Устройство и принцип работы современного двигателя. Основные компоненты, принципы проектирования и сборки

Современный двигатель представляет собой сложное устройство, которое обеспечивает движение автомобиля или любого другого механизма. В середине двигателя находятся цилиндры, в которых происходит процесс сгорания топлива. Окончания цилиндров открыты и закрыты клапанами, которые регулируют впуск воздуха и выпуск отработанных газов.

Во время рабочего цикла двигателя, поршни двигаются вперед-назад по цилиндрам, обеспечивая вращение коленчатого вала. Процесс сгорания топлива внутри цилиндров происходит при помощи форсунки и давления. Во время первого такта впуска клапаны впускают воздух в цилиндр, который смешивается с топливом, подаваемым форсункой. Во время второго такта, клапаны впуска закрыты, и происходит сжатие газов внутри цилиндра.

Когда поршень находится в верхней точке своего хода, форсунка подает топливо и начинается взрывоопасная реакция, которая отталкивает поршень вниз. Это и есть рабочий такт двигателя. Во время четвертого такта клапаны выпуска открываются, и отработанные газы выходят из цилиндра.

Одной из особенностей современных двигателей является установка форсунок для предварительной очистки газов под высоким давлением. Это позволяет достичь более хорошей эффективности работы двигателя и уменьшить выбросы газов в окружающую среду. В дизельных двигателях, цикл работы немного отличается от бензиновых. Вместо искрового зажигания, в дизельных двигателях сгорание топлива происходит под действием высокого давления воздуха.

Четвертый такт – выпуск

Четвертый такт двигателя происходит после сжатия и передает отработанные газы из цилиндра во внешнюю среду. В этом такте клапан выпуска открывается, чтобы позволить газам выйти из цилиндра. Зажигание, которое было сделано втором такте, уже протекло, и газы сгорели, создавая значительное количество тепла и давления внутри цилиндра.

Во многих двигателях, таких как дизельные двигатели, клапаны выпуска в цилиндре закрыты во время сжатия, чтобы обеспечить хорошее сжатие и предотвратить утечку тепла и газов. Затем клапан выпуска открывается почти в конце компрессионного такта, чтобы открыть путь для отработанных газов, которые движется вверх и через выпускной коллектор в выхлопную систему.

Четвертый такт двигателя дизельного компрессионного сжигания отличается от такта впуска и сжатия в нескольких особенностях. Во-первых, во время выпуска двигатель не нуждается в воздушном заборе, поэтому в этом такте атмосферное давление в цилиндре поднимается только в пределах окон сжатия. Во-вторых, во время выпуска двигатель выдувает отработанные газы с высоким давлением, чтобы удалить и очистить цилиндр от продуктов сгорания.

Операция	Движение поршня	Движение клапанов
Вх.\ вых. клапаны:	Вниз	Открыты
Вх.\ вых. клапаны:	Вверх	Закрыты
Выпускной клапан:	Вверх	Открыт

Также следует отметить, что в четвертом такте происходит рабочий процесс продувки, когда часть выпускаемых газов, выходящих из цилиндра через открытый выхлопной клапан, проводится через форсунку для очистки и обеспечения правильной работы выхлопной системы. Это важная часть работы двигателя, поскольку газы, содержащие продукты сгорания, должны быть правильно удалены для обеспечения эффективной работы двигателя.

Первый такт – впуск

Однако, в противоположность бензиновым двигателям, у дизелей ход впуска происходит в круговые окно-постоянные открывающий клапан, т.к. клапана рабочих газораспределения дизельного двигателя закрыты, чтобы продукты сгорания не выходили из цилиндра даже при самой высокой температуре.

В связи с этим, для дизелей присуще очищение рабочих цилиндров впускным процессом – тепло-процесса, опережение клапана открытия впуска. В начале впуска через клапана продувочных окон происходит продувка цилиндра, то есть очистка его от продуктов сгорания предыдущих рабочих циклов.

Также, в начале впуска через клапан впуска дизельного двигателя выпускается небольшая доза воздушно-топливной смеси для обеспечения дозарядки или сжигания остаточных продуктов сгорания.

В середине такта начинается впуск воздуха. Впускной клапан открывается форсункой, расширяются продувочные окна и образуется низкое давление сжатых газов. Это способствует притоку воздуха из атмосферы и его заполнению цилиндра двигателей дизелей.

Работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя

Всасывание

Первый такт — всасывание, начинается с опускания поршня вниз, в результате чего воздух с помощью впускного клапана проникает в цилиндр. Сжатый воздух заполняет рабочий цилиндр до середины его хода.

Сжатие

Второй такт — сжатие. Впускные клапаны закрываются, а поршень начинает двигаться вверх. В результате происходит сжатие воздуха внутри цилиндра и увеличение его давления. Это одна из особенностей дизельных двигателей — сжатие воздуха происходит до такой точки, чтобы создать условия для воспламенения топлива путем самовоспламенения.

Рабочий ход

Третий такт — рабочий ход, начинается после воспламенения топлива. При помощи форсунки топливо порционно впрыскивается в цилиндр под высоким давлением и воспламеняется от сжатия воздуха. В результате происходит расширение газов в цилиндре, поршень двигается вниз и создает полезную работу.

Выпуск

Четвертый такт — выпуск, начинается после завершения рабочего хода. Выпускной клапан открывается, а поршень двигается вверх, чтобы удалить отработавшие газы через выхлопную систему. После этого цикл повторяется снова.

Важно отметить, что в случае с дизельными двигателями хорошее сжатие воздуха и высокое давление в цилиндре являются важными особенностями. Дизели имеют более высокое сжатие, чем двигатели внутреннего сгорания, и их высокое давление и температура сжатия позволяют получить лучшую эффективность.

Таким образом, работа четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя основана на устройстве клапанов, поршня и форсунки, которые обеспечивают газораспределение, сжатие и воспламенение топлива в цилиндре, а также удаление отработанных газов.

Третий такт – рабочий ход

Рабочий ход начинается с закрытия впускного клапана, чтобы остановить приток воздуха и топлива в цилиндр. Затем поршень двигателя, находящийся в состоянии противоположном движению двигателя, начинает двигаться в сторону цилиндра сжатым рабочей смесью.

В конце восходящего такта поршень достигает точки максимального сжатия, когда клапаны продувочных отверстий и клапан выпуска закрыты, а смесь сжата и готова к воспламенению.

Сжатие рабочей смеси особенно важно для дизельных двигателей, где процесс сгорания происходит при постоянном давлении в течение всего цикла. В дизельных двигателях воздух сжимается с помощью поршня и достигает очень высокого давления в середине третьего такта.

При достижении точки максимального сжатия, впрыск топлива начинается, обычно через форсунку, распыляющую топливо под высоким давлением.

После впрыска топлива воздух-топливная смесь воспламеняется самовозгоранием под воздействием тепла, созданного сжатием. Это происходит в результате определенного опережения воспламенения, которое заставляет смесь воспламениться чуть до установленного коленчатого вала.

В этом процессе горения выделяются большое количество тепла и газовых продуктов, которые, в свою очередь, расширяются и оказывают давление на поршень, приводя его в движение. Газораспределение открывает клапан выпуска, чтобы увести избыточные газы из цилиндра.

Таким образом, третий такт является решающим моментом в цикле работы двигателя, когда происходит воспламенение и осуществляется работа двигателя.

Особенности рабочего процесса двигателя Дизеля

Рабочий процесс двигателя Дизеля имеет свои особенности, которые определяют его принцип работы и устройство. Главное отличие от двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием заключается в осуществлении впрыска топлива в цилиндр. У дизельного двигателя вместо искровой свечи используется форсунка, которая впрыскивает топливо под высоким давлением в сжатый воздух.

Рабочий цикл двигателя Дизеля состоит из четырех тактов: впускного, сжатия, рабочего и выпуска. Впускной такт отличается от двигателей с искровым зажиганием тем, что воздух впускается через открытый поглощающий клапан при постоянном давлении, создаваемом воздушным компрессором. Во время сжатия сжатый воздух нагревается до высоких температур, что создает условия для воспламенения топлива без использования искры.

Во время рабочего такта происходит воспламенение топлива, которое происходит при высокой температуре сжатого воздуха в момент окончания сжатия. Воспламенение осуществляется форсункой, которая впрыскивает топливо в цилиндр. В результате такой системы воспламенения топлива, двигатель Дизеля может работать на топливе низкого качества.

В точке окончания рабочего такта, клапаны выпуска открываются, и поршни двигателя начинают двигаться вверх, избегая приведение в движение машины во время выпуска очистки продувочных клапанов. Сжатые продукты сгорания, которые состоят из отработанных газов и продуктов сгорания топлива, выходят через открытые выпускные клапаны.

Таким образом, особенности рабочего процесса дизельного двигателя включают в себя использование форсунки для воспламенения топлива, высокое сжатие воздуха, отсутствие искровой свечи, работу на топливе низкого качества и гораздо более высокую эффективность по сравнению с двигателями с искровым зажиганием.

Основные процессы в цикле работы двигателя Дизеля:

Такт	Процессы
Впускной	Впуск воздуха через открытый поглощающий клапан
Сжатие	Сжатие сжатого воздуха и повышение его температуры
Рабочий	Воспламенение топлива и рабочая ход
Выпускной	Открытие клапанов и выпуск отработанных газов

Особенности рабочего процесса двигателя Дизеля обеспечивают его высокую работоспособность, хорошую экономию топлива и низкую выбросы вредных веществ. Двигатели Дизеля применяются в самых разных сферах, начиная от автомобилей и заканчивая морскими судами и генераторами.

Рабочие процессы дизелей

Дизельные двигатели работают по принципу постоянного цикла четырехтактного двигателя. Рабочие процессы в дизелях можно описать следующим образом:

1. Впуск. В начале хода поршня открыт впускной клапан, и воздух под давлением входит в цилиндр. Впускной клапан закрывается приблизительно в середине хода.

2. Сжатие. При движении поршня вверх воздух сжимается, а давление в цилиндре повышается. В конце сжатия происходит впрыск топлива по предварительно заданной диаграмме в течение нескольких круговых газовых открытий и закрытий клапана.

3. Рабочий ход. В оконцовке сжатия топливо ввиде мелких капель попадает в цилиндр, где сжигается под воздействием высокого давления и высокой температуры. При сжигании происходит расширение газов, в результате чего поршень двигается вниз, а коленчатый вал вращается. Этот ход считается рабочим и обеспечивает мощность двигателя.

4. Выпуск. При движении поршня вверх выпускной клапан открывается, и газы сгорания выходят через выпускное отверстие под действием высокого давления. Время открытия и закрытия выпускных клапанов происходит в зависимости от точки выхлопа и требований двигателя. Этот процесс называется выпускным циклом.

Таким образом, дизельный двигатель осуществляет свою работу благодаря открытию и закрытию клапанов, впрыску топлива и сжиганию газов внутри цилиндра. Важно отметить, что процесс работы дизелей противоположен процессу работы бензиновых двигателей, где воздух смешивается с топливом перед впрыском.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Четырехтактный дизельный двигатель работает по циклу, состоящему из четырех различных тактов: впускного, сжатия, рабочего и выпускного.

В первом такте, впускном, клапаны впуска открыты, и поршень движется вниз. Это создает разрежение в цилиндре, в результате которого топливо из форсунки поступает в цилиндр в виде мельчайших капель. Топливные капли смешиваются с воздухом, обеспечивая хорошую продувку и очистку цилиндра от продуктов сгорания.

Во втором такте, сжатия, клапаны впуска и выпуска закрыты, и поршень движется вверх. Вследствие этого, сжатые топливные капли нагреваются и сжимаются. Давление в цилиндре повышается.

Третий такт, рабочий, начинается, когда поршень достигает верхней точки хода. При этом происходит самый важный процесс – поджиг топливной смеси. Топливо воспламеняется вследствие высокой температуры в сжатом воздухе. В результате горения топливная смесь расширяется, перемещая поршень вниз и приводя в движение механизмы двигателя.

В четвертом такте, выпускном, клапаны впуска закрыты, а клапаны выпуска открыты. Поршень движется вверх и выбрасывает отработавшие газы через выпускной клапан. После этого начинается новый цикл.

Особенности работы дизельных двигателей заключаются в том, что процессы сжатия и сжигания топлива идут постоянно при каждом такте, в отличие от бензиновых двигателей, где сжигание топлива происходит только один раз за цикл. Также дизельные двигатели имеют более высокий коэффициент сжатия, что приводит к повышенному давлению и тепловой нагрузке.

Также стоит отметить, что устройство дизельного двигателя включает в себя форсунку, которая испаряет топливо и распыляет его в цилиндре для самозажигания. Также дизельные двигатели имеют определенные особенности в газораспределении, отправлении и опережении впрыска топлива для обеспечения эффективной работы двигателя.

Второй такт – сжатие

Во втором такте цикла четырехтактного двигателя дизеля, называемом также тактом сжатия, поршни поднимаются вверх, что приводит к закрытию выпускных клапанов, а впускные клапаны почти открыты. В начале этого такта поршни перекрываются с выпускными клапанами, а затем они продолжают свое движение вверх.

В результате сжатия воздуха в цилиндрах повышается его давление и температура. Под действием высокого давления и температуры топливо, ранее впрыскиваемое форсункой, заполняет цилиндр и превращается в капли. Одновременно с этим происходит сжатие воздуха, вызывающее повышение давления.

Когда поршень находится в самом верхнем положении, ранее сжатый воздух достигает своего максимального давления. В этот момент происходит воспламенение топлива. Топливный взрыв вызывает столкновение частиц, что приводит к повышению давления и началу движения поршня вниз. Это явление называется рабочим ходом или тактом дизельного двигателя.

Во время сжатия газов и расширения выбросов, газы сжимаются и генерируют большое количество тепла. Однако, чтобы избежать перегрева, в цилиндры поступает продувочный воздух для охлаждения. После прохождения такта сжатия газораспределения в топливной системе дизеля переключается на подачу топлива. В более современных дизелях воздух идет через продувочный клапан, который открывается при пониженном давлении во время сжатия.

Таким образом, второй такт двигателя дизеля является сжатием воздуха перед воспламенением топлива и началом рабочего хода. В этот момент осуществляется дозарядка цилиндра продувочным воздухом, что помогает охладить поршень и генерирующиеся воздушные потоки. Во время сжатия дизельного двигателя процесс происходит при постоянном давлении и повышении температуры, что обеспечивает хорошее сжатие топлива и его эффективное сгорание в последующем ходе.

Видео:

Датчики двигателя внутреннего сгорания в 3D. Основы.

Датчики двигателя внутреннего сгорания в 3D. Основы. by CARinfo3d 4,665,712 views 5 years ago 10 minutes, 56 seconds