Двигатель внутреннего сгорания преобразует: что это и как работает. 5 интересных фактов :: Autonews

Содержание

что это и как работает. 5 интересных фактов :: Autonews

Двигатель внутреннего сгорания, или сокращённо ДВС, — это «сердце» большинства современных автомобилей. И не только машин, но также мотоциклов, кораблей, тепловозов, самолётов и даже масштабных моделей транспортных средств.

Что такое ДВС

ДВС — это пока основной вид двигателей транспортных средств, тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу. Сжигая горючее во внутренних камерах, двигатель внутреннего сгорания освобождает энергию, а затем преобразует её во вращательное движение. Оно, в свою очередь, раскручивает колёса или лопасти.

Двигатели внутреннего сгорания принято делить на несколько основных типов:

  • Поршневой двигатель внутреннего сгорания;
  • Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания:
  • Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.

Основным типом ДВС является классический поршневой двигатель, поэтому преимущественно речь дальше пойдёт о нём.

Как создавался ДВС

Двигатель внутреннего сгорания стар как мир. История создания этой машины тесно связана с паровыми двигателями, то есть двигателями внешнего сгорания.

Паровые двигатели, применяемые в XVIII веке, были громоздкими и слабыми, с чрезвычайно низким коэффициентом полезного действия. Тепло от сгорания топлива в них использовалось для нагрева жидкости, а та в свою очередь, превращалась в пар и совершала работу. Звучит красиво, а что на деле? По факту практический КПД, то есть эффективность преобразования энергии, обычно составлял от 1 до 8%. Уже тогда было ясно — систему нужно улучшать. Зачем сжигать горючее вне мотора, не лучше ли делать это прямо в нём?

Попытки создания ДВС начались намного раньше, чем вы можете себе представить, — ещё в XVII веке. В 1678 году голландский математик Христиан Гюйгенс создал примитивный ДВС, работающий… на порохе. Идея получила развитие: экспериментаторы в различных странах шли по схожему пути, но далеко не все из них попали в историю.

Доподлинно известно, что в 1794 году Робертом Стритом был запатентован двигатель внутреннего сгорания на жидком топливе. Построен первый рабочий прототип. В 1807 году француз Нисефор Ньепс разработал твердотельный ДВС, работающий на порошке пиреолофора. С прототипом лично ознакомился Наполеон Бонапарт. В том же году Франсуа Исаак де Риваз создал поршневой ДВС, работающий на газообразном водороде — этот мотор получил поршневую группу и искровое зажигание.

Первый автомобильный ДВС в привычном понимании был создан в 1885 году Карлом Бенцем — мотор использовался на автомобиле Benz Patent-Motorwagen.

Многие изобретатели приложили руку к сознанию двигателя внутреннего сгорания, но первым коммерчески успешным проектом стало детище французского изобретателя из Бельгии Жана Этьена Ленуара.

К 1864 году он продал свыше 1 400 своих двигателей и неплохо на этом нажился.

Первый автомобильный ДВС в привычном понимании был создан в 1885 году Карлом Бенцем — мотор использовался на автомобиле Benz Patent-Motorwagen.

Устройство поршневого ДВС

Традиционный поршневой двигатель внутреннего сгорания — чрезвычайно сложная система. Однако основных деталей у классического ДВС не так уж и много. Без этих элементов работа двигателя внутреннего сгорания невозможна:

  • блока цилиндров — механической основы мотора;
  • головки блока цилиндров;
  • поршней;
  • шатунов;
  • коленчатого вала;
  • распределительного вала с кулачками;
  • впускных и выпускных клапанов;
  • свечей зажигания*.

* — на самом деле деталей значительно больше, но рассказать о каждой из них в рамках короткой статьи не представляется возможным.

Принципы работы ДВС

Все классические ДВС работают по схожему принципу. В процессе их работы энергия вспышки топлива, то есть тепловая энергия, преобразуется в энергию механическую. Обычно это происходит следующим образом:

  1. Когда поршень в цилиндре движется вниз, открывается впускной клапан. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.
  2. Поршень поднимается, а выпускной клапан закрывается. Поршень сжимает топливовоздушную смесь и доходит до верхней мёртвой точки.
  3. На свече зажигания возникает искра, топливовоздушная смесь мгновенно сгорает, выделяя большой объём газов. Под их действием поршень устремляется вниз.
  4. Открывается выпускной клапан и выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Четырехтактный двигатель

В четырёхтактном моторе происходит четыре непрерывных последовательных стадии:

  1. Впуск (наполнение цилиндра смесью).
  2. Сжатие.
  3. Рабочий ход или сгорание.
  4. Выпуск отработавших газов.

Двухтактный двигатель

Но бывают и иные моторы — двухтактные. Они работают немного по-другому и применяются, как правило, на мототехнике и бензиновых инструментах вроде бензопил. Что происходит в них?

  1. Когда поршень движется снизу-вверх, в камеру сгорания поступает топливо. Сжатая поршнем топливовоздушная смесь поджигается искрой.
  2. Смесь загорается и поршень устремляется вниз. Открывается доступ к выпускному коллектору и из цилиндра выходят продукты сгорания.

Разница в том, что тактов всего два: на первом одновременно происходит впуск и сжатие, а на втором — опускание поршня и выпуск продуктов сгорания из коллектора.

Какие ещё бывают ДВС

Помимо поршневых двигателей внутреннего сгорания создано немало иных разновидностей ДВС — роторные, газотурбинные, реактивные, турбореактивные и бесчисленное множество их модификаций. Чем они отличаются?

  • Газотурбинные ДВС

Если в традиционных поршневых ДВС работа расширения газообразных продуктов сгорания преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, то в газотурбинных работа расширения продуктов сгорания воспринимается рабочими лопатками ротора, а в реактивных используется реактивное давление, возникающее при истечении продуктов сгорания из сопла.

Все эти типы ДВС объединяет одно — во время работы они внутри себя сжигают топливо.

Крайне необычные моторы, которые можно встретить даже на серийных машинах. Первый роторно-поршневой мотор был создан немецким инженером Феликсом Ванкелем в 1957 году. Этот ДВС внешне совершенно не похож ни на один традиционный поршневой мотор.

Двигатель Ванкеля состоит из корпуса, камеры сгорания, впускного и выпускного окон, неподвижной шестерни, зубчатого колеса, ротора, вала и свечи зажигания. Ротор на эксцентриковом валу приводится в действие силой давления газов в результате сгорания топливовоздушной смеси. Он вращается относительно статора посредством шестерён. Когда ротор совершает эксцентричные круговые движения, его грани соприкасаются с внутренней поверхностью камеры сгорания. Таким образом создаются три изолированные камеры, в которых попеременно сжигается топливо. Вращающийся ротор передаёт крутящий момент на трансмиссию.

Человечество создало немало невероятных и по-настоящему уникальных моторов. Вот 10 самых совершенных из них:

👉 Железные мускулы. 10 лучших двигателей в истории

5 интересных фактов о ДВС

ДВС может работать на альтернативном топливе

Современные ДВС принято делить на два основных типа по применяемому топливу — бензиновые и дизельные. Однако сама история создания двигателей внутреннего сгорания позволяет понять: сжигать в таких моторах можно многие виды горючего — от различных газов до всевозможных растворителей и спиртов. Главное — испарить их и подмешать воздух в нужных пропорциях.

Наиболее распространённые альтернативы бензину и дизелю — пропан-бутан и метан, но можно использовать даже «гремучую смесь» — водород с кислородом. И это далеко не всё: почти любая современная машина с ДВС способна ездить на смеси бензина с этанолом или на чистом этаноле, то есть спирте, получаемом экологически чистым путём. Поедет бензиновый автомобиль и на различных растворителях.

К примеру, запустить ДВС можно на обычном сольвенте из хозяйственного магазина — с помощью этой жидкости обычно осуществляют чистку топливной системы.

ДВС выживет в космосе и под водой (если очень постараться)

Двигатель внутреннего сгорания можно заставить работать даже в космосе. Всё, что для этого требуется, — обеспечить подачу кислорода для создания топливовоздушной смеси. При соблюдении этого нехитрого условия ДВС может запуститься и работать даже под водой. Для него нет ничего невозможного.

ДВС действительно плох

Несмотря на всю свою технологичность и сложность, по уровню КПД бензиновый ДВС недалеко ушёл от парового мотора. Эффективность этих агрегатов оставляет желать лучшего. Коэффициент полезного действия в среднем варьируется в диапазоне от 20 до 25%.

Иными словами, при сжигании условных 10 литров бензина лишь около трёх литров выполняют полезное действие. Всё остальное горючее тратится на тепловые и механические потери. С этой точки зрения дизельные движки намного круче: их КПД достигает 40%. Но и их век уже прошёл.

Отказ от ДВС неизбежен

Одну из причин грядущего отказа от двигателей внутреннего сгорания мы уже раскрыли — это низкий КПД. Но есть и ещё один немаловажный момент — влияние на экологию. Поскольку почти все ДВС работают на невозобновляемых ресурсах (бензине, дизеле, нефтяном газе), отказ от них жизненно необходим.

По данным специалистов, мировой запас нефти составляет 1,726 трлн баррелей, которых хватит при нынешнем уровне потребления немногим более чем на 50 лет. Из нефти делают не только топливо. Она — основа синтетических каучуков, пластиков, еды, тканей, шампуней и даже аспирина. Всего того, без чего жизнь человека уже практически невозможна.

Двигатель внутреннего сгорания — что это такое, как работает и какие у него перспективы

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

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

Двигателя внутреннего сгорания бывают разные: 2-х танктные, 4-х тактные, дизельные, бензиновые, со смешенным питанием, карбюраторные, инжекторные и т.д. и это далеко не полный список! Как видите, вариантов двигателей внутреннего сгорания очень много, но если стоит затронуть классификацию ДВС, то для подробного рассмотрения всего объёма материала понадобится минимум 20-30 страниц — большой объём, не так ли? И это только классификация. ..

Принципиальный ДВС автомобиля НИВА

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


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

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

Ознакомьтесь с работами по тепловому и динамическому расчету ДВС

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

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

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

Тепловая и динамическая характеристика ДВС

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

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

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

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

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

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

Пунктирной линией на графике выше показаны более оптимальные характеристики двигателя.

Статьи по теме:
1. Краткий обзор основных видов конструкций и тенденций развития бензиновых двигателей;
2. Альтернативное топливо — топливо будущено и настоящего.


Работа автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Двигатель. Классификация, механизмы и системы ДВС. Впускная система

На сегодняшний день двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или как его еще называют «атмосферник» — основной тип двигателя, который широко применяется в автомобильной индустрии. Что такое ДВС? Это — многофункциональный тепловой агрегат, который при помощи химических реакций и законов физики преобразует химическую энергию топливной смеси в механическую силу (работу).

Двигатели внутреннего сгорания делятся на:

  1. Поршневой ДВС.
  2. Роторно-поршневой ДВС.
  3. Газотурбинный ДВС.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания — самый популярный среди вышеперечисленных двигателей, он завоевал мировое признание и уже много лет лидирует в автоиндустрии. Предлагаю более детально рассмотреть устройство ДВС , а также принцип его работы.

К преимуществам поршневого двигателя внутреннего сгорания можно отнести:

  1. Универсальность (применение на различных транспортных средствах).
  2. Высокий уровень автономной работы.
  3. Компактные размеры.
  4. Приемлемая цена.
  5. Способность к быстрому запуску.
  6. Небольшой вес.
  7. Возможность работы с различными видами топлива.

Кроме «плюсов» имеет двигатель внутреннего сгорания и ряд серьезных недостатков, среди которых:

  1. Высокая частота вращения коленвала.
  2. Большой уровень шума.
  3. Слишком большой уровень токсичности в выхлопных газах.
  4. Маленький КПД (коэффициент полезного действия).
  5. Небольшой ресурс службы.

Двигатели внутреннего сгорания различаются по типу топлива, они бывают:

  1. Бензиновыми.
  2. Дизельными.
  3. А также газовыми и спиртовыми.

Последние два можно назвать альтернативными, поскольку на сегодняшний день они не получили широкого применения.

Спиртовой ДВС работающий на водороде — самый перспективный и экологичный, он не выбрасывает в атмосферу вредный для здоровья «СО2», который содержится в отработанных газах поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Поршневой ДВС состоит из следующих подсистем:

  1. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
  2. Система впуска.
  3. Топливная система.
  4. Система смазки.
  5. Система зажигания (в бензиновых моторах).
  6. Выпускная система.
  7. Система охлаждения.
  8. Система управления.

Корпус двигателя состоит из нескольких частей, в которые входят: блок цилиндров, а также головка блока цилиндров (ГБЦ). Задача КШМ — преобразовать возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала. Газораспределительный механизм необходим ДВС для обеспечения своевременного впуска в цилиндры топливно-воздушной смеси и такой же своевременный выпуск отработанных газов.

Впускная система служит для своевременной подачи воздуха в двигатель, который необходим для образования топливно-воздушной смеси. Топливная система осуществляет подачу в двигатель топлива, в тандеме две этих системы работают над образованием топливно-воздушной смеси после чего она подается посредством системы впрыска в камеру сгорания.

Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит благодаря системе зажигания (в бензиновых ДВС), в дизельных моторах воспламенение происходит за счет сжатия смеси и свечей накала.

Система смазки как уже понятно из названия служит для смазки трущихся деталей, снижая тем самым их износ, увеличивая срок их службы и отводя тем самым от их поверхностей температуру. Охлаждение нагревающихся поверхностей и деталей обеспечивает система охлаждения, она отводит температуру при помощи охлаждающей жидкости по своим каналам, которая проходя через радиатор — охлаждается и повторяет цикл. Система выпуска обеспечивает вывод отработанных газов из цилиндров ДВС посредством , которая входит в состав этой системы, снижает шум сопровождаемый выброс газов и их токсичность.

Система управления двигателем (в современных моделях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ) или бортовой компьютер) необходима для электронного управление всеми вышеописанными системами и обеспечения их синхронности.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Принцип работы ДВС базируется на эффекте теплового расширения газов, которое возникает во время сгорания топливно-воздушной смеси, за счет чего осуществляется движение поршня в цилиндре. Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания происходит за два оборота коленвала и состоит из четырех тактов, отсюда и название — четырехтактный двигатель.

  1. Первый такт — впуск.
  2. Второй — сжатие.
  3. Третий — рабочий ход.
  4. Четвертый — выпуск.

Во время первых двух тактов — впуска и рабочего такта, движется вниз, за два других сжатие и выпуск – поршень идет вверх. Рабочий цикл каждого из цилиндров настроен таким образом чтобы не совпадать по фазам, это необходимо для того чтобы обеспечить равномерность работы двигателя внутреннего сгорания. Есть в мире и другие двигатели, рабочий цикл которых происходит всего за два такта – сжатие и рабочий ход, этот двигатель называется двухтактным.

На такте впуска топливная система и впускная образуют топливно-воздушную смесь, которая образуется во впускном коллекторе или непосредственно в камере сгорания (все зависит от типа конструкции). Во впускном коллекторе в случае с центральным и распределенным впрыском бензиновых ДВС. В камере сгорания в случае с непосредственным впрыском в бензиновых и дизельных моторах. Топливно-воздушная смесь или воздух во время открытия впускных клапанов ГРМ подается в камеру сгорания за счет разряжения, которое возникает во время движения поршня вниз.

Впускные клапаны закрываются на такте сжатия, после чего топливно-воздушная смесь в цилиндрах двигателя сжимается. Во время такта «рабочий ход» смесь воспламеняется принудительно или самовоспламеняется. После возгорания в камере возникает большое давление, которое создают газы, это давление воздействует на поршень, которому ничего не остается как начать двигаться вниз. Это движение поршня в тесном контакте с кривошипно-шатунным механизмом приводят в движение коленчатый вал, который в свою очередь образует крутящий момент, приводящий колеса автомобиля в движение.

Такт «выпуск» , после чего отработанные газы освобождают камеру сгорания, а после и выпускную систему, уходя охлажденными и частично очищенными в атмосферу.

Короткое резюме

После того как мы рассмотрели принцип работы двигателя внутреннего сгорания можно понять почему ДВС обладает низким КПД, который составляет примерно 40%. В то время как в одном цилиндре происходит полезное действие, остальные цилиндры грубо говоря бездействуют, обеспечивая работу первого тактами: впуск, сжатие, выпуск.

На этом у меня все, надеюсь вам все понятно, после прочтения данной статьи вы легко сможете ответить на вопрос, что такое ДВС и как устроен двигатель внутреннего сгорания. Спасибо за внимание!

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков , к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели . Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Работа двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия — порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.

Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации — от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.

При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.

В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы .

Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.

Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.

Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.

Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.

В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости — некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.

Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.

В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.

Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.

В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:

  • рабочий объем,
  • количество цилиндров,
  • мощность системы,
  • скорость вращения узлов,
  • применяемое для работы топливо и др.

Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы. Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?

Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени — за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ — верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.

Такт № 1 — впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.

В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.

Такт № 2 — сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.

От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.

Такт № 3 — рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.

Такт № 4 — выпуск. Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.

Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.

Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.

Варианты конструкций внутреннего двигателя

Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание — основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.

Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа — инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы — сжигание бензина.

Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.

Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.

Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.

Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе. В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.

Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.

Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.

Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.

Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.

Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.

Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.

Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

  • Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
  • карбюраторные , в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные , в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные , в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
  • Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
  • Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

  • блок цилиндров , внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
  • кривошипно-шатунный механизм , который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
  • газораспределительный механизм , который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
  • система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси ;
  • система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

  • Такт первый, впуск . Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
  • Такт второй, сжатие . При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2-1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
  • Такт третий, расширение . Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
  • Такт четвёртый, выпуск . Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры , воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

  • Источник питания . Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
  • Включатель, или замок зажигания . Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
  • Накопитель энергии . Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
  • Распределитель зажигания (трамблёр) . Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

  • Воздухозаборник . Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
  • Воздушный фильтр . Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
  • Дроссельная заслонка . Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
  • Впускной коллектор . Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

  • Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
  • Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
  • Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
  • Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
  • Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
  • Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла ; удаление продуктов нагара и износа ; защита металла от коррозии . Система смазки ДВС включает в себя:

  • Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
  • Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
  • Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
  • Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

  • Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
  • Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
  • Резонатор , или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
  • Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
  • Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

  • Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
  • Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
  • Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
  • Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

На наших дорогах чаще всего можно встретить автомобили, потребляющие бензин и дизельной топливо. Время электрокаров пока не настало. Поэтому рассмотрим принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Отличительной чертой его является превращение энергии взрыва в механическую энергию.

При работе с бензиновыми силовыми установками различают несколько способов формирования топливной смеси. В одном случае это происходит в карбюраторе, а потом это все подается в цилиндры двигателя. В другом случае бензин через специальные форсунки (инжекторы) впрыскивается непосредственно в коллектор или камеру сгорания.

Для полного понимания работы ДВС необходимо знать, что существует несколько типов современных моторов, доказавших свою эффективность в работе:

  • бензиновые моторы;
  • двигатели, потребляющие дизельное топливо;
  • газовые установки;
  • газодизельные устройства;
  • роторные варианты.

Принцип работы ДВС этих типов практически одинаковый.

Такты ДВС

В каждом есть топливо, которое взрываясь в камере сгорания, расширяется и толкает поршень, установленный на коленчатом валу. Далее это вращение посредством дополнительных механизмов и узлов передается на колеса автомобиля.

В качестве примера будем рассматривать бензиновый четырехтактный мотор, так как именно он является самым распространенным вариантом силовой установки в машинах на наших дорогах.

Такты :

  1. открывается впускное отверстие и происходит заполнение камеры сгорания подготовленной топливной смесью
  2. происходит герметизация камеры и уменьшение ее объема в такте сжатия
  3. взрывается смесь и выталкивает поршень, который получает импульс механической энергии
  4. камера сгорания освобождается от продуктов горения

В каждом из этих этапов работы ДВС заложена своя происходит несколько одновременных процессов. В первом случае поршень находится в самой нижней своей позиции, при этом открыты все клапаны, впускающие топливо. Следующий этап начинается с полного закрытия всех отверстий и перемещения поршня в максимальную верхнюю позицию. При этом все сжимается.

Достигнув снова крайней верхней позиции поршня, на свечу поступает напряжение, и она создает искру, зажигая смесь для взрыва. Сила этого взрыва толкает поршень вниз, а в это время открываются выпускные отверстия и камера очищается от остатков газа. Затем все повторяется.

Работа карбюратора

Формирование топливной смеси в машинах первой половины прошлого века происходило с помощью карбюратора. Чтобы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, нужно знать, что автомобильные инженеры сконструировали топливную систему так, что в камеру сгорания подавалась уже подготовленная смесь.

Устройство карбюратора

Ее формированием занимался карбюратор. Он в нужных соотношениях перемешивал бензин и воздух и отправлял это все в цилиндры. Такая относительная простота конструкции системы позволяла ему долгое время оставаться незаменимой частью бензиновых агрегатов. Но позже его недостатки стали преобладать над достоинствами и не обеспечивать повышающихся требований к автомобилям в целом.

Недостатки карбюраторных систем:

  • нет возможности обеспечивать экономные режимы при внезапных переменах режимов езды;
  • превышение лимитов вредных веществ в выхлопных газах;
  • низкая мощность автомобилей из-за несоответствия подготовленной смеси состоянию автомобиля.

Компенсировать эти недостатки попытались прямой подачей бензина через инжекторы.

Работа инжекторных моторов

Принцип работы инжекторного двигателя заключается в непосредственном впрыске бензина во впускной коллектор или камеру сгорания. Визуально все схоже с работой дизельной установки, когда подача выполняется дозировано и только в цилиндр. Разница лишь в том, что у инжекторных агрегатов установлены свечи для поджигания.

Конструкция инжектора

Этапы работы бензиновых моторов с прямым впрыском не отличаются от карбюраторного варианта. Разница лишь в месте формирования смеси.

За счет этого варианта конструкции обеспечиваются достоинства таких двигателей:

  • увеличение мощности до 10% при схожих технических характеристиках с карбюраторным;
  • заметная экономия бензина;
  • улучшение экологических характеристик по выбросам.

Но при таких достоинствах есть и недостатки. Основными являются обслуживание, ремонтопригодность и настройка. В отличие от карбюраторов, которые можно самостоятельно разобрать, собрать и отрегулировать, инжекторы требуют специального дорогостоящего оборудования и установленного большого числа разных датчиков в автомобиле.

Способы впрыска топлива

В ходе эволюции подачи топлива в двигатель происходило постоянное сближение этого процесса с камерой сгорания. В наиболее современных ДВС произошло слияние точки подачи бензина и места сгорания. Теперь смесь формируется уже не в карбюраторе или впускном коллекторе, а впрыскивается в камеру напрямую. Рассмотрим все варианты инжекторных устройств.

Одноточечный вариант впрыска

Наиболее простой вариант конструкции выглядит как впрыск топлива через одну форсунку во впускной коллектор. Разница с карбюратором в том, что последний подает готовую смесь. В инжекторном варианте проходит подача топлива через форсунку. Выгода заключается в получении экономии при расходе.

Моноточечный вариант подачи топлива

Такой способ также формирует смесь вне камеры, но здесь задействованы датчики, которые обеспечивают подачу непосредственно к каждому цилиндру через впускной коллектор. Это более экономичный вариант использования топлива.

Прямой впрыск в камеру

Этот вариант пока наиболее эффективно использует возможности инжекторной конструкции. Топливо напрямую распыляется в камере. За счет этого снижается уровень вредных выхлопов, и автомобиль получает кроме большей экономии бензина увеличенную мощность.

Увеличенная степень надежности системы снижает негативный фактор, касающийся обслуживания. Но такие устройства нуждаются в качественном топливе.

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания


 

 

 

     Всякий двигатель, будь то двигатель внутреннего сгорания или электрический, преобразует энергию топлива или электрическую энергию в механическую.

     Двигателем внутреннего сгорания можно назвать любой двигатель, у которого процесс сгорания топлива происходит внутри рабочего цилиндра.

     Двигатели, используемые в авиационных, морских и автомобильных моделях, относятся к микролитражным; они работают на жидком топливе и составляют группу так называемых карбюраторных двигателей. Карбюраторными их называют потому, что горючая смесь у них образуется в специальной части — карбюраторе.

 

Основные части двигателя внутреннего сгорания

      Микролитражный модельный двигатель состоит из поршневой группы, включающей поршень и цилиндр; кривошипного механизма, состоящего из коленчатого вала и шатуна, которые преобразуют поступательное движение поршня во вращательное движение вала. Все эти детали монтируются в корпусе, называемом   картером. Подробно из каких частей состоит простой модельный двигатель можно посмотреть в этом материале.

     Рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания состоит из четырех процессов: впуска горючей смеси, ее сжатия, сгорания рабочей смеси, выпуска продуктов сгорания.

    Двигатели внутреннего сгорания бывают четырехтактные и двухтактные.  Для авиамоделей, моделей автомобилей и морских моделей применяются двигатели внутреннего сгорания, которые работают по двухтактному циклу.

 

Принцип работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания

Цикл работы двухтактного двигателя.

      Рассмотрим цикл работы двухтактного двигателя (рис. 1). При перемещении поршня / в верхнее крайнее положение, называемое верхней мертвой точкой (сокращенно В. М. Т.), в полости 2 под поршнем создается разрежение. Создаваемая таким образом разность давлений способствует наполнению картерной полости горючей смесью. При движении поршня вниз рабочая смесь сжимается и по перепускному каналу 3 проходит через перепускное окно гильзы, в цилиндр над поршнем, где испытывает дальнейшее сжатие движущимся вверх поршнем /. Сжатая рабочая смесь воспламеняется калильной свечой 5.

     Сгоревшие газы, расширяясь, с силой давят на поршень / и заставляют его двигаться вниз. Так происходит рабочий ход поршня. Во время движения поршня / вниз сначала открывается выпускное окно 7, а затем перепускное или продувочное окно 4. Отработавшие газы выходят через выпускное окно 7, а через продувочное окно 4 рабочая смесь поддавленном движущегося поршня устремляется в рабочий объем над поршнем и помогает выходу отработавших газов.

       Поскольку выпускное и продувочное окна открываются почти одновременно, рабочая смесь может выйти в атмосферу. Чтобы этого не произошло, на поршне делается отражательный козырек, называемый дефлектором. Дефлектор служит для направления потока рабочей смеси в цилиндр и для лучшего его заполнения. Одновременно он препятствует перепуску рабочей смеси из перепускного окна в выпускное.

       В некоторых двигателях внутреннего сгорания двухтактного цикла происходит самовоспламенение рабочей смеси при достижении определенной степени сжатия (а не при помощи свечей), которая регулируется специальным контрпоршнем.

     Таким образом, в двухтактном двигателе в течение одного такта, т. е. при переходе поршня от Н. М. Т. к В. М. Т., над поршнем происходит сжатие рабочей смеси, под поршнем всасывание горючей смеси в картер двигателя. В течение другого такта, т. е. при ходе поршня от В. М. Т. к Н. М. Т., над поршнем происходит рабочий ход и продувка, под поршнем предварительное сжатие рабочей смеси.

 

 

Диаграмма двухтактного двигателя

 

       Индикаторная диаграмма двухтактного карбюраторного двигателя представлена на рисунке 2. Участок ar показывает увеличение давления в цилиндре при ходе поршня от Н. М. Т. к В. М. Т. Воспламенение рабочей смеси происходит в точке r; отрезок rz соответствует периоду быстрого нарастания давления; участок zb соответствует уменьшению давления из-за увеличения объема над поршнем при его ходе от В. М. Т. к Ы. М. Т., и отрезок ba показывает дальнейшее уменьшение давления при открытии выпускного окна и продувке.

 

 

 

 

3. Доводы истца / КонсультантПлюс

3. Доводы истца

3.1. ООО «Шиптрейд» считает, что Решение N 15 содержит неверную классификацию судовых двигателей, в связи с чем не соответствует положениям Договора о Евразийском экономическом союзе от 29 мая 2014 года, Таможенного кодекса Евразийского экономического союза (далее — ТК ЕАЭС), Положения о Евразийской экономической комиссии, являющегося приложением N 1 к Договору о Союзе, и нарушает его права и законные интересы в сфере предпринимательской деятельности, поскольку влечет увеличение таможенных платежей.

3.2. Ссылаясь на тексты товарных позиций 8402 — 8424 ТН ВЭД ЕАЭС, а также Пояснений к группе 84 ТН ВЭД ЕАЭС, истец отмечает, что в указанные товарные позиции включаются машины и устройства, классифицируемые главным образом по их функциям. Согласно Пояснениям к подсубпозициям 8407 21 110 0 — 8407 29 000 0 ТН ВЭД ЕАЭС в них не включаются двигатели, используемые на судах в целях, отличных от приведения в движение. Исходя из этого, по мнению истца, в целях проверки правильности классификации спорных судовых двигателей подлежит выяснению единственный вопрос: какую функцию выполняют данные двигатели на судах, являются ли они приводящими в движение плавучие средства, либо они являются прочими двигателями, используемыми для любых иных целей, отличных от приведения в движение плавучих средств. Для этого, как считает истец, необходимо уяснить принцип (схему) действия судовых агрегатов и механизмов, в результате работы которых плавучее судно приводится в движение, а не как Евразийская экономическая комиссия, руководствоваться исключительно их названием.

Как утверждает истец, все самоходные суда, использующие внутреннюю энергию, приводятся в движение в результате работы главного двигателя, который вырабатывает механическую энергию, приводящую в действие движитель судна. Ни один судовой двигатель не обладает функцией непосредственного приведения судна в движение. Судно приводится в движение движителем в результате взаимодействия главного двигателя и движителя (гребные винты, колеса), осуществляемого через различные передаточные механизмы (передачу). Двигатель внутреннего сгорания преобразует тепловую энергию, вырабатываемую в результате сгорания топлива, в механическую, которая через передаточные механизмы передается на движитель, приведение в действие которого приводит судно в движение.

3.3. Истец выражает мнение, что использованная в Решении N 15 формулировка «…обеспечения электродвигателей, приводящих в движение судно…» позволяет сделать вывод: ЕЭК считает, что дизель-электроход приводится в движение не судовым дизельным двигателем, вращающим ротор электрогенераторной установки, а электрическим двигателем, потребляющим выработанную двигателем внутреннего сгорания энергию. Истец полагает, что с технической точки зрения такой подход является ошибкой и влечет за собой неправильную классификацию судового дизельного двигателя.

ООО «Шиптрейд» утверждает, что электрические двигатели, питаемые электрической энергией, вырабатываемой в результате взаимодействия дизельного двигателя с генератором, главными двигателями, приводящими в движение судно, не являются, так как они не вырабатывают механическую энергию. Они, наряду с генератором, являются элементами электрической передачи механической энергии от судового дизельного двигателя к движителям.

3.4. Для обоснования своих аргументов истец приводит выдержки из учебника «Судовые силовые установки» (Высота И.И., Плахов В.С. Судовые силовые установки. Москва: изд-во «Речной транспорт», 1963. — С. 6, 7), согласно которым механическая энергия, выработанная двигателем, преобразуется электрогенератором в электрическую энергию, которая по проводникам подводится к электродвигателю, соединенному с валом движителя. Полученную электрическую энергию электродвигатель преобразует в механическую, которая поступает к движителю.

Свою позицию истец обосновывает также письмом Обь-Иртышского филиала Российского Речного Регистра от 28 января 2015 года N ОИФ-22-411 о том, что генераторы и гребные электродвигатели являются только преобразователями энергии (механической в электрическую и обратно), передаваемой (передача) от двигателя внутреннего сгорания к движителю, и не являются главными двигателями, а только элементами гребной электрической установки. Приведение в движение движителя на дизель-электроходах обеспечивается работой двигателя внутреннего сгорания, который в соответствии с Правилами Речного Регистра является главным двигателем.

В подтверждение своих доводов Истец также ссылается на то, что декларируемые (спорные) двигатели были ввезены ООО «Шиптрейд» на таможенную территорию ЕАЭС с целью исполнения обязательств по двум договорам поставки судового оборудования для пассажирских судов проекта ПКС-180 (строительные номера 028800 и 028900) с Акционерным обществом «Судостроительный завод «Лотос» от 10 августа 2018 года. В прилагаемых к ним спецификациях поставляемые товары именуются как судовые дизель-генераторы ДГР 2-315/1500-РД1843 и содержатся ссылки на Исходные технические требования к ним — ПКС180-064-001.2ИТТ «Главный дизель-генератор», а в разделе 2 Исходных технических требований на поставку оборудования для круизного пассажирского судна проекта ПКС-180 в пункте 2.1 отражены сведения о характеристиках и составных частях энергетической установки судна: энергетическая установка — дизель-электрическая, состоящая из трех главных дизель-генераторов (ГДГ) переменного тока 400 В, 50 Гц электрической мощностью по 315 — 330 кВт каждый, питающих гребную электрическую установку (ГЭУ) и остальные судовые потребители.

3.5. На основании изложенного истец утверждает, что спорные двигатели являются главными судовыми двигателями, и делает вывод, что основной функцией судового дизельного двигателя, вращающего ротор электрогенераторной установки, электрическая энергия которой используется как для обеспечения жизнедеятельности судна, так и для обеспечения гребных электродвигателей, является приведение в движение судна, и в соответствии с Основными правилами интерпретации товарной номенклатуры внешнеэкономической деятельности 1 и 6 такой двигатель должен классифицироваться в субпозиции 8408 10 ТН ВЭД ЕАЭС.

3.6. Истец считает необоснованной позицию ЕЭК, которая в качестве основной функции спорного двигателя определяет вращение ротора электрогенераторной установки, и выражает мнение, что при подобном подходе ни один судовой двигатель не может быть классифицирован в субпозиции 8408 10 ТН ВЭД ЕАЭС. По мнению истца, Комиссия утверждает, что все судовые двигатели предназначены для приведения в действие передаточного механизма или движителя (вращение валопровода, вращение винта), и ООО «Шиптрейд» возражает против подобной позиции.

ООО «Шиптрейд» утверждает, что несоответствие Решения N 15 Договору о Союзе заключается в неправильном определении функции спорного двигателя из-за ошибочного уяснения с технической точки зрения принципов работы судовых агрегатов и механизмов.

3.7. В судебном заседании представитель истца поддержал заявленные требования с учетом уточнения и просил признать Решение от 31 января 2018 года N 15 не соответствующим положениям статей 3, 25, 32 Договора о Союзе, статей 19, 22 Таможенного кодекса Евразийского экономического союза и Международной Конвенции о Гармонизированной системе описания и кодирования товаров.

Основы работы двигателей внутреннего сгорания

Тепловые двигатели — это машины, в которых химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую энергию, а затем в механическую работу. К тепловым двигателям относятся паровые машины, паровые турбины, поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). газотурбинные двигатели (ГТД), комбинированные турбо-поршневые двигатели, реактивные двигатели.

Особенность применяемых на тепловозах двигателей внутреннего сгорания поршневого типа состоит в том, что превращение химической энергии в тепловую, совершающееся при сгорании топлива, происходит непосредственно в самом рабочем цилиндре

Рис 11. Принципиальная схема двигателя внутреннего сгоранияв течение очень короткого времени (тысячных долей секунды) при высоких температурах. Это и обусловливает преимущества поршневых ДВС — малые тепловые и гидравлические потери и высокий коэффициент полезного действия, а также компактность.

Процесс превращения тепла в двигателях внутреннего сгорания в работу можно проследить по схеме, изображенной на рис. 11. Поступивший в цилиндр двигателя через клапан 5 воздух сжимается поршнем и нагревается при этом до температуры 600-650 °С, что выше температуры самовоспламенения распыленного жидкого топлива. В конце сжатия в нагретый воздух впрыскивается через форсунку 4 топливо, которое воспламеняется и сгорает. В результате сгорания топлива в цилиндре 2 образуются газы с высокой температурой и давлением. Под давлением газов поршень 1 перемещается вниз и совершает работу. Во время расширения температура и давление газов понижаются. Отдав часть тепла на совершение работы, отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан 3 при движении поршня 1 вверх, а свежий воздух вновь поступает в цилиндр. Затем все повторяется снова. Двигатели внутреннего сгорания имеют шатунно-кривошипный механизм, состоящий из поршня 1, шатуна 6, кривошипа 7 и вала 8. Этот механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала.

В течение одного оборота кривошипа поршень 2 раза изменяет направление движения. Это происходит в так называемых «мертвых» положениях (или «мертвых» точках) механизма, которые характерны тем, что сила, действующая на поршень, находящий ся в одном из этих положений, не вызывает вращающего момента на кривошипе. Между поршнем, находящимся в верхней мертвой точке (в.м.т.), и крышкой цилиндра заключен объем пространства сжатия или камеры сжатия. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия.

Для удовлетворения нужд народного хозяйства двигатели внутреннего сгорания поставляются промышленностью в разнообразном исполнении: мощностью от I до 20 000 кВт в одном агрегате, с числом цилиндров от 1 до 20 и более, частотой вращения вала от 120 до 6000 об/мин.

Двигатели современных тепловозов имеют мощность от 400 до 5000 кВт, частоту вращения вала 750- 1500 об/мин, число цилиндров от 4 до 20. Они расходуют от 200 до 230 г дизельного топлива на 1 кВт-ч выработанной энергии. Удельная масса тепловозных двигателей внутреннего сгорания составляет от 2,5 до 18,5 кг/(кВт-ч)

Способы зажигания топлива. По способу воспламенения топлива поршневые двигатели внутреннего сгорания делятся на двигатели с принудительным зажиганием (низкого сжатия) и с самовоспламенением (высокого сжатия) — дизели. На тепловозах применяются исключительно двигатели высокого сжатия — дизели типов: Д100, Д45, Д50, М750, Д49, Д70. Они значительно экономичнее и мощнее, чем двигатели низкого сжатия.

Двигатели низкого сжатия работают на легком топливе (бензине и керосине). В этих двигателях в цилиндры засасывается не воздух, а рабочая смесь (пары бензина и воздух). Смесь сжимается до температуры, меньшей, чем температура ее самовоспламенения, поэтому зажигание смеси осуществляется принудительно от постороннего источника. В большинстве случаев применяется электрическое зажигание: в цилиндр двигателя вставляют электрическую свечу, включенную в цепь высокого напряжения. В определенный момент цепь тока высокого напряжения замыкается, вследствие чего между электродами овечи возникает искра, которая и воспламеняет рабочую смесьв цилиндре. Двигатели низкого сжатия устанавливают на автомобилях.

В цилиндры двигателей высокого сжатия поступает чистый воздух, который и сжимается. В конце сжатия, когда температура воздуха будет достаточно высокой, топливо в распыленном виде впрыскивается через форсунку в цилиндр и воспламеняется.

Дизели четырехтактные и двухтактные. Четырехтактными называются дизели, у которых полный рабочий цикл — поступление воздуха >в цилиндр, перемешивание и сгорание топлива, расширение газов и удаление их из цилиндра — осуществляется за четыре хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. У двухтактных двигателей полный рабочий цикл в цилиндре происходит за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала. Следует подчеркнуть, что у четырехтактных дизелей продувка и зарядка цилиндра свежим воздухом происходят Иначе, чем у двухтактных, само же смешение топлива с воздухом и сгорание рабочей смеси у обоих типов дизелей одинаково. Обычно задается вопрос — какой из этих типов дизелей лучше? На протяжении многих лет в различных отраслях народного хозяйства применяются и четырехтактные и двухтактные дизели. Однако качество дизеля определяет не его тактность, а надежность, экономичность, конструкционная и технологическая отработанность, долговечность и, наконец, правильный выбор типа дизеля для данного рода службы. Четырехтактные дизели имеют, как правило, меньший удельный расход топлива, меньшую тепловую напряженность, так как в единицу времени совершают меньшее количество тепловых и силовых циклов, чем двухтактные при тех же условиях.

В двухтактных дизелях проще система газораспределения, но в них хуже очищаются и продуваются свежим воздухом цилиндры. Вместе с тем с 1 л рабочего объема цилиндра при прочих равных условиях у двухтактных дизелей снимается на 60-70 % большая мощность, чем у четырехтактных. Однако с увеличением давления наддува (см. ниже) все яснее вы рисовывается преимущество четырехтактных дизелей перед двухтактными для тепловозов, так как четырехтактные дизели с газотурбинным наддувом имеют более простую систему воздухо-снабжения, более высокую экономичность, а главное — лучшую приспособляемость к переменным эксплуатационным нагрузкам и разным сортам топлива и масла.

На тепловозах ТЭЗ, ТЭ7, тепловозах типов 2ТЭ10, М62 и ТЭП60 установлены двухтактные дизели (2Д100, 10Д100, 14Д40 и 11Д45), а на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7, ТЭМ2, ТЭМ1, ЧМЭ2, ЧМЭЗ, ТГМ4 и ТГМЗ, а также на дизель-поездах — четырехтактные дизели (типов Д49, ПД1М, Д50, КбБЗКЮК, М756). Как показывает мировая практика, четырехтактных дизелей строится 65-70 %, а остальные — двухтактные. Двигатели низкого сжатия, за исключением маломощных, изготовляют только четырехтактными.

Способы смесеобразования в дизелях. По способу образования горючей смеси (смесеобразования) дизели делятся на однокамерные — со струйным распыливанием (рис. 12,а) и двухкамерные, которые подразделяются на вихрекамерные с выносной камерой в крышке (рис. 12,6), предкамерные (рис. 12,в) и с камерой в поршне (рис. 12,г).

Наибольшее распространение получили дизели со струйным распыливанием, так как при этом способе смесеобразования расход топлива (при нормальных нагрузках) наименьший. Особенно такие двигатели экономичны при мало изменяющихся нагрузках и частотах вращения. Однако при переменных режимах работы у этих двигателей проявляются существенные недостатки. На малых нагрузках и хо лостом ходу у них ухудшаются распы-ливание топлива и перемешивание его с воздухом. Кроме того, дизели со струйным распыливанием требуют высококачественного топлива и очень точного изготовления и хорошего содержания топливной аппаратуры.

На тепловозах применяются, как правило, дизели с однокамерным струйным смесеобразованием. На таких дизелях установлены топливные насосы (секции) плунжерного типа высокого давления (до 90 МПа) и форсунки закрытого типа. При нагнетании топлива игла форсунки поднимается и топливо под высоким давлением через отверстия в распылителе диаметром 0,30-0,40 мм впрыскивается в камеру сгорания в виде мельчайших капель, которые перемешиваются с воздухом, воспламеняются и сгорают. Величина порции впрыснутого топлива в цилиндр изменяется поворотом плунжера. Управляет величиной подачи регулятор дизеля.

Для образования качественной смеси топлива с воздухом при струйном смесеобразовании необходимо правильно выбирать фор.му камеры сжатия в соответствии с направлением, количеством и дальнобойностью топливных струй, мелкостью распыливания топлива и вихревыми движениями воздуха в камере.

Сущность двухкамерного смесеобразования (см. рис. 12,6 и в) заключается в том, что при ходе поршня к верхнему положению сжатый воздух из цилиндра с объемом Уц перетекает в выносную камеру объемом Ув. Выносная камера может иметь объем 20-60 % общего объема камеры сжатия Ус. Благодаря тангенциальному направлению соединительного канала воздух, вытесняемый поршнем в вихревую камеру (см. рис. 12,6), получает

Рис 12. Схемы способов распыливания топлива и смесеобразования:

а — струйное; б — вихрекамерное; я — предкямерное; г — объемно-пленочное; 1 — форсунка; 2

вращательное движение, что способствует хорошему перемешиванию воздуха с впрыскиваемым топливом.

В дизелях с предкамерным смесеобразованием (см. рис. 12,в) во время сжатия воздух перетекает в предкамеру, куда при невысоком давлении (7-10 МПа) впрыскивается дизельное топливо. Здесь топливо воспламеняется и частично сгорает. Все топливо в предкамере сгорать не может, так как для этого не хватает воздуха. В результате частичного сгорания топлива давление в предкамере быстро возрастает, и газы вместе с несгоревшим топливом выбрасываются в цилиндр, где происходит догорание топлива. Таким образом, хорошее смешение топлива с воздухом обеспечивается тут в основном потоком горячего газа.

При двухкамерном смесеобразовании, как правило, применяются простые и надежные в работе насосы и форсунки. Однако вследствие больших поверхностей охлаждения имеют место повышенные тепловые потери, а также потери энергии при перетекании воздуха и продуктов сгорания через соединительные каналы. Поэтому дизели с двухкамерным смесеобразованием имеют невысокую экономичность.

В двигателях с камерой в поршне (см. рис. 12,г) осуществляется объемно-пленочное смесеобразование. Хорошее качество процесса достигается тем, что факел топлива направляется на горячие стенки поршня и делится на две части: меньшая распыливается в пространстве камеры, а большая, попадая на внутренние стенки камеры поршня, образует тонкую пленку. Создаваемые в процессе движения поршня потоки воздуха как бы сдувают со стенок камеры пары топлива, которые хорошо перемешиваются с воздухом и сгорают. При двухкамерном смесеобразовании качество смеси и ее сгорание мало зависят от нагрузочного и скоростного режима работы двигателя.

⇐ | Технические и тяговые характеристики магистральных и маневровых тепловозов | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Наддув дизелей | ⇒

5 интересных фактов о двигателях внутреннего сгорания | Drift Info

Двигатель внутреннего сгорания или ДВС — это такой двигатель, в котором процесс сгорания топлива происходит непосредственно внутри него. ДВС преобразует энергию от сгорания топлива в механическую.

1. Коэффициент полезного действия современного двигателя 25±5%

Работа ДВС происходит не в идеальных условиях. Рабочая температура двигателя 80-95°. Мотор греет вокруг себя воздух, охлаждающую жидкость, масло, радиатор, выхлоп и другие узлы. На этом теряется около 35%

Хотя современные автомобили и снабжены электронным блоком управления, он не полностью решает проблему того, что топливо сгорает не полностью и его часть выходит вместе с выхлопными газами. Это уже ~25% потерь.

Еще 20% забирают механические потери. Поршни, кольца, шестерни и прочие элементы, где присутствует трение.

2. Первый двигатель был создан в 1804 году

В 1804 году французско-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз построил первый двигатель внутреннего сгорания, который был предназначен для работы с насосом. Современные моторы переняли от него воспламенение топлива с помощью свечей зажигания.

Двигатель де Риваза не имел механизма синхронизации, поэтому поступление топлива и зажигание осуществлялось вручную.

3. Самый большой двигатель имеет объем 1820 литров

Этот дизельный двигатель был создан компанией Wärtsilä и на сегодняшний день является самым большим и самым мощным в мире. Этот малыш весит 2300 тонн, а габариты его 13.5 метров в высоту и 26.6 метров в длину. Его 14 цилиндров выдают 108876 лошадиных сил и 7603850 ньютон-метров крутящего момента.

4. Самый большой пробег двигателя ~4 800 000 км

Рядный четырех-цилиндровый двигатель 1778 куб.см устанавливался в Volvo P1800 в кузове которого и был накатан мировой рекорд. Расстояние на которое проехал этот автомобиль можно представить как более 100 кругосветных путешествий или 5 расстояний до Луны и обратно.

Правда чтобы за это время было проведено 2 капитальных ремонта двигателя

5. Самый маленький двигатель имеет рабочий объем цилиндра 1 мм³

Этот двигатель изготовили в Англии, примечательно что для его работы используется не дизельное топливо, а особая смесь метанола и водорода. При этом общий принцип остается такой же, при сжатии горючее воспламеняется передавая энергию на коленвал. При этом коленвал раскручивается до 50 000 оборотов в минуту, а мощность чуть более чем 0,015 лс

Общие размеры мотора составляют 5*15*3 мм, такой двигатель можно расположить на большом пальце руки человека. Добиться этого позволило изготовление ультратонких плоских элементов.

МОТОР И ДВИГАТЕЛЬ

МОТОР И ДВИГАТЕЛЬ
МОТОР И ДВИГАТЕЛЬ Фред Лэндис

Автономные устройства, преобразующие электрические, химические, или ядерную энергию в механическую энергию называют двигателями и двигатели. Во многих регионах мира они заменили человека и сила животных, обеспечивая энергию для транспортировки и вождения все виды машин. Химическая энергия топлива может быть преобразована при сгорании в тепловую или тепловую энергию в тепловом двигателе.Двигатель, в свою очередь, преобразует тепловую энергию в механическую. энергии, как в двигателях, приводящих в движение валы. Когда происходит возгорание в той же единице, которая производит механическую энергию, устройство называется двигателем внутреннего сгорания. Автомобильный бензин или дизельные двигатели — это двигатели внутреннего сгорания. Паровой двигатель, с другой стороны, это двигатель внешнего сгорания котел находится отдельно от двигателя. Электродвигатели преобразуют электрические энергию в механическую энергию.

Тепловые двигатели

Термин «тепловой двигатель» включает в себя все двигатели, производящие работу или передачу энергии, работая между высокими и низких температурах и часто между высоким и низким давлением также. Наиболее распространены тепловые двигатели внутреннего сгорания. двигателей, особенно бензиновых.

Бензиновые двигатели работают на смесь воздуха и паров бензина, которая обычно втягивается в цилиндро-поршневой компоновки и сжат поршнем.Как объем камеры уменьшается, давление и температура внутри него увеличиваются. Вблизи точки максимального сжатия пары топлива воспламеняются от искры. Горячие газы расширяются и заставляют поршень вниз в так называемом рабочем такте, доставляя работа через шток поршня к коленчатому валу. Остаточные газы затем удаляются, и процесс повторяется.

В обычном четырехтактном двигателе компрессия а процесс расширения происходит за один оборот коленчатого вала.Первый такт называется тактом впуска, второй — тактом сжатия. Инсульт. Во время второго оборота следует рабочий ход тактом выпуска, когда отработавшие газы выбрасываются. потом всасывается свежая смесь паров воздуха и бензина. В двухтактных двигателях выхлоп происходит в конце рабочего такта, а свежая бензино-воздушная смесь подается в начале такта сжатия. Большинство двухтактных двигателей ограничены для небольших двигателей, таких как те, которые используются в газонокосилках и некоторых небольших мотоциклы.Двигатели инжекторного типа впрыскивают бензин мелко распылять непосредственно перед сжиганием. Другой тип бензинового двигателя представляет собой вращающийся двигатель Ванкеля. Он состоит из треугольного ротора. в почти эллиптическом корпусе. Образуются воздушные камеры серповидной формы. между ротором и корпусом служат камерами сгорания.

Дизельные двигатели изначально сжимать воздух до гораздо более высокого давления и температуры, чем бензиновые двигатели. Затем топливо впрыскивается и воспламеняется без Искра.Требуемое более высокое давление делает дизельные двигатели тяжелее. и дороже бензиновых двигателей; однако они, как правило, более эффективным. Они используются в основном в автобусах, грузовиках, локомотивах, и на некоторых электростанциях.

Газотурбинные двигатели Применение роторный компрессор для сжатия непрерывного потока поступающего воздуха, тем самым повышая температуру воздуха. Затем воздух проходит через камеру сгорания, где топливо впрыскивается и сгорает.Газ, находящийся под высоким давлением и температурой, расширяется. через турбину, обеспечивающую мощность для привода компрессора. На выходе из турбины газы все еще находятся при температуре и давлении выше, чем у наружного воздуха. В авиационном реактивном двигателе остальные газ расширяется через сопло, образуя высокоскоростную струю, которая создает тягу для движения самолета. Альтернативно, газ, выходящий из первой турбины, может быть расширен через вторую турбина, которая затем может приводить в действие электрогенератор или, в корпус пропеллера, авиационного винта.Газотурбинные двигатели менее эффективны, чем дизели, но могут производить больше энергии для заданный размер. Таким образом, они часто используются для резервного питания от электросети. коммунальные услуги.

Ракетные двигатели используют два химические вещества, которые при соединении выделяют химическую энергию, увеличивающую температура и давление в камере ракеты. Горячие газы затем им позволяют расширяться через сопло для создания тяги. Топливо может быть жидким или твердым. Потому что ракетные двигатели могут работать за пределами земной атмосферы это двигательные установки используется в космических аппаратах.

Паровые машины внешнего сгорания двигатели, которые сжигают топливо в отдельном котле для производства пара при высокое давление и температура. Затем пар расширяется, совершая возвратно-поступательное движение. двигатель или турбина. Пар низкого давления обычно конденсируется в воду перед закачкой обратно в котел. В паре локомотив, однако, расширенный пар сдувается.

Паровые двигатели медленны, тяжелы и неэффективны. сегодня используются редко.Вместо этого сегодняшние крупные паровые электростанции использовать паровые турбины, которые могут работать при гораздо более высоких температурах и давления и может обрабатывать больше пара. Паровые турбины могут поставлять больше мощности, чем у больших дизелей, при меньших затратах.

Ионные двигатели были предлагается для космических полетов. Их источником топлива будет легко ионизируемое вещество, такое как металлический цезий, для подачи ионов или заряженные частицы. Генератор или солнечные батареи будут производить электрическое поле, которое достаточно сильно отталкивало бы ионы выбрасывать их из двигателя, тем самым создавая тягу.Такой двигатели будут производить очень небольшую тягу, но они должны быть в состоянии работать в течение длительного времени в межзвездном полете.

Электродвигатели

Электродвигатели состоят из двух механических частей a статор, или неподвижная часть, и ротор, или вращающаяся часть, и два комплекта электрических обмоток возбуждения и якоря. электромагнитный поля, создаваемые в воздушном зазоре между статором и ротором взаимодействуют друг с другом и создают крутящий момент или вращающую силу, который вращает двигатель.Выходная мощность является произведением крутящий момент и скорость вращения. Двигатель классифицируется как двигатель постоянного тока (прямой ток) или AC (переменный ток), в зависимости от источника питания.

Асинхронные двигатели являются Наиболее распространенные двигатели переменного тока. Обмотка возбуждения обычно намотана в пазы, расположенные вокруг стального статора, чтобы сформировать магнитные полюса. В обмотках статора создается вращающееся электрическое поле. индуцирует токи в обмотках ротора.Взаимодействие между эти два поля создают крутящий момент для вращения двигателя. Мотор скорость меняется в зависимости от нагрузки.

Синхронные двигатели работают с фиксированной скоростью независимо от нагрузки. Однофазный гистерезис двигатели используются в небольших устройствах с постоянной скоростью, таких как электрические часы и фонографы. Обмотки статора соответствуют Индукционный двигатель. Источник поля обеспечивается либо прямым током или постоянным магнитным материалом.

Двигатели постоянного тока обеспечивают крутящий момент и управление скоростью по более низкой цене, чем блоки переменного тока, и механически более сложный. Полюсная обмотка возбуждения на статоре состоит магнитных полюсов, каждый из которых имеет множество витков, несущих небольшой ток. Обмотка якоря размещена на роторе концами каждого катушка, соединенная с противоположными стержнями. По мере вращения ротора удельная катушка, несущая ток, изменяется, но ее относительное расположение относительно стационарное поле остается фиксированным.


Источник: Интерактивная энциклопедия Комптона.

Двигатели внутреннего сгорания – обзор

2.1.1 Двигатели внутреннего сгорания

ДВС – это первичные двигатели, используемые в основном в транспортном секторе. ДВС — это чрезвычайно зрелая, хорошо известная и широко доступная технология как для стационарных, так и для автомобильных приложений. Такие двигатели могут работать на разных видах топлива: бензине, дизельном топливе, природном газе, биодизеле, биогазе и т. д. (рис.2.1).

Рисунок 2.1. Двигатель внутреннего сгорания.

ДВС преобразует химическую энергию, имеющуюся в топливе (обычно на нефтяной основе), посредством сгорания в тепловую энергию, а за счет расширения топливно-воздушной смеси (которая также является рабочим телом) преобразует тепловую энергию в механическую работу с кривошипно-ползунковый механизм, преобразующий линейную силу/работу во вращательный момент/работу на выходном валу. Процесс происходит с обменом рабочих тел (воздух и топливо на продукты сгорания) по циклу, при этом горение происходит в закрытой камере.Результирующие изменения температуры и давления топливно-воздушной смеси воздействуют на поршень, производя полезную работу. Существуют различные технологии двигателей, используемые в различных приложениях. Двумя основными технологиями двигателей являются двигатели с воспламенением от сжатия (CI), которые обычно используют дизельное топливо, и двигатели с искровым зажиганием (SI), которые обычно используют бензиновое топливо. Бензиновые двигатели SI используются в основном в легковых автомобилях. На большинстве автомобилей средней и большой грузоподъемности используются дизельные двигатели с КИ [1].

Благодаря своей надежности и низким капитальным затратам ДВС представляют собой наиболее широко используемые первичные двигатели, в основном в малых и средних системах с распределенными энергоресурсами. Проблемы с шумом и выбросами, вибрация и регулярное техническое обслуживание являются основными ограничениями этой системы [2]. Эти ограничения создают серьезные проблемы для микроприложений. Нынешние ДВС мощностью от 1 до 50 кВт и (верхний предел микрогенерации), кажется, существенно преодолели каждую из этих проблем.

Учитывая, что ДВС преобразуют только 30-40% энергии поступающего топлива в электричество, рассеивается очень значительное количество отработанного тепла. Фактически, обычные ДВС могут быть соединены с системами охлаждения для рекуперации тепла как через выхлопные газы, так и через системы охлаждения двигателя. Эта рекуперация энергии происходит с помощью подходящих теплообменников, которые обеспечивают тепло, необходимое для снабжения дополнительных систем с тепловым приводом, таких как адсорбционные и абсорбционные охладители. Включение дополнительной горелки, в основном в микроблок, целесообразно для того, чтобы сделать установку экономически выгодной в часы пониженной тепловой нагрузки.

Соединение ДВС с устройствами с электрическим приводом, такими как тепловые насосы и электрические чиллеры, также является действенной стратегией для полигенерации электроэнергии, тепла и холода.

Как двигатель внутреннего сгорания преобразует энергию? – JanetPanic.com

Как двигатель внутреннего сгорания преобразует энергию?

В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в работу.После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая сгорание.

Какие энергии возникают в двигателе внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания

представляет собой тепловой двигатель, в котором сгорание воздушно-топливной смеси происходит внутри камеры сгорания, что приводит к высокой температуре и высокому давлению газа. Это давление газа толкает поршень на расстояние и преобразует химическую энергию в тепловую, которая используется для выполнения механической работы.

На что повлиял двигатель внутреннего сгорания?

Разработка двигателя внутреннего сгорания помогла освободить людей от тяжелейшего ручного труда, сделала возможным создание самолета и других видов транспорта, а также произвела революцию в производстве электроэнергии.

Сколько энергии теряет двигатель внутреннего сгорания?

В настоящее время до 65% тепловой энергии, вырабатываемой в двигателях внутреннего сгорания, тратится впустую.

Какой тип двигателя самый эффективный?

Новый Wärtsilä 31 — это самый экономичный четырехтактный двигатель, доступный в настоящее время на рынке. Дизельная версия двигателя потребляет в среднем на 8–10 г/кВтч меньше топлива по сравнению с ближайшим конкурентом во всем диапазоне нагрузок. В оптимальной точке это число может опускаться до 165 г/кВтч.

Почему двигатели такие неэффективные?

Бензиновые двигатели часто выбрасывают более 80% произведенной энергии через выхлопную трубу или отдают эту энергию в окружающую среду вокруг двигателя. Причины, по которым двигатели внутреннего сгорания настолько неэффективны, являются следствием законов термодинамики. В процессе сгорания топливо окисляется (сгорает).

Какой процент энергии топлива автомобиля идет на реальное перемещение водителя?

Только около 12%–30% энергии топлива, которое вы заправляете в обычном транспортном средстве, используется для его движения по дороге, в зависимости от ездового цикла.Остальная энергия теряется из-за неэффективности двигателя и трансмиссии или используется для питания аксессуаров.

Почему паровые двигатели неэффективны?

Паровые двигатели крайне неэффективны, они тратят впустую около 80–90 процентов всей энергии, которую они производят из угля. Это означает, что они должны сжигать огромное количество угля, чтобы производить полезное количество энергии. Это неэффективно, потому что энергия тратится впустую, поскольку тепло и пар проходят от огня через котел к цилиндру.

Почему тепловые двигатели вообще неэффективны?

Почему тепловые двигатели вообще неэффективны? а.Температура настолько высока, что большое количество тепла теряется в окружающую среду. Тепловые двигатели пытаются преобразовать худший источник энергии в лучший.

Почему эффективность 100 невозможна?

Согласно второму закону термодинамики тепловые двигатели не могут достичь 100% термического КПД (). Это невозможно, потому что некоторое количество отработанного тепла всегда производится в тепловом двигателе, показанном на рисунке 1 термином.

Каковы преимущества и недостатки тепловой машины?

Основным недостатком тепловой машины является ограничение КПД.Преимущество тепловой машины состоит в том, что любые формы энергии легко могут быть преобразованы в тепловую в процессе сгорания, поглощения света, трения или сопротивления.

quizlet Почему тепловые двигатели — такая плохая идея?

И a, и b верны. Почему тепловые двигатели — такая плохая идея? Они пытаются регенерировать низкокачественную энергию и возвращать ее в высококачественную. Они идут против естественного потока энергии во Вселенной.

Позволяет ли специальная теория относительности отправиться в путешествие и вернуться старше своего отца?

Часть (а) CE 25: Позволяет ли специальная теория относительности отправиться в путешествие и вернуться старше своего отца? а.Это неверно, потому что вы будете в возрасте меньше, чем ваш отец.

Почему мы не замечаем эффектов специальной теории относительности?

Основная причина того, что мы не наблюдаем эти релятивистские эффекты каждый день, заключается в том, что жизнь вокруг нас движется очень-очень медленно по сравнению со скоростью света. Даже реактивный самолет, летящий на полной скорости, достигает лишь доли скорости света, меньше тысячной доли процента.

Что происходит с энергией мяча, когда мяч перестает прыгать?

Ответ: Мяч перестал прыгать, потому что потерял всю свою энергию.При ударе о землю часть кинетической энергии теряется, потому что она преобразуется в другие формы энергии, в основном в виде тепловой энергии (от трения и выделяемого тепла) и даже, возможно, звуковой энергии.

В каком положении мяч имеет наибольшую потенциальную энергию?

Мяч, подброшенный в воздух, имеет наибольшую потенциальную энергию, когда он достигает высшей точки над землей до того, как начинает опускаться. Если мы рассмотрим вертикальное движение, начинающееся только тогда, когда мяч покидает руку бросающего, мяч обменивает кинетическую энергию на (гравитационную) потенциальную энергию.

Какой тип энергии был у шаров непосредственно перед тем, как они были выпущены?

национальная потенциальная энергия. Когда мяч падает на землю, его гравитационная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию. Кинетическая энергия объекта — это энергия, которой он обладает благодаря своему движению.

Почему мяч каждый раз не отскакивает так высоко?

Причина, по которой он не подпрыгивает выше, чем в начале, проста: часть энергии мяча теряется в виде тепла, когда он отскакивает, поэтому он не так сильно поднимается, как опускался.Зная это, вы можете предположить, что мяч никогда не сможет отскочить выше, чем высота, с которой он был брошен.

Какой мяч отскакивает выше, если его бросить вместе?

резиновый мяч

Более тяжелые мячи отскакивают выше?

Хорошо надутый мяч отскакивает лучше, потому что внутри него больше воздуха. Когда более легкий мяч отскакивает от тяжелого мяча, они обмениваются энергией, и более легкий мяч отлетает с частью энергии более тяжелого мяча. Он поднимается намного выше, чем с высоты, с которой был выпущен.

Почему мяч отскакивает обратно?

Сила удара мяча о твердую землю воздействует на мяч с такой же силой, что означает, что он отскакивает обратно. Это происходит потому, что мячи сделаны из эластичного материала, который позволяет им сжиматься или растягиваться, а затем возвращаться к своей первоначальной форме.

Почему мяч в конце концов остановился?

Речь идет о силе трения. Существует также трение между землей и той частью мяча, которая касается земли во время его качения.Сила трения действует в направлении, противоположном движению мяча, замедляя его и в конечном итоге останавливая.

Имеет ли значение высота отскока от поверхности, по которой отскакивает мяч?

Когда баскетбольный мяч отскакивает от поверхности, часть его энергии поглощается этой поверхностью. Твердая поверхность, такая как бетон, поглощает меньше энергии по сравнению с мягкой поверхностью, такой как ковер. Чем больше энергии поглощается поверхностью, тем меньше ее остается в мяче, чтобы он мог отскочить.

Отскакивает ли стеклянный шар выше резинового?

Когда вы бросаете мяч на поверхность, он слегка сжимается и сжимается, прежде чем вернуться к своей первоначальной форме. Кроме того, твердый стеклянный шар также будет отскакивать выше, чем резиновый мяч, но тогда хитрость заключается в том, чтобы найти поверхность, достаточно твердую, чтобы заставить мяч отскочить, но не настолько твердую, чтобы разбить его!

От какой поверхности лучше всего отскакивает мяч?

Когда мяч отпускается, гравитация тянет мяч вниз и преобразует эту потенциальную энергию в кинетическую энергию, энергию движения.Чем тверже поверхность корта, тем больше энергии сохраняет упавший мяч и тем выше он отскакивает. Баскетбольный мяч довольно хорошо отскакивает от твердой древесины, но еще лучше от бетона.

Какая связь между высотой падения и высотой отскока?

Соотношение между высотой падения и высотой отскока является линейным только для небольших высот падения. Как только мяч достигает определенной высоты, высота отскока начинает выравниваться, потому что мяч достигает своей предельной скорости.

Какова высота следующего отскока?

Максимальная высота, которую он достигает после первого отскока, составляет 70 процентов от 200 футов или 140 футов.После второго отскока он достигает высоты 70 процентов от 140 футов, или 98 футов. Точно так же мяч продолжает отскакивать до высоты, составляющей 70 процентов от высшей точки предыдущего отскока.

Почему мячи отскакивают выше, если их бросить с большей высоты?

Когда вы бросаете мяч с большей высоты, он имеет больше кинетической энергии непосредственно перед тем, как ударится об пол, и сохраняет больше энергии во время отскока — он вдавливается дальше, когда останавливается. Мячи показаны в состоянии покоя, готовые отскочить обратно.

Влияет ли высота падения на эффективность отскока?

Эффективность мяча можно рассчитать, бросив его и измерив высоту отскока. Чем выше отскок, тем эффективнее мяч. Если бы теоретически мяч не мог потерять энергию во время отскока, он отскочил бы на 100% от высоты, с которой был брошен.

Почему резиновый мяч отскакивает от холма выше, чем от земли?

Ускорение свободного падения уменьшается с высотой, поэтому на холмах g меньше, чем на равнинах.По этой причине мяч отскакивает выше на холмах.

Все о двигателе внутреннего сгорания

Подписаться
Apple | Гугл | Спотифай | Амазонка | Player.FM
Castbox | Сшиватель | Республика подкастов | RSS | Патреон


Стенограмма подкаста

Одной из технологий, которые помогли создать современный мир, является двигатель внутреннего сгорания.Без него мир сегодня был бы совсем другим.

Тем не менее, это не была полностью сформированная технология. Он развивался постепенно в течение столетия. Чтобы довести его до состояния, при котором его можно было бы использовать в транспортных средствах, потребовалось множество инноваций.

Узнайте больше о двигателе внутреннего сгорания, о том, как он был разработан, и обо всех проблемах, которые пришлось решать, в этом выпуске «Все везде ежедневно».


Спонсором этого эпизода является Audible.ком.

Моя сегодняшняя аудиокнига — Мы уже там? Американское автомобильное прошлое, настоящее и беспилотный автомобиль Дэна Альберта

В крестовых походах против автомобилей нет ничего нового. Его появление спровоцировало бои за уличное пространство, противопоставившие массы миллионерам, терроризирующим пешеходов. Когда у масс появились собственные автомобили, они тоже научились любить вождение.

Во время Второй мировой войны Вашингтон национализировал Детройт, а послевоенные американцы восприняли автомобиль и страну так, как если бы они были единым целым.Затем пришел энвайронментализм 1960-х и энергетический кризис 1970-х.

Многие предсказывали и даже приветствовали смерть автомобиля. Но многие другие встали на его защиту. Они приняли культуру дальнобойщиков и взяли радиостанции Citizen Band, требуя достаточного количества бензина, чтобы держать свои большие лодки на плаву. С 1980-х годов автомобильная культура восторжествовала, и теперь мы проезжаем больше миль, чем когда-либо прежде.

Вы можете получить бесплатную месячную пробную версию Audible и 2 бесплатные аудиокниги, перейдя на страницу audibletrial.com/EverythingEverywhere или нажав на ссылку в примечаниях к шоу.


Я думаю, что это хорошее место, чтобы начать обсуждение с определения того, что такое двигатель. Двигатель — это то, что преобразует сгорание в работу. Он отличается от двигателя, который преобразует электричество в работу. Несмотря на то, что эти термины часто используются взаимозаменяемо, двигатели и двигатели — это очень разные вещи.

Первыми двигателями были паровые машины. Паровая машина была основана на выработке тепла с помощью дерева, угля или другого горючего вещества и кипящей воды.Затем пар вращал турбину, которая вращала кривошип, способный работать.

Ключом к паровому двигателю было просто создание тепла для кипячения воды. То, что сжигалось для создания тепла, зависело от того, что было доступно и дешевле.

Двигатель внутреннего сгорания работает по-другому. Двигатель внутреннего сгорания основан на сгорании топлива и последующем расширении образующегося горячего газа. Горение должно быть заключено в пространство, чтобы захватить давление расширяющегося газа, или, другими словами, оно должно быть внутренним.

По этой причине двигатель внутреннего сгорания сконструировать намного сложнее, чем паровой двигатель. Основы паровой машины были впервые созданы в Древней Греции. Однако двигатель внутреннего сгорания не был разработан до второй половины 19 века.

Первый двигатель внутреннего сгорания был разработан бельгийским инженером Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром в 1859 году. Его двигатель был довольно грубым, поскольку это был паровой двигатель, который был преобразован для сжигания угольного газа.

Человеком, которого считают создателем современного двигателя внутреннего сгорания, был немецкий инженер Николаус Отто, который в 1877 году определил цикл Отто и построил первый многотактный двигатель.


Что такое цикл Отто? Цикл Отто описывает четырехэтапный процесс сжигания топлива в двигателе.

Я кратко объясню это здесь, потому что это основа всего будущего. Так работает типичный четырехтактный двигатель в большинстве автомобилей в мире.Существуют вариации этого процесса, и в небольших двигателях, таких как газонокосилки, используется двухтактный процесс. Но для целей этого эпизода я расскажу о четырехтактном процессе.

Все это происходит в цилиндре с подвижным поршнем в нижней части цилиндра, с впускными отверстиями для топлива и воздуха и выпускным отверстием вверху, которое можно включать и выключать.

Первый такт называется тактом впуска. Здесь поршень опускается, создавая всасывание, которое втягивает топливно-воздушную смесь через открытый впускной клапан.

Второй такт — такт сжатия. Теперь, когда цилиндр заполнен топливно-воздушной смесью, впускной клапан закрыт, и поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. В этой фазе все клапаны закрыты.

Третий такт — такт сгорания. Искра воспламеняет сжатую топливно-воздушную смесь в цилиндре, создавая небольшой взрыв, и сила взрыва толкает цилиндр вниз.

Четвертый такт — такт выпуска.В этом такте поршень возвращается в цилиндр, выталкивая выхлопные газы из выпускного клапана.

Поршень, который толкается вверх и вниз, соединен с другими поршнями через коленчатый вал, что гарантирует, что когда один поршень опущен, другой поршень находится вверху. Вот почему двигатели всегда будут иметь четное количество поршней и цилиндров. Большинство автомобилей сегодня будут иметь 6- или 8-цилиндровые двигатели, но есть небольшие автомобили с 4 цилиндрами, а некоторые мощные автомобили высокого класса могут иметь даже 10 или 12 цилиндров.

Коленчатый вал, который соединяет поршни, также является тем, что приводит в движение любую работу, которую должен выполнять двигатель. В случае с автомобилем это будет трансмиссия.

Все, что я только что описал, не обязательно так сложно понять, по крайней мере, в теории. Тем не менее, это создает массу проблем, чтобы заставить его работать на практике.

Если вы помните мой эпизод об электромобилях, то примерно до 1910 года паровые и электрические автомобили были так же популярны, как автомобили с двигателем внутреннего сгорания.Что в конечном итоге сделало автомобили с двигателями внутреннего сгорания доминирующими, так это решение многих проблем, которые сопровождали их.

Итак, основываясь на том, что я только что описал в отношении четырехтактного цикла, давайте рассмотрим все инженерные проблемы, которые необходимо решить.

Во-первых, топливно-воздушная смесь, которая поступает в цилиндр. Вы не можете просто заполнить цилиндр кучей жидкого бензина. Жидкости плохо сжимаются. Его нужно поместить в туман и смешать с воздухом.Раньше для этого использовалось устройство, известное как карбюратор. Процесс смешивания воздуха и топлива называется карбюрацией. Сегодня большинство автомобилей будут делать то же самое, что и устройство, называемое топливной форсункой.

Воздух должен поступать снаружи двигателя. Кроме того, воздух должен быть чистым, поэтому для удаления любых твердых частиц требуется воздушный фильтр. По этой же причине автомобиль глохнет, если он находится под водой. У некоторых специальных транспортных средств будет трубка, которая размещает воздухозаборник над крышей, чтобы они могли пересекать реки.

После того, как топливно-воздушная смесь попала в цилиндр, ее необходимо воспламенить. Это делается с помощью свечи зажигания, которая позволяет электричеству создавать искру между зазором в верхней части свечи зажигания. Искра должна быть приурочена к максимальному сжатию топливно-воздушной смеси.

Поршень и цилиндр сделаны из металла, а металлы не любят тереться друг о друга. Это означает, что вам нужна какая-то смазка между поршнем и цилиндром, где в дело вступает моторное масло.Без моторного масла трение между поршнем и цилиндром привело бы к их заклиниванию и заклиниванию всего двигателя.

В такте выпуска необходимо удалить отходы сгорания, и они должны куда-то деваться. Это все как бы вылететь в выхлопную трубу. Некоторые автомобили будут иметь каталитический нейтрализатор, который преобразует определенные токсичные газы.

Такт сгорания представляет собой небольшой взрыв, и взрывы шумные. Автомобили могут быть довольно шумными, но они будут создавать гораздо больше шума без устройства для уменьшения звука, называемого глушителем.Если вы когда-нибудь водили машину без глушителя, вы знаете, насколько громкой может быть машина. Глушитель — это акустическое устройство.

Цикл — это процесс, который повторяется снова и снова. Вопрос в том, как запускается цикл? В очень старых автомобилях была рукоятка, которую нужно было физически повернуть, чтобы запустить цикл. В конце концов, это было перенесено на электродвигатель, называемый стартером.

Электрический стартер, как и свеча зажигания, требует электрической системы для работы двигателя.Для этого требуется батарея для хранения электроэнергии, а также генератор для производства электроэнергии. Механическая энергия двигателя используется для выработки электроэнергии. В современных автомобилях это называется генератором переменного тока, потому что он создает переменный ток.

Таким образом, это объясняет поступление топлива и воздуха, выход выхлопных газов и смазку поршня и цилиндров. Однако есть еще одна огромная проблема.

Двигатели внутреннего сгорания на самом деле очень неэффективны. Эффективность определяется тем, сколько энергии топлива передается движению.Наиболее эффективные двигатели внутреннего сгорания имеют КПД всего 40 %, а у большинства автомобилей КПД может составлять около 20 %.

Если только 20% энергии топлива преобразуется в работу, куда идет остальная часть? Он преобразуется в тепло.

Жара — огромная проблема. Тепло заставляет металл расширяться, что на самом деле не очень хорошо, если есть движущиеся части, и это может привести к растрескиванию и деформации металла. Если вы когда-нибудь клали руку на двигатель или рядом с ним после того, как остановили машину, вы имеете представление о том, насколько она может нагреваться.

Вы буквально можете приготовить еду на двигателе. В сети много видео, где люди готовят еду, завернутую в фольгу, на двигателе автомобиля. Если вы когда-либо оказывались в ситуации, похожей на отключение электроэнергии, и у вас не было возможности приготовить еду, это неэффективный, хотя и эффективный способ приготовления пищи.

Это означает, что в двигатель должна быть встроена система охлаждения.

В большинстве двигателей жидкость проходит через камеры в блоке цилиндров и отводит тепло. Затем жидкость проходит через устройство, называемое радиатором, которое имеет большую площадь поверхности, и воздух обдувается радиатором для охлаждения жидкости.


Для всей системы охлаждения двигателя требуется жидкость, насос для перемещения жидкости, трубки и шланги для направления жидкости и, наконец, ремни для работы вентилятора.

Все, о чем я только что рассказал, необходимо для работы двигателя. Если смазка, воздухозаборник, охлаждение, впрыск топлива или электрическая система выйдут из строя, то все просто остановится. Если вы владели автомобилем достаточно долго, есть большая вероятность, что одна или несколько из этих вещей пошли не так с вашей машиной.

Чем больше вы думаете обо всей системе, она действительно кажется устройством Руба Голдберга… и я даже не затронул другие жизненно важные системы автомобиля, такие как трансмиссия, тормоза и подвеска.

Тем не менее, за десятилетия инженеры очень хорошо научились заставлять все работать. Все эти части двигателя работали должным образом и сообща, что сделало возможным создание автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.


Ассоциированными продюсерами Everything Everywhere Daily являются Тор Томсен и Питер Беннетт.

Сегодняшний обзор исходит от слушателя Ambiverbal на Apple Podcasts в США. Пишут:

Гэри добился успеха

В книге «Все повсюду ежедневно» Гэри занимается тем, что важнее всего для него… и, к счастью, для большого количества людей, интересующихся жизнью в мире, как исторической, так и современной. Избавившись от ненужного жира, Гэри создал информационно питательный подкаст, который можно потреблять каждый день всего за несколько минут.Пять звезд.

Спасибо, Амбивербал! Вы будете рады узнать, что Everything Everywhere является частью сбалансированной медиа-диеты. Он содержит 100% рекомендуемой суточной нормы фактов и информации.

Помните, что если вы оставите отзыв или зададите вопрос, вы также сможете прочитать его в сериале.

Двигатель — Энергетическое образование

Двигатель — это некоторая машина, которая преобразует энергию топлива в некоторую механическую энергию, создавая при этом движение.Двигатели, например те, которые используются для запуска транспортных средств, могут работать на различных видах топлива, в первую очередь на бензине и дизельном топливе в случае автомобилей. Однако существуют некоторые альтернативные виды топлива, такие как биотопливо и природный газ. В терминах термодинамики двигатели обычно называют тепловыми двигателями, которые производят макроскопическое движение за счет тепла. [2] Тепло в данном случае происходит от сгорания топлива в двигателе, который приводит в движение поршни.

Двигатели внутреннего сгорания

на главную

Двигатели, используемые в транспортных средствах, известные как двигатели внутреннего сгорания, являются одними из наиболее распространенных типов двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах.В этих двигателях топливо воспламеняется, и работа совершается внутри двигателя, при этом расширяющиеся газы перемещают поршни в двигателе. [3]

С точки зрения того, как макроскопическое движение создается за счет энергии в этих двигателях, существует два основных типа используемых двигателей внутреннего сгорания. Наиболее распространенным типом является поршневой двигатель, который использует движение поршней вверх и вниз для преобразования давления расширяющихся газов во вращательное движение. [4] Как и двигатель внутреннего сгорания, паровые двигатели и двигатели Стирлинга являются типами поршневых двигателей.Другим основным типом двигателя является роторный двигатель. Этот тип двигателя использует вращающийся треугольный ротор вместо поршней для преобразования тепла от сгорания воздушно-топливной смеси в полезную работу. [5]

Кроме того, двигатели внутреннего сгорания в транспортных средствах предназначены для работы на двух основных видах топлива. Различаются бензиновые и дизельные двигатели. В бензиновом двигателе воздушно-топливная смесь в двигателе воспламеняется с помощью искры от свечи зажигания.Это затем заставляет газ нагреваться и расширяться, приводя в движение поршни. Дизельный двигатель работает немного по-другому, воспламеняя воздушно-топливную смесь за счет сжатия, а не от искры. [6]

Двигатели внешнего сгорания

на главную

Этот тип двигателя отличается от теплового двигателя внутреннего сгорания тем, что используемый им источник тепла отделен от жидкости, выполняющей работу. В двигателе внутреннего сгорания источником тепла является та же самая жидкость, которая выполняет работу.Двигатель внешнего сгорания используется во многих конструкциях силовых установок. Некоторыми примерами этих двигателей являются реакторы CANDU, угольные электростанции, электростанции, работающие на природном газе, солнечные тепловые электростанции и паровозы.

Ссылки

  1. ↑ Зефирис (Ричард Уиллер). (2 ноября 2015 г.). 4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
  2. ↑ Гиперфизика. (2 ноября 2015 г.). Тепловые двигатели [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heaeng.html
  3. ↑ Р. Д. Найт, «Тепловые двигатели и холодильники» в книге «Физика для ученых и инженеров: стратегический подход», 3-е изд. Сан-Франциско, США: Пирсон Аддисон-Уэсли, 2008 г., глава 19, раздел 2, стр. 530.
  4. ↑ Информация, пожалуйста. (2 ноября 2015 г.). Поршневой двигатель [Онлайн]. Доступно: http://www.infoplease.com/encyclopedia/science/internal-combustion-engine-reciprocating-engines.HTML
  5. ↑ Как это работает. (2 ноября 2015 г.). Как работают роторные двигатели [Онлайн]. Доступно: http://auto.howstuffworks.com/rotary-engine1.htm
  6. ↑ HowStuffWorks. (2 ноября 2015 г.). Дизельный двигатель [Онлайн]. Доступно: http://auto.howstuffworks.com/engine2.htm

Тепловой двигатель — Энергетическое образование

Тепловая машина — это тип двигателя (подобного двигателю автомобиля), который производит макроскопическое движение за счет тепла.Когда люди потирают руки, трение превращает механическую энергию (движение наших рук) в тепловую энергию (руки нагреваются). Тепловые двигатели делают прямо противоположное; они берут энергию тепла (по сравнению с окружающей средой) и превращают ее в движение. Часто это движение превращается в электричество с помощью генератора.

Почти вся энергия, используемая для транспорта и электричества, поступает от тепловых двигателей. Горячие объекты, даже газы, обладают тепловой энергией, которую можно превратить во что-то полезное.Тепловые двигатели перемещают энергию из горячего места в холодное и переводят часть этой энергии в механическую энергию. Для работы тепловых двигателей требуется разница температур.

Изучение термодинамики изначально было вдохновлено попыткой получить как можно больше энергии от тепловых двигателей. [2] По сей день используются различные виды топлива, такие как бензин, уголь и уран. Все эти тепловые двигатели все еще работают в пределах, налагаемых вторым законом термодинамики. Это означает, что для нагревания газа используются различные виды топлива, а для избавления от отработанного тепла необходим большой холодный резервуар.Часто отработанное тепло уходит в атмосферу или в большой водоем (океан, озеро или река).

В зависимости от типа двигателя используются различные процессы, такие как воспламенение топлива при сгорании (бензин и уголь) или использование энергии ядерных процессов для производства тепла (уран), но конечная цель одна и та же: превратить тепло в работу. Наиболее известным примером тепловой машины является двигатель автомобиля, но большинство электростанций, таких как угольные, газовые и атомные, также являются тепловыми двигателями.

Двигатель внутреннего сгорания

полный артикул

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и ​​поездах. Они названы так потому, что топливо воспламеняется, чтобы совершать работу внутри двигателя. Та же топливно-воздушная смесь выбрасывается в виде выхлопных газов. Хотя это чаще всего делается с помощью поршня, это также можно сделать с помощью турбины.

На рис. 1 показан пример двигателя внутреннего сгорания.Этот конкретный тип называется четырехтактным двигателем, который довольно распространен в автомобилях.

Внешний тепловой двигатель

полная статья

Внешние тепловые двигатели, как правило, представляют собой паровые двигатели, и они отличаются от внутренних тем, что источник тепла отделен от работающего газа. Эти тепловые двигатели обычно называют двигателями внешнего сгорания, потому что сгорание происходит вне двигателя. Например, внешнее горение будет использовать пламя для нагрева воды в пар, а затем использовать пар для вращения турбины.Это отличается от внутреннего сгорания, как в двигателе автомобиля, где бензин воспламеняется внутри поршня, работает, а затем выбрасывается.

Ядерные реакторы не имеют внутреннего сгорания, поэтому используется более широкий термин «внешний тепловой двигатель». Реактор с кипящей водой на рис. 2 представляет собой внешнюю тепловую машину, как и другие атомные электростанции.

Примеры тепловых двигателей

Внутреннее сгорание

Внешнее сгорание

Эффективность

основная статья

Эффективность двигателя — это процент подводимой энергии, которую двигатель может преобразовать в полезную работу.Уравнение для этого: η = выходная мощность / входная энергия. Наиболее эффективные поршневые двигатели работают с КПД около 50%, а средняя угольная электростанция работает с КПД около 33%. Электростанции, построенные совсем недавно, имеют КПД более 40%.

Меньшие тепловые двигатели, например, в автомобилях, имеют выходную механическую мощность, измеряемую в лошадиных силах. Более крупные тепловые двигатели, такие как электростанции, измеряют мощность в МВт. Конечно, выходная мощность может быть измерена в любых единицах мощности, например, в ваттах.

Потребление тепловой машины также является мощностью, часто измеряемой в МВт. С силовой установкой есть и электрическая выходная мощность. Чтобы различать эти две мощности, тепловая мощность (входная мощность) измеряется в тепловых мегаваттах (МВт), а для производства электроэнергии выходная мощность измеряется в электрических мегаваттах (МВт). Для тепловых двигателей, которые обеспечивают движение вместо электричества, выходная мощность будет механической.

Когенерация

основная статья

Тепловая машина имеет два побочных продукта: работу и тепло.Назначение большинства двигателей — производить работу, а тепло обрабатывается просто как отходы. Когенерация использует отработанное тепло для полезных вещей. Отопитель в автомобиле работает по принципу когенерации, отбирая отработанное тепло двигателя для нагрева воздуха, который прогревает салон. Вот почему работа отопителя автомобиля зимой мало влияет на расход бензина, а работа кондиционера летом может стоить примерно 10-20% расхода бензина автомобиля.

Для дальнейшего чтения

Ссылки

Как работают тепловые двигатели?

Как работают тепловые двигатели? — Объясните этот материал Реклама

В наш век топливных элементов и электромобили, паровозы (и даже автомобили с бензиновым двигателем) может показаться ужасно старой технологией. Но взгляните на историю шире, и вы увидите, что даже древнейшие паровой двигатель действительно очень современное изобретение. Люди были используя инструменты, чтобы увеличить свою мышечную силу примерно в 2,5 раза миллионов лет, но только за последние 300 лет мы усовершенствовали искусство создания «мускулов» — машин с двигателем, — которые работают все сами по себе.Скажем иначе: люди были без двигатели для более чем 99,9 процентов нашего существования на Земле!

Теперь у нас есть двигатели, без которых, конечно, не обойтись. их. Кто мог представить себе жизнь без автомобилей, грузовиков, кораблей или самолеты — все они приводились в движение мощными двигателями. И двигателей нет просто перемещают нас по миру, они помогают нам радикально изменить его. От мостов и туннелей до небоскребов и плотины, практически каждое крупное здание и сооружение, построенное людьми. в последние пару столетий был построен с помощью двигателей — кранов, экскаваторов, самосвалов и бульдозеров. их.Двигатели также подпитывают современную сельскохозяйственную революцию: значительная часть всех наших еда теперь собирается или транспортируется с использованием мощности двигателя. Двигатели не заставляют мир двигаться круглые, но они участвуют практически во всем остальном, что происходит на нашей планете. Рассмотрим подробнее, что они из себя представляют и как работай!

Работа: Основная концепция тепловой машины: машина, которая преобразует тепловую энергию в работу, перемещаясь туда и обратно между высокой температурой и более низкой.Типичный тепловой двигатель питается от сжигания топлива (внизу слева) и использует расширяющийся-сжимающийся поршень (вверху в центре) для передачи энергии топлива на вращающееся колесо (внизу справа).

Что такое тепловая машина?

Двигатель — это машина, которая превращает энергия, заключенная в топливе, превращается в силу и движение. Уголь — нет очевидное использование кто-нибудь: это грязный, старый, каменный материал, зарытый под землю. Сожги это в однако двигатель, и вы можете высвободить содержащуюся в нем энергию для заводские машины, автомобили, лодки или локомотивы.То же самое справедливо других видов топлива, таких как природный газ, бензин, древесина и торф. С двигатели работают, сжигая топливо для выделения тепла, иногда они называется тепловыми двигателями . Процесс сжигания топлива включает химическая реакция, называемая горение , когда топливо сгорает в кислород в воздухе, чтобы сделать углекислый газ и пар. (Как правило, двигатели также загрязняют воздух, потому что топливо не всегда на 100 процентов чистое и не сгорает идеально чисто.)

Всем известно, что тепло может производить движение.В том, что оно обладает огромной движущей силой, никто не может сомневаться… »

Николя Сади Карно, 1824

Существует два основных типа тепловых двигателей: внешнего сгорания и внутреннего сгорания. сгорание:

  • В двигателе внешнего сгорания топливо сгорает снаружи и вдали от основной части двигателя, где сила и движение производятся. Хорошим примером является паровая машина: есть угольный огонь на одном конце, который нагревает воду, чтобы сделать пар.Пар подается в прочный металлический цилиндр , где он перемещает плотно прилегающий плунжер называется поршень туда и обратно. То движущийся поршень приводит в действие все, к чему прикреплен двигатель (возможно, заводской станок или колеса паровоза). Это внешний двигатель внутреннего сгорания, потому что уголь горит снаружи и некоторые расстояние от цилиндра и поршня.
  • В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндр. В типичном автомобильном двигателе, например, есть что-то вроде четырех-шести отдельных цилиндров, внутри которых бензин постоянно горит кислородом с выделением тепловой энергии.То цилиндры «зажигаются» поочередно, чтобы гарантировать, что двигатель производит стабильная подача мощности, которая приводит в движение колеса автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания, как правило, гораздо более эффективны, чем двигатели с внешним двигатели внутреннего сгорания, потому что энергия не тратится впустую на передачу тепла от огонь и котел к цилиндру; все происходит в одном месте.

Художественное произведение: В двигателе внешнего сгорания (например, паровом двигателе) топливо сгорает вне цилиндра, и тепло (обычно в виде горячего пара) должно отводиться на некоторое расстояние.В двигателе внутреннего сгорания (например, в автомобильном) топливо сгорает прямо внутри цилиндров, что гораздо эффективнее.

Фото: Паровой двигатель является двигателем внешнего сгорания, потому что уголь горит в топке (там, где стоит машинист) на некотором расстоянии от цилиндра, где вырабатывается фактическая мощность.

Как двигатель приводит машину в движение?

В двигателях используются поршни и цилиндры, поэтому мощность, которую они производят, непрерывный возвратно-поступательный, толкающий и тянущий или возвратно-поступательный движение.Проблема в том, что многие машины (и практически все транспортные средства) полагаются на на колесах, которые вращаются и вращаются, другими словами, вращательных движение. Существуют различные способы поворота возвратно-поступательного движения. движение во вращательное (или наоборот). Если вы когда-нибудь смотрели пыхтя паровой машины, вы, должно быть, заметили, как крутятся колеса. приводимый в движение кривошипом и шатуном: простой рычажно-рычажный механизм, соединяющий одну сторону колеса с поршнем, так что колесо вращается, когда поршень качает вперед и назад.

Альтернативный способ преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное заключается в использовании передач. Это то, что гениальный шотландский инженер Джеймс Уатт (1736–1819) решил сделать это в 1781 году, когда открыл кривошипно-шатунный механизм, который он Необходимость использовать в своей усовершенствованной конструкции паровой двигатель была, по сути, уже защищен патентом. Конструкция Уатта известна как солнечная и планетарная шестерня) и состоит из двух или более шестерен колеса, одно из которых (планета) толкается вверх и вниз поршнем стержень, движущийся вокруг другой шестерни (Солнца) и приводящий ее во вращение.


Фото: Два способа преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное: Первое фото: Солнечная и планетарная передача. Когда поршень движется вверх и вниз, шестерни крутятся. Второе фото: На этом токарном станке с ножным приводом просто решена проблема преобразования движения вверх-вниз в круговое. Когда вы нажимаете вверх и вниз на педаль (педаль), вы заставляете струну подниматься и опускаться. Это заставляет вал, к которому прикреплена струна, вращаться со скоростью, приводя в действие токарный станок и сверло или другой инструмент, прикрепленный к нему.Обе фотографии сделаны в Музее науки Think Tank в Бирмингеме, Англия.

Некоторым двигателям и машинам необходимо преобразовать вращательное движение в возвратно-поступательное движение. Для этого вам нужно что-то, что работает в противоположное коленчатому валу, а именно кулачок. Кулачок — это некруглое (обычно яйцевидное) колесо, имеющее что-то вроде бар, опирающийся на него. Когда ось поворачивает колесо, колесо заставляет штангу подниматься и опускаться. Не можете представить это? Попробуйте представить автомобиль, колеса которого яйцевидный.По мере движения колеса (кулачки) вращаются, как обычно, но кузов автомобиля подпрыгивает вверх и вниз одновременно, поэтому вращательное движение производит возвратно-поступательные движения (подпрыгивания) у пассажиров!

Кулачки работают во всех видах машин. Есть камера в электрическая зубная щетка, которая делает щетка двигается вперед и назад, когда электрический двигатель внутри вращается.

Рекламные ссылки

Типы двигателей

Фото: Внешнее сгорание: Эта стационарная паровая машина использовалась для подачи природного газа в дома людей с 1864 года.Фотография сделана в Think Tank.

Существует полдюжины или около того основных типов двигателей, которые вырабатывают энергию за счет сжигания топлива:

Двигатели внешнего сгорания

Лучевые двигатели (атмосферные двигатели)

Самые ранние паровые двигатели были гигантскими машинами, заполнявшими целые здания и они обычно использовались для откачки воды из затопленных шахт. Создан англичанином Томасом Ньюкоменом. (1663/4–1729) в начале 18 века имели одноцилиндровый и поршень, прикрепленный к большой балке, которая качалась вперед и назад.Тяжелая балка обычно была наклонена вниз, так что поршень находился высоко в цилиндре. В цилиндр закачивали пар, затем впрыскивали воду, охлаждая пар, создавая частичный вакуум и заставляя луч наклоняться назад другой путь, прежде чем процесс был повторен. Лучевые двигатели были важным технологическим достижением, но они были слишком большими, медленными и неэффективными, чтобы приводить в действие заводские машины и поезда.

Работа: Как работает атмосферный (лучевой) двигатель (упрощенно).Двигатель состоит из тяжелой балки (серая), установленной на башне (черная), которая может качаться вверх и вниз. Обычно балка наклоняется вниз и вправо под весом прикрепленного к ней насосного оборудования. Водогрейный котел (1) подает пар (2) вверх в цилиндр (3). Когда цилиндр заполнен, из резервуара (4) впрыскивается холодная вода. Это конденсирует пар, создавая более низкое давление в цилиндре. Поскольку атмосферное давление (воздуха) над поршнем выше, чем давление под ним, поршень толкается вниз, вся балка наклоняется влево, а насос тянет вверх, выкачивая воду из шахты (5).

Паровые двигатели

В 1760-х годах Джеймс Уатт значительно усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, сделав ее меньше, эффективнее и мощнее — и эффективно превращает пар двигателей в более практичные и доступные машины. Работа Уатта привела к созданию стационарного пара двигатели, которые можно было бы использовать на заводах, и компактные движущиеся двигатели которые могли бы привести в действие паровозы. Подробнее читайте в нашей статье о паровых двигателях.

Двигатели Стирлинга

Не все двигатели внешнего сгорания огромные и неэффективные.Шотландский священник Роберт Стирлинг (1790–1878) изобрел очень умный двигатель с двумя цилиндрами с поршнями, приводящими в действие два кривошипа езда на одном колесе. Один цилиндр постоянно поддерживается горячим (нагревается внешней энергией). источником, который может быть чем угодно, от угольного пожара до геотермальной энергии. подачи), в то время как другой остается постоянно холодным. Двигатель работает по челночный тот же объем газа (постоянно запечатанный внутри двигатель) туда и обратно между цилиндрами через устройство, называемое регенератор , который помогает сохранять энергию и значительно увеличивает экономичность двигателя.Двигатели Стирлинга не обязательно включают сгорание, хотя они всегда питаются от внешнего источника тепла. Узнайте больше в нашей основной статье о двигателях Стирлинга.

Фото: Машинный зал Think Tank (музей науки в Бирмингеме, Англия) представляет собой удивительную коллекцию энергетических машин, датируемых 18 веком. Экспонаты включают огромный паровой двигатель Smethwick, самый старый работающий двигатель в мире. На этом снимке он не показан, в основном потому, что он был слишком большим, чтобы его можно было сфотографировать!

Двигатели внутреннего сгорания

Бензиновые (бензиновые) двигатели

В середине 19 века несколько европейских инженеров, в том числе Француз Жозеф Этьен Ленуар (1822–1900) и немец Николаус Отто. (1832–1891) усовершенствовали двигатели внутреннего сгорания, которые сжигали бензин.Это был короткий шаг для Карла Бенца (1844–1929). подключить один из этих двигателей к трехколесному карету и сделать первый в мире автомобиль, работающий на газе. Подробнее в нашей статье об автомобильных двигателях.

Фото: Мощный бензиновый двигатель внутреннего сгорания от спортивного автомобиля Jaguar.

Дизельные двигатели

Позднее, в 19 веке, другой немецкий инженер Рудольф Дизель (1858–1913), понял, что может создать гораздо более мощный внутренний двигатель внутреннего сгорания, который мог работать на всех видах топлива.В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели сжимают топливо намного сильнее. он самопроизвольно воспламеняется и выделяет тепловую энергию заперта внутри него. Сегодня дизельные двигатели по-прежнему являются предпочтительными машинами для вождения. тяжелые транспортные средства, такие как грузовики, корабли и строительные машины, а также многие автомобили. Подробнее читайте в нашей статье о дизельных двигателях.

Роторные двигатели

Одним из недостатков двигателей внутреннего сгорания является то, что они нужны цилиндры, поршни и вращающийся коленчатый вал, чтобы использовать их мощность: цилиндры неподвижны, а поршни и коленчатый вал постоянно перемещаются.Роторный двигатель — это принципиально другая конструкция двигателя внутреннего сгорания, в котором «цилиндры» (которые не всегда цилиндрические форме) вращаются вокруг неподвижного коленчатого вала. Хотя роторные двигатели относятся к 19 веку, возможно, самая известная конструкция — относительно современный роторный двигатель Ванкеля , особенно используется в некоторых японских автомобилях Mazda. Статья в Википедии о Роторный двигатель Ванкеля хорошее введение с блестящей маленькой анимацией.

Двигатели в теории

Фото: машинист: гениальный Николя Сади Карно, 17 лет.

Пионерами двигателей были инженеры, а не ученые. Ньюкомен и Уатт были практическими, практическими «деятелями», а не головоломными теоретиками. Только когда в 1824 году появился француз Николя Сади Карно (1796–1832) — более чем через столетие после того, как Ньюкомен построил свой первый паровой двигатель, — были предприняты какие-либо попытки понять теорию. того, как работают двигатели и как их можно улучшить с истинно научной точки зрения. Карно интересовался тем, как сделать двигатели более эффективными (в Другими словами, как больше энергии можно получить из того же количества топлива).Вместо того, чтобы возиться с настоящим паровым двигателем и пытаться его улучшить Методом проб и ошибок (подобный подход применил Уатт к двигателю Ньюкомена) он сделал себя теоретический движок — на бумаге — и вместо этого поиграл с математикой.

Фото: Паровые двигатели по своей природе неэффективны. Работа Карно говорит нам, что для максимальной эффективности пар в двигателе как это нужно перегреть (так что это выше его обычная температура кипения 100 ° C), а затем ему дают возможность максимально расшириться и остыть в цилиндрах, чтобы он отдавал как можно больше энергии поршням.

Цикл Карно

Тепловая машина Карно представляет собой достаточно простую математическую модель. того, как в теории мог бы работать наилучший поршневой и цилиндровый двигатель, путем бесконечного повторения четырех шагов, называемых теперь циклом Карно . Мы не будем вдаваться здесь в детальную теорию или математику (если вам интересно, см. Страница цикла НАСА Карно и превосходная страница «Тепловые двигатели: цикл Карно» Майкла Фаулера с превосходной флэш-анимацией).

Базовый двигатель Карно состоит из газа, заключенного в цилиндр с поршнем. Газ получает энергию от источника тепла, расширяется, охлаждается и выталкивает поршень. Когда поршень возвращается в цилиндр, он сжимает и нагревает газ, так что газ завершает цикл при точно таком же давлении, объеме и температуре, с которых он начал. Двигатель Карно не теряет энергию на трение или окружающую среду. Это полностью обратимо — теоретически совершенная и совершенно теоретическая модель работы двигателей.Но это многое говорит нам и о реальных двигателях.

Насколько эффективен двигатель?

Мы не должны рассчитывать когда-либо использовать на практике всю движущую силу горючих веществ. »

Николя Сади Карно, 1824

Стоит отметить вывод, к которому пришел Карно: КПД двигателя (реальная или теоретическая) зависит от максимальной и минимальной температур, в пределах которых он работает . С математической точки зрения, КПД двигателя Карно, работающего в диапазоне от Tmax (его максимальная температура) до Tmin (его минимальная температура):

(Tmax-Tmin) / Tmax

, где обе температуры измеряются в кельвинах (K).Повышение температуры жидкости внутри цилиндра в начале цикла делает его более эффективным; снижение температуры на противоположном конце цикла также делает его более эффективным. Другими словами, действительно эффективная тепловая машина работает при максимально возможной разнице температур. Другими словами, мы хотим, чтобы Tmax была как можно выше, а Tmin как можно ниже. Вот почему такие вещи, как паровые турбины на электростанциях, должны использовать градирни для максимально возможного охлаждения своего пара: именно так они могут получать больше энергии из пара и производить больше электроэнергии.В реальном мире движущиеся транспортные средства, такие как автомобили и самолеты, очевидно, не могут иметь ничего похожего на градирни, и трудно достичь низких температур Tmin, поэтому вместо этого мы обычно сосредотачиваемся на повышении Tmax. Настоящие двигатели — в автомобилях, грузовиках, реактивных самолетах и ​​космических ракетах — работают при чрезвычайно высоких температурах (поэтому они должны быть построены из высокотемпературных материалов, таких как сплавы и керамика).

Каков максимальный КПД двигателя?

Есть ли предел эффективности тепловой машины? Да! Tmin никогда не может быть меньше нуля (при абсолютном нуле), поэтому, согласно Согласно нашему уравнению, приведенному выше, ни один двигатель не может быть более эффективным, чем Tmax/Tmax = 1, что соответствует 100-процентному КПД, и большинство настоящие двигатели и близко к этому не подходят.Если бы у вас была паровая машина, работающая при температуре от 50°C до 100°C, это было бы около 13 процентов эффективности. Чтобы получить 100-процентную эффективность, вам нужно охладить пар. до абсолютного нуля (-273°C или 0K), что, очевидно, невозможно. Даже если бы вы могли охладить его до замерзания (0 ° C или 273 K), вы все равно получите только 27-процентную эффективность.

Диаграмма: Тепловые двигатели более эффективны, когда они работают при больших перепадах температур. Предполагая постоянную минимальную температуру льда (0 ° C или 273 K), эффективность медленно растет по мере повышения максимальной температуры.Но обратите внимание, что мы получаем убывающую отдачу: с каждым повышением температуры на 50 ° C эффективность растет с каждым разом меньше. Другими словами, мы никогда не сможем достичь 100-процентной эффективности, просто повысив максимальную температуру.

Это также помогает нам понять, почему более поздние паровые двигатели (созданные такими инженерами, как Ричард Тревитик и Оливер Эванс) использовали гораздо более высокое давление пара, чем те, которые производили такие люди, как Томас Ньюкомен. Двигатели более высокого давления были меньше, легче и их было проще устанавливать на движущихся транспортных средствах, но они также были намного эффективнее: при более высоких давлениях вода закипает при более высоких температурах, и это дает нам большую эффективность.При удвоенном атмосферном давлении вода кипит при температуре около 120°C (393K), что дает КПД 30%. с минимальной температурой 0°С; при четырехкратном атмосферном давлении температура кипения составляет 143°C (417K), а эффективность близка к 35%. Это большое улучшение, но все еще далеко от 100 процентов. Паровые турбины на электростанциях используют очень высокое давление (более чем в 200 раз превышающее атмосферное давление). является типичным). При 200 атмосферах вода кипит при температуре около 365°C (~640K), что дает максимальный теоретический КПД около 56 процентов, если мы также сможем охладить воду до точки замерзания (и если нет других потерь тепла или неэффективности).Даже в этих экстремальных и идеальных условиях мы все еще очень далеки от 100-процентной эффективности; реальные турбины с большей вероятностью достигают 35–45 процентов. Создание эффективных тепловых двигателей намного сложнее, чем кажется!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Один из лучших способов понять двигатели — посмотреть анимацию их работы. Вот два очень хороших сайта, которые исследуют самые разные двигатели:

  • Анимированные движки. Этот великолепный сайт охватывает практически все виды движков, которые вы только можете себе представить, с простыми для понимания анимациями и очень четкими письменными описаниями.
  • Посмотрите, как работают двигатели: коллекция очень красиво нарисованных анимаций реальных двигателей из Лондонского музея науки. (Архивировано через Wayback Machine.)

Книги

Вводный
  • Шесть легких пьес Ричарда П. Фейнмана. Penguin, 1998. Глава 4 представляет собой очень оригинальное объяснение сохранения энергии, включая довольно простое объяснение того, почему ни один двигатель или машина не является более эффективным, чем полностью обратимый (идеальный).
Более сложный
Детские книги

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторское право на текст © Chris Woodford 2009, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2019) Двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/engines.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.