0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое система двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания: виды, принцип действия, преимущества и недостатки

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – автомобильный механизм, работа которого зависит от преобразования одного вида энергии (в частности, химической реакции от сгорания топлива) в другой вид (механическую энергию для запуска автомобиля).

В качестве достоинств двигателя внутреннего сгорания, которые определяют его широчайшее использование, отмечают: автономность, относительно невысокая стоимость, возможность использования на различных потребителях, многотопливность (двс могут работать на бензине, дизельном топливе, газе и даже на спирте и рапсовом масле). Так же к достоинствам можно отнести достаточно высокую надежность ДВС и неприхотливость в работе, простоту обслуживания.

При этом двигатели внутреннего сгорания обладают рядом недостатков: низкий коэффициент полезного действия, токсичность, шумность.

Однако по сочетанию своих достоинств и недостатков на сегодняшний день в транспортной сфере (в качестве автомобильных двигателей) серьезных конкурентов у двигателей внутреннего сгорания нет, и в ближайшее время не предвидится.

ДВС могут разделяться по нескольким категориям

По типу преобразования энергии:

  • турбинные;
  • поршневые;
  • реактивные;
  • комбинированные

По типу рабочего цикла:

  • с 2-мя тактами цикла;
  • с 4-мя тактами цикла

По типу топлива, которое используется:

  • на бензине;
  • на дизеле;
  • на газе

Устройство ДВС

ДВС имеет достаточно сложное устройство, которое может быть оснащено:

  • корпусом (блоком и головкой цилиндров);
  • рабочими механизмами (кривошипно-шатунным и газораспределительным);
  • различными системами (топливной, впускной, выпускной, смазки, зажигания, охлаждения и управления).

КШМ (кривошипно-шатунный механизм) обеспечивает движение возвратно-поступательного характера поршня и обратное вращательное движение вала.

Газораспределительный механизм предназначен для подачи топлива и воздуха в цилиндры, для вывода отработанной газовой смеси.

Топливная система предназначена для обеспечения автомобильного двигателя топливом.

Система впуска отвечает за своевременную подачу воздуха в ДВС, а система выпуска – за вывод отработанных газов, уменьшения уровня шума от работы цилиндров, а также снижения их токсичности.

Система впрыска обеспечивает доставку ТПС в двигатель ВС.

Система розжига (зажигания) выполняет функцию розжига смеси воздуха и топлива, которая поступает в ДВС.

Система смазки обеспечивает своевременную смазку всех внутренних частей и деталей двигателя.

Система охлаждения обеспечивает интенсивное охлаждение рабочей системы ДВС во время работы.

Система управления отвечает за контроль над слаженной работой всех важных систем ДВС.

Принцип работы ДВС

Двигатель работает на тепловой энергии газов, образующихся при сгорании используемого топлива, что в свою очередь запускает поршневое движение в цилиндре. ДВС работает циклически. Для того чтобы повторялся каждый последующий цикл, отработанная смесь удаляется, а в поршень поступает новая часть топлива и воздуха.

В современных моделях автомобилей используются двигатели, работающие на 4-х тактах. Работа такого двигателя основана на четырех равных по времени частях. Такт – это процесс, который осуществляется в цилиндре автомобильного двигателя за один рабочий ход (поднятие/опускание) поршня.

Поршень в цилиндре осуществляет четыре тактовых движения – два вверх и два вниз. Тактовое движение начинается с крайней точки (нижней или верхней) и проходит следующие этапы: впуск, сжатие, движение и выпуск.

Более детально рассмотрим особенности работы ДВС на каждом из тактов.

Впуск начинается в крайней точке (МТ – мертвая точка). Не имеет значения, с какой точки начинается движение, с верхней МТ или нижней МТ. Начиная свое движение в цилиндре, поршень захватывает поступившую топливно-воздушную смесь при открытом клапане впуска. При этом ТВС может образовываться как во впускном коллекторе, так и в камере сгорания.

При сжатии клапаны впуска полностью закрыты, ТВС начинает сжиматься непосредственно в цилиндрах. Это происходит за счет обратного поршневого движения от одной МТ к другой. При этом ТВС сжимается до размера самой камеры сгорания. Сильное сжатие обеспечивает более продуктивную работу ВДС.

Такт движения (рабочий ход)

На данном такте осуществляется розжиг воздушно-топливной смеси. Это может быть как путем самовоспламенения (для дизельных двигателей), так и принудительным воспламенением (для бензиновых двигателей). Вследствие возгорания ВТС происходит быстрое образование газов, энергия которых воздействует на поршень, приводя его в движение. КШМ трансформирует поступательные поршневые движения во вращательные вала. Клапаны системы на такте движения, как и на такте сжатия должны быть полностью закрытыми.

На последнем такте выпуска происходит открытие всех выпускных клапанов, после чего газораспределительный механизм удаляет отработанные газы из ДВС в выпускную систему, где происходит очистка, охлаждение и снижение уровня шума. В конце происходит полный выброс газов в атмосферу.

Читать еще:  Возможные неисправности стартера двигателя

После завершения такта выпуска, циклы повторяются, начиная с такта впуска.

Видео, в котором наглядно показывается устройство и работа двигателя внутреннего сгорания:

Портфель интеллектуальной собственности ФГУП «НАМИ»

Портфель интеллектуальной собственности ФГУП «НАМИ» — это не только новейшие научно-технические разработки и секреты производства (ноу-хау), но и комплексные решения для автомобильной индустрии.

Изобретения, полезные модели, промышленные образцы

155 патентов Россйиской Федерации на изобретения, среди которых следующие патенты:

  • № 2564743 Дизельный двигатель с турбокомпрессором
  • № 2570843 Способ определения замедлений вращающихся тел
  • № 2610847 Демультипликатор
  • № 2612891 Фильтр очистки биодизельного топлива
  • № 2617615 Способ управления двигателем внутреннего сгорания
  • № 2617629 Двигатель внутреннего сгорания
  • № 2633090 Двухкамерный топливный бак
  • № 2633109 Устройство жидкостного охлаждения агрегатов электромобиля
  • № 2647341 Узел сцеплений трансмиссии транспортного средства
  • № 2664036 Фильтрующий элемент для улавливания твердых частиц
  • № 2670340 двойное сцепления для трансмиссий транспортных средств
  • № 2671891 Система контроля состояния бодрствования водителя автомобиля
  • № 2673788 Устройство термостатирования агрегатов электромобиля
  • № 2678638 Устройство для раздвигания в свободное состояние дисков фрикционной муфты
  • № 2749577 Способ автоматического контроля сопротивления изоляции сети постоянного тока
  • № 2740626 Способ упреждающего управления системой охлаждения силового электропривода энергетической установки
  • № 2744588 Способ предотвращения тепловых деформаций каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки

В 2017 году Федеральная служба по интеллектуальной собственности наградила ФГУП «НАМИ» дипломом Роспатента в связи с включением изобретения «Двухконтурная система циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства» (патент Российской Федерации № 2576753) в список «100 лучших изобретений России» за 2016 год.

  • № 2576753 Двухконтурная система циркуляции жидкого теплоносителя в двигателе внутреннего сгорания транспортного средства
  • 100 лучших изобретений России-2016

В 2021 году Федеральная служба по интеллектуальной собственности включила два изобретения ФГУП «НАМИ»:

«Система автоматического управления траекторным движением транспортного средства с функцией курсовой устойчивости» (патент Российской Федерации № 2724008) в число 10-ти Лучших изобретений 2020 года и в число «100 лучших изобретений России за второе полугодие 2020 года».

  • № 2724008
  • Диплом

«Способ управления движением беспилотных транспортных средств (БТС) в колонне и/или отдельных БТС и мониторинга интеллектуальной транспортной инфраструктурой (ИТИ) сети автомобильных дорог» (патент Российской Федерации № 2725569) в число «100 лучших изобретений России за второе полугодие 2020 года».

  • № 2725569
  • Диплом

22 патента Российской Федерации на полезные модели, среди которых следующие патенты:

  • № 159469 Устройство автоматического поддержания теплового состояния аккумуляторной батареи
  • № 159513 Воздушный коллектор
  • № 161386 Термостатированная аккумуляторная батарея
  • № 164118 Устройство очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания
  • № 165395 Устройство подачи наддувочного воздуха в двигатель внутреннего сгорания
  • № 201445 Динамическая система воздушного охлаждения элементов электрического питания электробайка
  • № 193411 Устройство защиты аккумуляторной батареи
  • № 190796 Двухкамерный топливный бак транспортного средства

25 патентов Российской Федерации на промышленные образцы, среди которых следующие патенты:

  • № 102117 Пассажирский автомобиль-внедорожник
  • № 103612 Автомобиль с кузовом типа седан
  • № 102986 Транспортное средство беспилотное
  • № 113813 Автомобиль для перевозки пассажиров
  • № 121132 Мотоцикл электрический

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» активно защищает свои разработки в области автомобильного дизайна и за пределами Российской Федерации – в 2018 году осуществлена регистрация промышленных образцов на Ближнем Востоке.

Программы для ЭВМ

ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» зарегистрировало в Федеральной службе по интеллектуальной собственности 31 программу для ЭВМ, большая часть из которых предназначена для обеспечения безопасности передвижения транспортного средства:

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Читать еще:  Давление масла разогретый двигатель холостые обороты

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

  1. КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
  2. ГРМ — механизм регулировки фаз газораспределения.
  3. Система смазки.
  4. Система охлаждения.
  5. Система подачи топлива.
  6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ — кривошипно-шатунный механизм

КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

  • Блок цилиндров.
  • Головка блока цилиндров.
  • Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
  • Коленчатый вал с маховиком.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

  • Распределительный вал.
  • Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
  • Детали привода клапанов.
  • Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Система охлаждения двигателя

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

  • Рубашка охлаждения двигателя
  • Насос (помпа)
  • Термостат
  • Радиатор
  • Вентилятор
  • Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

  • Масляный картер (поддон).
  • Насос подачи масла.
  • Масляный фильтр с редукционным клапаном.
  • Маслопроводы.
  • Масляный щуп (индикатор уровня масла).
  • Указатель давления в системе.
  • Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система питания

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

  • Топливный бак.
  • Датчик уровня топлива.
  • Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой.
  • Топливные трубопроводы.
  • Впускной коллектор.
  • Воздушные патрубки.
  • Воздушный фильтр.
Читать еще:  Чертеж схема двигателя муравей

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры — воздушный фильтр и патрубки — тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

  • Выпускной коллектор.
  • Приемная труба глушителя.
  • Резонатор.
  • Глушитель.
  • Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

НОВЫЙ INFINITI QX50: СИСТЕМА АКТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ВИБРАЦИЙ — ACTIVE TORQUE ROD

Новый INFINITI QX50, созданный на совершенно новой платформе – это премиальный среднеразмерный внедорожник, сочетающий передовые технологии, великолепный дизайн и самый просторный в классе салон.

На новом QX50 дебютирует двигатель VC-Turbo – первый в мире серийный мотор с уникальной технологией изменения степени сжатия, представляющей собой прорыв в конструкции двигателей внутреннего сгорания. 2-литровый VC-Turbo постоянно меняет свою степень сжатия, оптимизируя баланс между мощностью и расходом топлива. Впечатляющие мощностные характеристики этого бензинового турбомотора сочетаются с крутящим моментом и расходом топлива как у современного четырехцилиндрового дизеля.

VC-Turbo. Непревзойденная экономичность.

Новый QX50, оснащенный двигателем VC-Turbo – наиболее эффективный автомобиль в своем классе, демонстрирующий непревзойденную экономичность. Версия с передним приводом расходует всего 8,7 л/100 км в комбинированном цикле измерений — на 35% лучше показателей QX50 предыдущего поколения с двигателем V6. Полноприводная версия модели со средним расходом 9,0 л/100 км на 30% эффективнее предшественника.

VC-TURBO. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА.

Дополнительные преимущества конструкции нового мотора — компактные размеры и сниженная масса. Блок и головка цилиндров отлиты из легкого алюминиевого сплава, а компоненты системы регулировки степени сжатия изготовлены из высокоуглеродистой стали. В сравнении с 3,5-литровым двигателем INFINITI серии VQ 2-литровый VC-Turbo легче на 18 кг, кроме того ему требуется меньше места в моторном отсеке.

Благодаря системе изменения степени сжатия отлично сбалансированный двигатель VC-Turbo обходится без уравновешивающих валов, обычно необходимых четырехцилиндровым моторам. Двигатель работает более плавно, чем обычные рядные аналоги, а уровень шума и вибраций ­­сравним с показателями традиционных V6. Это стало возможным, в том числе и благодаря компоновке с дополнительными коромыслами, в которой шатуны при рабочем ходе поршней почти вертикальны (в отличие от традиционного кривошипно-шатунного механизма, где они движутся из стороны в сторону). В итоге происходит идеальное возвратно-поступательное движение, не требующее уравновешивающих валов. Именно поэтому, несмотря на применение системы изменения степени сжатия, мотор VC-Turbo такой же компактный, как традиционный 2-литровый четырехцилиндровый двигатель.

система активного подавления вибраций

Active Torque Rod

Для еще большего снижения шума в 2-литровом VC-Turbo впервые использована система активного подавления вибраций, называемая Active Torque Rod (ATR). Новый QX50 – единственный автомобиль в классе, оснащенный подобной технологией. Интегрированная в верхнюю опору двигателя, через которую передается большая часть шума и вибраций, ATR оснащена датчиком ускорений, фиксирующим колебания. Система генерирует возвратно-поступательные вибрации в противофазе, позволяя четырехцилиндровому агрегату оставаться таким же тихим и плавным, как и моторы V6, и на 9 Дб уменьшает шум двигателя по сравнению с предыдущим QX50. В итоге VC-Turbo – один из самых тихих и уравновешенных двигателей в сегменте премиальных внедорожников.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector