Как работает двигатель внутреннего сгорания [простым языком]
Что такое цилиндры, турбонаддув, как расшифровывать характеристики двигателя без технической документации
Двигатель внутреннего сгорания работает за счет сжигания бензина и дизельного топлива. Независимо от вида топлива, на котором работает движок, принципы его работы, термины и названия запчастей одинаковы.
Как работает?
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания похож на принцип работы насоса: на одном конце в него втягивается воздух и воспламеняется (внутреннее сгорание), затем, через выхлопную трубу вытесняются отработанные (выхлопные) газы. Движок преобразует энергию сгорания в механическую энергию для движения машины. Детальная работа «сердца машины» разобрана здесь, а в этой статье обсудим из чего состоит мотор машины и как устроен.
Для описания размера и мощности мотора автомобиля пользуются устоявшимися терминами и маркерами. Правда, не разобравшись в каждом, не сообразишь, что они означают. Если не до конца понимаете, что собой представляет 1,8-литровый, 4-цилиндровый, V-образный двигатель на 20 клапанов и с турбонаддувом эта статья для вас.
Что означает «1,8-литровый»?
Значение «1,8-литровый», «2-х литровый», «3-х литровый» указывает на объем движка. Объем двигателя влияет на объем воздуха, который тот может переработать в течение одного цикла. Эта величина обычно отображается в литрах или в кубических сантиметрах, в зависимости от производителя, но измерение в сантиметрах встречается крайне редко.
Чем больший объем мотора, тем больше он производит энергии. Больше энергии — больше расход топлива. Правда, инженеры автоконцернов пытаются сломать этот стереотип. О том, как им это удается, читайте в статье журнала Zap-Online.ru: «Топ 10 улучшений в конструкции мотора автомобиля».
Характеристика «4-цилиндровый» означает количество цилиндров в движке
Цилиндром называют камеру двигателя цилиндрической формы, в которой смешиваются и сгорают воздух, и топливо. Каждая такая камера считается одним цилиндром. Чем больше цилиндров, тем больше мощность автомобиля и расход топлива. Для экономии топлива, некоторые современные 8-цилиндровые движки разработаны так, чтобы цилиндры оставались закрытыми, когда их работа не принципиально важна. Эта технология применена в последних моделях Mercedes. На светофоре движок будет работать на холостом ходу, отключив 6 цилиндров и оставив в работе 2, чтобы машина не заглохла. Движок будет смешивать топливо и воздух в двух цилиндрах вместо восьми, перекрыв подачу бензина или солярки в ненужные.
Также будет и на загородной трассе, где водитель, включив круиз-контроль, двигается с одной скоростью до 90 км/ч.
V-образный или рядный двигатель означает угол расположения цилиндров друг к другу — это называется конфигурация мотора
У автомобильных моторов бывают разные конфигурации: разные расположения цилиндров по отношению друг к другу. Размещение цилиндров в один ряд создает «линию» двигателя: 4-рядный– 4 цилиндра в линию, или 6-рядный — 6 цилиндров и т. д. —это общая и простая конфигурация классической силовой установки внутреннего сгорания.
Когда цилиндры расположены противоположно друг другу в угловых блоках, они имеют вид латинской буквы «V». Цифра, следующая за этим символом, опять-таки, обозначает количество цилиндров в одном ряду, например: V-4, V-6, V-8 и т.д.
Три блока цилиндров располагают в форме латинской буквы «W». По количеству цилиндров в одном ряду различают движки W-8, W-12 или W-16. От конфигурации цилиндров зависит физический размер движка и то, как ровно он работает. V – образная форма облегчает ход цилиндров, т.к. сила тяжести распределяется под наклоном, а не вертикально, как на обычных автомобильных моторах. Все эти разработки стали результатом тщательнейших испытаний, которые привели к совершенствованию внутреннего КПД (коэффициента полезного действия) мотора и к его экономичности.
Клапаны
Воздух входит в цилиндры и выходит из них через клапаны, работающие по принципу работы клапанов сердца. Раньше цилиндры имели только два клапана: один для воздуха, который поступает в цилиндр, второй — для выхода отработанных газов. Современные двигатели имеют по три, четыре и даже пять клапанов в каждом цилиндре, что более эффективно перемещает воздух по двигателю, увеличивает мощность автомобиля и сокращает расход топлива. Обычно автопроизводители сообщают общее число клапанов в движке. Разделите это число на количество цилиндров и узнаете, сколько клапанов в каждом из них.
Наддув и турбонаддув
Нагнетание воздуха в двигатель под давлением называется «принудительная индукция». Нагнетанием воздуха можно резко увеличить мощность автомобиля. Наддув работает на ременном приводе от мотора автомобиля и разработан, чтобы немедленно давать дополнительную мощность, когда отработанный газ выходит из движка. Турбонаддув приводится в действие выхлопными газами и требует меньших затрат мощности самого двигателя, что делает его более экономным, чем просто наддув. При этом у турбонаддува реакция на дроссель гораздо медленнее. Еще есть электрический турбонаддув, о нем подробно писали здесь, различия с классическим незначительные. Хотя при увеличении скорости наддувом и турбонаддувом сжигается больше топлива — они позволяют маленьким экономным моторам показывать те же результаты, что и их более большие собратья.
Остались вопросы по терминологии принципам работы мотора автомобиля? Задавайте их в комментариях, будем рады ответить.
Как устроен двигатель автомобиля
Двигатель — это сердце вашей машины. Это сложный механизм, предназначенный для переработки тепловой энергии, получаемой при сжигании бензина, в механическую энергию, которая вращает ходовые колеса.
Эта цель достигается с помощью нескольких последовательных событий, начиная с искры, воспламеняющей смесь паров бензина и сжатого воздуха, которая находится в герметизированном цилиндре и очень быстро сгорает. Именно поэтому такие механизмы называют двигателями внутреннего сгорания. При сгорании смесь расширяется, создавая энергию, необходимую для движения автомобиля.
Чтобы выдержать подобную нагрузку, двигатель должен быть очень прочным. Он состоит из двух основных частей: нижняя, более тяжелая — это блок цилиндров, объединяющий движущиеся части механизма; верхняя, съемная крышка называется головкой блока цилиндров.
Устройство двигателя
Распределительный вал
На распределительном вале есть грушевидные кулачки, которые воздействуют на клапаны. Как правило, у каждого цилиндра есть два клапана – впускной и выпускной.
Поршень
Поршень оснащен стальными кольцами, которые заполняют пространство между самим поршнем и стенками цилиндра.
Маховик
Маховик – это тяжелый диск, прикрепленный к концу распределительного вала. Оно передает энергию от двигателя, равномерно распределяет ее между поршнями и сглаживает их импульсы.
Соединительная тяга
При нажатии на педаль соединительная тяга преобразует вертикальное возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение.
Коленчатый вал
Коленчатый вал передает энергию от колес к коробке передач.
Колодец картераВ колодце содержится смазочное масло, предназначенное для подвижных частей двигателя. Масло проходит через фильтр и поднимается по трубке в насос.
Ремень привода распределительного вала
Зубчатый ремень (ремень ГРМ) управляет распределительным валом посредством звездочки, прикрепленной к одному из его концов. Скорость вращения двигателя превышает скорость вращения распределительного вала в два раза.
Головка блока цилиндров состоит из нескольких каналов с клапанами, сквозь которые в цилиндры проникает смесь воздуха и топлива и выходит газ, образующийся при сгорании.
В блоке цилиндров находится коленчатый вал, который преобразует возвратно-поступательные движения поршней во вращающий момент. Кроме того, в блоке зачастую находится распределительный вал, управляющий механизмами, которые открывают и закрывают клапаны в головке блока цилиндров. В некоторых случаях распределительный вал встроен в головку или располагается над ней.
Различные конструкции двигателей:
Однорядный двигатель
V-образный 8-цилиндровый двигатель
Оппозитный двигатель
Самой простой и распространенный тип двигателей состоит из четырех вертикальных цилиндров, которые расположены в ряд. Он также известен как однорядный двигатель. В двигателях объемом более 2000 кубических сантиметров, как правило, содержится шесть цилиндров.
В некоторых автомобилях используются более компактные V-образные двигатели с 6, 8 или 12 цилиндрами. Эти двигатели располагаются друг напротив друга под углом (до 90 градусов).
В некоторых двигателях цилиндры располагаются горизонтально. Они представляют собой расширенную версию V-образного двигателя, т.е. угол между цилиндрами составляет 180 градусов. Основным преимуществом оппозитного двигателя является его малая высота и повышенная устойчивость.
В блок также вмонтированы цилиндры, в которых двигаются поршни, и опоры для дополнительных деталей — например, топливного насоса и фильтров масла для смазки механизма. Бак для масла (маслосборник) находится под картером.
Блок цилиндров и головка блока, как правило, изготавливаются из литейного чугуна. В некоторых случаях для изготовления головки используется алюминий, т.к. он весит меньше и быстрее рассеивает тепло.
Двигатель — обучение энергетике
Обучение энергетикеМеню навигации
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
ИНДЕКС
Поиск
Рис. 1. Один тип поршневого двигателя внутреннего сгорания. [1]
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.
Двигатели внутреннего сгорания
- главная страница
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
- главная страница
Этот тип двигателя отличается от теплового двигателя внутреннего сгорания тем, что источник тепла, который они используют, отделен от рабочей жидкости. 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
- ↑ Зефирис (Ричард Уилер). (2 ноября 2015 г.). 4StrokeEngine Ortho 3D Small.gif [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
- ↑ Гиперфизика. (2 ноября 2015 г.). Тепловые двигатели [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu. edu/hbase/thermo/heaeng.html
- ↑ 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., с.2, стр.530
- ↑ Информация, пожалуйста. (2 ноября 2015 г.). Поршневой двигатель [Онлайн]. Доступно: http://www.infoplease.com/encyclopedia/science/internal-combustion-engine-reciprocating-engines.html
- ↑ Как это работает. (2 ноября 2015 г.). Как работают роторные двигатели [Онлайн]. Доступно: http://auto.howstuffworks.com/rotary-engine1.htm
- ↑ HowStuffWorks. (2 ноября 2015 г.). Дизельный двигатель [Онлайн]. Доступно: http://auto.howstuffworks.com/engine2.htm
Что такое рабочий объем двигателя? | Drive
Литры, кубические сантиметры и — мой любимый — кубические дюймы — все эти термины вы услышите, когда люди будут говорить о двигателях. Хотя все эти термины основаны на разных шагах измерения, все они используются для описания одной вещи: рабочего объема двигателя.
Объем двигателя имеет большое значение в автомобильной и спортивной промышленности. Это не только дает нам представление о том, на какую мощность способен двигатель, но и лучше всего повышает самооценку. Давайте посмотрим правде в глаза. Больше всегда лучше, верно? Может быть. Возможно, нет. Это зависит. Глупые турбокомпрессоры.
The Drive и его партнеры могут получать комиссию, если вы покупаете продукт по одной из наших ссылок. Подробнее. , Hank O’HopДело в том, что рабочий объем двигателя — это просто измерение, которое в конечном счете мало что может сказать об истинной производительности. Понимание того, как это работает и почему это все еще важно, — это другое дело. На корпусе модели Drive есть поклонники двигателей, которые помогут вам понять, как работает рабочий объем двигателя и как он влияет на производительность.
Что такое рабочий объем двигателя?
Двигатель по сути представляет собой воздушный насос. Конструкция основана на способности вытеснять определенное количество воздуха, чтобы соединить его с топливом, зажечь и произвести энергию, но, тем не менее, это движущийся воздух. Такие термины, как 250 кубических сантиметров (кубических сантиметров), 5,7 литра или 426 кубических дюймов, описывают, сколько воздуха способен вытеснить двигатель. Это просто разные способы описания одного и того же: смещения.
Если вы знакомы с циклами двигателя, то знаете, что двигатели вытесняют воздух с помощью поршня, приводимого в движение коленчатым валом. Он всасывает воздух на такте впуска и выталкивает его на такте выпуска. Площадь поршней, расстояние, которое они перемещают в цилиндре, и количество цилиндров — все это говорит нам о том, сколько воздуха способен вытеснить двигатель.
Готовы к математике? Я знаю, знаю, извините, но чтобы найти рабочий объем любого двигателя, вы можете использовать следующую формулу:
π x (радиус)2 x ход x количество цилиндров
Возьмем Chevrolet 350 V- 8, например. Этот двигатель имеет в общей сложности восемь цилиндров, каждый с диаметром цилиндра 4 дюйма и ходом поршня 3,48 дюйма. Итак, когда мы подставляем это в нашу формулу смещения, она должна выглядеть так:
π x (2)2 x 3,48 x 8 = 349,85.
Эти 349,85 округляются, чтобы получить рабочий объем 350 кубических дюймов, который можно преобразовать в 5,7 литра или 5700 куб.см.
Номер 383, выбитый на блоке Chrysler, говорит нам о том, что это двигатель объемом 383 кубических дюйма. Этот двигатель не следует путать с Chevy 383, о котором мы поговорим позже. , Хэнк О’ХопДействительно ли нет замены перемещению?
Увеличение объема двигателя — отличный способ повысить потенциал мощности. Если двигатель может перемещать больше воздуха, он может сжигать больше топлива и производить больше энергии. Как бы прекрасно это ни звучало, полагаться исключительно на размер двигателя можно свести на нет ваши усилия. Оглядываясь на историю, мы можем видеть, насколько это верно.
Возьмем, к примеру, Fiat S76. Этот автомобиль, получивший название «Туринское чудовище», оснащен колоссальным 28,4-литровым двигателем, который потряс мир, когда он впервые появился на сцене в 1910 году. Хотя я испытываю только уважение к тому следу, который он оставил в истории, нет никаких сомнений в том, что около 300 мощность, которую он производил, не что иное, как разочарование по сегодняшним меркам. Черт возьми, Kia Stinger 2021 года может развивать мощность 300 лошадиных сил с 2,5-литровым двигателем.
Чтобы проиллюстрировать это, мы взглянем на любимца Америки, Chevy 350 V-8. В 1970, в разгар войн за лошадиные силы этот двигатель выкачивал 300 лошадиных сил. Перенесемся в середину 1980-х, когда главным приоритетом были нормы выбросов и стандарты топливной экономичности, это поколение Chevy 350 требовало от людей тяжелой работы только для того, чтобы выдать жалкие 175 лошадиных сил.
Как такое могло случиться? Что ж, не для того, чтобы сбить с толку инженеров, пытающихся спасти планету, но распредвалы и головки блока цилиндров, которые они использовали, перекрыли силовой потенциал некогда могучих платформ. Коэффициенты сжатия также обычно были ниже, что является еще одним серьезным нарушением дефицита мощности.
В конечном счете, нужно учитывать не только количество воздуха, которое потенциально может пройти через двигатель. То, что двигатель может перемещать тонну воздуха, не означает, что так оно и будет. Это также не означает, что достигается эффективное горение, чтобы протолкнуть поршни через отверстия с какой-либо силой позади них. Надлежащий распределительный вал, конструкция головки блока цилиндров и степень сжатия — это всего лишь несколько моментов, которые необходимы двигателю для достижения максимального рабочего объема.
Как увеличить рабочий объем двигателя?
Несмотря на то, что существует длинный список ошибок, связанных с большим рабочим объемом, нельзя отрицать, что возможность перемещать больше воздуха и топлива означает, что вы можете получить больше мощности. Вот почему многие люди делают модификации, которые эффективно увеличивают рабочий объем двигателя.
Расточение цилиндров и увеличение хода двигателя — два основных метода достижения большего рабочего объема. Растачивание двигателя предполагает использование специального оборудования для расширения отверстий. Хотя это увеличивает размер отверстий, это оказывает минимальное влияние на рабочий объем в целом. Например, вы можете расточить цилиндры Chevy на 350 0,030 дюйма, что увеличивает размер отверстия до 4,030 и общий рабочий объем двигателя 355 кубических дюймов. Эти пять дополнительных кубических дюймов — это больше пространства для работы, но это не окажет существенного влияния на выходную мощность.
Увеличение хода, с другой стороны, имеет более глубокий эффект. Скажем, вы берете тот же Chevy 350, но переходите на более длинный ход поршня, 3,75 дюйма, вместо того, чтобы расширять отверстие. Эта комбинация дает вам общий рабочий объем 377 кубических дюймов. И если вы соедините оба мода вместе, вы получите 383 кубических дюйма, о которых все бредили с незапамятных времен. ( Ред. Примечание: они великолепны, и вам следует построить один или покататься на нем, если это возможно. )
Многие двигатели могут быть соединены со строкерными комплектами, но это немного больше, чем просто добавление больших поршней и коленчатый вал. То, как увеличение хода влияет на положение поршня, достаточно ли зазора для более крупных деталей, и может ли приложение даже принять их, — это все, о чем также следует беспокоиться. Короче говоря, много домашней работы уходит на увеличение объема двигателя без готовых комплектов.
Моя забытая коллекция головок цилиндров. Все от разных двигателей разных эпох. Важно знать, какие из них стоит оставить, чтобы не попасть в такой беспорядок. , Хэнк О’ХопЧто еще я могу сделать, чтобы увеличить мощность?
Мы упоминали, что улучшенные головки и распредвал, а также повышение степени сжатия — это некоторые способы повышения мощности двигателя. Это верно по большей части. Однако это не означает, что они являются правильными модификациями для вашей цели и приложения, с которым вам приходится работать.
Наличие цели абсолютно необходимо. Когда вы ставите перед собой цель, вы ставите себя в тупик, чтобы погрузиться в нее и выяснить, что мешает ей достичь той силы, которой вы хотите. Это может привести к тому, что вы замените кулачки, поработаете с головкой блока цилиндров и столкнетесь с паршивой степенью сжатия, но в конечном итоге это зависит от вашей ситуации.
А что насчет сумматоров мощности? Мы, конечно, не можем не учитывать нагнетатели и турбокомпрессоры. Любая из этих модификаций обеспечивает работу двигателя с максимальной объемной эффективностью. Другими словами, они следят за тем, чтобы двигатель объемом 350 кубических дюймов вытеснял 350 кубических дюймов воздуха или более, не принимая во внимание факторы окружающей среды, которые мешают этому. Хотите верьте, хотите нет, но просто убедиться, что двигатель работает на 100 процентов VE, будет иметь большое значение, поэтому многие предпочитают наддув.
Условия перемещения, которые вы должны знать
Образование — это всегда хорошо. Вот несколько терминов, которые вы должны знать о рабочем объеме двигателя.
Диаметр цилиндраДиаметр цилиндра двигателя. При расчете рабочего объема двигателя важно отметить, что вы ищете площадь отверстия, а не только диаметр.
Ход поршняХод поршня относится к расстоянию, которое проходит поршень в цилиндре, и его не следует путать с ходом, используемым для описания фазы цикла двигателя. Если ход двигателя составляет 3,48 дюйма, это означает, что поршень перемещается вниз или вверх в общей сложности на 3,48 дюйма на каждой фазе.
ПоршеньЦилиндрический компонент, перемещающийся вверх и вниз в цилиндре двигателя. Как бы просто это ни казалось, поршень отвечает за несколько функций. В случае двигателя внутреннего сгорания поршень создает вакуум для всасывания воздуха, сжимает смесь, передает энергию, возникающую при воспламенении, на коленчатый вал и выдавливает выхлопные газы.
Коленчатый валВал со смещенными шейками, которые используются для помощи поршню в его циклах. Шейки коленчатого вала смещены от его центральной линии для создания возвратно-поступательного движения поршня в отверстии.
Соединительный ШтокМеханическая связь между коленчатым валом и поршнями.
Часто задаваемые вопросы о рабочем объеме двигателя
У вас есть вопросы. У Диска есть ответы.
В: Как объем двигателя влияет на производительность?
A: Объем двигателя означает, что двигатель может перемещать больше воздуха и топлива, что дает ему потенциал для увеличения мощности. Увеличит ли он мощность или нет, зависит от комбинации внутренних деталей и размера двигателя.
В: Что лучше, короткий или длинный ход?
A: Это зависит от того, чего вы пытаетесь достичь. Более длинный ход обычно создает пиковый крутящий момент намного раньше, в то время как двигатели с более коротким ходом могут набирать обороты выше и быстрее. Кроме того, поскольку более длинный ход приводит к большему смещению, вы можете подумать, что это дает большую мощность. Тем не менее, более короткий ход может быть гораздо более выгодным в сочетании с большими поршнями и лучшими клапанами при погоне за пиковой мощностью.
В: Как рассчитывается степень сжатия?
A: Степень сжатия относится к объему камеры сгорания с поршнем в верхней мертвой точке по отношению к поршню в нижней мертвой точке. В отличие от смещения, вычисление степени сжатия может быть сложной задачей. Конечно, необходимо учитывать тарелку или купол поршня, объем камеры сгорания и объем камеры. Вы также не можете исключить высоту блока цилиндров, длину штока, положение верхнего кольца, зазор между поршнем и блоком или даже размеры прокладки головки.
В: Как узнать размер отверстия?
A: Быстрый поиск в Интернете должен дать вам примерное представление. Но вы также должны посмотреть на номера литья блока на наличие признаков чрезмерного отверстия, что часто встречается на старых двигателях. Чтобы быть абсолютно уверенным, лучше всего разобрать двигатель и провести измерение с помощью телескопического нутромера.
В: Какой рабочий объем чаще всего используется в автомобилях?
A: В наши дни средний рабочий объем автомобильных двигателей составляет 2,0 литра. Звучит мало, но не обманывайтесь. Современные двигатели максимизируют эффективность и производят больше мощности, чем большинство вчерашних заводских V-8.
Видео
Вы почти у цели. Даже если вы, возможно, боролись за то, чтобы держать эти глаза открытыми, вы, вероятно, лучше представляете, как работает рабочий объем двигателя.