Меню Закрыть

Строение двс: Устройство современного двигателя внутреннего сгорания

Содержание

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 162

Двигатель внутреннего сгорания – универсальный силовой агрегат, используемый практически во всех видах современного транспорта. Три луча заключенные в окружность, слова «На земле, на воде и в небе» — товарный знак и девиз компании Мерседес Бенц, одного из ведущих производителей дизельных и бензиновых двигателей. Устройство двигателя, история его создания, основные виды и перспективы развития – вот краткое содержание данного материала.

Немного истории

Принцип превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, посредством использования кривошипно-шатунного механизма известен с 1769 года, когда француз Николя Жозеф Кюньо показал миру первый паровой автомобиль. В качестве рабочего тела двигатель использовал водяной пар, был маломощным и извергал клубы черного, дурнопахнущего дыма. Подобные агрегаты использовались в качестве силовых установок на заводах, фабриках, пароходах и поездах, компактные же модели существовали в виде технического курьеза.


Все изменилось в тот момент, когда в поисках новых источников энергии человечество обратило свой взор на органическую жидкость — нефть. В стремлении повысить энергетические характеристики данного продукта, ученные и исследователи, проводя опыты по перегонке и дистилляции, получили неизвестное доселе вещество – бензин. Эта прозрачная жидкость с желтоватым оттенком сгорала без образования копоти и сажи, выделяя намного большее, чем сырая нефть, количество тепловой энергии.

Примерно в то же время Этьен Ленуар сконструировал первый газовый двигатель внутреннего сгорания, работавший по двухтактной схеме, и запатентовал его в 1880 году.

В 1885 году немецкий инженер Готтлиб Даймлер, в сотрудничестве с предпринимателем Вильгельмом Майбахом, разработал компактный бензиновый двигатель, уже через год нашедший свое применение в первых моделях автомобилей. Рудольф Дизель, работая в направлении повышения эффективности ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в 1897 году предложил принципиально новую схему воспламенения топлива. Воспламенение в двигателе, названном в честь великого конструктора и изобретателя, происходит за счет нагревания рабочего тела при сжатии.

А в 1903 году братья Райт подняли в воздух свой первый самолет, оснащенный бензиновым двигателем Райт-Тейлор, с примитивной инжекторной схемой подачи топлива.

Как это работает

Общее устройство двигателя и основные принципы его работы станут понятны при изучении одноцилиндровой двухтактной модели.


Такой ДВС состоит из:
  • камеры сгорания;
  • поршня, соединенного с коленвалом посредством кривошипно-шатунного механизма;
  • системы подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси;
  • клапана для удаления продуктов горения (выхлопных газов).

При пуске двигателя поршень начинает путь от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), за счет поворота коленвала. Достигнув нижней точки, он меняет направление движения к ВМТ, одновременно с чем проводится подача топливно-воздушной смеси в камеру сгорания. Движущийся поршень сжимает ТВС, при достижении верхней мертвой точки система электронного зажигания воспламеняет смесь. Стремительно расширяясь, горящие пары бензина отбрасывают поршень в нижнюю мертвую точку. Пройдя определенную часть пути, он открывает выхлопной клапан, через который раскаленные газы покидают камеру сгорания. Пройдя нижнюю точку, поршень меняет направление движения к ВМТ. За это время коленвал совершил один оборот.

Данные пояснения станут более понятными при просмотре видео о работе двигателя внутреннего сгорания.

Два такта

Основным недостатком двухтактной схемы, в которой роль газораспределительного элемента играет поршень, является потеря рабочего вещества в момент удаления выхлопных газов. А система принудительной продувки и повышенные требования к термостойкости выхлопного клапана приводят к увеличению цены двигателя. В противном случае добиться высокой мощности и долговечности силового агрегата не представляется возможным. Основная сфера применения подобных двигателей – мопеды и недорогие мотоциклы, лодочные моторы и бензокосилки.

Четыре такта

Описанных недостатков лишены четырехтактные ДВС, используемые в более «серьезной» технике. Каждая фаза работы такого двигателя (впуск смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск отработанных газов), осуществляется при помощи газораспределительного механизма.

Разделение фаз работы ДВС очень условно. Инерционность отработавших газов, возникновение локальных вихрей и обратных потоков в зоне выхлопного клапана приводит к взаимному перекрыванию во времени процессов впрыска топливной смеси и удаления продуктов горения. Как результат, рабочее тело в камере сгорания загрязняется отработанными газами, вследствие чего меняются параметры горения ТВС, уменьшается теплоотдача, падает мощность.

Проблема была успешно решена путем механической синхронизации работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. Проще говоря, впрыск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания произойдет только после полного удаления отработанных газов и закрытия выхлопного клапана.

Но данная система управления газораспределением так же имеет свои недостатки. Оптимальный режим работы двигателя (минимальный расход топлива и максимальная мощность), может быть достигнут в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала.

Развитие вычислительной техники и внедрение электронных блоков управления дало возможность успешно разрешить и эту задачу. Система электромагнитного управления работой клапанов ДВС позволяет на лету, в зависимости от режима работы, выбирать оптимальный режим газораспределения. Анимированные схемы и специализированные видео облегчат понимание этого процесса.


На основании видео не сложно сделать вывод, что современный автомобиль это огромное количество всевозможных датчиков.

Виды ДВС

Общее устройство двигателя остается неизменным достаточно долгое время. Основные различия касаются видов используемого топлива, систем приготовления топливно-воздушной смеси и схем ее воспламенения.
Рассмотрим три основных типа:

  1. бензиновые карбюраторные;
  2. бензиновые инжекторные;
  3. дизельные.

Бензиновые карбюраторные ДВС

Приготовление гомогенной (однородной по своему составу), топливно-воздушной смеси происходит путем распыления жидкого топлива в воздушном потоке, интенсивность которого регулируется степенью поворота дроссельной заслонки. Все операции по приготовлению смеси проводятся за пределами камеры сгорания двигателя. Преимуществами карбюраторного двигателя является возможность регулировки состава топливной смеси «на коленке», простота обслуживания и ремонта, относительная дешевизна конструкции. Основной недостаток – повышенный расход топлива.


Историческая справка. Первый двигатель данного типа сконструировал и запатентовал в 1888 году российский изобретатель Огнеслав Костович. Оппозитная система горизонтально расположенных и двигающихся навстречу друг другу поршней, до сих пор успешно используется при создании двигателей внутреннего сгорания. Самым известным автомобилем, в котором использовался ДВС данной конструкции, является Фольксваген Жук.

Бензиновые инжекторные ДВС

Приготовление ТВС осуществляется в камере сгорания двигателя, путем распыления топлива инжекторными форсунками. Управление впрыском осуществляется электронным блоком или бортовым компьютером автомобиля. Мгновенная реакция управляющей системы на изменение режима работы двигателя обеспечивает стабильность работы и оптимальный расход топлива. Недостатком считается сложность конструкции, профилактика и наладка возможны только на специализированных станциях технического обслуживания.

Дизельные ДВС

Приготовление топливно-воздушной смеси происходит непосредственно в камере сгорания двигателя. По окончании цикла сжатия воздуха, находящегося в цилиндре, форсунка проводит впрыск топлива. Воспламенение происходит за счет контакта с перегретым в процессе сжатия атмосферным воздухом. Всего лишь 20 лет назад низкооборотистые дизеля использовались в качестве силовых агрегатов специальной техники. Появление технологии турбонагнетания открыло им дорогу в мир легковых автомобилей.

Пути дальнейшего развития ДВС

Конструкторская мысль никогда не стоит на месте. Основные направления дальнейшего развития и усовершенствования двигателей внутреннего сгорания – повышение экономичности и минимизация вредных для экологии веществ в составе выхлопных газов. Применение слоистых топливных смесей, конструирование комбинированных и гибридных ДВС – лишь первые этапы долгого пути.

Мне нравится1Не нравится
Что еще стоит почитать

Geely и Volvo будут совместно разрабатывать двигатели внутреннего сгорания

Zhejiang Geely Holding Group (Geely) и ее дочерняя компания Volvo Car Group (Volvo) объединят свои усилия по разработке современных двигателей.

Zhejiang Geely Holding Group (Geely) и ее дочерняя компания Volvo Car Group (Volvo), полностью находящаяся в собственности концерна, объединят свои усилия по разработке современных двигателей с целью создания ведущего в мире предприятия по производству двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и гибридных силовых установок нового поколения.

Бизнес-проект пока находится на стадии разработки. Предполагается, что данный шаг позволит Volvo Cars сосредоточиться на производстве полностью электрических автомобилей премиум-класса. Компания ожидает, что к середине следующего десятилетия половина глобальных продаж будет приходиться на полностью электрические автомобили, а другая половина – на гибридные модели, поставляемые новым предприятием.

Новое подразделение будет заниматься разработкой эффективных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и гибридных силовых установок, которые получат передовое техническое оснащение, а также их производством для компаний Volvo Cars, Geely Auto, Lynk & Co, Proton, Lotus и LEVC с целью укрепления взаимодействия между брендами.

Предприятие объединит 3000 специалистов Volvo и 5000 сотрудников Geely, работающих над двигателями внутреннего сгорания. Их деятельность включает в себя исследования, разработки, закупки, производство, ИТ и финансы. Сокращений рабочей силы не планируется.

С момента приобретения компанией Geely марки Volvo в 2010 году оба бренда достигли рекордных показателей продаж. Новое бизнес-подразделение должно способствовать дальнейшему сотрудничеству сторон в сфере научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, производства, закупок и прочих операций.

В мировой автомобильной промышленности возрастает спрос на эффективные двигатели внутреннего сгорания и гибридные силовые установки. Проект позволит компаниям продавать двигатели и силовые установки сторонним производителям, тем самым создавая возможности для роста.

«Продолжая работу над переходом к полностью электрифицированным автомобилям, мы в то же время будем увеличивать инвестиции в разработку высокоэффективных двигателей внутреннего сгорания и гибридных силовых установок. Это позволит нам обеспечить клиентов новейшими продуктами и услугами, а также повысить эффективность нашей совместной работы», − заявил президент Zhejiang Geely Holding Group и генеральный директор Geely Auto Group Ань Цунхуэй.

«Гибридным автомобилям необходимы лучшие двигатели внутреннего сгорания. У нового подразделения будут ресурсы, знания и опыт для эффективной разработки этих силовых агрегатов», — комментирует Хокан Самуэльссон, президент и главный исполнительный директор Volvo Cars.

В настоящее время бизнес-план находится на стадии разработки. Затем его рассмотрят руководители компаний и профсоюзов – проект должен получить одобрение со стороны совета директоров и соответствующих органов власти.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

 

 

Для того, чтобы понять принцип работы ГРМ, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:

 

 

 

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.


Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания


Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт — такт впуска

 

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

 

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

 

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

 

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.
 

Газораспределительный механизм

 

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.


Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.


Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
 

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.

Устройство КШМ


Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

Маховик

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок и головка цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Турбированные моторы & атмосферные: устройства и принцип работы | Справочная информация

Классические бензиновые и дизельные силовые агрегаты в последние несколько лет стали сдавать позиции лидеров в автомобилестроении. На смену им и в дополнение приходят турбированные и атмосферные двигатели, которые всего пару десятилетий назад можно было встретить только на гоночных болидах.

Сегодня очень часто при выборе современных моделей транспортных средств, автолюбители не знают, на каком силовом агрегате лучше всего остановиться — купить автомобиль с «атмосферником» или турбиной? У каждого из этих механизмов есть свои специфические особенности, а также плюсы и минусы в эксплуатации.

Устройство и принцип работы турбированного двигателя

Турбированный силовой агрегат считается одним из самых старых среди двигателей внутреннего сгорания, так как был придуман почти столетие назад. Принцип его работы заключается в том, в цилиндры подается увеличенное количество воздуха, для этого используется нагнетающее устройство – турбокомпрессор («турбина»). Это создает лучшие условия для сгорания топлива и, соответственно, увеличивает мощность двигателя.

По принципу работы турбированный двигатель не отличается от обычного атмосферного двигателя. А нагнетание дополнительного воздуха позволяет эффективнее использовать полный объем поступающей горючей смеси, что положительно сказывается на динамических характеристиках автомобиля.

Турбокомпрессор использует для работы энергию выхлопных газов. Он подсоединяется к выхлопной системе, в результате чего часть отработанных газов поступает на лопасти турбины и вращает крыльчатку компрессора.

Для охлаждения силового агрегата с турбокомпрессором используют интеркуллер. Это обычный радиатор, но вместо охлаждающей жидкости в нем циркулирует воздух.

Достоинства турбодвигателя

Главный козырь турбированных силовых агрегатов — это, конечно же, их высокая мощность. Двигатели с турбокомпрессором по динамике разгона значительно превосходят своих атмосферных «собратьев» при одинаковом объеме. При этом потребление топлива увеличивается ненамного, так как турбина использует энергию уже отработавших газов, а не тратит горючее на создание новых.

Еще одно достоинство турбированного агрегата – снижение содержания вредных газов в выхлопе, поскольку топливовоздушная смесь сгорает значительно эффективнее. Кроме того, мотор с турбокомпрессором работает менее шумно, чем «атмосферник».

Недостатки турбодвигателя

В отличие от атмосферного двигателя, турбодвигатель очень привередлив к качеству потребляемого горючего. Если не контролировать этот вопрос, то турбина очень скоро может выйти из строя. Кроме того, из-за специфики конструкции двигатели с турбонаддувом следует прогревать в любое время года.

Этот тип силовых агрегатов нуждается в особой заботе в вопросах использования смазочных материалов. Обычные минеральные и синтетические масла категорически запрещается заливать в двигатель с турбиной. Для них предназначаются специальные виды масел, которые достаточно дорого стоят. Кроме того, как отмечают специалисты автосервиса Favorit Motors, замена масла рекомендуется каждые 10 тысяч километров (при эксплуатации в городских условиях).

Устройство и принцип работы атмосферного двигателя

Система запитывания атмосферного двигателя основана на инжекторном или карбюраторном механизме. Топливовоздушная смесь формируется в строгой пропорции: 1 часть бензина + 14 частей воздуха.

Принцип работы «атмосферника» заключается в том, что топливо впрыскивается в цилиндр без сопротивления. Это стало возможным благодаря сложным и тонким настройкам в распределительном валу, который открывает впускающий клапан. После впрыска смесь сгорает, а выделившиеся газы приводят в движение поршни.

Атмосферный двигательный аппарат назван так потому, что давление воздуха при попадании в мотор, равняется одной атмосфере. В его конструкции не используются турбонагнетатели, он функционирует при стандартном атмосферном давлении.

Преимущество в использовании атмосферного двигателя заключается в том, что на каких бы оборотах он не работал в данный момент, у него всегда будет определенный запас мощности. Это позволяет максимально быстро ускоряться при любой начальной скорости движения. До максимально возможного количества оборотов атмосферный силовой агрегат «раскрутится» за считанные секунды.

Достоинства атмосферного двигателя

Рано или поздно даже самый надежный мотор может потребовать вложений и качественного ремонта. Атмосферный агрегат имеет более простое строение, чем турбированный мотор, а потому и проведение ремонтных работ обойдется дешевле.

Срок службы атмосферника гораздо выше, чем у турбированного мотора. Это обусловлено более мягкими условиями эксплуатации и отсутствием повышенных нагрузок. Поэтому рабочий ресурс атмосферного двигателя в среднем вдвое выше, чем у турбины.

В качестве приятного бонуса для автовладельцев специалисты ГК Favorit Motors могут привести следующий факт. Атмосферные агрегаты не требуют постоянно контроля смазки и менее требовательны к качеству используемых масел. В их конструкции отсутствуют устройства, которые нуждаются в дополнительной смазке. Это же касается и выбора топлива: атмосферный двигательный агрегат менее требователен к качеству горючего. Кроме того, замена смазочной жидкости производится реже — каждые 15-20 тысяч километров пробега.

И еще один плюс «атмосферника». Российские водители уже смогли убедиться, что атмосферный силовой агрегат даже зимой прогревается быстрее, чем его турбированный собрат.

Недостатки атмосферного двигателя

Самым главным минусом такого двигателя можно считать отсутствие высоких крутящих моментов. Атмосферный агрегат проигрывает турбированному в плане мощности. Такой автомобиль будет идеальным для неспешных поездок по городу, но в качестве трассового авто для молодежных гонок явно не подойдет.

Расход топлива для такого двигателя будет достаточно высок. Как отмечают специалисты ГК Favorit Motors, в среднем автомобиль с атмосферным двигателем потребляет не менее 11-12 литров горючего на 100 километров пути.

Итоги

Выбирать автомобиль с турбированным или атмосферным агрегатом стоит, исходя из своих личных предпочтений и возможностей. У каждого из этих типов моторов есть свои плюсы и минусы. Турбодвигатель будет мощнее и динамичнее, однако требователен в уходе и обходится дороже. Атмосферный двигатель не такой мощный, зато гораздо дешевле в плане эксплуатации и ремонта.

В наличии в компании Favorit Motors имеется множество разных моделей автомобилей как с атмосферными двигателями, так и с турбированными. Компетентный персонал поможет подобрать автомобиль, исходя из пожеланий и предпочтений каждого клиента.

Как турбированный, так и атмосферный силовой агрегат со временем может начать работать с перебоями или вообще отказать. Современные модели автомобилей оснащены высокотехнологичными электронными системами управления двигателем, поэтому диагностику и ремонт моторов следует выполнять только в специализированных автосервисах.

Автосервис Favorit Motors оснащен полным комплексом диагностического и ремонтного оборудования для диагностики и устранения неисправностей турбированных и атмосферных силовых агрегатов. Для обслуживания и ремонта здесь используются только качественные сертифицированные запчасти, а мастера техцентра обладают многолетним опытом работ. Все операции выполняются в соответствии с технологическими картами заводов-изготовителей, что обеспечивает высокое качество и сжатые сроки ремонта. На все детали и ремонтно-восстановительные работы предоставляется гарантия.

Специалисты компании Favorit Motors напоминают, что своевременное регламентное обслуживание способно значительно продлить срок эксплуатации силового агрегата. Необходимо регулярно менять масло в соответствии с пробегом и устранять выявленные неисправности.

Подборка б/у автомобилей Skoda Octavia

8.6. Самоходные машины с двигателями внутреннего сгорания в подземных выработках

8.6.1. Порядок эксплуатации и обслуживания машин с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в том числе пунктов заправки машин и их отстоя, должен определяться ППР.

8.6.2. К управлению машинами с ДВС должны допускаться лица, прошедшие обучение при учебно-курсовых комбинатах и получившие удостоверение на право управления машинами в подземных условиях.

8.6.3. Перевозка людей допускается только на специально предусмотренных для этой цели машинах и прицепах к ним заводского изготовления. Автоприцепы должны быть оснащены тормозными устройствами и световой сигнализацией сзади.

8.6.4. Машины должны передвигаться по выработкам со скоростью, обеспечивающей безопасность людей и оборудования, но не выше 20 км/ч. При разминовке машин скорости их должны быть снижены до 10 км/ч. Скорость движения машин на участках, где проводятся какие-либо работы, не должна превышать 5 км/ч.

На прямолинейных участках горизонтальной выработки длиной более 500 м максимальная скорость груженых и порожних машин может быть увеличена до 40 км/ч. При этом скорость движения машин выше 20 км/ч устанавливается главным инженером организации по согласованию с территориальными органами госгортехнадзора.

Движение машин задним ходом разрешается на расстояние не более 200 м. Подача машин задним ходом в зоне, где выполняются какие-либо работы, должна производиться только по команде лиц, выполняющих эти работы.

Допускается челночная схема движения машин при наличии дублирующих органов системы управления, предусмотренных заводом-изготовителем.

8.6.5. Свободный проход для людей и проезжая часть в откаточных выработках должны быть разграничены указателями. В выработках, где допускается скорость движения машин выше 20 км/ч, и в наклонных выработках устройство пешеходных дорожек должно исключать наезд на них машин установкой отбойных брусьев, поднятием пешеходных дорожек и т.п.

8.6.6. Полотно дороги в выработках должно быть ровным. В тех случаях, когда почва выработок сложена из неустойчивых пород, склонных при движении машин к образованию неровностей, дороги должны устраиваться с твердым покрытием.

8.6.7. В выработках, по которым движутся самоходные машины, должны быть установлены типовые дорожные знаки, регламентирующие движение. Схема установки знаков утверждается главным инженером организации.

8.6.8. При двустороннем движении в выработке свет фар должен быть таким, чтобы исключалось ослепление машинистов встречного транспорта (включением ближнего света, подфарников).

8.6.9. Необходимость освещения выработок, в которых эксплуатируются самоходные машины, определяется главным инженером организации с учетом местных условий.

8.6.10. Все машины, работающие в подземных горных выработках, должны иметь номер и быть закреплены за определенными лицами.

8.6.11. На машинах должны быть установлены кабины или козырьки, предохраняющие машиниста от падающих кусков горной породы и вместе с тем обеспечивающие достаточный обзор.

При применении погрузочно-доставочного оборудования в действующих выработках с закрепленной кровлей или кровлей из устойчивых пород устанавливать кабины или козырьки необязательно. При этом расстояние от сиденья машиниста до наиболее выступающей части кровли должно быть не менее 1,3 м.

8.6.12. Машина должна быть загружена таким образом, чтобы при движении исключалось выпадение из кузова кусков горной массы или других транспортируемых материалов.

8.6.13. Буксировка неисправных машин в подземных выработках должна производиться только с помощью жесткой сцепки длиной не более 1 м.

Запрещается оставлять самоходные машины без осуществления мер против самопроизвольного их движения. При всех временных остановках самоходных машин в пути габаритные фонари выключать запрещается.

8.6.14. Каждая машина с ДВС должна быть оснащена автономной установкой пожаротушения.

8.6.15. На каждую машину должен быть заведен журнал осмотра машины, контроля за эксплуатацией нейтрализатора, анализов выхлопных газов. Журнал заполняется согласно инструкциям по эксплуатации оборудования.

8.6.16. В период эксплуатации машины с ДВС осуществляется контроль за ее техническим состоянием с записью в журнале:

а) ежесменно перед началом работы машинист проверяет техническое состояние машины (с опробованием работы отдельных устройств). Если какое-либо устройство, обеспечивающее безопасность работ, неисправно, машину эксплуатировать запрещается;

б) не реже одного раза в неделю механик участка или по его поручению другое лицо, имеющее достаточную квалификацию, производит контроль технического состояния каждой машины, работающей на участке. Машину, не прошедшую еженедельный профилактический осмотр, эксплуатировать запрещается.

Ежесменный осмотр машин, предназначенных для перевозки людей, должен производиться лицом технического надзора. О допуске машины для перевозки людей должна быть сделана запись в журнале.

8.6.17. На применение в шахте каждого типа машин с ДВС должно быть получено разрешение Госгортехнадзора России. Разрешение дается по представлению организацией сведений о соответствии машин данного типа требованиям, предъявляемым к их эксплуатации настоящими Правилами.

8.6.18. Для получения разрешения на каждый тип машин, применяемых на подземных работах, должны быть представлены следующие сведения:

а) перечень серийных отечественных марок топлива, допустимых для использования при подземной эксплуатации двигателя;

б) правила контроля и регулировки двигателя, обеспечивающие наименьшую вредность отработавших газов;

в) правила технической эксплуатации машин, в том числе порядок и сроки проведения текущих и капитальных профилактических осмотров и ремонтов в зависимости от количества отработанных моточасов или пробега в километрах;

г) инструкция по эксплуатации нейтрализаторов;

д) изменения во всех областях рабочих режимов двигателя до и после газоочистки (количество и температура отработавших газов, концентраций в них окиси углерода, окислов азота, альдегидов и твердого фильтрата). Указанные данные представляются в виде графиков или таблиц.

8.6.19. Самоходная машина должна быть оборудована:

а) прибором, находящимся в поле зрения машиниста и показывающим скорость движения машины;

б) звуковой сигнализацией;

в) счетчиком моточасов или пробега в километрах;

г) осветительными приборами (фарами, стоп-сигналом, габаритными по ширине сигналами).

Транспортная машина должна быть оборудована задним стопсигналом, включающимся при торможении, а также фарами заднего освещения и автоматическим звуковым сигналом, включающимся при движении задним ходом.

На погрузочно-доставочных, доставочных машинах и тракторах с постоянной скоростью движения на каждой передаче, буровых каретках и других малоподвижных машинах устанавливать указатели скорости и стоп-сигналы необязательно.

8.6.20. В подземных условиях допускается применение дизельного топлива с температурой вспышки в закрытом тигле не ниже 50 °C и содержанием серы не более 0,2% по весу.

8.6.21. Зазоры между наиболее выступающей частью транспортного средства и крепью выработки или размещенным в выработке оборудованием должны приниматься в зависимости от назначения выработок и скорости передвижения машины:

в выработках, предназначенных для транспортировки породы, — не менее 1,2 м со стороны прохода для людей и 0,5 м с противоположной стороны. При устройстве в выработке пешеходной дорожки выше проезжей части не менее 0,3 м и шириной 0,8 м или при устройстве ниш через 25 м зазор со стороны свободного прохода для людей может быть уменьшен до 1 м. Ниши должны устраиваться высотой 1,8 м, шириной 1,2 м, глубиной 0,7 м;

в выработках, предназначенных для погрузки породы и доставки ее к транспортной выработке, в выработках, находящихся в проходке, при скорости движения машин до 10 км/ч и при исключении возможности нахождения в таких выработках людей, не связанных с работой машин, — не менее 600 мм с каждой стороны.

Во всех случаях высота свободного прохода по всей ширине выработки должна быть не менее 1,8 м от почвы выработки.

В начале выработок, по которым при движении самоходных транспортных средств проход людей не предусмотрен, должны быть вывешены освещенные запрещающие знаки.

8.6.22. В подземных условиях допускаются к применению двигатели, в отработавших газах которых на любом допускаемом режиме концентрация вредных компонентов не превышает величин, указанных в табл. 4.

Двигатель внутреннего сгорания — Конструкция двигателя внутреннего сгорания — цилиндр, топливо, коленчатый вал и поршень

В двигателях внутреннего сгорания

обычно используется возвратно-поступательное движение, хотя газовая турбина , ракетные и роторные двигатели являются примерами других типов двигателей внутреннего сгорания. Однако поршневые двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенными и используются в большинстве автомобилей, грузовиков, мотоциклов и других машин с приводом от двигателя.

Самыми основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал.К ним прикреплены другие компоненты, которые увеличивают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала. Топливо должно поступать в цилиндр, а выхлоп, образованный взрывом топлива, должен обеспечивать выход из цилиндра. Также необходимо произвести зажигание или зажигание топлива. В поршневом двигателе внутреннего сгорания это делается одним из двух способов.

Дизельные двигатели также называют двигателями сжатия, поскольку они используют сжатие для самовоспламенения топлива.Воздух сжимается, то есть выталкивается в небольшое пространство цилиндра. Сжатие вызывает нагревание воздуха; когда топливо попадает в горячий сжатый воздух, топливо взрывается. Давление , создаваемое сжатием, требует, чтобы дизельные двигатели были более прочными и, следовательно, тяжелее, чем бензиновые двигатели, но они более мощные и требуют менее дорогостоящего топлива. Дизельные двигатели обычно используются в больших транспортных средствах, таких как грузовики и тяжелая строительная техника, или в стационарных машинах.

Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, потому что они зависят от искры электричества, которая вызывает взрыв топлива в цилиндре. Этот газовый двигатель легче дизельного двигателя и требует более очищенного топлива.

В двигателе цилиндр размещен внутри блока цилиндров, достаточно прочного, чтобы сдерживать взрывы топлива. Внутри цилиндра находится поршень, который точно соответствует цилиндру. Поршни обычно имеют куполообразную форму вверху и полую внизу.Поршень прикреплен через шатун, установленный в полой нижней части, к коленчатому валу, который преобразует движение поршня вверх и вниз в круговое движение. Это возможно, потому что коленчатый вал не прямой, а имеет изогнутую часть (по одной на каждый цилиндр), называемую кривошипом.

Аналогичная конструкция приводит в движение велосипед. При езде на велосипеде верхняя часть ноги человека похожа на поршень. От колена до ступни нога действует как шатун, который прикрепляется к коленчатому валу с помощью кривошипа или педального узла велосипеда.Когда сила прикладывается к верхней части ноги, эти части начинают двигаться. Возвратно-поступательное движение голени преобразуется во вращательное или вращательное движение коленчатого вала.

Обратите внимание, что при езде на велосипеде нога делает два движения, одно вниз и одно вверх, чтобы завершить цикл вращения педалей. Это так называемые удары. Поскольку двигатель также должен всасывать топливо и снова выпускать топливо, большинство двигателей используют четыре хода для каждого цикла, который совершает поршень. Первый ход начинается, когда поршень оказывается в верхней части цилиндра, называемой головкой цилиндра.По мере его опускания в цилиндре создается вакуум . Это связано с тем, что поршень и цилиндр образуют герметичное пространство. Когда поршень опускается, пространство между ним и головкой блока цилиндров увеличивается, а количество воздуха остается прежним. Этот вакуум помогает подавать топливо в цилиндр, подобно действию легких. Поэтому этот ход называется тактом впуска.

Следующий ход, называемый тактом сжатия, происходит, когда поршень снова подталкивается вверх внутри цилиндра, сжимая или сжимая топливо в более тесное и тесное пространство.Сжатие топлива в верхней части цилиндра вызывает нагревание воздуха, что также нагревает топливо. Сжатие топлива также облегчает воспламенение и делает взрыв более мощным. У расширяющихся газов взрыва меньше места, а это означает, что они будут сильнее давить на поршень, чтобы уйти.

В верхней части такта сжатия топливо воспламеняется, вызывая взрыв, толкающий поршень вниз. Этот ход называется рабочим ходом, и это ход, при котором вращается коленчатый вал.Последний ход, такт выпуска, снова поднимает поршень вверх, который вытесняет выхлопные газы, образовавшиеся в результате взрыва, из цилиндра через выпускной клапан. Эти четыре удара также обычно называют «сосание, сжатие, удар и удар». Двухтактные двигатели исключают такты впуска и выпуска, комбинируя их с тактами сжатия и увеличения мощности. Это позволяет создать более легкий и мощный двигатель — по сравнению с размером двигателя — требующий менее сложной конструкции. Но двухтактный цикл — менее эффективный метод сжигания топлива.Остаток несгоревшего топлива остается внутри цилиндра, что препятствует сгоранию. Двухтактный двигатель также воспламеняет топливо в два раза чаще, чем четырехтактный двигатель, что увеличивает износ деталей двигателя. Поэтому двухтактные двигатели используются в основном там, где требуется двигатель меньшего размера, например, на некоторых мотоциклах, и с небольшими инструментами.

Для горения требуется присутствие кислорода, поэтому для воспламенения топливо необходимо смешать с воздухом. В дизельных двигателях топливо подается непосредственно для реакции с горячим воздухом внутри цилиндра.Однако двигатели с искровым зажиганием сначала смешивают топливо с воздухом вне цилиндра. Это делается либо через карбюратор, либо через систему впрыска топлива. Оба устройства испаряют бензин и смешивают его с воздухом в соотношении , что составляет примерно 14 частей воздуха на каждую часть бензина. Дроссельная заслонка в карбюраторе регулирует количество воздуха, смешиваемого с топливом; на другом конце дроссельная заслонка контролирует, сколько топливной смеси будет отправлено в цилиндр.

Вакуум, создаваемый при движении поршня вниз по цилиндру, втягивает топливо в цилиндр.Поршень должен точно входить в цилиндр, чтобы создать этот вакуум. Резиновые компрессионные кольца, вставленные в канавки поршня, обеспечивают герметичность посадки. Бензин поступает в цилиндр через впускной клапан. Затем бензин сжимается в цилиндр следующим движением поршня в ожидании воспламенения.

Двигатель внутреннего сгорания может иметь от одного до двенадцати или более цилиндров, которые действуют вместе в точно рассчитанной по времени последовательности для приведения в движение коленчатого вала.Велосипедиста на велосипеде можно описать как двухцилиндровый двигатель, в котором каждая нога помогает другой создавать мощность для управления велосипедом и подтягивать друг друга в цикле движений. Автомобили обычно имеют четырех-, шести- или восьмицилиндровые двигатели, хотя также доступны двух- и двенадцатицилиндровые двигатели. Количество цилиндров влияет на рабочий объем двигателя, то есть на общий объем топлива, прошедшего через цилиндры. Больший рабочий объем позволяет сжигать больше топлива, создавая больше энергии для привода коленчатого вала.

Искра попадает через свечу зажигания, расположенную в головке блока цилиндров. Искра вызывает взрыв бензина. Свечи зажигания содержат два конца из металла , называемые электродами, которые проходят вниз в цилиндр. У каждого цилиндра своя свеча зажигания. Когда через свечу зажигания проходит электрический ток , ток перескакивает с одного электрода на другой, создавая искру.

Этот электрический ток исходит от батареи . Однако ток батареи недостаточно силен, чтобы вызвать искру, необходимую для воспламенения топлива.Поэтому он проходит через трансформатор , который значительно увеличивает его напряжение или силу. Затем ток можно направить на свечу зажигания.

Однако в случае двигателя с двумя или более цилиндрами искра должна направляться в каждый цилиндр по очереди. Последовательность срабатывания цилиндров должна быть рассчитана так, чтобы, пока один поршень находился в рабочем такте, другой поршень находился в такте сжатия. Таким образом, сила, действующая на коленчатый вал, может поддерживаться постоянной, что позволяет двигателю работать плавно.Количество цилиндров влияет на плавность работы двигателя; чем больше цилиндров, тем постояннее усилие на коленчатом валу и тем плавнее будет работать двигатель.

Время срабатывания цилиндров регулируется распределителем. Когда ток поступает в распределитель, он направляется к свечам зажигания через провода, по одному на каждую свечу зажигания. Механические распределители — это, по сути, вращающиеся роторы, которые по очереди подают ток в каждый провод. Электронные системы зажигания используют компьютерные компоненты для выполнения этой задачи.

В самых маленьких двигателях используется аккумулятор, который при разряде просто заменяется. Однако в большинстве двигателей предусмотрена возможность перезарядки батареи, используя движение вращающегося коленчатого вала для выработки тока обратно в батарею.

Поршень или поршни давят на коленчатый вал и тянут его вверх, вызывая его вращение. Это преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала возможно, потому что для каждого поршня коленчатый вал имеет кривошип, то есть участок, установленный под углом к движению вверх и вниз положения .На коленчатом валу с двумя или более цилиндрами эти кривошипы также установлены под углом друг к другу, что позволяет им работать согласованно. Когда один поршень толкает кривошип вниз, второй кривошип толкает его поршень вверх.

Большое металлическое колесо, похожее на маховик, прикреплено к одному концу коленчатого вала. Он поддерживает постоянное движение коленчатого вала. Это необходимо для четырехтактного двигателя, поскольку поршни совершают рабочий ход только один раз на каждые четыре хода.Маховик обеспечивает импульса для переноса коленчатого вала во время его движения до тех пор, пока он не получит следующий рабочий ход. Это достигается за счет инерции, то есть принципа, согласно которому движущийся объект стремится оставаться в движении. Как только маховик приводится в движение поворотом коленчатого вала, он продолжает двигаться и вращать коленчатый вал. Однако чем больше цилиндров в двигателе, тем меньше ему нужно будет полагаться на движение маховика, потому что большее количество поршней будет поддерживать вращение коленчатого вала.

После того, как коленчатый вал вращается, его движение можно адаптировать для самых разных целей путем присоединения шестерен , ремней или других устройств. Колеса можно заставить вращаться, пропеллеры можно заставить вращаться, или двигатель можно использовать просто для выработки электроэнергии. К коленчатому валу также прикреплен дополнительный вал, называемый распределительным валом, который открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра в последовательности с четырехтактным циклом поршней. Кулачок — это колесо, имеющее более или менее форму яйца, с длинным и коротким концом.К распределительному валу крепятся несколько кулачков в зависимости от количества цилиндров двигателя. Сверху кулачков установлены толкатели, по два на каждый цилиндр, которые открывают и закрывают клапаны. Когда распределительный вал вращается, короткие концы позволяют толкателям отойти от клапана, заставляя клапан открываться; длинные концы кулачков толкают стержни назад к клапану, снова закрывая его. В некоторых двигателях, называемых двигателями с верхним расположением кулачка, распределительный вал опирается непосредственно на клапаны, что устраняет необходимость в узле толкателя.Двухтактные двигатели, поскольку впуск и выпуск достигаются за счет движения поршня над портами или отверстиями в стенке цилиндра, не требуют распределительного вала.

Коленчатый вал может приводить в действие еще два компонента: системы охлаждения и смазки. Взрыв топлива создает сильное тепло, которое быстро приведет к перегреву двигателя и даже к расплавлению, если он не будет должным образом рассеян или отведен. Охлаждение достигается двумя способами: через систему охлаждения и, в меньшей степени, через систему смазки.

Есть два типа систем охлаждения. В системе жидкостного охлаждения используется воды , которую часто смешивают с антифризом для предотвращения замерзания. Антифриз снижает температуру замерзания, а также повышает точку кипения на воды. Вода, которая очень хорошо собирает тепло, прокачивается вокруг двигателя через ряд каналов, содержащихся в рубашке. Затем вода циркулирует в радиаторе, который содержит множество трубок и тонких металлических пластин, увеличивающих площадь поверхности воды.Вентилятор, прикрепленный к радиатору, пропускает воздух по трубке, дополнительно снижая температуру воды на . И насос, и вентилятор приводятся в действие движением коленчатого вала.

В системах с воздушным охлаждением для отвода тепла от двигателя используется воздух, а не вода. В большинстве мотоциклов, многих небольших самолетов и других машин, движение которых производит большое количество ветра , используются системы воздушного охлаждения. В них металлические ребра прикреплены к внешней стороне цилиндров, создавая большую площадь поверхности; когда воздух проходит через ребра, тепло, передаваемое к металлическим ребрам от цилиндра, уносится воздухом.

Смазка двигателя жизненно важна для его работы. Движение частей друг относительно друга вызывает сильное трение , которое нагревает и вызывает износ деталей. Смазочные материалы, например масло, образуют тонкий слой между движущимися частями. Прохождение масла через двигатель также помогает отводить часть выделяемого тепла.

Коленчатый вал в нижней части двигателя упирается в картер. Он может быть заполнен маслом, или отдельный масляный поддон под картером служит резервуаром для масла.Насос подает масло по каналам и отверстиям к различным частям двигателя. Поршень также оснащен резиновыми маслосъемными кольцами в дополнение к компрессионным кольцам для перемещения масла вверх и вниз по внутренней части цилиндра. В двухтактных двигателях масло используется в составе топливной смеси, что обеспечивает смазку двигателя и устраняет необходимость в отдельной системе.


Двигатель внутреннего сгорания | Encyclopedia.com

Принципы

Структура двигателя внутреннего сгорания

Ресурсы

Двигатель внутреннего сгорания — это любой тепловой двигатель, который получает механическую энергию путем сжигания химической энергии (топлива) в замкнутом пространстве (камере сгорания).Изобретение и разработка двигателя внутреннего сгорания в девятнадцатом веке оказали глубокое влияние на человеческую жизнь. Двигатель внутреннего сгорания представляет собой относительно небольшой и легкий источник той мощности, которую он производит. Использование этой мощности сделало возможным создание практичных машин, начиная от самой маленькой модели самолета и заканчивая самым большим грузовиком. Электроэнергия часто вырабатывается двигателями внутреннего сгорания. Газонокосилки, бензопилы и генераторы также могут использовать двигатели внутреннего сгорания.Важным устройством на базе ДВС является автомобиль.

Однако для всех двигателей внутреннего сгорания основные принципы остаются неизменными. Топливо сжигается внутри камеры, обычно в цилиндре. Энергия, создаваемая сгоранием или горением топлива, используется для продвижения устройства, обычно поршня, через камеру. Прикрепив поршень к валу за пределами камеры, движение и сила поршня могут быть преобразованы в другие движения.

Горение — это сжигание топлива.Когда топливо сгорает, оно выделяет энергию в виде тепла, что приводит к расширению газа. Это расширение может быть быстрым и мощным. Сила и движение расширения газа могут быть использованы для толкания объекта. Взболтать банку с газировкой — это способ увидеть, что происходит, когда газ расширяется. Встряхивающее движение вызывает реакцию углекислого газа — шипение газировки, — которое при открытии банки выталкивает газированную жидкость из банки через отверстие.

Однако простое сжигание топлива не очень полезно для создания движения.Например, зажигание спички сжигает кислород в воздухе вокруг нее, но поднимаемое тепло теряется во всех направлениях и, следовательно, дает очень слабый толчок. Чтобы расширение газа, вызванное сгоранием, было полезным, оно должно происходить в ограниченном пространстве. Это пространство может направлять или направлять движение расширения; он также может увеличить свою силу.

Цилиндр — это полезное пространство для передачи силы сгорания. Круглая внутренняя часть цилиндра позволяет газам легко течь, а также увеличивает силу движения газов.Круговое движение газов также может способствовать втягиванию воздуха и паров в цилиндр или их повторному вытеснению. Ракета — простой пример использования внутреннего сгорания в цилиндре. В ракете нижний конец цилиндра открыт. Когда топливо внутри цилиндра взрывается, газы быстро расширяются к отверстию, давая толчок, необходимый для отталкивания ракеты от земли.

Эта сила может быть еще более полезной. Его можно заставить толкнуть объект внутри цилиндра, заставляя его двигаться через цилиндр.Пуля в пистолете — пример такого объекта. Когда топливо, в данном случае порох, взрывается, возникающая сила продвигает пулю через цилиндр или ствол пистолета. Это движение полезно для определенных вещей; однако его можно сделать еще более полезным. Закрыв концы цилиндра, можно управлять движением объекта, заставляя его двигаться вверх и вниз внутри цилиндра. Это движение, называемое возвратно-поступательным движением, затем можно использовать для выполнения других задач.

Двигатели внутреннего сгорания обычно используют возвратно-поступательное движение, хотя газовые турбины, ракетные и роторные двигатели являются примерами других типов двигателей внутреннего сгорания. Однако поршневые двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенными и используются в большинстве автомобилей, грузовиков, мотоциклов и других машин с приводом от двигателя.

Самыми основными компонентами двигателя внутреннего сгорания являются цилиндр, поршень и коленчатый вал. К ним прикреплены другие компоненты, которые увеличивают эффективность возвратно-поступательного движения и преобразуют это движение во вращательное движение коленчатого вала.Топливо должно поступать в цилиндр, а выхлоп, образованный взрывом топлива, должен обеспечивать выход из цилиндра. Также необходимо произвести зажигание или зажигание топлива. В поршневом двигателе внутреннего сгорания это делается одним из двух способов.

Дизельные двигатели также называют двигателями сжатия, поскольку они используют сжатие для самовоспламенения топлива. Воздух сжимается, то есть выталкивается в небольшое пространство цилиндра. Сжатие вызывает нагревание воздуха; когда топливо попадает в горячий сжатый воздух, топливо взрывается.Давление, создаваемое сжатием, требует, чтобы дизельные двигатели были более прочными и, следовательно, тяжелее, чем бензиновые двигатели, но они более мощные и требуют менее дорогостоящего топлива. Дизельные двигатели обычно используются в больших транспортных средствах, таких как грузовики и тяжелая строительная техника, или в стационарных машинах, но в 2000-х годах они находят свое применение в автомобилях, поскольку технологии совершенствуются и возникает потребность в более дешевом топливе.

Бензиновые двигатели также называют двигателями с искровым зажиганием, потому что они зависят от искры электричества, вызывающей взрыв топлива в цилиндре.Газовый двигатель легче дизельного двигателя и требует более очищенного топлива (следовательно, более дорогостоящего).

В двигателе цилиндр расположен внутри блока цилиндров, достаточно прочного, чтобы сдерживать взрывы топлива. Внутри цилиндра находится поршень, который точно соответствует цилиндру. Поршни обычно имеют куполообразную форму вверху и полую внизу. Поршень прикреплен через шатун, установленный в полой нижней части, к коленчатому валу, который преобразует движение поршня вверх и вниз в круговое движение.Это возможно, потому что коленчатый вал не прямой, а имеет изогнутую часть (по одной на каждый цилиндр), называемую кривошипом.

Аналогичная конструкция приводит в движение велосипед. При езде на велосипеде верхняя часть ноги человека похожа на поршень. От колена до ступни нога действует как шатун, который прикрепляется к коленчатому валу с помощью кривошипа или педального узла велосипеда. Когда сила прикладывается к верхней части ноги, эти части начинают двигаться. Возвратно-поступательное движение голени преобразуется во вращательное или вращательное движение коленчатого вала.

Обратите внимание, что при езде на велосипеде нога делает два движения, одно вниз и одно вверх, чтобы завершить цикл вращения педалей. Это так называемые удары. Поскольку двигатель также должен всасывать топливо и снова выпускать топливо, большинство двигателей используют четыре хода для каждого цикла, который совершает поршень. Первый ход начинается, когда поршень оказывается в верхней части цилиндра, называемой головкой цилиндра. При опускании он создает в цилиндре вакуум. Это связано с тем, что поршень и цилиндр образуют герметичное пространство.Когда поршень опускается, пространство между ним и головкой блока цилиндров увеличивается, а количество воздуха остается прежним. Этот вакуум помогает подавать топливо в цилиндр, подобно действию легких. Поэтому этот ход называется тактом впуска.

Следующий ход, называемый тактом сжатия, происходит, когда поршень снова подталкивается вверх внутри цилиндра, сжимая или сжимая топливо в более тесное и тесное пространство. Сжатие топлива в верхней части цилиндра вызывает нагревание воздуха, что также нагревает топливо.Сжатие топлива также облегчает воспламенение и делает взрыв более мощным. У расширяющихся газов взрыва меньше места, а это означает, что они будут сильнее давить на поршень, чтобы уйти.

В верхней части такта сжатия топливо воспламеняется, вызывая взрыв, который толкает поршень вниз. Этот ход называется рабочим ходом, и это ход, при котором вращается коленчатый вал. Последний ход, такт выпуска, снова поднимает поршень вверх, который вытесняет выхлопные газы, образовавшиеся в результате взрыва, из цилиндра через выпускной клапан.Эти четыре удара также обычно называют «сосать, сжимать, хлопать и дуть». Двухтактные двигатели исключают такты впуска и выпуска, комбинируя их с тактами сжатия и увеличения мощности. Это позволяет создать более легкий и мощный двигатель — по сравнению с размером двигателя — требующий менее сложной конструкции. Однако двухтактный цикл — менее эффективный метод сжигания топлива. Остаток несгоревшего топлива остается внутри цилиндра, что препятствует сгоранию. Двухтактный двигатель также воспламеняет топливо в два раза чаще, чем четырехтактный двигатель, что увеличивает износ деталей двигателя.Поэтому двухтактные двигатели используются в основном там, где требуется двигатель меньшего размера, например, на некоторых мотоциклах и с небольшими инструментами.

Для горения требуется присутствие кислорода, поэтому для воспламенения топливо необходимо смешать с воздухом. В дизельных двигателях топливо подается непосредственно для реакции с горячим воздухом внутри цилиндра. Однако двигатели с искровым зажиганием сначала смешивают топливо с воздухом вне цилиндра. Это делается либо через карбюратор, либо через систему впрыска топлива. Оба устройства испаряют бензин и смешивают его с воздухом в соотношении примерно 14 частей воздуха на каждую часть бензина.Дроссельная заслонка в карбюраторе регулирует количество воздуха, смешиваемого с топливом; на другом конце дроссельная заслонка контролирует, сколько топливной смеси будет отправлено в цилиндр.

Вакуум, создаваемый при движении поршня вниз по цилиндру, втягивает топливо в цилиндр. Поршень должен точно входить в цилиндр, чтобы создать этот вакуум. Резиновые компрессионные кольца, вставленные в канавки поршня, обеспечивают герметичность посадки. Бензин поступает в цилиндр через впускной клапан.Затем бензин сжимается в цилиндр следующим движением поршня в ожидании воспламенения.

Двигатель внутреннего сгорания может иметь от одного до двенадцати или более цилиндров, которые действуют вместе в точно рассчитанной по времени последовательности для приведения в движение коленчатого вала. Велосипедиста на велосипеде можно описать как двухцилиндровый двигатель, в котором каждая нога помогает другой создавать мощность для управления велосипедом и подтягивать друг друга в цикле движений. Автомобили обычно имеют четырех-, шести- или восьмицилиндровые двигатели, хотя также доступны двух- и двенадцатицилиндровые двигатели.Количество цилиндров влияет на рабочий объем двигателя; то есть общий объем топлива, прошедшего через цилиндры. Больший рабочий объем позволяет сжигать больше топлива, создавая больше энергии для привода коленчатого вала.

Искра попадает через свечу зажигания, расположенную в головке блока цилиндров. Искра вызывает взрыв бензина. Свечи зажигания содержат два металлических конца, называемых электродами, которые входят в цилиндр. У каждого цилиндра своя свеча зажигания. Когда электрический ток проходит через свечу зажигания, ток переходит от одного электрода к другому, создавая искру.

Этот электрический ток возникает в батарее. Однако ток батареи недостаточно силен, чтобы вызвать искру, необходимую для воспламенения топлива. Поэтому он пропускается через трансформатор, который значительно увеличивает его напряжение или силу. Затем ток можно направить на свечу зажигания.

Однако в случае двигателя с двумя или более цилиндрами искра должна направляться в каждый цилиндр по очереди. Последовательность срабатывания цилиндров должна быть рассчитана так, чтобы, пока один поршень находился в рабочем такте, другой поршень находился в такте сжатия.Таким образом, сила, действующая на коленчатый вал, может поддерживаться постоянной, что позволяет двигателю работать плавно. Количество цилиндров влияет на плавность работы двигателя; чем больше цилиндров, тем постояннее усилие на коленчатом валу и тем плавнее будет работать двигатель.

Время срабатывания цилиндров регулируется распределителем. Когда ток поступает в распределитель, он направляется к свечам зажигания через провода, по одному на каждую свечу зажигания. Механические распределители — это, по сути, вращающиеся роторы, которые по очереди подают ток в каждый провод.Электронные системы зажигания используют компьютерные компоненты для выполнения этой задачи.

В самых маленьких двигателях используется аккумулятор, который при разряде просто заменяется. Однако в большинстве двигателей предусмотрена возможность перезарядки батареи, используя движение вращающегося коленчатого вала для выработки тока обратно в батарею.

Поршень или поршни толкают коленчатый вал вниз и вверх, вызывая его вращение. Это преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала возможно, потому что для каждого поршня коленчатый вал имеет кривошип, то есть секцию, расположенную под углом к ​​движению вверх-вниз.На коленчатом валу с двумя или более цилиндрами эти кривошипы также установлены под углом друг к другу, что позволяет им работать согласованно. Когда один поршень толкает кривошип вниз, второй кривошип толкает его поршень вверх.

Большое металлическое колесо, похожее на маховик, прикреплено к одному концу коленчатого вала. Он поддерживает постоянное движение коленчатого вала. Это необходимо для четырехтактного двигателя, поскольку поршни совершают рабочий ход только один раз на каждые четыре хода.Маховик обеспечивает импульс, переносящий коленчатый вал во время его движения, пока он не получит следующий рабочий ход. Это достигается за счет инерции, то есть принципа, согласно которому движущийся объект стремится оставаться в движении. Как только маховик приводится в движение поворотом коленчатого вала, он продолжает двигаться и вращать коленчатый вал. Однако чем больше цилиндров в двигателе, тем меньше ему нужно будет полагаться на движение маховика, потому что большее количество поршней будет поддерживать вращение коленчатого вала.

Когда коленчатый вал вращается, его движение можно адаптировать для самых разных целей, прикрепив шестерни, ремни или другие устройства. Колеса можно заставить вращаться, пропеллеры можно заставить вращаться, или двигатель можно использовать просто для выработки электроэнергии. К коленчатому валу также прикреплен дополнительный вал, называемый распределительным валом, который открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра в последовательности с четырехтактным циклом поршней. Кулачок — это колесо, имеющее форму яйца, с длинным и коротким концом.К распределительному валу крепятся несколько кулачков в зависимости от количества цилиндров двигателя. Сверху кулачков установлены толкатели, по два на каждый цилиндр, которые открывают и закрывают клапаны. Когда распределительный вал вращается, короткие концы позволяют толкателям отойти от клапана, заставляя клапан открываться; длинные концы кулачков толкают стержни назад к клапану, снова закрывая его. В некоторых двигателях, называемых двигателями с верхним расположением кулачка, распределительный вал опирается непосредственно на клапаны, что устраняет необходимость в узле толкателя.Двухтактные двигатели, поскольку впуск и выпуск достигаются за счет движения поршня над портами или отверстиями в стенке цилиндра, не требуют распределительного вала.

Коленчатый вал может приводить в действие еще два компонента: системы охлаждения и смазки. Взрыв топлива создает сильное тепло, которое быстро приведет к перегреву двигателя и даже к расплавлению, если он не будет должным образом рассеян или отведен. Охлаждение достигается двумя способами: через систему охлаждения и, в меньшей степени, через систему смазки.

Есть два типа систем охлаждения. В системе жидкостного охлаждения используется вода, которая часто смешивается с антифризом для предотвращения замерзания. Антифриз снижает температуру замерзания, а также повышает температуру кипения воды. Вода, которая очень хорошо собирает тепло, прокачивается вокруг двигателя через ряд каналов, содержащихся в рубашке. Затем вода циркулирует в радиаторе, который состоит из множества трубок и тонких металлических пластин, увеличивающих площадь поверхности воды. Вентилятор, прикрепленный к радиатору, пропускает воздух по трубке, дополнительно снижая температуру воды.И насос, и вентилятор приводятся в действие движением коленчатого вала.

В системах с воздушным охлаждением для отвода тепла от двигателя используется воздух, а не вода. В большинстве мотоциклов, многих небольших самолетов и других машин, движение которых создает сильный ветер, используются системы воздушного охлаждения. В них металлические ребра прикреплены к внешней стороне цилиндров, создавая большую площадь поверхности; когда воздух проходит через ребра, тепло, передаваемое к металлическим ребрам от цилиндра, уносится воздухом.

Смазка двигателя жизненно важна для его работы. Движение деталей друг относительно друга вызывает сильное трение, которое вызывает нагревание и вызывает износ деталей. Смазочные материалы, например масло, образуют тонкий слой между движущимися частями. Прохождение масла

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

Инерция — Тенденция движущегося объекта оставаться в движении, а тенденция покоящегося объекта оставаться в покое.

Возвратно-поступательное движение —Движение, при котором объект движется вверх и вниз или назад и вперед.

Вращательное движение —Движение, при котором объект вращается.

через двигатель также помогает отводить часть выделяемого тепла.

Коленчатый вал в нижней части двигателя упирается в картер. Он может быть заполнен маслом, или отдельный масляный поддон под картером служит резервуаром для масла. Насос подает масло по каналам и отверстиям к различным частям двигателя. Поршень также оснащен резиновыми маслосъемными кольцами в дополнение к компрессионным кольцам для перемещения масла вверх и вниз по внутренней части цилиндра.В двухтактных двигателях масло используется в составе топливной смеси, что обеспечивает смазку двигателя и устраняет необходимость в отдельной системе.

КНИГИ

Кроул, Дэниел А. Понимание взрывов . Нью-Йорк: Центр безопасности химических процессов, Американский институт инженеров-химиков, 2003.

Ниссен, Уолтер, Р. Процессы сжигания и сжигания . Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2002.

Политцер, Питер и Джейн С. Мюррей, ред. Энергетические материалы . Амстердам, Нидерланды и Бостон, Массачусетс: Elsevier, 2003.

M. L. Cohen

The Gale Encyclopedia of Science Cohen, M.

Двигатели внутреннего сгорания | IFPEN

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля обычно включает несколько камер сгорания . Каждый из них ограничен головкой блока цилиндров, цилиндром и поршнем.

Архитектура двигателя также шарнирно закреплена вокруг системы коленчатого вала , что позволяет преобразовывать возвратно-поступательное движение (движение поршня) во вращательное движение (вращение коленчатого вала).


Во время каждого цикла сжигание топливной смеси (воздушно-топливной смеси) в камере приводит к увеличению давления газа, который приводит в движение поршень и систему коленчатого вала. Поскольку коленчатый вал соединен с компонентами механической трансмиссии (коробки передач, приводные валы и т. Д.), Его движение приводит в движение колеса автомобиля.

Коробка передач позволяет адаптировать скорость вращения колеса к скорости вращения двигателя.

Мощность двигателя зависит, в первую очередь, от количества энергии, генерируемой при сгорании, а следовательно, от количества топливной смеси, присутствующей в камере сгорания.Таким образом, он напрямую связан с объемом камеры (единичный рабочий объем), количеством камер или цилиндров в двигателе (общий объем) и количеством впрыскиваемого топлива.

Почему «4-х тактный»?

Термин относится к тому факту, что для преобразования химической энергии, содержащейся в топливе, в механическую энергию требуется 4 отдельных хода. . Каждый ход соответствует половине оборота коленчатого вала (одно движение поршня вверх или вниз).Такты 1 и 4 предназначены для передачи газа (прием свежего газа и выбрасываемых выхлопных газов), а такты 2 и 3 необходимы для подготовки к сгоранию с последующим самим сгоранием и его преобразованием в механическую энергию.

Для двигателя с искровым зажиганием и непрямым впрыском топлива 4 такта являются следующими:

  • 1 st ход : Впуск (заполнение цилиндра)
    Поршень опускается и втягивает топливовоздушную смесь.
  • 2 nd ход : Сжатие
    Поршень снова поднимается, сжимая топливно-воздушную смесь. Для воспламенения смеси образуется искра.
  • 3 ряд ход : Сгорание — расширение
    Этот ход соответствует развитию сгорания и расширению сгоревших газов: поршень сжимается, и химическая энергия преобразуется в механическую энергию.
  • 4 -й ход : Выхлоп (Сгоревшие газы выводятся из цилиндра)
    Поршень снова поднимается и удаляет сгоревшие газы.

Для дизельного двигателя с воспламенением от сжатия и непосредственным впрыском топлива 4 такта работают одинаково, с двумя отличиями:

  • Чистый воздух всасывается и сжимается во время тактов 1 и 2 , затем топливо вводится непосредственно в цилиндр (путем впрыска) в конце сжатия.
  • Смесь воспламеняется самопроизвольно без искры из-за высокой температуры воздуха в результате его сжатия.

Цетановое число / октановое число

Цетановое число указывает на способность дизельного топлива самовоспламеняться.

Октановое число указывает на способность бензина противостоять самовоспламенению и предотвращать неконтролируемое возгорание из-за электрической искры (ненормальное горение, детонация).

Что такое горение?

Теоретически для полного сгорания 1 г обычного топлива (бензина или дизельного топлива) требуется около 14.6 г воздуха. Эта идеальная смесь называется стехиометрической.

Бензиновые двигатели с косвенным впрыском топлива в основном работают на стехиометрической смеси . После введения в двигатель гомогенной смеси воздуха и бензина сгорание (воспламенение смеси) инициируется искрой (искровое зажигание). Горение вызывает распространение фронта пламени, который проходит через камеру.

Современные бензиновые двигатели с прямым впрыском : воздух поступает через впускное отверстие, а топливо, как в дизельном двигателе, поступает непосредственно в камеру сгорания, что позволяет более точно управлять впрыском.Вместо топливовоздушной смеси двигатель работает на так называемом стратифицированном заряде. Горение по-прежнему инициируется искрой (искровое зажигание).

Дизельные двигатели работают с избытком воздуха . Дизель впрыскивается под давлением в предварительно сжатую воздушную массу. Возгорание инициируется самовоспламенением (воспламенение от сжатия). Сгорание называют расслоенным или неоднородным, поскольку оно происходит как в богатой топливом (расположенной рядом с соплом форсунки), так и в бедной (рядом со стенкой цилиндра) зонах.

Топливо

В Европе используются бензиновые или дизельные двигатели с искровым зажиганием. Бензин и дизельное топливо являются двумя основными конечными продуктами, получаемыми в результате переработки сырой нефти, и их состав меняется в зависимости от требований к двигателям и, что более важно, экологических норм, связанных с качеством воздуха и сокращением выбросов парниковых газов.

Биотопливо можно смешивать непосредственно с бензином и дизельным топливом в различных пропорциях без необходимости адаптации двигателей, тем самым извлекая выгоду из существующих распределительных сетей.Во Франции дизельное топливо B7, продаваемое на заправке, обычно содержит до 7% (по объему) биотоплива и бензина E10 до 10%.

Устройство и принцип действия двигателей -Английский-

Устройство и принцип действия двигателей



Мы широко используем тепловые двигатели с момента их изобретения в 17 веке. Есть много видов двигателей, и они используются в нашей жизни. На этом занятии представлены конструкция, принцип и характеристики тепловых двигателей и источника энергии.

Поршневой паровой двигатель

Поршневой паровой двигатель — первый двигатель, получивший практическое применение. Этот двигатель получает механическую мощность за счет статического давления пара. После промышленной революции он долгое время использовался в качестве источника энергии для промышленности и транспорта. Но его заменяют двигатели внутреннего сгорания, и в настоящее время он не используется.
Обычно паровой двигатель состоит из котла, нагревателя, поршня, цилиндра, конденсатора и водяного насоса, как показано на правом рисунке.Впускной и выпускной клапаны расположены в верхней части цилиндра.


Двигатель Стирлинга

Двигатель Стирлинга состоит из двух поршней, как показано на правом рисунке. Это двигатель внешнего сгорания с замкнутым циклом, который многократно использует рабочий газ без какого-либо клапана. Запоминающейся характеристикой этого двигателя является то, что для получения высокого КПД используется регенератор. В те дни был изобретен двигатель, который назывался «Двигатель горячего воздуха» вместе с двигателем Эрикссон, описанным ниже.После многих разработок двигатели Стирлинга в настоящее время получают высокую мощность и высокий КПД за счет использования гелия или водорода под высоким давлением в качестве рабочего газа. Но этот двигатель еще не получил практического применения, потому что у него есть несколько проблем, таких как большой вес и высокая стоимость производства.


Двигатель Эрикссон

Дж. Эрикссон разработал несколько двигателей, модернизировав двигатель Стирлинга (в наши дни называемый двигателем горячего воздуха). Один из них сегодня называется движком Ericsson.Это двигатель внешнего сгорания с открытым циклом с двумя клапанами на подающем цилиндре и силовом цилиндре, как показано на правом рисунке. Также в большинстве двигателей, изобретенных Дж. Эриксоном, использовался регенератор.


Бензиновый двигатель

В настоящее время бензиновый двигатель (двигатель с искровым зажиганием) широко используется в качестве источника энергии для автомобилей. По принципу этого двигателя смесь топлива и воздуха сначала сжимается в цилиндре.А газ взрывается от свечи зажигания и генерирует выходную мощность. В качестве хороших характеристик двигателя может быть реализован двигатель меньшего размера и легкого веса, при этом возможны высокие обороты двигателя и большая мощность. Также обслуживание двигателя очень простое.


Паровая турбина

Паровая турбина имеет вращающиеся лопатки вместо поршня и цилиндра поршневого парового двигателя. Этот двигатель используется в качестве источника энергии на тепловых и атомных электростанциях.Паровая турбина использует динамическое давление пара и преобразует тепловую энергию в механическую, хотя поршневой паровой двигатель использует статическое давление пара. Оба двигателя используют энергию, получаемую при расширении пара.


Дизельный двигатель


Дизельный двигатель (двигатель с воспламенением от сжатия) является двигателем внутреннего сгорания, а также бензиновым двигателем и широко используется в качестве источника энергии для кораблей и автомобилей.По принципу этого двигателя воздух поступает в цилиндр и сначала адиабатически сжимается до высокой температуры. Когда туман топлива впрыскивается в высокотемпературный цилиндр, он автоматически сгорает, и двигатель получает выходную мощность. Он может получить более высокий КПД, чем у бензинового двигателя, при высокой степени сжатия. Кроме того, этот двигатель имеет экономическое преимущество, потому что он может использовать в качестве топлива недорогие легкие и тяжелые нефтепродукты. Однако могут возникнуть такие проблемы, как сильные вибрации и шумы, а также увеличение веса двигателя из-за высокого давления в цилиндре.


Газовая турбина

По принципу газовой турбины рабочий газ (воздух) сжимается компрессором и сначала нагревается за счет энергии сгорания топлива. Рабочий газ становится высокой температуры и высокого давления. Двигатель преобразует энергию рабочего газа во вращающуюся энергию лопастей, используя взаимодействие между газом и лопастями.
Как показано на рисунке ниже, существует два типа газовых турбин.Один из них — это тип открытого цикла (внутренний тип), а другой — тип замкнутого цикла (внешний тип). Основными компонентами обоих типов являются воздушный компрессор, камера сгорания и турбина.
Газовая турбина может обрабатывать больший поток газа, чем поршневые двигатели внутреннего сгорания, поскольку в ней используется непрерывное сгорание. Тогда газовая турбина подходит как двигатель большой мощности. Газовая турбина для самолетов (называемая реактивным двигателем) использует это преимущество.



Ракетный двигатель

Ракетный двигатель получает газообразные продукты сгорания высокой температуры и высокого давления из топлива и окислителя в конбусторе.Газообразные продукты сгорания приобретают высокую скорость с адиабатическим расширением через сопло и выбрасываются в заднюю часть двигателя. Движущая сила получается за счет реакции высокоскоростного газа.
Реактивный двигатель и ракетный двигатель получают движущую силу таким же образом, используя реакцию рабочего газа. Однако отличие от реактивного двигателя в том, что в ракетном двигателе содержится весь газ, включая сам окислитель. Тогда он может получить движущую силу, даже если нет воздуха, поэтому он используется как движущий источник энергии в космосе.


Топливный элемент

Вышеупомянутые тепловые двигатели меняют энергию топлива на механическую за счет тепловой энергии. С другой стороны, топливный элемент напрямую преобразует химическую энергию топлива в электрическую.
Топливный элемент состоит из анода и катода, разделенных слоем электролита. Когда топливо подается на анод, а окислитель подается на катод, он генерирует электрическую энергию.

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

26.3.2.6 Бензин

Бензин — уникальный продукт, имеющий одну особую область применения: топливо для двигателей внутреннего сгорания, например, используемых в автомобилях. Практически все другие категории являются классификациями, которые включают продукты с аналогичным химическим составом, но могут иметь заметно различное конечное использование. Бензин, однако, не имеет другого коммерческого использования; его единственное предназначение — это топливо для двигателя внутреннего сгорания.Большая часть процесса переработки направлена ​​на максимальное производство бензина. Это наиболее экономически важный производимый нефтепродукт [22]. Для того, чтобы выполнять свою задачу в качестве эффективного топлива, бензин должен иметь диапазон летучести, обеспечивающий достаточное количество пара для воспламенения, а также он должен иметь адекватные антидетонационные характеристики. Очистить продукт до необходимого давления пара не сложно. Старые автомобильные топлива имели состав, аналогичный LPD, и удовлетворяли потребности двигателя в отношении давления паров и летучести.Однако с годами двигатели совершенствовались и становились мощнее. Принципиальная конструкция четырехтактного двигателя не претерпела серьезных изменений; скорее, большая часть дополнительной мощности поступала от дополнительных цилиндров и увеличенных степеней сжатия. Использование увеличенных степеней сжатия для увеличения мощности двигателя имело одну проблему. С увеличением степени сжатия усилилась тенденция к преждевременному воспламенению, также известному как детонация. Чтобы свести к минимуму детонацию и получить максимальную потенциальную мощность двигателей с высокими рабочими характеристиками, необходимо было увеличить октановое число бензина.Октановое число — это просто мера способности топлива сопротивляться ударам. Он определяется путем использования стандартного двигателя и сравнения характеристик тестируемого топлива с различными комбинациями стандартных видов топлива. Для определения октанового числа используются два стандартных испытательных двигателя. Один имитирует вождение по шоссе, а другой — вождение по городу. В зависимости от используемого двигателя можно получить октановое число по исследовательскому методу (RON) или октановое число двигателя (MON). Размещенное октановое число (PON), которое указывается на бензоколонках в Соединенных Штатах, представляет собой среднее арифметическое RON и MON.В большинстве других частей мира в насосе и в целях сравнения используется именно RON. Чистые соединения изооктан и n -гептан используются в качестве стандартов, и им присвоены значения 100 и 0, соответственно, потому что изооктан имеет хорошие антидетонационные свойства, тогда как n -гептан очень плохо работает в этом отношении. Следовательно, топливу, которое демонстрирует такие же антидетонационные характеристики, что и смесь, состоящая из 89% изооктана и 11% n -гептана, будет присвоено октановое число 89.

К сожалению, состав сырой нефти в диапазоне температур кипения, необходимом для бензина — примерно C 4 –C 11 — не приводит к получению высокооктанового топлива. Прямая фракционная перегонка сырой нефти приведет к продукту типа LPD, который будет иметь правильный диапазон температур кипения, но неадекватное октановое число. Чтобы соответствовать требованиям, предъявляемым к современному автомобильному топливу, для производства бензина требуется значительная переработка сырой нефти.

Состав большей части нефти довольно богат нормальными алканами и циклоалканами с меньшими количествами изопарафинов и ароматических углеводородов, хотя относительные количества этих классов соединений будут варьироваться в зависимости от источника [23]. Как правило, ароматические соединения имеют наивысшее октановое число, при этом изопарафины также очень хороши. Нафтены и алканы с прямой цепью значительно хуже. Следовательно, для производства бензина необходимо выполнить дополнительные операции на нефтеперерабатывающем заводе, чтобы повысить октановое число до приемлемого уровня.Несмотря на то, что на современном интегрированном нефтеперерабатывающем заводе существует множество процессов, которые используются для повышения качества бензина, двумя наиболее важными процессами являются риформинг и изомеризация. Проще говоря, основная цель процесса риформинга состоит в увеличении доли ароматических углеводородов, в первую очередь за счет превращения нафтенов в ароматические соединения. Целью изомеризации является превращение нормальных парафинов в изопарафины [22]. Использование процессов риформинга и изомеризации обеспечивает смешивание компонентов, которые используются для улучшения октанового числа конечного бензина.Из-за этих процессов химический состав получаемого бензина сильно отличается от сырой нефти. Бензин намного богаче ароматическими и изопарафиновыми соединениями, чем соответствующая легкая прямогонная фракция. Эти методы очистки бензина не удаляют нормальные парафины или нафтены; однако, поскольку многие из этих компонентов превращаются в изопарафины и ароматические углеводороды, их относительные количества значительно снижаются. Поэтому типичный бензин будет богат ароматическими соединениями, такими как одноядерные алкилбензолы, а также парафинами с разветвленной цепью.Нормальные алканы и нафтены также будут присутствовать, хотя и в гораздо меньших количествах, чем в менее очищенных продуктах типа дистиллятов. ПНА на основе индана и нафталина также будут присутствовать, но не в качестве основных компонентов. Таким образом, продаваемый на рынке бензин является уникальным нефтепродуктом, состав которого отражает предполагаемое использование и требуемые характеристики.

Введение в авиационные двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (IC) — это силовая установка, используемая сегодня почти на всех легких самолетах авиации общего назначения.Электрические авиационные двигатели обещают новое и более чистое будущее в авиации, но до них еще далеко, они используются в прототипах, но еще не вошли в массовое распространение. Поэтому мы сосредоточимся на двигателе внутреннего сгорания в этой серии, обсуждая двигательную установку легкого самолета.

Возвратно-поступательное движение

Летательный аппарат в прямом и горизонтальном полете подвергается воздействию четырех основных сил, которые необходимо уравновесить, чтобы самолет оставался в равновесии. Вес самолета уравновешивается подъемной силой, создаваемой крылом и горизонтальным стабилизатором в вертикальном направлении.Когда самолет движется по воздуху, возникает сопротивление или сила сопротивления, которой необходимо противодействовать, чтобы поддерживать скорость полета вперед. Этот противовес лобовому сопротивлению называется силой тяги и создается комбинацией двигателя и гребного винта.

Рисунок 1: Основные силы в полете

Двигатель внутреннего сгорания работает по принципу преобразования возвратно-поступательного движения (поршни движутся вверх и вниз) во вращательное движение (вращение коленчатого вала), которое используется для привода винта.Для перемещения поршней требуется энергия: эта сила создается при сгорании смеси топлива и воздуха, которая заставляет поршень двигаться и тем самым производит полезную работу. Тогда говорят, что химическая энергия (топливо) была преобразована в механическую энергию.

Давайте посмотрим на различные компоненты, из которых состоит типичный двигатель внутреннего сгорания.

Компоненты двигателя внутреннего сгорания

На изображении ниже показан внешний вид типичного двигателя внутреннего сгорания.Далее обсуждается каждый из основных компонентов.

Рисунок 2: Разрез типичного авиационного двигателя внутреннего сгорания

Поршни

Поршень является возвратно-поступательным элементом двигателя и отвечает за передачу усилия от расширяющихся газов в камере сгорания цилиндра на коленчатый вал через шатун. На разрезе выше не показан корпус цилиндра, внутри которого движется каждый поршень.

Рисунок 3: Расположение поршня и головки блока цилиндров.

Поршни обычно отливаются из алюминиевых сплавов.В приложениях с более высокими характеристиками (обычно в гоночных двигателях) поршень может быть кованым, а не литым. Поршень не контактирует напрямую с цилиндром, но газовое уплотнение между стенкой цилиндра и поршнем поддерживается за счет использования поршневых колец и масляной смазки. Эти кольца установлены в пазах, вырезанных в поршне, и изготовлены из чугуна. Обычно устанавливается несколько поршневых колец, расположенных чуть ниже днища поршня. На поршень самолета обычно устанавливают три различных типа колец: компрессионные кольца, маслосъемные кольца и маслосъемные кольца.

Рисунок 4: Поршень с установленными поршневыми кольцами

Компрессионные кольца находятся в верхней части поршня, чуть ниже головки. Эти кольца обеспечивают герметичное уплотнение между цилиндром и поршнем во время такта сжатия и сгорания четырехтактного цикла.

Маслосъемные кольца расположены под компрессионными кольцами. Эти кольца предназначены для обеспечения циркуляции масла изнутри поршня к стенкам цилиндра. Эта циркуляция осуществляется через набор небольших отверстий для слива масла.

Маслосъемные кольца расположены рядом с нижней частью поршня и имеют такую ​​форму, что они могут соскребать масло вверх и вниз по цилиндру во время движения поршня. Излишки масла удерживаются во время хода вверх, а затем возвращаются в картер во время хода вниз.

Картер двигателя

Картер — это название корпуса, в котором находятся коленчатый вал и шатуны, соединяющие поршень с коленчатым валом. Картер авиационного двигателя обычно изготавливается из литого или кованого алюминия.Это обеспечивает достаточную прочность и жесткость, чтобы удерживать коленчатый вал на месте, сохраняя при этом массовое преимущество алюминия перед сталью.

Смазочное масло двигателя хранится в нижней части картера двигателя с мокрым картером. Масло проходит через двигатель, смазывая коленчатый вал, шатунные подшипники и другие металлические детали. Масло попадает на стенки цилиндра, проходит через поршни, а затем стекает обратно в картер.

В системе с сухим картером масло хранится не в картере, а в отдельном внешнем резервуаре.Система смазки двигателя более подробно обсуждается в посте, посвященном смазке и охлаждению двигателя.

Шатун

Шатун (шатун) — это металлический компонент, который образует связь между поршнем и коленчатым валом. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для привода гребного винта и создания тяги.

Шатуны прикреплены к коленчатому валу с помощью крышки и стопорных болтов.Подшипник, установленный внутри крышки, позволяет шатуну преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Поршень прикреплен к шатуну с помощью поршневого пальца (также называемого поршневым пальцем или пальцем кисти), удерживаемого на месте с помощью набора пружинных зажимов.

Рисунок 5: Обозначенные компоненты шатуна

Коленчатый вал

Коленчатый вал — это вращающийся вал, на котором крепятся шатуны и поршни. Когда поршни двигаются вверх и вниз, это возвратно-поступательное движение преобразуется коленчатым валом во вращательное движение.Коленчатый вал размещен в картере и состоит из шейки, щеки кривошипа и шатунных штифтов.

Рисунок 6: Компоненты коленчатого вала

Шатуны прикреплены к шатунным шейкам, а коленчатый вал поддерживается блоком двигателя через набор подшипников на шейках коленчатого вала.

К коленчатому валу часто прикрепляют маховик, который накапливает энергию вращения и обеспечивает более постоянную скорость вращения, чем это было бы возможно при возвратно-поступательном движении поршней.

Клапаны

Любой четырехтактный двигатель внутреннего сгорания должен иметь как минимум два клапана на цилиндр: один для впуска топливно-воздушной смеси и один для выпуска газов после сгорания. В авиационных двигателях обычно используется двухклапанная конструкция. Многие автомобильные двигатели используют четырехклапанный механизм (два впускных и два выпускных), что улучшает поток впускных и выхлопных газов.

Клапаны должны сохранять свою прочность и форму при высоких температурах, поэтому их обычно изготавливают из высокопрочных сталей.Выпускные клапаны обычно меньше впускных, чтобы уменьшить вероятность преждевременного воспламенения или детонации. Выпускной клапан обычно является самой горячей частью двигателя, а клапан меньшего размера снижает вероятность того, что высокие температуры могут вызвать преждевременное воспламенение топливно-воздушной смеси, добавленной во время такта впуска.

Впускной и выпускной клапаны известны как тарельчатые клапаны и состоят из длинного штока, шейки и заглушки или головки. Головка состоит из двух поверхностей: поверхности горения и поверхности седла.Клапаны перемещаются вверх и вниз через направляющую клапана, открывая и закрываясь в определенные моменты цикла четырехтактного двигателя. Время газораспределения определяется вращением распределительного вала, о котором идет речь.

Рисунок 7: Типовой клапан двигателя

Распределительный вал

Впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются с помощью распределительного вала, который приводится в движение от двигателя приводным ремнем, соединяющим коленчатый вал с распределительным валом. В четырехтактном цикле каждый клапан должен открываться и закрываться один раз за полный цикл, при котором коленчатый вал вращается на два полных оборота.Следовательно, распределительный вал должен приводиться в движение на половине скорости вращения двигателя — это достигается за счет механической передачи.

Распределительный вал изготавливается с несколькими кулачками или кулачками, каждый из которых расположен над клапаном и приводит в движение этот клапан. Форма кулачка определяет, как клапан открывается и закрывается, а ориентация выступа определяет последовательность, в которой работает клапан. Проще всего визуализировать это движение, обратившись к приведенной ниже анимации.

Рис. 8: Клапаны двигателя, приводимые в движение верхним кулачком

В авиационных двигателях клапаны управляются не напрямую через контакт с кулачком, а через систему толкателя и коромысла, которые соединяют кулачок с клапаном. Эта система допускает наличие зазора или зазора между коромыслом и наконечником клапана. Этот зазор важен, поскольку температура двигателя изменяется во время работы, что приводит к расширению клапана при более высоких температурах. Без зазора между наконечником клапана и коромыслом повышение температуры приведет к позднему открытию или преждевременному закрытию клапанов, что приведет к ухудшению работы двигателя и потере мощности.Зазор можно отрегулировать, обычно с помощью винта на узле коромысла.

Наконец, в каждый клапан встроены две пружины, которые помогают быстро закрывать клапан и гасить любой дребезг клапана, который может произойти из-за вибраций, присущих работе двигателя внутреннего сгорания.

Рисунок 9: Коромысло клапана двигателя

Свечи зажигания

Свеча зажигания предназначена для воспламенения топливно-воздушной смеси, поступающей во впускное отверстие цилиндра.Это сгорание затем заставляет поршень опускаться во время рабочего такта четырехтактного цикла. Свеча зажигания работает, принимая очень высокое напряжение от системы зажигания самолета, которое затем перескакивает между центральным электродом и заземленной внешней стороной свечи, в результате чего возникает искра. Это похоже на то, как молния прыгает между облаком и Землей. Для этого напряжение должно быть очень высоким — обычно в диапазоне от 5000 до 20000 В. Искра возникает, поскольку центральный электрод изолирован от заземленной внешней части вилки, и поэтому высокое напряжение должно преодолевать воздушный зазор. между ними возникает искра.Изоляция чаще всего достигается с помощью керамической вставки, которая не проводит электричество.

Свечи зажигания подразделяются на горячие и холодные. Керамическая вставка на горячей вилке имеет меньшую площадь контакта с металлической частью вилки, чем холодная вилка. Поэтому горячие свечи отводят тепло медленнее, чем холодные свечи, и лучше подходят для работы в более холодных двигателях с более низкой степенью сжатия. И наоборот, холодные свечи лучше подходят для работы в более горячих двигателях с более высокой степенью сжатия, поскольку они способны более эффективно рассеивать тепло.

Свеча зажигания должна потреблять высокое напряжение, генерируемое системой зажигания самолета. Напряжение поступает в вилку через выемку (клемму), которая удерживается гайкой и закрыта водонепроницаемым уплотнением.

Авиационные двигатели всегда имеют две отдельные системы зажигания, чтобы увеличить резервирование и снизить риск отказа двигателя на критическом этапе полета. Поскольку двойные системы зажигания полностью разделены, в каждом цилиндре будут установлены две свечи зажигания — по одной для каждой системы.

Рисунок 10: Свечи зажигания для самолетов с горячим и холодным током. Компоновка поршневого двигателя

.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легких самолетах, обычно соответствуют одной из ряда стандартных компоновок, которые классифицируются в соответствии с расположением цилиндров относительно коленчатого вала. Сейчас мы познакомим вас с несколькими распространенными макетами.

Рядный двигатель

Рядные двигатели

характеризуются вертикальным расположением цилиндров, расположенных в одну линию вдоль картера. Одним из преимуществ такой компоновки является низкая площадь лобовой части, которую двигатель представляет для встречного воздуха.Низкая площадь лобовой части означает, что капот двигателя может быть уменьшен, что снижает влияние лобового сопротивления самолета.

Проблемы с охлаждением задних цилиндров при рядном расположении обычно ограничивают количество цилиндров, которые могут быть размещены на двигателе.

Установка перевернутого рядного двигателя (такого как deHavilland Gipsy Major, показанного ниже) на самолет с носовым колесом может быть затруднительной из-за расположения цилиндров. Поэтому эти двигатели обычно устанавливаются на самолетах с хвостовым колесом.

Рисунок 11: Пример встроенного движка. Источник: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DHGipsyMajorengineDrover.JPG

Горизонтально противоположный (плоский) двигатель

Это расположение цилиндров, наиболее часто встречающееся в легких самолетах авиации общего назначения. Здесь цилиндры расположены горизонтально в два ряда с равным количеством цилиндров на каждом из них. Каждый цилиндр соединен с соответствующим цилиндром на противоположном берегу, чтобы свести к минимуму вибрацию. Коленчатый вал расположен по центру между двумя рядами цилиндров.

Горизонтально расположенные двигатели можно сделать короче, чем эквивалентный рядный двигатель, поскольку цилиндры размещены в двух рядах, а не в одном. Однако при такой компоновке двигатель шире и должен изготавливаться с двумя отдельными головками блока цилиндров, а не с одной.

Рисунок 12: Пример горизонтально расположенного двигателя. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/Lycoming_AEIO-540-D4A5.jpg

В таблице ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных горизонтально-оппозитных двигателей, используемых сегодня в легких самолетах, а также некоторые примеры самолет у них мощность.

Название двигателя Примеры самолетов № цилиндров Рабочий объем Выходная мощность
Семейство Lycoming O-320 Cessna 172, Cessna 177, Piper PA-28 Cherokee, Piper PA-30 Twin Comanche, Robinson R22 4 320 куб. Дюймов (5,24 л) 150-160 л.с.
Семейство Lycoming O-540 Cessna 182, Cessna 206, Piper PA-32 Cherokee Six, Vans RV-10 6 541.5 кубических дюймов (8,87 л) 230-350 л.с.
Семейство Continental IO-360 Cirrus SR20, Mooney M20, Piper PA-34 Seneca 6 5,9 л (360 куб. Дюймов) 180-225 л.с.
Семейство Rotax 912 Tecnam Echo, Diamond DA-20, CSA Sportcruiser 4 74 кубических дюйма (1,2 л) 80-100 л.с.

Радиальный двигатель

Радиальные двигатели состоят из группы цилиндров, расположенных радиально вокруг центрального коленчатого вала, подобно спицам колеса.Все цилиндры в данном ряду лежат в одной плоскости радиально от коленчатого вала, так что не все шатуны могут быть прикреплены непосредственно к коленчатому валу. Вместо этого один поршень соединяется непосредственно с коленчатым валом, а все остальные соединяются с кольцом на главном шатуне через узел ведущего и шарнирного штока.

Четырехтактные радиально-поршневые двигатели всегда проектируются с нечетным числом цилиндров, так что можно использовать постоянный порядок зажигания.Это сделано для того, чтобы между поршнями на такте сгорания и такте сжатия оставался однопоршневой зазор.

Радиальные двигатели обычно использовались на более крупных самолетах, где можно было установить несколько рядов поршней для производства двигателя с большой выходной мощностью при сохранении как можно более компактного двигателя. В самолетах времен Второй мировой войны, таких как Republic P-47 Thunderbolt, Douglas C 47 и Avro Lancaster, использовались радиальные двигатели. Большие радиальные двигатели были в значительной степени устаревшими после Второй мировой войны, поскольку реактивные двигатели и газотурбинные двигатели могли производить большую мощность, более надежно при меньшей общей массе.

Рисунок 13: Радиальный двигатель. Источник https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Watercooled_radialengine.jpg/640px-Watercooled_radialengine.jpg

Двигатель V-типа

V-образные двигатели

характеризуются наличием цилиндров, расположенных в два ряда по V-образному расположению, если смотреть вдоль оси коленчатого вала. За счет V-образного расположения цилиндров общие размеры двигателя могут быть уменьшены по сравнению с горизонтально расположенной конфигурацией. Угол между двумя рядами цилиндров обычно называют углом V.Общие углы 90 °, 60 ° и 45 °.

Одним из самых известных двигателей V-образной конфигурации был двигатель Rolls Royce V12 Merlin, который приводил в действие ряд самолетов Второй мировой войны, включая Supermarine Spitfire, Hawker Hurricane и de Havilland Mosquito.

Рисунок 14: Двигатель Rolls Royce Merlin. Источник: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Rolls-Royce_Merlin.jpg/640px-Rolls-Royce_Merlin.jpg

На этом мы подошли к концу нашего знакомства с поршневыми двигателями самолетов. .В следующем посте мы обсудим четырехтактный рабочий цикл, лежащий в основе работы большинства авиационных двигателей внутреннего сгорания.

Вам понравился этот пост? Почему бы не продолжить чтение этой серии статей о поршневых двигателях самолетов и их системах?

Исследование экспериментального метода получения независимого шума сгорания двигателя внутреннего сгорания

Источники шума двигателя внутреннего сгорания сложны и изменчивы. Шум горения обычно заглушается механическим шумом и аэродинамическим шумом.Традиционные методы идентификации источника шума позволяют только качественно определить шум сгорания. Чтобы количественно получить независимый чистый шум сгорания двигателя внутреннего сгорания, необходимо спроектировать и построить отдельный испытательный стенд для моделирования источника шума. В данной статье разработан и реализован стенд для испытаний на разделение шума горения на основе метода передаточной функции. При испытании в камере сгорания устанавливается устройство импульса давления. Когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ), создается импульсное давление, которое возбуждает двигатель внутреннего сгорания и излучает шум.Сигнал давления и шумовой сигнал используются для получения передаточной функции давления сгорания и шума. Затем, исходя из давления в цилиндре и передаточной функции, можно непосредственно рассчитать шум сгорания. Испытания проводились на дизельном двигателе 4120СГ. Экспериментальные результаты показывают, что когда двигатель внутреннего сгорания работает ниже 1500 об / мин в режиме холостого хода и 800 об / мин в режиме холостого хода, частотные составляющие независимого чистого шума сгорания в основном сосредоточены на частотах 1100 Гц, 1400 Гц и 3000 Гц.Кроме того, как метод испытания на вибрацию двигателя внутреннего сгорания, так и метод расчета эмпирической формулы шума сгорания выполняются для демонстрации точности и эффективности полученного независимого шума сгорания посредством испытания разделения шума сгорания на основе метода передаточной функции.

1. Введение

Технология разделения и идентификации источников шума является важной областью исследований двигателей внутреннего сгорания. Основными источниками шума двигателей внутреннего сгорания являются шум сгорания, механический шум и аэродинамический шум [1, 2].Когда двигатель внутреннего сгорания работает, двигатель внутреннего сгорания неизбежно будет издавать очень громкий шум, и громкий шум может причинить вред людям, например, он вызывает у людей раздражительность и беспокойство и даже вызывает у людей болезни [3, 4]. В настоящее время люди все больше обращают внимание на влияние шума на окружающую среду. Более того, во многих странах приняты законы и постановления о контроле шума [5, 6]. Поэтому снижение шума двигателя внутреннего сгорания является актуальной проблемой, требующей решения.

Прежде чем сформулировать план снижения шума для двигателя внутреннего сгорания, первым делом необходимо проанализировать информацию об акустических характеристиках независимых источников шума. Метод идентификации источника шума двигателя внутреннего сгорания можно разделить на традиционный метод идентификации источника шума, метод идентификации источника шума, основанный на технологии акустической матрицы, и метод идентификации источника шума, основанный на современной технологии обработки сигналов. Традиционные методы идентификации источника шума включают метод субъективной идентификации, метод покрытия свинца, метод спектрального анализа, метод тестирования ближнего поля и метод частичной работы.Традиционный метод идентификации источника шума прост и удобен в эксплуатации, но точность определения источника шума невысока. Методами идентификации источников шума, основанными на технологии акустических массивов, в основном являются метод интенсивности звука, метод акустической голографии и метод формирования луча [7]. Метод идентификации источника шума, основанный на технологии акустической матрицы, в основном используется для определения распределения радиационного шума на поверхности двигателя внутреннего сгорания, и невозможно получить независимые источники шума, такие как шум сгорания и механический шум.Методы идентификации источника шума, основанные на современной технологии обработки сигналов, в основном включают метод многоканального разделения и метод одноканального разделения. Для метода многоканального разделения он в основном включает метод анализа независимых компонентов [8, 9], метод фильтрации [10, 11], вейвлет-преобразование и метод анализа частичной когерентности [12], метод множественного регрессионного анализа [13–16], метод когерентности [ 17, 18], метод локализации бинаурального звука [19] и др. Многоканальный метод требует наличия нескольких каналов датчиков.Для метода одноканального разделения он в основном включает метод на основе EMD [20, 21], метод на основе VMD [22] и так далее. Для одноканального метода требуется только один канал датчика. По сравнению с традиционным методом идентификации источника шума и методом идентификации источника шума, основанным на технологии акустической матрицы, метод идентификации источника шума, основанный на современной технологии обработки сигналов, может точно разделить источники шума двигателя внутреннего сгорания. Однако источник шума двигателя внутреннего сгорания сложен, и источники шума серьезно смешаны друг с другом, поэтому невозможно получить полностью чистый независимый сигнал источника шума.

В настоящее время методы разделения источников шума в основном используют метод многоканального разделения и метод одноканального разделения. Многоканальный метод требует разделения сигналов источника шума от сигналов двух или более каналов. Очевидно, что в этом случае необходимы два или более датчиков. Однако в инженерных и практических приложениях исследователи часто хотят достичь того же эффекта разделения и идентификации источников шума с наименьшим количеством датчиков. Таким образом, многие исследователи изучали использование одноканального метода разделения источников шума.

Когда источники шума разделяются многоканальным методом или одноканальным методом, полученные источники шума могут содержать другие компоненты помех. Чтобы получить более чистый независимый источник шума, необходимо улучшить характеристики многоканального метода и одноканального метода. Учитывая эту ситуацию, в первую очередь необходимо получить каждый независимый чистый источник шума двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, необходимо разработать отдельную экспериментальную платформу для обнаружения источника шума, чтобы получить независимый чистый сигнал источника шума.Среди источников шума двигателя внутреннего сгорания шум сгорания является основным источником шума двигателя внутреннего сгорания, поэтому в данной статье основное внимание уделяется разработке и внедрению независимого испытательного стенда на уровень шума сгорания для двигателя внутреннего сгорания.

Насколько известно авторам, Shu et al. [23] использовали испытательный стенд одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания для разделения шума сгорания в 2005 году. С 2005 года существует очень мало исследований, посвященных независимому испытательному стенду чистого источника шума для двигателя внутреннего сгорания.Это связано с тем, что это обычно ограничивается экспериментальными условиями, и очень трудно получить независимые чисто независимые источники шума. В области исследования шума двигателей внутреннего сгорания важно разработать независимый испытательный стенд для источников шума для двигателей внутреннего сгорания. С одной стороны, получая независимый чистый шум сгорания и анализируя информацию о его акустических характеристиках, он может служить теоретическим ориентиром для диагностики неисправностей двигателя внутреннего сгорания [24–26].С другой стороны, если независимые источники чистого шума двигателя внутреннего сгорания могут быть получены и объединены в единую базу данных, такую ​​как база данных TIMIT и база данных шума [27], это может обеспечить удобство анализа акустических характеристик источников шума внутреннего сгорания. двигатель внутреннего сгорания.

В данной статье объектом испытаний является многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. По сравнению с предыдущей исследовательской работой [23], конструкция и реализация тестовой платформы исследуются более подробно.В процессе испытания, учитывая, что двигатель внутреннего сгорания работает в режиме воспламенения от сжатия без устройства зажигания, а устройство зажигания необходимо установить на месте первоначальной топливной форсунки, устройство системы зажигания собственной разработки имеет форму инжектор. Он имеет простые и практичные функции и может служить справочным материалом для дальнейших исследований. Перед испытанием двигатель внутреннего сгорания прорабатывается достаточно времени, чтобы убедиться, что состояние параметров двигателя внутреннего сгорания максимально приближено к нормальным условиям работы.Затем в камеру сгорания устанавливают устройство импульса давления. Когда поршень находится в верхней мертвой точке, создается импульсное давление, которое возбуждает двигатель внутреннего сгорания и излучает шум. Сигнал импульсного давления в цилиндре и его излучаемый шумовой сигнал измеряются одновременно, и они используются для расчета передаточной функции шума сгорания. Наконец, когда двигатель внутреннего сгорания работает в нормальных условиях, измеренные сигналы давления в цилиндре и вычисленная функция передачи шума сгорания непосредственно используются для расчета независимого чистого шума сгорания.Кроме того, далее выполняются метод вибрационных испытаний двигателя внутреннего сгорания и метод расчета эмпирической формулы шума сгорания, чтобы показать точность и эффективность полученного независимого чистого шума сгорания.

Работа организована следующим образом. В разделе 2 описан механизм генерации шума горения. В разделе 3 анализируется и знакомится с испытательным стендом двигателя внутреннего сгорания. В разделе 4 объясняются результаты и обсуждение. Наконец, в разделе 5 представлены выводы.

2. Механизм образования шума сгорания

Шум сгорания двигателя внутреннего сгорания вызван резким повышением давления в цилиндре в камере сгорания. Из-за высокой степени сжатия и высокой скорости увеличения давления двигателя внутреннего сгорания шум сгорания, создаваемый двигателем внутреннего сгорания на той же скорости, намного больше, чем у бензинового двигателя.

Механизм генерации шума сгорания можно описать в следующих двух аспектах [28].С одной стороны, когда горючая смесь сжимается и сжигается в камере сгорания, давление газа будет сильно изменяться и вызовет ударную динамическую нагрузку на все контактирующие компоненты. Эти соприкасающиеся компоненты будут вызывать сложную структурную вибрацию связи при интенсивном переходном возбуждении. Затем вибрация может передаваться на структуру внешней поверхности двигателя внутреннего сгорания через крышку цилиндра, гильзу цилиндра, кривошипно-шатунный механизм и так далее.Наконец, вибрация конструкции внешней поверхности двигателя внутреннего сгорания создает радиационный шум для окружающей среды. С другой стороны, впрыск топлива имеет определенный порядок, а температура стенок цилиндра разная, поэтому камера сгорания обычно зажигается в нескольких местах. Тогда местное давление на нескольких очагах возгорания резко возрастет и распространится на окрестности. Эти генерируемые ударные волны давления будут отражаться от стенки камеры сгорания, и могут возникать колебания газа средней и высокой частоты.Наконец, он будет дополнительно стимулировать вибрацию корпуса двигателя внутреннего сгорания, и можно будет излучать средне-высокочастотный шум. Путь генерации и передачи шума сгорания показан на рисунке 1.


Поскольку затухание средне-высокочастотной вибрации меньше, чем низкочастотная часть, частота шума сгорания в основном сосредоточена в средне-высокочастотном диапазоне. . Процесс сгорания в двигателе внутреннего сгорания можно разделить на четыре этапа: период задержки возгорания, период быстрого горения, период медленного горения и период после горения.Только в период быстрого горения и периода медленного горения газодинамическая нагрузка будет иметь достаточно энергии, чтобы заставить корпус двигателя внутреннего сгорания вибрировать и излучать шум сгорания. Газодинамическая нагрузка тесно связана со скоростью роста давления в цилиндре.

3. Платформа для испытаний двигателей внутреннего сгорания
3.1. Принцип расчета шума сгорания на основе метода передаточной функции

Когда горючая смесь горит в цилиндре, давление сгорания действует на внутреннюю поверхность конструкции двигателя внутреннего сгорания и заставляет внешнюю поверхность двигателя внутреннего сгорания вибрировать и излучать шум.Это определяется как шум сгорания. Таким образом, шум сгорания можно рассматривать как функцию отклика, основанную на давлении сгорания в цилиндре и конструкции корпуса двигателя внутреннего сгорания. Шум сгорания можно рассчитать с помощью давления в цилиндре и передаточной функции шума сгорания. Конкретный принцип расчета шума сгорания показан на рисунке 2.


Из рисунка 2 принцип расчета шума сгорания на основе метода передаточной функции можно разделить на два этапа: (1) Первый шаг заключается в следующем.Во-первых, импульсное давление в цилиндре и его импульсное звуковое давление излучения измеряются независимым испытательным стендом для моделирования шума сгорания. Затем можно вычислить передаточную функцию шума сгорания конструкции корпуса двигателя внутреннего сгорания. Он определяется следующим образом:

На первом этапе можно точно получить передаточную функцию шума сгорания. (2) Второй этап заключается в следующем. Когда двигатель внутреннего сгорания работает в нормальных условиях, измеряется давление в цилиндре.Затем измеренное давление в цилиндре и передаточная функция шума сгорания используются для расчета шума сгорания. Формула расчета шума сгорания определяется следующим образом:

На втором этапе можно рассчитать независимый чистый шум сгорания.

3.2. Испытательный стенд

Испытательный стенд в основном включает дизельный двигатель 4120SG, систему зажигания, акселерометр, микрофон, датчик давления в цилиндре, компьютер и т. Д. Основные технические параметры дизельного двигателя 4120SG приведены в таблице 1.


Характеристики Параметры

Кол-во цилиндров 4
Последовательность зажигания Номинальная мощность 48,5 кВт
Номинальная частота вращения 1500 об / мин
Число ходов 4
Диаметр цилиндра 120 мм
907 903 905 передаточное отношение 17: 1
Рабочий объем одного цилиндра 1.58 L
Давление разрыва цилиндра 75 бар
Минимальное расстояние между верхней частью поршня и днищем головки цилиндра 1.0∼1.3 мм

9 во время испытания система является ключевой частью. Традиционная аккумуляторная система зажигания содержит источник питания, переключатель зажигания, катушку зажигания, распределитель и свечу зажигания. В этом испытании, поскольку двигатель внутреннего сгорания находится в выключенном состоянии, системе зажигания не требуется обеспечивать автоматическое зажигание и непрерывное зажигание.В основном это требует источника питания, катушки зажигания и свечи зажигания в форме инжектора. Устройство системы зажигания собственной разработки показано на рисунке 3.

Как показано на рисунке 3, аккумулятор 12 В обеспечивает питание системы зажигания. Когда ручной переключатель замкнут, ток генерируется в первичной обмотке катушки зажигания. По мере увеличения тока катушка зажигания накапливает энергию магнитного поля. Затем, когда ручной переключатель отключен, накопленная энергия магнитного поля в первичной обмотке катушки зажигания может быстро исчезнуть, и вторичная обмотка будет создавать высокое индуцированное напряжение.Создаваемое высокое напряжение подается на свечу зажигания. Он может ударить по зазору между электродами свечи зажигания и вызвать искру. Наконец, горючая смесь в цилиндре может воспламениться.

В процессе испытания, учитывая, что двигатель внутреннего сгорания работает в режиме воспламенения от сжатия без устройства зажигания, и устройство зажигания необходимо установить на месте первоначальной топливной форсунки, устройство системы зажигания собственной разработки аналогично устройству системы зажигания. форма инжектора.Свеча зажигания в форме инжектора в основном состоит из центрального электрода, бокового электрода, герметичного изоляционного слоя, металлической оболочки и медной шайбы. Свеча зажигания в форме инжектора может подавать высокое напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания в цилиндр. Затем между центральным электродом и боковым электродом может возникнуть искра для воспламенения горючей смеси. Свеча зажигания в форме инжектора показана на рисунке 4.

Испытательное оборудование в основном состоит из пьезоэлектрического датчика давления 7013C / CA, усилителя заряда 5018A1000, емкостного микрофона B&K 4189, шасси PXIE-1078, сверхширокополосной карты сбора данных PXIe-4492, Labview интегрированная система сбора данных и компьютер.Диапазон действия пьезоэлектрического датчика давления 7013C / CA составляет 25 МПа. Из-за высокого сопротивления пьезоэлектрического датчика давления 7013C / CA выходной сигнал очень слабый. Поэтому усилитель заряда 5018A1000 добавлен в конец пьезоэлектрического датчика давления 7013C / CA. Чувствительность усилителя заряда 5018A1000 составляет 50 мВ / бар. Диаметр емкостного микрофона B&K 4189 составляет 1/2 дюйма, диапазон частот 6,3 Гц – 20 кГц, чувствительность 50 мВ / Па. Шасси PXIe-1078 имеет пять гибридных слотов и три слота PXI Express.Ультраширокополосная карта сбора данных PXIe-4492 имеет разрешение аналого-цифрового преобразователя 24 бита, а максимальный диапазон напряжения составляет ± 10 В. В тесте частота дискретизации сигнала составляет 204800 Гц. Шасси PXIe-1078 имеет встроенный вентилятор для усиления эффекта рассеивания тепла. Уровень звукового давления (SPL) вентилятора составляет до 49,96 дБ (A). Чтобы снизить влияние шума вентилятора на результаты испытаний, система сбора данных размещена в диспетчерской ДВС.Комната управления двигателем внутреннего сгорания и лаборатория испытательного стенда двигателей внутреннего сгорания изолированы звуконепроницаемой дверью. Испытательное оборудование показано на Рисунке 5.

В соответствии с национальным стандартом GB / T1859-2000 «Поршневой двигатель внутреннего сгорания — Измерение излучаемого воздушного шума — Технический метод и метод обследования», три емкостных микрофона B&K 4189 расположены на расстоянии 1 метра. удаленность от двигателя внутреннего сгорания. Находятся они на продольной стороне нет.4 цилиндр. Это можно увидеть на рисунке 6.

От свободного конца до конца маховика двигателя внутреннего сгорания левый микрофон соответствует стороне основного щелчка двигателя внутреннего сгорания, называемой основным щелчком микрофона, и измеренному импульсу излучения. шум называется основным звуковым давлением со стороны удара. Верхний микрофон соответствует верхней части головки блока цилиндров и называется верхним микрофоном головки блока цилиндров, а измеренный импульсный шум излучения называется звуковым давлением в верхней части головки блока цилиндров.Правый микрофон соответствует стороне тисков двигателя внутреннего сгорания, называемой микрофоном стороны тисков, а измеренный импульсный шум излучения называется звуковым давлением стороны тисков.

3.3. Горючая смесь

Горючий агент, окислитель и источник воспламенения — три основных элемента горения. В тесте испарившегося нет. Бензин 97 используется в качестве горючего. Кислород с высокой концентрацией используется в качестве окислителя. Система зажигания используется для воспламенения горючей смеси.

Требуется определить количество кислорода и бензина в горючей смеси. По параметрам дизельного двигателя 4120SG рабочий объем одноцилиндрового двигателя составляет 1,58 л. Таким образом, при условии, что объем кислорода в цилиндре составляет 1,58 л, температура равна 100 ° C, а начальное давление — стандартное атмосферное. Количество кислорода можно рассчитать по уравнению состояния идеального газа. Уравнение состояния идеального газа показано в следующем уравнении: где — давление газа, а единица измерения — Па.- объем газа, а единица — м 3 . — количество вещества идеального газа, единица — моль. — газовая постоянная, и в общем случае R = 8,31441 ± 0,00026 Дж / (моль · К). — температура системы, единица измерения — К.

По расчетам количество кислорода в баллоне составляет 0,052 моль.

Основными компонентами бензина являются C 4 –C 12 алифатические углеводороды и циклические углеводороды. В этом тесте C 8 H 18 выбран в качестве молекулярной формулы бензина.В идеальном состоянии испарившийся бензин полностью сгорает, а химическое уравнение выглядит следующим образом:

Расчетное количество бензина составляет.

3.4. Подготовка к испытанию

Во время испытания двигатель внутреннего сгорания находится в статическом состоянии. Для получения точной функции передачи шума сгорания параметры системы двигателя внутреннего сгорания в статическом состоянии должны быть максимально приближены к нормальным рабочим условиям. В этом испытании система охлаждающей воды, система смазки смазочным маслом и топливная система должны работать нормально, чтобы уменьшить влияние структурной эластичности и изменений демпфирования на результаты испытания двигателя внутреннего сгорания.Следовательно, перед испытанием двигатель внутреннего сгорания должен проработать достаточно времени, чтобы убедиться, что температура охлаждающей воды, температура масла и температура других частей находятся в равновесии. Затем остановите работающий двигатель внутреннего сгорания.

Кроме того, перед тестом необходимо предварительно нагреть усилитель заряда в течение 2 часов. Измерительное оборудование необходимо откалибровать. После остановки двигателя внутреннего сгорания форсунка не работает. 4 цилиндр необходимо снять. На данный момент общего объема нет.4 цилиндр напрямую связан с внешней атмосферой. По состоянию движения коромысла и фазовой диаграмме газораспределения (Рисунок 7) можно судить о положении поршня. Более того, чтобы избежать влияния многократных отражений звуковых волн в крышке ГБЦ, в крышке ГБЦ нет. 4 цилиндр необходимо снять.


Во-первых, двигатель внутреннего сгорания необходимо повернуть на цикл, чтобы удалить выхлопные газы из камеры сгорания.Тогда нет. Поршень 4 цилиндра перемещен в положение нижней мертвой точки (ВМТ). Клапанный зазор регулируется таким образом, чтобы впускной и выпускной клапаны были закрыты. В это время общий объем цилиндра составляет 1,58 л.

Через отверстие топливной форсунки в цилиндр можно впрыснуть чистый кислород. На данный момент можно считать, что внутри баллона стандартное атмосферное давление чистого кислорода. Нет. Бензин 97 впрыскивается в камеру сгорания через форсунку с микроинжектором.Затем установите свечу зажигания в форме инжектора. После полного испарения жидкого бензина в герметичном цилиндре система зажигания используется для воспламенения горючей смеси в цилиндре. Система сбора данных позволяет одновременно измерять импульсный сигнал давления в цилиндре и его импульсный звуковой сигнал давления.

При работе ДВС в нормальных рабочих условиях давление в цилиндре отсутствует. 4 цилиндра можно измерить.

4. Результаты и обсуждение
4.1. Функция передачи шума сгорания

В ходе испытания двигателя внутреннего сгорания измеренный сигнал импульсного давления в цилиндре и сигнал звукового давления импульса излучения каждой стороны показаны на рисунках 8 и 9.

Из рисунка 8 (а) в сигнале временной области, скорость нарастания импульсного давления до dp / dt = 5 МПа / с. Это вызвано быстрым сгоранием горючей смеси. На Рисунке 8 (b) полоса низких частот (ниже 600 Гц) соответствует высокому уровню звукового давления (SPL), а этот сегмент относительно плоский, что связано с самым высоким импульсным давлением.Уровень звукового давления в диапазоне средних частот (600–2000 Гц) снижается быстрее, чем в диапазоне низких частот. Этот сегмент тесно связан с максимальной скоростью роста пульсового давления. Уровень звукового давления в высокочастотном диапазоне (выше 2000 Гц) быстро снижается. Этот сегмент тесно связан с высокочастотными импульсными колебаниями давления.

Из рисунка 9 (а), спектральная плотность мощности (PSD) звукового давления со стороны основного удара в основном сосредоточена на частотах 3238 Гц, 4513 Гц, 5150 Гц и 6519 Гц.На Рисунке 9 (b) спектральная плотность мощности звукового давления в верхней части головки блока цилиндров в основном сосредоточена на частотах 1538 Гц, 2463 Гц, 3306 Гц, 4144 Гц и 5969 Гц. На Рисунке 9 (c) спектральная плотность мощности звукового давления со стороны тисков в основном сосредоточена на частотах 1519 Гц, 3000 Гц и 4163 Гц. Из рисунка 9 видно, что спектральная плотность мощности звукового давления в верхней части головки блока цилиндров разнообразна и сложна. Это связано с тем, что верхний микрофон головки блока цилиндров не только принимает импульсное давление от верхней части головки блока цилиндров, но также принимает часть импульсного давления излучения со стороны основного удара и стороны тисков.

Чтобы оценить степень достоверности между давлением импульса и звуковым давлением импульса излучения каждой стороны, вычисляется коэффициент корреляции. Чем выше коэффициент корреляции, тем надежнее измеренный сигнал. Более высокий коэффициент корреляции означает, что результат расчета передаточной функции шума сгорания более точен.

Предполагая, что входная функция равна, а функция отклика равна, коэффициент корреляции определяется следующим образом: где и — спектральная плотность собственной мощности входной функции и выходной функции, соответственно, а — поперечная спектральная плотность мощности входной и функции вывода.

Рассчитывается коэффициент корреляции между импульсным давлением и звуковым давлением импульса излучения каждой стороны. Это показано на рисунке 10.

Из рисунка 10 ясно видно, что коэффициент корреляции стороны тисков пощечины больше 0,5, и он, очевидно, больше, чем две другие стороны. Что касается основной стороны шлепка, то она близка к стене, и есть определенная степень отражения и реверберации. Таким образом, при использовании основного микрофона на боковой стороне для измерения звукового давления импульса излучения возникает много помех, что приводит к низкому коэффициенту корреляции.Что касается верхней части головки блока цилиндров, поскольку верхний микрофон головки блока цилиндров может воспринимать шум со стороны основного удара и со стороны обратного удара, коэффициент корреляции низкий. Следовательно, звуковое давление со стороны тисков и импульсное давление используются для расчета передаточной функции шума сгорания. Результаты расчетов показаны на рисунке 11.


Из рисунка 11 рассчитанная функция передачи шума сгорания отражает характеристики передачи шума сгорания от сигнала давления в цилиндре к сигналу шума сгорания через конструкцию корпуса двигателя внутреннего сгорания.Величина отклика передаточной функции шума горения относительно высока в частотном диапазоне от 2000 Гц до 5000 Гц и от 7000 Гц до 10000 Гц. Ниже 2000 Гц и 5000–7000 Гц значение отклика передаточной функции шума сгорания относительно низкое.

4.2. 1500 об / мин и режим холостого хода (нормальный случай)

Когда двигатель внутреннего сгорания работает при 1500 об / мин и в состоянии холостого хода, измеренное давление в цилиндре показано на рисунке 12.

На рисунке 12 показан диапазон низких частот (ниже 600 Гц) соответствует высокому уровню звукового давления (SPL).Уровень звукового давления 600 Гц достигает 186,5 дБ. Изменение диапазона низких частот относительно ровное. Полоса низких частот занимает большую часть всей энергии давления в цилиндре, но затухание низких частот через конструкцию корпуса двигателя внутреннего сгорания велико, поэтому шум излучения невелик. Уровень звукового давления в средней полосе частот (600–2000 Гц) относительно низкий. Полоса высоких частот (выше 2000 Гц) явно колеблется по сравнению с полосой низких и средних частот.

На основе измеренного сигнала давления в цилиндре и рассчитанной передаточной функции шума сгорания вычисляется независимый чистый шум сгорания.Это показано на Рисунке 13.

Из Рисунка 13, частотные составляющие независимого чистого шума горения в основном сосредоточены в районе 1100 Гц и 1400 Гц (средняя полоса частот) и 3000 Гц (полоса высоких частот). Амплитуда 1400 Гц примерно в четыре раза больше амплитуды 1100 Гц и 3000 Гц. Кроме того, независимый чистый шум сгорания почти не имеет других частотных составляющих.

4.3. 800 об / мин и состояние холостого хода

Когда двигатель внутреннего сгорания работает со скоростью 800 об / мин и без нагрузки, можно измерить давление в цилиндре.Комбинируя вычисленную передаточную функцию шума сгорания, вычисляется независимый чистый шум сгорания. Это показано на Рисунке 14.

Из Рисунка 14, частотные составляющие независимого чистого шума сгорания все еще в основном сосредоточены в районе 1100 Гц и 1400 Гц (средняя полоса частот) и 3000 Гц (полоса высоких частот). Амплитуда на 1400 Гц самая большая. По сравнению с рис. 13 в целом амплитуда частоты на рис. 14 меньше, чем на рис. 13.Показано, что независимый чистый шум сгорания двигателя внутреннего сгорания на малых оборотах ниже, чем на высоких.

4.4. Механический шум

Основными источниками шума двигателя внутреннего сгорания являются шум сгорания, механический шум и аэродинамический шум. Шум сгорания и механический шум составляют большую долю от общего шума двигателя внутреннего сгорания. Аэродинамический шум относительно невелик. Когда рассчитывается шум сгорания, механический шум может быть получен путем вычитания шума сгорания из общего шума двигателя внутреннего сгорания.Когда двигатель внутреннего сгорания работает при 1500 об / мин в режиме холостого хода и 800 об / мин в режиме холостого хода, расчетный механический шум показан на рисунке 15.

Из рисунка 15 видно, что механический шум имеет много частотных составляющих. . Когда дизельный двигатель работает при 1500 об / мин и в состоянии холостого хода, частотные компоненты механического шума в основном сосредоточены на 711 Гц, 1244 Гц, 1600 Гц, 2222 Гц и 2933 Гц. Когда дизельный двигатель работает на 800 об / мин и в состоянии холостого хода, частотные компоненты механического шума в основном сосредоточены на 355 Гц, 1156 Гц, 1956 Гц, 3022 Гц и 3644 Гц.К механическому шуму относятся шум от ударов поршня, стук воздушного клапана, шум зацепления шестерен, шум топливного насоса и т. Д. Шум от ударов поршня в основном вызван ударами между поршнем и гильзой цилиндра. Детонационный шум воздушного клапана в основном вызван воздействием открывания и закрывания клапана. Шум зацепления шестерен возникает из-за столкновения и трения между зубьями и зубьями во время процесса зацепления шестерен. Шум топливного насоса высокого давления связан с давлением впрыска масла и временем горения двигателя внутреннего сгорания.Когда дизель находится в разных условиях, частотная составляющая механического шума будет иметь определенную разницу. Это требует дальнейшего изучения.

4.5. Проверочный анализ

Для проверки результатов расчета независимого чистого шума сгорания дополнительно используются метод вибрационных испытаний двигателя внутреннего сгорания и метод расчета эмпирической формулы шума сгорания.

4.5.1. Метод испытания двигателя внутреннего сгорания на вибрацию

В процессе сгорания давление в цилиндре стимулирует вибрацию гильзы цилиндра, и эта вибрация передается на сторону тисков корпуса двигателя внутреннего сгорания.Тогда вибрация внешней поверхности со стороны тисков может вызвать шум горения со стороны тисков в окружающую среду. Следовательно, вибрация со стороны тисков связана с шумом сгорания со стороны тисков. Спектральная плотность мощности вибрации стороны тисков может использоваться для оценки точности вычисленного независимого чистого шума сгорания.

Датчик ускорения копья LC0158T используется для измерения сигнала вибрации со стороны тисков. Чувствительность датчика ускорения копья LC0158T составляет 30 мВ / г, максимальный диапазон — 166 г, разрешение — 0.0007 г, а диапазон АЧХ составляет 0–10000 Гц. Точка испытания вибрации со стороны тисков показана на рисунке 16.


В ходе испытания, чтобы сохранить полезные компоненты и исключить высокочастотные компоненты, фильтр нижних частот используется для удаления высокочастотных компонентов выше 10. кГц в вибросигналах.

Сигналы вибрации со стороны тисков измеряются соответственно при 1500 об / мин и без нагрузки и при 800 об / мин и без нагрузки, соответственно.Поскольку единицей измерения вибрационного сигнала является g, а единицей измерения шума сгорания является Па, необходимо провести нормализацию. Спектр измеренного вибрационного сигнала и независимого чистого шума сгорания показан на рисунке 17.

Из рисунка 17, когда двигатель внутреннего сгорания работает, соответственно, при 1500 об / мин и холостом ходу, а также 800 об / мин и холостом ходу. При условии, что частота независимого чистого шума сгорания в основном соответствует частоте измеренного сигнала вибрации.Особенно заметны частотная амплитуда независимого чистого шума сгорания и измеренный сигнал вибрации, особенно вблизи 1400 Гц и 3000 Гц. Однако на рисунке 17 (а) сигнал вибрации в районе 2000–2600 Гц, 6000 Гц, 7000 Гц и 9000 Гц имеет частотные составляющие. На рисунке 17 (b) сигнал вибрации в районе 2000–2600 Гц, 4000 Гц и 8500–9500 Гц имеет частотные составляющие. Эти частотные составляющие в основном вызваны механическим возбуждением от других частей.Независимый чистый шум сгорания не имеет этих частотных составляющих. Таким образом, с помощью метода испытания на вибрацию двигателя внутреннего сгорания измеренный сигнал вибрации стороны тисков показал точность и эффективность вычисленного независимого чистого шума сгорания.

4.5.2. Метод расчета эмпирической формулы шума сгорания

Метод расчета эмпирической формулы шума сгорания в основном относится к принципу измерения шума сгорания измерителем шума сгорания.Формула расчета выглядит следующим образом: где представляет собой сигнал шума горения, а единица измерения — дБ. представляет собой среднеквадратичное значение отфильтрованного давления в баллоне, единица измерения — бар. представляет собой эталонное звуковое давление, единица измерения — бар, и. представляет собой параметры частотной характеристики взвешенной сети. представляет собой эмпирические параметры затухания конструкции корпуса двигателя.

Параметры частотных характеристик взвешенной сети приведены в таблице 2.

−19,1


Центральная частота (Гц) взвешенное значение (дБ) Центральная частота (Гц) взвешенное значение (дБ)

1000 0
125 −16,1 1250 0,6
160 −13,4 1600 1,0

9

1,0

9

1,0

9

9 2000 1,2
250 −8,6 2500 1,3
315 −6,6 3150 1,2

1,0
500 −3,2 5000 0,5
630 −1,9 6300 −0,1
−0,1
800 7.8 8000 −1,1

Эмпирические параметры затухания конструкции кузова двигателя показаны в таблице 3.

907 907 7 7
3
3
905 )
Значение передаточной функции (дБ) Центральная частота (Гц) Значение передаточной функции (дБ)

100 −143.0 1000 −96,5
125 −137,5 1250 −93,3
160 −132,4 1600 −132,4 1600 903 903 903 903 2000 −89,7
250 −122,3 2500 −89,5
315 −117,2 3150 −117,2 3150 −9030 −9030 9013 4000 −94,2
500 −108,2 5000 −99,2
630 −103,8 6300 −103,8 6300 −103,8 6300 −10390 8000 −116,0

Сигнал давления в баллоне измеряется тестом. Затем метод расчета эмпирической формулы шума сгорания используется для расчета экспериментального значения шума сгорания.Результаты расчетов показаны на рисунке 18.

Из рисунка 18 видно, что результаты расчета шума сгорания по методу расчета эмпирической формулы и методу моделирования на стенде хорошо согласуются ниже 2000 Гц. В сочетании с рисунками 13 и 14 частота шума сгорания, рассчитанная на испытательном стенде с моделированием, в основном сконцентрирована на 1100 Гц, 1400 Гц и 3000 Гц. 1100 Гц и 1400 Гц ниже 2000 Гц. Таким образом, результаты расчета шума сгорания на частотах 1100 Гц и 1400 Гц очень хороши.Однако из рисунка 18 видно, что есть некоторые различия в результатах расчета шума сгорания выше 2000 Гц. Шум горения на частоте 3000 Гц имеет определенную погрешность. Причина ошибки заключается в том, что параметры затухания конструкции корпуса двигателя в методе расчета по эмпирической формуле имеют определенную степень отличия от параметров затухания конструкции корпуса двигателя дизельного двигателя 4120SG в высокочастотной части (выше 2000 Гц). Параметры затухания конструкции корпуса двигателя в методе расчета по эмпирической формуле являются значениями эмпирических параметров и имеют некоторые отличия от конкретного типа дизельного двигателя 4120SG.Результаты расчета шума сгорания имеют некоторую разницу в частотной составляющей 3000 Гц. Но общая тенденция результатов расчетов не вызывает сомнений. Следовательно, полученный независимый чистый шум сгорания является точным.

5. Выводы

Для воспламенения горючей смеси (чистый кислород и бензин № 97), учитывая, что двигатель внутреннего сгорания работает в режиме воспламенения от сжатия без устройства зажигания, и устройство зажигания необходимо установить в положение оригинальная топливная форсунка, устройство зажигания которой по форме похоже на форсунку, разработано и реализовано в деталях самостоятельно.Он имеет простые и практичные функции, и он очень полезен и надежен в тестах.

Перед испытанием двигатель внутреннего сгорания должен проработать достаточно времени, чтобы параметры двигателя внутреннего сгорания в статическом состоянии были максимально близки к нормальным рабочим условиям. Затем при испытании одновременно измеряются импульсный сигнал давления в цилиндре и излучаемый им импульсный сигнал звукового давления. Они используются для расчета передаточной функции шума сгорания.Таким образом, можно точно рассчитать передаточную функцию шума сгорания.

Когда двигатель внутреннего сгорания работает при 1500 об / мин в режиме холостого хода и 800 об / мин в режиме холостого хода, независимый чистый шум сгорания рассчитывается на основе измеренного давления в цилиндре и расчетной передаточной функции. Экспериментальные результаты показывают, что частотные составляющие независимого чистого шума горения сосредоточены на 1100 Гц, 1400 Гц и 3000 Гц. Кроме того, дополнительно выполняются два метода проверки, чтобы показать точность и эффективность полученного независимого чистого шума сгорания.

Независимая экспериментальная платформа для измерения чистого шума сгорания может служить эталоном для регистрации других независимых источников шума. Кроме того, полученный независимый чистый шум сгорания может служить теоретической справкой для диагностики неисправностей и плана снижения шума двигателей внутреннего сгорания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.