будова двигуна внутрішнього згоряння відомо широкому загалу автолюбителів. Але, от не всі, знаючи які деталі встановлені в моторі, знають їх розташування і принцип роботи. Щоб повністю зрозуміти пристрій автомобільного движка необхідно подивитися розріз силового агрегату.

Робота двигуна в розрізі представлена \u200b\u200bв даному відеоматеріалі

Робота двигуна

Що розуміти розташування деталей автомобільного двигуна і перед тим, як показати двигун в розрізі необхідно розуміти принцип роботи мотора. Отже, розглянемо, що призводить в рух колеса автомобіля.

Паливо, яке знаходитися в бензобаку за допомогою паливного насоса подається на форсунки або карбюратор. Варто відзначити, що пальне проходить такий важливий етап, як фільтруючий паливний елемент, який зупиняє домішки і чужорідні елементи, що не повинні потрапити в камеру згоряння.

Після натискання педалі акселератора електронний блок управління дає команду подати пальне у впускний колектор. Для карбюраторних ДВС - педаль газу прив'язана до карбюратора і чим більше тиск йде на педаль, тим більше палива ллється в камеру згоряння.

Далі, з другої сторони подається повітря, проходячи повітряний фільтр і дросель. Чим більше відкривається заслінка, тим більша кількість повітря надійде безпосередньо у впускний колектор, де утворюється повітряно-паливна суміш.

У колекторі повітряно-паливна суміш рівномірно розподіляється між циліндрами і по черзі надходить через впускні клапана в камери згоряння. Коли поршень рухається в ВТМ, створюється тиск суміші і свічка запалювання утворює іскру, яка підпалює пальне. Від даної детонації і вибуху поршень починає рухатися вниз в НМТ.

Рух поршня передається на шатун, який прикріплений до колінчастого валу і призводить його в дію. Так, робить кожен поршень. Чим швидше рухаються поршні, тим більше обертів колінчастого вала.

Після того, як повітряно-паливна суміш згоріла, відкривається випускний клапан, який випускає відпрацьовані гази в випускний колектор, а потім крізь вихлопну систему назовні. на сучасних автомобілях, Частина відпрацьованих газів допомагає роботі двигуна, оскільки призводить до роботи турбонаддув, який збільшує потужність ДВС.

Також, варто відзначити, що на сучасних двигунах не обійтися без системи охолодження, рідина якої циркулює через сорочку охолодження і підкапотний простір, Ніж забезпечує постійну робочу температуру.

Двигун в розрізі

Тепер можна розглянути, як виглядає ДВС в розрізі. Для більшої наочності та зрозумілості розглянемо двигун ВАЗ в розрізі, з яким знайомі більшість автомобілістів.

На схемі представлений двигун ВАЗ 2121 в поздовжньому розрізі:

1. Колінчастий вал; 2. Вкладка корінного підшипника колінчастого вала; 3. Зірочка колінчастого вала; 4. Передній сальник колінчастого вала; 5. Шків колінчастого вала; 6. Храповик; 7. Кришка приводу механізму газорозподілу; 8. Ремінь приводу насоса охолоджуючої рідини і генератора; 9. Шків генератора; 10. Зірочка приводу масляного насоса, паливного насоса і розподільника запалювання; 11. Валик приводу масляного насоса, паливного насоса і розподільника запалювання; 12. Вентилятор системи охолодження; 13. Блок циліндрів; 14. Головка циліндрів; 15. Ланцюг приводу механізму газорозподілу; 16. Зірочка розподільного вала; 17. Випускний клапан; 18. Впускний клапан; 19. Корпус підшипників розподільного вала; 20. Розподільчий вал; 21. Важіль приводу клапана; 22. Кришка головки циліндрів; 23. Датчик покажчика температури охолоджуючої рідини; 24. Свічка запалювання; 25. Поршень; 26. Поршневий палець; 27. Тримач заднього сальника колінчастого вала; 28. Вперте півкільце колінчастого вала; 29. Маховик; 30. Верхнє компресійне кільце; 31. Нижнє компресійне кільце; 32. маслос'емного кільце; 33. Передня кришка картера зчеплення; 34. Масляний картер; 35. Передня опора силового агрегату; 36. Шатун; 37. Кронштейн передньої опори; 38. Силовий агрегат; 39. Задня опора силового агрегату.

Крім рядного розташування циліндрів двигуна, як показано на схемі вище існують ДВС з V- і W-подібним розташуванням поршневого механізму. Розглянь W-подібний двигун в розрізі на прикладі силового агрегату Audi. Циліндри ДВС розташовуються так, що якщо дивитися на мотор спереду, то утворюється англійська літера W.

Дані двигуни мають підвищену потужністю і використовуються на спорткарах. Дана система була запропонована японським виробником Субару, але через високі затрати пального не отримала широкого і масового застосування.

V- і W-подібні ДВС мають підвищену потужність і крутний момент, що робить їх спортивної спрямованості. Єдиним недоліком такої конструкції є те, що такі силові агрегати споживають значну кількість палива.

З розвитком автомобілебудування компанія General Motors запропонувала систему відключення половини циліндрів. Так, ці непрацюючі циліндри приводяться в дію, тільки коли необхідно збільшити потужність або швидко розігнати автомобіль.

Така система дозволила значно економити паливо в повсякденному використанні транспортного засобу. Ця функція прив'язана до електронного блоку управління двигуном, оскільки, вона регулює, коли необхідно задіяти всі циліндри, а коли вони не потрібні.

висновок

Принцип роботи двигуна досить простий. Так, якщо подивитися на розріз ДВС і зрозуміти розташування деталей можна легко розібратися з пристроєм движка, а також послідовності його процесу роботи.

Варіантів розташування деталей мотора досить багато і кожен автовиробник сам вирішує, як розташувати циліндри, скільки їх буде, а також яку систему уприскування встановити. Все це і дає конструктивні особливості і характеристики мотора.

У цій статті поговоримо про пристрій двигуна внутрішнього згоряння дізнаємося принцип його роботи. Розглянемо його в розрізі. Незважаючи на те, що двигун внутрішнього згоряння був винайдений вже дуже давно, але він до цих пір користується величезною популярністю. Правда за велику кількість часу конструкція двигуна внутрішнього згоряння зазнала різні зміни.

Зусилля інженерів постійно спрямовані на полегшення ваги двигуна, поліпшення економічності, збільшення потужності, а також зменшення викиду шкідливих речовин.

Двигуни бувають бензинові і дизельні. Також зустрічаються роторні і газотурбінні двигуни які використовуються набагато рідше. Про них ми поговоримо в інших статтях.

По розташуванню циліндрів ДВС бувають рядні, V- образні і опозітний. За кількістю циліндрів 2,4,6,8,10,12,16. Зустрічаються і 5 циліндрові двигуни внутрішнього згоряння.

У кожної компонування є свої переваги наприклад рядний 6-ти циліндровий двигун це добре збалансований, але схильний до перегріву мотор. У V- про різних двигунів інша перевага вони займають менше місце під капотом, але при цьому ускладнюють обслуговування через обмеженого доступу. Раніше зустрічалися і рядні 8 циліндрові двигуни найвірогідніше їх не стало через сильну схильність до перегріву і вони займали багато місця під капотом.

За типом роботи ДВС бувають двох типів: двох тактний і чотирьох тактний. Двох тактний двигун внутрішнього згоряння в основному застосовуються на мотоциклах. В автомобілях практично завжди використовувалися 4 тактний двигун.

пристрій ДВС

Розглянемо двигун в розрізі

Двигун внутрішнього згоряння складається з наступних компонентів і допоміжних систем.

1) Блок циліндрів. Блок циліндрів і є головним тілом двигуна в якому і відбувається робота поршнів. Зазвичай складається з чавуну і має охолоджувальної сорочкою для охолодження.

2) Механізм ГРМ. Газорозподільний механізм регулює подачу паливно-повітряної суміші і відведення вихлопних газів. За допомогою кулачків распредвала які впливають на пружини клапанів. Клапана відкриваються або, закриваються залежно від такту двигуна. При відкритті впускних клапанів циліндри наповнюються паливно-повітряною сумішшю. При відкритті випускних клапанів відбувається відведення вихлопних газів.

4) КШМ- Кривошипно-шатунний механізм. Завдяки передачі енергії шатуна на колінвал відбувається корисна робота.

5) Масляний піддон. У масляному піддоні знаходиться моторне масло яке і використовується системою мастила для змащування підшипників і компонентів ДВС.

6) Система охолодження. Завдяки системі охолодження двигун внутрішнього згоряння підтримує оптимальну температуру. Система охолодження складається з: помпи, радіатора, термостата, патрубків охолодження, а також охолоджувальної сорочки.

7) Система мастила. Система змащення служить для захисту компонентів двигуна від перш тимчасового зносу. Крім того завдяки моторного масла в двигуні внутрішнього згоряння відбувається охолодження і захист від корозії. Система мастила складається з: масляного насоса, масляного фільтра, Масляних магістралей і масляного піддону.

8) Система харчування. Система харчування забезпечує своєчасну подачу палива. Різниться на 3 види карбюратор, моновприск і інжектор.

Отримати додаткову інформацію про те, що краще карбюратор або інжектор можна.

У карбюраторі паливно-повітряна суміш готуватися в карбюраторі для подальшої подачі. Карбюратор має механічним паливним насосом.

Моновприск це по суті перехід від карбюратора до інжектору або проміжна ланка. Завдяки блоку управління на одну єдину форсунку подається команда про необхідну кількість палива.

Інжектор. Інжекторниє системи палива мають. ЕБУ- електронний блок управління, форсунки, паливна рампа. Завдяки командам ЕБУ на форсунки подається сигнал про те скільки палива необхідно в даний момент. Про ЕБУ більш детально можна.

На сьогоднішній момент це найпоширеніші паливні системи. Так як мають ряд переваг. Економічність, екологічність і найкраща віддача в порівнянні з моновриску і карбюратором.

Також існує прямий впорскування палива. Де форсунки впорскують паливо безпосередньо в камеру згоряння, не використовується часто через більш складної конструкції і меншою надійності в порівнянні з розподільним уприскуванням. Перевага такої конструкції в кращій економічності і екологічності.

9) Система запалювання. Система запалювання служить для запалення паливно-повітряної суміші. Складається з високовольтних проводів, котушок запалювання, свічок запалювання. Стартер запускає двигун внутрішнього згоряння. Більш докладно про стартері можна дізнатися перейшовши за посиланням.

10) Маховик. Головним завданням маховика є запуск ДВС за допомогою стартера через колінвал.

Принцип роботи

Двигун внутрішнього згоряння робить 4 циклу або такту.

1) Впуск. На цій стадії відбувається впуск паливно-повітряної суміші.

2) Стиснення. При стисненні відбувається стиснення поршнем паливно-повітряної суміші.

3) Робочий хід. Поршень під тиском газів відправляється в НМТ (нижню мертву точку). Поршень передає енергію на шатун, потім через шатун передається енергія на колінвал. Таким чином відбувається обмін енергії газів на корисну механічну роботу.

4) Випуск. Поршень відправляється вгору. Випускні клапана відкриваються, щоб випустити продукти розпаду.

Інновації двигуна внутрішнього згоряння

1) Використання в ДВС лазерів для запалення палива. У порівнянні зі свічками запалювання у лазерів буде простіше настройка кута запалювання і буде велика потужність. Звичайні свічки при сильній іскрі швидко виходять з ладу.

2) Технологія FreeValve ця технологія має на увазі двигун без розподілвалів. Замість розподілвалів клапанами керують індивідуальні приводи на кожен клапан. Екологічність і економічність таких ДВС вище. Технологія розроблена дочірньою компанією Koniesseg і має схожу назву FreeValve. Технологія поки сира, але вже продемонструвала ряд переваг. Що буде далі час покаже.

3) Поділ двигунів на холодну і гарячу частини. Суть технології в тому, що двигун ділиться на дві частини. У холодній відбуватиметься впуск і стиск так як ці стадії більш ефективно будуть відбуватися в холодній частині. Завдяки цій технології інженери обіцяють поліпшення продуктивності на 30-40%. У гарячої частини відбуватимуться займання і вихлоп.

А про які майбутні технологіях двигуна внутрішнього згоряння Ви чули обов'язково поділіться цим в коментарях.

Винахід двигуна внутрішнього згоряння дозволило людству в розвитку зробити крок значно вперед. Зараз двигуни, які використовують для виконання корисної роботи енергію, що виділяється при згорянні палива, використовуються в багатьох сферах діяльності людини. Але найбільше поширення ці двигуни отримали в транспорті.

Всі силові установки складаються з механізмів, вузлів і систем, які взаємодіючи між собою, забезпечують перетворення енергії, що виділяється при згорянні легкозаймистих продуктів в обертальний рух колінчастого вала. Саме цей рух і є його корисною працею.

Щоб було зрозуміліше, слід розібратися з принципом роботи силової установки внутрішнього згоряння.

Принцип роботи

При згорянні горючої суміші, що складається з легкозаймистих продуктів і повітря, виділяється більше кількість енергії. Причому в момент займання суміші вона значно збільшується в об'ємі, зростає тиск в епіцентрі займання, по суті, відбувається маленький вибух з вивільненням енергії. Цей процес і взятий за основу.

Якщо згоряння буде проводитися в закритому просторі - виникає при згорянні тиск буде тиснути на стінки цього простору. Якщо одну зі стінок зробити рухомий, то тиск, намагаючись збільшити обсяг замкнутого простору, буде переміщати цю стінку. Якщо до цієї стінці приєднати якийсь шток, то вона вже буде виконувати механічну роботу - відсуваючись, буде штовхати цей шток. Поєднавши шток з кривошипом, при переміщенні він змусить провернутися кривошип щодо своєї осі.

В цьому і полягає принцип роботи силового агрегату з внутрішнім згорянням - є закритий простір (гільза циліндра) з однією рухомою стінкою (поршнем). Стінка штоком (шатуном) пов'язана з кривошипом (колінчастим валом). Потім проводиться зворотна дія - кривошип, роблячи повний оборот навколо осі, штовхає штоком стінку і так повертається назад.

Але це тільки принцип роботи з поясненням на простих складових. На ділі ж процес виглядає дещо складніше, адже треба ж спочатку забезпечити надходження суміші в циліндр, стиснути її для кращого займання, а також вивести продукти горіння. Ці дії отримали назву тактів.

Всього тактів 4:

• впуск (суміш надходить в циліндр);
• стиснення (суміш стискається за рахунок зменшення обсягу всередині гільзи поршнем);
• робочий хід (після займання суміш через свого розширення штовхає поршень вниз);
• випуск (відведення продуктів горіння з гільзи для подачі наступної порції суміші);

Такти поршневого двигуна

З цього випливає, що корисна дія має тільки робочий хід, три інших - підготовчі. Кожен такт супроводжується певним переміщенням поршня. При впуску та робочому ході він рухається вниз, а при стисненні і випуску - вгору. А оскільки поршень пов'язаний з колінчастим валом, то кожен такт відповідає певному куті провороту вала навколо осі.

Реалізація тактів в двигуні робиться двома способами. Перший - з суміщенням тактів. В такому моторі все такти виконуються за один повний проворот клонували. Тобто, півоберта колін. вала, при якому виконується рух поршня вгору або вниз супроводжується двома тактами. Ці двигуни отримали назву 2-тактних.

Другий спосіб - роздільні такти. Один рух поршня супроводжується тільки одним тактом. У підсумку, щоб стався повний цикл роботи - потрібно 2 обороту колін. вала навколо осі. Такі двигуни отримали позначення 4-тактних.

Блок циліндрів

Тепер сам пристрій двигуна внутрішнього згоряння. Основою будь-якої установки є блок циліндрів. У ньому і на ньому розташовуються всі складові.

Конструктивні особливості блоку залежать від деяких умов - кількості циліндрів, їх розташування, способу охолодження. Кількість циліндрів, які об'єднані в одному блоці, може варіюватися від 1 до 16. Причому блоки з непарною кількістю циліндрів зустрічаються рідко, з випускаються нині двигунів можна зустріти тільки одно- і трьохциліндровий установки. Більшість же агрегатів йдуть з парним кількістю циліндрів - 2, 4, 6, 8 і рідше 12 і 16.

чотирициліндровий блок

Силові установки з кількістю від 1 до 4 циліндрів зазвичай мають рядне розташування циліндрів. Якщо кількість циліндрів більше, їх розташовують у два ряди, при цьому з певним кутом положення одного ряду щодо іншого, так звані силові установки з V-подібним становищем циліндрів. Таке розташування дозволило зменшити габарити блоку, але при цьому виготовлення їх складніше, ніж рядним розташуванням.

восьмициліндровий блок

Існує ще один тип блоків, в яких циліндри розташовуються в два ряди і з кутом між ними в 180 градусів. Ці двигуни отримали назву. Зустрічаються вони в основному на мотоциклах, хоча є і авто з таким типом силового агрегату.

Але умова кількістю циліндрів і їх розташуванням - необов'язкове. Зустрічаються 2-циліндрові і 4-циліндрові двигуни з V-подібним або оппозітним становищем циліндрів, а також 6-циліндрові мотори з рядним розташуванням.

Використовується два типи охолодження, які застосовуються на силових установках - повітряне і рідинне. Від цього залежить конструктивна особливість блоку. блок з повітряним охолодженням менш габаритний і конструктивно простіше, оскільки циліндри не входять до його конструкцію.

Блок з рідинним ж охолодженням складніший, в його конструкцію входять циліндри, а поверх блоку з циліндрами розташована сорочка охолодження. Усередині її циркулює рідина, відводячи тепло від циліндрів. При цьому блок разом сорочкою охолодження представляють одне ціле.

Зверху блок накривається спеціальної плитою - головкою блоку циліндрів (ГБЦ). Вона є однією зі складових, що забезпечують закритий простір, в якому проводиться процес горіння. Конструкція її може бути проста, що не включає додаткові механізми, або ж складна.

Кривошипно-шатунний механізм

Вхідний в конструкцію двигуна, забезпечує перетворення зворотно-поступального переміщення поршня в гільзі в обертальний рух коленвала. Основним елементом цього механізму є колінвал. Він має рухливе з'єднання з блоком циліндрів. Таке з'єднання забезпечує обертання цього валу навколо осі.

До одного з кінців вала прикріплений маховик. У завдання маховика входить передача крутного моменту від валу далі. Оскільки у 4-тактного двигуна на два оберти коленвала доводиться тільки один напівоберт з корисною дією - робочий хід, інші ж вимагають зворотної дії, яке і виконується маховиком. Маючи значну масу і обертаючись, за рахунок своєї кінетичної енергії він забезпечує проворот колін. вала під час підготовчих тактів.

Окружність маховика має зубчастий вінець, за допомогою його виконується запуск силової установки.

З іншого боку вала розміщується приводная шестерня масляного насоса і газорозподільного механізму, а також фланець для кріплення шківа.

Цей механізм також включає шатуни, які забезпечують передачу зусилля від поршня до коленвалу і назад. Кріплення до валу шатунів теж виробляється рухомо.

Поверхні блоку циліндрів, колін. вала і шатунів в місцях з'єднання безпосередньо між собою не контактують, між ними знаходяться підшипники ковзання - вкладиші.

Циліндро-поршнева група

Складається дана група з гільз циліндрів, поршнів, поршневих кілець і пальців. Саме в цій групі і відбувається процес згоряння і передача енергії, що виділяється для перетворення. Згорання відбувається всередині гільзи, яка з одного боку закрита головкою блоку, а з іншого - поршнем. Сам поршень може переміщатися всередині гільзи.

Щоб забезпечити максимальну герметичність всередині гільзи, використовуються поршневі кільця, які запобігають просочування суміші і продуктів горіння між стінками гільзи і поршнем.

Поршень за допомогою пальця рухомо з'єднаний з шатуном.

Газорозподільчий механізм

У завдання цього механізму входить своєчасна подача горючої суміші або її складових в циліндр, а також відведення продуктів горіння.

У двотактних двигунів як такого механізму немає. У нього подача суміші і відведення продуктів горіння проводиться технологічними вікнами, які пророблені в стінках гільзи. Таких вікон три - впускний, перепускний і випускне.

Поршень, рухаючись виробляє відкриття-закриття того чи іншого вікна, цим і виконується наповнення гільзи паливом і відведення відпрацьованих газів. Використання такого газорозподілу не вимагає додаткових вузлів, тому ГБЦ у такого двигуна проста і в її завдання входить лише забезпечення герметичності циліндра.

У 4-тактного двигуна механізм газорозподілу є. Паливо у такого двигуна подається через спеціальні отвори в голівці. Ці отвори закриті клапанами. При потребі подачі палива або відведення газів з циліндра виробляється відкривання відповідного клапана. Відкриття клапанів забезпечує розподільний вал, який своїми кулачками в потрібний момент натискає на необхідний клапан і той відкриває отвір. Привід распредвала здійснюється від коленвала.

ГРМ з ремінним і ланцюговим приводом

Компонування газорозподільного механізму може відрізнятися. Випускаються двигуни з нижнім розташуванням распредвала (він знаходиться в блоці циліндрів) і верхнім розташуванням клапанів (в ГБЦ). Передача зусилля від вала до клапанів проводиться за допомогою штанг і коромисел.

Більш поширеними є мотори, у яких і вал і клапана мають верхнє розташування. При такій компоновці вал теж розміщений в ГБЦ і діє він на клапана безпосередньо, без проміжних елементів.

Система харчування

Ця система забезпечує підготовку палива для подальшої подачі його в циліндри. Конструкція цієї системи залежить від використовуваного двигуном палива. Основним зараз є паливо, виділене з нафти, причому різних фракцій - бензин і дизельне паливо.

У двигунів, що використовують бензин, є два види паливної системи - карбюраторних і інжекторна. У першій системі смесеобразование проводиться в карбюраторі. Він виробляє дозування і подачу палива в що проходить через нього потік повітря, далі вже ця суміш подається в циліндри. Складається така система і паливного бака, паливопроводів, вакуумного паливного насоса і карбюратора.

карбюраторних система

Те ж робиться і в інжекторних авто, але у них дозування більш точна. Також паливо в інжекторах додається в потік повітря вже у впускному патрубку через форсунку. Ця форсунка паливо розпорошує, що забезпечує краще сумішоутворення. Складається інжекторна система з бака, насоса, розташованого в ньому, фільтрів, паливопроводів, і паливної рампи з форсунками, встановленої на впускному колекторі.

У дизелів ж подача складових паливної суміші проводиться окремо. Газорозподільний механізм через клапани подає в циліндри тільки повітря. Паливо ж в циліндри подається окремо, форсунками та під високим тиском. Складається дана система з бака, фільтрів, паливного насоса високого тиску (ТНВД) і форсунок.

Нещодавно з'явилися інжекторні системи, які працюють за принципом дизельної паливної системи - інжектор з безпосереднім уприскуванням.

Система відведення відпрацьованих газів забезпечує виведення продуктів горіння з циліндрів, часткову нейтралізацію шкідливих речовин, і зниження звуку при виведенні відпрацьованого газу. Складається з випускного колектора, резонатора, каталізатора (не завжди) і глушника.

Система змазки

Система змащення забезпечує зниження тертя між взаємодіючими поверхнями двигуна, шляхом створення спеціальної плівки, що запобігає прямий контакт поверхонь. Додатково здійснює відведення тепла, захищає від корозії елементи двигуна.

Складається система мастила з масляного насоса, ємності для олії - піддону, маслозаборнік, масляного фільтра, каналів, по яких масло рухається до поверхонь, що труться.

Система охолодження

Підтримка оптимальної робочої температури під час роботи двигуна забезпечується системою охолодження. Використовується два види системи - повітряна і рідинна.

Повітряна система виробляє охолодження шляхом обдування циліндрів потім повітря. для кращого охолодження на циліндрах зроблені ребра охолодження.

У рідинної системі охолодження проводиться рідиною, яка циркулює в сорочці охолодження з прямим контактом з зовнішньою стінкою гільз. Складається така система з сорочки охолодження, водяного насоса, термостата, патрубків і радіатора.

Система запалювання

Система запалювання застосовується тільки на бензинових двигунах. На дизелях займання суміші виробляється від стиснення, тому така система йому не потрібна.

У бензинових ж авто, займання виконується від іскри, проскакує в певний момент між електродами свічки розжарювання, встановленої в голівці блоку так, що її спідниця знаходиться в камері згоряння циліндра.

Складається система запалювання з котушки запалювання, розподільника (трамблера), проводки і свічок запалювання.

Електрообладнання

Забезпечує це обладнання електроенергією бортову мережу авто, в тому числі і систему запалювання. Цим обладнання також проводиться і запуск двигуна. Складається воно з АКБ, генератора, стартера, проводки, всіляких датчиків, які стежать за роботою і станом двигуна.

Це і все пристрій двигуна внутрішнього згоряння. Він хоч і постійно вдосконалюється, проте принцип роботи його не змінюється, поліпшуються лише окремі вузли і механізми.

сучасні розробки

Основним завданням, над якою б'ються автовиробники - це зниження споживання палива і викидів шкідливих речовин в атмосферу. Тому вони постійно покращують систему харчування, результатом є недавня поява інжекторних систем з безпосереднім уприскуванням.

Шукаються альтернативні види палива, останньою розробкою в цьому напрямку поки є використання в якості палива спиртів, а також рослинних масел.

Також вчені намагаються налагодити виробництво двигунів із зовсім іншим принципом роботи. Таким, наприклад, є двигун Ванкеля, але особливих успіхів поки немає.

Autoleek

Що таке двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ)

Всі двигуни перетворять якусь енергію в роботу. Двигуни бувають різні - електричні, гідравлічні, теплові і т.д., в залежності від того, який вид енергії вони перетворять в роботу. ДВС - двигун внутрішнього згоряння, це тепловий двигун, в якому в корисну роботу перетворюється теплота згоряє в робочій камері палива, всередині двигуна. Також існують двигуна із зовнішнім згорянням - це реактивні двигуни літаків, ракет і т.д. в цих двигунах згоряння зовнішнє, тому вони називаються двигунами із зовнішнім згорянням.

Але простий обиватель частіше стикається з двигуном автомобіля і розуміють під двигуном саме поршневий двигун внутрішнього згоряння. У поршневому ДВС, сила тиску газів, що виникає при згорянні палива в робочій камері, впливає на поршень, який здійснює зворотно-поступальний рух в циліндрі двигуна і передає зусилля на кривошипно-шатунний механізм, який перетворює зворотно-поступальний рух поршня в обертальний рух колінчастого вала . Але це дуже спрощений погляд на ДВС. Насправді, в ДВС зосереджені складні фізичні явища, розуміння яких присвятили себе багато видатних учених. Щоб ДВС працював, в його циліндрах, змінюючи один одного, відбуваються такі процеси, як подача повітря, уприскування і розпорошення палива, його змішування з повітрям, займання утворилася суміші, поширення полум'я, видалення відпрацьованих газів. На кожен процес відводиться кілька тисячних часток секунди. Додайте до цього процеси, які протікають в системах ДВС: теплообмін, протягом газів і рідин, тертя і знос, хімічні процеси нейтралізації відпрацьованих газів, механічні та теплові навантаження. Це далеко не повний перелік. І кожен з процесів повинен бути організований найкращим чином. Адже з якості протікають в ДВС процесів складається якість двигуна в цілому - його потужність, економічність, гучність, токсичність, надійність, вартість, вага і розміри.

Читайте також

Двигуна внутрішнього згоряння бувають різні:, бензинові, зі змішанням харчуванням, і т.д. і це далеко не повний список! Як бачите, варіантів двигунів внутрішнього згоряння дуже багато, але якщо стоїть торкнутися класифікацію ДВС, то для докладного розгляду всього обсягу матеріалу знадобиться мінімум 20-30 сторінок - великий обсяг, чи не так? І це тільки класифікація ...

Принциповий ДВС автомобіля НИВА

1 - Щуп для виміру рівня масла в картері 2 - Шатун 3 - маслозаборнік 4 - Насос шестерний 5 - Провідна шестерня насоса 6 - Привідний вал НШ 7 - Підшипник ковзання (вкладиш) 8 - Вал колінчастий 9 - Манжета хвостовика колінчастого вала 10 - Болт для кріплення шківа 11 - Блок, служить для приводу генератора, насоса водяного охолодження 12 - Ремінь клинопасової передачі 13 - Провідна зірочка КШМ 14 - Зірочка привода НШ 15 - Генератор 16 - Лобова частина ДВС 17 - Натяжитель цепи 18 - Вентилятор 19 - Ланцюг приводу ГРМ 20 - Клапан впускний 21 - Клапан випускний

22 - Зірочка розподільного вала 23 - Корпус розподільного вала 24 - Вал розподільний ГРМ 25 - Пружина клапана 26 - Кришка ГРМ 27 - Кришка заливна 28 - Штовхач 29 - Втулка клапан 30 - Головка блоку циліндрів 31 - Пробка системи охолодження 32 - Свічка запалювання 33 - Прокладка головки блоку циліндрів 34 - Поршень 35 - Корпус манжети 36 - Манжета 37 - Півкільце від ОСАЦВ зміщення 38 - Кришка опори колінчастого вала 39 - Маховик 40 - Блок циліндрів 41 - Кришка картера зчеплення 42 - Піддон картера

Жодна область діяльності непорівнянна з поршневими ДВС за масштабами, кількістю людей зайнятих в розробці, виробництві і експлуатації. У розвинених країнах діяльність чверті самодіяльного населення прямо або побічно пов'язана з поршневим двигунобудування. Двигунобудування, як виключно наукомістка область, визначає і стимулює розвиток науки і освіти. Загальна потужність поршневих двигунів внутрішнього згоряння становить 80 - 85% потужності всіх енергоустановок світової енергетики. На автомобільному, залізничному, водному транспорті, в сільському господарстві, будівництві, засобах малої механізації, ряді інших областей, поршневий ДВС як джерело енергії поки не має належної альтернативи. Світове виробництво тільки автомобільних двигунів безперервно збільшується, перевищивши 60 мільйонів одиниць на рік. Кількість вироблених в світі малорозмірних двигунів також перевищує десятки мільйонів на рік. Навіть в авіації поршневі двигуни домінують за сумарною потужністю, кількістю моделей і модифікацій і кількості встановлених на літаки двигунів. У світі експлуатується кілька сотень тисяч літаків з поршневими ДВС (бізнес-класу, спортивних, безпілотних і т.д.). У США на частку поршневих двигунів припадає близько 70% потужності всіх двигунів, встановлених на цивільних літальних апаратах.

Але з часом все змінюється і скоро ми побачимо і будемо експлуатувати принципово інші типи двигунів, які буде мати високі експлуатаційні показники, Високий ККД, простота конструкції і головне - екологічність. Так, все вірно, головним мінусом двигуна внутрішнього згоряння є його екологічна характеристика. Хоч як би відточували роботу ДВС, які б системи не впроваджували, він все одно виявляється істотний вплив на наше здоров'я. Так, тепер можна з упевненістю сказати, що існуюча технологія моторобудування відчуває "стелю" - це такий стан, коли та, чи інша технологія повністю вичерпала свої можливість, повністю вижато, все що можна було зробити - вже зроблено і з точки зору екології принципово НІЧОГО вже не змінити в існуючих типах ДВС. Постає питання: чи потрібно повністю міняти принцип роботи двигуна, його енергоносій (нафтові продукти) на щось нове, принципово інше (). Але, на жаль, це справа не одного дня чи навіть року, потрібні десятиліття ...

Поки ще не одне покоління вчених і конструкторів досліджуватимуть і вдосконалювати стару технологію поступово підходячи все ближче і ближче до стінки, через яку вже буде неможливо перескочити (фізично це не можливо). Ще дуже довго ДВС буде давати роботу тим, хто його виробляє, експлуатує, обслуговує і продає. Чому? Все дуже просто, але в той же час цю просту істину далеко не всі розуміють і приймають. Головна причина уповільнення впровадження принципово інших технологій - капіталізм. Так, як би це дивно не звучало, але саме капіталізм, та система, яка як здається повинна бути зацікавлена \u200b\u200bв нових технологіях, гальмує розвиток людства! Все дуже просто - потрібно заробляти. Як же бути з тими нафтовими вишками, нафтозаводи і доходами?

ДВС «ховали» неодноразово. У різний час на зміну йому приходили електродвигуни на акумуляторах, паливні елементи на водні і багато іншого. ДВС незмінно перемагав в конкурентній боротьбі. І навіть проблема вичерпання запасів нафти і газу - це не проблема ДВС. Існує необмежене джерело палива для ДВС. За останніми даними, нафта може відновлюватися, а що це значить для нас?

характеристики ДВС

При одних і тих же конструктивних параметрах у різних двигунів такі показники, як потужність, крутний момент і питома витрата палива, можуть відрізнятися. Це пов'язано з такими особливостями, як кількість клапанів на циліндр, фази газорозподілу і т. П. Тому для оцінки роботи двигуна на різних оборотах використовують характеристики - залежність його показників від режимів роботи. Характеристики визначаються дослідним шляхом на спеціальних стендах, так як теоретично вони розраховуються лише приблизно.

Як правило, в технічній документації до автомобіля наводяться зовнішні швидкісні характеристики двигуна (рисунок ліворуч), що визначають залежність потужності, крутного моменту і питомої витрати палива від числа оборотів коленвала при повній подачі палива. Вони дають уявлення про максимальних показниках двигуна.

Показники двигуна (спрощено) змінюються з наступних причин. Зі збільшенням числа оборотів коленвала росте крутний момент завдяки тому, що в циліндри надходить більше палива. Приблизно на середніх оборотах він досягає свого максимуму, а потім починає знижуватися. Це відбувається через те, що зі збільшенням швидкості обертання коленвала починають грати істотну роль інерційні сили, сили тертя, аеродинамічний опір впускних трубопроводів, яке погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом паливо-повітряної суміші, і т. П.

Швидке зростання крутного моменту двигуна вказує на хорошу динаміку розгону автомобіля завдяки інтенсивному збільшенню сили тяги на колесах. Чим довше величина моменту знаходиться в районі свого максимуму і не знижується, тим краще. Такий двигун більш пристосований до зміни дорожніх умов і рідше доведеться перемикати передачі.

Потужність зростає разом з обертовим моментом і навіть, коли він починає знижуватися, продовжує збільшуватися завдяки підвищенню оборотів. Після досягнення максимуму потужність починає знижуватися з тієї ж причини, по якій зменшується крутний момент. Обороти трохи вище максимальної потужності обмежують регулюючими пристроями, так як в цьому режимі значна частина палива витрачається не на вчинення корисної роботи, а на подолання сил інерції і тертя в двигуні. Максимальна потужність визначає максимальну швидкість автомобіля. В цьому режимі автомобіль не розганяється і двигун працює тільки на подолання сил опору руху - опору повітря, опору коченню і т. П.

Величина питомої витрати палива також змінюється в залежності від оборотів коленвала, що видно на характеристиці. Питома витрата палива повинен знаходитися якомога довше поблизу мінімуму; це вказує на хорошу економічність двигуна. Мінімальний питома витрата, як правило, досягається трохи нижче середніх оборотів, на яких в основному і експлуатується автомобіль при русі в місті.

Пунктирною лінією на графіку вище показані більш оптимальні характеристики двигуна.

Двигун внутрішнього згоряння - це двигун, в якому паливо згорає безпосередньо в робочій камері ( всередині ) Двигуна. ДВС перетворює теплову енергію від згорання палива в механічну роботу.

У порівнянні з двигунами зовнішнього згоряння ДВС:

• не має додаткових елементів теплопередачі - паливо саме утворює робоче тіло;
• компактніше, так як не має цілого ряду додаткових агрегатів;
• легше;
• економічніше;
• споживає паливо, що має досить жорстко заданими параметрами (испаряемостью, температурою спалаху парів, щільністю, теплотою згоряння, октановим або цетановим числом), так як від цих властивостей залежить сама працездатність ДВС.

Відео: Принцип роботи двигуна. 4-х тактний двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) в 3D. Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння. З історії наукових відкриттів Рудольф Дизель і дизельний двигун. Пристрій двигуна автомобіля. Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) в 3D. Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння. Робота ДВС в розрізі 3D

Схема: двотактний двигун внутрішнього згоряння з резонатора трубою

Чотиритактний рядний чотирициліндровий двигун внутрішнього згоряння

Історія створення

У 1807 р французько-швейцарський винахідник Франсуа Ісаак де Ріваз побудував перший поршневий двигун, званий часто двигуном де Ріваза. Двигун працював на газоподібному водні, маючи елементи конструкції, з тих пір увійшли в наступні прототипи ДВС: поршневу групу і іскрове запалювання. Кривошипно-шатунного механізму в конструкції двигуна ще не було.

Газовий двигун Ленуара, 1860 року.

Перший практично придатний двотактний газовий ДВС був сконструйований французьким механіком Етьєном Ленуаром в 1860 році. Потужність складала 8,8 кВт (11,97 л. С.). Двигун був одноциліндровий горизонтальну машину подвійної дії, яка працювала на суміші повітря і светильного газу з електричним іскровим запалюванням від стороннього джерела. В конструкції двигуна з'явився кривошипно-шатунний механізм.

ККД двигуна не перевищував 4,65%. Незважаючи на недоліки, двигун Ленуара отримав деяке поширення. Використовувався як човновий двигун.

Познайомившись з двигуном Ленуара, восени 1860 року видатний німецький конструктор Ніколаус Август Отто з братом побудували копію газового двигуна Ленуара і в січні 1861 року подали заявку на патент на двигун з рідким паливом на основі газового двигуна Ленуара в Міністерство комерції Пруссії, але заявка була відхилена. У 1863 році створив двотактний атмосферний двигун внутрішнього згоряння. Двигун мав вертикальне розташування циліндра, запалювання відкритим полум'ям і ККД до 15%. Витіснив двигун Ленуара.

Чотиритактний двигун Отто 1876 року.

У 1876 р Ніколаус Август Отто побудував досконаліший чотиритактний газовий двигун внутрішнього згоряння.

У 1880-х роках Огнеслав Степанович Костович в Росії побудував перший бензиновий карбюраторний двигун.

Мотоцикл Даймлера з ДВС 1885 року

У 1885 році німецькі інженери Готліб Даймлер і Вільгельм Майбах розробили легкий бензиновий карбюраторний двигун. Даймлер і Майбах використовували його для створення першого мотоцикла в 1885, а в 1886 році - на першому автомобілі.

Німецький інженер Рудольф Дизель прагнув підвищити ефективність двигуна внутрішнього згоряння і в 1897 запропонував двигун із займанням від стиснення. На заводі «Людвіг Нобель» Еммануїла Людвіговича Нобеля в Петербурзі в 1898-1899 Густав Васильович Трінклер удосконалив цей двигун, використавши Безкомпресорні розпилювання палива, що дозволило застосувати в якості палива нафту. В результаті бескомпрессорний двигун внутрішнього згоряння високого стиснення з самозаймання став найбільш економічним стаціонарним тепловим двигуном. У 1899 на заводі «Людвіг Нобель» побудували перший дизель в Росії і розгорнули масове виробництво дизелів. Цей перший дизель мав потужність 20 л. с., один циліндр діаметром 260 мм, хід поршня 410 мм і частоту обертання 180 об / хв. В Європі дизельний двигун, вдосконалений Густавом Васильовичем Трінклера, отримав назву «російський дизель» або «Трінклер-мотор». На всесвітній виставці в Парижі в 1900 двигун Дизеля одержав головний приз. У 1902 Коломенський завод купив у Еммануїла Людвіговича Нобеля ліцензію на виробництво дизелів і незабаром налагодив масове виробництво.

У 1908 році головний інженер Коломенського заводу Р. А. Корейво будує і патентує у Франції двотактний дизель з протилежно-рухомими поршнями і двома КОЛІНВАЛИ. Дизелі Корейво стали широко використовуватися на теплоходах Коломенського заводу. Випускалися вони і на заводах Нобелів.

У 1896 році Чарльз В. Харт і Чарльз Парр розробили двоциліндровий бензиновий двигун. У 1903 році їх фірма побудувала 15 тракторів. Їх шеститонний # 3 є найстарішим трактором з двигуном внутрішнього згоряння в Сполучених Штатах і зберігається в Смітсонівському Національному музеї американської історії у Вашингтоні, округ Колумбія. Бензиновий двоциліндровий двигун мав абсолютно ненадійну систему запалювання і потужність 30 л. с. на холостому ході і 18 л. с. під навантаженням .

Ден Елбон з його прототипом сільськогосподарського трактора Ivel

Першим практично придатним трактором з двигуном внутрішнього згоряння був американський триколісний трактор lvel Дена Елборна 1902 року. Було побудовано близько 500 таких легких і потужних машин.

Двигун, використаний братами Райт в 1910 році

У 1903 році відбувся політ першого літака братів Орвіла і Уїлбура Райт. Двигун літака виготовив механік Чарлі Тейлор. Основні частини двигуна зробили з алюмінію. Двигун Райт-Тейлора був примітивним варіантом бензинового інжекторного двигуна.

На першому в світі теплоході - нафтоналивний баржі «Вандал», побудованої в 1903 році в Росії на Сормовском заводі для «Товариства Братів Нобель», були встановлені три чотиритактних двигуна Дизеля потужністю по 120 л. с. кожен. У 1904 році був побудований теплохід «Сармат».

У 1924 за проектом Якова Модестовича Гаккеля на Балтійському суднобудівному заводі в Ленінграді був створений тепловоз Ю Е 2 (Щ ЕЛ 1).

Практично одночасно в Німеччині за замовленням СРСР і за проектом професора Ю. В. Ломоносова за особистою вказівкою В. І. Леніна в 1924 році на німецькому заводі Есслінген (колиш. Кесслер) поблизу Штутгарта побудований тепловоз еел2 (спочатку Юе001).

Види двигунів внутрішнього згоряння

поршневий ДВС

роторний ДВС

газотурбінний ДВС

• Поршневі двигуни - камерою згоряння служить циліндр, зворотно-поступальний рух поршня за допомогою кривошипно-шатунного механізму перетворюється в обертання валу.

• Газова турбіна - перетворення енергії здійснюється ротором з клиноподібними лопатками.

• Роторно-поршневі двигуни - в них перетворення енергії здійснюється за рахунок обертання робочими газами ротора спеціального профілю (двигун Ванкеля).

ДВС класифікують:

• за призначенням - на транспортні, стаціонарні і спеціальні.
• за родом застосовуваного палива - легкі рідкі (бензин, газ), важкі рідкі (дизельне паливо, суднові мазути).
• за способом утворення горючої суміші - зовнішнє (карбюратор) і внутрішнє (в циліндрі ДВС).
• за обсягом робочих порожнин і весогабарітнимі характеристикам - легкі, середні, важкі, спеціальні.

Крім наведених вище загальних для всіх ДВС критеріїв класифікації існують критерії, за якими класифікуються окремі типи двигунів. Так, поршневі двигуни можна класифікувати за кількістю і розташуванням циліндрів, колінчастих і розподільних валів, по типу охолодження, за наявністю або відсутністю крейцкопфа, наддуву (і по типу наддуву), за способом сумішоутворення і по типу запалювання, за кількістю карбюраторів, по типу газорозподільного механізму, у напрямку і частоті обертання колінчастого вала, по відношенню діаметра циліндра до ходу поршня, за ступенем швидкохідності ( середньої швидкості поршня).

Октанове число палива

Енергія передається на колінчастий вал двигуна від розширюються газів під час робочого ходу. Стиснення паливо-повітряної суміші до обсягу камери згоряння підвищує ефективність роботи двигуна і збільшує його ККД, але збільшення ступеня стиснення також збільшує викликається стисненням нагрівання робочої суміші відповідно до закону Шарля.

Якщо паливо легкозаймисті, спалах відбувається до досягнення поршнем ВМТ. Це, в свою чергу, змусить поршень провернути колінвал в зворотному напрямку - таке явище називають зворотним спалахом.

Октанове число є мірою процентного вмісту изооктана в гептан-октанового суміші і відображає здатність палива протистояти самозаймання під впливом температури. Паливо з більш високими октановими числами дозволяють двигуну з високим ступенем стиснення працювати без схильності до самозаймання і детонації і, отже, мати більш високу ступінь стиснення і більш високий ККД.

Робота дизельних двигунів забезпечується самозаймання від стиснення в циліндрі чистого повітря або бідної газоповітряної суміші, нездатною до самостійного горіння (газо) і відсутності в заряді палива до останнього моменту.

Відношення діаметра циліндра до ходу поршня

Одним з основоположних конструктивних параметрів ДВС є ставлення ходу поршня до діаметру циліндра (або навпаки). Для більш швидкохідних бензинових двигунів це відношення близьке до 1, на дизельних моторах хід поршня, як правило, тим більше діаметра циліндра, ніж більше двигун. Оптимальним з точки зору газодинаміки і охолодження поршня є співвідношення 1: 1. Чим більше хід поршня, тим більший крутний момент розвиває двигун і тим нижче його робочий діапазон оборотів. Навпаки, чим більше діаметр циліндра, тим вище робочі обороти двигуна і тим нижче його крутний момент на низьких оборотах. Як правило, короткоходниє ДВС (особливо гоночні) мають більший крутний момент на одиницю робочого об'єму, але на відносно високих оборотах (Більше 5000 об / хв.). При більшому діаметрі циліндра / поршня складніше забезпечити належний тепловідвід від денця поршня через його великих лінійних розмірів, але при високих робочих оборотах швидкість поршня в циліндрі не перевищує швидкості поршня більш длинноходная на його робочих оборотах.

бензинові

бензинові карбюраторні

Суміш палива з повітрям готується в карбюраторі, далі суміш подається в циліндр, стискається, а потім підпалюється за допомогою іскри, проскакує між електродами свічки. Основна характерна особливість паливо-повітряної суміші в цьому випадку - гомогенність.

бензинові інжекторні

Також, існує спосіб сумішоутворення шляхом уприскування бензину у впускний колектор або безпосередньо в циліндр за допомогою розпилюють форсунок (інжектор). Існують системи одноточечного (моновприск), і розподіленого уприскування різних механічних і електронних систем. В механічних системах вприскування дозації палива здійснюється плунжерно-важільним механізмом з можливістю електронної коригування складу суміші. В електронних системах смесеобразование здійснюється за допомогою електронного блоку управління (ЕБУ), керуючого електричними бензиновими форсунками.

Дизельні, з запалюванням від стиснення

Дизельний двигун характеризується запаленням палива без використання свічки запалювання. У розігрітий в циліндрі повітря від адіабатичного стиснення (до температури, що перевищує температуру займання палива) через форсунку впорскується порція палива. В процесі впорскування паливної суміші відбувається його розпорошення, а потім навколо окремих крапель паливної суміші виникають вогнища згоряння, у міру впорскування паливна суміш згорає у вигляді факела.

Так як дизельні двигуни не схильні до явища детонації, характерному для двигунів з примусовим займанням, в них допустимо використання більш високих ступенів стиснення (до 26), що, в поєднанні з тривалим горінням, що забезпечує постійний тиск робочого тіла, благотворно позначається на ККД даного типу двигунів, який може перевищувати 50% у випадку з великими судновими двигунами.

Дизельні двигуни є менш швидкохідними і характеризуються великим крутним моментом на валу. Також деякі великі дизельні двигуни пристосовані для роботи на важких паливах, наприклад, мазутах. Запуск великих дизельних двигунів здійснюється, як правило, за рахунок пневматичної схеми з запасом стисненого повітря, або, у випадку з дизель-генераторними установками, від приєднаного електричного генератора, який при запуску виконує роль стартера.

Всупереч розхожій думці, сучасні двигуни, традиційно звані дизельними, працюють не за циклом Дизеля, а по циклу Трінклера - Сабате зі змішаним підведенням теплоти.

Недоліки дизельних двигунів обумовлені особливостями робочого циклу - більш високу механічну напруженістю, що вимагає підвищеної міцності конструкції і, як наслідок, збільшення її габаритів, ваги і збільшення вартості за рахунок ускладненою конструкції і використання більш дорогих матеріалів. Також дизельні двигуни за рахунок гетерогенного згоряння характеризуються неминучими викидами сажі і підвищеним вмістом оксидів азоту в вихлопних газах.

газові двигуни

Двигун, який спалює в якості палива вуглеводні, що знаходяться в газоподібному стані при нормальних умовах:

• суміші зріджених газів - зберігаються в балоні під тиском насичених парів (до 16 атм). Іспарённая в випарнику рідка фаза або парова фаза суміші поступово втрачає тиск в газовому редукторі до близького атмосферному, і всмоктується двигуном у впускний колектор через повітряно-газовий змішувач або впорскується у впускний колектор за допомогою електричних форсунок. Запалювання здійснюється за допомогою іскри, проскакує між електродами свічки.
• стислі природні гази - зберігаються в балоні під тиском 150-200 атм. Пристрій систем харчування аналогічно системам харчування скрапленим газом, відмінність - відсутність випарника.
• генераторний газ - газ, отриманий перетворенням твердого палива в газоподібний. В якості твердого палива використовуються:
  • вугілля
  • деревина

газодизельні

Основна порція палива готується, як в одній з різновидів газових двигунів, Але запалюється неелектричних свічкою, а запальний порцією дизпалива, що впорскується в циліндр аналогічно дизельному двигуну.

Роторно-поршневий

Схема циклу двигуна Ванкеля: впуск (intake), стиснення (compression), робочий хід (ignition), випуск (exhaust); A - трикутний ротор (поршень), B - вал.

Запропоновано винахідником Ванкелем на початку XX століття. Основа двигуна - трикутний ротор (поршень), що обертається в камері особливої \u200b\u200b8-подібної форми, виконуючий функції поршня, клонували і газорозподільні. Така конструкція дозволяє здійснити будь-який 4-тактний цикл Дизеля, Стірлінга або Отто без застосування спеціального механізму газорозподілу. За один оборот двигун виконує три повних робочих циклу, що еквівалентно роботі шестициліндрового поршневого двигуна. Будувався серійно фірмою НСУ в Німеччині (автомобіль RO-80), ВАЗом в СРСР (ВАЗ-21018 «Жигулі», ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), \u200b\u200bМаздою в Японії (Mazda RX-7, Mazda RX-8 ). При своїй принциповій простоті має ряд істотних конструктивних складнощів, які роблять його широке впровадження вельми скрутним. Основні труднощі пов'язані зі створенням довговічних працездатних ущільнень між ротором і камерою і з побудовою системи мастила.

У Німеччині в кінці 70-х років XX століття існував анекдот: «Продам НСУ, дам на додачу два колеса, фару і 18 запасних моторів в хорошому стані».

• RCV - двигун внутрішнього згоряння, система газорозподілу якого реалізована за рахунок руху поршня, який здійснює зворотно-поступальні рухи, поперемінно проходячи впускний і випускний патрубок.

Комбінований двигун внутрішнього згоряння

• - двигун внутрішнього згоряння, що представляє собою комбінацію з поршневий і лопатки машин (турбіна, компресор), в якому обидві машини в співвідносить мірі беруть участь в здійсненні робочого процесу. Прикладом комбінованого ДВС служить поршневий двигун з газотурбінним наддувом (турбонаддув). Великий внесок у теорію комбінованих двигунів вніс радянський інженер, професор А. Н. Шелест.

Турбонагнетаніе

Найбільш поширеним типом комбінованих двигунів є поршневий з турбонагнітачем.
Турбонагнетатель або турбокомпресор (ТК, ТН) - це нагнітач, який приводиться в рух вихлопними газами. Отримав свою назву від слова «турбіна» (фр. Turbine від лат. Turbo - вихор, обертання). Цей пристрій складається з двох частин: роторного колеса турбіни, що приводиться в рух вихлопними газами, і відцентрового компресора, закріплених на протилежних кінцях загального валу.

Струмінь робочого тіла (в даному випадку, Вихлопних газів) впливає на лопатки, закріплені по колу ротора, і приводить їх в рух разом з валом, який виготовляється єдиним цілим з ротором турбіни зі сплаву, близького до легованої сталі. На валу, крім ротора турбіни, закріплений ротор компресора, виготовлений з алюмінієвих сплавів, який при обертанні вала дозволяє нагнітати повітря в циліндри ДВС. Таким чином, в результаті дії вихлопних газів на лопатки турбіни одночасно розкручуються ротор турбіни, вал і ротор компресора. Застосування турбокомпресора спільно з проміжним охолоджувачем повітря (інтеркулером) дозволяє забезпечувати подачу більш щільного повітря в циліндри ДВС (в сучасних турбированних двигунах використовується саме така схема). Часто при застосуванні в двигуні турбокомпресора говорять про турбіні, не згадуючи компресора. Турбокомпресор - це одне ціле. Не можна використовувати енергію вихлопних газів для подачі повітряної суміші під тиском в циліндри ДВС за допомогою тільки турбіни. Нагнітання забезпечує саме та частина турбокомпресора, яка іменується компресором.

На холостому ходу, при невеликих оборотах, турбокомпресор виробляє невелику потужність і приводиться в рух малою кількістю вихлопних газів. В цьому випадку турбонагнетатель малоефективний, і двигун працює приблизно так само, як без нагнітання. Коли від двигуна потрібно набагато більша вихідна потужність, то його обороти, а також зазор дроселя, збільшуються. Поки кількості вихлопних газів досить для обертання турбіни, по впускному трубопроводу подається набагато більше повітря.

Турбонагнетаніе дозволяє двигуну працювати більш ефективно, оскільки того що турбонагнетатель використовує енергію вихлопних газів, яка, в іншому випадку, була б (здебільшого) втрачена.

Однак існує технологічне обмеження, відоме як «турбояма» ( «турбозадержка») (за винятком моторів з двома турбокомпресорами - маленьким і великим, коли на малих обертах працює маленький ТК, а на великих - великий, спільно забезпечуючи подачу необхідної кількості повітряної суміші в циліндри або при використанням турбіни із змінною геометрією, в автоспорті також застосовується примусовий розгін турбіни за допомогою системи рекуперації енергії). Потужність двигуна збільшується не миттєво через те, що на зміну частоти обертання двигуна, що володіє деякою інерцією, буде витрачено певний час, а також через те, що чим більше маса турбіни, тим більше часу буде потрібно на її розкручування і створення тиску, достатнього для збільшення потужності двигуна. Крім того, підвищений випускний тиск призводить до того, що вихлопні гази передають частину свого тепла механічним частинам двигуна (ця проблема частково вирішується заводами-виробниками японських і корейських ДВС шляхом установки системи додаткового охолодження турбокомпресора антифризом).

Цикли роботи поршневих ДВС

двотактний цикл

Схема роботи чотиритактного двигуна, цикл Отто
1. впуск
2. стиснення
3. робочий хід
4. випуск

Поршневі двигуни внутрішнього згоряння класифікуються за кількістю тактів в робочому циклі на двотактні і чотиритактні.

Робочий цикл чотиритактних двигунів внутрішнього згоряння займає два повних обороту кривошипа або 720 градусів повороту колінчастого вала (ПКВ), що складається з чотирьох окремих тактів:

1. впуску,
2. стиснення заряду,
3. робочого ходу і
4. випуску (вихлопу).

Зміна робочих тактів забезпечується спеціальним газорозподільним механізмом, найчастіше він представлений одним або двома розподільними валами, системою штовхачів і клапанами, безпосередньо забезпечують зміну фази. Деякі двигуни внутрішнього згоряння використовували для цієї мети золотникові гільзи (Рікардо), що мають впускні і / або вихлопні вікна. Повідомлення порожнини циліндра з колекторами в цьому випадку забезпечувалося радіальним і обертальним рухами золотникової гільзи, вікнами відкриває потрібний канал. Зважаючи на особливості газодинаміки - інерційності газів, часу виникнення газового вітру такти впуску, робочого ходу і випуску в реальному чотиритактний циклі перекриваються, це називається перекриттям фаз газорозподілу. Чим вище робочі обороти двигуна, тим більше перекриття фаз і чим воно більше, тим менше крутний момент двигуна внутрішнього згоряння на низьких оборотах. Тому в сучасних двигунах внутрішнього згоряння все ширше використовуються пристрої, що дозволяють змінювати фази газорозподілу в процесі роботи. Особливо придатні для цієї мети двигуни з електромагнітним керуванням клапанами (BMW, Mazda). Є також двигуни з змінним ступенем стиснення (SAAB AB), що володіють більшою гнучкістю характеристики.

двотактні двигуни мають безліч варіантів компоновки і велика різноманітність конструктивних систем. Основний принцип будь-якого двотактного двигуна - виконання поршнем функцій елемента газорозподілу. Робочий цикл складається, строго кажучи, з трьох тактів: робочого ходу, що триває від верхньої мертвої точки ( ВМТ) До 20-30 градусів до нижньої мертвої точки ( НМТ), Продувки, фактично поєднує впуск і вихлоп, і стиснення, що триває від 20-30 градусів після НМТ до ВМТ. Продування, з точки зору газодинаміки, слабка ланка двотактного циклу. З одного боку, неможливо забезпечити повне розділення свіжого заряду і вихлопних газів, тому неминучі або втрати свіжої суміші, буквально вилітає у вихлопну трубу (якщо двигун внутрішнього згоряння - дизель, мова йде про втрату повітря), з іншого боку, робочий хід триває не половину обороту, а менше, що само по собі знижує ККД. У той же час тривалість надзвичайно важливого процесу газообміну, в чотиритактний двигун займає половину робочого циклу, не може бути збільшена. Двотактні двигуни можуть взагалі не мати системи газорозподілу. Однак, якщо мова не йде про спрощених дешевих двигунах, двотактний двигун складніше і дорожче за рахунок обов'язкового застосування повітродувки або системи наддуву, підвищена теплонапряженности ЦПГ вимагає більш дорогих матеріалів для поршнів, кілець, втулок циліндрів. Виконання поршнем функцій елемента газорозподілу зобов'язує мати його висоту не менше хід поршня + висота продувних вікон, що некритично в мопеді, але істотно ускладнює поршень вже при відносно невеликих потужностях. Коли ж потужність вимірюється сотнями кінських сил, Збільшення маси поршня стає дуже серйозним фактором. Введення розподільних гільз з вертикальним ходом в двигунах Рікардо було спробою зробити можливим зменшення габаритів і маси поршня. Система виявилася складною і дорогою у виконанні, крім авіації, такі двигуни ніде більше не використовувалися. Вихлопні клапани (при прямоточною клапанної продувке) мають вдвічі більшу теплонапряженности в порівнянні з вихлопними клапанами чотиритактних двигунів і гірші умови для відводу тепла, а їх сідла мають більш тривалий прямий контакт з вихлопними газами.

Найпростішою з точки зору порядку роботи і найскладнішою з точки зору конструкції є система Корейво, представлена \u200b\u200bв СРСР і в Росії, в основному, тепловозних дизелів серій Д100 і танковими дизелями ХЗТМ. Такий двигун являє собою симетричну двохвальною систему з розбіжними поршнями, кожен з яких пов'язаний зі своїм коленвалом. Таким чином, цей двигун має два коленвала, механічно синхронізовані; той, який пов'язаний з вихлопними поршнями, випереджає впускний на 20-30 градусів. За рахунок цього випередження покращується якість продувки, яка в цьому випадку є прямоточною, і поліпшується наповнення циліндра, так як в кінці продувки вихлопні вікна вже закриті. У 30х - 40х роках XX століття були запропоновані схеми з парами розходяться поршнів - ромбовидна, трикутна; існували авіаційні дизелі з трьома звездообразно розбіжними поршнями, з яких два були впускними і один - вихлопним. У 20-х роках Юнкерс запропонував одновальну систему з довгими шатунами, пов'язаними з пальцями верхніх поршнів спеціальними коромислами; верхній поршень передавав зусилля на колінвал парою довгих шатунів, і на один циліндр доводилося три коліна вала. На коромислах стояли також квадратні поршні продувних порожнин. Двотактні двигуни з розбіжними поршнями будь-якої системи мають, в основному, два недоліки: по-перше, вони досить складні і габаритні, по-друге, вихлопні поршні і гільзи в зоні вихлопних вікон мають значну температурну напруженість і схильність до перегріву. Кільця вихлопних поршнів також є термічно навантаженими, схильні до закоксовування і втрати пружності. Ці особливості роблять конструктивне виконання таких двигунів нетривіальним завданням.

Двигуни з прямоточною клапанної продувкою оснащені розподільним валом і вихлопними клапанами. Це значно знижує вимоги до матеріалів і виконання ЦПГ. Впуск здійснюється через вікна в гільзі циліндра, що відкриваються поршнем. Саме так компонується більшість сучасних двотактних дизелів. Зона вікон і гільза в нижній частині в багатьох випадках охолоджуються наддувочного повітря.

У випадках, коли одним з основних вимог до двигуна є його здешевлення, використовуються різні види кривошипно-камерної контурної віконно-віконної продувки - петлевая, зворотно-петлевая (дефлекторная) в різноманітних модифікаціях. Для поліпшення параметрів двигуна застосовуються різноманітні конструктивні прийоми - змінна довжина впускного і випускного каналів, може варіюватися кількість і розташування перепускних каналів, використовуються золотники, що обертаються відсікачі газів, гільзи і шторки, що змінюють висоту вікон (і, відповідно, моменти початку впуску і вихлопу). Більшість таких двигунів має повітряне пасивне охолодження. Їх недоліки - відносно невисоку якість газообміну і втрати горючої суміші під час продування, при наявності декількох циліндрів секції кривошипних камер доводиться розділяти і герметизувати, ускладнюється і дорожчає конструкція клонували.

Додаткові агрегати, що вимагаються для ДВС

Недоліком двигуна внутрішнього згоряння є те, що він розвиває максимальну потужність тільки у вузькому діапазоні оборотів. Тому невід'ємним атрибутом двигуна внутрішнього згоряння є трансмісія. Лише в окремих випадках (наприклад, в літаках) можна обійтися без складної трансмісії. Поступово завойовує світ ідея гібридного автомобіля, В якому мотор завжди працює в оптимальному режимі.

Крім того, двигуну внутрішнього згоряння необхідні система харчування (для подачі палива і повітря - приготування паливо-повітряної суміші), вихлопна система (Для відводу вихлопних газів), також не обійтися без системи мастила (призначена для зменшення сил тертя в механізмах двигуна, захисту деталей двигуна від корозії, а також спільно з системою охолодження для підтримки оптимального теплового режиму), Системи охолодження (для підтримки оптимального теплового режиму двигуна), система запуску (застосовуються способи запуску: електростартерний, за допомогою допоміжного пускового двигуна, пневматичний, за допомогою м'язової сили людини), система запалювання (для займання паливо-повітряної суміші, застосовується у двигунів з примусовим займанням).

Технологічні особливості виготовлення

До обробці отворів в різних деталях, в тому числі в деталях двигуна (отворів головки блоків циліндрів (ГБЦ), гільз циліндрів, отворів кривошипної і поршневий головок шатунів, отворів шестерень) і т. Д., Пред'являються високі вимоги. Використовуються високоточні технології шліфування і хонінгування.

Примітки

1. Hart Parr # 3 Tractor на сайті Національного музею американської історії (англ.)
2. Андрій Лось. Red Bull Racing і Renault про нові силових установках. F1News.Ru (25 березня 2014 року).