Дизельный двигатель

Благодаря высокой эффективности дизельный двигатель широко применяется на грузовых автомобилях. Вместе с тем, большинство легковых автомобилей имеют в линейке своих моторов дизельные двигатели. В Европе дизель постепенно вытесняет бензиновые двигатели, к примеру, свыше 50% новых легковых автомобилей там имеют дизельный двигатель.

На легковых автомобилях используются быстроходные дизели, обладающие высокой эластичностью, т.е. способностью развивать номинальный крутящий момент в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала.

Принцип работы дизельного двигателя основан на самопроизвольном (компрессионном) воспламенении дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания и смешиваемого со сжатым и нагретым до высокой температуры воздухом. В отличие от бензинового двигателя процесс работы дизеля не зависит от коэффициента избытка воздуха, а определяется гетерогенностью (неоднородностью) топливно-воздушной смеси.

Дизельный двигатель имеет ряд отличительных особенностей:

1. имеет большую степень сжатия и как следствие более высокий коэффициент полезного действия, больший вес и габариты, низкий расход топлива;
2. имеет низкие обороты коленчатого вала и как следствие меньшую удельную мощность, сопровождаемые неполным сгоранием топлива, сажеобразованием;
3. не имеет дроссельной заслонки, поэтому развивает высокий крутящий момент на низких оборотах;
4. имеет сложную конструкцию топливной аппаратуры и как следствие высокую чувствительность к качеству топлива.

Основными направлениями совершенствования дизельных двигателей являются снижение расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума, повышение мощности двигателя, облегчение холодного запуска. Для реализации этих требований на современных дизельных двигателях применяется ряд систем: Common Rail, впускная и выпускная системы, рециркуляции отработавших газов, турбонаддув, предпускового подогрева.

Система впрыска Common Rail предполагает накопление топлива в аккумуляторе высокого давления и его впрыск электронно-управляемыми форсунками. Электроника обеспечивает впрыск строго определенных порций топлива, чем достигается высокая экономия, полное сгорание и повышение мощности. При необходимости топливо может впрыскиваться многократно в течение одного цикла.

Выпускная система современного дизеля ориентирована на снижение в отработавших газах сажи, несгоревших углеводородов и оксидов азота. Для этого в системе устанавливается сажевый фильтр. Накапливаемая в фильтре сажа удаляется путем регенерации.

Система рециркуляции отработавших газов предназначена для снижения содержания в отработавших газах оксида азота, для чего часть газов возвращается во впускной коллектор. Для повышения эффективности работы системы отработавшие газы принудительно охлаждаются в специальном охладителе, включенном в систему охлаждения двигателя.

Впускная система дизельного двигателя может оборудоваться впускными заслонками. Применение заслонок образует два канала всасывания, обеспечивает завихрение воздушного потока и улучшенное смесеобразование на всех режимах. При запуске двигателя и работе на низких оборотах заслонки закрыты, при высокой частоте вращения коленчатого вала и высоком крутящем моменте – открыты. Закрытие заслонок приводит к снижению в отработавших газах оксида углерода и несгоревших углеводородов.

Наиболее эффективной системой повышения мощности дизельного двигателя является турбонаддув. Для создания оптимального давления наддува на всех режимах работы двигателя в системе используется турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины.

Для облегчения запуска дизельного двигателя в холодное время применяется система предпускового разогрева, представляющая собой электронно-управляемые свечи накаливания, установленные во впускном коллекторе. Дополнительно на автомобиль может устанавливаться подогреватель дизельного топлива.

 

 

Как устроен двигатель внутреннего сгорания

Для решения проблем, связанных с работой авто, необходимо знать, как устроен двигатель внутреннего сгорания. Автолюбителю нужно понимать, как преобразуется энергия в движение, из каких узлов и агрегатов состоит мотор. Знания помогут в экстренных ситуациях устранить поломку авто.

Содержание

1. Устройство двигателя внутреннего сгорания
2. Принцип работы ДВС
3. Системы двигателя
4. ГРМ газораспределительный механизм
5. Система смазки
6. Система подачи топлива
7. Охлаждающая система
8. Выхлопная система

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Движок состоит из цилиндров, поршней, сжимающих впрыскиваемую смесь, которая вместе с искрой входит в процесс сгорания, заставляя поршни подниматься и опускаться, производя движение вверх и вниз.

Самый распространенный — поршневой движок на 4 такта. То есть за 4 хода поршня тепло от сгоревшего топлива преобразуется в механическое движение.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Принцип работы ДВС

Современные системы впрыска — непрямые. Горючее подается в двигательный отсек из топливного бака с помощью специального насоса. Там оно распределяется по цилиндрам. Топливо может подаваться в отверстие с помощью форсунки или во впускной коллектор, смешивается с воздухом и попадает в камеру сгорания.

Рабочий процесс состоит из четырех этапов:

• всасывание горючей смеси;
• сжатие;
• расширение;
• выхлоп.

Процесс начинается с впрыска однородной смеси, которая поступает либо в карбюратор, либо в корпус дроссельной заслонки, затем поджигается электрической системой зажигания.

Внутри смесь воспламеняется, а выделяемое тепло вызывает повышение давления сжатых газов и движение поршня.

Всасывание:

• всасывающий клапан открывается:
• смесь всасывается поршнем.

Сжатие:

• поршень поднимается;
• сжимается горючая смесь.

Расширение:

• искра поджигает топливо;
• горение увеличивает давление и приводит к появлению энергии, которая толкает поршень, передавая усилие к коленвалу.

Выхлоп:

• выхлопной клапан открывается;
• поршень, поднявшись, выпускает сгоревшие газы, начиная цикл заново.

Рабочий процесс в четырехтактном двигателе

Все операции (всасывание, сжатие, расширение и выхлоп) называются четырехтактным циклом. Каждое время работы двигателя соответствует полуобороту. Четыре полуоборота эквивалентны двум оборотам коленчатого вала.

Системы двигателя

Моторы имеют нескольких систем, выполняющих свои функции.

ГРМ газораспределительный механизм

Состоит из распредвала, толкателей, коромысла, клапанов, привода, штанги и распределительного вала. Необходим для подачи воздуха или смеси, а также выпуска газов.

Газораспределительный механизм

Система смазки

Подает масло для снижения изнашивания деталей и уменьшения трения.

Включает в себя:

• масляный насос;
• фильтр;
• поддон картера двигателя с маслозаборником;
• радиатор;
• каналы и магистрали.

Устройство системы смазки двигателя

Система подачи топлива

Доставляет топливо из бака к рейке. Состав:

• штуцер контроля давления;
• рампа с топливными форсунками;
• топливопроводы;
• электробензонасос;
• регулятор давления топлива.

Строение топливной системы автомобиля

Охлаждающая система

При работе мотора его детали нагреваются. Для поддержания температурного режима служит система охлаждения. Она выполняет и ряд других функций, например, нагрев воздуха в системе вентиляции.

Состоит из следующих узлов:

• датчик температуры;
• соединительные патрубки;
• блок цилиндров;
• рубашки охлаждения;
• радиатор;
• вентилятор;
• расширительный бачок;
• термостат;
• помпа.

Система охлаждения двигателя

В ДВС используется жидкостное (водяное) и воздушное охлаждение.

Выхлопная система

Предназначена для охлаждения цилиндров, выпуска из них газов, снижения токсичности и шума. Состоит из глушителя, каталитического конвертера и выпускного коллектора.

Выхлопная система автомобиля

Для продления срока службы мотора и во избежание непредвиденных поломок необходимо проводить профилактическое техническое обслуживание различных узлов движка с интервалами, указанными производителем в руководстве пользователя.

двигатель внутреннего сгорания | Определение и факты

двигатель внутреннего сгорания

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Нисефор Ньепс Готлиб Даймлер Этьен Ленуар Карл Бенц Оле Эвинруд

Похожие темы:

бензиновый двигатель реактивный двигатель дизельный двигатель система контроля выбросов система зажигания

Посмотреть все материалы по теме →

двигатель внутреннего сгорания , любое из группы устройств, в которых рабочими телами двигателя служат реагенты сгорания (окислитель и топливо) и продукты сгорания.

Такой двигатель получает энергию за счет тепла, выделяющегося при сгорании непрореагировавших рабочих тел, окислительно-топливной смеси. Этот процесс происходит внутри двигателя и является частью термодинамического цикла устройства. Полезная работа, производимая двигателем внутреннего сгорания (ВС), является результатом действия горячих газообразных продуктов сгорания на движущиеся поверхности двигателя, такие как поверхность поршня, лопатка турбины или сопло.

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергетическими устройствами, существующими в настоящее время. Примеры включают бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газотурбинные двигатели и ракетные двигательные установки.

Викторина «Британника»

Изобретатели и изобретения

Наши первые человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение при вращении? Пусть крутятся колеса в вашей голове, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на две группы: двигатели непрерывного сгорания и двигатели периодического сгорания. Двигатель непрерывного сгорания характеризуется постоянным поступлением топлива и окислителя в двигатель. В двигателе (например, реактивном двигателе) поддерживается стабильное пламя. Двигатель прерывистого сгорания характеризуется периодическим воспламенением воздуха и топлива и обычно называется поршневым двигателем. Дискретные объемы воздуха и топлива обрабатываются циклически. Бензиновые поршневые двигатели и дизельные двигатели являются примерами этой второй группы.

Двигатели внутреннего сгорания можно охарактеризовать с точки зрения ряда термодинамических явлений. В двигателе непрерывного сгорания термодинамические явления происходят одновременно, так как окислитель и топливо и продукты сгорания равномерно протекают через двигатель. Напротив, в двигателе с прерывистым сгоранием события происходят последовательно и повторяются для каждого полного цикла.

За исключением ракет (как твердотопливных, так и жидкостных ракетных двигателей), двигатели внутреннего сгорания всасывают воздух, затем либо сжимают воздух и вводят топливо в воздух, либо вводят топливо и сжимают воздушно-топливную смесь. Затем, как и во всех двигателях внутреннего сгорания, происходит сжигание топливно-воздушной смеси, извлечение работы за счет расширения горячих газообразных продуктов сгорания и, в конечном счете, продукты сгорания выбрасываются через выхлопную систему. Их работу можно противопоставить работе двигателей внешнего сгорания (например, паровых машин), в которых рабочее тело не вступает в химическую реакцию, а прирост энергии достигается исключительно за счет передачи тепла рабочему телу через теплообменник.

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный бензиновый двигатель с однородным зарядом и искровым зажиганием. Это связано с его выдающимися характеристиками в качестве основного двигателя в отрасли наземного транспорта. Двигатели с искровым зажиганием также используются в авиационной промышленности; однако авиационные газовые турбины стали основными двигателями в этом секторе из-за того, что авиационная промышленность делает упор на дальность полета, скорость и комфорт пассажиров. Область двигателей внутреннего сгорания также включает в себя такие экзотические устройства, как сверхзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), такие как предложенные для гиперзвуковых самолетов, и сложные ракетные двигатели и двигатели, такие как те, которые используются на американских космических челноках и других космических аппаратах.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Чарльз Лафайет Проктор

Двигатель внутреннего сгорания | Encyclopedia.com

Обзор

Физики называют двигатель внутреннего сгорания «первичным двигателем», имея в виду, что он использует некоторую форму энергии (например, бензин) для перемещения объектов. Первые надежные двигатели внутреннего сгорания были разработаны в середине девятнадцатого века и почти сразу же стали использоваться на транспорте. 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.

Предыстория

В 1698 году Томас Савери (ок. 1650-1715), британский военный инженер, построил «Друг шахтера», устройство, которое использовало давление пара для откачки воды из затопленных шахт. Несколько лет спустя Томас Ньюкомен (1663–1729) расширил конструкцию Савери и создал первый настоящий двигатель. В двигателе Ньюкомена, в отличие от двигателя Христиана Гюйгенса (1629–1695) и Савери, использовался поршень, прикрепленный к самому двигателю. Таким образом, он мог производить постоянную (хотя и не плавную) мощность.

Три условия, существовавшие в девятнадцатом веке, способствовали развитию двигателя внутреннего сгорания. Главным условием был спрос на власть, предъявленный промышленной революцией. Во-вторых, физики начали понимать ключевые концепции, на которых построен двигатель внутреннего сгорания. В-третьих, топливо, необходимое для питания двигателя, становилось все более доступным.

Между 1700 и 1900 годами ученые разработали область термодинамики, которая дала изобретателям инструменты для расчета эффективности и выходной мощности различных типов двигателей. Эти расчеты показали, что внутренняя двигатель внутреннего сгорания был потенциально гораздо более эффективным, чем паровой двигатель (который, напротив, был двигателем внешнего сгорания, что означает, что он воспламеняет топливо вне самого двигателя).

Самое важное событие в ранней истории двигателя внутреннего сгорания произошло в 1859 году бельгийским изобретателем Жаном-Жозефом Этьеном Ленуаром (1822-1900). Двигатель Ленуара был долговечным (некоторые из них отлично работали после 20 лет эксплуатации) и, что более важно, надежным. Ранние версии двигателя были низкого качества и без причины переставали работать. Двигатель Ленуара обеспечивал постоянную мощность и работал плавно. В 1862 году Ленуар изобрел первый в мире автомобиль.

В 1860-х годах Николаус Отто (1832-1891) начал экспериментировать с двухтактными двигателями Ленуара и теоретическими четырехтактными двигателями Альфонса Бо де Роша (1815-1893). Отто был продавцом продуктов; у него не было технического образования или опыта. В 1866 году Отто с помощью немецкого промышленника Ойгена Лангена (1833-1895) разработал успешный, но тяжелый и шумный двигатель Отто и Лангена. Он продолжал экспериментировать с двигателями. В 1876 году он выпустил «Silent Otto», первый в мире четырехтактный двигатель. Помимо того, что Silent Otto был тише, чем предыдущие двигатели, он также был намного более экономичным.

Двигатель Отто стал эталоном своего времени. Фактически, фундаментальная конструкция современных двигателей остается идентичной конструкции Отто. Как и предсказывала термодинамика, двигатель внутреннего сгорания был гораздо более экономичным, чем паровой двигатель. Двигатели внутреннего сгорания, которые были тише, дешевле в эксплуатации и менее громоздки, чем паровые двигатели, начали появляться на промышленных предприятиях по всей Северной Европе.

Чтобы двигатель внутреннего сгорания мог использовать жидкое топливо, он должен сначала преобразовать жидкость в парообразное состояние. Следующей задачей для производителей двигателей было найти способ осуществить это изменение. Между 1880 и 19 гг.00, для выполнения этой задачи были изобретены различные процессы. Между 1885 и 1892 годами были разработаны три метода: карбюратор, испарение с помощью горячей лампы и дизельный двигатель.

В карбюраторе устройство, называемое карбюратором, смешивает воздух с парами жидкого топлива. Затем карбюратор подает смесь в двигатель. Искра или пламя внутри двигателя воспламеняют смесь. Это функция карбюратора в современных автомобилях. Для сравнения, двигатель с горячей колбой распылял бензин на горячую поверхность рядом с цилиндром, а затем втягивал испаряющееся топливо в двигатель в виде пара. С двигателем с горячей колбой можно было использовать менее летучее топливо, такое как керосин. Третий метод — дизельный двигатель сжатия. Вместо использования внешнего источника тепла для воспламенения газа, как в первых двух методах, немецкий инженер Рудольф Дизель (1858-1919 гг.13) изобрел процесс, при котором газ воспламеняется сам. Дизель хорошо разбирался в математике и естественных науках и знал, что при сжатии газа его температура повышается до такой степени, что топливо воспламеняется.

Impact

На рубеже веков двигатели внутреннего сгорания стали неотъемлемой частью жизни на Западе. Промышленные предприятия по всей Европе и Америке широко использовали их, и открылись ворота для крупномасштабного производства автомобилей 1900-х годов.

В области транспорта бензиновый двигатель внутреннего сгорания и его варианты (прежде всего дизельный двигатель) адаптированы для использования в путешествиях морским, наземным и воздушным транспортом. В море большое количество небольших кораблей были и продолжают работать с дизельными двигателями, ускоряя перемещение людей и товаров между любыми местами, связанными водой. Это помогло сделать торговлю более быстрой и менее дорогой. Сочетание морских перевозок с более эффективными наземными перевозками грузов делает эти преимущества еще более значительными. В свою очередь, расширение торговли, как правило, ведет к большему процветанию и более высокому уровню жизни для обеих сторон, не говоря уже о создании новых рабочих мест.

Самолеты также обязаны своим появлением бензиновому двигателю. Многие изобретатели пытались летать с двигателем в конце девятнадцатого века, но только когда стали доступны легкие и мощные бензиновые двигатели, авиация была создана. Фактически, бензиновые двигатели доминировали в авиации в первой половине двадцатого века и даже сегодня играют важную роль в частной, коммерческой и военной авиации.

Также следует учитывать влияние на сельское хозяйство и производство продуктов питания. Тракторы и другое современное сельскохозяйственное оборудование, обычно работающее на дизельных или бензиновых двигателях, играют значительную роль в обеспечении изобилия продовольствия в развитых странах и в некоторых частях развивающихся стран. Использование тракторов для обработки почвы, посадки и сбора урожая, а также для буксировки тяжелых грузов помогло увеличить урожайность. количество земли, которое может обработать один фермер, а также увеличение урожайности с гектара. Это двойное повышение эффективности отдельных фермеров приводит к увеличению количества продовольствия по более низким ценам. В развитом мире это означает не только больше и дешевле еды, доступной для его граждан, но и больше еды, доступной для экспорта во все страны.

Как упоминалось ранее, дизельный двигатель является продуктом двигателя внутреннего сгорания. Дизельные двигатели мощнее, требуют меньше обслуживания и потребляют меньше топлива высокой степени очистки, чем бензиновые двигатели. Эти факторы делают их менее дорогими, и они стали предпочтительным двигателем для железнодорожных перевозок, больших лодок и небольших кораблей, а также грузовиков. Дизельные двигатели также широко используются для производства электроэнергии, особенно в качестве аварийных источников питания для таких объектов, как больницы и атомные электростанции. В обоих случаях дизельные двигатели зарекомендовали себя как надежные и недорогие в обслуживании и эксплуатации.

Последнее воздействие, которое необходимо обсудить, — это воздействие двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду. Все двигатели внутреннего сгорания работают за счет сжигания той или иной формы углеводорода и выпуска выхлопных газов. Эти углеводороды обычно получают из нефти и сгорают с образованием двуокиси углерода, монооксида углерода и воды. Хотя были разработаны водородные двигатели, которые сжигают водород и производят водяной пар в качестве выхлопного газа, на момент написания этой статьи они были редкостью.

С точки зрения топлива, запасы нефти ограничены, и их становится все труднее обнаруживать и извлекать. Процесс добычи неизменно приводит к некоторому воздействию на окружающую среду не только на месте бурения, но и на пути транспортировки. Поскольку большая часть нефти добывается в регионах, удаленных от нефтеперерабатывающих заводов и промышленных стран, большая ее часть транспортируется океанскими танкерами, которые иногда вызывают разливы с потенциально серьезными последствиями.

При сгорании в двигателях углеводородное топливо выделяет много газов, большая часть которых способствует загрязнению воздуха. До запрета в Соединенных Штатах многие виды топлива также содержали соединения свинца, которые приводили к случаям отравления свинцом. Однако даже без свинца двуокись углерода, первичный выхлопной газ сгорания, по-видимому, производится в достаточно больших количествах, поэтому было отмечено глобальное повышение уровня в атмосфере. Поскольку известно, что углекислый газ помогает улавливать солнечное тепло, существует множество предположений о том, что широкое использование двигателей внутреннего сгорания вызывает повышение температуры во всем мире с потенциально катастрофическими последствиями. Однако следует подчеркнуть, что данные, которые были интерпретированы, чтобы показать глобальное потепление, могут быть прочитаны по-разному, и не все ученые верят, что глобальное потепление действительно происходит.