Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — определение в машине

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — определение в машине?

ДВС – это двигатель внутреннего сгорания, который есть практически в любой современной машине. Конечно, в последнее время в мире появились электрокары, работающие на электрических моторах, но 95 % автомобилей оснащаются ДВС. Что это такое в машине и как это работает? Давайте подробнее рассмотрим данный вопрос.

Принцип

Машина с ДВС (двигателем) должна ездить, а для этого ей необходимо совершить механическое усилие. Именно его и производит двигатель, который передает вращательную силу на колеса автомобиля. Те вращаются, и транспортное средство начинает движение. Это очень примитивное объяснение, которое позволит лишь отдаленно понять, что это такое – ДВС в машине.

Главная цель двигателя – преобразование бензина (или дизельного топлива) в механическое движение. Сегодня самый простой способ заставить автомобиль двигаться – это сжечь топливо внутри мотора. Именно поэтому двигатель внутреннего сгорания получил соответствующее название. Все они работают по одинаковому общему принципу, хотя есть некоторые разновидности: дизельные, с карбюраторными или инжекторными системами питания и так далее.

Итак, принцип мы поняли: топливо сгорает, высвобождает при этом большие объемы энергии, которые толкают механизмы в двигателе, что приводит к вращению коленчатого вала. Усилия затем передаются на колеса, и машина начинает движение.

Давайте теперь подробно рассмотрим, что это такое в машине – ДВС.

Теория

Если поместить небольшое количество бензина в закрытое пространство и поджечь его, то он сгорит, освобождая при этом большое количество энергии в виде расширяющегося газа. Если создать цикл таких взрывов (до сотни раз за минуту), то высвобождающуюся энергию можно использовать для движения транспортного средства. Именно это и делают двигатели. Внутри них создается цикл взрывов бензина, и высвобождающаяся энергия заставляет вращаться колеса автомобиля.

Практически все машины на данный момент оснащаются четырехтактными двигателями. Там сгорание топлива осуществляется в 4 этапа:

  1. Впуск топливной смеси.
  2. Ее сжатие.
  3. Сгорание.
  4. Выпуск отработанных газов.

Основные элементы двигателя

Ниже на рисунке показана схема расположения элементов в цилиндре. В зависимости от модели двигателя, их может быть 4, 6, 8 и даже больше.

На рисунке обозначены следующие элементы:

  • A – распределительный вал.
  • B – крышка клапанов.
  • C – выпускной клапан. Открывается строго в нужное время для того, чтобы отработанные газы выводились за пределы камеры сгорания.
  • D – отверстие для выхода отработанных газов.
  • E – головка блока цилиндра.
  • F – пространство, заполняемое охлаждающей жидкостью. В процессе работы двигатель сильно нагревается, поэтому его необходимо остудить. Чаще всего для этого используется антифриз.
  • G – корпус двигателя.
  • H – маслосборник.
  • I – поддон.
  • J – свеча зажигания. Обеспечивает искру, необходимую для того, чтобы зажечь топливную смесь, находящуюся под давлением.
  • K – впускной клапан. Открывается и запускает в камеру сгорания воздушно-топливную смесь.
  • L – отверстие для впуска топливной смеси.
  • M – сам поршень. Движется вверх-вниз в результате детонации топливной смеси, передавая механическую нагрузку на коленчатый вал.
  • O – шатун. Соединительный элемент поршня и коленчатого вала.
  • P – коленвал. Вращается в результате движения поршней. Передает усилия на колеса через трансмиссию автомобиля.

Все эти элементы принимают участие в четырехтактном цикле.

