьшить потерю выпуска, используя энергию отработанных газов.


Вернемся к циклу Отто. При всасывании рабочей смеси дроссельная заслонка закрыта и создает сопротивление на впуске. Происходит это при неполном нажатии на педаль газа. Из-за закрытой заслонки двигатель тратит энергию впустую, создавая насосные потери.

Аткинсон поработал и с тактом впуска. Продлив его, сэр Джеймс добился уменьшения насосных потерь. Для этого поршень доходит до нижней мертвой точки, затем поднимается, оставляя впускной клапан открытым примерно до половины поршневого хода. Часть топливной смеси возвращается во впускной коллектор. В нем повышается давление, что дает возможность приоткрывать дроссельную заслонку на малых и средних оборотах .

Но в серию аткинсоновский мотор не выпускали по причине перебоев в работе. Дело в том, что, в отличие от ДВС, мотор работает только на повышенных оборотах. На холостом ходу он может заглохнуть. Но эта проблема решилась в производстве гибридов. На малых скоростях такие машины едут на электоротяге, а на бензиновый движок переходят только в случае разгона или при нагрузках. Подобная модель как убирает недостатки двигателя Аткинсона, так и подчеркивает его достоинства перед другими ДВС.

Преимущества и недостатки цикла Аткинсона

Двигатель Аткинсона имеет несколько преимуществ , выделяющих его перед остальными ДВС: 1. Снижение топливных потерь. Как говорилось ранее, благодаря изменению длительности тактов, стало возможным сохранять топливо, используя отработанные газы и снижая насосные потери. 2. Маленькая вероятность детонационного сгорания. Степень сжатия топлива уменьшается с 10 до 8. Это позволяет не повышать обороты мотора переключением на пониженную передачу в связи с увеличением нагрузки. Так же вероятность детонационного сгорания меньше из-за выхода тепла из камеры сгорания во впускной коллектор. 3. Маленький расход бензина. В новых гибридных моделях расход бензина равен 4 литра на 100 км. 4. Экономичность, экологичность, высокий КПД.

Но у двигателя Аткинсона есть один существенный недостаток, который не позволял применять его в массовом производстве машин. Из-за невысоких показателей мощности, на маленьких оборотах двигатель может заглохнуть. Поэтому двигатель Аткинсона очень хорошо прижился на гибридах.

Применение цикла Аткинсона в автомобилестроении


Кстати, о машинах, на которые ставят аткинсоновские двигатели. В массовом выпуске эта модификация ДВС появилась не так давно. Как было сказано ранее, первыми пользователями цикла Аткинсона были японские фирмы и Toyota. Одна из самых известных машин – MazdaXedos 9/Eunos800 , которая выпускалась в 1993-2002 годы.

Затем, ДВС Аткинсона взяли на вооружение производители гибридных моделей. Одной из самых известных компаний, использующих этот мотор, является Toyota , выпускающая Prius, Camry, Highlander Hybrid и Harrier Hybrid . Такие же двигатели используются в Lexus RX400h, GS 450h и LS600h , а "Форд" и "Ниссан" разработали Escape Hybrid и Altima Hybrid .

Стоит сказать, что в автомобилестроении наблюдается мода на экологию. Поэтому гибриды, работающие на цикле Аткинсона, полностью удовлетворяют потребностям клиентов и экологическим нормам. К тому же прогресс не стоит на месте, новые модификации аткинсоновского мотора улучшают его плюсы и уничтожают минусы. Поэтому с уверенностью можно сказать, что двигатель на основе цикла Аткинсона имеет продуктивное будущее и надежду на долгое существование.


[email protected]сайт
сайт
Jan 2016

Приоритеты

Еще со времени появления первого Приуса создавалось впечатление, что Джеймс Аткинсон нравился тойотовцам куда больше, чем Ральф Миллер. И постепенно "цикл Аткинсона" из их пресс-релизов разошелся по всему журналистскому сообществу.

Toyota официально: "A heat cycle engine proposed by James Atkinson (U.K.) in which compression stroke and expansion stroke duration can be set independently. Subsequent improvement by R. H. Miller (U.S.A.) allowed adjustment of intake valve opening/closing timing to enable a practical system (Miller Cycle)."
- Toyota неофициально и анти-научно: "Miller Cycle engine is an Atkinson Cycle engine with a supercharger".
При этом даже в местной инженерной среде "цикл Миллера" существовал еще с незапамятных времен. Как будет правильнее?

В 1882 году британский изобретатель Джеймс Аткинсон (James Atkinson) предложил идею повышения эффективности поршневого двигателя за счет сокращения хода сжатия и увеличения хода расширения рабочего тела. Практически реализовать это предполагалось сложными механизмами привода поршня (два поршня по схеме "боксер", поршень с кривошипно-кулисным механизмом). Построенные варианты двигателей показали рост механических потерь, переусложнение конструкции, и снижение мощности по сравнению с двигателями других конструкций, поэтому распространения не получили. Известные патенты Аткинсона относились именно к конструкциям, без рассмотрения теории термодинамических циклов.

В 1947 году американский инженер Ральф Миллер (Ralph Miller) вернулся к идее идее сокращенного сжатия и продолженного расширения, предложив реализовать ее не за счет кинематики привода поршня, а подбором фаз газораспределения для двигателей с обычным кривошипно-шатунным механизмом. В патенте Миллер рассматривал два варианта организации рабочего процесса - с ранним (EICV) или поздним (LICV) закрытием впускного клапана. Собственно, оба варианта означают снижение фактической (эффективной) степени сжатия по отношению к геометрической. Понимая, что сокращение сжатия приведет к потере мощности двигателя, Миллер изначально ориентировался на наддувные двигатели, в которых потери наполнения будут компенсированы за счет компрессора. Теоретический цикл Миллера для двигателя с искровым зажиганием полностью соответствует теоретическому циклу двигателя Аткинсона.

По большому счету, цикл Миллера/Аткинсона представляет собой не самостоятельный цикл, а разновидность известных термодинамических циклов Отто и Дизеля. Аткинсон является автором абстрактной идеи двигателя с физически разной величиной ходов сжатия и расширения. Реальную организацию рабочих процессов в реальных двигателях, используемую на практике по сей день, предложил именно Ральф Миллер.

Принципы

При работе двигателя по циклу Миллера с сокращенным сжатием, впускной клапан закрывается значительно позднее, чем в цикле Отто, из-за чего часть заряда вытесняется обратно во впускной канал, и собственно процесс сжатия начинается уже на второй половине такта. В результате эффективная степень сжатия оказывается ниже геометрической (которая, в свою очередь, равна степени расширения газов на рабочем ходу). За счет уменьшения насосных потерь и потерь на сжатие обеспечивается увеличение термического КПД двигателя в пределах 5-7% и соответствующая экономия топлива.


Можно еще раз отметить ключевые моменты отличия циклов. 1 и 1" - объем камеры сгорания для двигателя с циклом Миллера меньше, геометрическая степень сжатия и степень расширения выше. 2 и 2" - газы совершают полезную работу на более длинном рабочем ходу, поэтому меньше остаточные потери на выпуске. 3 и 3" - разрежение на впуске меньше за счет меньшего дросселирования и обратного вытеснения предыдущего заряда, поэтому ниже насосные потери. 4 и 4" - закрытие впускного клапана и начало сжатия начинается с середины такта, после обратного вытеснения части заряда.


Разумеется, обратное вытеснение заряда означает падение мощностных показателей двигателя, и для атмосферных двигателей работа по такому циклу имеет смысл только в относительно узком режиме частичных нагрузок. В случае постоянных фаз газораспределения компенсировать это во всем динамическом диапазоне позволяет только применение наддува. На гибридных моделях недостаток тяги в неблагоприятных режимах компенсируется тягой электродвигателя.

Реализация

В классических двигателях Toyota 90-х годов с фиксированными фазами, работающих по циклу Отто, впускной клапан закрывается в 35-45° после НМТ (по углу поворота коленчатого вала), степень сжатия составляет 9.5-10.0. В более современных двигателях с VVT возможный диапазон закрытия впускного клапана расширился до 5-70° после НМТ, степень сжатия выросла до 10.0-11.0.

В двигателях гибридных моделей, работающих только по циклу Миллера, диапазон закрытия впускного клапана приходится на 80-120° ... 60-100° после НМТ. Геометрическая степень сжатия - 13.0-13.5.

К середине 2010-х появились новые двигатели с широким диапазоном изменения фаз газораспределения (VVT-iW), которые могут работать как в обычном цикле, так и по циклу Миллера. У атмосферных версий диапазон закрытия впускного клапана составляет 30-110° после НМТ при геометрической степени сжатия 12.5-12.7, у турбоверсий - соответственно, 10-100° и 10.0.

Цикл Миллера - термодинамический цикл используемый в четырёхтактных двигателях внутреннего сгорания. Цикл Миллера был предложен в 1947 году американским инженером Ральфом Миллером как способ совмещения достоинств двигателя Аткинсона с более простым поршневым механизмом двигателя Отто. Вместо того, чтобы сделать такт сжатия механически более коротким, чем такт рабочего хода (как в классическом двигателе Аткинсона, где поршень движется вверх быстрее, чем вниз), Миллер придумал сократить такт сжатия за счет такта впуска, сохраняя движение поршня вверх и вниз одинаковым по скорости (как в классическом двигателе Отто).

Для этого Миллер предложил два разных подхода: либо закрывать впускной клапан существенно раньше окончания такта впуска (или открывать позже начала этого такта), либо закрывать его существенно позже окончания этого такта. Первый подход у двигателистов носит условное название «укороченного впуска», а второй - «укороченного сжатия». В конечном счете оба этих подхода дают одно и то же: снижение фактической степени сжатия рабочей смеси относительно геометрической, при сохранении неизменной степени расширения (то есть такт рабочего хода остается таким же, как в двигателе Отто, а такт сжатия как бы сокращается - как у Аткинсона, только сокращается не по времени, а по степени сжатия смеси). Рассмотрим более подробно второй подход Миллера - поскольку он несколько более выгоден с точки зрения потерь на сжатие, и поэтому именно он практически реализован в серийных автомобильных моторах Mazda «Miller Cycle» (такой мотор V6 объемом 2.3 литра с механическим нагнетателем довольно давно устанавливается на автомобиль Mazda Xedos-9, а недавно новейший «атмосферный» мотор I4 такого типа объемом 1.3 литра получила модель Mazda-2).

В таком моторе впускной клапан не закрывается с окончанием такта впуска, а остается открытым в течение первой части такта сжатия. Хотя на такте впуска топливо-воздушной смесью был заполнен весь объем цилиндра, часть смеси вытесняется обратно во впускной коллектор через открытый впускной клапан, когда поршень двигается вверх на такте сжатия. Сжатие смеси фактически начинается позже, когда впускной клапан наконец закрывается, и смесь оказывается запертой в цилиндре. Таким образом смесь в двигателе Миллера сжимается меньше, чем должна была бы сжиматься в двигателе Отто такой же механической геометрии. Это позволяет увеличить геометрическую степень сжатия (и, соответственно, степень расширения!) выше пределов, обусловленных детонационными свойствами топлива - приведя фактическое сжатие к допустимым значениям за счет вышеописанного «укорочения цикла сжатия». Другими словами, при той же фактической степени сжатия (ограниченной топливом) мотор Миллера имеет значительно большую степень расширения, чем мотор Отто. Это дает возможность более полно использовать энергию расширяющихся в цилиндре газов, что, собственно, и повышает тепловую эффективность мотора, обеспечивает высокую экономичность двигателя и так далее.

Разумеется, обратное вытеснение заряда означает падение мощностных показателей двигателя, и для атмосферных двигателей работа по такому циклу имеет смысл только в относительно узком режиме частичных нагрузок. В случае постоянных фаз газораспределения компенсировать это во всем динамическом диапазоне позволяет только применение наддува. На гибридных моделях недостаток тяги в неблагоприятных режимах компенсируется тягой электродвигателя.

Выгода от повышения тепловой эффективности цикла Миллера относительно цикла Отто сопровождается потерей пиковой выходной мощности для данного размера (и массы) двигателя из-за ухудшения наполнения цилиндра. Так как для получения такой же выходной мощности потребовался бы двигатель Миллера большего размера, чем двигатель Отто, выигрыш от повышения тепловой эффективности цикла будет частично потрачен на увеличившиеся вместе с размерами двигателя механические потери (трение, вибрации и т. д.). Именно поэтому инженеры Mazda построили свой первый серийный мотор с циклом Миллера не атмосферным. Когда они присоединили к двигателю нагнетатель типа Lysholm, им удалось восстановить высокую удельную мощность, почти не теряя эффективности, обеспечиваемой циклом Миллера. Именно это решение обусловило привлекательность мотора Mazda V6 «Miller Cycle», устанавливаемого на Mazda Xedos-9 (Millenia или Eunos-800). Ведь при рабочем объеме 2.3 л он выдает мощность 213 л.с. и крутящий момент 290 Нм, что равноценно характеристикам обычных 3-литровых атмосферных моторов, и в то же время расход топлива для такого мощного мотора на большой машине очень низкий - на трассе 6.3 л/100 км, в городе - 11.8 л/100 км, что соответствует показателям гораздо менее мощных 1.8-литровых двигателей. Дальнейшее развитие технологий позволило инженерам Mazda построить двигатель Miller Cycle с приемлемыми характеристиками удельной мощности уже без использования нагнетателей - новая система последовательного изменения времени открытия клапанов Sequential Valve Timing System, динамически управляя фазами впуска и выпуска, позволяет частично компенсировать свойственное циклу Миллера падение максимальной мощности. Новый мотор будет выпускаться рядным 4-цилиндровым, объемом 1.3 литра, в двух вариантах: мощностью 74 лошадиные силы (118 Нм крутящего момента) и 83 лошадиные силы (121 Нм). При этом расход топлива у этих двигателей снизился по сравнению с обычным мотором такой же мощности на 20 процентов - до четырех с небольшим литров на сто километров пробега. Кроме того, токсичность мотора с «циклом Миллера» на 75 процентов ниже современных экологических требований. Реализация В классических двигателях Toyota 90-х годов с фиксированными фазами, работающих по циклу Отто, впускной клапан закрывается в 35-45° после НМТ (по углу поворота коленчатого вала), степень сжатия составляет 9.5-10.0. В более современных двигателях с VVT возможный диапазон закрытия впускного клапана расширился до 5-70° после НМТ, степень сжатия выросла до 10.0-11.0. В двигателях гибридных моделей, работающих только по циклу Миллера, диапазон закрытия впускного клапана приходится на 80-120° ... 60-100° после НМТ. Геометрическая степень сжатия - 13.0-13.5. К середине 2010-х появились новые двигатели с широким диапазоном изменения фаз газораспределения (VVT-iW), которые могут работать как в обычном цикле, так и по циклу Миллера. У атмосферных версий диапазон закрытия впускного клапана составляет 30-110° после НМТ при геометрической степени сжатия 12.5-12.7, у турбоверсий - соответственно, 10-100° и 10.0.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕ

Honda NR500 8 клапанов на цилиндр с двумя шатунами на цилиндр, очень редкий, очень интересный и довольно дорогой мотоцикл в мире, хондовцы для гонок мудрили и намудрили))) Было выпущенно около 300 штук и сейчас цены...

В 1989-м году Тойота представила на рынок новое семейство двигателей, серию UZ. В линейки появилось сразу три двигателя, отличающихся рабочим объемом цилиндров, 1UZ-FE, 2UZ-FE и 3UZ-FE. Конструктивно они представляют собой V-образную восьмерку с отде...

Слайд 2

Классический ДВС

Классический четырехтактный мотор был изобретен в далеком 1876 году одним немецким инженером по имени Николаус Отто, цикл работы такого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) прост: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Слайд 3

Индикаторная диаграмма цикла Отто и Аткинсона.

  • Слайд 4

    Цикл Аткинсона

    Британский инженер Джеймс Аткинсон еще до войны придумал свой цикл, который немного отличается от цикла Отто - его индикаторная диаграмма отмечена зеленым цветом. В чем же отличие? Во-первых, объем камеры сгорания такого мотора (при том же рабочем объеме) меньше, и соответственно, выше степень сжатия. Поэтому самая верхняя точка на индикаторной диаграмме располагается левее, в области меньшего надпоршневого объема. И степень расширения (то же самое, что и степень сжатия, только наоборот) тоже больше - а значит, мы эффективнее, на большем ходе поршня используем энергию отработавших газов и имеем меньшие потери выпуска (это отражено меньшей ступенькой справа). Дальше все то же самое - идут такты выпуска и впуска.

    Слайд 5

    Теперь, если бы все происходило в соответствии с циклом Отто и впускной клапан закрылся бы в НМТ то кривая сжатия прошла бы вверху, и давление в конце такта оказалось бы чрезмерным - ведь степень сжатия здесь больше! После искры последовала бы не вспышка смеси, а детонационный взрыв - и двигатель, не проработав и часа, почил бывзрыв. Но не таков был британский инженер Джеймс Аткинсон! Он решил продлить фазу впуска - поршень доходит до НМТ и идет вверх, а впускной клапан меж тем остается открытым примерно до половины полного хода поршня. Часть свежей горючей смеси при этом выталкивается обратно во впускной коллектор, что повышает там давление - вернее, уменьшает разрежение. Это позволяет на малых и средних нагрузках больше открывать дроссельную заслонку. Вот почему линия впуска на диаграмме цикла Аткинсона проходит выше, и насосные потери двигателя оказываются ниже, чем в цикле Отто.

    Слайд 6

    Цикл «Аткинсона»

    Так что такт сжатия, когда закрывается впускной клапан, начинается при меньшем надпоршневом объеме, что и иллюстрирует зеленая линия сжатия, начинающаяся с половины нижней горизонтальной линии впуска. Казалось бы, чего проще: сделать повыше степень сжатия, измени профиль впускных кулачков, и дело в шляпе - двигатель с циклом Аткинсона готов! Но дело в том, что для достижения хороших динамических показателей во всем рабочем диапазоне оборотов двигателя надо компенсировать выталкивание горючей смеси во время продленного впускного цикла, применяя наддув, в данном случае - механический нагнетатель. А его привод отбирает у мотора львиную долю той энергии, что удается отыграть на насосных и выпускных потерях. Применение цикла Аткинсона на безнаддувном двигателе гибрида ToyotaPrius стало возможным благодаря тому, что он работает в облегченном режиме.

    Слайд 7

    Цикл «Миллера»

    Цикл Миллера - термодинамический цикл используемый в четырёхтактных ДВС. Цикл Миллера был предложен в 1947 году американским инженером Ральфом Миллером как способ совмещения достоинств двигателя Анткинсона с более простым поршневым механизмом двигателя Отто.

    Слайд 8

    Вместо того, чтобы сделать такт сжатия механически более коротким, чем такт рабочего хода (как в классическом двигателе Аткинсона, где поршень движется вверх быстрее, чем вниз), Миллер придумал сократить такт сжатия за счет такта впуска, сохраняя движение поршня вверх и вниз одинаковым по скорости (как в классическом двигателе Отто).

    Слайд 9

    Для этого Миллер предложил два разных подхода: закрывать впускной клапан существенно раньше окончания такта впуска (или открывать позже начала этого такта), закрывать его существенно позже окончания этого такта.

    Слайд 10

    Первый подход у двигателей носит условное название «укороченного впуска», а второй - «укороченного сжатия». Оба этих подхода дают одно и то же: снижение фактической степени сжатия рабочей смеси относительно геометрической, при сохранении неизменной степени расширения (то есть такт рабочего хода остается таким же, как в двигателе Отто, а такт сжатия как бы сокращается - как у Аткинсона, только сокращается не по времени, а по степени сжатия смеси)

    Слайд 11

    Второй подход «Миллера»

    Такой подход несколько более выгоден с точки зрения потерь на сжатие, и поэтому именно он практически реализован в серийных автомобильных моторах Mazda «MillerCycle». В таком моторе впускной клапан не закрывается с окончанием такта впуска, а остается открытым в течение первой части такта сжатия. Хотя на такте впуска топливно-воздушной смесью был заполнен весь объем цилиндра, часть смеси вытесняется обратно во впускной коллектор через открытый впускной клапан, когда поршень двигается вверх на такте сжатия.

    Слайд 12

    Сжатие смеси фактически начинается позже, когда впускной клапан наконец закрывается, и смесь оказывается запертой в цилиндре. Таким образом смесь в двигателе Миллера сжимается меньше, чем должна была бы сжиматься в двигателе Отто такой же механической геометрии. Это позволяет увеличить геометрическую степень сжатия (и, соответственно, степень расширения!) выше пределов, обуславливаемых детонационными свойствами топлива - приведя фактическое сжатие к допустимым значениям за счет вышеописанного «укорочения цикла сжатия».Слайд 15

    Заключение

    Если внимательно присмотреться к циклу – как Аткинсона, так и Миллера, можно заметить, что в обоих присутствует дополнительный пятый такт. Он имеет свои собственные характеристики и не является, по сути, ни тактом впуска, ни тактом сжатия, а промежуточным самостоятельным тактом между ними. Поэтому двигатели, работающие по принципу Аткинсона или Миллера называют пятитактными.

    Посмотреть все слайды

    Цикл Миллера был предложен в 1947 году американским инженером Ральфом Миллером как способ совмещения достоинств двигателя Аткинсона с более простым поршневым механизмом двигателя Отто . Вместо того, чтобы сделать такт сжатия механически более коротким, чем такт рабочего хода (как в классическом двигателе Аткинсона, где поршень движется вверх быстрее, чем вниз), Миллер придумал сократить такт сжатия за счет такта впуска, сохраняя движение поршня вверх и вниз одинаковым по скорости (как в классическом двигателе Отто).

    Для этого Миллер предложил два разных подхода: либо закрывать впускной клапан существенно раньше окончания такта впуска (или открывать позже начала этого такта), либо закрывать его существенно позже окончания этого такта. Первый подход у двигателистов носит условное название «укороченного впуска», а второй - «укороченного сжатия». В конечном счете оба этих подхода дают одно и то же: снижение фактической степени сжатия рабочей смеси относительно геометрической, при сохранении неизменной степени расширения (то есть такт рабочего хода остается таким же, как в двигателе Отто, а такт сжатия как бы сокращается - как у Аткинсона, только сокращается не по времени, а по степени сжатия смеси).

    Таким образом смесь в двигателе Миллера сжимается меньше, чем должна была бы сжиматься в двигателе Отто такой же механической геометрии. Это позволяет увеличить геометрическую степень сжатия (и, соответственно, степень расширения!) выше пределов, обуславливаемых детонационными свойствами топлива - приведя фактическое сжатие к допустимым значениям за счет вышеописанного «укорочения цикла сжатия». Другими словами, при той же фактической степени сжатия (ограниченной топливом) мотор Миллера имеет значительно большую степень расширения, чем мотор Отто. Это дает возможность более полно использовать энергию расширяющихся в цилиндре газов, что, собственно, и повышает тепловую эффективность мотора, обеспечивает высокую экономичность двигателя и так далее.

    Выгода от повышения тепловой эффективности цикла Миллера относительно цикла Отто сопровождается потерей пиковой выходной мощности для данного размера (и массы) двигателя из-за ухудшения наполнения цилиндра. Так как для получения такой же выходной мощности потребовался бы двигатель Миллера большего размера, чем двигатель Отто, выигрыш от повышения тепловой эффективности цикла будет частично потрачен на увеличившиеся вместе с размерами двигателя механические потери (трение, вибрации и т. д.).

    Компьютерное управление клапанами позволяет менять степень наполнения цилиндра в процессе работы. Это даёт возможность выжать из мотора максимальную мощность, при ухудшении экономических показателей, или добиться лучшей экономичности при уменьшении мощности.

    Аналогичную задачу решает пятитактный двигатель , у которого дополнительное расширение производится в отдельном цилиндре.

  • Из чего состоит двигатель автомобиля и как он работает. Из чего состоит двигатель автомобиля? Описание работы двс

    Все двигатели преобразуют какую-нибудь энергию в работу. Двигатели бывают разные – электрические, гидравлические, тепловые и т.д., в зависимости от того, какой вид энергии они преобразуют в работу. ДВС - двигатель внутреннего сгорания, это тепловой двигатель, в котором в полезную работу преобразуется теплота сгорающего в рабочей камере топлива, внутри двигателя. Также существуют двигателя с внешним сгоранием - это реактивные двигатели самолётов, ракет и т.д. в этих двигателях сгорание внешнее, поэтому они называются двигателями с внешним сгоранием.

    Но простой обыватель чаще сталкивается с двигателем автомобиля и понимают под двигателем именно поршневой двигатель внутреннего сгорания. В поршневом ДВС, сила давления газов, возникающая при сгорании топлива в рабочей камере, воздействует на поршень, который совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре двигателя и передаёт усилие на кривошипно-шатунный механизм, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Но это очень упрощенный взгляд на ДВС. На самом деле, в ДВС сосредоточены сложнейшие физические явления, пониманию которых посвятили себя многие выдающиеся ученые. Чтобы ДВС работал, в его цилиндрах, сменяя друг друга, происходят такие процессы, как подача воздуха, впрыск и распыление топлива, его смешивание с воздухом, воспламенение образовавшейся смеси, распространение пламени, удаление отработавших газов. На каждый процесс отводится несколько тысячных долей секунды. Добавьте к этому процессы, которые протекают в системах ДВС: теплообмен, течение газов и жидкостей, трение и износ, химические процессы нейтрализации отработавших газов, механические и тепловые нагрузки. Это далеко не полный перечень. И каждый из процессов должен быть организован наилучшим образом. Ведь из качества протекающих в ДВС процессов складывается качество двигателя в целом – его мощность, экономичность, шумность, токсичность, надежность, стоимость, вес и размеры.

    Читайте также

    Двигателя внутреннего сгорания бывают разные: , бензиновые, со смешенным питанием, и т.д. и это далеко не полный список! Как видите, вариантов двигателей внутреннего сгорания очень много, но если стоит затронуть классификацию ДВС, то для подробного рассмотрения всего объёма материала понадобится минимум 20-30 страниц - большой объём, не так ли? И это только классификация...

    Принципиальный ДВС автомобиля НИВА

    1 - Щуп для замера уровня масла в картере
    2 - Шатун
    3 - Маслозаборник
    4 - Насос шестеренчатый
    5 - Ведущая шестерня насоса
    6 - Приводной вал НШ
    7 - Подшипник скольжения (вкладыш)
    8 - Вал коленчатый
    9 - Манжета хвостовика коленчатого вала
    10 - Болт для крепления шкива
    11 - Шкив, служит для привода генератора, насоса водяного охлаждения
    12 - Ремень клиноременной передачи
    13 - Ведущая звездочка КШМ
    14 - Звездочка привода НШ
    15 - Генератор
    16 - Лобовая часть ДВС
    17 - Натяжитель цепи
    18 - Вентилятор
    19 - Цепь привода ГРМ
    20 - Клапан впускной
    21 - Клапан выпускной

    22 - Звездочка распределительного вала
    23 - Корпус распределительного вала
    24 - Вал распределительный ГРМ
    25 - Пружина клапана
    26 - Крышка ГРМ
    27 - Крышка заливная
    28 - Толкатель
    29 - Втулка клапан
    30 - Головка блока цилиндров
    31 - Пробка системы охлаждения
    32 - Свеча зажигания
    33 - Прокладка головки блока цилиндров
    34 - Поршень
    35 - Корпус манжеты
    36 - Манжета
    37 - Полукольцо от осаго смещения
    38 - Крышка опоры коленчатого вала
    39 - Маховик
    40 - Блок цилиндров
    41 - Крышка картера сцепления
    42 - Поддон картера

    Ни одна область деятельности несравнима с поршневыми ДВС по масштабам, количеству людей занятых в разработке, производстве и эксплуатации. В развитых странах деятельность четверти самодеятельного населения прямо или косвенно связана с поршневым двигателестроением. Двигателестроение, как исключительно наукоемкая область, определяет и стимулирует развитие науки и образования. Общая мощность поршневых двигателей внутреннего сгорания составляет 80 – 85% мощности всех энергоустановок мировой энергетики. На автомобильном, железнодорожном, водном транспорте, в сельском хозяйстве, строительстве, средствах малой механизации, ряде других областей, поршневой ДВС как источник энергии пока не имеет должной альтернативы. Мировое производство только автомобильных двигателей непрерывно увеличивается, превысив 60 миллионов единиц в год. Количество производимых в мире малоразмерных двигателей также превышает десятки миллионов в год. Даже в авиации поршневые двигатели доминируют по суммарной мощности, количеству моделей и модификаций и количеству установленных на самолеты двигателей. В мире эксплуатируется несколько сотен тысяч самолетов с поршневыми ДВС (бизнес-класса, спортивных, беспилотных и т.д.). В США на долю поршневых двигателей приходится около 70% мощности всех двигателей, установленных на гражданских летательных аппаратах.

    Но со временем всё меняется и скоро мы увидим и будем эксплуатировать принципиально другие типы двигателей, которые будет иметь высокие эксплуатационные показатели, высокий КПД, простота конструкции и главное - экологичность. Да, всё верно, главным минусом двигателя внутреннего сгорания является его экологическая характеристика. Как бы не оттачивали работу ДВС, какие бы системы не внедряли, он всё равно оказывается существенное влияние на наше здоровье. Да, теперь можно с уверенностью сказать, что существующая технология моторостроения чувствует "потолок" - это такое состояние, когда та, или иная технология полностью исчерпала свои возможность, полностью выжато, всё что можно было сделать - уже сделано и с точки зрения экологии принципиально НИЧЕГО уже не изменить в существующих типах ДВС. Стоит вопрос: нужно полностью менять принцип работы двигателя, его энергоноситель (нефтяные продукты) на что-то новое, принципиально иное (). Но, к сожалению, это дело не одного дня или даже года, нужны десятилетия...

    Пока ещё не одно поколение ученых и конструкторов будут исследовать и совершенствовать старую технологию постепенно подходя всё ближе и ближе к стенке, через которую уже будет невозможно перескочить (физически это не возможно). Еще очень долго ДВС будет давать работу тем, кто его производит, эксплуатирует, обслуживает и продает. Почему? Всё очень просто, но в то же время эту простую истину далеко не все понимают и принимают. Главная причина замедления внедрения принципиально иных технологий - капитализм. Да, как бы это странно не звучало, но именно капитализм, та система, которая как кажется должна быть заинтересована в новых технологиях, тормозит развитие человечества! Всё очень просто - нужно зарабатывать. Как же быть с теми нефтяными вышками, нефтезаводами и доходами?

    ДВС «хоронили» неоднократно. В разное время на смену ему приходили электродвигатели на аккумуляторах, топливные элементы на водороде и многое другое. ДВС неизменно побеждал в конкурентной борьбе. И даже проблема исчерпания запасов нефти и газа - это не проблема ДВС. Существует неограниченный источник топлива для ДВС. По последним данным, нефть может восстанавливаться, а что это значит для нас?

    Характеристики ДВС

    При одних и тех же конструктивных параметрах у разных двигателей такие показатели, как мощность, крутящий момент и удельный расход топлива, могут отличаться. Это связано с такими особенностями, как количество клапанов на цилиндр, фазы газораспределения и т. п. Поэтому для оценки работы двигателя на разных оборотах используют характеристики — зависимость его показателей от режимов работы. Характеристики определяются опытным путем на специальных стендах, так как теоретически они рассчитываются лишь приблизительно.

    Как правило, в технической документации к автомобилю приводятся внешние скоростные характеристики двигателя (рисунок слева), определяющие зависимость мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива от числа оборотов коленвала при полной подаче топлива. Они дают представление о максимальных показателях двигателя.

    Показатели двигателя (упрощенно) изменяются по следующим причинам. С увеличением числа оборотов коленвала растет крутящий момент благодаря тому, что в цилиндры поступает больше топлива. Примерно на средних оборотах он достигает своего максимума, а затем начинает снижаться. Это происходит из-за того, что с увеличением скорости вращения коленвала начинают играть существенную роль инерционные силы, силы трения, аэродинамическое сопротивление впускных трубопроводов, ухудшающее наполнение цилиндров свежим зарядом топливо-воздушной смеси, и т. п.

    Быстрый рост крутящего момента двигателя указывает на хорошую динамику разгона автомобиля благодаря интенсивному увеличению силы тяги на колесах. Чем дольше величина момента находится в районе своего максимума и не снижается, тем лучше. Такой двигатель более приспособлен к изменению дорожных условий и реже придется переключать передачи.

    Мощность растет вместе с крутящим моментом и даже, когда он начинает снижаться, продолжает увеличиваться благодаря повышению оборотов. После достижения максимума мощность начинает снижаться по той же причине, по которой уменьшается крутящий момент. Обороты несколько выше максимальной мощности ограничивают регулирующими устройствами, так как в этом режиме значительная часть топлива расходуется не на совершение полезной работы, а на преодоление сил инерции и трения в двигателе. Максимальная мощность определяет максимальную скорость автомобиля. В этом режиме автомобиль не разгоняется и двигатель работает только на преодоление сил сопротивления движению — сопротивления воздуха, сопротивления качению и т. п.

    Величина удельного расхода топлива также меняется в зависимости от оборотов коленвала, что видно на характеристике. Удельный расход топлива должен находиться как можно дольше вблизи минимума; это указывает на хорошую экономичность двигателя. Минимальный удельный расход, как правило, достигается чуть ниже средних оборотов, на которых в основном и эксплуатируется автомобиль при движении в городе.

    Пунктирной линией на графике выше показаны более оптимальные характеристики двигателя.

    Двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе, разработанный и впервые применённый на практике во второй половине 19-го века, являлся вторым в истории, после парового двигателя, примером создания агрегата, преобразующего энергию в полезную работу. Без этого изобретения невозможно себе представить современную цивилизацию, ведь транспортные средства с ДВС различного типа широко задействованы в любой отрасли, обеспечивающей существование человека.

    Транспорт, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, играет решающую роль в приобретающей все большее и большее значение на фоне глобализационных процессов всемирной логистической системе.

    Все современные транспортные средства можно разделить на три больших группы, в зависимости от типа используемого двигателя. Первая группа ТС использует электродвигатели. Сюда входят и привычный городской общественный транспорт – троллейбусы и трамваи, и электропоезда с электромобилями, и огромные суда и корабли, использующие атомную энергию – ведь и современные ледоколы, и атомные субмарины, и авианосцы стран НАТО используют электродвигатели. Вторая группа – это техника, оснащенная реактивными двигателями.

    Разумеется, такой тип двигателей используется преимущественно в авиации. Наиболее многочисленной, привычной и значимой является третья группа транспортных средств, которая использует двигатели внутреннего сгорания. Это – наибольшая и по количеству, и по разнообразию, и по влиянию на хозяйственную жизнь человека группа. Принцип работы ДВС одинаков для любых транспортных средств, оснащённых таким двигателем. В чем он заключается?

    Как известно, энергия не берется ниоткуда и не уходит в никуда. Принцип работы двигателя автомобиля в полной мере основывается на этом постулате закона сохранения энергии.

    Максимально обобщенно можно сказать, что для выполнения полезной работы используется энергия молекулярных связей жидкого топлива, сжигаемого в процессе работы двигателя.

    Распространению ДВС на жидком топливе способствовали несколько уникальных свойств самого топлива. Это:

    • высокая потенциальная энергия молекулярных связей используемых в качестве топлива смеси легких углеводородов «например, бензина»
    • достаточно простой и безопасный, в сравнении, например, с атомной энергией, способ ее высвобождения
    • относительная распространенность легких углеводородов на нашей планете
    • природное агрегатное состояние такого топлива, позволяющее удобно хранить и транспортировать его.

    Еще одним важнейшим фактором является то, что в качестве окислителя, необходимого для процесса высвобождения энергии, выступает кислород, их которого более чем на 20 процентов состоит атмосфера. Это избавляет от необходимости возить не только запас топлива, но и запас катализатора.

    В идеальном случае вступить в реакцию должны все молекулы определённого объёма топлива и все молекулы определённого объёма кислорода. Для бензина эти показатели соотносятся как 1 к 14,7, т.е., для сгорания килограмма топлива необходимо почти 15 кг кислорода. Однако такой процесс, называемый стехиометрическим, на практике нереализуем. В действительности всегда остаётся какая-то часть топлива, не соединившаяся с кислородом во время протекания реакции.

    Более того, для определённых режимов работы ДВС стехиометрия даже вредна.

    Теперь, когда химические процесс в общих чертах понятны, стоит рассмотреть механику процесса превращения энергии топлива в полезную работу, на примере четырёхтактного ДВС, работающего по так называемому циклу Отто.

    Наиболее известным и, что называется, классическим циклом работу является запатентованный еще в 1876 году Николаусом Отто процесс работы двигателя, состоящий из четырех частей. «тактов, отсюда и четрыехтактные ДВС». Первый такт – создание поршнем разрежения в цилиндре собственным перемещением под воздействием веса. В результате цилиндр заполняется смесью кислорода и паров бензина «природа не терпит пустоты». Продолжающий движение поршень сдавливает смесь – получаем второй такт. На третьем такте смесь воспламеняется «Отто применял обычную горелку, сейчас за это ответственна свеча зажигания».

    Воспламенение смеси создаёт выделение большого количества газа, который давит на поршень и заставляет его подниматься – выполнять полезную работу. Четвёртый такт – открытие выпускного клапана и вытеснение продуктов сгорания возвращающимся поршнем.

    Таким образом, только запуск двигателя требует воздействия извне – прокручивания коленвала, соединённого с поршнем. Сейчас это делается с помощью силы электричества, а на первых автомобилях коленвал приходилось проворачивать вручную «этот же принцип используется и в автомобилях, в которых предусмотрен принудительный ручной пуск двигателя».

    Со времени выпуска первых автомобилей немало инженеров пытались изобрести новый цикл работы ДВС. Вначале это было связано с действием патента, которое многим хотелось обойти.

    В результате уже в начале прошлого века был создан цикл Аткинсона, который изменил конструкцию двигателя таким образом, чтобы все движения поршня совершались за один оборот коленвала. Это позволило повысить КПД двигателя, но уменьшило его мощность. Кроме того, двигатель, работающий по такому циклу, не нуждается в отдельном распределительном вале и редукторе. Однако этот двигатель не получил распространения из-за снижения мощности агрегата и достаточно сложной конструкции.

    Вместо него на современных атвомобилях зачастую используется цикл Миллера.

    Если Аткинсон уменьшил такт сжатия, увеличив КПД, но изрядно усложнив работу двигателя, то Миллер предложил уменьшить такт впуска. Это позволило снизить фактическое время сжатия смеси без уменьшения ее геометрического сжатия. Таким образом, КПД каждого цикла работы ДВС увеличивается, за счет чего снижается расход топлива, сжигаемого «впустую».

    Однако большинство двигателей работают по циклу Отто, так что более подробно необходимо рассмотреть именно его.

    Даже наиболее простой вариант ДВС включает четырнадцать важнейших элементов, необходимых для его работы. Каждый элемент имеет определённые функции.

    Так, цилиндр выполняет двоякую роль — в нем происходит активация воздушной смеси и двигается поршень. В части, называемой камерой сгорания, установлена свеча, и два клапана, один из которых перекрывает поступление топлива, другой – выпуск отработанных газов.

    Свеча – устройство, обеспечивающее поджиг смеси с необходимой цикличностью. По сути, представляет собой устройство для получения достаточно мощной электрической дуги на короткий промежуток времени.

    Поршень перемещается в цилиндре под действием расширяющихся газов или от воздействия коленвала, переданного через кривошипно-шатунный механизм. В первом случае поршень превращает энергию сгорания топлива в механическую работу, во втором – сжимает смесь для лучшего возгорания либо создает давление для удаления отработанных остатков смеси из цилиндра.

    Кривошипно-шатунный механизм передаёт момент от поршня к валу и наоборот. Коленчатый вал благодаря своей конструкции преображает поступательное «вверх-вниз» движение поршня во вращательное.

    Впускной канал, в котором располагается впускной клапан, обеспечивает попадание смеси в цилиндр. Клапан обеспечивает цикличность поступления смеси.

    Выпускной клапан, соответственно, удаляет накопившиеся продукты сгорания смеси. Для обеспечения нормальной работы двигателя в момент нагнетания давления и поджога смеси он закрыт.

    Работа бензинового ДВС. Подробный разбор

    При такте всасывания поршень опускается вниз. Одновременно открывается впускной клапан, и в цилиндр подаётся топливо. Таким образом, в цилиндре оказывается топливовоздушная смесь. В определённых типах бензиновых двигателей эта смесь приготавливается в специальном устройстве – карбюраторе, в других смешение происходит непосредственно в цилиндре.

    Далее поршень начинает подниматься. Одновременно впускной клапан закрывается, что обеспечивает создание достаточно большого давления внутри цилиндра. При достижении поршнем крайней верхней точки вся топливно-воздушная смесь оказывается сжатой в части цилиндра, называемой камерой сгорания. В этот момент свеча дает электрическую искру, и смесь воспламеняется.

    В результате сгорания смеси выделяется большое количество газов, которые, стремясь заполнить собой весь предоставленный объем, давят на поршень, заставляя его опускаться. Эта работа поршня передается посредством кривошипно-шатунного механизма на вал, который начинает вращаться и вращать привод колес автомобиля.

    Как только поршень завершает свое движение вниз, открывается клапан выпускного коллектора.

    Оставшиеся газы устремляются туда, так как на них давит поршень, идущий вверх под воздействием вала. Цикл закончен, далее поршень снова опускается вниз, начиная новый цикл.

    Как видно, полезную работу выполняет лишь одна фаза цикла. Остальные фазы — это работа двигателя «на самого себя». Даже такой положение вещей делает двигатель внутреннего сгорания одной из наиболее удачных по КПД систем, внедренных в производство. В то же время, возможность уменьшения «холостых» в смысле КПД циклов приводит к появлению новых, более экономичных систем. Кроме того, разрабатываются и ограниченно внедряются двигатели, которые вообще лишены поршневой системы. Например, некоторые японские автомобили оснащены роторными двигателями, имеющими более высокий коэффициент полезного действия.

    В то же время, такие двигатели имеют ряд недостатков, связанных, в основном, с дороговизной производства и сложностью обслуживания таких моторов.

    Система питания

    Для того чтобы поступающая в камеру сгорания горючая смесь правильно сжигалась и обеспечивала бесперебойную работу двигателя, она должна вводится четко отмеренными порциями и быть соответствующим образом подготовлена. Для этой цели служит топливная система, важнейшими частями которой являются бензобак, топливопровод, топливные насосы, устройство для смешивания топлива и воздуха, коллектор, различные фильтры и датчики.

    Понятно, что назначение бензобака – хранить необходимое количество топлива. Топливо воды используются в качестве магистралей для перекачки с помощью бензинового насоса, фильтры бензина и воздуха нужны, чтобы не допустить засорения тонких коллекторов, клапанов и топливоводов.

    Подробнее стоит остановиться на работе карбюратора. Несмотря на то, что автомобили с такими устройствами больше не выпускаются, немало машин с карбюраторным типом двигателя до сих пор эксплуатируется во многих странах мира. Карбюратор смешивает топливо с воздухом следующим образом.

    В поплавковой камере поддерживается постоянный уровень топлива и давления благодаря балансировочному отверстию, стравливающему лишний воздух,и поплавку, открывающему клапан топливовода, как только уровень топлива в камере карбюратора снижается. Карбюратор через жиклер и диффузор связан с цилиндром. Когда давление в цилиндре снижается, точно отмеренное благодаря жиклеру количество топлива устремляется в диффузор воздушной камеры.

    Тут, за счет очень маленького диаметра отверстия, оно под большим давлением проходит в цилиндр, бензин смешивается с атмосферным воздухом, прошедшим через фильтр, и образованная смесь попадает в камеру сгорания.

    Проблема карбюраторных систем – в невозможности максимально точно отмерить количество топлива и количество воздуха, попадающие в цилиндр. Поэтому все современные автомобили оснащены системой впрыска, называемой также инжекторной.

    В инжекторном двигателе вместо карбюратора впрыск осуществляется форсункой или форсунками – специальным механическим распылителем, важнейшей частью которого является электромагнитный клапан. Эти устройства, особенно работая в паре со специальными вычислительными микрочипами, позволяют впрыскивать точно отмеренное количество топлива в необходимый момент. В результате двигатель работает ровнее, запускается легче, потребляет меньше топлива.

    Механизм газораспределения

    Понятно, каким образом карбюратор подготавливает горючую смесь из бензина и воздуха. Но как работают клапаны, обеспечивающие своевременную подачу этой смеси в цилиндр? За это ответственен механизм газораспределения. Именно он выполняет своевременное открытие и закрытие клапанов, а также обеспечивает необходимую длительность и высоту их подъема.

    Именно эти три параметра и являются в совокупности фазами газораспределения.

    Современные двигатели имеют специальное устройство для изменения этих фаз, называемое фазовращатель двс принцип работы которого основан на повороте в случае необходимости распредвала. Эта муфта при увеличении количества впрыскиваемого топлива поворачивает распределительный вал на определённый угол по ходу вращения. Такой изменение его положения приводит к тому, что впускные клапаны открываются раньше, и камеры сгорания наполняются смесью лучше, компенсируя постоянно возрастающую потребность в мощности. На наиболее технически передовых моделях стоит несколько таких муфт, они управляются достаточно сложной электроникой и могут регулировать не только частоту открытия клапана, но и его ход, что отлично сказывается на работе двигателя при максимальных оборотах.

    Принцип работы системы охлаждения двигателя

    Разумеется, далеко не вся выделяемая энергия связей молекул топлива превращается в полезную работу. Основная ее часть теряется, превращаясь в тепло, да и трение деталей ДВС также создает тепловую энергию. Лишнее тепло необходимо отводить. Именно этой цели служит система охлаждения.

    Разделяют воздушную систему, жидкостную и комбинированную. Наиболее распространена жидкостная система охлаждения, хотя встречаются автомобили и с воздушной – ее использовали для упрощения конструкции и удешевления бюджетных машин, либо для уменьшения веса, если речь шла о спорткарах.

    Основные элементы системы представлены теплообменником, радиатором, центробежным насосом, расширительным бачком и термостатом. Кроме того, в систему охлаждения входят масляный радиатор, вентилятор радиатора, датчик температуры охлаждающей жидкости.

    Жидкость циркулирует через теплообменник под воздействием насоса, снимая температуру с двигателя. Пока двигатель не нагреется, специальный клапан закрывает радиатор – это называется «малый круг» движения. Такая работа системы позволяет быстро прогреть двигатель.

    Как только температура поднимается до рабочей, термодатчик дает команду на открытие клапана, и охлаждающая жидкость начинает двигаться через радиатор. Тонки трубки этого агрегата обдуваются стильным потоком встречного ветра, охлаждая таким образом жидкость, которая опять поступает в коллектор, начиная круг охлаждения заново.

    Если воздействия набегающего воздуха недостаточно для нормального охлаждения – автомобиль работает со значительной нагрузкой, движется с малой скоростью или стоит очень жаркая погода, включается вентилятор охлаждения. Он обдувает радиатор, принудительно охлаждая рабочую жидкость.

    Машины, оборудованные турбонаддувом, имеют два контура охлаждения. Один – для охлаждения непосредственно ДВС, второй – для снятия лишнего тепла с турбины.

    Электрика

    Первые автомобили обходились минимумом электрики. В современных машинах появляется все больше и больше электрических цепей. Электроэнергию потребляют система подачи топлива, зажигание, система охлаждения и отопления, освещение. При наличии немало энергии потребляет система кондиционирования, управления двигателем, электронные системы обеспечения безопасности. Такие агрегаты, как система запуска и свечи накаливания потребляют энергию кратковременно, но в больших количествах.

    Для обеспечения всех этих элементов необходимой электроэнергией используются источники тока, электрическая проводка, элементы управления и блоки предохранителей.

    Источники тока автомобиля – аккумуляторная батарея, работающая в паре с генератором. Когда двигатель работает, привод от вала крутит генератор, вырабатывающий необходимую энергию

    Генератор работает, преобразовывая энергию вращения вала в электрическую энергию, используя принципы электромагнитной индукции. Для того, чтобы осуществить пуск ДВС, используется энергия аккумулятора.

    Во время запуска основным потребителем энергии является стартер. Это устройство является двигателем постоянного тока, предназначенным для прокрутки коленчатого вала, обеспечивающей начало цикла работы ДВС. Принцип работы двигателя постоянного тока основывается на взаимодействии, возникающем между магнитным полем, образующимся в статоре, и токе, протекающем в роторе. Эта сила влияет на ротор, который начинает вращаться, причем его вращение совпадает с вращением магнитного поля, характерного для статора. Таким образом электрическая энергия преобразовывается в механическую, а стартер начинает раскручивать вал двигателя. Как только двигатель запускается и начинает работать генератор, аккумулятор перестает отдавать энергию и начинает ее накапливать. Если генератор не работает или по какой-то причине его мощности недостаточно, аккумулятор продолжает отдавать энергию и разряжаться.

    Такой тип двигателя тоже является ДВС, но имеет отличительные особенности, позволяющие резко отделять двигатели, работающие по принципу, изобретенному Рудольфом Дизелем, от прочих ДВС, работающих на «легком» топливе вроде бензина «в автомобилистике» или керосина «в авиации».

    Различие в используемом топливе предопределяют различия конструкции. Дело в том, что «солярку» относительно сложно поджечь и добиться ее мгновенного сгорания в обычных условиях, поэтому способ воспламенения от свечи для этого топлива не подходит. Воспламенения дизеля осуществляется за счет его контакта с разогретым до очень большой температуры воздухом. С этой целью используется свойство газов нагреваться при сжатии. Поэтому поршень, работающий на дизельном ДВС, сжимает не топливо, а воздух. Когда степень сжатия доходит до максимума, а сам поршень – до крайней верхней точки, стоящая вместо свечи форсунка «электромагнитный насос» впрыскивает дисперсно распыленное топливо. Оно взаимодействует с горячим кислородом и воспламеняется. Далее происходит работа, характерная и для бензинового ДВС.

    При этом мощность ДВС меняется не пропорцией смеси воздуха и топлива, как в бензиновых моторах, а исключительно количеством впрыскиваемого дизеля, в то время как количество воздуха постоянно и не меняется. При этом принцип действия современного бензинового агрегата, оснащенного форсункой, абсолютно не схож с принципом работы дизельного ДВС.

    Работающие с бензином электромеханические распылительные насосы предназначены, прежде всего, для более точного отмеривания впрыскиваемого топлива, и взаимодействуют со свечей зажигания. В чем эти два типа ДВС схожи — так это в повышенной требовательности к качеству топлива.

    Так как давление воздуха, создаваемое работой поршня дизельного мотора, значительно выше давления, оказываемого сжатой воздушно-бензиновой смесью, такой двигатель более требователен к зазорам между поршнем и стенками цилиндра. К тому же, дизельный двигатель труднее запустить зимой, так как «солярка» под воздействием низких температурных показателей густеет, и форсунка не может достаточно качественно распылить ее.

    И современный бензиновый мотор, и его дизельный «родственник» крайне неохотно работают на бензине «ДТ» несоответствующего качества, и даже кратковременное его применение чревато серьезными проблемами с топливной системой.

    Современные двигатели внутреннего сгорания – наиболее эффективные устройства перехода тепловой энергии в механическую. Несмотря на то, что большая часть энергии тратится не на непосредственно полезную работу, а на поддержание цикла самого двигателя, человечество пока не научилось массово производить устройства, которые были бы практичнее, мощнее, экономичнее и удобнее, чем ДВС. Вместе с тем, удорожание углеводородных энергоносителей и забота об окружающей среде заставляют искать новые варианты двигателей для легковых автомобилей и общественного транспорта. Наиболее перспективными на данный момент выглядит использование автономных, оснащенных батареями большой емкости, электрических двигателей, КПД которых намного выше, и гибридов таких двигателей с бензиновыми вариантами. Ведь обязательно настанет время, когда использовать углеводороды для приведения в движение личного автотранспорта станет абсолютно невыгодно, и ДВС займут место на музейных полках, как паровозные двигатели – полвека назад.

    Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

    Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

    Как устроен ДВС

    Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

    Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

    1. КШМ - кривошипно-шатунный механизм.
    2. ГРМ - механизм регулировки фаз газораспределения.
    3. Система смазки.
    4. Система охлаждения.
    5. Система подачи топлива.
    6. Выхлопная система.

    Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

    КШМ - кривошипно-шатунный механизм

    КШМ - основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу - преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

    • Блок цилиндров.
    • Головка блока цилиндров.
    • Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
    • Коленчатый вал с маховиком.


    ГРМ - газораспределительный механизм

    Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

    • Распределительный вал.
    • Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
    • Детали привода клапанов.
    • Элементы привода ГРМ.

    ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

    В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов - впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

    Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

    Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

    Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

    Система смазки ДВС

    В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

    • Масляный картер (поддон).
    • Насос подачи масла.
    • Масляный фильтр с .
    • Маслопроводы.
    • Масляный щуп (индикатор уровня масла).
    • Указатель давления в системе.
    • Маслоналивная горловина.

    Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

    Система питания

    Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

    • Топливный бак.
    • Датчик уровня топлива.
    • Фильтры очистки топлива - грубой и тонкой.
    • Топливные трубопроводы.
    • Впускной коллектор.
    • Воздушные патрубки.
    • Воздушный фильтр.

    В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры - воздушный фильтр и патрубки - тоже относятся к топливной системе.

    Система выпуска

    Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

    • Выпускной коллектор.
    • Приемная труба глушителя.
    • Резонатор.
    • Глушитель.
    • Выхлопная труба.

    В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

    В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

    Двигатель — сердце. Как много сегодня означает это слово. Без двигателя не работает ни одно устройство, двигатель дает жизнь любому агрегату. В данной статье рассмотрим, что такое двигатель, какие виды бывают, как работает двигатель автомобиля.

    Основная задача любого двигателя – превратить топливо в движение. Одним из способов достичь такого можно с помощью сжигания топлива внутри мотора. Отсюда и название двигатель внутреннего сгорания.

    Но, кроме ДВС следует различать и двигатель внешнего сгорания. Примером служит паровой двигатель теплохода, когда его топливо (дерево, уголь) сгорают за пределами мотора, генерируя пар, являющийся движущей силой. Двигатель внешнего сгорания не так эффективен как внутреннего.

    На сегодняшний день широкого распространения получил двигатель внутреннего сгорания, которым укомплектованы все автомобили. Несмотря на то, что КПД ДВС не близко к отметке 100 %, лучшие ученые и инженеры трудятся над доведением до совершенства.

    По видам двигателя делятся:

    Бензиновые: могут быть как карбюраторными так и инжекторными, используется система впрыска.

    Дизельные: работают на основе дизельного топлива, которое под давлением распыляется в камере сгорания топливной форсункой.

    Газовые: работают на основе сжиженного или сжатого газа, произведённого от переработки угля, торфа, дерева.
    Итак, перейдем к начинке мотора.

    Основным механизмом является блок цилиндров, он же часть корпуса механизма. Блок состоит из различных каналов внутри себя, что служит для циркуляции охлаждающей жидкости, снижая температуру механизма, в народе называется рубашка охлаждения.

    Внутри блока цилиндров расположены поршни, их количество зависит от конкретного двигателя. На поршень одеваются в верхней части компрессионные кольца, а в нижней маслосъемные. Компрессионные кольца служат для создания герметичности при сжатии для воспламенения, а маслосъемные для забора смазывающей жидкости со стенки блока цилиндров и предотвращения попадания масла в камеру сгорания.

    Кривошипно-шатунный механизм: передает вращательный момент от поршня к коленвалу. Состоит из поршней, цилиндров, головок, поршневых пальцев, шатунов, картера, коленвала.

    Алгоритм работы двигателя достаточно прост: топливо распыляется форсункой в камере сгорания, где перемешивается с воздухом и под воздействием искры образованная смесь воспламеняется.

    Образованные газы толкают поршень вниз и вращательный момент передается коленвалу, который передает вращение трансмиссии. С помощью шестеренного механизма происходит движение колес.

    Если сотворить бесперебойный цикл воспламенений горючей смеси за определенное количество времени, то получим примитивный двигатель.

    Современные моторы основаны на четырехтактном цикле сгорания для превращения топлива в движение транспорта. Иногда такой такт называют в честь немецкого ученого Отто Николауса, сотворивший в 1867 году такт, состоящий из таких циклов: впуск, сжатие, горение, выведение продуктов сгорания.

    Описание и предназначение систем:

    Система питания: дозирует образованную смесь воздуха и топлива и подает ее в камеры сгорания — цилиндры двигателя. В карбюраторном варианте состоит из карбюратора, воздушного фильтра, впускного трубоканала, фланца, топливного насоса с отстойником, бензобака, топливопровода.

    Система газораспределения: балансирует процессы впуска горючей смеси и выпуска отработанных газов. Состоит из шестерен, кулачкового вала, пружины, толкателя, клапана.

    : предназначена для подачи тока на контакт свечи для воспламенения рабочей смеси.

    : уберегает мотор от перегрева, путем циркуляции и охлаждения жидкости.

    : подает смазывающую жидкость к трущимся деталям, с целью минимизации трения и износа.

    В данной статье рассмотрены понятие двигателя, его виды, описание и назначение отдельных систем, такт и его циклы.

    Многие инженеры работают на тем, чтобы минимизировать рабочий объем мотора и существенно увеличить мощность, сократив потребление топлива. Новинки автопрома в очередной раз подтверждают рациональность конструкторских разработок.

    Для ознакомления с главной и неотъемлемой частью любого транспортного средства рассмотрим из чего состоит двигатель? Для полноценного восприятия его важности, двигатель всегда сравнивают с сердцем человека. Пока сердце работает - человек живет. Аналогично и двигатель, как только он останавливается, или не запускается - автомобиль со всеми его системами и механизмами превращается в груду бесполезного железа.

    За время модернизации и совершенствования автомобилей, двига­те­ли очень сильно изменились по своей конструкции в сторону компактности, экономичности, бесшумности, долговеч­нос­ти и т.д. Но принцип работы остался неизменным - на каждом автомобиле имеется двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Исключение составляют только электродвигатели как альтернативный способ получения энергии.

    Устройство двигателя автомо­би­ля представлено в разрезе на рисунке 2 .

    Название «двигатель внутреннего сгорания» произошло именно от принципа получения энергии. Топливно-воздушная смесь, сгорая внутри цилиндра двигателя, выделяет огромное количество энергии и заставляет через многочисленную цепочку узлов и механизмов в конечном итоге двигаться легковой автомобиль.

    Именно пары топлива в смешивании с воздухом при воспламенении дают такой эффект в ограниченном пространстве.

    Для наглядности на рисунке 3 показано устройство одноцилиндрового двигателя автомобиля.

    Рабочий цилиндр изнутри представ­ля­ет собой замкнутое пространство. Поршень, соединенный через шатун с коленчатым валом, является единственным подвижным элементом в цилиндре. Когда пары топлива и воздуха воспламеняются, вся высвобождаемая энергия давит на стенки цилиндра и поршень, заставляя его перемещаться вниз.

    Конструкция коленча­то­го вала выполнена таким образом, что движением поршня через шатун создается крутящий момент, заставляя проворачи­вать­ся сам вал и получать вращательную энергию. Таким образом, высвобождаемая энергия от горения рабочей смеси преобразуется в механическую энергию.

    Для приготовления топливно-воздушной смеси используются два способа: внутреннее или внешнее смесеобразование. Оба способа еще отличаются по составу рабочей смеси и методов ее воспламенения.

    Чтобы иметь четкое понятие, стоит знать, что в двигателях применяют два вида топлива: бензин и дизельное топливо. Оба вида энергоносителей получаются на основе переработки нефти. Бензин очень хорошо испаряется на воздухе.

    Поэтому для двигателей, работающих на бензине, для получения топливно-воздушной смеси применяется такое устройство как карбюратор.

    В карбюраторе поток воздуха смешивается с капельками бензина и подается в цилиндр. Там полученная топливно-воздушная смесь воспламеняется при подаче искры через свечу зажигания.

    Дизельное топливо (ДТ) обладает малой испаряемостью при обычной температуре, но при смешивании с воздухом под огромным давлением, полученная смесь самовоспламеняется. На этом и основан принцип работы дизельных двигателей.

    ДТ впрыскивается в цилиндр отдельно от воздуха через форсунку. Узкие сопла форсунки в сочетании с большим давлением при впрыскивании в цилиндр превращают дизельное топливо в мелкие капли, которые смешиваются с воздухом.

    Для визуального представления - это аналогично тому, когда вы давите на крышку баллончика с духами или одеколоном: выдавливаемая жидкость моментально смешивается с воздухом, образуя мелкодисперсионную смесь, которая тут же распыляется, оставляя приятный аромат. Тот же самый эффект распыления происходит и в цилиндре. Поршень, двигаясь вверх, сжимает воздушное пространство, увеличивая давление, и смесь самовозгорается, заставляя поршень двигаться в обратном направлении.

    В обоих случаях качество приготовленной рабочей смеси сильно влияет на полноценную работу двигателя. Если идет недостаток в топливе или воздухе - рабочая смесь не полностью сгорает, а вырабатываемая мощность двигателя существенно уменьшается.

    Как же и за счет чего подается рабочая смесь в цилиндр?

    На рисунке 3 видно, что от цилиндра вверх выходят два стержня с большими шляпками. Это впускной и
    выпускной клапаны, которые закрываются и открываются в определенные моменты времени, обеспечивая рабочие процессы в цилиндре. Они могут быть оба закрыты, но никогда оба не могут быть открыты. Об этом будет сказано чуть позже.

    На бензиновом двигателе в цилиндре присутствует та самая свеча, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. Это происходит за счет возникновения искры под воздействием электрического разряда. Принцип действия и работы будет рассмотрен при изучении

    Впускной клапан обеспечивает своевременное поступление рабочей смеси в цилиндр, а выпускной клапан - своевременный выпуск отработавших газов, которые больше не нужны. Клапаны работают в определенный момент времени движения поршня. Весь процесс превращения энергии от сгорания в механическую энергию называется рабочим циклом, состоящим из четырех тактов: впуск рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выпуск отработавших газов. Отсюда и название - четырехтактный двигатель.

    Рассмотрим, как это происходит по рисунку 4 .

    Поршень в цилиндре совершает только возвратно-поступательные движе­ни­я, то есть вверх-вниз. Это называется ходом поршня. Крайние точки, между которыми двигается поршень, называ­ют­ся мертвыми точками: верхняя (ВМТ) и нижняя (НМТ). Название «мертвая» идет от того, что в определенный момент, поршень, меняя направление на 180 градусов, как бы «застывает» в нижнем или верхнем положении на тысячные доли секунды.

    ВМТ находится на определенном расстоянии до верхней границы цилиндра. Эта область в цилиндре называется камерой сгорания. Область с ходом поршня носит название рабочего объема цилиндра. Это понятие вы, наверняка, слышали при перечислении характе­рис­тик любого двигателя автомобиля. Ну а сумма рабочего объема и камеры сгорания образует полный объем цилиндра.

    Соотношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия рабочей смеси. Это
    довольно важный показатель для любого двигателя автомобиля. Насколько сильно сжата смесь, настолько больше получается отдача при сгорании, которая преобразуется в механическую энергию.

    С другой стороны, чрезмерное сжатие топливно-воздушной смеси приводит к ее взрыву, а не горению. Это явление носит название «детонация». Она ведет к потере мощности и разрушению или чрезмерному износу всего двигателя.

    Для избегания современное топливное производство выпускает бензин, устойчивый к высокой степени сжатия. Каждый видел на АЗС надписи вроде АИ-92 или АИ-95. Цифра обозначает октановое число. Чем больше ее значение, тем больше устойчивость топлива к детонации, соответственно его можно применять с большей степенью сжатия.

    Nissan разработала ДВС с изменяемой степенью сжатия / Хабр

    Степень сжатия газообразной горючей смеси в цилиндре изменяется от 8:1 до 14:1



    Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

    Японский автопроизводитель Nissan Motor представил новый тип бензинового двигателя внутреннего сгорания, который по некоторым параметрам превосходит продвинутые современные дизельные двигатели.

    Новый двигатель Variable Compression-Turbo (VC-T) способен при необходимости изменять степень сжатия газообразной горючей смеси, то есть изменять шаг хода поршней в цилиндрах ДВС. Этот параметр обычно является фиксированным. Судя по всему, VC-T станет первым в мире ДВС с изменяемой степенью сжатия смеси.

    Степень сжатия — отношение объёма надпоршневого пространства цилиндра двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в нижней мёртвой точке (полный объём цилиндра) к объёму надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке, то есть к объёму камеры сгорания.

    Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность и увеличивает КПД двигателя, то есть способствует снижению расхода топлива.

    В обычных бензиновых двигателях степень сжатия обычно составляет от 8:1 до 10:1, а в спортивных машинах и гоночных болидах может достигать 12:1 или больше. При повышении степени сжатия двигатель нуждается в топливе с бóльшим октановым числом.


    Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

    На иллюстрации показана разница в шаге поршней на разной степени сжатия: 14:1 (слева) и 8:1 (справа). В частности, демонстрируется механизм изменения степени сжатия от 14:1 к 8:1. Он происходит таким образом.

    1. В случае необходимости изменить степень сжатия активируется модуль Harmonic Drive и сдвигает рычаг актуатора.
    2. Рычаг актуатора поворачивает приводной вал (Control Shaft на схеме).
    3. Когда приводной вал поворачивается, он изменяет угол наклона многорычажной подвески (Multi-link на схеме)
    4. Многорычажная подвеска определяет высоту, на которую каждый поршень способен подняться в своём цилиндре. Таким образом, изменяется степень сжатия. Нижняя мёртвая точка поршня, судя по всему, остаётся прежней.

    Конструкция запатентована Nissan (

    патент США № 6,505,582

    от 14 июня 2003 года).

    Изменение степени сжатия в ДВС можно в каком-то смысле сравнить с изменением угла атаки в винтах регулируемого шага — концепции, которая много десятилетий применяется в воздушных и гребных винтах. Изменяемый шаг винта позволяет поддерживать эффективность движителя близкой к оптимальной вне зависимости от скорости движения носителя в потоке.

    Технология изменения степени сжатия ДВС даёт возможность сохранить мощность двигателя при соблюдении строгих нормативов к экономичности двигателя. Вероятно, это вообще самый реальный способ соблюсти эти нормативы. «Все сейчас работают над изменяемой степень сжатия и другими технологиями, чтобы значительно улучшить экономичность бензиновых двигателей, — говорит Джеймс Чао (James Chao), управляющий директор по Азиатско-Тихоокеанскому региону и консультант IHS, — По крайней мере последние двадцать лет или около того». Стоит упомянуть, что в 2000 году компания Saab показывала прототип такого двигателя Saab Variable Compression (SVC) для Saab 9-5, за который удостоилась ряда наград на технических выставках. Затем шведскую фирму купил концерн General Motors и прекратил работу над прототипом.


