Дизельный двигатель: устройство, принцип работы

Сегодня ДВС по праву можно назвать основной разновидностью двигателей для автомобилей. Если разобраться, работа двигателя внутреннего сгорания напоминает функционирование агрегата, энергию сжигаемого топлива преобразующего в механическую работу. Среди поршневых, газотурбинных и роторно-поршневых моторов наибольшее распространение получил первый вид представленных моделей.

В числе несомненных достоинств ДВС, благодаря чему и обеспечено их столь широкое использование, находятся:

• Возможность автономного функционирования;
• Универсальность, позволяющая сочетать их с разными потребителями;
• Доступная цена;
• Небольшие габариты;
• Малый вес;
• Быстрый запуск;
• Применение нескольких разновидностей топлива.

Однако же, есть и некоторые отрицательные характеристики:

• Высокая степень шумообразования;
• Загрязнение окружающей среды отработанными токсичными газами;
• 40%-й КПД;
• Малый ресурс.

Та или иная разновидность топлива, используемая для работы двигателей, послужила причиной для их разделения на бензиновые и дизельные модели. Достойной альтернативой обеспечивающей работу ДВС, повсеместно применяется газ пропан и метан, метанол, этанол и водород.

Если рассматривать вопрос экологичности, стоит указать на несомненную перспективность водородного двигателя, — от его работы не появляется вредных выбросов.

Как устроен двигатель внутреннего сгорания

• Корпусная конструкция;
• Механизмы газораспределения; кривошипно-шатунный;
• Впускная и топливная системы;
• Зажигание;
• Охлаждение и смазка;
• Системы управления и выпуска.

Конструкцией мотора объединены в единый узел блок цилиндров и его головка. Под воздействием кривошипа происходит преобразование поршневого движения во вращение коленвала. Газораспределительным механизмом осуществляется своевременная подача к цилиндрам воздуха, также подается топливная смесь, и выполняется отвод отработанных газов.

Впускная система подает в мотор воздух. При помощи топливной системы обеспечивается доставка горючего. Благодаря их совместной работе образуется смесь топлива с воздухом. Главным элементом в топливной системе считается механизм впрыска.

Задача зажигания в моторе, работающем на бензине – воспламенение выше рассмотренной смеси. В дизелях же она воспламеняется самопроизвольно.

Смазочная система отвечает за уменьшение трения поверхностей рядом расположенных деталей. Охлаждение при этом возлагается на соответствующую систему. Задача по удалению отработанных газов, уменьшению шумообразования цилиндров и показателей токсичных выделений возложена на выпускную систему.

Электроника ДВС отвечает за исправное функционирование подконтрольных ей узлов.

Бензиновый и дизельный моторы: в чем принципиальные отличия?

В чем главное отличие бензинового двигателя от дизельного? Речь идет о принципе зажигания. Бензиновые двигатели имеют искровое зажигание, дизель является самоходным. Что означают эти слова?

Бензиновые двигатели для взрыва в цилиндре используют искру, генерируемую на свече зажигания. В дизельных двигателях всё совсем иначе. В дизельном моторе воздух в цилиндре сжимается поршнем гораздо сильнее. Настолько, что внутри создается высокая температура, достаточная для взрыва смеси в цилиндре без искры. Бензин не возгорается из-за большого давления, соляра (дизельное топливо), наоборот, не горит при нормальных условиях от обычной искры.

Двигатели также различаются по расположению и количеству цилиндров. В Европе наиболее популярными являются рядные двигатели – как можно заключить из названия, цилиндры, в которых движутся поршни, в них расположены в ряд. Рядный четырехцилиндровый двигатель будет отмечается символом R4, шестицилиндровый R6 и т. д. Теперь представьте, что Lamborghini собирается смонтировать большой 12-цилиндровый двигатель под капотом своей модели. Если бы производитель хотел установить все цилиндры в один ряд, двигатель занял бы много места. Таким образом, было изобретено другое решение – разветвленное расположение цилиндров в два ряда, под углом 60, 90 и даже 180 градусов (оппозитный мотор). Все двигатели этого типа обозначены буквой V, в данном случае это будет двигатель V12. Однако более популярными являются установки V6 и V8. Такие автомобили изготавливались в середине прошлого века в США, после финансового кризиса их посчитали недостаточно оправданными.

Эти «демонические», действительно мощные, производительные моторы, встречаются реже, их можно обнаружить, чаще всего, в Subaru или Porsche. Здесь поршни расположены с обеих сторон коленчатого вала, лицом друг к другу, что делает весь двигатель, по сравнению с другими, очень плоским, но не менее объемным.

Когда дело доходит до поршневого устройства, существует еще один тип двигателя, который сильно отличается от остальных. Это двигатель с одним вихревым поршнем, так называемый Двигатель Ванкеля. Также существуют специальные роторные моторы (цилиндры расположены по кругу), сферические моторы (поршень двигается не поступательно, а описывает сферу) и многие другие изобретения.

В повседневной жизни нас окружает множество электроприборов. Основным элементом некоторых из них является двигатель. В одной из наших статей мы уже рассказывали о том, как устроен и работает двигатель переменного тока. Сегодня в нашей статье мы рассмотрим устройство и принцип действия двигателя постоянного тока.

Работа двигателя внутреннего сгорания

В основе функционирования двигателя находится расширение газов и эффект, появляющийся от сгорания топлива, собственно, это и становится силой, которая приводит в движение поршень.

Функционирование поршневых моторов состоит из циклов. В одном цикле – пара оборотов совершаемых коленвалом и 4 такта (касается четырехтактных моторов): после впуска происходит сжатие, далее рабочий ход и вывод отработанных газов.

После впуска выполняется рабочий ход, поршень движется по направлению вниз, а во время сжатия и последующего выпуска – направленно вверх. Цикл в цилиндрах происходит фазами, благодаря чему и достигается равномерное функционирование.

При впуске соответствующими системами создается смесь топлива с воздухом. Это может осуществляться в коллекторе впуска или непосредственно в камере сгорания – зависит от конструкции.

Рабочий ход приводит к воспламенению топлива, сопровождающегося выделением горючих газов, приводящих поршень в движение по направлению вниз. При помощи кривошипа происходит преобразование поршневого движения во вращение коленвала, далее используемое для передвижения авто.

В процессе выпуска в устройстве газораспределения открываются клапаны, и происходит удаление отработанных газов с последующим очищением, охлаждением и подавлением шумов. Только после прохождения всех этих этапов газы направляются в окружающее пространство.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

КПД двигателя внутреннего сгорания

Во время рассмотрения принципа функционирования вышеуказанных двигателей вполне отчетливо видна причина относительно скромного КПД – ориентировочно 40%. Объясняется это участием в полезной работе на каком-то промежутке времени только одного цилиндра, когда другие заняты обеспечением трех остальных тактов: впуском, сжатием и выпуском.

В моторах разных мощностей КПД отличается своими особенностями. То, насколько эффективным будет КПД, зависит от потерь механического характера на разной рабочей стадии. Потери возникают во время трения отдельных движущихся частей мотора: поршней, поршневых колец и подшипников.

Ниже вы можете просмотреть видео о том, как работает двигатель внутреннего сгорания.

Поршень: отсюда начинается всё

Вообще всю работу в двигателе выполняет поршень. Именно он движется в цилиндре по принципу «скольжения» – прямолинейно и поступательно. Последовательно – один раз вверх, один раз вниз. Задача поршня, как следует из названия, заключается в нажатии. Если не один, то другой путь.

Чтобы выполнить работу, привести к появлению полезной энергии (КПД больше нуля), поршень должен немного поработать и сделать четыре движения в цилиндре – первоначально он всасывает воздух или смесь через открытый всасывающий клапан, скользя вниз до самого дна цилиндра. Когда он располагается на дне цилиндра, наполненного воздухом, клапан закрывается. Когда цилиндр наполняется воздухом «до зубов», поршень крепко сжимает его, поднимаясь вверх. Специально для такого сжатого воздуха топливо впрыскивается сверху (в дизельном двигателе) или возникает искра (вариант с бензиновым вариантом), которая вызывает взрыв. Независимо от силы взрыва (бывает, что из-за простоя автомобиля, первая искра недостаточно сильна) поршень отправляется вниз. Когда поршень заканчивает свой путь, цикл может считаться оконченным, затем он совершает еще один ход – вверх. Его уже ждет открытый выпускной клапан, через который поршень выталкивает весь этот ненужный мусор (выхлопной газ) наружу.

Поршневой цикл: схема

Это тот самый дым, который в конечном итоге выходит из выхлопной трубы под вашей машиной. И так продолжается снова и снова: всасывание воздуха – поршень опускается, сжатие воздуха – поршень уходит вверх. Взрыв – поршень опущен, выталкивание выхлопа – поршень вверх. И все время снова и снова.

Таким образом, энергия взрыва превращается в работу, потому что движение поршня, соединенного с шатуном, вызывает вращение коленчатого вала, что приводит в движение силовой агрегат, который перемещает колесо автомобиля. Конечно, двигатель обычно имеет несколько поршней и цилиндров. В целом, чем они больше, тем больше работа двигателя и чем больше мощность этих цилиндров, тем больше потенциал двигателя и, следовательно, – лучшее ускорение, лучшая динамика, но также и большая потребность в топливе.

Предлагаем вам посмотреть занимательное видео, в котором подробно рассказывается и показывается каким именно образом работаем двигатель внутреннего сгорания автомобиля:

Например, когда указатель тахометра в вашей машине приближается к 2000 об./мин. (2 тысячи оборотов коленвала), это означает, что поршень совершает 4000 ходов в это время, и смесь попадает в цилиндр 1000 раз! Все это за минуту. И всего на один цилиндр. Теперь подумайте, сколько топлива нужно двигателю, если вы «стреляете» в него все время, разгоняя до 6000 оборотов при нажатой педали газа в пол!

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

Сегодня мы узнаем, как устроен бензиновый

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

Вы наверняка уже знаете, что именно газы сгорания, сильно толкая поршень, приводят в движение целую цепь механических реакций. Поэтому продолжим дальше. В
юбке
поршня имеется
палец
с закрепленной верхней частью
шатуна
. Шатун в устройстве двигателя автомобиля передает усилие на коленчатый вал от поршня и перемещает поршень во время подготовительного такта.
Шатун
вращает
коленчатый вал
, а тот, в свою очередь, передает
крутящий момент
на
трансмиссию
.

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

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

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

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

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

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

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

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

Чтобы ваши знания о том, каково устройство двигателя внутреннего сгорания, были более полными, мы должны обязательно упомянуть о
воздушном фильтре
. Необходимый в конструкции двигателя, он прост в эксплуатации. Но это не значит, что стоит им пренебрегать. Ведь если горючая смесь должна содержать по массе почти в двадцать раз больше воздуха, то получающаяся в результате движения твердая взвесь будет
ухудшать
технические
характеристики
двигателя, действуя на него подобно абразиву. А чтобы этого не случилось, необходимо устройство для
очистки
воздуха. На данный момент различают шесть групп воздухоочистителей.
Видео
:
«Как работает современный 4-ех тактный двигатель внутреннего сгорания?«
В заключении добавим, что по причине экологической чистоты и более удобной эксплуатации, все чаще в устройстве двигателя внутреннего сгорания появляются специальные воздухоочистители со сменными сухими элементами. Таким образом, нужно запомнить, что при своевременной замене фильтров (масляного и воздушного), мы облегчаем жизнь не только силовому агрегате, но спасаем экологию от вредных выбросов.
БЛАГОДАРИМ ВАС ЗА ВНИМАНИЕ
.
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ НА НАШИ НОВОСТИ
.
ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ
.

Источник https://automotokit.ru/avtodvigatel/rabota-dvs-video.html

Источник

Источник

Источник