Внутренний процесс

Вот что происходит внутри во время работы мотора:

  1. Поршень находится в самом верху, в это время открывается клапан для впуска топливной смеси. При этом он передвигается вниз, засасывая топливную смесь, состоящую из бензина и воздуха. Это первый такт. Затем капля бензина смешивается с воздухом (без него бензин не сгорит) и поступает внутрь.
  2. Второй такт. Поршень достигает нижней точки, впускной клапан закрывается, и он снова перемещается вверх. При этом топливная смесь сжимается и достигает своего пика, когда поршень находится в самой верхней возможной точке.
  3. Когда поршень вверху, и топливная смесь сжата до предела, свеча зажигания испускает искру, в результате чего бензин зажигается. Находясь под сильным давлением, смесь взрывается, толкая поршень обратно вниз. Он соединен с коленвалом через шатун, и при движении вниз от взрыва усилие передается на коленчатый вал, поэтому тот и вращается.
  4. Четвертый такт – выпуск отработанных газов. При новом движении поршня вверх открывается выпускной клапан, газы под давлением выходят из камеры сгорания и через выхлопную трубу выбрасываются на улицу.

Этот процесс осуществляется непрерывно во время работы двигателя и происходит во всех блоках цилиндров. После четвертого такта (выпуск отработанных газов) в камеру сгорания поступает новая воздушно-топливная смесь, а затем все повторяется снова. В результате движения всех поршней, которые соединены с коленвалом, последний активно раскручивается. Через трансмиссию осуществляется передача усилий на колеса автомобиля. Практически все модели машин с ДВС работают по этому принципу. Сами двигатели могут отличаться расположением и количеством блоков цилиндров, но сути это не меняет.

Теперь вы знаете, что это такое – ДВС в машине, и как он работает. А как он запускается?

Как завести машину с ДВС?

Машина заводится с помощью вращения ключа в замке зажигания. При его повороте происходит замыкание определенных контактов, в результате чего на стартер подается напряжение. Он начинает вращаться и запускает двигатель.

В некоторых автомобилях вместо ключа используется кнопка зажигания. Достаточно просто нажать на нее. После этого закрутится стартер, и двигатель запустится.

Заключение

Двигатели внутреннего сгорания существуют уже много лет и будут актуальны еще несколько десятилетий. Они постоянно совершенствуются и улучшаются. Электродвигатели, разрабатываемые сегодня, пока не могут составить серьезную конкуренцию автомобильным моторам внутреннего сгорания. Появляются даже радиоуправляемые машины с ДВС – дорогие игрушки для взрослых. Там принцип работы силовых установок такой же, только все элементы уменьшены в соответствии с масштабом.

Читать еще:  Что такое дизельный двигатель с турбонаддувом

Пожалуй, теперь мы разобрались, что это такое – ДВС в машине, однако все это лишь теория, которую рассказывают даже в школах.

§ 18. Общие сведения о двигателях внутреннего сгорания

Двигателями внутреннего сгорания называются тепловые двигатели, в которых процессы сгорания топлива и превращения полученного тепла в механическую работу происходят внутри самого двигателя, в его цилиндре.

Жидкое распыленное топливо и воздух, необходимый для его сгорания, поступают в цилиндр двигателя, где эта рабочая смесь воспламеняется и сгорает. Образующиеся при этом продукты сгорания (газы) имеют высокие давления и температуру. Стремясь расшириться, газы давят на поршень, расположенный в цилиндре, и тем самым производят механическую работу, вызывая прямолинейное движение поршня вдоль оси цилиндра. При помощи кривошипно-шатунного механизма движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала двигателя и передается исполнительному механизму (валопроводу, электрогенератору и т. д.). Процесс превращения тепловой энергии, заключенной в рабочей смеси, в механическую энергию, периодически повторяющийся за каждый оборот (или за каждые два оборота) коленчатого вала, носит название рабочего цикла двигателя.

Классификация двигателей. Судовые ДВС классифицируют по следующим основным признакам.

По способу осуществления рабочего цикла различают двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, и четырехтактные двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала. Ходом поршня называется расстояние, проходимое поршнем от одного крайнего положения (например, верхнего) до другого крайнего положения (например, нижнего).

По способу действия — двигатели простого и двойного действия. В первых рабочий цикл совершается только в одной полости рабочего цилиндра — над поршнем, во вторых — в двух полостях рабочего цилиндра — над поршнем и под поршнем.