    Двигатель Saab Variable Compression (SVC). Фото: Reedhawk

    Двигатель VC-T обещают вывести на рынок в 2017 году с автомобилями марки Infiniti QX50. Официальная презентация назначена на 29 сентября на Парижском автосалоне. Этот двухлитровый четырёхцилиндровый двигатель будет обладать примерно такой же мощностью и крутящим моментом, что и 3,5-литровый двигатель V6, место которого займёт, но обеспечит экономию топлива 27%, по сравнению с ним.

    Инженеры Nissan говорят также, что VC-T будет дешевле, чем современные продвинутые дизельные двигатели с турбонаддувом, и будет полностью соответствовать современным нормам на выбросы оксида азота и других выхлопных газов — такие правила действуют в Евросоюзе и некоторых других странах.

    После Infiniti новыми двигателями планируется оснащать другие автомобили Nissan и, возможно, партнёрской компании Renault.

    Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

    Можно предположить, что усложнённая конструкция ДВС в первое время вряд ли будет отличаться надёжностью. Есть смысл выждать несколько лет, прежде чем покупать автомобиль с двигателем VC-T, если только вы не хотите участвовать в тестировании экспериментальной технологии.

    Toyota Hybrid: принцип работы гибридной системы

    Сегодня компания Toyota является одним из крупнейших производителей гибридных автомобилей в мире. Этот тип автомобилей становится все более популярным из-за высокую производительность, надежность, экологичность и низкие эксплуатационные расходы. Но чем основной принцип работы гибридной системы автомобилей Toyota отличается от бензиновых и электрических автомобилей?

    Гибридная система Toyota использует бензиновый двигатель и электромотор. Это «полный» гибрид - автомобиль может передвигаться как по принципу совместного использования двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и HV-батареи, так и исключительно на электроэнергии. Этим Toyota Hybrid отличается от других «мягких» гибридных систем, в которых электромотор работает только для повышения производительности бензинового двигателя и исключительно вместе с ним.

    Система Toyota Hybrid состоит из:

    • бензинового двигателя, который работает по циклу Аткинсона. Самый эффективный ДВС при средних и высоких оборотах, имеет высокий КПД и низкие расход топлива и уровень шума
    • управляющего электромотора. Выполняет роль генератора энергии от ДВС для подзарядки высоковольтной батареи, а также роль стартера ДВС;
    • тягового электромотора. Предназначен для приведения автомобиля в движение. Также выполняет роль генератора при рекуперации;
    • гибридной трансмиссии. Представляет собой планетарную передачу, является делителем мощности и распределяет крутящий момент между тяговым электромотором и ДВС. Гибридная трансмиссия не является вариатором в классическом его понимании, поскольку в ней отсутствуют валы, фрикционы, ремни / цепи;
    • инвертора. Преобразует переменный ток (АС) с электродвигателя на постоянный (DC) для подзарядки батареи и наоборот. Также конвертирует напряжение 250В с HV-батареи в 650В для запуска и работы тягового электромотора;

    высоковольтной батареи. Имеет высокую плотность энергии. Никель-металл-гидридных батарея обеспечивает стабильное подзарядки / разрядки от 30% до 90% для наиболее эффективной работы батареи, идеально подходит для работы при низких температурах и не требует внешнего подзарядки.

    Toyota Hybrid может работать в трех режимах: CHARGE, ECO и POWER. В зависимости от режима движения и манеры управления водителя автомобиль определяет оптимальный режим и соответственно отображает его на индикаторе гибридной силовой установки.

    CHARGE - автоматическая зарядка HV-батареи гибридной системы автомобиля происходит при плавном и стабильном торможении за счет рекуперации кинетической энергии. HV-батарея также автоматически заряжается при движении накатом. Накопленный заряд используется электромотором для дальнейшего движения, позволяет экономить на топливе. В режиме ECO гибридный привод используется максимально эффективно. Во время движения в городе в режиме ECO система часто позволяет двигаться исключительно на электротяге. POWER - при ускорении, обгоне или движении на высокой скорости автомобиль использует синергию мощности ДВС и гибридной системы для получения высоких динамических показателей.

    Гибридная система в Toyota Camry HybridГибридна система в Toyota Camry Hybrid Description:

    Применяя такой эффективный принцип совместного использования бензинового двигателя и электрических компонентов, автомобиль может преодолевать расстояния, и подзарядка не нужна. Благодаря этому гибридный автомобиль Toyota является оптимальным выбором как для передвижения по городу, так и для длительных путешествий. Современный водитель стремится стать владельцем автомобиля, который бы отвечал требованиям нового smart-стиля жизни и повышенным стандартам качества. Самозарядные бензиново-электрические гибриды Toyota удовлетворяют современные критерии эффективности, надежности и прогрессивности.

    За дополнительной информацией о Toyota Hybrid, включая ценам на доступный модельный ряд, просим обращаться по телефону: (044) 537-54-54 или по адресу Харьковское шоссе 179.

    Как устроены гибридные автомобили — ДРАЙВ

    Гибридная силовая установка сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор, что обеспечивает меньший расход топлива и снижает токсичность выхлопных газов. Однако чем экономичнее гибридный автомобиль, тем более ёмкие аккумуляторы ему требуются и, следовательно, тем выше его цена.

    В зависимости от того, какую роль в силовой установке играет электромотор, гибриды делятся на умеренные (mild hybrids) и полные (full hybrids). У первых электромотор служит помощником двигателю внутреннего сгорания, как, например, у хэтчбека Honda Insight. Вторые способны проехать некоторое расстояние на одной электротяге, как Lexus RX 400h. Есть ещё якобы микрогибриды — придуманный маркетологами термин для рекламы системы start/stop. Но последняя по сути — генератор с расширенными функциями. А мы говорим о схемах, где электродвигатели передают крутящий момент на колёса.

    В 1997 году на японском рынке дебютировал первый гибрид — Toyota Prius (вверху). А в 1999-м фирма Honda представила американцам свой Insight.

    Последовательная гибридная схема

    Существует также три основные схемы устройства гибридных силовых установок: последовательная, параллельная и смешанная. Последовательная гибридная схема появилась первой (её придумал в 1899 году сам Фердинанд Порше), но в легковых автомобилях распространена меньше. По ней, например, построены силовые агрегаты карьерных самосвалов, некоторых автобусов и локомотивов. В последовательной схеме колёса приводит в движение электромотор, а малолитражный ДВС крутит генератор, вырабатывающий электроэнергию. Тут отсутствует необходимость в коробке передач и мощном двигателе внутреннего сгорания. Зато требуются аккумуляторы, как правило, никель-металлогидридные, большой ёмкости.

    Chevrolet Volt построен по последовательной схеме. Его ещё называют электромобилем с увеличенным запасом хода. На электротяге автомобиль делает бросок длиной 64 км. А при использовании вспомогательного турбомотора, заряжающего батареи, пробег на одной заправке может превышать 1024 км.

    Параллельная гибридная схема

    Самая распространённая сейчас схема — параллельная. Она запатентована ещё в 1905 году немцем Генри Пипером. Ей отвечают почти все умеренные гибриды. Они оснащаются мощным электромотором (10–15 кВт), который помогает двигателю внутреннего сгорания при разгоне, а при торможении запасает рекуперативную энергию. В качестве трансмиссии, как правило, используются вариатор или планетарная передача.

    Хондовская гибиридная силовая установка IMA (Integrated Motor Assist) — пример параллельной схемы: на коленчатом валу двигателя вместо маховика размещён компактный электромотор-генератор.

    Один из последних образцов параллельной схемы — гибридная силовая установка седана BMW ActiveHybrid 7.

    Параллельные гибриды могут быть не только умеренными, но и полными, как, например, Audi Duo (1998). Эта модель могла проехать 50 км только на электромоторе, приводящем в движение задние колёса.

    Но компания Honda нашла возможным оснастить своё бензоэлектрическое купе CR-Z шестиступенчатой «механикой». В качестве источника питания используются литиево-ионные или литиево-полимерные аккумуляторы. Умеренные гибриды не требуют ёмких батарей на борту, благодаря чему доступны по цене. Однако некоторые автопроизводители присматриваются к дорогущим суперконденсаторам, которые способны кратковременно отдавать ток очень высокой мощности.

    Последовательно-параллельная гибридная схема

    Распространены также смешанные, или, как их ещё называют, последовательно-параллельные гибриды. Классические представители этого семейства — хэтчбек Toyota Prius и Лексусы с индексом h, оснащённые фирменным «синергитическим» приводом HSD (Hybrid Synergy Drive). Чтобы объяснить принцип его работы мы приводим ниже наглядную демонстрацию.

    Благодаря планетарной передаче и возникает синергия — взаимодействие двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Тут ДВС крутит колёса в паре с электромотором, одновременно вращая генератор. В традиционной коробке передач нет необходимости: электроника регулирует обороты моторов и генератора, превращая такую систему в бесступенчатую трансмиссию ECVT.

    У BMW Active Hybrid X6 с бесступенчатой коробкой передач ECVT с несколькими планетарными рядами два электромотора. Один работает на малых скоростях. А другой запускает ДВС и затем служит генератором. Полноприводная трансмиссия xDrive сохранена. А вот у гибридного кроссовера Lexus RX 450h за привод на задние колёса отвечает дополнительный электромотор. Новое поколение Тойоты Prius научилось бегать на одной электротяге, правда, недалеко — всего два километра. Кроме того, в компании работают над подзаряжаемой plug in версией гибрида с литиево-ионными батареями вместо никель-металлогидридных и увеличенным до 20 км пробегом на батареях.

    Большинство двигателей, установленных на гибридах, — бензиновые. Многие работают по циклу Аткинсона с более коротким тактом сжатия и более эффективным рабочим процессом. Это обеспечивает лучшие экологические и экономические показатели. Распространение, казалось бы, более экономичных дизельэлектрических силовых установок сдерживает прежде всего то, что большинство гибридов продаются в не знакомой с дизелем Америке. Кроме того, дизельный мотор дороже бензинового, а это лишь увеличивает немалую цену гибрида.

    Двигатель

    . Различия между циклами Отто и Аткинсона

    Наиболее распространенные сегодня четырехтактные бензиновые двигатели работают по так называемому циклу Отто, разработанному в конце XIX века немецким изобретателем Николаусом Отто, конструктором одного из первых удачных внутренних поршневые двигатели внутреннего сгорания. Суть этого цикла состоит из четырех тактов, выполняемых за два оборота коленчатого вала: такта впуска, такта сжатия, рабочего такта и такта выпуска.

    В начале такта впуска открывается впускной клапан, через который втягивающимся поршнем всасывается топливно-воздушная смесь из впускного коллектора.Перед началом такта сжатия впускной клапан закрывается и возвращающийся к головке поршень сжимает смесь. Когда поршень достигает пикового положения, смесь воспламеняется под действием электрической искры. Образовавшиеся горячие выхлопные газы расширяются и толкают поршень, передавая ему свою энергию, а когда поршень оказывается максимально далеко от головки, выпускной клапан открывается. Такт выпуска начинается с возвратного поршня, выталкивающего выхлопные газы из цилиндра в выпускной коллектор.

    К сожалению, не вся энергия выхлопа используется во время рабочего такта для толкания поршня (и, через шатун, для вращения коленчатого вала). Они все еще находятся под высоким давлением, когда клапан выдоха открывается в начале такта выдоха. Мы можем узнать об этом, когда слышим шум, издаваемый автомобилем со сломанным глушителем - он вызван выходом энергии в воздух. Вот почему КПД традиционных бензиновых двигателей составляет всего около 35 процентов.Если бы можно было увеличить ход поршня за рабочий ход и использовать эту энергию...

    Это была идея английского изобретателя Джеймса Аткинсона. В 1882 году он сконструировал двигатель, в котором благодаря сложной системе толкателей, соединяющих поршни с коленчатым валом, рабочий такт был длиннее такта сжатия. В результате в начале такта выпуска давление выхлопных газов практически равнялось атмосферному, а их энергия использовалась полностью.

    Редакция рекомендует:

    Номерные знаки.Водителей ждет революция?
    Самоделки для зимней езды
    Надежный малыш за небольшие деньги

    Так почему же идея Аткинсона не нашла более широкого применения и почему в двигателях внутреннего сгорания уже более века используется менее эффективный цикл Отто? Есть две причины: одна — сложность двигателя Аткинсона, а другая — и что более важно — меньшая мощность, которую он получает от водоизмещающего агрегата.

    Однако по мере того, как все больше внимания уделялось расходу топлива и влиянию автомобилизации на окружающую среду, вспоминали о высокой эффективности двигателя Аткинсона, особенно на средних оборотах.Его концепция оказалась отличным решением, особенно в гибридных автомобилях, в которых нехватку мощности, особенно необходимой при трогании и разгоне, компенсирует электродвигатель.

    Именно поэтому двигатель, работающий по модифицированному циклу Аткинсона, использовался в первом серийном гибридном автомобиле Toyota Prius, а затем и во всех остальных гибридах Toyota и Lexus.

    Что такое модифицированный цикл Аткинсона? Что ж, благодаря этому умному решению удалось заставить двигатель Toyota сохранить классическую, простую конструкцию обычных четырехтактных двигателей, а поршень проходит одинаковое расстояние на каждом такте, эффективный рабочий ход длиннее, чем такт сжатия .

    На самом деле следует сказать иначе: эффективный такт сжатия короче рабочего такта. Это достигается за счет задержки закрытия впускного клапана, который закрывается вскоре после начала такта сжатия. Таким образом, часть воздушно-топливной смеси возвращается во впускной коллектор. Это имеет два следствия: количество выхлопных газов, образующихся в результате его сгорания, меньше и способно полностью расширяться до начала такта выпуска, передавая всю энергию поршню, а на сжатие меньшего количества смеси требуется меньше энергии, что снижает внутренние потери двигателя.Используя это и другие решения, двигатель трансмиссии Toyota Prius четвертого поколения смог достичь теплового КПД на целых 41 процент, ранее доступного только для дизельных двигателей.

    Прелесть решения еще и в том, что задержка закрытия впускных клапанов не требует серьезных конструктивных изменений – достаточно использовать для этого механизм изменения фаз газораспределения с электронным управлением.

    А если можно так, разве нельзя и наоборот? Ну конечно; естественно! Двигатели с переменным рабочим циклом производятся уже некоторое время.Когда потребность в мощности невелика, например, при движении по неспешным дорогам, двигатель работает по циклу Аткинсона для низкого расхода топлива. А когда требуется лучшая производительность — от фар или обгона — переключается на цикл Отто, используя всю доступную динамику. Этот 1,2-литровый двигатель с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива используется, например, в Toyota Auris и новом городском внедорожнике Toyota C-HR. Такой же двухлитровый двигатель используется на Lexus IS 200t, GS 200t, NX 200t, RX 200t и RC 200t.

    .

    Что такое цикл Аткинсона

    Цикл Аткинсона является развитием известного цикла Отто , используемого с 1876 года в конструкции двигателей внутреннего сгорания. Название происходит от его создателя Джеймса Аткинсона. В 1882 году он построил двигатель, в котором ходы поршня были немного больше в тактах мощности и выпуска, чем в тактах впуска и сжатия. Благодаря этому нововведению модель смогла повысить топливную экономичность двигателя с искровым зажиганием модели , в котором почти вся энергия выхлопных газов используется для перемещения поршня.

    Как это работает?

    Четыре основных этапа цикла Отто (задыхание, сжатие, бег, выдох) остаются неизменными. Отличие состоит в том, что ход поршня на такте рабочего хода и такте выпуска несколько больше, чем на такте впуска и сжатия. Первоначально это было достигнуто благодаря сложной конструкции кривошипно-поршневой системы.

    В современных двигателях с циклом Аткинсона имеет эффективный такт сжатия, который также короче рабочего хода .Достигалось это, однако, не кривошипно-поршневой системой, а механизмом изменения фаз газораспределения. Всасывающий клапан закрывается позже цикла Отто после начала такта нагнетания. Часть воздушно-топливной смеси возвращается во впускной коллектор. Следовательно, количество выхлопных газов, образующихся в результате его сгорания, меньше и может полностью расшириться до начала такта выпуска. Почти вся энергия передается поршню (для сжатия меньшего количества смеси требуется меньше энергии, что снижает внутренние потери двигателя).Кроме того, в экстенсивных системах изменения фаз газораспределения изменяется не только момент открытия впускных и впускных клапанов, но и их подъем.

    Использование этих двигателей в гибридных приводах дает наилучшие результаты, потому что, с одной стороны, они более эффективны, чем традиционные, а некоторая нехватка мощности может быть компенсирована за счет помощи электродвигателя.

    .

    циклов Аткинсона. Что это такое? Объясняем, как работает двигатель 1.8 в гибридах Toyota

    Ведь современные атмосферные четырехклапанные двигатели развивают до 100 Нм с одного литра рабочего объема - для двигателя 1.8 из простого расчета выходит 180 Нм. Между тем, двигатель Prius имеет всего 142 Нм и мощность 98 л.с... Разве это не повод для стыда? Вопреки! Эти параметры являются преднамеренными и причиной их является так называемая Цикл Аткинсона. Это решение заставляет двигатель 1.8 всасывать количество воздуха, примерно эквивалентное агрегату 1.5.

    Технически это делается тем, что часть засасываемого в цилиндр воздуха возвращается во впускной коллектор через впускные клапаны, которые открыты дольше, чем в обычном двигателе.В результате снижается мощность, но повышается эффективность, что помогает снизить выбросы и расход топлива. Уникальная передача позволяет двигателю работать на оптимальных оборотах в заданных условиях.

    .

    Википедия, бесплатная энциклопедия

    Из Википедии, свободной энциклопедии

    Перейти к навигации Перейти к поиску

    Из сегодняшней избранной статьи

    Обломки SS Home во время Racer урагана

    Ураган Гонщика был разрушительным тропическим циклоном, который затронул Ямайку, северо-восточную Мексику, Республику Техас и юго-восток Соединенных Штатов в сентябре и октябре 1837 года, в результате чего погибло около 105 человек.Он был назван в честь корабля Королевского флота HMS Racer , который столкнулся с циклоном в северо-западной части Карибского моря. Матаморос на южном берегу Рио-Гранде в течение нескольких дней сталкивался с ураганом, в результате которого корабли были значительно повреждены. Города вдоль береговой линии Техаса были затоплены, а остров Галвестон был опустошен, почти все здания были смыты водой. Повышение уровня воды на 8 футов (2,4 м) на озере Пончартрейн привело к разрушению зданий вдоль его берегов и затоплению низменных районов Нового Орлеана.Когда 9 октября слабеющий шторм обрушился на Внешние отмели Северной Каролины, пассажирский пароход SS Home сел на мель у мыса Хаттерас и разбился в бурлящем прибое (на фото) , в результате чего погибло около 90 пассажиров и членов экипажа. ( Полная статья... )

    Знаете ли вы...

    Уэстон Хаус

    В новостях

    Шейн Уорн

    В этот день

    Другие разделы Википедии

    • Портал сообщества — доска объявлений, проекты, ресурсы и мероприятия, охватывающие широкий спектр областей Википедии.
    • Служба поддержки — задавайте вопросы об использовании Википедии.
    • Справочное бюро . Добровольцы Википедии, работающие виртуальными библиотекарями, ответят на ваши вопросы по широкому кругу тем.
    • Новости сайта — Объявления, обновления, статьи и пресс-релизы в Википедии и Фонде Викимедиа.
    • Teahouse — чтобы задать первые основные вопросы о вкладе в Википедию.
    • Деревенский насос — Для обсуждения самой Википедии, включая области технических вопросов и политик.

    Родственные проекты Википедии

    Википедия написана редакторами-добровольцами и поддерживается Фондом Викимедиа, некоммерческой организацией, которая также поддерживает ряд других волонтерских проектов:

    языков Википедии

    .

    Секционный двигатель внутреннего сгорания с описанием. Схемы устройства и принцип работы

    Это вступительная часть серии статей по Двигатель внутреннего сгорания , краткое путешествие в историю эволюции двигателя внутреннего сгорания. В статье также рассматриваются первые автомобили.

    В следующих разделах подробно описаны различные ДВС:

    Шатун-поршень
    Роторный
    Турбореактивный
    Реактивный

    Двигатель был установлен на лодке, которая смогла подняться по реке Сона.Через год после испытаний братья получили патент на свое изобретение, подписанный Наполеоном Бонопартом, сроком на 10 лет.

    Правильнее было бы назвать этот двигатель реактивным, так как его задачей было выталкивание воды из трубы под днищем лодки...

    Двигатель состоял из камеры зажигания и сгорания, сильфона для нагнетания воздуха , ТРК и запальное устройство. Топливом для двигателя служила угольная пыль.

    Сильфон впрыскивал поток воздуха, смешанный с угольной пылью, в камеру зажигания, где тлеющий фитиль воспламенял смесь.Затем частично воспламененная смесь (угольная пыль горит относительно медленно) поступала в камеру сгорания, где полностью сгорала и расширялась.
    Кроме того, давление газов вытеснило воду из выхлопной трубы, заставив лодку двигаться, и цикл повторился.
    Двигатель работал в импульсном режиме с частотой ~12 об/мин.

    Через некоторое время братья улучшили топливо, добавив в него смолу, затем заменили ее маслом и разработали простую систему впрыска.
    Проект не развивался ближайшие десять лет. Клод отправился в Англию продвигать идею двигателя, но растратил все деньги и ничего не добился, а Жозеф занялся фотографией и стал автором первой в мире картины «Вид из окна».

    Во Франции, в доме-музее Ньепса, можно увидеть копию «Пиеролофора».

    Чуть позже де Рива установил свой двигатель на четырехколесное транспортное средство, которое, по словам историков, стало первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.

    Об Алессандро Вольта

    Вольта первым поместил цинковые и медные пластины в кислоту для создания непрерывного электрического тока, создав первый в мире («Вольтов столб») химический источник тока.

    В 1776 году Вольта изобрел газовый пистолет «Вольт-пистолет», в котором газ взрывался от электрической искры.

    В 1800 году он построил химическую батарею, которая позволила получать электричество посредством химических реакций.

    Единица измерения электрического напряжения называется Вольта - Вольт.


    ЗА - цилиндр, б - "свеча", - - поршень, ре - водород "баллон", м и - трещотка 9 г, фа - рукоятка управления клапаном

    Водород хранился в «баллоне», соединенном патрубком с цилиндром Подача топлива и воздуха, а также воспламенение смеси и выпуск отработавших газов осуществлялись вручную средства рычага.

    Принцип работы:

    Воздух попал в камеру сгорания через клапан выпуска отработавших газов.
    Клапан закрывался.
    Шаровой клапан водорода открыт.
    Кран закрывался.
    При нажатии кнопки на "свечку" подается электрический разряд.
    Смесь вспыхнула и подняла поршень.
    Выпускной клапан открылся.
    Поршень упал под собственной тяжестью (был тяжелым) и протянул веревку, которая крутила колеса через блок.

    Затем цикл повторился.

    В 1813 году де Рива построил еще один автомобиль. Это была повозка длиной около шести метров, с колесами двухметрового диаметра и весом почти в тонну.
    Автомобиль мог проехать 26 метров с грузом из камней (приблизительно 700 фунтов) и четырьмя людьми со скоростью 3 км/ч
    Автомобиль перемещался на 4-6 метров за каждый цикл.

    Мало кто из современников воспринял это изобретение всерьез, и Французская академия наук утверждала, что двигатель внутреннего сгорания никогда не сможет конкурировать по характеристикам с паровым двигателем.

    В 1833 году американский изобретатель Лемюэль Веллман Райт зарегистрировал патент на двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением.
    (см. ниже) в своей книге «Газовые и масляные двигатели» писал о двигателе Райта:

    «Чертеж двигателя очень функционален, а детали проработаны до мелочей. Взрыв смеси воздействует непосредственно на поршень, который через шатун вращает коленчатый вал. По внешнему виду двигатель напоминает паровую машину высокого давления, в которой газ и воздух откачиваются из отдельных баков.Смесь в сферических емкостях воспламенялась, когда плунжер поднимали в ВМТ (верхнюю мертвую точку) и толкали его вверх/вниз. В конце такта клапан открывался и выбрасывал выхлопные газы в атмосферу».

    Неизвестно, был ли когда-либо построен этот двигатель, но есть план:

    В 1838 году английский инженер Уильям Барнетт получил патент на три двигателя внутреннего сгорания.

    Первый двигатель однотактный (топливо сжигается только с одной стороны поршня) с раздельными газовым и воздушным насосами.Смесь воспламенялась в отдельном цилиндре, после чего горящая смесь сливалась в рабочий цилиндр. Вход и выход осуществлялись через механические клапаны.

    Второй двигатель повторял первый, но был двойного действия, т.е. сгорание происходило попеременно с обеих сторон поршня.

    Третий двигатель также был двухтактным, но имел впускные и выпускные окна в стенках цилиндров, которые открывались при достижении поршнем крайней точки (как в современных двухтактных двигателях). Это позволяло автоматически выпускать выхлопные газы и принимать новый заряд смеси.

    Отличительной особенностью двигателя Барнетта было то, что свежая смесь перед воспламенением сжималась поршнем.

    Схема одного из двигателей Барнетта:

    В 1853-57 годах итальянские изобретатели Эудженио Барзанти и Феличе Маттеуччи разработали и запатентовали двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания мощностью 5 л/с
    Патент был предоставлен лондонским офисом, поскольку итальянское законодательство не могло гарантировать достаточную защиту.

    Строительство прототипа было поручено Bauer & Co.Милан» (Helvetica) и завершена в начале 1863 года. Успех двигателя, гораздо более эффективного, чем паровой двигатель, был настолько успешным, что компания начала получать заказы со всего мира.

    Ранний одноцилиндровый двигатель Barzanti-Matteucci:

    Модель двухцилиндрового двигателя Barzanti-Matteucci:

    Matteucci и Barzanti заключили контракт на производство двигателей с бельгийской компанией. Барзанти отправился в Бельгию, чтобы лично контролировать работу, и внезапно умер от тифа. Со смертью Барзанти все работы над двигателем были прекращены, и Маттеуччи вернулся к своей прежней работе инженером-гидротехником.

    В 1877 году Маттеуччи утверждал, что он и Барзанти были основными разработчиками двигателя внутреннего сгорания, и что двигатель, построенный Августом Отто, был очень похож на двигатель Барзанти-Маттеуччи.

    Документы, относящиеся к патентам Барзанти и Маттеуччи, находятся в архивах библиотеки Museo Galileo во Флоренции.

    Важнейшим изобретением Николауса Отто был двигатель с четырехтактным циклом - циклом Отто. Этот цикл до сих пор лежит в основе большинства бензиновых и бензиновых двигателей.

    Четырехтактный цикл был величайшим техническим достижением Отто, но вскоре выяснилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя описал французский инженер Бо де Рош. (см. выше) ... Группа французских промышленников оспорила в суде патент Отто, суд счел их доводы убедительными. Права Отто по его патенту были значительно сокращены, включая отмену его монополии на четырехтактный цикл.

    Несмотря на то, что конкуренты начали производство четырехтактных двигателей, модель Otto, разработанная с учетом многолетнего опыта, по-прежнему оставалась лучшей, и спрос на нее не прекращался. К 1897 г. было выпущено около 42 000 таких двигателей различной мощности. Однако факт использования в качестве топлива раскаленного газа значительно сузил область их применения.
    Количество осветительных и газовых заводов было ничтожно даже в Европе, тогда как в России их было всего два - в Москве и Петербурге.

    В 1865 году французский изобретатель Пьер Гюго получил патент на машину, которая представляла собой вертикальный одноцилиндровый двигатель двойного действия, в котором для подачи смеси использовались два резиновых насоса, приводимых в движение коленчатым валом.

    Позже Хьюго разработал горизонтальный двигатель, аналогичный тому, что был у Ленуара.

    Музей науки, Лондон.

    В 1870 году австро-венгерский изобретатель Самуэль Маркус Зигфрид сконструировал двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе, и установил его на четырехколесную тележку.

    Сегодня этот автомобиль известен как «первая машина Маркуса».

    В 1887 году в сотрудничестве с Bromovsky & Schulz Маркус построил второй автомобиль, Second Marcus Car.

    В 1872 году американский изобретатель запатентовал двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с постоянным давлением, работающий на керосине.
    Брайтон назвал свой мотор «Готовым мотором».

    Первый цилиндр служил компрессором, нагнетавшим воздух в камеру сгорания, в которую непрерывно подавался керосин.В камере сгорания смесь воспламенялась и через золотниковый механизм поступал второй — рабочий цилиндр. Существенным отличием от других двигателей было то, что топливно-воздушная смесь сгорала постепенно и под постоянным давлением.

    Те, кто интересуется термодинамическими аспектами двигателя, могут прочитать о цикле Брайтона.

    В 1878 г. шотландский инженер сэр (посвящен в рыцари в 1917 г.) разработал первый двухтактный двигатель с воспламенением от сжатого воздуха.Он запатентовал его в Англии в 1881 году.

    Двигатель работал интересно: воздух и топливо подавались в правый цилиндр, где они смешивались, а эта смесь нагнеталась в левый цилиндр, где воспламенялась свечная смесь. Произошло расширение, оба поршня опустились, левый цилиндр (через левый патрубок) выбрасывал отработавшие газы, а в правый цилиндр подсасывали новые воздух и топливо. По инерции поршни поднялись, и цикл повторился.

    В 1879 году он построил вполне надежный бензиновый двухтактный двигатель и получил на него патент.

    Настоящий гений Бенца проявился в том, что в последующих проектах он смог совместить на своих изделиях различные устройства (дроссель, аккумуляторная искра зажигания, свеча зажигания, карбюратор, сцепление, редуктор и радиатор) , что в свою очередь стал стандартом для всего машиностроения.

    В 1883 году Бенц основал компанию по производству газовых двигателей Benz & Cie, а в 1886 году он запатентовал четырехтактный двигатель , который он использовал в своих автомобилях.

    Благодаря успеху Benz & Cie, Бенц смог приступить к разработке конных экипажей. Объединив свой опыт в производстве двигателей и давнее увлечение дизайном велосипедов, он построил свой первый автомобиль к 1886 году и назвал его «Benz Patent Motorwagen».


    Дизайн сильно напоминает трехколесный велосипед.

    Одноцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с рабочим объемом 954 куб. см, установленный на « Benz Motorwagen Patent ».

    Двигатель оснащен большим маховиком (не только для равномерного вращения, но и для запуска), 4,5-литровым бензобаком, испарительным карбюратором и золотниковым клапаном, через который топливо поступает в камеру сгорания. Для зажигания использовалась свеча зажигания собственного производства Бенца, работающая от катушки Румкорфа.

    Охлаждение водяное, но не по замкнутому контуру, а за счет испарения. Пар уходил в атмосферу, поэтому машину приходилось заправлять не только бензином, но и водой.

    Двигатель развивал мощность 0,9 л.с. при 400 об/мин и разогнал машину до 16 км/ч

    Карл Бенц водит свою машину.

    Несколько позже, в 1896 году, Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель (или оппозитный двигатель) , в котором поршни достигают верхней мертвой точки одновременно, уравновешивая друг друга.

    Музей Mercedes-Benz в Штутгарте.

    В 1882 году английский инженер Джеймс Аткинсон изобрел цикл Аткинсона и двигатель Аткинсона.

    Двигатель Аткинсона, по существу, представляет собой четырехтактный двигатель цикла Отто , но с модифицированным шатуном. Разница заключалась в том, что в двигателе Аткинсона все четыре такта происходили за один оборот коленчатого вала.

    Использование цикла Аткинсона в двигателе привело к снижению расхода топлива и рабочего шума благодаря более низкому давлению выхлопных газов. Кроме того, этот двигатель не требовал коробки передач для привода газораспределительного механизма, поскольку открытие клапанов приводило в движение коленчатый вал.

    Несмотря на множество преимуществ (включая обход патентов Отто), двигатель не получил широкого распространения из-за сложности изготовления и ряда других недостатков.
    Цикл Аткинсона обеспечивает лучшие экологические характеристики и экономичность, но требует высоких оборотов. На низких оборотах он выдает относительно небольшой крутящий момент и может заглохнуть.

    Теперь двигатель Аткинсона используется в гибридных автомобилях Toyota Prius и Lexus HS 250h.

    В 1884 году британский инженер Эдвард Батлер на лондонской выставке Stanley Cycle Show показал чертежи трехколесного автомобиля с бензиновым двигателем внутреннего сгорания , а в 1885 году построил его и показал на той же выставке, назвав это "Велоцикл".Батлер был первым, кто использовал слово бензин .

    Velocycle был запатентован в 1887 году. Велоцикл

    оснащался одноцилиндровым четырехтактным бензиновым двигателем, оснащенным катушкой зажигания, карбюратором, воздушной заслонкой и жидкостным охлаждением. Двигатель развивал около 5 л.с. с объемом 600 куб.см и разгоном автомобиля до 16 км/ч. .) , в результате чего транспортные средства не должны были превышать скорость более 3 км/ч. Кроме того, в автомобиле должны были находиться три человека, один из которых должен был пройти перед автомобилем с красным флагом . (это меры безопасности) .

    В журнале English Mechanic за 1890 год Батлер написал: «Власти запрещают использование автомобиля на дорогах, и поэтому я отказываюсь от его дальнейшего развития».

    Из-за отсутствия общественного интереса к машине Батлер отправил ее на металлолом и продал патент Гарри Дж.Лоусон. (производитель велосипедов) , который продолжал производить двигатели для использования в лодках.

    Батлер сам разработал стационарные и судовые двигатели.

    В 1891 году Герберт Эйкройд Стюарт в сотрудничестве с Ричардом Хорнсби и сыновьями построил двигатель Хорнсби-Акройда, в котором топливо (керосин) под давлением впрыскивалось в дополнительный аппарат (из-за формы его называли «горячим «шарик») установлен на головке блока цилиндров и соединен с камерой сгорания через узкий проход.Топливо сбрасывалось с горячих стенок вспомогательной камеры и попадало в камеру сгорания.


    1. Дополнительное устройство (горячий шар) .
    2. Цилиндр.
    3. Поршень.
    4. Картер.

    Для запуска двигателя использовалась горелка, которая нагревала дополнительную камеру. (после запуска нагревался выхлопными газами) ... По этой причине двигатель Hornsby-Akroyd , который был предшественником дизельного двигателя конструкции Рудольфа , часто называют «полудизельными» двигателями. .Однако уже через год Эйкройд усовершенствовал свой двигатель, добавив «водяную рубашку» (патент 1892 г.), которая поднимала температуру в камере сгорания за счет повышения степени сжатия, и теперь отпала необходимость в дополнительном источнике нагрева.

    В 1893 году Рудольф Дизель получил патенты на тепловую машину и модифицированный «цикл Карно» под названием «Метод и устройство для преобразования теплоты в работу».

    В 1897 г. на «Аугсбургском машиностроительном заводе» (MAN с 1904 г.) при финансовом участии Фридриха Круппа и братьев Зульцер был создан первый действующий дизельный двигатель Rudolf Diesel
    . Мощность двигателя была 20 лошадиных сил при 172 оборотах в минуту, выход 26,2% при весе в пять тонн.
    Это значительно превысило существующие 20% КПД двигателей Отто и 12% морских паровых турбин, что вызвало большой интерес со стороны промышленности различных стран.

    Дизельный двигатель был четырехтактным. Изобретатель обнаружил, что КПД двигателя внутреннего сгорания повышается за счет увеличения степени сжатия горючей смеси. Но сильно сжимать горючую смесь нельзя, потому что тогда возрастают давление и температура и она самовозгорается раньше времени. Поэтому Дизель решил сжимать не горючую смесь, а чистый воздух, и, наконец, впрыскивать топливо в цилиндр под высоким давлением.
    При достижении температуры сжатого воздуха 600-650°С топливо самовоспламенялось и газы расширялись и двигали поршень. Таким образом, Дизелю удалось значительно повысить КПД двигателя, избавиться от системы зажигания и использовать топливный насос высокого давления вместо карбюратора
    . В 1933 году Эллинг пророчески писал: «Когда я начал работать над газовой турбиной в 1882 г., я был твердо уверен, что мое изобретение будет востребовано в авиационной промышленности».

    К сожалению, Эллинг умер в 1949 году, никогда раньше не было эры турбореактивной авиации.

    Единственное фото, которое удалось найти.

    Возможно кто-то в "Норвежском Техническом Музее" найдет что-нибудь об этом человеке.

    В 1903 году Константин Эдуардович Циолковский в журнале «Научное обозрение» опубликовал статью «Исследование космоса мира с помощью реактивных аппаратов», в которой впервые доказал, что ракета — это аппарат, способный совершать космические полеты . В статье также предлагается первый проект ракеты большой дальности.Его корпус представлял собой продолговатую металлическую камеру, оснащенную жидкостным реактивным двигателем (он же двигатель внутреннего сгорания) ... В качестве топлива и окислителя он предлагал использовать соответственно жидкий водород и кислород.

    Пожалуй, на этой ракетно-космической ноте стоит закончить историческую часть, ведь наступил 20 век и двигатели внутреннего сгорания начали выпускать повсеместно.

    Философское послесловие...

    К.Э. Циолковский считал, что в обозримом будущем люди научатся жить если не вечно, то, по крайней мере, очень долго.Следовательно, места (ресурсов) на Земле будет мало и кораблям придется переселяться на другие планеты. К сожалению, что-то в этом мире пошло не так и с первыми пулями люди решили просто уничтожить свой вид...

    Спасибо всем, кто это прочитал.

    Все права защищены © 2016
    Любое использование материалов разрешено только при наличии активной ссылки на первоисточник.

    Вот уже около ста лет во всем мире основным силовым агрегатом автомобилей и мотоциклов, тракторов и комбайнов, остальным оборудованием является двигатель внутреннего сгорания.Появившись в начале 20 века для замены двигателей внутреннего сгорания (паровых), он остается наиболее экономичным типом двигателя в 21 веке. В этой статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных типов двигателей внутреннего сгорания и его основные вспомогательные системы.

    Определение и общие особенности работы ДВС

    Главной особенностью любого двигателя внутреннего сгорания является то, что горючее воспламеняется непосредственно в его рабочей камере, а не в дополнительных внешних средах.В процессе работы химическая и тепловая энергия сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на физическом эффекте теплового расширения газов, который образуется при сгорании топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

    Классификация двигателей внутреннего сгорания

    В процессе эволюции двигателя внутреннего сгорания доказали свою эффективность следующие типы этих двигателей:

    • Поршневые двигатели внутреннего сгорания .В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу с помощью кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения коленчатому валу. Поршневые двигатели, в свою очередь, делятся на
    • карбюратор, в котором топливно-воздушная смесь образуется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там от искры свечи зажигания;
    • впрыск , в котором смесь подается непосредственно во впускной коллектор, через специальные форсунки, под управлением электронного блока управления, а также поджигается свечой;
    • дизель в котором воспламенение топливовоздушной смеси происходит без свечи зажигания, сжатым воздухом, который подогревается давлением от температуры, превышающей температуру сгорания, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
    • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания . В двигателях этого типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу за счет вращения ротора особой формы и профиля с рабочими газами. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры восьмой формы и выполняет функции как поршня, так и газораспределительного механизма (газораспределительного механизма) и коленчатого вала.
    • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания .В этих двигателях преобразование тепловой энергии в механическую работу происходит за счет вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, приводящего в движение вал турбины.

    Самыми надежными, неприхотливыми, экономичными по расходу топлива и необходимости регулярного обслуживания являются поршневые двигатели.

    Транспортные средства с другими типами двигателей внутреннего сгорания могут быть включены в Красную книгу. В настоящее время автомобили с роторно-поршневыми двигателями производит только Mazda.Опытную серию газотурбинных автомобилей выпускал «Крайслер», но это было в 1960-х годах, и ни один другой автопроизводитель к этому вопросу не возвращался. В СССР танки Т-80 и десантные корабли «Зубр» оснащались газотурбинными двигателями, но позже от этого типа двигателей было решено отказаться. В связи с этим остановимся подробнее на поршневых двигателях внутреннего сгорания, завоевавших мировое господство.

    Корпус двигателя образует единый корпус:

    • блок цилиндров, внутри камер сгорания, в котором воспламеняется топливно-воздушная смесь, и газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
    • шатунный механизм, передающий энергию движения на коленчатый вал;
    • газораспределительный механизм , который должен обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов входа/выхода горючей смеси и отработавших газов;
    • топливо/воздушная система подачи топлива («впрыск») и зажигания («зажигание»);
    • система удаления продуктов сгорания (выхлопные газы).

    Поперечное сечение четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

    После запуска двигателя воздушно-топливная смесь впрыскивается в его цилиндры через впускные клапаны и воспламеняется там от свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень движется, передавая механическую работу на вращение коленчатого вала.

    Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания циклична. Эти циклы повторяются несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное вращение вперед коленчатого вала, выходящего из двигателя.

    Определимся с терминологией. Ход – это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее за одно движение в одну сторону либо вверх, либо вниз. Цикл — это набор мер, которые повторяются в определенном порядке. В зависимости от числа тактов в одном рабочем цикле двигатели внутреннего сгорания делятся на двухтактные (цикл выполняется за один оборот коленчатого вала и два хода поршня) и четырехтактные (за два оборота коленчатого вала и четыре хода поршня). При этом как в этих, так и в других двигателях процесс работы протекает по следующему плану: впуск; сжатие; горение; продление и освобождение.

    Принципы работы двигателя внутреннего сгорания

    - Принцип двухтактного двигателя

    При запуске двигателя поршень, увлекаемый вращением коленчатого вала, начинает двигаться. Как только он достигает своей нижней мертвой точки (НМТ) и движется вверх, воздушно-топливная смесь подается в камеру сгорания цилиндра.

    Поршень сжимает его при движении вверх. Как только поршень достигает своей ВМТ, искра от электронной свечи зажигания воспламеняет воздушно-топливную смесь.Немедленно расширяясь, воспламеняющиеся пары топлива быстро перемещают поршень обратно в нижнюю мертвую точку.

    В этот момент открывается выпускной клапан, через который горячие выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. После повторного прохождения ВМД поршень возобновляет движение в ВМТ. За это время коленчатый вал делает один оборот.

    При новом движении поршня впускной канал воздуха/топлива вновь открывается, замещая собой весь объем выделившегося отработавшего газа, и процесс повторяется снова и снова.В связи с тем, что работа поршня в таких двигателях ограничена двумя ходами, он совершает значительно меньшее, чем в четырехтактном двигателе, количество ходов в данную единицу времени. Потери на трение сведены к минимуму. Однако при этом выделяется много тепловой энергии и двухтактные двигатели прогреваются быстрее и мощнее.

    В двухтактных двигателях поршень заменяет механизм газораспределения, открывая и закрывая рабочие впускные и выпускные окна в цилиндре в определенные моменты времени.Худший газообмен по сравнению с четырехтактным двигателем – главный недостаток двухтактной системы ДВС. В момент отвода выхлопных газов теряется определенный процент не только рабочего вещества, но и мощности.

    Области практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания: мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и др. оборудование малой мощности.

    Этих недостатков лишены четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, которые в различных модификациях устанавливаются практически на все современные автомобили, тракторы и другую технику.В них вход/выход горючей смеси/выхлопных газов происходит в виде отдельных рабочих процессов, не совмещенных со сжатием и расширением, как в двухтактных. Механизм газораспределения обеспечивает механическую синхронизацию впускных и выпускных клапанов с частотой вращения коленчатого вала. В четырехтактном двигателе топливно-воздушная смесь впрыскивается только после полного удаления выхлопных газов и закрытия выпускных клапанов.


    Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

    Каждый ход — это один ход поршня от верхней до нижней мертвой точки.В этом случае двигатель проходит следующие этапы работы:

    • Первый такт, впуск ... Поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю. В это время внутри цилиндра создается разрежение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. На входе давление в камере цилиндра находится в диапазоне от 0,07 до 0,095 МПа; температура – ​​от 80 до 120 градусов Цельсия.
    • Второе измерение, компрессия ... При движении поршня от нижней к верхней мертвой точке и закрытых впускных и выпускных клапанов происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра.Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 МПа, а температуры - до 300-400 градусов Цельсия.
    • Мера третья, расширение ... Топливно-воздушная смесь воспламеняется. При этом выделяется значительное количество тепловой энергии. Температура в камере цилиндра резко повышается до 2500 градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к нижней мертвой точке. Показатель давления в этом случае составляет от 4 до 6 МПа.
    • Четвертая мера, задача ... Когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, открывается выпускной клапан, и выхлопные газы вытесняются из цилиндра в выхлопную трубу, а затем в окружающую среду. Показатели давления в конце цикла 0,1-0,12 МПа; температура - 600-900 градусов Цельсия.

    Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

    Система зажигания входит в состав электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искрового воспламенения топливно-воздушной смеси в рабочей камере цилиндра.Компоненты систем зажигания:

    • Источник питания ... При запуске двигателя это батарея, а при работающем двигателе - генератор.
    • Выключатель зажигания или выключатель ... Раньше это было механическое, а в последние годы все чаще электрическое контактное устройство для подачи электрического напряжения.
    • Аккумулятор энергии ... Катушка или автотрансформатор представляет собой устройство, предназначенное для накопления и преобразования энергии, достаточной для создания необходимого разряда между электродами свечи зажигания.
    • Распределитель зажигания (распределитель) ... Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам зажигания каждого цилиндра.


    ДВС

    система зажигания

    -

    Индукционная система

    система впуска двс для непрерывная пиление для двс атмосферный воздух, для смешивания его с топливом и приготовления горючей смеси.Следует отметить, что в прежних карбюраторных двигателях впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И это все. В систему впуска современных автомобилей, тракторов и другой техники входят:

    • Воздухозаборник ... Это патрубок, форма которого подходит для любого двигателя. Благодаря ему атмосферный воздух засасывается в двигатель за счет разности давлений в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней создается отрицательное давление.
    • Воздушный фильтр ... Это расходный материал, предназначенный для очистки воздуха, поступающего в двигатель, от пыли и твердых частиц, задерживающихся на фильтре.
    • Клапан дроссельный ... Клапан воздушный предназначен для регулирования подачи необходимого количества воздуха. Приводится в действие механически нажатием на педаль газа, а в современной технике электронно.
    • Впускной коллектор ... Распределяет поток воздуха по цилиндрам двигателя. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

    За бесперебойную работу отвечает топливная система, т.е. система питания ДВС подачи топлива создания топливно-воздушной смеси. Топливная система включает в себя:

    • Бак топливный - емкость для хранения бензина или дизельного топлива с устройством отбора топлива (насосом).
    • Топливопроводы - комплект трубопроводов и шлангов, по которым двигатель получает свое "питание".
    • Смесительное устройство, т.е. карбюратор или инжектор - специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и ее впрыска в двигатель внутреннего сгорания.
    • Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразования и впрыска - в инжекторных двигателях это устройство "отвечает" за синхронную и эффективную работу по созданию и подаче горючей смеси в двигатель.
    • Топливный насос - Электрическое устройство для перекачки бензина или дизельного топлива в топливопровод.
    • Фильтр топливный - расходный материал для дополнительной очистки топлива при транспортировке его из бака в двигатель.


    Схема топливной системы ДВС

    - Система смазки

    Задачей системы смазки двигателя внутреннего сгорания является снижение силы трения и ее разрушающего действия на детали; отвод части избыточной тепловой ; Вывоз Продукция Угольные месторождения и потребление ; защита металл от коррозии ... Система смазки ДВС включает:

    • Масляный поддон - Бак для хранения моторного масла.Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
    • Масляный насос - выкачивает масло из поддона и подает его к необходимым деталям двигателя по специальным просверленным каналам - "линиям". Под действием силы тяжести масло стекает от смазываемых деталей обратно в поддон, там оно скапливается и цикл смазки повторяется снова.
    • Масляный фильтр улавливает и удаляет из моторного масла твердые частицы, такие как нагар и продукты износа.Фильтрующий элемент всегда заменяется новым при каждой замене моторного масла.
    • Масляный радиатор Предназначен для охлаждения моторного масла с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

    Поддерживает выхлопную систему двигателя внутреннего сгорания для удаления выпущенных газов и подавления шума работы двигателя. В современной технике выхлопная система состоит из следующих частей (в порядке отвода газов от двигателя):

    • Выпускной коллектор. Это система труб из высокотемпературного чугуна, которая принимает раскаленные выхлопные газы, гасит их первоначальный процесс колебаний и направляет их дальше во впускную трубу.
    • Приемная труба - Газоотвод изогнутый из огнеупорного металла, в обиходе именуемый «штаны».
    • Резонатор , или в просторечии "банка" глушителя, представляет собой емкость, в которой отделяются выхлопные газы и снижается их скорость.
    • Катализатор - устройство, предназначенное для очистки и нейтрализации выхлопных газов.
    • Глушитель - емкость с набором специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления потока газов и, соответственно, их шумности.


    Выхлопная система двигателя внутреннего сгорания

    - Система охлаждения

    Если в мопедах, скутерах и недорогих мотоциклах еще используется воздушная система охлаждения двигателя - с набегающим потоком воздуха, то для более мощной техники ее конечно будет недостаточно. Система охлаждающей жидкости, разработанная для , работает здесь для приема избыточного тепла на двигатель и снижения тепловых нагрузок на его детали.

    • Радиатор автомобиля Система охлаждения используется для отвода избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых алюминиевых трубок, ребристых для дополнительного отвода тепла.
    • Вентилятор предназначен для усиления эффекта охлаждения радиатора от набегающего воздушного потока.
    • Водяной насос (помпа) - Проталкивает охлаждающую жидкость через "малое" и "большое" колеса, циркулируя через двигатель и радиатор.
    • Термостат - специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путем включения его в "маленькое колесо", в обход радиатора (при холодном двигателе) и в обход радиатора (при холодном двигателе) и "большое колесо", через радиатор - при прогретом двигателе .

    Слаженная работа этих вспомогательных систем обеспечивает максимальную эффективность и надежность работы двигателя внутреннего сгорания.

    В заключение следует отметить, что в обозримом будущем появления достойных конкурентов для ДВС не предвидится.Есть все основания утверждать, что в своем современном, усовершенствованном виде он еще несколько десятков лет останется доминирующим типом двигателя во всех отраслях мирового хозяйства.


    Двигатель внутреннего сгорания представляет собой поршневую тепловую машину, в которой химическая энергия топлива преобразуется в теплоту непосредственно внутри рабочего цилиндра. В результате химической реакции топлива с кислородом воздуха образуются выхлопные газы высокого давления и температуры, являющиеся рабочим телом двигателя.Продукты сгорания оказывают давление на поршень и заставляют его двигаться. Возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

    Двигатели внутреннего сгорания работают по одному из трех циклов: изохорному (цикл Отто), изобарному (дизельный цикл) и смешанному (цикл Тринклера), различающимся характером процесса передачи тепла рабочему телу. В смешанном цикле часть тепла передается при постоянном объеме, а остальная часть при постоянном давлении.Отвод тепла во всех циклах происходит по изохоре.

    Совокупность последовательных и повторяющихся процессов, необходимых для движения поршня, — наполнение цилиндра, сжатие, сгорание и затем расширение газов и очистка цилиндра от продуктов сгорания — называется циклом двигателя. Часть цикла, которая занимает один ход поршня, называется ходом.

    Двигатели внутреннего сгорания делятся на четырехтактные и двухтактные; у четырехтактных двигателей рабочий цикл состоит из четырех ходов поршня, а у двухтактных - из двух.

    Двигатели внутреннего сгорания в основном используются в комбинированном цикле. Крайние предельные положения поршня в цилиндре называются соответственно верхней и нижней мертвыми точками (в.м.т., Н.М.Т.). Расстояние по оси цилиндра, которое проходит поршень от одного крайнего положения до другого, называется ходом поршня S. (рис. 125). Объем, описываемый поршнем при движении между v. м. т. и n. м. т., называется рабочим объемом цилиндра V. с ... Объем цилиндра над поршнем, когда последний находится в положении n.м., названный объемом компрессионной камеры V. от ... Объем цилиндра в положении поршня в Н.м.т. называется полным объемом цилиндра V и: V за = V из + V с.

    Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия? = В для / В к.

    Степень сжатия зависит от типа двигателя. В судовых дизелях степень сжатия 12-18.Основными конструктивными особенностями двигателя являются диаметр цилиндра, ход поршня, количество цилиндров и габаритные размеры.

    Четырехтактный двигатель.

    На рис. 125 показана схема четырехтактного дизельного двигателя. База дизеля 15 опирается на фундамент корабля 1 ... Блок цилиндров 11 установлен на мотораме 14. Поршень 9 под действием газов совершает возвратно-поступательные движения по зеркалу гильзы цилиндра 10 и посредством шатуна 13 оборотов коленчатого вала 2.Верхняя головка шатуна с поршневым пальцем 3 соединен с поршнем, а нижний закрывает шейку коленвала. В крышке 7 Цилиндр включает впускной клапан 4, выпускной клапан 8 и топливную форсунку 6. Впускной и выпускной клапаны приводятся в действие тягово-рычажной системой 5 от кулачковых шайб 12 распределительного вала. Последние получают вращение от коленчатого вала.

    Рабочий цикл в четырехтактном двигателе совершается при двух оборотах коленчатого вала - за четыре такта (хода) поршня.Из четырех ходов (тактов) три подготовительных и один рабочий. Каждый бар называется основным процессом, происходящим в течение этого бара.


    Первый удар - проглатывание. При движении поршня вниз (рис. 126) над поршнем в цилиндре создается разрежение, и клапан принудительного впуска заполняет цилиндр атмосферным воздухом. Чтобы лучше наполнить цилиндр свежим воздухом, впускной клапан а открывается несколько раньше, чем поршень доходит до б.м. точка т 1 ; имеется опережающий впуск (угол поворота 15-30°). Впуск воздуха в цилиндр заканчивается в точке 2. Впускной клапан а закрывается с задержкой 10-30° после н.м. Время всасывания соответствует углу поворота коленчатого вала на 220-250° и показано на рисунке заштрихованным углом 1-2, а на диаграмме п-? - входная линия 1-2.

    Вторая мера — сжатие. С момента закрытия впускного клапана а (точка 2) начинается сжатие по мере движения поршня вверх. Объем уменьшается, температура и давление воздуха увеличиваются. Время сжатия составляет 140-160° вращения коленчатого вала и заканчивается в точке 3 ... Давление в конце сжатия достигает 3-4,5 МН/м 2 и температура 800-1100°К. Высокая температура воздушного заряда обеспечивает самовоспламенение топлива. В конце такта сжатия, когда поршень еще не достиг b.м.т. (пункт 3 ), впрыск топлива осуществляется форсункой б . Подача топлива (угол опережения 10-30°) позволяет приработать поршень, т.е. подготовить рабочую смесь к самовоспламенению.

    Третий цикл - рабочий ход. Топливо сгорает, а продукты сгорания расширяются. Продолжительность сгорания топлива составляет 40-60° вращения коленчатого вала (процесс 3-4 на фото). В конце сгорания внутренняя энергия газов увеличивается, давление газов достигает значительной величины 5 . - 8 Мн/м 2 , и температура 1500-2000°К.Точка 4 – начало расширения газов. Под давлением газов поршень движется вниз, совершая полезную механическую работу. В конце расширения (угол опережения 20-40° ВС) - точка 5 - открывается выпускной клапан, давление в цилиндре резко падает и при достижении поршнем Н. м.т. оказывается равным 0,1-0,11 МН/м 2 и температура 600-800°К. Предварительный выпуск обеспечивает минимальное сопротивление движению поршня вверх на следующем такте. Рабочий ход выполняется выше угла поворота коленчатого вала 160-180°.

    Четвертая мера - освобождение. Продолжается с шага 5 на шаг 6. После отпускания плунжера, скольжение из н.м.т. выталкивает отработавшие продукты сгорания. Выпускной клапан закрывается с некоторым опозданием (на 10-30° угла поворота коленчатого вала после в.м.т.). Это улучшает удаление продуктов сгорания выхлопных газов за счет всасывающего действия газов, тем более что впускной клапан в это время уже открыт. Такое положение клапана называется «перекрытием клапана». Перекрытие клапанов обеспечивает лучший отвод продуктов сгорания.Замедление находится в пределах 225-250° угла поворота коленчатого вала.

    Двухтактный двигатель.


    На рис. 127 показана схема работы двухтактного дизельного двигателя. Газораспределение в двухтактных двигателях осуществляется через продувочные порты Р и выпускные порты Вт. ... Окна продувки подключены к приемнику продувки R , который имеет H. Нагнетается чистый воздух при давлении 0,12-0,16 МН/м 2 ... Выпускные порты, расположенные немного выше продувочных портов, соединены с выпускным коллектором. Топливо в цилиндр подается форсункой F. Рабочий цикл двухтактного двигателя происходит за два хода поршня, за один оборот коленчатого вала. Открытие и закрытие продувочного и выпускного отверстий осуществляется с помощью поршня.

    Рассмотрим последовательность процессов в цилиндре.

    Первый удар горит, расширяется, высвобождается и выдувается. Поршень движется вниз отм. к. м. м. В начале такта происходит бурное сгорание по мере повышения давления газов до 5-10 Мн/м. 2 и температурах до 1700-1900°К для тихоходных двигателей и 1800-2000°К для быстроходных двигателей. Горение заканчивается в точке 4, а затем продукты сгорания расширяются (участок 4-5) до давления 0,25-0,6 Мн. / м 2 и температуре 900-1200° К. При нахождении мотыля в точке 5 (50-70° до н.э.) выпускные клапаны открываются, давление в цилиндре резко падает, и выхлопные газы из выпускного коллектора начинают поступать в атмосфера.Высота продувочных отверстий подобрана таким образом, чтобы при их открытии давление газа в баллоне было близко к давлению продувочного воздуха в продувочном ресивере. При открытых вентиляционных отверстиях (точка 6) перепускной воздух, поступающий в цилиндр, вытесняет продукты сгорания через выпускные отверстия, при этом часть воздуха уходит с отработавшими газами. Когда продувочные окна открыты, цилиндр принудительно очищается и заполняется новым зарядом; этот процесс называется очищением.

    Вторая мера. Процесс очистки продолжается по мере движения поршня вверх от н.м.т. закрыть окна очистки (поз. 1). После закрытия поршнем выходных отверстий (точка 2) процесс выпуска завершается и начинается процесс сжатия заряда свежего воздуха. В конце сжатия (в мт) давление воздуха 3,5-5 МН/м 2 и температура 750-800° К. Высокая температура воздуха в конце сжатия обеспечивает самовоспламенение топлива. Затем цикл повторяется.

    По тем же причинам, что и для четырехтактных дизелей, топливо подается в цилиндр на 10-20° поворота коленчатого вала с опережением до в.м.т. (пункт 3 ).

    Сегодня на судах используются как двухтактные, так и четырехтактные дизельные двигатели. Для крупнотоннажных грузовых и пассажирских судов главным двигателем является двухтактный двигатель. Крейцкопфные двухтактные тихоходные дизеля долговечны, очень экономичны, но имеют большой вес и габариты.При той же частоте вращения и размере цилиндра мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше, чем у четырехтактного двигателя. Увеличение мощности двухтактного двигателя происходит за счет сжигания в два раза большего количества топлива, чем в четырехтактном двигателе, но так как объем рабочего цилиндра (из-за наличия выхлопных и дутьевых отверстий) не полностью используется, а часть мощности (4-10%) расходуется на привод продувки насоса, то фактический прирост мощности двухтактного двигателя над мощностью четырехтактного составляет 70-80%.

    Четырехтактный двигатель при той же мощности и скорости, двухтактный имеет большие габариты и вес. Двухтактный двигатель при одинаковой частоте вращения и числе цилиндров с четырехтактным двигателем работает более равномерно за счет удвоенного количества рабочих циклов. Минимальное количество цилиндров для надежного пуска – четыре для двухтактного двигателя и шесть для четырехтактного двигателя.

    В конструкции двухтактного щелевого двигателя отсутствуют клапаны и приводы.Однако для изготовления деталей необходимы более прочные материалы, так как двухтактные двигатели работают при более высоких температурах.

    В двухтактных двигателях очистка, продувка и наполнение цилиндра свежим воздухом происходит в часть одного такта, поэтому качество этих процессов ниже, чем в четырехтактном двигателе.

    Четырехтактные двигатели более удобны в плане повышения мощности за счет наддува. Для них используется более простая схема наддува, теплоемкость цилиндров меньше, чем у двухтактных дизелей.Для современных 4-тактных дизелей с наддувом от газовой турбины эффективный расход топлива составляет 0,188-0,190 кг/(кВтч), а для двухтактных тихоходных дизелей с наддувом 0,204-0,210 кг/(кВтч).

    .

    Принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания — принцип работы и преимущества

    Всего сто лет назад двигатели внутреннего сгорания должны были быть очень конкурентоспособными, чтобы занять место, которое они занимают в современном автомобилестроении. Тогда их превосходство не было столь очевидным, как сегодня. Действительно, паровая машина — главный соперник бензинового двигателя — имела перед ней большие преимущества: бесшумность, простота регулирования мощности, отличные тяговые характеристики и удивительная «всеядность», позволяющая работать на любом виде топлива, от дров до бензина.В конечном итоге, однако, возобладали экономичность, легкость и надежность двигателей внутреннего сгорания, что заставило их смириться с их недостатками как с неизбежными.
    В 1950-х годах с появлением газовых турбин и роторных двигателей начался штурм монопольного положения двигателей внутреннего сгорания в автомобильной промышленности, который так и не увенчался успехом. Примерно в том же году были предприняты попытки вывести на сцену новый двигатель, поразительно сочетающий экономичность и надежность бензинового двигателя с бесшумной работой и «всеядной» паровой системой.Это знаменитый двигатель внешнего сгорания, запатентованный шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081).

    Физика процессов

    Принцип действия всех без исключения тепловых машин основан на том, что при расширении нагретого газа совершается больше механической работы, чем требуется при холодном сжатии. Вам понадобится только бутылка и две кастрюли с горячей и холодной водой, чтобы продемонстрировать это. Сначала бутылку погружают в ледяную воду, а когда воздух в ней остынет, горлышко закупоривают пробкой и быстро переносят в горячую воду.Через несколько секунд раздается хлопок, и нагретый в бутылке газ выталкивает пробку, совершая механическую работу. Вы можете поставить бутылку обратно в ледяную воду — цикл повторится.
    , этот процесс был почти точно воспроизведен в цилиндрах, поршнях и замысловатых рычагах первой машины Стирлинга, пока изобретатель не понял, что часть тепла, извлекаемого из газа при охлаждении, можно использовать для частичного нагрева. Все, что вам нужно, это емкость, в которой можно хранить тепло, отбираемое у газа при охлаждении, и отдавать его при нагревании.
    К сожалению, даже эта очень важная модернизация не спасла двигатель Стирлинга. До 1885 года результаты были очень средними: урожайность 5-7 процентов, 2 литра. з. мощность, 4 тонны веса и 21 кубометр жилой площади.
    Двигатели внутреннего сгорания не спас даже успех другой конструкции, разработанной шведским инженером Эриксоном. В отличие от Стирлинга, он предлагал нагревать и охлаждать газ не при постоянном объеме, а при постоянном давлении. 8 В 1887 году несколько тысяч небольших двигателей Эриксона прекрасно работали в типографиях, домах, шахтах и ​​на кораблях.Они наполнили резервуары водой и управляли лифтами. Эриксон даже пытался приспособить их к экипажам машинистов, но они оказались слишком тяжелыми. В России до революции выпускалось большое количество таких двигателей под названием «Теплоэнергетика».

    В двигателях внутреннего сгорания процесс сгорания топлива и источник тепла отделены от операционной системы. В эту категорию обычно входят паровые и газовые турбины, а также двигатели Стирлинга. Первые прототипы таких установок были созданы более двух столетий назад и использовались на протяжении почти всего XIX века.

    Когда процветающей промышленности понадобились мощные и экономичные электростанции, конструкторы придумали замену взрывным паровым машинам, в которых рабочим телом был пар под высоким давлением. Так появились двигатели внутреннего сгорания, получившие широкое распространение в начале 19 века. Только спустя несколько десятков лет их заменили двигателями внутреннего сгорания. Они стоят намного меньше, чем их обычное использование.

    Но сегодня дизайнеры присматриваются к вышедшим из употребления двигателям внутреннего сгорания.Это связано с их преимуществами. Главное преимущество в том, что такие установки не нуждаются в хорошо очищенном и дорогом топливе.

    Двигатели внутреннего сгорания неприхотливы, хотя их конструкция и обслуживание все же довольно дороги.

    Двигатель Стирлинга

    Одним из самых известных представителей семейства двигателей внутреннего сгорания является двигатель Стирлинга. Он был изобретен в 1816 году, несколько раз совершенствовался, но спустя долгое время был незаслуженно забыт. Теперь двигатель Стирлинга возродился.Его успешно используют даже в освоении космоса.

    Работа машины Стирлинга основана на замкнутом термодинамическом цикле. Периодические процессы сжатия и расширения происходят при разных температурах. Рабочий процесс управляется изменением его громкости.

    Двигатель Стирлинга может работать как тепловой насос, генератор давления, охлаждающее устройство.

    Этот двигатель сжимает газ при низких температурах и расширяет газ при высоких температурах.Периодическое изменение параметров происходит благодаря использованию специального поршня, играющего роль детрузора. В этом случае тепло к рабочему телу подводится извне через стенку цилиндра. Эта функция дает право

    Двигатели внутреннего сгорания стали применяться, когда людям понадобился мощный и экономичный источник энергии. Раньше использовались паровые установки, но они были взрывоопасными, поскольку использовали горячий пар под давлением. В начале 19 века на смену им пришли устройства с внешним горением, а через несколько десятков лет были изобретены уже известные устройства с внутренним сгоранием.

    Происхождение устройств

    В 19 веке человечество столкнулось с проблемой, что паровые котлы слишком часто взрывались, а также имели серьезные конструктивные недостатки, делавшие их применение нежелательным. Выход нашел в 1816 году шотландский священник Роберт Стирлинг. Эти устройства также можно назвать «двигателями горячего воздуха», которые использовались уже в 17 веке, но этот человек добавил к изобретению очиститель, который теперь называется регенератором. Таким образом, двигатель внутреннего сгорания Стирлинга смог значительно повысить КПД установки, поскольку улавливал тепло в теплой рабочей зоне при охлаждении рабочего тела.В результате эффективность всей системы значительно возросла.

    В то время изобретение достаточно широко использовалось и набирало популярность, но со временем перестало использоваться и было забыто. На смену аппаратуре внешнего сгорания пришли паровые установки и двигатели, но уже известны двигатели внутреннего сгорания. Вновь вспомнили о них только в 20 веке.

    Монтажные работы

    Принцип работы двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что в нем постоянно чередуются две стадии: нагрев и охлаждение рабочего тела в замкнутом пространстве и получение энергии.Эта энергия создается за счет того, что объем рабочего тела постоянно меняется.

    В таких устройствах чаще всего рабочим телом становится воздух, но также возможно использование гелия или водорода. Пока изобретение находилось в стадии разработки, в качестве экспериментов использовались такие вещества, как диоксид азота, фреоны, сжиженный пропан-бутан. В некоторых образцах даже пытались использовать обычную воду. Стоит отметить, что двигатель внутреннего сгорания, который запускался с использованием воды в качестве рабочего тела, отличался тем, что имел достаточно большую удельную мощность, высокое давление и сам был достаточно компактным.

    Двигатель первого типа. «Альфа»

    Первой использованной моделью была Stirling Alpha. Характерной особенностью его конструкции является то, что он имеет два силовых поршня, расположенных в разных отдельных цилиндрах. Одному из них было довольно жарко и жарко, другому – холодно. Горячий цилиндро-поршневой пар находился внутри высокотемпературного теплообменника. Холодный пар находился внутри низкотемпературного теплообменника.

    Основные преимущества двигателей внутреннего сгорания заключались в том, что они обладали большой мощностью и объемом. Однако температура горячего пара была слишком высокой. По этой причине в процессе создания подобных изобретений возникли некоторые технические трудности. Регенератор этого устройства расположен между трубами, соединяющими горячую и холодную.

    Второй образец. "Бета"

    Вторым примером была модель Бета Стирлинга. Основное конструктивное отличие заключалось в том, что цилиндр был всего один.Один конец его служил горячим паром, а другой конец оставался холодным. Внутри цилиндра двигался поршень, и мощность могла быть снята. Также внутри находился эжектор, отвечавший за изменение объема зоны горячей работы. В этом оборудовании использовался газ, который перекачивался из холодного коридора в горячий через регенератор. Этот тип двигателя внутреннего сгорания имел регенератор в виде внешнего теплообменника или был соединен с поршнем вытеснения.

    Последняя модель."Гамма"

    Последней вариацией этого двигателя стала Гамма Стирлинга. Этот тип отличался не только наличием поршня, а также съемника, но и тем, что в его конструкцию уже входило два цилиндра. Как и в первом случае, один из них был холодным и использовался для отбора мощности. Но другой цилиндр, как и в предыдущем случае, был холодным с одного конца и горячим с другого. Сюда переместился детрузор. Поршневой двигатель внутреннего сгорания также имел регенератор, который мог быть двух типов.В первом случае он был внешним и объединял такие конструктивные элементы, как горячая зона цилиндра с холодной, а также с первым цилиндром. Второй тип - внутренний регенератор. Если этот вариант использовался, он включался в конструкцию детрузора.

    Применение Стирлингов оправдано, когда необходим простой и малогабаритный преобразователь тепловой энергии. Его также можно использовать, если разница температур недостаточно велика для размещения газовых или паровых турбин.Стоит отметить, что сегодня такие образцы стали использоваться все чаще. Например, для туристов используют автономные модели, умеющие управлять газовой горелкой.

    Текущее использование устройств

    Казалось бы, такое старое изобретение сегодня нельзя использовать, но это не так. НАСА заказало двигатель внутреннего сгорания типа Стирлинга, но в качестве рабочего тела должны использоваться ядерные и радиоизотопные источники тепла. Кроме того, его также можно с успехом использовать для следующих целей:

    • Использовать эту модель двигателя для перекачки жидкости гораздо проще, чем обычный насос.Во многом это связано с тем, что роль поршня может выполнять сама перекачиваемая жидкость. Кроме того, он еще и охлаждает рабочую жидкость. Например, такого рода «насос» можно использовать для перекачки воды в оросительные каналы, используя тепло солнца.
    • Некоторые производители холодильников склонны устанавливать эти устройства. Затраты на производство могут быть снижены, а в качестве хладагента может использоваться обычный воздух.
    • Сочетание двигателя внешнего сгорания этого типа с тепловым насосом позволяет оптимизировать работу тепловой сети дома.
    • "Стирлинги" успешно используются на подводных лодках ВМС Швеции. Дело в том, что двигатель работает на жидком кислороде, который затем используется для дыхания. Для подводной лодки это очень важно. Кроме того, такое оборудование имеет достаточно низкий уровень шума. Конечно, агрегат достаточно крупный и требует охлаждения, но в случае с подводной лодкой эти два фактора не имеют значения.

    Преимущества использования двигателя

    Если при проектировании и сборке использовать современные методы, можно будет повысить коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания до 70%.Использование таких образцов сопровождается следующими положительными чертами:

    • Удивительно, но крутящий момент в таком изобретении практически не зависит от частоты вращения коленчатого вала.
    • В том числе отсутствуют такие компоненты силового агрегата, как система зажигания и система клапанов... Здесь также отсутствует распределительный вал.
    • Достаточно удобно, что в течение всего срока использования не требуется проводить регулировки и настройки оборудования.
    • Эти модели двигателей не умеют "останавливаться".Простейшая конструкция устройства позволяет использовать его достаточно длительное время в полностью автономном режиме.
    • Почти все, от дров до уранового топлива, может быть использовано в качестве источника энергии.
    • Конечно, в двигателе внутреннего сгорания сгорание веществ происходит снаружи. Это способствует тому, что топливо сгорает полностью, а количество токсичных выбросов сводится к минимуму.

    недостатки

    Конечно, каждое изобретение не лишено недостатков.Если говорить о недостатках таких двигателей, то они следующие:

    1. Из-за того, что сгорание происходит вне двигателя, выделяемое тепло рассеивается через стенки радиатора. Это вызывает необходимость увеличения габаритов устройства.
    2. Расход материала. Для создания компактной и эффективной модели двигателя Стирлинга необходимо наличие качественной жаропрочной стали, способной выдерживать высокое давление и высокую температуру. Кроме того, должна быть низкая теплопроводность.
    3. В качестве смазки придется приобрести специальное средство, т.к. обычный кокс при высоких температурах, которые достигаются в двигателе.
    4. Для получения достаточно высокой удельной прочности в качестве рабочего тела используйте водород или гелий.

    Водород и гелий в качестве топлива

    Очевидно, что необходима большая мощность, но вы должны понимать, что использование водорода или гелия довольно опасно. Например, водород сам по себе достаточно взрывоопасен и при высоких температурах образует соединения, называемые гидритами металлов.Это происходит, когда водород растворяется в металле. Другими словами, он способен разрушить цилиндр изнутри.

    Кроме того, и водород, и гелий являются летучими веществами с высокой проникающей способностью. Проще говоря, они довольно легко проходят практически через все уплотнения. Потеря вещества означает потерю рабочего давления.

    Роторный двигатель внешнего сгорания

    Сердцем такой машины является роторная расширительная машина. В двигателях внешнего сгорания этот элемент имеет форму полого цилиндра, закрытого с обеих сторон кожухами.Сам ротор выполнен в виде колеса, которое насажено на вал. Он также имеет ряд U-образных выдвижных пластин, для удлинения которых используется специальное выдвижное устройство.

    Лукьянов Двигатель внутреннего сгорания

    Юрий Лукьянов — научный сотрудник Псковского политехнического института. Он давно занимается разработкой новых моделей двигателей. Ученый постарался сделать так, чтобы в новых моделях отсутствовали такие элементы, как коробка передач, распределительный вал и выхлопная труба. Основным недостатком устройств Стирлинга было то, что они были слишком большими.Именно этот недостаток ученому удалось устранить за счет того, что лопасти заменили поршнями. Это помогло уменьшить размеры всей конструкции в несколько раз. Некоторые утверждают, что двигатель внутреннего сгорания можно сделать своими руками.

    Это вводная часть цикла статей, посвященных Двигателю внутреннего сгорания Существование короткого экскурса в историю эволюции двигателя внутреннего сгорания. В статье также будут освещены первые автомобили.

    В следующих разделах подробно описаны различные ДВС:

    Шатун-поршень
    Роторный
    Турбореактивный
    Реактивный

    Двигатель был установлен на лодке, которая могла подниматься по реке Сона.Через год после испытаний братья получили патент на свое изобретение, подписанный Наполеоном Бонопартом сроком на 10 лет.

    Правильнее было бы назвать этот двигатель реактивным двигателем, так как его задачей было вытолкнуть воду из трубы под днище лодки...

    Двигатель состоял из камеры зажигания и сгорания, сильфона для впрыск воздуха, распределитель топлива и устройство зажигания. Топливом для двигателя служила угольная пыль.

    Сильфон нагнетал поток воздуха, смешанный с угольной пылью, в камеру зажигания, где тлеющий фитиль воспламенял смесь.Затем частично воспламененная смесь (угольная пыль горит сравнительно медленно) попадала в камеру сгорания, где полностью сгорала и расширялась.
    Кроме того, давление газов вытесняло воду из выхлопной трубы, заставляя лодку двигаться, после чего цикл повторялся.
    Двигатель работал в пульсирующем режиме с частотой ~12 л/мин.

    Через некоторое время братья улучшили топливо, добавив в него смолу, затем заменили ее маслом и сконструировали простую систему впрыска.
    Проект не разрабатывался ближайшие десять лет. Клод отправился в Англию продвигать идею двигателя, но растратил все деньги и ничего не добился, а Жозеф занялся фотографией и стал автором первой в мире картины «Вид из окна».

    Во Франции копия «Пиеролофора» выставлена ​​в Доме-музее Ньепса.

    Чуть позже де Рива установил свой двигатель на четырехколесное транспортное средство, которое, по мнению историков, стало первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания.

    Об Алессандро Вольта

    Вольта первым поместил цинковые и медные пластины в кислоту для создания непрерывного электрического тока, создав первый в мире химический источник настоящего («вольтовый столб») .

    В 1776 году Вольта изобрел газовый пистолет «Вольт-пистолет», в котором газ взрывался от электрической искры.

    В 1800 году он построил химическую батарею, которая позволила получать электричество посредством химических реакций.

    Единица измерения электрического напряжения - Вольт - называется Вольта.


    90 143 90 139 А 90 140 - цилиндр, 90 139 б 90 140 - "свеча", 90 139 С 90 140 - поршень, 90 139 Д 90 140 - водородный "баллон", 90 139 м и 90 140 - погремушка , 90 139 F 90 140 - выпускной дренажный клапан, 90 139 г - рукоятка управления клапаном

    Водород хранился в "воздушном" баллоне, соединенном трубкой с цилиндром Подача топлива и воздуха, а также зажигание подача смеси и выпуск выхлопных газов производились вручную при помощи рычага.

    Принцип работы:

    Воздух попал в камеру сгорания через клапан выпуска отработавших газов.
    Клапан закрывался.
    Открыт шаровой клапан подачи водорода.
    Кран закрывался.
    Нажатие кнопки вызвало электрический разряд по "миру".
    Смесь вспыхнула и подняла поршень.
    Открылся выпускной клапан.
    Поршень провалился под собственной тяжестью (был тяжелым) и протянул веревку, крутившую колеса, сквозь блок.

    Затем цикл повторился.

    В 1813 году де Рива построил еще один автомобиль. Это была повозка длиной около шести метров, с колесами двухметрового диаметра и весом почти в тонну.
    Автомобиль смог проехать 26 метров с грузом из камней (около 700 фунтов), и четырех человек, со скоростью 3 км/ч.
    Автомобиль перемещался на 4-6 метров за каждый цикл.

    Мало кто из современников воспринял это изобретение всерьез, и Французская академия наук утверждала, что двигатель внутреннего сгорания никогда не сможет конкурировать по характеристикам с паровым двигателем.

    В 1833 году американский изобретатель Лемюэль Веллман Райт зарегистрировал патент на двухтактный двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением.
    (см. ниже) писал о двигателе Райта в своей книге «Газовые и масляные двигатели»:

    «Чертеж двигателя очень функционален, а детали проработаны до мелочей. Взрыв смеси воздействует непосредственно на поршень, который через шатун вращает коленчатый вал. С помощью внешнего вида двигатель напоминает паровоз высокого давления, в котором газ и воздух закачиваются из отдельных баков.Смесь в сферических емкостях воспламенялась при поднятии плунжера в ВМТ (верхней мертвой точке) и выталкивании его вверх/вниз. В конце хода клапан открывался и выбрасывал выхлопные газы в атмосферу».

    Неизвестно, был ли когда-либо построен этот двигатель, но для него есть план:

    В 1838 году английский инженер Уильям Барнетт получил патент на три двигателя внутреннего сгорания.

    Первый двигатель одностороннего действия двухтактный (топливо сжигается только с одной стороны поршня) с раздельными газовым и воздушным насосами.Смесь воспламенялась в отдельном цилиндре, а затем горящая смесь перетекала в рабочий цилиндр. Вход и выход осуществлялись через механические клапаны.

    Второй двигатель повторял первый, но работал в двух направлениях, т.е. горение было попеременным с обеих сторон поршня.

    Третий двигатель также был двухтактным, но имел впускные и выпускные окна в стенках цилиндров, которые открывались при достижении поршнем крайней точки (как в современных двухтактных двигателях).Это позволяло автоматически выпускать выхлопные газы и принимать новый заряд смеси.

    Отличительной особенностью двигателя Барнетта было то, что свежая смесь перед воспламенением сжималась поршнем.

    Схема одного из двигателей Барнетта:

    В 1853-57 итальянские изобретатели Эудженио Барзанти и Феличе Маттеуччи разработали и запатентовали двухцилиндровый двигатель внутреннего сгорания мощностью 5 л/с.
    Патент был выдан лондонским бюро, поскольку итальянское законодательство не могло гарантировать достаточную защиту.

    Строительство прототипа было поручено Bauer & Co. Милана» (Helvetica) и завершена в начале 1863 года. Успех двигателя, который был намного эффективнее парового двигателя, был настолько успешным, что компания начала получать заказы со всего мира.

    Ранний одноцилиндровый двигатель Barzanti-Matteucci:

    Модель двухцилиндрового двигателя Barzanti-Matteucci:

    Matteucci и Barzanti заключили контракт на производство двигателей с бельгийской компанией.Барзанти отправился в Бельгию, чтобы лично контролировать работу, и внезапно умер от тифа. Со смертью Барзанти все работы над двигателем были остановлены, и Маттеуччи вернулся к своей прежней работе инженером-гидротехником.

    В 1877 году Маттеуччи утверждал, что он и Барзанти были основными разработчиками двигателя внутреннего сгорания и что двигатель, построенный Августом Отто, был очень похож на двигатель Барзанти-Маттеуччи.

    Документы, относящиеся к патентам Барзанти и Маттеуччи, хранятся в архивах библиотеки Museo Galileo во Флоренции.

    Важнейшим изобретением Николауса Отто стал двигатель с четырехтактным циклом - циклом Отто. Этот цикл до сих пор лежит в основе большинства бензиновых и бензиновых двигателей.

    Четырехтактный цикл был величайшим техническим достижением Отто, но вскоре выяснилось, что за несколько лет до его изобретения французский инженер Бо де Рош описал точно такой же принцип работы двигателя. (см. выше) ... Группа французских промышленников оспорила в суде патент Отто, суд счел их доводы убедительными.Права Отто по его патенту были значительно сокращены, включая отмену его монополии на четырехтактный цикл.

    Несмотря на то, что конкуренты начали производство четырехтактных двигателей, модель Otto, разработанная с учетом многолетнего опыта, по-прежнему оставалась лучшей, и спрос на нее не прекращался. До 1897 г. было выпущено около 42 000 таких двигателей различного рабочего объема. Однако использование в качестве топлива тлеющего газа существенно сузило область их применения.
    Количество осветительных и газовых заводов было незначительным даже в Европе, тогда как в России их было всего два - в Москве и Петербурге.

    В 1865 году французский изобретатель Пьер Гюго получил патент на машину, которая представляла собой вертикальный одноцилиндровый двигатель двойного действия с двумя резиновыми насосами для подачи смеси, приводимыми в движение коленчатым валом.

    Позже Хьюго разработал горизонтальный двигатель, аналогичный тому, что был у Ленуара.

    Музей науки, Лондон.

    В 1870 году австро-венгерский изобретатель Самуэль Маркус Зигфрид разработал двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе, и установил его на четырехколесную тележку.

    Сегодня этот автомобиль известен как «первый автомобиль Маркуса».

    В 1887 году в сотрудничестве с Bromovsky & Schulz Маркус построил второй автомобиль, Second Marcus Car.

    В 1872 году американский изобретатель запатентовал двухцилиндровый бензиновый двигатель постоянного давления, работающий на керосине. Модель
    Brighton назвала свой двигатель «Ready Motor».

    Первый цилиндр служил компрессором, нагнетавшим воздух в камеру сгорания, в которую непрерывно подавался керосин.В камере сгорания смесь воспламенялась и через золотниковый механизм поступала во второй - рабочий цилиндр. Существенным отличием от других двигателей было постепенное сгорание топливно-воздушной смеси при постоянном давлении.

    Те, кто интересуется термодинамическими аспектами двигателя, могут прочитать о цикле Брайтона.

    В 1878 году шотландский инженер сэр (рыцарь 1917) разработал первый двухтактный двигатель с воспламенением сжатой смеси. Он запатентовал его в Англии в 1881 году.

    Интересно работал двигатель: воздух и топливо подавались в правый цилиндр, там смешивались и эта смесь проталкивалась в левый цилиндр, где зажигалась смесь от свечи. Произошло расширение, из левого цилиндра выпали оба поршня (через левый патрубок) вышло выхлопных газов, а в правый цилиндр подсосалась новая порция воздуха и топлива. По инерции поршни поднялись, и цикл повторился.

    В 1879 году построил вполне надежный бензиновый двухтактный двигатель и получил на него патент.

    Настоящий гений Бенца проявлялся в том, что он умел комбинировать различные устройства в последующих проектах. (дроссель, аккумуляторная искра зажигания, свеча зажигания, карбюратор, сцепление, коробка передач и радиатор) на свою продукцию, что в свою очередь стало стандартом для всего машиностроения.

    В 1883 году Бенц основал компанию Benz & Cie по производству газовых двигателей, а в 1886 году запатентовал четырехтактный двигатель , который он использовал в своих автомобилях.

    Благодаря успеху компании Benz & Cie компания Benz смогла приступить к разработке конных экипажей. Объединив свой опыт в производстве двигателей и многолетнее увлечение проектированием велосипедов, он построил свой первый автомобиль к 1886 году и назвал его «Benz Patent Motorwagen».


    Дизайн сильно напоминает трехколесный велосипед.

    Одноцилиндровый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания рабочим объемом 954 см3. Патент Benz Motorwagen ".

    Двигатель был оснащен большим маховиком (не только для плавного вращения, но и для запуска), бензобаком на 4,5 литра, карбюратором испарительного типа и золотниковым клапаном, через который топливо поступал в камеру сгорания. Зажигание осуществлялось с помощью свечи зажигания собственного производства Бенца, напряжение на которую подавалось от катушки Румкорфа.

    Охлаждение водяное, но не в замкнутом контуре, а испарительное. Пар уходил в атмосферу, поэтому машину приходилось заправлять не только бензином, но и водой.

    Двигатель развивал мощность 0,9 л.с. при 400 об/мин и разгонял машину до 16 км/ч.

    Карл Бенц водит свою машину.

    Несколько позже, в 1896 году, Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель (или оппозитный двигатель ), в котором поршни одновременно достигают верхних мертвых зон, уравновешивая друг друга.

    Музей Mercedes-Benz в Штутгарте.

    В 1882 году английский инженер Джеймс Аткинсон изобрел цикл Аткинсона и двигатель Аткинсона.

    Двигатель Аткинсона в основном представляет собой четырехтактный двигатель цикла Отто , но с модифицированным кривошипом ... Разница заключалась в том, что в двигателе Аткинсона все четыре такта происходили за один оборот коленчатого вала.

    Использование цикла Аткинсона в двигателе снижает расход топлива и шум при работе благодаря более низкому давлению выхлопных газов. Кроме того, этот двигатель не требовал коробки передач для привода газораспределительного механизма, так как открытие клапанов приводит в движение коленчатый вал.

    Несмотря на множество преимуществ (включая обход патентов Отто), двигатель не получил широкого распространения из-за сложности изготовления и других недостатков.
    Цикл Аткинсона предлагает лучшие экологические характеристики и экономичность, но требует: высоких оборотов... При низких оборотах он дает относительно небольшой крутящий момент и может застрять.

    Сейчас двигатель Аткинсона используется на гибридных автомобилях "Toyota Prius" I "Lexus HS 250h".

    В 1884 году английский инженер Эдвард Батлер на лондонской велосипедной выставке "Stanley Cycle Show" показал чертежи трехколесного автомобиля с бензиновым двигателем внутреннего сгорания, а в 1885 году построил его и показал на той же выставки, назвав ее «Велоцикл».Батлер также был первым, кто использовал слово бензин .

    Velocycle был запатентован в 1887 году. Велоцикл

    оснащался одноцилиндровым четырехтактным бензиновым двигателем внутреннего сгорания; оснащен катушкой зажигания, карбюратором, воздушной заслонкой и жидкостным охлаждением... Двигатель развивал около 5 л.с. при объеме 600 см3 и разгоне автомобиля до 16 км/ч.

    С годами Батлер улучшал характеристики своего транспортного средства, но не смог его испытать из-за «Закона о красном флаге» (опубликованного в 1865 г.) , В результате транспортные средства не должны были превышать скорость более 3 км/ч.Кроме того, в машине должны были находиться три человека, один из которых должен был пройти перед автомобилем с красным флажком. (это меры безопасности) .

    В журнале English Mechanic за 1890 год Батлер писал: «Власти запрещают использование автомобиля на дорогах, и в результате я отказываюсь от его дальнейшего развития».

    Из-за отсутствия общественного интереса к машине Батлер отправил ее на металлолом и продал патент Гарри Дж. Лоусону. (производитель велосипедов) , который продолжал производить двигатели для использования в лодках.

    Сам Батлер начал разработку стационарных и судовых двигателей.

    В 1891 году Герберт Эйкройд Стюарт в сотрудничестве с Ричардом Хорнсби и сыновьями построил двигатель Хорнсби-Акройда, в котором топливо (керосин) под давлением впрыскивалось в дополнительную камеру (из-за своей формы она называлась «горячей шар») , установленный на головке блока цилиндров и соединенный узким проходом с камерой сгорания. Топливо воспламенялось через горячие стенки дополнительной камеры и попадало в камеру сгорания.


    1. Дополнительная камера (горячий шар) .
    2. Цилиндр.
    3. Поршень.
    4. Картер.

    Для запуска двигателя использовалась паяльная горелка, которой нагревалась дополнительная камера. (после запуска нагревался выхлопными газами) ... По этой причине двигатель Hornsby-Akroyd , который был предшественником дизельного двигателя, разработанного Рудольфом Дизелем , часто называют «полудизелем». Однако через год Эйкройд усовершенствовал свой двигатель, добавив «водяную рубашку» (патент 1892 г.), что повысило температуру в камере сгорания за счет увеличения степени сжатия, и теперь отпала необходимость в дополнительном источнике тепла.

    В 1893 году Рудольф Дизель получил патенты на тепловую машину и модифицированный «цикл Карно» под названием «Способ и аппарат для переработки высокой температуры в работу». 1904 MAN) при финансовом участии компаний Friedrich Krupp и братьев Зульцер был разработан первый экономичный дизельный двигатель Rudolf Diesel
    .
    Это намного превзошло существующие двигатели Отто с КПД 20% и морские паровые турбины с КПД 12%, которые вызвали большой интерес в промышленности из разных стран.

    Дизельный двигатель был четырехтактным. Изобретатель обнаружил, что КПД двигателя внутреннего сгорания повышается за счет увеличения степени сжатия горючей смеси. Но сильно сжимать горючую смесь нельзя, потому что тогда повышается давление и температура и она воспламеняется раньше времени.Поэтому Дизель решил сжимать негорючую смесь, но чистый воздух, а напоследок запрессовывать топливо в цилиндр под высоким давлением.
    При достижении температуры сжатого воздуха 600-650°С топливо самовозгоралось и газы расширялись и двигали поршень. Таким образом, Дизелю удалось значительно повысить КПД двигателя, избавиться от системы зажигания, а вместо карбюратора поставить топливный насос высокого давления
    . В 1933 году Эллинг пророчески писал: разыскивается в авиационной промышленности».

    К сожалению, Эллинг умер в 1949 году, никогда раньше не было эры турбореактивной авиации.

    Единственное фото, которое удалось найти.

    Возможно, кто-нибудь найдет что-нибудь об этом человеке в Норвежском музее техники.

    В 1903 году Константин Эдуардович Циолковский в журнале «Научное обозрение» опубликовал статью «Исследование космического пространства мира с помощью реактивных аппаратов», в которой впервые доказал, что ракета — это аппарат, способный совершать космический полет.В статье также предлагается первый проект ракеты большой дальности. Его корпус представлял собой удлиненную металлическую камеру, оснащенную жидкостным реактивным двигателем 90-139. (он же двигатель внутреннего сгорания) ... Предложено использовать в качестве топлива и окислителя соответственно жидкий водород и кислород.

    Наверное, стоит закончить историческую часть на этой ракетно-космической ноте, потому что наступил 20 век и двигатели внутреннего сгорания начали выпускать повсеместно.

    Философское послесловие...

    К.Е. Циолковский считал, что в обозримом будущем люди научатся жить если не вечно, то, по крайней мере, очень долго. Соответственно, места (ресурсов) на Земле будет мало и кораблям придется переселяться на другие планеты. К сожалению, что-то в этом мире пошло не так и с первыми пулями люди решили просто уничтожить себе подобных...

    Спасибо всем, кто это прочитал.

    Все права защищены © 2016
    Любое использование материалов разрешено только при наличии активной ссылки на первоисточник.90 144

    Принцип действия

    Предлагаемая инновационная технология основана на использовании высокоэффективного четырехцилиндрового двигателя внешнего сгорания. Это тепловая машина. Тепло может подаваться от внешнего источника тепла или генерироваться путем сжигания различных видов топлива внутри камеры сгорания.

    Тепло сохраняется при постоянной температуре в одном отсеке двигателя, где оно преобразуется в водород под давлением. Расширяющийся водород толкает поршень.В низкотемпературном моторном отсеке водород охлаждается тепловыми аккумуляторами и жидкостными охладителями. Когда он расширяется и сжимается, водород заставляет поршень совершать возвратно-поступательные движения, который приводится во вращение наклонной шайбой, которая приводит в действие стандартный емкостной электрогенератор. Процесс водородного охлаждения также производит тепло, которое можно использовать для когенерации электричества и тепла во вспомогательных процессах.

    общее описание

    Теплоэлектроцентраль FX-38 представляет собой единый двигательно-генераторный модуль, в состав которого входит двигатель внутреннего сгорания, система сгорания, работающая на пропане, природном газе, попутном газе, других видах топлива со средним и низким энергопотреблением (биогаз), асинхронный генератор, система контроля двигателя, атмосферостойкий корпус со встроенной вентиляцией и другие аксессуары для параллельной работы с сетью высокого напряжения.

    Номинальная электрическая мощность при работе с частотой 50 Гц на природном газе или биогазе составляет 38 кВт. Кроме того, электростанция производит 65 кВтч рекуперируемого тепла с опциональной системой когенерации тепла и электричества.

    FX-38 может быть оснащен различными вариантами охлаждения, что обеспечивает гибкость установки. Изделие предназначено для простого подключения к электрическим контактам, системам подачи топлива и трубопроводам внешней системы охлаждения, если таковые имеются.

    Дополнительные детали и опции

    • Модуль измерения мощности (предусматривает установленный трансформатор тока для считывания параметров переменного тока на дисплее)
    • Возможность удаленного контроля через интерфейс RS-485
    • Опции для встроенных или выносных нагревателей
    • Вариант топлива пропан
    • Вариант с природным газом
    • Использование попутного нефтяного газа
    • Вариант топлива с низким энергопотреблением

    FX-48 можно использовать несколькими способами:

    • Параллельное подключение к сети высокого напряжения 50 Гц, 380 В переменного тока
    • Комбинированный режим производства тепла и электроэнергии

    Рабочие характеристики установки

    В режиме производства электроэнергии и тепла на частоте 50 Гц установка производит 65 кВтч тепла для рекуперации.Изделие оснащено системой трубопроводов, готовой для подключения к жидкостно-жидкостному теплообменнику, поставляемому заказчиком. Горячая сторона теплообменника имеет замкнутый контур с охладителем картера двигателя и встроенным системным охладителем, если таковой имеется. Холодная сторона теплообменника предназначена для контура радиатора заказчика.

    Техническое обслуживание

    Устройство предназначено для непрерывной работы и отбора мощности. Базовая проверка Индивидуальная таблица производительности каждые 1000 часов, включая проверку системы водяного охлаждения и уровня масла.После 10 000 часов работы обслуживается передняя часть машины, включая замену поршневого кольца, сальника шпинделя, приводного ремня и различных сальников. Некоторые ключевые компоненты проверяются на износ. Частота вращения двигателя составляет 1500 об/мин для работы на частоте 50 Гц.

    Непрерывность 90 140

    Бесперебойная работа станции составляет более 95% на основе простоев и включена в график технического обслуживания.

    Уровень звукового давления 90 140

    Уровень звукового давления агрегата без встроенного нагревателя составляет 64 дБА на расстоянии 7 метров.Уровень звукового давления устройства со встроенным радиатором с охлаждающими вентиляторами составляет 66 дБА на расстоянии 7 метров.

    Выбросы 90 140

    При работе на природном газе выбросы двигателя меньше или равны 0,0574 г/Нм 3 NOx, 15,5 г/Нм 3 VOC и 0,345 г/Нм 3 CO.

    Газовое топливо 90 140

    Двигатель предназначен для работы на различных видах газообразного топлива с теплотворной способностью от 13,2 до 90,6 МДж/Нм 3 , попутном нефтяном газе, природном газе, метане угольных пластов, оборотном газе, пропане и биогазе с полигонов ТБО.Чтобы покрыть этот диапазон, агрегат можно заказать со следующими конфигурациями топливной системы:

    Система сгорания требует регулируемого давления подачи газа 124-152 мбар для всех видов топлива.

    Окружающая среда

    Стандартный блок работает при температуре окружающей среды от -20 до +50°С.

    Описание установки 90 140

    Когенерационная установка FX-38 полностью поставляется на заводе для выработки электроэнергии. Встроенная электрическая панель монтируется на блоке для удовлетворения требований к интерфейсу и управлению.Влагозащищенный цифровой дисплей, встроенный в электрическую панель, предоставляет оператору кнопки пуска, останова и перезапуска. Электрический щит также служит основной точкой соединения с терминалом электроприбора заказчика, а также с оконечным оборудованием для проводной связи.

    Устройство достигает полной выходной мощности нагрузки примерно через 3-5 минут после запуска, в зависимости от начальной температуры системы.Последовательность ввода в эксплуатацию и установки активируется нажатием кнопки.

    После подачи команды пуска устройство подключается к высоковольтной сети путем замыкания внутреннего контактора на сеть. Двигатель вращается немедленно, чтобы очистить камеру сгорания перед открытием топливных клапанов. При открытии топливного клапана энергия подается на запальное устройство, воспламеняющее топливо в камере сгорания. Наличие горения определяется по повышению температуры рабочего газа, что инициирует процедуру контроля разгона до точки рабочей температуры... Тогда пламя остается самодостаточным и постоянным.

    При подаче команды на остановку установки сначала закрывается топливный клапан, прекращается процесс горения. По истечении установленного времени, в течение которого машина остынет, контактор разомкнется, отключив машину от сети. Если они установлены, вентиляторы радиатора могут некоторое время работать для снижения температуры охлаждающей жидкости.

    В устройстве используется двигатель внутреннего сгорания с постоянным ходом поршня, соединенный со стандартным асинхронным генератором.Устройство работает параллельно с высоковольтной сетью или параллельно с системой распределения электроэнергии. Асинхронный генератор не генерирует собственное возбуждение: он получает возбуждение от подключенного сетевого источника. При пропадании сетевого напряжения устройство отключается.

    Описание монтажных блоков 90 140

    Конструкция устройства обеспечивает простоту установки и подключения. Имеются внешние соединения для топливопроводов, клемм питания, коммуникационных интерфейсов и, при наличии, внешнего нагревателя и системы трубопроводов жидкостно-жидкостного теплообменника.Агрегат можно заказать в комплекте со встроенным или отдельно установленным радиатором и/или трубопроводом жидкостно-жидкостного теплообменника для охлаждения двигателя. Также доступны инструменты Safe Disable и логика управления, специально разработанные для желаемого режима работы.

    Корпус имеет две сервисные панели с каждой стороны моторно-генераторного отсека и внешнюю одинарную дверцу на петлях для доступа к электрическому отсеку.

    Масса установки: прибл.1770 кг.

    Двигатель представляет собой 4-цилиндровый (260 куб.см/цилиндр) двигатель внутреннего сгорания, который поглощает теплоту непрерывного сгорания газообразного топлива в камере внутреннего сгорания и включает в себя следующие встроенные компоненты:

    • Вентилятор воздуха для горения с электроприводом
    • Воздушный фильтр камеры сгорания
    • Крышка топливной системы и камеры сгорания
    • Смазочный насос с электроприводом
    • Охладитель и масляный фильтр
    • Насос охлаждающей жидкости двигателя, с приводом от двигателя
    • Датчик температуры воды в системе охлаждения
    • Реле давления смазочного масла
    • Датчик давления и температуры газа
    • Все необходимые устройства управления и безопасности

    Ниже приведены характеристики генератора:

    • Номинальная мощность 38 кВт при 50 Гц, 380 В переменного тока
    • Электрический КПД 95,0 % при коэффициенте мощности 0,7
    • Возбуждение сети с помощью асинхронного двигателя/возбудителя генератора
    • Менее 5 % общего гармонического искажения от холостого хода до полной нагрузки
    • Класс изоляции F

    Интерфейс оператора - цифровой дисплей обеспечивает управление агрегатом.Оператор может запускать и останавливать машину с цифрового дисплея, просматривать время работы, рабочие данные и предупреждения/ошибки. С установленным дополнительным измерителем мощности оператор может видеть множество электрических параметров, таких как выходная мощность, киловатт-часы, киловатт-ампер и коэффициент мощности.

    Диагностика оборудования и сбор данных встроены в систему мониторинга завода. Диагностическая информация упрощает удаленный сбор данных, составление отчетов и устранение неполадок устройства.Эти функции включают сбор системных данных, таких как информация о рабочем состоянии, все механические рабочие параметры, такие как температура и давление в цилиндре, и, если подключен дополнительный измеритель мощности, электрические параметры генерируемых значений мощности. Данные можно передавать через стандартный коммуникационный порт RS-232 и отображать на персональном компьютере или ноутбуке с помощью программного обеспечения для сбора данных. В случае нескольких установок или в случаях, когда расстояние передачи сигнала превышает возможности RS-232, для приема данных используется дополнительный порт RS-485, использующий протокол MODBUS RTU.

    Трубы из нержавеющей стали

    используются для транспортировки горячих выхлопных газов из системы сгорания. Выхлопная труба ДО на выходе из корпуса смонтирована уравновешенной выхлопной заслонкой с колпаком для защиты от дождя и снега.

    Для охлаждения могут использоваться различные прикладные технологии и конфигурации:

    ТЭН встроенный - предусматривает ТЭН, рассчитанный на работу при температуре окружающего воздуха до +50°С. Все трубы подключены на заводе. Это типичная технология, не использующая рекуперацию отработанного тепла.

    Нагреватель наружный - устанавливается заказчиком, предназначен для эксплуатации при температуре окружающего воздуха до +50°С. Короткие опорные ножки снабжены радиатором для установки на контактный стол. Если требуется установка внутри помещения, этот вариант можно использовать вместо обеспечения системы вентиляции, необходимой для подачи охлаждающего воздуха к встроенному радиатору.

    Внешняя система охлаждения — включает трубки снаружи корпуса для системы охлаждения, поставляемой заказчиком.Это может быть теплообменник или дистанционно установленный нагреватель.

    Хладагент состоит из 50 % воды и 50 % этиленгликоля по объему: при необходимости его можно заменить смесью пропиленгликоля и воды.

    В установке FX-38 в качестве рабочего тела для привода поршней двигателей используется водород из-за высокой теплопередающей способности водорода. При нормальной работе используется предсказуемое количество водорода из-за обычной утечки из-за проницаемости материала.Чтобы обеспечить такой уровень потребления, на месте установки требуется как минимум один комплект водородных баллонов, отрегулированных и подключенных к оборудованию. Внутри блока встроенный водородный компрессор поднимает давление в цилиндре до более высокого давления в двигателе и впрыскивает небольшие дозы по запросу прошивки. Встроенная система не требует технического обслуживания, а цилиндры необходимо заменять в зависимости от работы двигателя.

    Подача топлива поставляется с 1-дюймовым STP для всех стандартных видов топлива, за исключением вариантов с низким энергопотреблением, в которых используется 1 1/2-дюймовый STT.Требования к давлению топлива для всех видов газообразного топлива составляют от 124 до 152 мбар.

    .

    Опишите рабочий цикл любого двигателя внутреннего сгорания

    Оценивается как характеристика, информирующая о том, как двигатель реагирует на изменение нагрузки.Подготовлена ​​к одному рабочему циклу двигателя.Циркуляционная работа суть этого цикла состоит из четырех тактов, совершаемых за два оборота коленчатого вала:такт впуска,такт Цикл сжатия, рабочий такт и такт выпуска Цикл Отто состоит из изоэнтроп сжатия 1-2, изохор сжатия 2-3, изохор расширения 3-4 и изохор расширения 4-1.. Эта работа осуществляется за счет теплоты, подводимой к При этом порядок смены одних и тех же тактов в разных цилиндрах принято называть порядком работы двигателя внутреннего сгорания (например, 1-2-4-3 Таким образом, термины могут использоваться взаимозаменяемо в циклических термодинамических процессах W = PdV V a V b ∫ работа = площадь под графиком P (V)система совершила некоторую работу над окружающей средой).. Весь цикл двухтактного двигателя начинает повторяться.Цикл состоит из двух оборотов коленчатого вала, что эквивалентно четырем возвратно-поступательным движениям поршня за один рабочий цикл .. Обычно повреждаются только отдельные элементы в аккумуляторе.Первый поршневой двигатель внутреннего сгорания датируется 1860 годом, его конструктором был Этьен Ленуар.Общая информация...

    Двигатели внутреннего сгорания - рабочий цикл.

    Открытие впускного клапана дизеля - движение поршня вниз 2.такт сжатия - смесь (воздух) сжимается - поршень движется вверх.. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов (впуск, сжатие, расширение, он же рабочий такт, выпускной такт).. Дайте формулу максимального теоретического КПД бензинового двигателя на этой основе и на этой основе определить, насколько больше КПД двигателя со степенью сжатия 8 к 1. Сравним теперь КПД цикла Карно с КПД В обсуждаемом ранее двигателе внутреннего сгорания рабочий такт происходит во втором, четвертом и только затем в третьем цилиндре.Параметры двигателя внутреннего сгорания..Средняя школа..Поскольку рабочий ход занимает два оборота коленчатого вала, то теоретически четырехтактный двигатель имеет вдвое большую мощность, чем двухтактный двигатель, где полезная работа приходится на один оборот коленчатого вала. топлива для механической работы.В начале такта впуска открывается впускной клапан, через который происходит всасывание топливно-воздушной смеси из впускного коллектора за счет втягивания поршня.Опишите рабочий ход, такт сжатия и степень сжатия бензинового двигателя..

    Выведите формулу КПД четырехтактного бензинового двигателя.

    Теоретический (сравнительный) цикл двигателя с искровым зажиганием в пв и Ц (цикл Отта).. В двухтактном двигателе рабочий цикл происходит за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала.- устройство для запуска двигателя внутреннего сгорания.Наиболее распространены электрические стартеры, хотя существуют также пневматические и малые двигатели внутреннего сгорания.. Физика .. Share Введение .. 6 ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Принцип четырехтактного двигателя считается наиболее полезным во всем мире. часть выхлопных газов остается в цилиндре, ухудшая процесс сгорания.Двигатель разделен на четыре такта и выглядит следующим образом: 1.Такт впуска - При движении поршня из верхнего максимального положения в сторону коленчатого вала происходит всасывание очищенного воздуха в цилиндр через открытый впускной клапан 2.Такт сжатия - Когда поршень находится в нижнем максимальном положении, он меняет свое направление.При этом клапан впуска воздуха закрыт.И способ его воспламенения.Поршневой двигатель внутреннего сгорания - тепловая машина с внутренним сгоранием, в котором энергия взрыва сгоревшего топлива преобразуется в механическую, горение смеси происходит в камере сгорания..

    Принцип работы электродвигателя Гимназюм № 3 им.

    Действия, связанные с изменением нагрузки, т. е. наполнение цилиндра и выпуск отработавших газов, происходят практически одновременно, когда поршень находится вблизи НМТ, а) Цикл включает два оборота коленчатого вала за один рабочий цикл, т. е. четырехтактный двигатель — двигатель, поршень которого за один рабочий цикл совершает четыре возвратно-поступательных движения Объясните понятие тепловых двигателей и приведите их классификации; Тепловой двигатель - машины, позволяющие преобразовывать химическую энергию, содержащуюся в топливе, в механическую энергию путем теплопередачи, т. е. горения.Симптомами поломки являются сообщения на приборной панели, в последствии возникают проблемы с запуском ДВС (классического стартера нет).Охладителем послужит примерно 300 К. Википедия ДВС Четырехтактный двигатель работает в четыре такта: 1. такт впуска..

    Двухтактные двигатели выполняют только такт сжатия и рабочий такт.

    Во время каждого такта коленчатый вал поворачивается на 180, поэтому весь цикл работы двигателя осуществляется за два оборота коленчатого вала, которые.Потом цикл двигателя повторяется..В связи с тем, что у нас есть несколько типов двигателей, они отличаются они поэтому не только конструкцией, но и рабочими циклами.. Говоря о параметрах двигателя, мы обычно имеем в виду его рабочий объем, степень сжатия и мощность, передаваемую на систему привода.. Проверьте сами.1.1.. Прочтите.. Для начала рассмотрим характеристики двигателя и их показатели, поэтому сначала следует ознакомиться с наиболее важными параметрами работы двигателя.рабочий цикл двигателя является составной частью процесса работы двигателя внутреннего сгорания, можно сказать, что двигатель работает в статических условиях, если в каждом последующем рабочем цикле двигателя условия работы, описываемые набором выбранных физических параметров, остаются неизменными. сжимается до давления 3-4,5 МПа, а. 2019 г.. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания.Во время рабочего хода поршень двигателя, двигаясь вниз в нижней фазе, обнажает как межкамерное пространство, так и выпускной тракт, как в результате чего удаляются выхлопные газы и промывается рабочее пространство двигателя.. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием - цикл Отта Рис.2..Двигатели работают за счет сгорания смеси горючих веществ и образования выхлопных газов..рабочий ход - зажигание происходит с помощью искры..Электростартер представляет собой двигатель постоянного тока, который вращает коленчатый вал двигателя и придает ему соответствующую скорость вращения, при которой двигатель может начать работать независимо.и начинается рабочий ход.. Параметры двигателя внутреннего сгорания Двигатель внутреннего сгорания характеризуется графическим представлением взаимосвязи между различными рабочими параметрами двигателя Выхлопные газы перемещают поршень, который с помощью.Связанный доктор хаб. англ. Bronisław Sendyka Kraków 2008 Максимальная скорость вращения двигателя в результате снижения значения крутящего момента и параметров долговечности двигателя. Вот список наиболее важных из них, и цикл начинается заново. Кроме того, выводы о гибкость двигателя можно сделать из внешних характеристик..


    .

    Смотрите также

         ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf