Статья на тему: «Двигатель внутреннего сгорания»
статья

СПб ГБПОУ «Автомеханический колледж»

Статья на тему:

«Двигатель внутреннего сгорания»

                                                                  Выполнил:                                                               мастер производственного обучения

Мешков Д.А.

Санкт-Петербург

2021 г.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Аннотация: Двигатель внутреннего сгорания – это механизм, преобразующий энергию вспышки топлива (тепла) в механическую работу. Несмотря на достаточно громоздкую конструкцию, на сегодняшний день ДВС остается самым удобным источником энергии.

Ключевые слова: Двигатель внутреннего сгорания, классификация ДВС, рабочие процессы, рабочий цикл, конструктивные особенности.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - тепловой двигатель, в котором энергия топлива, сгорающего в камере сгорания, преобразуется в механическую работу.

Классификация: Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по следующим критериям: по назначению ; характеру движения рабочих частей ; расположению цилиндров ; способу осуществления рабочего цикла ; по количеству; способу воспламенения горючей смеси ; способу смесеобразования ;по  типу системы охлаждения ;расположению распредвала ; типу топлива ; способу наполнения цилиндров 

Рабочие процессы

Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания: 1 – ось коленчатого вала; 2 – кривошип; 3 – шатун; 4 – ось пальца поршня.

Под действием давления продуктов сгорания топлива поршень совершает в цилиндре возвратно-поступательное  движение, которое преобразуется во вращательное  движение коленчатого вала с помощью кривошипно-шатунного механизма. За один оборот коленчатого вала поршень дважды достигает крайних положений (верхняя и нижняя мёртвая точка), где изменяется направление его движения.

Эти положения поршня принято называть мёртвыми точками, т. к. усилие, приложенное к поршню в этот момент, не может вызвать вращательного  движения коленчатого вала. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние оси пальца поршня от оси коленчатого вала достигает максимума, называется верхней мёртвой точкой (ВМТ). Нижней мёртвой точкой (НМТ) называют такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние оси пальца поршня до оси коленчатого вала достигает минимума. Расстояние между мёртвыми точками называют ходом поршня (S). Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°. Перемещение поршня в цилиндре вызывает изменение объёма надпоршневого пространства. Объём внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объёмом камеры сгорания Vc. Объём цилиндра, образуемый поршнем при его перемещении между мёртвыми точками, называется рабочим объёмом цилиндра Vц. Объём надпоршневого пространства при положении поршня в НМТ называют полным объёмом цилиндра Vп = Vц + Vc. Рабочий объём двигателя представляет собой произведение рабочего объёма цилиндра на число цилиндров. Отношение полного объёма цилиндра Vц к объёму камеры сгорания Vc называют степенью сжатия Е (для бензиновых ДсИЗ 6,5–11; для дизелей 16–23).

При перемещении поршня в цилиндре, кроме изменения объёма рабочего тела, изменяются его давление, температура, теплоёмкость, внутренняя энергия. Рабочим циклом называют совокупность последовательных процессов, осуществляемых с целью превращения тепловой энергии топлива в механическую. Достижение периодичности рабочих циклов обеспечивается с помощью специальных  механизмов и систем двигателя.

Схема работы поршневого четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания.

Рабочий цикл ДВС

Рабочий цикл бензинового четырёхтактного ДВС совершается за 4 хода поршня (такта) в цилиндре, т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

Первый такт – впуск, образование топливовоздушной смеси.. При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндре создаётся разрежение, под действием которого через открывающийся впускной клапан поступает горючая смесь. В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нём от предыдущего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь. 

Второй такт – сжатие, при котором впускной и выпускной клапаны закрываются газораспределительным валом, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя. Поршень движется вверх (от НМТ к ВМТ).

Третий такт – рабочий ход, который сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси. Сила давления газов перемещает поршень вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Во время рабочего хода происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу. 

Четвёртый такт – выпуск, при котором поршень движется вверх, и выталкивает наружу, через  выпускной клапан газораспределительного механизма, отработавшие газы из цилиндров в выпускную систему. За рабочий цикл двигателя полезная работа совершается только в течение рабочего хода, а остальные три такта являются вспомогательными.

Конструктивные особенности

ДВС – агрегат, содержащий ряд систем и механизмов. Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и пять систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления). Корпус ДВС образуют неподвижные (блок цилиндров, картер, головка блока цилиндров) и подвижные узлы и детали, которые объединены в группы: поршневую (поршень, палец, компрессионные и маслосъёмные кольца), шатунную, коленчатого вала. Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси с помощью свечи зажигания в определённые моменты времени в каждом цилиндре. Система пуска служит для запуска ДВС с целью надёжного воспламенения топлива. Система выпуска осуществляет вывод отработавших газов. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременный впуск свежего заряда смеси в цилиндры и выпуск отработавших газов. Система смазки служит для снижения потерь на трение и уменьшения износа подвижных элементов, а иногда для охлаждения поршней. Система охлаждения поддерживает требуемый тепловой режим работы ДВС; бывает жидкостной или воздушной. Система управления предназначена для согласования работы всех элементов ДВС с целью обеспечения его высокой работоспособности, малого расхода топлива, требуемых экологических показателей на всех режимах работы при различных условиях эксплуатации с заданной надёжностью.

Основные преимущества ДВС перед другими двигателями – независимость от постоянных источников механической энергии, малые габариты и масса, что обусловливает их широкое применение на автомобилях. Установки с ДВС, как правило, обладают большой автономностью. Одно из положительных качеств ДВС – возможность быстрого пуска в обычных условиях. Двигатели, работающие при низких температурах, снабжаются специальными устройствами для облегчения и ускорения пуска.

Недостатками ДВС являются: ограниченная по сравнению, агрегатная мощность; высокий уровень шума; относительно большая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредственного соединения его с ведущими колёсами потребителя; токсичность выхлопных газов. Основная конструктивная особенность двигателя – возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающее частоту вращения, является причиной возникновения неуравновешенных сил инерции и моментов от них.

Список литературы:

1)Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и комбинированных двигателей. 4-е изд. М., 1984;

2) Устройство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания: типы и системы двигателей. Ростов н/Д., 2004;

3) Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. В. Н. Луканина, М. Г. Шатрова. 2-е изд. М., 2005. Кн. 1–3; Рогалев В. В. Управляемый рабочий процесс в двигателях внутреннего сгорания. Брянск, 2005

4) https://wiki2.org/ru/Двигатель_внутреннего_сгорания