По способу наполнения рабочего цилиндра свежей рабочей смесью — двигатели без наддува, у которых всасывание рабочей смеси или воздуха производится поршнем (четырехтактные) или рабочий цилиндр наполняется продувочным воздухом нормального давления (двухтактные), и двигатели с наддувом, у которых рабочая смесь или воздух подается в цилиндр под повышенным давлением при помощи специального нагнетателя.

По роду применяемого топлива — двигатели тяжелого жидкого топлива (моторное, дизельное топливо, соляровое масло), двигатели легкого жидкого топлива (бензин, керосин) и двигатели газообразного топлива.

По способу воспламенения рабочей смеси — двигатели с принудительным воспламенением, в которых воспламенение рабочей смеси происходит от электрической искры, и двигатели с самовоспламенением рабочей смеси от сжатия (дизели), в цилиндре которых воздух сжимается и нагревается настолько, что впрыскиваемое в него тяжелое жидкое топливо самовоспламеняется.

По способу образования рабочей смеси — двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые), у которых рабочая смесь приготовляется вне цилиндра, а зажигание ее в цилиндре происходит от электрической искры, и двигатели с внутренним смесеобразованием (компрессорные и бескомпрессорные дизели), у которых рабочая смесь приготовляется внутри цилиндра и самовоспламеняется от сжатия воздуха. В настоящее время наибольшее применение в морском флоте находят бескомпрессорные дизели, как наиболее экономичные. Карбюраторные и газовые двигатели встречаются еще на легких речных и озерных катерах, а компрессорные сняты с производства.

По быстроходности, т. е. по средней скорости хода поршня, различают двигатели тихоходные (до 6,5 м/с), средней быстроходности (6,5—9 м/с) и быстроходные (более 9 м/с). Средней скоростью хода поршня называется путь, проходимый поршнем в секунду за один оборот коленчатого вала.

По назначению судовые двигатели разделяют на главные и вспомогательные. Первые работают на гребной вал или главный электрогенератор, а вторые приводят в движение вспомогательные механизмы энергетической установки (электрогенераторы, насосы, компрессоры и т. д.). В качестве главных двигателей используют как двухтактные, так и четырехтактные бескомпрессорные дизели, в качестве вспомогательных — только четырехтактные дизели.

Просто о сложном. Двигатель

Все вышло из воды

Двигатель – это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механическую работу.

Двигатели разделяют на первичные и вторичные.

К первичным относятся те виды двигателей, которые преобразуют природные энергетические ресурсы в механическую работу. Это ветряное и водяное колесо, гиревой механизм, тепловые двигатели.

Вторичные – двигатели, которые преобразуют выработанную или накопленную энергию другими источниками. К ним относят электрические, пневматические и гидравлические.

Первичные двигатели, такие как парус и водяное колесо, были известны с незапамятных времен и использовались повсеместно.

До середины XVII века человек обходился первичными двигателями и довольствовался силой воды, ветра и тяжести.

Первым шагом на пути к двигателю стала пароатмосферная машина, созданная по проектам французского физика Дени Папена и английского механика Томаса Севери, которая сама по себе не могла служить механическим приводом, и к ней необходимо было водяное колесо.

В 1763 году механик Иван Ползунов по собственному проекту изготовил стационарную паровую машину, которая хоть и была далека от совершенства, но работала без сбоев.

К 1784 году английский механик Джеймс Уатт создал более совершенную паровую машину, которая была названа универсальным паровым двигателем.

В машине был предусмотрен жесткий поршень, по обе стороны которого поочередно подавался пар. Подача пара происходила автоматически, а поршень через кривошипно-шатунную систему вращал маховик, который обеспечивал плавность хода. Такая модификация машины Севери не была привязана к водонапорной башне и могла стать самостоятельным приводом различных механизмов. Уатт создал элементы, которые в дальнейшей истории двигателестроения в той или иной вариации входили во все паровые машины, получившие широкое распространение. Их использовали как приводы станков, экипажей для перевозки людей и грузов, судов и локомотивов на железных дорогах.

Читать еще:  Вечный двигатель своими руками для детей

Следующим шагом в двигателестроении стала паровая турбина, изобретенная в конце XIX века, которая применялась на морских судах и на электростанциях в начале XX века.

Индустрия двигателестроения не стояла на месте, и в конце XIX века на первый план вышли двигатели внутреннего сгорания.

Первым в семействе ДВС стал механизм, созданный французским инженером Этьеном Ленуаром в 1860 году. Его конструкция представляла собой одноцилиндровый двухтактный газовый двигатель. Ленуар использовал принцип работы поршня двигателя Уатта, но рабочим телом служил не пар, а продукты сгорания смеси воздуха и светильного газа, вырабатываемого газогенератором.

Двигатель Ленуара стал первым в истории серийно выпускавшимся ДВС.

В 1897 году инженер Рудольф Дизель предложил ДВС с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия воздуха, который был впоследствии назван его именем.

Двигатели внутреннего сгорания стали основой развития автомобильного транспорта в XX веке.

В первой половине XX века были созданы новые типы первичных двигателей: газовые турбины, реактивные двигатели, а в 1950-х и ядерные силовые установки.

В 1834 году русский ученый Борис Якоби создал первый пригодный для практического использования вторичный двигатель – электродвигатель постоянного тока.

Двигатели можно классифицировать по источнику энергии, по типам движения, по устройству, по назначению и т.д.

Отрасль двигателестроения является одной из наиболее развивающихся. В год по всему миру подается до 50 заявок на патентование в категории «Двигатели». В основном это модификации существующих механизмов с новым соотношением элементов либо с принципиальными новинками. Новые конструкции же появляются редко.

А вместо сердца – пламенный мотор

В авиации используются в основном тепловые двигатели, которые создают тягу, необходимую для поднятия летательного аппарата в воздух.

По способу создания тяги авиационные двигатели можно разделить на три группы: винтовые, реактивные и комбинированные.

Винтовые двигатели создают тягу вращением воздушного винта, а реактивные преобразуют энергию топлива в кинетическую энергию вытекающей из двигателя газовой струи, вызывающей силу реакции, непосредственно используемой в качестве движущей силы. Воздушно-реактивные двигатели используют для сгорания кислород атмосферного воздуха.

Комбинированные создают тягу, складывающуюся из силы реакции потока продуктов сгорания, вытекающих из двигателя, и тяги, создаваемой обычным или специальным воздушным винтом. Комбинированные двигатели разделяются на турбовинтовые, турбореактивные и винтовентиляторные. Также их называют газотурбинными авиадвигателями.

Такие двигатели с легкостью поднимают в небо трансатлантические лайнеры, но их мощности недостаточно для того, чтобы поднять ракету в космос.

Для ракет используют реактивные двигатели, в них для сгорания топлива используется окислитель, транспортируемый самим летательным аппаратом.

Кроме того, сила тяги реактивного двигателя не зависит от наличия окружающей среды, а также от скорости самой ракеты.

Взлетные технологии

Развитие отрасли двигателестроения в России, стремящейся к независимости от импортных механизмов, началось в 1980-х гг. Такие предприятия, как УМПО, НПП «Мотор», рыбинское НПО «Сатурн», включились в мировую гонку за создание передового двигателя, который составит конкуренцию продукции таких гигантов промышленности, как Pratt & Whitney, которой комплектуют самолеты линейки Boeing и Airbus.

В результате многолетней кропотливой работы всех предприятий и НИИ отрасли, а также интеграции частного и государственного капитала был создан авиационный двигатель ПД-14. Он предназначен для новейшего российского среднемагистрального самолета МС-21, который в конце 2017 года совершил тестовый перелет с аэродрома корпорации «Иркут» на аэродром Жуковский для проведения дальнейших испытаний.

ПД-14 представляет собой турбореактивный двухконтурный двухвальный двигатель. Взлетная тяга ПД-14 может достигать 18 тонн.

Эксперты сравнивают ПД-14 с двигателями для среднемагистральных самолетов компаний Pratt & Whitney и Rolls-Royce.

