Двигатель внутреннего сгорания из чего состоит: ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ • Большая российская энциклопедия

Устройство и теория двигателей внутреннего сгорания

В данной статье разберем устройство и теорию двигателей внутреннего сгорания, рассмотрим из чего они состоят и как работают. Вы найдете основные понятия и термины, описывается конструкция и работа двигателя.

Автомобильные двигатели различают:

• по способу приготовления горючей смеси — с внешним смесеобразованием (карбюраторные, инжекторные, газовые двигатели) и с внутренним смесеобразованием (дизели),
• по роду применяемого топлива — бензиновые (работающие на бензине), газовые (на горючем газе) и дизели (работающие на дизельном топливе),
• по способу охлаждения — с жидкостным и воздушным охлаждением,
• расположению цилиндров — рядные и V-образные,
• по способу воспламенения горючей (рабочей) смеси—с принудительным зажиганием от электрической искры (карбюраторные и инжекторные двигатели) или с самовоспламенением от сжатия (дизели).

Бензиновые – это двигатели, работающие на бензине, с принудительным зажиганием. Приготовление топливно-воздушной смеси, и её дозирование осуществляют карбюраторные и инжекторные системы питания. Смесь в цилиндре воспламеняется в конце такта сжатия, принудительно от электрической искры.

Дизельные — это двигатели, работающие на дизельном топливе с воспламенением от сжатия. В дизельных двигателях смесь приготавливается непосредственно в цилиндре из воздуха и топлива, подаваемых в цилиндр раздельно. Воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндре происходит самопроизвольно от воздействия высокой температуры при сжатии. Исключением является система непосредственного впрыска бензина, где зажигание смеси осуществляется от электрической искры.

Газовые — это двигатели, которые работают на пропано-бутановом газе, с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя, газ смешивается с воздухом. По принципу работы такие двигатели практически не отличаются от бензиновых и мы не будем их рассматривать. Однако, если вы переоборудовали свой автомобиль «на газ», то советую изучить статью Газобаллонное оборудование. Схема ГБО.

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания:

• кривошипно-шатунный механизм,
• газораспределительный механизм,
• система питания (топливная),
• система выпуска отработавших газов,
• система зажигания,
• система охлаждения,
• система смазки.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Для начала, возьмем простейший одноцилиндровый двигатель и разберемся с его устройством и работой. Рассмотрим протекающие в нем процессы, и выясним откуда все-таки берется тот самый крутящий момент, который в конечном итоге приходит на ведущие колеса автомобиля.

Одна из основных деталей двигателя — цилиндр 6, в котором находится поршень 7, соединенный через шатун 9 с коленчатым валом 12. При перемещении поршня в цилиндре вверх и вниз его прямолинейное движение шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик 10, который необходим для равномерности вращения вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой, в которой находятся впускной 5 и выпускной клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала 14 через передаточные детали 15. Распределительный вал приводится во вращение шестернями 13 от коленчатого вала. Поршень, свободно перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения.

Для нормальной работы двигателя в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Для уменьшения затрат работы на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Понятия и термины при работе двигателя

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — это крайнее верхнее положение поршня.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — это крайнее нижнее положение поршня.

Ход поршня — это расстояние, пройденное от одной мертвой точки до другой. За один ход поршня коленчатый вал повернется на полоборота.

Камера сгорания (сжатия) — это пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра — это пространство, освобождаемое поршнем при перемещение его из ВМТ в НМТ.

Рабочий объем двигателя — это сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя. При малых объемах (до 1 л.) его выражают в кубических сантиметрах, а при больших — в литрах.

Полный объем цилиндра — сумма объема камеры сгорания и рабочего объема.

Степень сжатия — это число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. В бензиновых двигателях степень сжатия бывает от 8 до 12, а в дизелях — от 14 до 18. Степень сжатия не стоит путать с компрессией, т.к. это два разных понятия.

Такт — процесс (часть цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, у которого рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, называют четырехтактным.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

При работе поршневого двигателя внутреннего сгорания поршень совместно с верхней головкой шатуна движется в цилиндре поступательно (вверх – вниз), при этом коленчатый вал совместно с нижней головкой шатуна совершает вращательные движения. У подавляющего большинства двигателей, если смотреть на двигатель со стороны шкива, вращение коленчатого вала осуществляется по часовой стрелке. За один оборот коленчатого вала (360°) поршень в цилиндре совершает два хода (один ход вверх и один вниз).

При постоянной скорости вращения коленчатого вала двигателя, поршень в цилиндре движется с ускорением – замедлением. Наименьшие скорости движения поршня будут наблюдаться при его «крайних» положениях в цилиндре — в верхней (ВМТ) и нижней части (НМТ). В верхней и нижней части цилиндра поршень «вынужден» сделать остановку, чтобы поменять направление движения.

Работа двигателя складывается из совокупности процессов, протекающих в цилиндрах двигателя с определённой последовательностью. Эти процессы называют рабочим циклом и состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Подробнее в статье Принцип работы ДВС. Рабочие циклы двигателя.

Об устройстве двигателя также рассказано в данных статьях:

• Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы
• Как работает двигатель (из цикла передачи ‘как это устроено’)

Как работает двигатель внутреннего сгорания.

» Хабстаб

Для непосвящённых, двигатель выглядит как хитросплетение металлических трубок и проводов. Возможно, покупая автомобиль, вы слышали что-то типа “двигатель V-6, объёмом 3 литра”. В этой статье мы рассмотрим базовые принципы работы двигателя.
Бензиновый двигатель преобразует энергию бензина, в поступательное движение автомобиля. Бензиновый двигатель есть не что иное, как двигатель внутреннего сгорания. Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания: дизельные, роторные, хеми, двухтактные. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Также существуют двигатели внешнего сгорания. Паровой двигатель паровоза и парохода, является наглядным примером двигателя внешнего сгорания. Топливо в паровом двигателе сгорает не в двигателе, а пар создаёт движение уже внутри двигателя. Двигатели внутреннего сгорания намного эффективнее двигателей внешнего сгорания, то есть расходуют меньше топлива при одинаковой работе. Плюс, двигатель внутреннего сгорания гораздо меньше, чем аналогичный по мощности, двигатель внешнего сгорания. Этот факт объясняет почему мы не увидим двигатель внешнего сгорания на автомобилях GM или Ford.
 
Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем: если малое количество топлива, обладающего большой энергоёмкостью и находящегося в небольшом закрытом пространстве — поджечь, выделится огромное количество энергии в виде газа. Преобразовав эту энергию в поступательное или вращательное движение, можно использовать её для своих нужд.
 
Почти все современные автомобильные двигатели четырехтактные. Четырехтактный цикл сгорания так же известен как цикл Отто, в честь Nikolaus Otto, который предложил его в 1867 году.
Он состоит из следующих этапов:

• Впускной такт;
• Такт сжатия;
• Такт горения;
• Выпускной такт;

Рассмотрим подробнее каждый такт.

Впускной такт. Поршень из верхней точки начинает двигаться вниз, открывается впускной клапан и в цилиндр засасывается топливовоздушная смесь. Эта смесь состоит примерно из 15 частей воздуха и одной части бензина.
 
Такт сжатия. Поршень перемещается вверх, чтобы сжать смесь. Сжатие делает взрыв более эффективным.
 
Такт горения. Когда поршень достигает верхней точки, в цилиндре проскакивает искра и смесь взрывается, толкая поршень вниз.
 
Выпускной такт. После того как поршень достигает нижней точки, открывается выпускной клапан и поршень выталкивает отработавшие газы в выхлопную трубу. Работа газов заключалась в толкании поршня вниз, а так, как свою работу они выполнили их называют отработавшими.

 
На анимации выше каждый такт окрашивает камеру сгорания своим цветом, расшифровка цветов указана правее. Коленвал через шатун приводит в движение поршень. Таким образом, вращательное движение коленвала преобразуется в поступательное движение поршня.
Выше мы рассмотрели как работает один цилиндр. Обычно количество цилиндров в двигателе начинается с четырёх, также может быть шесть и восемь.
Расположены цилиндры могут быть одним из трёх способов: в ряд, напротив друг друга и в виде буквы “V”. Теперь понятно откуда берутся названия типа: рядная четвёрка или “V”—образная шестёрка. Каждая конфигурации имеет свои  преимущества и недостатки.

Рассмотрим основные части двигателя.

Свеча зажигания создаёт искру для поджига топливовоздушной смеси. Искра создаётся в цилиндре в строго определённое время.

Впускной и выпускной клапана открываются в строго заданное время, что бы поршень мог затянуть топливовоздушную смесь в цилиндр и выпустить отработавшие газы. Хотелось бы отметить, что во время рабочего такта, камера сгорания герметично закрыта клапанами.

Поршень представляет собой кусок металла, выполненный в форме цилиндра, который совершает поступательное движение внутри цилиндра.
Поршневые кольца выполняют несколько функций:

• Обеспечивают минимальный зазор между поршнем и кромкой цилиндра, обеспечивая максимальную герметичность.
•  Через кольца происходит охлаждение поршня, так как кольца связывают цилиндр с водяной рубашкой.
• Уменьшают расход масла.

Часто среди автомобилистов можно услышать фразу ”двигатель ест масло”, это значит что кольца неплотно прилегают к стенкам цилиндра и масло попадает в цилиндр, а там ему ничего не остаётся как сгореть.

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом.

Коленчатый вал, вращаясь, за счёт своей геометрии позволяет двигаться поршню вверх, вниз.
 
Почему не заводится двигатель.
Вы выходите утром на работу, а ваша машина не заводится. Где же искать причину?
Теперь когда вы знаете как работает двигатель, давайте определим три основные причины:

• отсутствие искры;
• не поступает топливная смесь в цилиндр или поступает, но не в том количестве, или не должного качества;
• отсутствие должной компрессии;

Если отсутствует искра или появляется не в то время, автомобиль не заведётся. Искра может отсутствовать по следующим причинам:

• неисправна свеча;
• обрыв высоковольтного провода;

Перейдём к топливной смеси, если воздухозаборник забит, топлива будет достаточно, но воздуха будет недостаточно. Если топливный насос не создаёт положенного давления, ситуация будет обратной. Примесь в топливетакая, как вода, не даст двигателю завестись.

Отсутствие положенной компрессии может быть по следующим причинам:

• изношены поршневые кольца;
• впускные и выпускные клапана не обеспечивают должной герметичности;
• прогар цилиндра;

Также существуют другие причины:

•  сел аккумулятор, и стартер не может провернуть двигатель;
• заклинил подшипник коленчатого вала;
• сбились метки газораспределительного механизма;
• кто-то засунул в глушитель картошку, отработавшие газы не могут выйти из цилиндра и двигатель не заведётся;
• закончилось масло в двигателе;
   

 
Давайте рассмотрим подробнее как работает газораспределительный механизм(ГРМ).
Деталь, которая открывает и закрывает клапана, называется распределительным валом.
На распределительном валу можно увидеть кулачки, которые толкают клапана. Для того чтобы кулачки вовремя толкали клапана, распредвал соединён цепью или зубчатым ремнём с коленвалом. Таким образом, клапана синхронизированы с поршнями. Распределительный вал вращается со скоростью в два раза меньшей чем коленвал.

Система зажигания.
В системе зажигания генерируется высокое напряжение, которое потом передаётся через провода к свечам. Высокое напряжение подаётся на трамблёр, который определяет какой свече необходимо подать искру в данный момент. Увидеть это можно на анимации ниже.

 
Система охлаждения.
Система охлаждения в большинстве двигателей состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует вокруг цилиндров, забирая тепло, затем проходя через радиатор — охлаждается. В некоторых автомобилях (в первую очередь Volkswagen Жук), а также на большинстве мотоциклов и газонокосилок, применяется двигатель с воздушным охлаждением. Воздушное охлаждение делает двигатель легче, но, как правило, ресурс и мощность двигателя снижаются. 

В этой статье мы рассмотрели не все системы автомобиля, как это сделано в оригинале, а лишь те которые показались нам наиболее интересными.

Интересная история двигателя внутреннего сгорания

Если у вас есть автомобиль, работающий на газе или дизельном топливе, то у вас также есть двигатель внутреннего сгорания. По сути, этот двигатель заставляет транспортное средство двигаться. Большинство людей не думают об инженерной мысли, стоящей за этим впечатляющим механизмом. Мы знаем, что двигатель является жизненно важной частью автомобиля, но многие люди не понимают, почему именно этот тип является лучшим выбором. История двигателя внутреннего сгорания довольно интересна.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Роторный двигатель в разрезе. Роторный двигатель — это ранний тип двигателя внутреннего сгорания, обычно с нечетным числом цилиндров в ряду радиальной конфигурации. #Технология #История #Авиация #Механика pic.twitter.com/bffBQ2e20w

— NowScience (@NowScienceNews) 13 января 2019 г.

Существует два разных типа двигателей внутреннего сгорания: двигатель внутреннего сгорания и двигатель внешнего сгорания. В последнем случае топливо, как и уголь, сжигается вне двигателя. Горящее топливо нагревает жидкость, находящуюся внутри двигателя, чтобы дать ему энергию, необходимую для работы. Так работает паровая машина.

Двигатель внутреннего сгорания работает немного иначе. Вместо того, чтобы нагревать топливо снаружи, в двигатель впрыскивается смесь топлива и кислорода, и искра воспламеняет топливо, что вызывает его крошечные взрывы (или возгорания). Вот почему важно всегда заменять неисправную свечу зажигания.

Автомобильный двигатель состоит из движущихся поршней и неподвижных цилиндров. Как только топливо воспламеняется, небольшой взрыв заставляет поршни пройти через цилиндр, который затем приводит в движение коленчатый вал. Затем коленчатый вал преобразует энергию во вращательную энергию, которая позволяет колесам автомобиля вращаться.

Когда был изобретен двигатель внутреннего сгорания?

С начала 17 века несколько ученых вплотную подошли к созданию двигателя внутреннего сгорания. Однако в 1860 году человек по имени Жан Жозеф Этьен Ленуар запатентовал первый коммерческий двигатель внутреннего сгорания. В то время двигатель имел только один цилиндр, что приводило к его перегреву. Но он был способен привести в движение трехколесный автомобиль, который мог развивать скорость около двух миль в час.

Это стало важной вехой для двигателей внутреннего сгорания, поскольку Ленуар доказал, что этот тип может работать непрерывно. Двигаясь вперед, другие изобретатели создали более эффективные двигатели внутреннего сгорания. В 1878 году Николаус А. Отто построил первый в мире четырехтактный двигатель. В том же году сэр Дуглас Клерк успешно создал первый двухтактный двигатель.

Как развивался двигатель внутреннего сгорания?

instagram.com/p/BrzHxsbh4CR/?utm_source=ig_embed&utm_campaign=loading» data-instgrm-version=»12″>

Посмотреть этот пост в Instagram

Детали двигателя и работа двигателя Свяжитесь с нами для получения 3D-моделей двигателя #enginerparts#engineworking #internalcombustionengines#cad3ds#intrestingengineering

21:35 по тихоокеанскому времени

Благодаря великому уму нескольких изобретателей 19-го века двигатель внутреннего сгорания является одним из самых популярных и эффективных двигателей. Он продолжал развиваться на протяжении 20 века, чтобы стать более эффективным. В 1955 были добавлены топливные форсунки, чтобы помочь двигателям работать более плавно и устранить необходимость регулировки воздушной заслонки для запуска автомобиля.

Примерно десять лет спустя в автомобильной промышленности появились двигатели с турбонаддувом. Позже к двигателям были добавлены другие функции, такие как степень сжатия и отключение цилиндров, чтобы сделать их более мощными и эффективными. Двигатель внутреннего сгорания прошел долгий путь. Однако с учетом того, как технологии меняют автомобильную промышленность, мы не сомневаемся, что двигатель внутреннего сгорания будет продолжать развиваться.

Заправка двигателей внутреннего сгорания | Поговорим о науке

AB
11
Наука 20 (2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок A: химические изменения

AB
12
Химия 30 (2007 г., обновление 2014 г.)
Блок A: Термохимические изменения

AB
11
Наука 24 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Общие сведения о системах преобразования энергии

AB
12
Химия 30 (2007 г., обновление 2014 г.)
Раздел C: Химические изменения органических соединений

AB
12
Наука 30 (2007 г., обновлено в 2014 г.)
Раздел D: Энергетика и окружающая среда

Обратите внимание
12
Химия 121/122 (2009)
Раздел 1: Термохимия

NB
12
Химия 121/122 (2009)
Блок 4: Органическая химия

NL
12
Химия 3202 (2005)
Раздел 3: Термохимия

NL
12
Земные системы 3209 (nd)
Блок 5: Земные ресурсы: применение в реальной жизни

NS
12
Химия 12 (2009, 2019)
Термохимия

НУ
11
Science 20 (Альберта, 2007 г. , обновлено в 2014 г.)
Модуль A: химические изменения

NU
12
Химия 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок А: Термохимические изменения

НУ
11
Наука 24 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Общие сведения о системах преобразования энергии

NU
12
Химия 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Раздел C: Химические изменения органических соединений

NU
12
Science 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок D: Энергетика и окружающая среда

ON
11
Наука об окружающей среде, 11 класс, университет/колледж (SVN3M)
Направление B: Научные решения современных экологических проблем

ON
11
Наука об окружающей среде, 11 класс, университет/колледж (SVN3M)
Направление F: сохранение энергии

ВКЛ.
11
Экология, 11 класс, рабочее место (SVN3E)
Цепь D: Энергосбережение

ON
12
Науки о Земле и космосе, 12 класс, университет (SES4U)
Strand E: Earth Materials

QC
Раздел V
Химия
Энергетические изменения в реакциях

SK
12
Химия 30 (2016)
Химическая связь и материаловедение

SK
12
Науки о Земле 30 (февраль 2018 г. )
Литосфера

НТ
11
Science 20 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок A: Химические изменения

NT
12
Химия 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок А: Термохимические изменения

НТ
11
Наука 24 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Модуль B: Общие сведения о системах преобразования энергии

NT
12
Химия 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Раздел C: Химические изменения органических соединений

NT
12
Science 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок D: Энергетика и окружающая среда

ON
12
Химия, 12 класс, Колледж (СЧ5С)
Цепь C: Органическая химия

ON
12
Химия, 12 класс, университет (СЧ5У)
Цепь B: Органическая химия

AB
11
Наука 24 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Раздел A: Применение материи и химических изменений

АВ
12
Наука 30 (2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Химия и окружающая среда

AB
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 8, 9 (пересмотрено в 2009 г.)
Блок B: Материя и химические изменения

AB
10
Наука 10 (2005 г. , обновлено в 2015 г.)
Модуль A: Энергия и материя в химическом изменении

AB
9
Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Материя и химические изменения

до н.э.
10
Естествознание 10 класс (март 2018 г.)
Большая идея: требуется изменение энергии, поскольку атомы перестраиваются в химических процессах.

до н.э.
11
Химия 11 (июнь 2018 г.)
Большая идея: материя и энергия сохраняются в химических реакциях.

МБ
9
Старший 1 Наука (2000)
Кластер 2: Атомы и элементы

МБ
10
Старший 2 науки (2001)
Кластер 2: Химия в действии

NB
9
Наук 9 лет — 50111 (2011)
Атомы и элементы

NB
10
наук 10 лет — 50211/50212 (2011)
Les processus chimiques

NB
11
Химия 111/112 (2009)
Блок 2: Стехиометрия

NB
11
Chimie 11 лет 52311/52312 (2007)
1. Материальное обеспечение и связи

Обратите внимание
11
Науки о природе, 11 лет (2005 г.)
Тема 1: Sécurité et produits chimiques

NL
9
9 класс Наука
Блок 2: Атомы, элементы и соединения (пересмотрено в 2011 г. )

NL
10
Наука 1206 (2018)
Блок 2: Химические реакции

NL
12
Науки об окружающей среде 3205 (пересмотрено в 2010 г.)
Блок 5: Атмосфера и окружающая среда

NL
12
Наука 3200 (2005)
Модуль 1: Химические реакции

NS
9
Наука 9 (2021)
Атомы и элементы

NS
10
Наука 10 (2012, 2019))
Физические науки: химические реакции

NU
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г.)
Блок B: Материя и химические изменения

NU
9
Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Материя и химические изменения

NU
11
Science 24 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.).
Модуль A: Применение вещества и химических изменений

NU
12
Science 30 (Альберта, 2007 г., обновлено в 2014 г.)
Блок B: Химия и окружающая среда

NU
10
Наука 10 (2005 г., обновлено в 2015 г.)
Модуль A: Энергия и материя в химическом изменении

НУ
10
Наука, 10 класс (Британская Колумбия, июнь 2016 г.)
Большая идея: требуется изменение энергии, поскольку атомы перестраиваются в химических процессах.

ВКЛ.
10
Прикладные науки 10 класса (SNC2P)
Strand C: Химические реакции и их практическое применение

ON
10
Естествознание, 10 класс, академический (SNC2D)
Цепь C: Химические реакции

ON
11
Химия, 11 класс, университет (СЧ4У)
Цепь C: Химические реакции

ON
12
Наука, 12 класс, рабочее место (SNC4E)
Направление C: Химические вещества в потребительских товарах

ПЭ
10
Наука 421А (2019)
Знание содержания: CK 2.1

PE
10
Наука 431A (без даты)
Блок 2: Химические реакции

КК
Раздел IV
Прикладная наука и технологии
Материальный мир

КК
Раздел IV
Наука и технология
Материальный мир

YT
11
Химия 11 (Британская Колумбия, июнь 2018 г.)
Большая идея: материя и энергия сохраняются в химических реакциях.

СК
11
Физические науки 20 (2016)
Основы химии

СК
11
Физические науки 20 (2016)
Жар

СК
12
Химия 30 (2016)
Химические равновесия

SK
9
Наука 9 лет (2016)
Тема 1: L’univers matériel

NT
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г.