Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловая машина, в которой сгорание топлива с окислителем (обычно воздухом) происходит в камере сгорания, являющейся составной частью контура протока рабочего тела.
В двигателе внутреннего сгорания расширение газов с высокой температурой и высоким давлением, образующихся при сгорании, оказывает прямое воздействие на некоторые компоненты двигателя. Сила обычно прикладывается к поршням, лопастям турбины, ротору или соплу.
Эта сила перемещает компонент на расстояние, преобразует химическую энергию в полезную кинетическую энергию и используется для приведения в движение, перемещения или приведения в движение всего, к чему прикреплен двигатель. Он заменяет двигатель внешнего сгорания в приложениях, где важен вес или размер двигателя.
Термин двигатель внутреннего сгорания обычно относится к двигателю с прерывистым сгоранием, например, к более популярным четырехтактным и двухтактным поршневым двигателям, а также к таким вариантам, как шеститактный поршневой двигатель и роторный двигатель Ванкеля.
Второй класс двигателей внутреннего сгорания использует непрерывное сгорание:газовые турбины, реактивные двигатели и большинство ракетных двигателей, каждый из которых является двигателем внутреннего сгорания по тому же принципу, что описан ранее. Огнестрельное оружие также является разновидностью двигателя внутреннего сгорания, хотя оно настолько специализировано, что обычно рассматривается как отдельная категория.
Напротив, в двигателях внешнего сгорания, например паровых или двигателях Стирлинга, энергия отдается рабочему телу, не состоящему из продуктов сгорания, смешанному с ними или загрязненному ими. Рабочими жидкостями для двигателей внешнего сгорания являются воздух, горячая вода, вода под давлением или даже жидкий натрий, нагреваемый в котле.
Подробнее:что такое двигатель внешнего сгорания?
ДВС обычно работают на энергоемком топливе, таком как бензин или дизельное топливо, жидкости, изготовленные из ископаемого топлива. Несмотря на то, что существует много стационарных приложений, большинство ДВС используются в мобильных приложениях и являются основным источником питания для транспортных средств, таких как автомобили, самолеты и лодки.
В 1823 году Сэмюэл Браун запатентовал первый промышленный двигатель внутреннего сгорания в США; одна из его машин перекачивала воду по Кройдонскому каналу с 1830 по 1836 год.
Первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания был создан Этьеном Ленуаром около 1860 года, а первый современный двигатель внутреннего сгорания был создан в 1876 году Николаусом Отто. В 1872 году американец Джордж Брайтон изобрел первый коммерческий двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе.
Этьен Ленуар родился в Мюсси-ла-Виль в 1822 году, который тогда находился в Люксембурге, а сейчас является частью Бельгии. В начале 1850-х годов он иммигрировал в Париж, Франция, где работал инженером и экспериментировал с электричеством.
В 1860 году он запатентовал газовый одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания, который установил на трехколесной повозке. Хотя он работал достаточно хорошо, он не экономил топливо, издавал много шума и часто перегревался. Двигатель полностью отключился бы, если бы для его охлаждения не подавалась вода, а для хранения газообразного топлива требовался бак.
В 1863 году он построил трехколесную повозку, работавшую на бензине. Во время демонстрации в Париже автомобиль преодолел расстояние в 11 км примерно за 3 часа, что соответствует средней скорости 3 км/ч.
Совсем не быстро! Что так впечатляло карету, как не то, что она так медленно двигалась? Что ж, тот факт, что он приводился в движение мотором, а не лошадью или мулом, делал его настоящей инновацией. Его двигатели были относительно успешными:всего было построено около 500 двигателей, но оставляли место для значительного улучшения.
Ленуар стал гражданином Франции в 1870 году за помощь французам во время франко-прусской войны. В 1881 году он получил орден Почетного легиона за выдающиеся достижения в области телеграфии. Хотя Ленуар практически изобрел автомобиль, в последние годы жизни Ленуар был беден. Он умер во Франции в 1900 году.
В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) воспламенение и сгорание топлива происходят внутри самого двигателя. Горение, также известное как горение, является основным химическим процессом выделения энергии из топливно-воздушной смеси. Затем двигатель преобразует часть энергии сгорания в работу.
Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая сгорание. Расширение продуктов сгорания толкает поршень во время рабочего такта.
В конечном счете, через систему шестерен в трансмиссии это движение приводит в движение колеса автомобиля.
В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания:бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия. Большинство из них четырехтактные, что означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня. Цикл включает четыре различных процесса:впуск, сжатие, сгорание и рабочий ход, а также выпуск.
Бензиновые двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели с воспламенением от сжатия различаются по способу подачи и воспламенения топлива. В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом и затем всасывается в цилиндр в процессе впуска. После того как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра поджигает ее и вызывает сгорание.
Расширение продуктов сгорания толкает поршень во время рабочего такта. В дизельном двигателе воздух просто всасывается в двигатель, а затем сжимается. Затем дизельные двигатели распыляют топливо в подходящем дозированном количестве в горячий сжатый воздух, который воспламеняет его.
Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергетическими устройствами, существующими в настоящее время. Примеры включают бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газотурбинные двигатели и ракетные двигательные установки.
IC Engine имеет множество приложений, таких как
В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания:бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия. Большинство из них являются четырехтактными двигателями, что означает, что для завершения цикла требуется четыре хода поршня.
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по используемому топливу, термодинамическому циклу, типу зажигания, типу системы охлаждения, расположению цилиндров, способу наддува и т. д. Сейчас мы изучим это подробно.
Мы знаем, что двигатели внутреннего сгорания преобразуют химическую энергию в механическую в циклическом режиме. Существует много термодинамических циклов, например. Цикл Карно, цикл Отто, цикл Дизеля, цикл Ренкина и т. д. Двигатели внутреннего сгорания работают по трем циклам:циклу Отто, циклу Дизеля и двойному циклу. Итак, в соответствии с ним двигатели внутреннего сгорания можно разделить на следующие типы.
Он также известен как двигатель с искровым зажиганием или двигатель с постоянным объемом подвода тепла, бензиновый двигатель и т. Д. В этом цикле подвод тепла (сжигание топлива) и отвод (выхлоп) происходит при постоянном объеме, а расширение и сжатие происходят при изоэнтропии. Эти двигатели дают малую мощность на высокой скорости.
Это известно как двигатель с воспламенением от сжатия, дизельный двигатель, двигатель постоянного давления и т. д. В этом цикле подвод тепла (сжигание топлива) происходит при постоянном давлении, а отвод тепла происходит при постоянном объеме. Этот двигатель дает большую мощность на низкой скорости.
Двойной цикл представляет собой комбинацию цикла Отто и дизельного цикла. В этом двигателе подвод тепла происходит как при постоянном объеме, так и при постоянном давлении в некотором соотношении.
Некоторые двигатели работают по циклам Стирлинга и Эрикссона, но они не используются в коммерческих целях.
Большинство из нас знает об этих двигателях. Это бензиновые двигатели и дизельные двигатели. В настоящее время в двигателях внутреннего сгорания также используется газообразное топливо, такое как сжиженный нефтяной газ, сжатый природный газ, водород и т. д. Эти механизмы называются нетрадиционными двигателями.
Под зарядкой понимается то, как происходит впуск топливно-воздушной смеси. Это можно классифицировать следующим образом.
В этом двигателе подача топливовоздушной смеси (двигатель SI) или только воздуха (двигатель CI) происходит за счет разницы давлений внутри цилиндра и атмосферного давления.
В этом двигателе для подачи заряда внутрь цилиндра используется отдельный компрессор. Этот компрессор работает за счет мощности двигателя (соединенного с коленчатым валом с ременной передачей).
В этом двигателе используется турбина, которая всасывает воздух в цилиндр и работает за счет энергии выхлопных газов. Это также похоже на наддув, но компрессор приводится в действие турбиной, которая вращается выхлопными газами.
В двигателе внутреннего сгорания воспламенение заряда может происходить двумя способами. В первом для воспламенения топлива используется отдельная свеча зажигания или любое другое устройство (двигатель с искровым зажиганием), а в другом - воспламенение топлива за счет тепла, выделяемого при сжатии или топливе (двигатель с воспламенением от сжатия).
Таким образом, в соответствии с этими методами доступны два двигателя:двигатель с искровым зажиганием или двигатель SI (бензиновый двигатель) и двигатель с воспламенением от сжатия или двигатель CI (дизельный двигатель).
В бензиновых двигателях мы использовали свечу зажигания для воспламенения топлива. Эта искра на свече зажигания, производимая системой зажигания. По системе зажигания различают два типа двигателей. Первый — это двигатель с зажиганием от батареи (используйте батарею для создания искры), а второй — двигатель с зажиганием от магнето (используйте небольшой генератор для создания искры).
В этом типе двигателя используется поршень, который совершает возвратно-поступательное движение за счет силы давления, возникающей при сгорании топлива. Коленчатый вал преобразует это возвратно-поступательное движение во вращательное. Большинство автомобильных двигателей поршневого типа.
Подробнее: Что такое поршневой двигатель?
В роторном двигателе используется ротор. На этот ротор действует сила давления, возникающая при сгорании топлива, которая дополнительно вращает колесо. Двигатель Ванкеля является одним из типов роторных двигателей. Эти двигатели в настоящее время не используются в автомобильных двигателях.
В двигателях внутреннего сгорания используются два типа охлаждения:воздушное охлаждение и водяное охлаждение. Таким образом, двигатели представляют собой двигатели с воздушным охлаждением или двигатели с водяным охлаждением. Обе эти системы охлаждения имеют свои преимущества, о которых мы поговорим позже. Моторное масло также служит охлаждающей средой.
Мы знаем, что ход поршня — это максимальное расстояние, которое поршень может пройти внутри цилиндра или между ВМТ и НМТ. Если двигатель движется от ВМТ к НМТ, это называется одним тактом. Если он возвращается в BDC, это называется двумя ударами. Коленчатый вал совершает один оборот за два такта. В соответствии с ним были изобретены три типа двигателей.
В этом двигателе коленчатый вал совершает один оборот за один рабочий такт. Этот двигатель дает большую мощность по сравнению с другими. Используется в шутерах, кораблях, генераторах и т.д.
Подробнее: Что такое двухтактный двигатель? и Что такое четырехтактный двигатель?
Этот двигатель дает два оборота коленчатого вала за один рабочий такт. Они дают низкую мощность, но высокий КПД. Он используется в автомобилях, грузовиках, мотоциклах и т. д.
Эти двигатели находятся в процессе разработки. Как следует из названия, он обеспечивает три оборота коленчатого вала за один рабочий такт.
Эти механизмы лучше понять по схемам, чем по словам.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС или двигатель внутреннего сгорания) — это тепловая машина, в которой сгорание топлива происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания, являющейся составной частью контура протока рабочего тела.
В 1823 году Сэмюэл Браун запатентовал первый двигатель внутреннего сгорания. для промышленного применения в США; одна из его машин перекачивала воду по Кройдонскому каналу с 1830 по 1836 год.
Первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания был создан Этьеном Ленуаром около 1860 года и стал первым современным двигателем внутреннего сгорания. был создан в 1876 году Николаусом Отто. В 1872 году американец Джордж Брайтон изобрел первый коммерческий двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком топливе. .
Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая сгорание. Расширение продуктов сгорания толкает поршень во время рабочего такта.
IC Engine имеет множество приложений, таких как:
В настоящее время используются три основных типа двигателей внутреннего сгорания:
Разработка двигателя внутреннего сгорания помогла освободить людей от тяжелейшего ручного труда, сделала возможным появление самолетов и других видов транспорта, а также произвела революцию в производстве электроэнергии.
Si двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу искрового зажигания. Он использует бензин и использует цикл Отто. Дизельный двигатель (Ci) также является двигателем внутреннего сгорания, который использует дизельное топливо и работает по дизельному циклу.
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наиболее распространенной формой тепловых двигателей, поскольку они используются в транспортных средствах, лодках, кораблях, самолетах и поездах. Они названы так потому, что топливо воспламеняется, чтобы совершать работу внутри двигателя. Та же топливно-воздушная смесь затем выбрасывается в виде выхлопных газов.
AFR - это массовое отношение воздуха к топливу в двигателе внутреннего сгорания. Для бензиновых двигателей стехиометрическое соотношение A/F составляет 14,7:1, что означает 14,7 частей воздуха на одну часть топлива. Это зависит от типа топлива.
Температура дымовых газов в цилиндре двигателя достигает 1500-2000°С, что выше температуры плавления материала корпуса цилиндра и головки двигателя. (Платина, металл с одной из самых высоких температур плавления, плавится при 1750°C, железо при 1530°C, а алюминий при 657°C.)
Ключевое различие между бедной и богатой топливной смесью заключается в том, что мы используем бедную смесь для максимальной эффективности, а богатую смесь используем для максимальной мощности двигателя. Мы используем термины бедная и богатая топливные смеси для описания процессов сгорания в двигателях и промышленных печах.
Обогащенная смесь – это топливовоздушная смесь, содержащая избыточное количество топлива. Богатая смесь обеспечивает достаточное количество топлива, чтобы израсходовать весь кислород в цилиндре. В богатой смеси слишком много бензина и мало воздуха.
Бензин приобрел известность в 1892 году, в то время как для дизельного топлива потребовалось немного больше времени, поскольку некоторые источники указывают на 1893 год, когда он был впервые использован и признан источником топлива. Таким образом, бензин был технически первым, поскольку он завоевал популярность и коммерческий успех быстрее, чем его дизельный аналог.
Поршень является основной частью двигателей внутреннего сгорания. Он совершает возвратно-поступательное движение и преобразует тепловую энергию в механическую энергию. Он перемещается вверх и вниз внутри цилиндра, когда двигатель вырабатывает мощность. Назначение поршня — выдерживать расширение газов и направлять его на коленчатый вал.
Транспортное средство с ДВС означает обычное транспортное средство, работающее исключительно на двигателе внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания имеет КПД около 35-45 %. По сравнению с двигателем внешнего сгорания имеет КПД около 15-25 %. Стоимость топлива для двигателя внутреннего сгорания относительно высока. По сравнению с двигателем внешнего сгорания стоимость топлива относительно низкая.
Как работают системы управления подачей топлива
Как работает автомобильный термостат?
Что такое движок BS6? - Нормы и как он работает
Что такое автомобильный двигатель? | Как работает автомобильный двигатель?
Что такое движок? – Различные типы двигателей