На базе ПД-14 ведутся разработки вертолетного двигателя ВК-2500М. Подготовка демонстрационной модели двигателя нового поколения запланирована на 2021 год. Как и в ПД-14, в конструкции ВК-2500М будут использованы новейшие материалы, что позволит облегчить массу на 15% по сравнению с существующими аналогами без потери мощности.

Первая модификация указанного двигателя ВК-2500 активно вводится в эксплуатацию, а также выводится на международный рынок путем валидации сертификатов в странах-импортерах.

Мы наращиваем объемы производства двигателей ВК-2500 в интересах государственного заказчика, а также планируем существенно нарастить экспорт. При этом сборка ведется полностью из российских комплектующих

Анатолий Сердюков, индустриальный директор авиационного кластера Госкорпорации Ростех

В отличие от своего предшественника, новый вертолетный двигатель оснащен цифровой системой автоматического управления с современным электронным блоком автоматического регулирования и новейшими датчиками. Использование современных технологий и новейших материалов позволило обеспечить поддержание режимов в более широком диапазоне температур наружного воздуха, повысить ресурсы и показатели топливной экономичности. Такие двигатели позволят вертолетам семейства Ми-17 и аналогичным расширить потенциал своих возможностей в высокогорных районах и районах с жарким климатом.

Российское двигателестроение развивается в направлении как гражданской, так и военной авиации. В апреле 2018 года завершились работы по стендовым испытаниям опытного двигателя АЛ-41Ф-1.Данная разработка предприятия «ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение» является двигателем первого этапа для истребителя пятого поколения Су-57. АЛ-41Ф-1 является авиационным турбореактивным двухконтурным двигателем с форсажной камерой и управляемым вектором тяги.

Несмотря на гонку технологий, существуют системы, проверенные временем и доказавшие свою эффективность даже спустя многие годы. Ракетные двигатели РД 107/108 на протяжении более полувека являются основой пилотируемой космонавтики в России.

Именно благодаря РД 107/108 Юрий Гагарин совершил свой легендарный полет. Двигатели РД-107 устанавливаются на блоках первой ступени, а РД-108 – второй.

Читать еще:  Выполнение работ по техническому обслуживанию и ремонту двигателей

РД-107/108 показали себя как одни из самых надежных и удачных двигателей, поднимающих космические корабли. Они стоят на серийном производстве и доставляют на орбиту российских космонавтов, американских астронавтов и космических туристов.

Российский ракетный двигатель уже назван рекордсменом. За 60 лет использования он не утратил своего первенства в отрасли. На основе первых двигательных систем разработано 18 модификаций.

Когда в 2011 году США прекратили использование шаттлов, единственным способом отправки космонавтов на МКС остались корабли «Союз», оснащенные двигателями РД-107/108.

Отрасль двигателестроения является одной из наиболее востребованных и перспективных как для развития промышленности страны, так и для выхода на международный рынок.

Внедрение частного капитала и интеграция научно-технической базы предприятий, занимающихся разработкой и производством двигательных систем и комплектующих, позволили создать полный производственный цикл отечественных двигателей, способных составить конкуренцию мировым аналогам.

Рекомендации

Интеграция научно-технических достижений и новейших технологий в области двигателестроения для оперативного реагирования отрасли на запросы гражданской и военной авиации, а также космонавтики и своевременного ввода в эксплуатацию новых двигательных систем, отвечающих вызовам времени и не уступающих мировым аналогам.

Создание и поддержание научно-технической базы, способной обеспечить российскую авиационную отрасль двигательными системами отечественного производства, сокращение объемов импорта, а также вывод конкурентоспособной продукции на мировой рынок.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания обязан своим появлением предприимчивому французскому изобретателю Филиппу Лебону. В 1799 году он открыл светильный газ, а спустя два года взял патент на конструкцию газового двигателя. Именно с этого момента и началось их стремительное развитие. Рассмотрим, что из себя представляет и как работает двигатель внутреннего сгорания.

Характеристики ДВС

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является самым распространенным типом двигателей. Можно до бесконечности перечислять транспортные средства, в которые он устанавливается. Обнаружить данный тип двигателя можно на автомобилях, танках, вертолетах, катерах, тракторах и т.д. Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тепловой двигатель, внутри которого происходит преобразование в механическую энергию части химической энергии сгорающего топлива. Принято разделять двигатели на категории, происходит это в соответствии с рабочим циклом. Так двигатели внутреннего сгорания бывают 2-х и 4-х тактные. Кроме этого, ДВС делятся и по способам приготовления горючей смеси: с внутренним и с внешним (в частности карбюраторные) смесеобразованием. А по виду преобразователя энергии двигатели разделяют на турбинные, поршневые, комбинированные и реактивные.

Принцип двигателя внутреннего сгорания

В основе работы ДВС лежит эффект взрывного сгорания топливно-воздушной смеси. Выглядит это следующим образом:

  • Смесь, подожженная с помощью искры, воспламеняется и начинает стремительно увеличиваться в объеме. Это дает возможность использовать для выполнения полезной работы силу расширяющихся газов.
  • Обычный двигатель внутреннего сгорания может иметь как один, так и несколько цилиндров, как правило, всего их четыре.
  • В этих цилиндрах расположены поршни, а в верхней части головки блока находятся клапаны, которые обеспечивают подачу топливовоздушной смеси, а также выпуск отработанных газов.

Следует отметить, что работа поршней и клапанов синхронизирована, что в свою очередь позволяет производить подачу горючей смеси и выпускать четко в нужные моменты отработанные газы. Поршни соединяются шатунами с коленчатым валом. Именно на него при движении и передается крутящий момент. Поскольку поршни имеют верхнюю и нижнюю мертвые точки, то на валу предусмотрен маховик. Он позволяет проходить эти точки за счет поршневой группы, стабилизирующей работу, и силы инерции. В нижней части коленвал закрывается картером.

Подготовка топливной смеси

В карбюраторе создается горючая смесь необходимого состава. Во время нажатия на педаль газа данная смесь становится наиболее богатой, а при отпускании педали – более бедной. Таким образом и увеличивается либо уменьшается развиваемая двигателем сила. Для того чтобы исключить попадание пыли в цилиндры двигателя, поступающий воздух проходит через специальный фильтр. Затем работа двигателя внутреннего сгорания происходит следующим образом:

  • При помощи подачи высокого напряжения на свечи зажигания, вкручиваемые в верхнюю часть цилиндров, поджигается горючая смесь.
  • Поскольку работа зажигания и поршней точно синхронизирована, то поджог топливовоздушной смеси осуществляется в верхней мертвой точки в строго определенный момент.
  • Далее поршень, за счет давления воспламенившейся смеси, начинает двигаться вниз, совершая при этом полезную работу.
  • Когда происходит его обратное движение, начинается выдавливание отработавших газов, которые проходят через открывшийся выпускной клапан. После этого поршень снова идет вниз, и цилиндр заполняется топливовоздушной смесью.
  • Следующий ход поршня вверх начинает нагревать и сжимать горючую смесь, которая поджигается, и четырехтактный цикл вновь повторяется.

Дизельные ДВС

Надо заметить, что на современных двигателях применяется впрыск топлива в цилиндры через форсунки, подачу которого контролируют электроника. В свою очередь это позволяет вести экономный расход топлива и увеличить надежность двигателя. Дизели, не имеющие свечей зажигания, являются одной из разновидностей двигателей внутреннего сгорания. В них воспламенение топлива осуществляется за счет сжатия поршнем в цилиндре топливной смеси. Чтобы запустить такой двигатель следует прокрутить его. Это достигается использованием бензинового или электрического стартера. Также, одним из преимуществ дизельного двигателя является его «не переборчивость» к топливу. Он может работать даже на очень некачественной солярке, а иногда и на другом виде топлива (например керосине), но при этом двигатель должен быть разогретым, иначе о заглохнет.

Его основным минусом является сложность в настройке и регулировке форсунок, впрыскивающих топливо, а также высокая температура замерзания самого топлива, которое может застыть при -10.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector