Меню Закрыть

Как устроен двигатель: Как устроен двигатель

Содержание

Как устроен двигатель автомобиля? Особенности деталей поршневой группы, принцип работы и строение

 
Сегодня мы узнаем, как устроен бензиновый и дизельный двигатель внутреннего сгорания автомобиля, какими особенностями обладает мотор, из каких ключевых деталей поршневой группы состоит, а также, как работает современный силовой агрегат.
{banner_adsensetext}
В устройстве двигателя автомобиля ключевым элементом является поршень. Он представляет собой стальной пустотелый стакан. Сферическое дно, которое называется головкой, расположенное вверху, а «юбка» — это та направляющая часть, которая имеет насечки для закрепления поршневых колец. К миру моды данная юбка не имеет никакого отношения, поэтому не нужно спрашивать, от какого она дизайнера. В свою очередь, поршневые кольца нужны для того, чтобы обеспечивать герметичность, иначе топливная смесь бы опускалась под поршень. Чем герметичнее надпоршневое пространство, тем лучше контролируется движение топливной или топливно-воздушной смеси.


Вы наверняка уже знаете, что именно газы сгорания, сильно толкая поршень, приводят в движение целую цепь механических реакций. Поэтому продолжим дальше. В

юбке поршня имеется палец с закрепленной верхней частью шатуна. Шатун в устройстве двигателя автомобиля передает усилие на коленчатый вал от поршня и перемещает поршень во время подготовительного такта. Шатун вращает коленчатый вал, а тот, в свою очередь, передает крутящий момент на трансмиссию.

Вращение ведущих колес достигается за счет передачи крутящего момента с трансмиссии через систему шестерен. Сам шатун состоит из верхней и нижней головок и соединяющего их стержня. Верхняя совершает возвратно-поступательное движение вместе с поршнем, а нижняя совершает круговое движение с шатунной шейкой коленвала.

Кстати, постоянной проблемой производителей является следующее: как сделать прочный и легкий шатун. Если он будет легким, тогда будет не таким прочным, как нужно. А использование легких и прочных материалов приведет к
увеличению 
стоимости мотора.

{banner_reczagyand}
Изучая устройство двигателя внутреннего сгорания, нельзя обойти без внимания коленчатый вал. Не углубляясь в технические нюансы, о нем следует знать следующее:
— Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршня в круговое.

Радиус кривошипа — это один из основных показателей качества мотора. Регулируя этот радиус, можно увеличить скорость вращения и максимальную мощность мотора, или же придать больший крутящий момент на низких оборотах, увеличив при этом экономичность.

— Шатунные, и коренные шейки вращаются в подшипниках скольжения, и лишь немногочисленные модели коленвалов вращаются в подшипниках качения.

— На конце коленчатого вала устанавливается маховик
, который имеет зубчатый венец. Он нужен для непосредственного участия в запуске двигателя от стартера.

Почему коленчатый валпоршни в цилиндрах и маховик ключевые компоненты двигателя?
А теперь представьте себе: топливно-воздушная смесь, или воздух, если речь идет о дизельных двигателях, скапливается в цилиндрах двигателя и постоянно уменьшает эффективность работы двигателя. Поэтому устройство двигателя автомобиля предполагает наличие газораспределительного механизма (ГРМ — цепной или ременной). Это как раз тот случай, о котором говорят: «Если бы этого не было, тогда это стоило бы придумать». Данный механизм необходим для своевременного и максимально полного удаления из цилиндров двигателя отработанных газов. К тому же газораспределительный механизм нужен еще и для того, чтобы цилиндры 
хорошо заполнялись воздухом или смесью.

В принципе, на заполняемость цилиндров оказывают влияние и воздуховоды, и воздушный фильтр, впускной коллектор и так далее. Но ключевую роль играют впускные клапаны. И если вам не дают покоя подвиги вальяжных парней из «Форсажа», то пользуйтесь турбонаддувом или механическим нагнетателем. Так как расчет значения фактического коэффициента наполнения цилиндра для многих может показаться слишком сложным, то лучше будет сказать, что литровая мощность зависит от того, сколько топливно-воздушной смеси попадет за раз в цилиндр. Еще проще говоря, тюнинг газораспределительного механизма и впускного тракта — это очень здорово.

Чтобы ваши знания о том, каково устройство двигателя внутреннего сгорания, были более полными, мы должны обязательно упомянуть о воздушном фильтре
. Необходимый в конструкции двигателя, он прост в эксплуатации. Но это не значит, что стоит им пренебрегать. Ведь если горючая смесь должна содержать по массе почти в двадцать раз больше воздуха, то получающаяся в результате движения твердая взвесь будет ухудшать технические характеристики двигателя, действуя на него подобно абразиву. А чтобы этого не случилось, необходимо устройство для очистки воздуха. На данный момент различают шесть групп воздухоочистителей.

Видео: «Как работает современный 4-ех тактный двигатель внутреннего сгорания?«
В заключении добавим, что по причине экологической чистоты и более удобной эксплуатации, все чаще в устройстве двигателя внутреннего сгорания появляются специальные воздухоочистители со сменными сухими элементами. Таким образом, нужно запомнить, что при своевременной замене фильтров (масляного и воздушного), мы облегчаем жизнь не только силовому агрегате, но спасаем экологию от вредных выбросов.
БЛАГОДАРИМ ВАС ЗА ВНИМАНИЕ. ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ НА НАШИ НОВОСТИ. ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ.

Устройство и принцип работы электродвигателя переменного тока

Электродвигатель – это электротехническое  устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Сегодня повсеместно применяются электромоторы в промышленности для привода различных станков и механизмов. В домашнем хозяйстве они установлены в стиральной машине, холодильнике, соковыжималке, кухонном комбайне, вентиляторах, электробритвах и т. п. Электродвигатели приводят в движение, подключенные к ней устройства и механизмы.

В этой статье Я расскажу о самых распространенных видах и принципах работы электрических двигателей переменного тока, широко используемых в гараже, в домашнем хозяйстве или мастерской.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

Если в однородном магнитном поле расположить в вертикальном положении  рамку и пропустить по ней ток, тогда вокруг проводника возникнет электромагнитное поле, которое будет взаимодействовать с полюсами магнитов. От одного рамка будет отталкиваться, а к другому притягиваться. В результате рамка повернется в горизонтальное положения, в котором будет нулевым воздействие магнитного поля на проводник. Для того что бы вращение продолжилось необходимо добавить еще одну рамку под углом или изменить направление тока в рамке в подходящий момент.  На рисунке это делается при помощи двух полуколец, к которым примыкают контактные пластины от батарейки. В результате после совершения полуоборота меняется полярность и вращение продолжается.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания  магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Виды электродвигателей

Сегодня существуют довольно много электродвигателей разных конструкций и типов. Их можно разделить

по типу электропитания:

  1. Переменного тока, работающие напрямую от электросети.
  2. Постоянного тока, которые работают от батареек, АКБ, блоков питания или других источников постоянного тока.

По принципу работы:

  1. Синхронные, в которых есть обмотки на роторе и щеточный механизм для подачи на них электрического тока.
  2. Асинхронные, самый простой и распространенный вид мотора. В них нет щеток и обмоток на роторе.

Синхронный мотор вращается синхронно с магнитным полем, которое его вращает, а у асинхронного ротор вращается медленнее вращающегося магнитного поля в статоре .

Принцип работы и устройство асинхронного электродвигателя

В корпусе асинхронного

двигателя укладываются обмотки статора (для 380 Вольт их будет 3), которые создают вращающееся магнитное поле. Концы их для подключения выводятся на специальную клеммную колодку. Охлаждаются обмотки, благодаря вентилятору, установленному на вале в торце электродвигателя.

Ротор, являющиеся одним целым с валом, изготавливается из металлических стержней, которые замыкаются  между собой с обоих сторон, поэтому он и называется короткозамкнутым.
Благодаря такой конструкции отпадает необходимость в частом периодическом обслуживании и замене токоподающих щеток, многократно увеличивается надежность, долговечность и безотказность.

Как правило, основной причиной поломки асинхронного мотора является износ подшипников, в которых вращается вал.

Принцип работы. Для того что бы работал асинхронный двигатель необходимо, что бы ротор вращался медленнее электромагнитного поля статора, в результате чего наводится ЭДС (возникает электроток) в роторе. Здесь важное условие, если бы ротор вращался с такой же скоростью как и магнитное поле, то в нем по закону электромагнитной индукции не наводилось бы ЭДС и, следовательно не было бы вращения. Но в реальности, из-за трения подшипников или нагрузки на вал, ротор всегда будет вращаться медленнее.

Магнитные полюса постоянно вращаются в обмотках мотора, и постоянно меняется направление тока в роторе. В один момент времени, например направление токов в обмотках статора и ротора изображено схематично в виде крестиков (ток течет от нас) и точек (ток на нас). Вращающееся магнитное поле изображено изображено пунктиром.

Например, как работает циркулярная пила. Наибольшие обороты у нее без нагрузки. Но как только мы начинаем резать доску, скорость вращения уменьшается и одновременно с этим ротор начинает медленнее вращаться относительно электромагнитного поля и в нем по законам электротехники начинает наводится еще большей величины ЭДС. Вырастает потребляемый ток мотором и он начинает работать на полной мощности. Если же нагрузка на вал будет столь велика, что его застопорит, то может возникнуть повреждение короткозамкнутого ротора из-за максимальной величины наводимой в нем ЭДС. Вот почему важно подбирать двигатель, подходящей мощности. Если же взять большей, то неоправданными будут энергозатраты.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Весомым недостатком асинхронных двигателей является то, что они подаются регулировке скорости вращения вала только при помощи изменения частоты электрического тока. А так не возможно добиться  постоянной частоты вращения вала.

Принцип работы и устройство синхронного электродвигателя переменного тока

Данный вид электродвигателя используется в быту там, где необходима постоянная скорость вращения, возможность ее регулировки, а так же если необходима скорость вращения более 3000 оборотов в минуту (это максимум для асинхронных).

Синхронные моторы устанавливаются в электроинструменте, пылесосе, стиральной машине и т. д.

В корпусе синхронного двигателя переменного тока расположены обмотки (3 на рисунке), которые также намотаны и на ротор или якорь (1). Их выводы припаяны к секторам токосъемного кольца или коллектора (5), на которые при помощи графитовых щеток (4) подается напряжение. При чем выводы расположены так, что щетки всегда подают напряжение только на одну пару.

Наиболее частыми поломками коллекторных двигателей является:

  1. Износ щеток или их плохой их контакт из-за ослабления прижимной пружины.
  2. Загрязнение коллектора. Чистите либо спиртом или нулевой наждачной бумагой.
  3. Износ подшипников.

Принцип работы. Вращающий момент в электромоторе создается в результате взаимодействия между током тока якоря и магнитным потоком в обмотке возбуждения. С изменением направления переменного тока будет меняться и направление магнитного потока одновременно в корпусе и якоре, благодаря чему вращение всегда будет в одну сторону.

Регулировка скорости вращения меняется методом изменения величины подаваемого напряжения. В дрелях и пылесосах для этого используется реостат или переменное сопротивление.

Изменение направления вращения происходит также как и у двигателей постоянного тока, о которых Я расскажу в следующей статье.

Самое главное о синхронных двигателях Я постарался изложить, более подробно Вы можете прочитать на них на Википедии.

Режимы работы электродвигателя в следующей статье.

Как работает роторный двигатель

Что такое роторный двигатель? Как при малом объеме он развивает высокую мощность? Почему роторные двигатели так редко встречаются? Сейчас во всем разберемся!

Двигатель роторного типа или ванкель, был разработан еще в 1957 году Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Первое время двигатель активно использовался на различных автомобилях, а затем даже на мотоциклах, но со временем стал появляться все реже.

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель — это 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. Однако, его строение очень сильно отличается от привычного нам поршневого движка. В виду отсутствия множества элементов, роторный двигатель конструктивно проще поршневого.

Hercules W-2000. Объем 294 см3. Мощность до 32 л.с.

В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и благодаря вращению ротора происходит заполнение камеры «впуска». Такт работы двигателя проходит в отдельном «цилиндре». Чтобы разобраться как устроен двигатель, нужно рассмотреть его принцип работы.

Принцип работы.

1 такт — подача топлива.

В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и, благодаря вращению ротора, происходит заполнение камеры «впуска».

2 такт — сжатие.

Благодаря форме ротора и «цилиндра», рабочая смесь попадает в камеру «сжатия», где она прижимается ротором к стенке «цилиндра».

3 такт — рабочий (воспламенение).

Когда рабочая смесь находится в максимально сжатом состоянии происходит воспламенение (обычно посредствам 2-х свечей). Высвобождающаяся энергия от воспламенения вращает ротор на 1-й такт.

4 такт — выпуск.

После воспламенения отработанная смесь высвобождается через выпускное отверстие.

Как при малом объеме достигается высокая мощность?

Высокая мощность двигателей роторного типа обусловлена тем, что на выходе каждый такт идет как рабочий. Так как ротор заменяет собой минимум 4 поршня, используя малый объем и возможность развивать высокие обороты, двигатели роторного типа имеют преимущество примерно в 2-3 раза над поршневыми ДВС.

К тому же у роторного двигателя есть еще несколько плюсов:

  • двигатель отлично сбалансирован, как следствие практически нет вибрации;
  • компактность и малый вес, как следствие возможность добиться оптимального расположения и разрисовки по осям;
  • простота конструкции.

Почему роторные двигатели настолько редкие?

Причин здесь несколько:

Сложность конструкции. Производство двигателя роторного типа требует больших затрат. Это обусловлено необходимостью использовать специальное высокоточное оборудование и качественные износостойкие материалы.

Маленький ресурс и неремонтопригодность. Для качественной работы двигателя необходима точная подгонка всех элементов, а так как в процессе использования двигателя происходит износ комплектующих (особенно ротора и корпуса-цилиндра), то не только снижается КПД, но и в разы повышается расход масла.

Локальный перегрев. Роторный двигатель очень боится перегрева. Причиной этому служит малое пятно контакта цилиндра и ротора, которое и является причиной частого перегрева этих моторов.

А на сегодня все!


Как это работает. Ракетный двигатель

Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

Полеты в космос, одно из самых вдохновляющих достижений человечества, невозможны без ракетного двигателя. С одной стороны, принцип его работы максимально прост, а с другой – всего несколько стран могут похвастаться ракетными двигателями собственного производства.

С момента старта Гагарина и по сей день все российские космонавты поднимаются с поверхности Земли двигателями РД-107/108. Серийное производство этих исключительно надежных двигателей продолжается на самарском предприятии Ростеха «ОДК-Кузнецов». Рассказываем о том, как устроен и работает космический двигатель-долгожитель РД-107/108.
 

Космически просто

И правда, объяснить принцип действия реактивных двигателей, к которым относятся и ракетные двигатели, можно даже ребенку. Для этого достаточно отпустить надутый воздушный шарик, который под влиянием выталкиваемого воздуха полетит в противоположном направлении. Движение и шарика, и ракеты происходит согласно третьему закону Ньютона: действию всегда есть равное и противоположное противодействие. Действие из ничего не возникает. Чтобы обеспечить действие, требуется энергия. В шарике это потенциальная энергия сжатого, в меру возможностей ваших легких, воздуха. Отличие ракеты заключается в том, что для выхода за пределы атмосферы требуется выбрасывать большие массы вещества с очень большой скоростью, что требует подвода огромного количества энергии. Это и делает ракетный двигатель.

Фото: Космический центр «Восточный» / Роскосмос

Самым распространенным типом двигателей для космических программ сегодня являются жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), в которых в качестве топлива используются жидкие горючее и окислитель. К этому типу относится и российский РД-107/108.

Жидкостные двигатели – на сегодняшний момент самые мощные и универсальные ракетные двигатели, с помощью которых совершается большинство полетов в космос. Они отличаются высоким удельным импульсом, то есть при меньшей массе израсходованного топлива создают большую тягу. Кроме того, ЖРД позволяют активно управлять уровнем тяги и могут использоваться много раз. При этом по сравнению с другими видами ракетных двигателей, например твердотопливными, они значительно сложнее и дороже, поэтому основная их сфера применения – космонавтика и обеспечение выведения орбитальных и межпланетных аппаратов.

 

Как работает жидкостный ракетный двигатель 

Чтобы получить полезное действие, достаточное для прорыва в космос, нужно получить большое количество энергии − эффективно сжечь большое количество топлива. Как известно, любой процесс горения представляет собой химическую реакцию окисления. И если на Земле для других видов тепловых двигателей в качестве окислителя можно использовать атмосферный кислород, то для ракетного двигателя, и тем более в космосе, окислитель и горючее надо иметь непосредственно на ракете, и лучше всего в максимально плотном и удобном для подачи жидком виде. В РД-107/108 в качестве окислителя используется жидкий кислород, а в качестве горючего – керосин.

Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

В камере сгорания подаваемые специальными насосами в нужном количестве и с необходимым давлением окислитель и горючее смешиваются и сгорают. Горячие (с температурой в несколько тысяч градусов) продукты сгорания в конструкции особого профиля – сверхзвуковом сопле Лаваля – разгоняются до многократно сверхзвуковых скоростей и уходят в пространство. Если умножить сумму секундных расходов масс горючего и окислителя на скорость выхода продуктов сгорания из сопла, можно в первом приближении получить силу тяги двигателя. Так, в общих чертах, можно описать схему работы жидкостного ракетного двигателя. 


Устройство РД-107/108

Двигатель РД-107/108 состоит из четырех камер сгорания, турбонасосного агрегата, газогенератора, испарителя азота для наддува баков ракеты и комплекта агрегатов автоматики. Для управления полетом ракеты на двигателях имеются рулевые камеры: два на РД-107 и четыре на РД-108.


Несоизмеримые с возможностями существующих металлов температуры горения и продуктов сгорания, большое количество выделяемого тепла требуют охлаждения стенок камеры сгорания и сопла. В РД-107/108 эта инженерная задача решается двухстеночной конструкцией камеры сгорания и сопла и организацией охлаждения стенки со стороны горячего тракта подачей горючего (керосина) в камеру сгорания через межстеночные пространства.

Вторая особенность РД-107/108 − открытая схема сброса генераторного газа. Окислитель и горючее хранятся в отдельных баках и подаются в систему с помощью турбонасосного агрегата (ТНА). Для привода насосов горючего и окислителя используется турбина, в качестве рабочего тела для которой используется парогаз – продукт каталитического разложения пероксида водорода. Выхлопы турбины выбрасываются за срез сопла. 


Рекордсмен космоса

Разработка двигателей РД-107 и РД-108 проходила в 1954–1957 годах под руководством выдающегося конструктора Валентина Глушко. Двигатели предназначались для первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7, модификация которой в 1957 году доставила в космос первый искусственный спутник Земли. В 1961 году двигатели обеспечили первый полет человека в космос. На протяжении более 60 лет российские ракеты «Союз» поднимаются в небо с помощью двигателей РД-107/108 и их модификаций. Серийное производство двигателей налажено на самарском заводе «ОДК-Кузнецов», входящем в Объединенную двигателестроительную корпорацию Ростеха.


Программа РД-107/108 продолжает развиваться, создаются новые модификации – всего разработано 18 вариантов для различных программ. Сегодня модификациями двигательных установок РД-107А/РД-108А оснащаются I и II ступени всех ракет-носителей среднего класса типа «Союз». Все пилотируемые и до 80% грузовых космических кораблей в России взлетают благодаря этим двигателям.

РД-107/108 уже поставил свой космический рекорд по долголетию. Конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но сегодня запас для совершенствования двигателя еще не исчерпан.

Устройство двигателя и схема работы

В автомобилях наиболее часто используется четырехтактный двигатель с искровым зажиганием, то есть тот, чей поршень выполняет четыре движения, а реакция сгорания топлива вызвана искрой.

Поршневые движения называются Циклом Отто, имя которого происходит от имени изобретателя Николая Отто. Данный процесс приводит автомобиль в движение. Как устроен ДВС?

Если коротко: топливо втягивается в камеру сгорания и поджигается. Вырабатываемая энергия передается двигательной установке, а выхлопные газы удаляются. Все это делается с огромной скоростью и в относительно небольших масштабах. Однако этого объяснения нам недостаточно, поэтому мы углубимся в детали.

Видео про то как устроен ДВС внизу страницы

 

Схема работы четырехтактного ДВС

  • Первым тактом из четырех поршневых движений является всасывание. Поршень движется вниз в герметичный цилиндр, всасывая в него смесь воздуха и топлива. Смесь подается в цилиндр благодаря системе впрыска, в которой также используется небольшой поршень. Он выталкивает небольшие порции топлива через узкое сопло, в результате чего они попадают в цилиндр в виде тумана.
  • Второй такт — это сжатие. Поршень, находящийся теперь глубоко внутри цилиндра, начинает двигаться наружу, что означает, что извлеченное топливо «сжимается». Свеча зажигания генерирует искру, и смесь взрывается.
  • Третий такт — толчок. Взрыв толкает поршень обратно внутрь цилиндра. Поскольку поршень соединяется с коленчатым валом с помощью шатуна специальной формы, его работа вызывает вращение вала. По-человечески говоря: толкаемый поршень перемещает вал, который начинает вращаться. Таким образом, энергия, генерируемая взрывом, может передаваться двигательной системе и водитель может контролировать ускорение с помощью сцепления и трансмиссии.
  • Четвертый такт — выхлоп. В конце цикла открывается клапан через который газы, остающиеся после сгорания, вытесняются из цилиндра. Затем поршень снова движется наверх. Добавим, что подача воздуха и выхлопные газы снаружи отвечают не за сам цилиндр, а за систему газораспределения, то есть, проще говоря, зубчатый ремень, зубчатое колесо или вал с выступающими элементами, которые вращают и открывают или закрывают клапаны в нужные моменты.

После четвертого такта процесс повторяется. Другая часть смеси всасывается, сжимается, взрыв вызывает толкание поршня назад, и коленчатый вал движется, остаточные газы выпускаются. И так до тех пор, пока мы не достигнем нашей цели. Все это происходит чрезвычайно быстро. Вал может вращаться от десятка до ста раз в секунду и это далеко не единственное что удивляет при понимании как устроен ДВС.

Конструкция ДВС: Что еще есть в двигателе?

Цилиндры, коленчатый вал, распределительный вал — все это находится в чугунном корпусе. Стоит упомянуть маховик. Хотя коленчатый вал двигает только один поршень (рабочий), сам поршень делает четыре из них. Сжатие, которое требует много энергии, является особенно проблематичным, что приводит к снижению скорости вращения вала. Для равномерной работы используется маховик весом около 10 кг, который поддерживает частоту вращения двигателя с помощью массы.

Во время работы двигатель нагревается, поэтому используется охлаждающая жидкость. Жидкость протекает по различным каналам. Термостат является устройством, которое открывает или закрывает каналы под воздействием температуры. В свою очередь, моторное масло необходимо для уменьшения трения, возникающего при перемещении многочисленных компонентов. Кстати, он поглощает часть тепла, вырабатываемого двигателем, как и охлаждающая жидкость.

Денис — специалист в сфере автомобилей. Он имеет 5-летний опыт работы на СТО и пишет про новости в мире автомобилей. Теперь он делится своими знаниями с людьми, рассказывает про устройство и ремонт современных авто.

«Мы на скорости сталкиваем автомобили и по фото разлетающихся обломков изучаем, как устроен двигатель»

Никита Казеев, кандидат компьютерных наук, PhD in Physics и научный сотрудник лаборатории LAMBDA, работает в ЦЕРН. Для портала Вышки он рассказал, как защитился в двойной аспирантуре (в НИУ ВШЭ и в итальянском Римском университете), на что похожа наука в Женеве и почему нужно непременно общаться с коллегами.

О двойной аспирантуре

С моим вышкинским научным руководителем Андреем Устюжаниным мы познакомились в Яндексе, когда я учился в Школе анализа данных. Меня пригласили на стажировку в его группу, которая занималась машинным обучением для физики высоких энергий в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН). С моим научным руководителем в Риме я познакомился при достаточно необычных обстоятельствах. Коллайдер работает круглосуточно, и у ученых, приезжающих в ЦЕРН, бывают дежурства. Они проходят восьмичасовыми сменами, на которых ученые следят за тем, как проходят эксперименты. Во время одного такого дежурства мы с Барбарой Шашей и познакомились, а в дальнейшем она пригласила меня в лабораторию INFN Frascati.

В России я работаю в лаборатории LAMBDA. Ее основные направления исследований основываются на том, что за последние десять лет методы машинного обучения совершили качественный рывок. Их можно использовать не только для уже рутинных задач, например, чтобы отличать котов от собак на фотографиях в социальных сетях, но и для более нетривиальных: делать открытия в естественных науках. Флагманским направлением работы лаборатории является сотрудничество с экспериментом LHCb в ЦЕРНе, в рамках которого я и работал над диссертацией. Кроме этого, в лаборатории оптимизировали конструкцию детектора SHiP, строили маневры уклонения космических аппаратов, предложили новую оптимизацию черных ящиков на ведущей конференции NeurIPS, а с 2015-го года проводят регулярную летнюю школу по машинному обучению.

Конечно, процесс обучения на программе двойной аспирантуры не был беспроблемным: например, в Римском университете, в отличие от Вышки, не было возможности защищаться по статьям, и пришлось писать полноценную кандидатскую, дополненную по классическим стандартам методичкой по машинному обучению и устройству эксперимента LHCb. Они считают, что хороший исследователь должен уметь рассказывать о своих результатах максимально далекому от них читателю. Кроме того, во ВШЭ были свои особенности с документооборотом, и в итоге итальянским руководителям пришлось отправлять бумажные отзывы на диссертацию по почте. С другой стороны, в Риме детально ознакомились с моей работой, задавали правильные и интересные вопросы. А еще благодаря этой аспирантуре я увеличил свой запас итальянских слов с 5 до 15.

Пандемия на мою работу особенно не повлияла: в ЦЕРНе традиционно работают удаленно из-за большого количества сотрудников в разных странах. С итальянской группой я общался постоянно, когда работал над совместным с ними проектом, а до пандемии в Риме я пробыл в сумме меньше месяца, так основным местом работы для всех был ЦЕРН в Женеве. Планировалось, что на защиту в Москве соберутся все руководители и члены комиссии, но от этой идеи пришлось отказаться.

О проектах

Если говорить грубо, то наука на Большом адронном коллайдере похожа на следующее: мы на огромной скорости сталкиваем автомобили и по фотографиям разлетающихся обломков изучаем, как устроен двигатель. Прежде чем начинать делать выводы о физике, необходимо определить типы деталей на фотографиях. Моя работа как раз посвящена определению типов частиц в детекторе с помощью машинного обучения. Всего в диссертацию вошли четыре задачи.

Первая – это глобальная идентификация частиц. Разные компоненты детектора собирают разную информацию о пролетающих через них частицах. Если возвращаться к примеру с автомобилями, то мы как будто используем камеры под разными ракурсами с разными светофильтрами для съемки «столкновения». Полученная информация дает нам возможность понять, какого типа была частица. Для решения этой задачи мы разработали алгоритм на основе машинного обучения (CatBoost), который справляется с этой задачей лучше, чем предыдущее решение, основанное на простой нейросети.

Вторая задача – это идентификация мюонов. Среди других заряженных частиц мюоны особенно интересны тем, что обладают большой проникающей способностью – они могут пройти через калориметры и железные листы поглотителей. Мы разработали алгоритм, который может быстро определять, была ли частица мюоном.

Еще один проект – использование машинного обучения на зашумленных данных. Во время работы над задачей мюонной идентификации мы столкнулись с некоторой проблемой. Наши алгоритмы обучались по реальным, не синтетическим, данным, и их разметка была неточной – не все частицы, которые идентифицировались как мюоны, на самом деле были мюонами. Но для каждой их них мы знали вероятность того, что разметка ошибочна. Мы разработали метод, позволяющий обучать алгоритмы машинного обучения на подобных данных. Так как зашумленные данные используются  не только в физике, но и в большинстве применений машинного обучения в реальном мире, потому сейчас мы активно ищем, где еще приходится работать с подобной моделью шума – если вы это читаете и у вас есть подходящие данные, то напишите мне.

Кроме того, я занимаюсь задачей быстрой симуляции черенковских детекторов. Для того, чтобы создавать и валидировать алгоритмы, анализирующие данные с детектора, требуются симулированные данные. Для этого с помощью специальной компьютерной программы мы сталкиваем виртуальные частицы на виртуальном детекторе. В результате такого эксперимента мы имеем точную информацию о том, что на самом деле происходило. Проблема симулированных данных состоит в том, что они требуют больших вычислительных ресурсов – около одной секунды на одно событие, а требуется этих событий десятки миллионов. Я построил алгоритм на основе генеративно-состязательных сетей (GAN), который моделирует отклик детектора на пролетающие через него частицы: такой подход на два-три порядка быстрее описанной ранее симуляции.

Почти все эти проекты интересны тем, что они служат для фундаментальных исследований.

Заранее мы не знаем, какую новую физику откроем, как и когда она может пригодиться

Это может звучать немного грустно, но по факту все наоборот: из чистого научного любопытства человечество уже обрело электричество, радиоволны, полупроводники и многие другие достижения, которые нас окружают. Ну и из очевидной пользы, помимо применений в конкретном эксперименте LHCb, разработанные методы могут лечь в основу алгоритмов для других физических экспериментов.

О дистанционной защите

Изначально защита планировалась как большой праздник, на который съедутся иностранные члены комиссии и научные руководители, но из-за пандемии этого не получилось. С другой стороны, онлайн-формат дал возможность поприсутствовать большому количеству моих друзей, далеко не все из которых смогли бы лично приехать. Мы рассматривали вариант, при котором желающие смогут собраться очно, а остальные – подключиться онлайн, но так сделать не получилось. Также была даже идея провести защиту в посольстве Италии, но, опять же, пандемия внесла свои коррективы.

Сама защита прошла предсказуемо и по плану – все члены комиссии заранее прислали отзывы. Я был приятно удивлен качеством обсуждения, вопросов и предложений. Саму защиту отметили фуршетом и камерной ролевой игрой.

В заключение хотелось бы сказать, что главное – не опускать руки, когда планы нарушаются (спасибо пандемии), любить свою работу и не упускать общение с коллегами. Как знать, вдруг рядом с вами сейчас сидит ваш будущий научный руководитель?

Как работает бесколлекторный мотор — HPI Racing

HPI предлагает для всех типов радиоуправляемых электроавтомоделей великолепную бесколлекторную систему  Flux Brushless System! Бесколлекторная система Flux идеально подходит для шоссейных автомоделей, моделей багги и внедорожников в масштабе 1/10 и позволяет разогнать эти машины до скорости почти 100 километров в час!

 

Flux Brushless System состоит из электронного регулятора скорости и бесколлекторного двигателя. 

Бесколлекторный двигатель — это лучший выбор почти для всех электроавтомоделей в масштабе 1/10. С таким мотором ваша модель станет сверхбыстрой на трассе и сможет развивать бешенную скорость! Со стандартным никель-металлогидридным аккумулятором, состоящим из 6-и элементов, или с 2S LiPo (7,4 вольт) аккумулятором вы можете получить до 60 км/ч даже со стандартным редуктором! Мощность бесколлекторного мотора Flux эквивалентна высокофорсированным коллекторным  9 – 10 витковым  двигателям, работающих от шести элементных NiMH батарей, а это огромная мощность!

Особенности бесколлекторных двигателей Flux:

  1. Мощный, высокоскоростной бесколлекторныый мотор – эквивалент  коллекторного  9,5 виткового двигателя.
  2. Отлично сочетание огромной мощности и необычайной эффективности.
  3. Такой же размер, как у стандартного мотора  540-го типа.
  4. Необслуживаемая конструкция.
  5. Внешние контакты для легкой перепайки проводов.
  6. Крупногабаритные шарикоподшипники.
  7. Высокий крутящий момент, термостойкий неодимовый ротор.
  8. Специальная конструкция статора обеспечивает плавное линейное увеличение крутящего момента.
  9. Простой и удобный монтаж через 4 точки.
  10.  Ресурс в разы больше, чем в сопоставимых коллекторных моторах.
  11. Легко заменяемые подшипники и ротор.
  12. Совместим с любым бездатчиковым регулятором скорости для бесколлекторных двигателей.

 

Электронный регулятор скорости — «мозг» системы Flux. Регулятор скорости серии Fluxимеет разъемы для подключения мотора, разъем типа Dean для подключения и трехжильный кабель с разъемом для соединения с приемником, так что вы сможете легко установить регулятор в любом удобном месте на вашей модели. Регулятор способен работать с бесколлекторными двигателями разных размеров и мощности, а так же совместим как с NiMH аккумуляторами, так и LiPo батареями, что позволяет получить максимальную мощность от вашей системы Flux Brushless System! Регулятор Flux — небольшой по размеру, но огромный по допустимой мощности! На сайте HPI вы можете получить рекомендации по программированию регулятора скорости с помощью компьютера!

Особенности регулятора скорости Flux:

  1. Программируемый электронный регулятор скорости с функцией заднего хода для бесколлекторных  / коллекторных электродвигателей.
  2. Отсечка при низком напряжении для LiPo аккумуляторов**
  3. Эффективный алюминиевый радиатор.
  4. Пропорциональный тормоз с контролем усилия.
  5. Огромная рабочая мощность (70A * непрерывно / 380A в пике).
  6. Плавный старт бездатчиковых двигателей (патенты находятся на рассмотрении)
  7. Dean’s разъем для подключения батареи.
  8. Надежный выключатель.
  9. Просто программируется.
  10. Возможность легко настроить параметры с помощью кабеля HPI link (в комплект не входит).
  11. Работает с бесколлекторными и стандартными коллекторными двигателями.

 Система Flux Brushless System, разработанная HPI, предназначена для любителей и спортсменов, которые хотят иметь мощную, универсальную и доступную бесколлекторную систему. Двигатели Flux чрезвычайно мощные, очень надежные и эффективные, а это самой легкий путь к победе! У бездатчиковых двигателей HPI гораздо меньше проводов, которые можно повредить во время гонки, и это избавляет вас от лишних забот. Вы можете приобрести двигатель в комплекте с регулятором скорости или купить их по отдельности!

Перспективы модернизации

 Владельцы Flux Motiv могут обновлять параметры регулятора с помощью компьютера и бесплатного программного обеспечения! Программисты постоянно делают обновления программного обеспечения Flux Motive и вы можете загружать их, используя набор HPI PC USB programming kit. Этот комплект позволяет подключить регулятор скорости прямо к компьютеру, работающему под Windows, и сохранить настройки профиля, внести изменения в настройки, обновить прошивку и многое другое!

 

Давайте сначала узнаем, как работает коллекторный двигатель.

Чтобы узнать, почему бесколлекторные двигатели настолько эффективны и имеют высокую мощность, необходимо знать, как работает стандартный коллекторный мотор.

Обычные коллекторные  электродвигатели, которые вы можете найти в машинахSprint 2 или E-Firestorm  имеют всего два провода  (положительный и отрицательный), которыми двигатель подключается к регулятору скорости. Внутри корпуса двигателя можно увидеть два изогнутых постоянных магнита, а по центру установлен вал с якорем, на котором намотаны обмотки из медной проволоки. С одной стороны вала якоря устанавливается моторная шестерня, с другой стороны вала расположен так называемый коллектор из медных пластин, через который с помощью угольных щеток ток подается к обмоткам якоря.

Две угольные щетки постоянно скользят по вращающемуся медному коллектору. Как вы можете видеть на рисунке выше, напряжение по проводам через щетки и коллектор поступает к обмоткам якоря, возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с постоянными магнитами статора и заставляет якорь вращаться.

 

Как начинает вращаться стандартный коллекторный двигатель.
Когда на обмотки якоря поочередно поступает постоянный электрический ток, в  них возникает электромагнитное поле, которое с одной стороны имеет «северный» а с другой «южный» полюс. Поскольку «северный» полюс любого магнита автоматически отталкиваются от «северного»  полюса другого магнита, электромагнитное поле одной из обмоток якоря, взаимодействуя с полюсами постоянных магнитов статора, заставляет якорь вращаться. Через коллектор и щетки ток поступает на следующую обмотку якоря, что заставляет якорь вместе с валом мотора продолжать вращение, и так до тех пор, пока  к мотору подается напряжение. Как правило, якорь коллекторного мотора имеет три обмотки (три полюса) — это не позволяет двигателю застревать в одном положении.

 

Недостатки стандартных коллекторных двигателей
Недостатки коллекторных двигателей выявляются, когда нужно получить огромное количество оборотов от них. Поскольку щетки должны постоянно находиться в контакте с коллектором, в месте их соприкосновения возникает трение, которое значительно увеличивается, особенно на высоких оборотах. Любой дефект коллектора приводит к значительному износу щеток и нарушению контакта, что в свою очередь снижает эффективность мотора.  Именно поэтому серьезные гонщики протачивают и полируют коллектор двигателя и меняют щетки почти после каждого заезда. Коллекторный узел  стандартного мотора так же является источником радиопомех и требует особого внимания и обслуживания.

 

Теперь посмотрим, как работает бесколлекторный двигатель.
Основной особенностью конструкции бесколлекторного двигателя является то, что он по принципу работы похож на коллекторный мотор, но все устроено как бы  «наизнанку», и в нем отсутствуют коллектор и щетки. Постоянные магниты, которые в коллекторном моторе установлены на неподвижном статоре, у бесколлекторного мотора расположены вокруг вала, и этот узел называется ротор. Проволочные обмотки бесколлекторного мотора размещены вокруг ротора и имеют несколько различных магнитных полюсов. Датчиковые бесколлекторные моторы имеют на роторе сенсор, который посылает сигналы о положении ротора в процессор электронного регулятора скорости.

Почему бесколлекторный двигатель эффективней, чем коллекторный мотор
Из-за отсутствия коллектора и щеток в бесколлекторном моторе нет изнашивающихся деталей, кроме шарикоподшипников ротора, а это автоматически делает его более эффективным и надежным. Наличие сенсора контроля вращения ротора также значительно повышает эффективность. У коллекторных двигателей не возникает искрения щеток, что резко снижает возникновение помех, а отсутствие узлов с повышенным трением благоприятно сказывается на температуре работающего мотора, что так же повышает его эффективность.

Существуют ли недостатки у бесколлекторных двигателей?
Единственный возможный недостаток бесколлекторной системы – это несколько более высокая стоимость, однако каждый, кто испытал высокую мощность бесколлекторной системы, почувствовал прелесть отсутствия необходимости периодической замены щеток, пружин, коллекторов и якорей, тот быстро оценит общую экономию и не вернется к коллекторным моторам … никогда!

Действительно ли бесколлекторный двигатель не требует «никакого обслуживания?
Да! Они таковы, экономят время, поэтому гонщики всего мира теперь с удовольствием могут передохнуть между заездами. Вам больше не придется после каждой гонки демонтировать двигатель, разбирать его, шлифовать коллектор, менять щетки, вновь собирать и заново устанавливать … отсутствие этих забот — это огромное удовольствие!

Единственное, что вам возможно потребуется делать, это содержать двигатель в чистоте, и при необходимости менять подшипники. Эти процедуры выполняются редко, так что их нельзя классифицировать как регулярное техническое обслуживание.

Почему без датчика?
Помимо базовых размеров и различных параметров, бесколлекторные двигатели могут подразделяться по типу: с датчиком и без датчика. Двигатель с датчиком используют очень маленький сенсор на роторе и кроме трех толстых кабелей, по которому мотор получает питание, имеют дополнительный шлейф из тонких проводов, которые соединяют двигатель с регулятором скорости. Дополнительные провода передают информацию с датчика о положении ротора сотни раз в секунду. Эта информация обрабатывается электронным регулятором скорости, что позволяет мотору работать плавно и эффективно, насколько это возможно. Такие моторы используют профессиональные гонщики, однако такие двигатели намного дороже и сложнее в использовании.

Бездатчиковая бесколлекторная система, как можно догадаться, не имеет датчиков и дополнительных проводов, а ротор таких двигателей вращается без точной регистрации его положения и оборотов регулятором скорости. Это позволяет сделать двигатель и регулятор скорости проще в изготовлении, проще в установке и в целом дешевле. Бездатчиковые системы способны обеспечить такую же мощность, как датчиковые, просто с чуть-чуть меньшей точностью, а это идеальное решение для любителей и начинающих спортсменов.

В HPI пришли к выводу, что нашим клиентам не нужна точность, которая доступна для датчиковых систем, для них важнее надежность, и мы решили использовать популярную бездатчиковую систему для комплектов серии Flux.

Мы надеемся, что данная статья объяснит все, что вам нужно знать о системе HPI Flux Brushless.

Как работает двигатель мотоцикла?

Это сбивает с толку. Это сбивает с толку. Так что давайте не будем начинать с плоской шестерки 1800 куб.

Современные велосипедные двигатели оснащены множеством технологий — иногда вам нужен словарь, чтобы просто перевести руководство. Но если вы не знаете, как работает двигатель, это может быть немного пугающе.

Винить его, это все его вина.

Но хорошая новость заключается в том, что современные двигатели по-прежнему работают практически на тех же принципах, что и, когда немец (который, возможно, знал) по имени Николас Отто построил первый из них в 1876 году.И это уже больше, чем знают многие эксперты по пабам, так что у нас хорошее начало.

Основы двигателя мотоцикла

История начинается с взрыва внутри небольшого замкнутого пространства. Взрыв — это не взрыв; это контролируемое сжигание смеси бензина и воздуха — бензин попал в пространство, будучи впрыснутым из инжектора, а воздух поступил из атмосферы. Взрыв / ожог также называется сгоранием, как в «двигателе внутреннего сгорания». А небольшое ограниченное пространство называется камерой сгорания.

Действительно важные детали — ваш базовый двигатель

В крыше камеры сгорания находится свеча зажигания, которая зажигает искру или воспламеняет топливно-воздушную смесь и начинает сгорание. Этот бит называется зажиганием.

Газы, горящие в небольших помещениях, быстро расширяются. Дно камеры сгорания на самом деле является верхом поршня, и, к счастью, он скользит вниз внутри стенок цилиндра, называемого «цилиндром». Говорите, что вам нравится об инженерах, но они логичны.

Поршень соединен со штоком, называемым «шатун» (видите?) — сокращенно шатун или просто шток. Шток соединен с большой вещью типа оси, называемой кривошипом. Когда сгорание толкает поршень и шатун вниз, они поворачивают кривошип.

Импульс в кривошипе (который сравнительно тяжелый) теперь снова отбрасывает шатун и поршень обратно вверх по цилиндру. Это полезно, потому что при этом он выталкивает весь сгоревший выхлопной газ из цилиндра через пару маленьких клапанов, которые только что открылись, и выводит его в выхлоп.Здесь есть один хитрый момент — время открытия и закрытия клапанов контролируется цепью, идущей от кривошипа обратно к шпинделю (или распределительному валу) над клапанами, и заставляет их открываться именно тогда, когда это необходимо.

Уф, пока все хорошо. Но работа наполовину сделана. Нам нужно, чтобы в камеру сгорания попало больше бензина и воздуха.

Полный четырехтактный цикл. Это снотворно.

Теперь поршень снова находится в верхней точке хода.Но кривошип все еще имеет импульс и все еще вращается, и он начинает тянуть поршень обратно по цилиндру, что является идеальной возможностью открыть еще одну пару клапанов (управляемых другим распределительным валом) и позволить низкому давлению опускающегося поршня потянуться. свежий импульс топливно-воздушной смеси в цилиндр, немного похожий на набирание крови из шприца.

Еще раз поршень достигает нижней точки своего хода, и цилиндр над ним заполнен завихренной топливно-воздушной смесью. По-прежнему приводимый в действие моментом кривошипа, поршень снова начинает подниматься во второй раз, что сжимает смесь.Когда поршень достигает вершины, свеча зажигания снова зажигает искру, воспламеняя смесь и снова толкая поршень вниз по цилиндру.

Итак, это полный цикл двигателя внутреннего сгорания. Если вы считаете, вы поймете, что поршень фактически совершал два хода вверх и два хода вниз за цикл — вот почему он называется четырехтактным двигателем (есть много других типов двигателей — двухтактные, ванкельные, дизели и т. д. — но почти все современные мотоциклетные двигатели четырехтактные).

Четыре удара часто сокращают до запоминающихся глаголов: в порядке, описанном выше, это будет удар, удар, сосать, сжимать (но чаще приказывают сосать, сжимать, хлопать, дуть, потому что он лучше спотыкается о язык. ).

Итак, теперь все, что у нас есть, — это летящий вверх и вниз поршень и вращающийся кривошип. Как это заставляет байк двигаться вперед?

Как вы понимаете, описанный выше четырехтактный цикл происходит очень и очень быстро. Невероятно быстро. Когда ваш велосипед тикает, кривошип будет вращаться со скоростью около 1200 оборотов в минуту.Это 600 сосаний, 600 нажатий, 600 ударов и 600 ударов каждую минуту (потому что каждый из них составляет половину оборота рукоятки). И это на цилиндр.

Итак, кривошип вращается очень быстро, но если вы затем просто соедините его цепью с задним колесом, у него будет достаточно силы только для того, чтобы очень, очень медленно вести мотоцикл, и он будет крутить гайки, чтобы сделать Это. Представьте, что вы выбираете первую передачу на мотоцикле, а затем пытаетесь крутить педали при спуске с горы; то же самое.

Что нам нужно сделать, так это как-то выбрать более высокую передачу на нашем мотоцикле.Нам нужна система шестерен, чтобы замедлить скорость вращения кривошипа, и которая затем — из-за явления, называемого механическим преимуществом — фактически увеличивает силу силы (также называемую крутящим моментом) до точки, при которой мы можем управлять двигателем. мотоцикл вперед с приличной скоростью, но с более разумными оборотами двигателя. Мы хотим поменять местами высокую частоту вращения коленчатого вала и низкий крутящий момент на низкую частоту вращения коленчатого вала и высокий крутящий момент.

А, как насчет коробки передач? Итак, на конце кривошипа есть зубец или шестерня, которая вращает кучу других шестерен разных размеров — и мы можем выбрать, какую из них хотим, с помощью хитроумного механизма, называемого рычагом переключения передач, — до того, как появится привод, медленнее, но гораздо сильнее, на выходной передаче — и откуда мы можем зацепить ее цепью и привести в движение заднее колесо.

Теперь у вашего велосипеда работает двигатель, и он движется. Ура!

Это рисунок двигателя Triumph Trophy. Вы можете увидеть три поршня в линию, каждый на конце шатуна и вращающий кривошип под ним. Вы также можете увидеть два распредвала впускных и выпускных клапанов в верхней части двигателя, приводящие в действие клапаны. Большая шестерня сразу за корзиной сцепления принимает привод от кривошипа и передает его в коробку передач — группу шестерен.Выход привода — косозубая коническая шестерня внизу справа. У Trophy есть привод вала, и вы можете видеть, что его косозубая коническая шестерня принимает выходной сигнал коробки передач.

Конечно, все вышесказанное описывает процесс только одного поршня, штока и цилиндра. Вы знаете, что велосипеды могут иметь один, два, три, четыре, не часто пять, но иногда и до шести цилиндров. Они могут быть расположены необычным и чудесным образом — рядом друг с другом (параллельные близнецы или рядные тройки, четверки или шестерки), в форме V (V-образные или V-образные четверки) или лицом друг к другу (плоские двойные, плоские четыре, даже плоская шесть).

Количество цилиндров и способ их расположения играют огромную роль в определении не только характера вашего двигателя (как он вибрирует и как он передает свою мощность при открытии дроссельной заслонки), но и в управлении — и размер — вашего велосипеда. Из-за этого некоторые конфигурации цилиндров подходят для определенных типов езды — поэтому одиночные цилиндры хорошо работают на мотоциклах для бездорожья, но не так хорошо на туристических велосипедах. Из четырехцилиндрового двигателя получаются хорошие двигатели для спортивных мотоциклов, но плохие внедорожные двигатели.

Конечно, это только самое основное описание того, как работает двигатель вашего велосипеда.У каждого двигателя есть свои сильные стороны и свои особенности конструкции; он может быть с наддувом, с регулируемым клапаном или полуавтоматической коробкой передач.

Самое прекрасное в четырехтактном двигателе — это когда вы смотрите на его рисунок или анимацию на Youtube и вдруг впервые понимаете волшебную взаимосвязь поршня, штока, кривошипа, распределительного вала и клапанов. Это особенный момент, который может вдохновить инженеров на всю жизнь. Это тот самый момент Эврики, который когда-то вдохновлял могущественного Соитиро Хонда — и, без сомнения, всех остальных разработчиков двигателей, больших или малых.

ВИДЕО — Как работает двигатель мотоцикла

Мотоциклетные двигатели — как это работает ?!

Как работает двигатель мотоцикла; сосать, сжимать, бухать, дуть.

Как работает ваш двигатель

Как работает ваш двигатель и как его «лечить»

Джеймс Уильямс

Источник: Брифинг по безопасности FAA, январь / февраль 2020 г.

Двигатель самолета — это самое близкое к сердцу. Двигатель обеспечивает энергию, которая не только приводит в движение самолет, но и приводит в действие все другие системы. Двигатель вращает генератор, вырабатывающий электричество.На нем работают различные насосы, питающие системы, такие как гидравлика, наддува и т. Д.

Для большинства из нас, работающих в авиации общего назначения, двигатель означает двигатель внутреннего сгорания. В частности, это означает поршневой двигатель, термин, который просто обозначает возвратно-поступательное движение поршней. Цель двигателя — преобразовать потенциальную энергию, хранящуюся в топливе, в механическую энергию, которая питает ваш самолет, с помощью небольшого количества воздуха.

Базовая анатомия

Двигатель состоит из нескольких основных компонентов.Во-первых, это цилиндр, в котором происходит горение. Далее идет поршень, который вставляется в цилиндр снизу и обеспечивает сжатие и поглощение энергии от сгорания. Поддерживает поршень шатун, который передает энергию вниз к коленчатому валу, передавая ее из двигателя, обычно на гребной винт.

Как следует из названия, головка блока цилиндров находится наверху цилиндра и содержит важные компоненты, такие как клапаны и свечи зажигания. Клапаны открываются, позволяя воздуху и топливной смеси попасть в цилиндр (впускной клапан) и выпустить отработавшие газы (выпускной клапан).Свеча зажигания воспламеняет сжатое топливо и воздух, преобразуя эту химическую энергию в механическую энергию, которая вращает коленчатый вал и вращает пропеллер. Теперь, когда мы знаем основы, давайте посмотрим, как эти части работают вместе.

И один, два, три, четыре, повторить!

Авиационные двигатели — это, за некоторыми исключениями, четырехтактные двигатели с четырьмя отдельными фазами: впуском, сжатием, мощностью и выпуском. Во время такта впуска поршень опускается из верхней части цилиндра, в то время как впускной клапан открывается, впуская топливно-воздушную смесь.Такт сжатия начинается, когда впускной клапан закрывается, и поршень начинает подниматься к верхней части цилиндра. Рабочий ход начинается, когда свеча зажигания воспламеняет сжатую топливно-воздушную смесь, вызывая сгорание, которое с силой толкает поршень вниз. Такт выпуска начинается, когда поршень достигает нижней мертвой точки и снова начинает подниматься, выталкивая сгоревшие газы через открытый выпускной клапан. Затем мы начинаем все сначала. Хотя мы разбиваем процесс на отдельные этапы, в действительности это более непрерывный процесс.

Поддерживающий состав

Охлаждение двигателя — одна из систем, помогающих вашему двигателю работать. Двигатели внутреннего сгорания превращают большую часть энергии сгорания в отходящее тепло. Хотя большая часть тепла уходит через выхлоп, остается значительное количество тепла. Наши двигатели обычно имеют воздушное охлаждение, поэтому логика подсказывает, что чем больше воздуха, тем лучше охлаждение. Следовательно, гондола содержит каналы и перегородки, которые направляют воздушный поток равномерно через охлаждающие поверхности двигателя, таким образом поддерживая баланс рабочей температуры двигателя.Если эти перегородки снять или повредить, чрезмерное нагревание части двигателя может привести к дополнительному износу и, возможно, поломке.

Помимо охлаждения двигателю необходимы воздух и топливо. Впускной коллектор направляет смесь в цилиндр, и топливо добавляется через карбюратор или топливные форсунки. Карбюратор остается наиболее распространенным решением. Карбюраторы — это более старая технология, но их преимущество состоит в том, что они являются хорошо протестированным, менее сложным и очень надежным решением.

Впрыск топлива обеспечивает больший контроль и большую эффективность, но является более сложным. У карбюраторов есть один явный недостаток: обледенение карбюратора может заглушить двигатель. Подогрев углеводов — простое решение этой конкретной проблемы, но вы должны активировать его.

Еще есть выхлопная система, которая отводит отработанные газы и тепло из цилиндра. Выхлопная система безопасно выводит горячие газообразные продукты сгорания из моторного отсека в глушитель.Несмотря на свое скромное описание, выхлопная система абсолютно безопасна.

Один из способов получить больше мощности от двигателя — увеличить количество воздуха и топлива в цилиндре во время сгорания. Это можно сделать с помощью принудительной индукции, обычно называемой турбонаддувом или наддувом. Турбонаддув более распространен в современных самолетах GA, но оба метода, по сути, делают одно и то же. Они сжимают всасываемый воздух, чтобы нагнетать в двигатель больше воздуха и топлива, чем позволяют нормальные атмосферные условия.Разница в том, что при турбонаддуве выхлопные газы двигателя используются для питания компрессора, а нагнетатель регулирует выходную мощность двигателя.

Здоровье сердца

Теперь, когда мы знаем, как работает двигатель самолета, давайте посмотрим, как это «сердце» может попасть в беду. Во время предполетной подготовки важно найти все признаки утечки или повреждения топливопроводов или маслопроводов. В максимально возможной степени визуально проверьте соединения; ослабленные провода или провода могут натереться и быстро превратить незначительную проблему в серьезную аварию.

Никогда не забывайте проверять масло, которое является источником жизненной силы двигателя. Он помогает передавать тепло от горячих частей двигателя к областям, где оно может безопасно рассеиваться. Что еще более важно, он смазывает двигатель, чтобы он мог эффективно работать. Масляное голодание, будь то утечка, возгорание или просто поломка, является одной из частых причин «сердечных» нарушений в самолетах. Также имейте в виду, что масло со временем разлагается, становясь менее эффективным. Независимо от причины недостаточная смазка может привести к серьезным повреждениям.Контроль не только за количеством масла, но и за его состоянием во время предполетной подготовки имеет решающее значение.

Современная авионика и системы слежения за двигателем сделали обнаружение проблем более проактивным. Анализ данных может позволить вмешаться до возникновения чрезвычайной ситуации. В сочетании с лучшим пониманием двигателя и тщательной предполетной подготовкой они могут стать большой положительной силой. Всегда лучше найти проблему в данных, а не в воздухе.

Узнать больше

Справочник пилота по аэронавигационным знаниям — глава 7, бит.ly / 354k5ex

Джеймс Уильямс — помощник редактора и фоторедактор FAA Safety Briefing. Он также является пилотом и наземным инструктором.

Как работает автомобильный двигатель

В словаре двигатель определяется как машина с движущимися частями, которая преобразует мощность в движение. Таким образом, когда мы рассматриваем, как работает автомобильный двигатель, мы можем игнорировать многие дополнительные детали (водяной насос, генератор переменного тока, стартер и т. Д.), Которые многие люди также сочли бы частью двигателя.

Они существуют в том смысле, что помогают продлить срок службы двигателя автомобиля, но они не участвуют напрямую в производстве мощности.

Как двигатель автомобиля вырабатывает мощность?

Последовательность строго контролируемых взрывов толкает вниз поршни (они выглядят как перевернутые кружки), прикрепленные к металлическим стержням, называемым шатунами. Эти стержни прикреплены к гораздо большему и чрезвычайно прочному куску металла в нижней части двигателя, который лежит под прямым углом к ​​ним.Это коленчатый вал.

Движение поршней и шатунов вверх и вниз преобразуется во вращательное движение вращающимся коленчатым валом. К коленчатому валу подключено все, что угодно, включая коробку передач и трансмиссию.

Что вызывает взрывы?

В бензиновом двигателе они вызываются свечами зажигания (по одной на поршень, но иногда по две). Когда через них проходит электрический заряд, они генерируют искру, воспламеняющую смесь бензина и воздуха.

Все это происходит в камере сгорания, небольшом пространстве между верхней частью поршня и цилиндром. Цилиндр — это то, в чем поршень движется вверх и вниз. Двигатели часто известны по количеству цилиндров, которые у них есть. Наиболее распространен четырехцилиндровый двигатель с расположенными в одну линию цилиндрами.

Горячие газы, выделяемые свечой зажигания, воспламеняющей топливно-воздушную смесь, быстро расширяются внутри камеры сгорания, толкая поршень вниз по цилиндру.

В дизельном двигателе нет свечей зажигания.Вместо этого взрыв вызван поршнем, сжимающим воздух в камере сгорания до такой степени, что он становится очень горячим. В этот момент в него впрыскивается дизельное топливо, которое самовоспламеняется, вызывая взрыв, который снова заставляет поршень опускаться.

Как работают автомобильные двигатели — не базовое руководство для четырехтактных двигателей — Tech

Просмотреть все 17 фотографий

В тот или иной момент все мы чувствовали боль от неправильно примененных модификаций. Даже самые уважаемые имена в тюнинг-индустрии были по крайней мере один раз перехвачены.Тем, кто продвинулся вперед, чтобы творить историю власти, несомненно, была короткая и прямая кривая обучения, но некоторые из нас, кажется, никогда не учатся и просто изо всех сил пытаются добиться власти.

Устали проигрывать перед толпой? Гуру местного тюнингового цеха пугает вас квазинаучной ерундой? Как узнать, хороша ли эта мелодия ПЗУ или последняя китайская подделка, соблазняющая вас на eBay? Что такое распредвал большего размера? Вас обескураживают неприятные сюрпризы на динамометрических стенах или вас накрывают на форумах?

Посмотреть все 17 фотографий Манипулирование четырехтактным циклом важно при поиске большей мощности, поэтому важно полностью понимать различные части и то, как они влияют на общую выходную мощность.

Если вы попадаете в любую из этих категорий, продолжайте читать. Информация проста, но вам важно понять, является ли ваша цель работать в наполненном жаргоном мире моддинга двигателей. Кроме того, если вы хотите ехать быстрее, вы должны понимать, как работают двигатели.

Автомобили, за исключением роторных, приводятся в движение четырехтактным двигателем Отто. Название происходит от четырех тактов силового цикла: такта впуска, такта сжатия, рабочего такта и такта выпуска.Цикл объясняет, как взрыв бензина и воздуха можно плавно преобразовать в полезную мощность, отбросив вас на четверть мили или просто доставив на работу.

Детали двигателя работают слаженно и точно, используя химическую энергию бензина, преобразуя небольшие взрывы воздуха и топлива во вращательное движение. Поклонники Honda могут считать, что им повезло. Компания предлагает одни из самых современных двигателей для автомобилей. Просто имея Honda, вы впереди всех.

Блок
Блок содержит возвратно-поступательные компоненты, которые используют взрывчатые свойства бензина. Поршни скользят вверх и вниз по отверстиям цилиндрической формы, количество отверстий равно количеству цилиндров. Блок также содержит каналы для охлаждения и смазки для воды и масла. Внутри находятся опоры коренных подшипников коленчатого вала. Блоки обычно изготавливаются из чугуна, а Honda — из легкого алюминия. Четырехцилиндровые двигатели используются в большинстве Honda, хотя Accord, NSX и различные типы внедорожников предлагают шестицилиндровые силовые установки.

Посмотреть все 17 фотографийПоршни представляют собой алюминиевые цилиндры, которые скользят вверх и вниз по отверстию блока. Для эффективной работы им требуются тонкие кольца круглой формы, которые изолируют камеру и предотвращают прохождение давления сгорания через поршень, что приводит к потере давления, производящего энергию.

Поршни
Проще говоря, поршни представляют собой алюминиевые цилиндры, которые скользят вверх и вниз по отверстиям блока, причем верхняя часть отверстий блокируется головкой блока цилиндров. Чтобы создать движущую силу, воспламеняющийся заряд сжатого бензина и воздуха воспламеняется в отверстии, вынуждая поршень опускаться к открытому концу цилиндра от головки цилиндра.Это основная предпосылка того, как работает двигатель.

Поршни также имеют кольца, которые представляют собой тонкие круглые пружинящие металлические уплотнения, которые входят в канавки вокруг их вершин. Кольца помогают предотвратить прорыв давления сгорания через поршень и потерю давления, производящего энергию. Кольца также помогают соскребать смазочное масло со стенок цилиндра, чтобы масло не горело внутри цилиндра. Без колец было бы невозможно развить компрессию, достаточную для работы, а также сжечь все это масло всего за несколько минут работы.

Посмотреть все 17 фотографий Шатуны передают силу взрыва, необходимую для проталкивания поршней вниз по отверстиям к коленчатому валу. Шатуны выглядят как металлические собачьи кости, соединенные с вашими поршнями.

Шатуны
Шатуны передают силу взрыва, толкая поршни вниз по своим отверстиям к коленчатому валу. Шатуны выглядят как металлические собачьи кости и прикреплены к поршням с помощью пальцев на запястье — это был бы маленький конец шатуна. Другой конец стержня прикреплен к кривошипу.Это называется большой головкой, поскольку шейки кривошипа намного больше, чем шейки булавки на запястье. Цапфы кривошипа должны быть больше, поскольку кривошип вращается с высокой скоростью, в отличие от простого качательного движения пальца. Это высокоскоростное вращение требует дополнительной опорной поверхности, чтобы предотвратить повреждение штока и кривошипа от трения. Большой конец штока плавно вращается на шейке кривошипа над масляной пленкой под давлением и подшипником скольжения — это подшипники штока. На типичном двигателе Honda на малом конце стержня есть бронзовая втулка для пальца на запястье, которая смазывается разбрызгиванием масла по всему блоку.

Коленчатый вал
Коленчатые валы двигателя похожи на коленчатые валы велосипеда, потому что они передают восходящие и опускающиеся силы — поршни, проталкиваемые через отверстие в результате взрыва воздуха / топлива, — во вращательное движение, вызывающее вращение ваших колес. Кривошипы имеют смещенный ход, точно так же, как и кривошип вашего велосипеда, за исключением того, что стержни и поршни выполняют ту же функцию, что и ваши ноги: они толкают восходящий ход вниз, поскольку поршень проталкивается в том же направлении через канал ствола за счет взрыва воздуха / топлива.Это то, что заставляет вашу машину ездить. Как только поршень опускается, кривошип вращается, и поршень снова перемещается вверх, пока не достигнет вершины, где его можно снова толкнуть вниз в результате еще одного взрыва воздуха / топлива. Кривошип вращается на своих главных шейках на подшипнике скольжения с масляной пленкой (главные подшипники), точно так же, как шатуны на их больших концах.

Просмотреть все 17 фотографий Просмотреть все 17 фотографий Камеры сгорания головки блока цилиндров содержат взрывные силы, необходимые для воспламенения топливно-воздушной смеси, которая в конечном итоге приводит к опусканию поршней.

Головка цилиндров
Головки цилиндров Honda представляют собой алюминиевые отливки, закрывающие верхнюю часть блоков цилиндров. В них находятся свечи зажигания, камеры сгорания, клапаны и клапанный механизм. Головка должна выдерживать взрывную силу для воспламенения топливно-воздушной смеси, чтобы поршни двигались вниз и не вылетали. Камеры сгорания интегрированы в головку блока цилиндров, где расположены клапаны и свечи зажигания. Если смотреть на нижнюю часть головки блока цилиндров (сторона, которая сопрягается с блоком), камеры сгорания представляют собой углубления, которые совпадают с отверстиями.Именно внутри этих камер, когда поршень находится в верхней точке своего хода, воспламеняется топливно-воздушная смесь, начиная рабочий ход. Головка блока цилиндров также имеет рубашки охлаждения, заполненные циркулирующей водой, что помогает предохранить камеры сгорания от перегрева. Головка блока цилиндров содержит впускные и выпускные отверстия, которые представляют собой каналы, через которые проходит впускной воздух и выхлопные газы, когда они входят в цилиндры и выходят из них.

Просмотреть все 17 фотографий

Клапанный механизм
Современные головки двигателя с верхним распределительным валом (верхний распределительный вал) содержат впускные и выпускные клапаны; оба являются подпружиненными тарельчатыми клапанами.Пружины удерживают клапаны закрытыми, но позволяют им открываться при нажатии. Впускные клапаны открываются, пропуская взрывоопасную топливно-воздушную смесь в камеру сгорания. Они закрываются, позволяя двигателю создавать сжатие, когда поршень, приводимый в движение кривошипом, достигает ВМТ (верхней мертвой точки) — точки, в которой поршень достигает верхней точки своего хода. Когда свеча зажигания воспламеняет смесь и последующий взрыв толкает поршень вниз, выпускные клапаны открываются в нижней части хода поршня, позволяя сгоревшим газам выходить, подготавливая камеру сгорания для следующего заряда свежего воздуха и топлива.

Посмотреть все 17 фото Клапаны открываются и закрываются с помощью распредвалов. Распределительные валы в основном представляют собой стержни со смещенными от центра выступами или выступами, которые вращаются внутри головки блока цилиндров на половине скорости коленчатого вала.

Клапаны открываются и закрываются с помощью распределительных валов, которые в основном представляют собой штоки со смещенными от центра выступами или выступами, которые вращаются внутри головки блока цилиндров на половине скорости коленчатого вала. Лепестки распределительного вала открывают и закрывают клапаны для впуска воздуха и топлива и удаления выхлопных газов. Некоторые кулачки работают непосредственно на клапанах, как на многих мотоциклетных и некоторых гоночных двигателях.Обычно распределительный вал приводит в движение клапаны через коромысло, которое похоже на миниатюрную качельку. Один конец коромысла трется о вращающийся распределительный вал, а другой конец толкает клапаны, открывая и закрывая их. В двигателях Honda, с которыми вы знакомы, используются коромысла.

Посмотреть все 17 фотографий В двигателях Lucky Honda используется высокоэффективная система изменения фаз газораспределения VTEC-Honda. Система имеет два набора кулачков для впуска и выпуска, один из которых оптимизирован для эффективности на низких оборотах, а другой — для работы на высоких оборотах.Honda i-VTEC похожа, но также позволяет регулировать фазу впускного распредвала на лету для еще более широкого диапазона мощности. Двигатели

Honda — это двигатели с верхним расположением распредвала, что означает, что распределительный вал находится внутри головки цилиндров над клапанами. Это отличается от двигателей с верхним расположением клапанов, таких как низкооборотный отечественный V-8 с расположенным в блоке распределительным валом, соединяющимся с его клапанами с помощью толкателей, толкателей и коромысел. Двигатели OHC лучше подходят для высокоскоростных спортивных компактных двигателей небольшого рабочего объема, поскольку они имеют более простые, легкие и прямые клапанные механизмы.Эти клапанные механизмы лучше работают на более высоких оборотах двигателя, поскольку их меньшая инерционная масса позволяет им более точно следовать за кулачками распределительного вала.

Посмотреть все 17 фотографий Двигатели SOHC оснащены одним распредвалом, который управляет всеми клапанами, но многие двигатели Honda имеют конфигурации DOHC, что означает, что для впускных и выпускных клапанов имеется отдельный распредвал. Преимущество здесь состоит в том, что распределительные валы могут быть размещены ближе к клапанам, что позволяет их выступам работать либо непосредственно на клапанах, либо через меньшие коромысла.Это сводит к минимуму инерционную массу клапанного механизма, что еще больше способствует работе на высоких оборотах. Двигатели

SOHC (с одним верхним распределительным валом) имеют только один распределительный вал, который управляет как впускными, так и выпускными клапанами, но многие силовые установки Honda оснащены двумя верхними распредвалами, что означает, что для впускных и выпускных клапанов имеется отдельный распредвал. Преимущество здесь состоит в том, что распределительные валы могут быть размещены ближе к клапанам и позволяют их выступам работать либо непосредственно на клапанах, либо через меньшие коромысла.Это сводит к минимуму инерционную массу клапанного механизма, что еще больше способствует работе на высоких оборотах. В большинстве высокопроизводительных двигателей Honda используются клапанные механизмы с двумя верхними распредвалами, также известная как конфигурация DOHC.

Select Двигатели Honda содержат одно из величайших нововведений для экономичных двигателей малого рабочего объема — VTEC. VTEC — это уникальная и высокоэффективная система изменения фаз газораспределения Honda. Система имеет два набора кулачков впуска и выпуска: один оптимизирован для эффективности на низких оборотах, другой — для работы на высоких оборотах.Это дает двигателю более широкий рабочий диапазон, позволяя создать что-то, что будет достаточно послушным на более низких оборотах двигателя, но сохранит способность кричать на высоких оборотах. Honda i-VTEC похожа, но также позволяет регулировать фазу впускного распредвала, продвигая и замедляя его, чтобы изменить перекрытие кулачков для более широкого диапазона мощности.

Посмотреть все 17 фотографий Система впуска состоит из впускного коллектора с открытой камерой, или статического давления, прикрепленного к серии труб, идущих от камеры до впускных отверстий головки блока цилиндров.Корпус дроссельной заслонки служит клапаном для дозирования воздуха и крепится к концу камеры статического давления.

Система впуска
Система впуска состоит из впускного коллектора с открытой камерой или камерой статического давления, прикрепленных к серии труб, которые проходят от камеры статического давления до впускных отверстий головки блока цилиндров. Корпус дроссельной заслонки служит клапаном для дозирования воздуха и крепится к концу камеры статического давления. Корпус дроссельной заслонки контролирует количество воздуха, всасываемого двигателем, таким образом регулируя частоту вращения двигателя и мощность в лошадиных силах.Когда он закрыт, воздух ограничен, поэтому двигатель вынужден работать на холостом ходу. Когда он широко открыт, двигатель поглощает все, что может, чтобы обеспечить максимальную мощность, на которую он способен. Коллектор содержит топливные форсунки, которые представляют собой электромеханические клапаны, управляемые ЭБУ — мозгом двигателя. ЭБУ контролирует количество впрыскиваемого топлива, регулируя время открытия и закрытия крошечных клапанов форсунок. В режиме холостого хода впрыскивается только небольшое количество топлива, но при полностью открытой дроссельной заслонке, позволяющей всасывать дополнительный воздух, ЭБУ сигнализирует инжекторам, чтобы они оставались открытыми дольше, чтобы впрыснуть пропорционально большее количество топлива.Чем больше топлива и больше воздуха, тем больше взрывы и мощность колес.

Система зажигания
Электрическая искра, синхронизируемая ЭБУ и проходящая через электроды свечи зажигания, воспламеняет горючую топливно-воздушную смесь в цилиндрах. Искра зажигается непосредственно перед тем, как поршень достигает ВМТ, около пика самого высокого давления сжатия в цилиндре. Это наиболее эффективное время для зажигания искры. Обычно синхронизация зажигания увеличивается вместе с частотой вращения двигателя, потому что при более высоких оборотах двигателя меньше времени для возникновения событий сгорания, поэтому для поддержания надлежащей работы необходимо запускать зажигание раньше в цикле.

Посмотреть все 17 фотографий

Выхлопная система
Выхлопная система отводит сгоревшие выхлопные газы от двигателя. Сюда входят выпускной коллектор, каталитический нейтрализатор и выпускной трубопровод. Коллектор собирает выхлопные газы каждого из выпускных отверстий головки цилиндров и собирает их в единую трубу. Это приводит к каталитическому нейтрализатору, где ядовитые компоненты выхлопного газа, такие как оксид азота, различные несгоревшие углеводороды и моноксид углерода, превращаются в нетоксичный диоксид углерода и водяной пар.Оттуда газы попадают в выхлопную трубу, где проходят через глушитель, снижая уровень шума до приемлемого уровня, а затем выбрасываются в атмосферу.

Ход впуска
Имея базовое представление о движущихся частях двигателя, сейчас самое время объяснить четырехтактный процесс и выяснить, как все работает вместе. Манипулирование циклом важно при поиске дополнительной мощности, поэтому важно полностью понимать различные части и то, как они влияют на общую выходную мощность, начиная с такта впуска.

Посмотреть все 17 фото

Начнем с поршня в ВМТ. Впускной клапан начинает открываться, когда выпускной клапан закрывается. Когда коленчатый вал поворачивается, шатун начинает тянуть поршень вниз, от ВМТ. Имейте в виду, что кривошип соединен с распределительным валом цепью или ремнем, поэтому при вращении кривошипа впускной клапан открывается до полного открытия. Движущийся вниз поршень создает всасывание в цилиндре, поэтому воздух и впрыскиваемый бензин из впускного коллектора втягиваются внутрь.Это продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет НМТ (нижней мертвой точки). Из-за формы распределительного вала впускной клапан почти полностью закрывается к тому времени, когда поршень достигает НМТ. К концу такта впуска остается цилиндр, полный смеси свежего воздуха и топлива.

Ход сжатия
К этому моменту поршень начинает движение вверх, толкаемый коленчатым валом и шатуном. Впускной клапан полностью закрыт, и по мере того, как поршень движется вверх, воздушно-топливная смесь сжимается.Это сжатие заставляет молекулы воздуха и топлива сближаться, пока они не превратятся в высокореактивную взрывчатую смесь. Чем ближе молекулы друг к другу, тем легче вызвать взрыв. Когда поршень снова приближается к ВМТ, система зажигания зажигает свечу зажигания, что вызывает еще один взрыв внутри цилиндра.

Просмотреть все 17 фотографий На приведенной выше диаграмме показаны события клапана в зависимости от вращения коленчатого вала. Обратите внимание, что требуется два оборота коленчатого вала — всего 720 градусов — для каждого полного оборота распределительного вала или 360 градусов вращения.

Рабочий ход
К тому времени, когда поршень находится в ВМТ, взрыв воздуха / топлива внутри плотно закрытого цилиндра уже идет полным ходом. Температура и давление взрыва быстро возрастают, и поршень с большой силой толкается вниз по цилиндру. Это движущая сила, которая раскручивает ваши колеса и толкает вас по трассе. По мере того как поршень опускается вниз и объем цилиндра увеличивается, давление в цилиндре уменьшается. Как только поршень приближается к дну отверстия, распределительный вал начинает открывать свой выпускной клапан.

Ход выхлопа
Здесь не происходит ничего особенного. Когда поршень снова перемещается от НМТ вверх, выпускной клапан открывается, и сгоревшие газы вытесняются из цилиндра в систему выпуска. К тому времени, когда поршень достигает верха своего отверстия, выпускной клапан почти закрыт, а впускной клапан начинает открываться, и цикл повторяется.

Посмотреть все 17 фотографий

Каждый цилиндр любого четырехтактного двигателя совершает четыре хода на каждые два оборота коленчатого вала.Поскольку распределительные валы имеют по одной выпуклости для каждой лопасти и приводятся во вращение на половину скорости коленчатого вала, клапаны открываются с каждым вторым оборотом коленчатого вала. Представьте, что это происходит даже при консервативных 7000 об / мин, когда цикл повторяется примерно 60 раз в секунду на цилиндр. На таких скоростях легко представить себе более непрерывный поток энергии, исходящий от этой, казалось бы, дерганной системы.

Как работает двигатель V-8?

Двигатели V-8 — один из наиболее распространенных типов двигателей во всей автомобильной промышленности, особенно когда целью является выработка большой мощности с плавной подачей.

Итак, как работает такой двигатель? Джейсон Фенске из Engineering Explained здесь, чтобы пролить свет на то, как работает двигатель V-8. В частности, он использует популярный 6,2-литровый V-8 от General Motors LS3, который используется в Corvette шестого поколения и Camaro пятого поколения.

Прежде всего, V-8 работает как любой другой четырехтактный двигатель с бензиновым двигателем. Цилиндр втягивает воздух и топливо, сжимает воздух и топливо, свеча зажигания воспламеняет смесь, создавая мощность и заставляя поршень опускаться, и, наконец, поршень выталкивает выхлопные газы, когда он движется обратно вверх.Цикл происходит в восьми разных цилиндрах в разное время, и цикл распространяется по цилиндрам для плавной подачи мощности. В LS3 V-8 порядок зажигания — 1-8-7-2-6-5-4-3, в котором цилиндр срабатывает на каждые 90 градусов вращения коленчатого вала.

Далее мы переходим к распределителю клапанов. Всасываемый воздух поступает из верхней части двигателя в боковые стороны головки блока цилиндров, а выхлопные газы проходят через выпускные клапаны на стороне головки блока цилиндров. Сама головка блока цилиндров включает единственный впускной клапан и единственный выпускной клапан.На видео мы видим больший клапан на впуске и меньший клапан на выпуске. Поскольку мы рассматриваем двигатель Chevrolet V-8, в нем присутствуют толкатели. Толкатели активируют коромысла, открывающие клапаны. Альтернативой является конструкция верхнего кулачка с цепным приводом, которую в GM вы теперь найдете в новейшем двигателе V-8 Cadillac.

Что касается толкателей, они работают через выступы распределительного вала, которые активируют толкатели, открывая соответствующий клапан при его повороте. Теперь распределительный вал, который управляет клапанами, соединен с коленчатым валом.На каждые два оборота коленчатого вала распредвал поворачивается один раз, и Джейсон снимает масляный поддон, чтобы показать, как работает коленчатый вал. К кривошипу добавляются грузы для уравновешивания двигателя, а шатуны соединяют кривошип с поршнями.

Итак, когда поршень достигает верхней части цилиндра, противовес располагается прямо напротив него, чтобы уравновесить силу. А еще при 90 градусах он нейтрализует силу другого поршня. Когда поршень возвращается в нижнюю часть, вес противодействует всей направленной вниз силе направленной вверх.Хотя это звучит сложно, на самом деле весь процесс представляет собой простой способ создать плавный двигатель без особых вибраций.

Основы работы поршневого двигателя

Многие люди всю свою жизнь водят машину, даже не понимая, как работают машины. У этих знаний есть много преимуществ. Курсы обучения водителей отлично подходят для обучения людей правилам дорожного движения, но многие из них даже не охватывают основы механики.

Сегодня на дорогах большинство автомобилей имеют двигатели внутреннего сгорания. Это тип поршневого двигателя, в котором поршни используются для преобразования давления в движение. Хотя это может показаться сложным, самый простой способ понять ваш двигатель — изучить различные части и то, что они делают во время этих циклов.

Преимущества понимания вашего двигателя

Есть много причин иметь фундаментальное представление о том, как работает двигатель вашего автомобиля. Во-первых, это даст вам преимущество при покупке автомобиля, потому что вы сможете сравнивать разные автомобили в зависимости от того, что находится под капотом.Когда у вас есть собственный автомобиль, знание двигателя поможет облегчить обслуживание автомобиля и устранение механических неисправностей.

Аналогичным образом, если вам когда-нибудь понадобится сдать автомобиль в ремонт, знакомство с двигателем поможет вам понять, какие работы необходимо выполнить и почему. Вы также можете определить, действительно ли в некоторых предлагаемых ремонтах нет необходимости.

Основные компоненты двигателя внутреннего сгорания

В основе двигателя автомобиля лежат цилиндры.У большинства машин их четыре, шесть или восемь штук. Внутри каждого цилиндра находится поршень, который скользит вверх и вниз и при этом вращает коленчатый вал, прикрепленный к коробке передач, которая, в свою очередь, приводит в движение колеса автомобиля. Цилиндры также оснащены клапанами, которые впускают воздух и топливо и позволяют выходить выхлопным газам. Топливо внутри двигателя воспламеняется свечами зажигания, и это сгорание приводит в движение поршни.

Четырехтактный цикл

Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены многие современные легковые и грузовые автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу, и эти четыре стадии — это впуск, сжатие, сгорание и выпуск.Поскольку в автомобилях обычно есть по крайней мере четыре цилиндра, которые запускаются последовательно, цилиндры всегда проходят разные стадии цикла, а это означает, что всегда есть поршень, приводящий в движение коленчатый вал.

  • Цикл впуска : Во время цикла впуска впускной клапан цилиндра открывается, когда поршень движется вниз по цилиндру, и вакуум, создаваемый движениями поршня вниз, всасывает воздух и топливо в камеру сгорания цилиндра.
  • Цикл сжатия : как только поршень достигает дна цилиндра, впускной клапан закрывается и сжимает воздух и топливо внутри камеры сгорания.
  • Цикл сгорания : Поршни всегда движутся вверх и вниз, поскольку поршень движется вверх, он сжимает воздух и топливо в камере сгорания. Как только это происходит, свеча зажигания используется для воспламенения топлива и воздуха, и в результате взрыв толкает поршень обратно вниз.
  • Выпускной цикл : Во время последней стадии цикла выпускной клапан открывается, когда поршень достигает дна цилиндра, и оставшееся топливо и воздух выпускаются из камеры сгорания.

Знание основ работы двигателя транспортного средства полезно при покупке и обслуживании автомобиля, и это может даже помочь вам диагностировать проблемы, когда что-то идет не так. Изучение двигателя вашего автомобиля — лишь один из компонентов комплексного обучения водителей, но во многих случаях эти знания могут помочь вам выбраться из затора.

Чтобы узнать больше о своей машине и получить навыки вождения, которые помогут вам и другим в безопасности на дороге, запишитесь на занятия в Western Slope Driving School в Литтлтоне.Мы являемся лучшим в регионе институтом вождения как для начинающих, так и для опытных водителей.

Как работает двигатель?

Семилетний Сойер хочет знать: как работает двигатель? Мы узнаем о бензопилах от Эшли Белроуз, инструктора Технологического центра в Эссексе, штат Вермонт.

Эшли обучает старшеклассников, интересующихся лесным хозяйством, здесь, в Вермонте, где базируется подкаст. Одна из вещей, которую она учит их, — это как пользоваться бензопилой.У бензопилы простой двигатель.

«Как работает двигатель?» — Sawyer, 7, Hinesburg, Vt.

«Двигатель — это, по сути, серия контролируемых взрывов. Я знаю, что это звучит очень страшно, но они управляются, это хорошая сторона. Представьте себя на качелях. Если вы сидите на одном конце, вы летите вверх и вниз и сила, которая движет вами вверх и вниз, — это ваши ноги. То же самое в двигателе.

Сойер, 7 лет, только что закончил первый класс.Ему нравится рыбалка, катание на лыжах, рисование, футбол и лакросс. Он живет в Хайнсбурге, Вт.

.

«Есть цилиндр, что означает в основном форму полой банки для супа. Внутри этого цилиндра установлен поршень. Поршень — это головка, которая поднимается и опускается. Она герметична (так что ничего не может пройти) и очень плотно прилегает. внутри цилиндра, и он движется вверх и вниз. Это происходит посредством контролируемых взрывов. Это перемещает его вверх и вниз по цилиндру, и это движение поршня по-разному передается на движущуюся часть транспортного средства.Вот что заставляет ваш автомобиль двигаться … один или несколько поршней в двигателе.

«У бензопилы только один поршень. Чем больше у вас цилиндров, тем больше у вас мощности.

» Поршень движется вверх и вниз в цилиндре. Когда он идет вниз, топливо всасывается. В двухтактном двигателе впуск и выпуск одинаковы, а сжатие и сгорание одинаковы. Итак, у вас есть воздухозаборник, когда ваш вход входит, он фактически наполняется и выталкивает выхлоп. Затем происходит сжатие, потому что поршень возвращается в камеру.Все только что заправленное топливо сжимается. Когда он добирается до вершины, появляется свеча зажигания. Это воспламеняется; это ваш силовой ход. Он толкает поршень обратно вниз, поступает больше топлива, выхлоп от последнего сгорания гаснет, импульс движет поршень обратно к сжатию и сгоранию, и вот как работает двигатель.

«Это замедляет его, но это небольшие компоненты между ними, и именно так топливо используется в двигателе для создания контролируемых взрывов.»

— Эшли Белроуз, Центр технологий Эссекса

Смотрите видео Эшли с ее модельным двигателем на нашей странице в Facebook.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *