Възвратен двигател с вътрешно горене: дефиниция, класификация и принцип на действие

2024 Автор: Erin Ralphs | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-19 12:31

В продължение на повече от сто години в света основният задвижващ агрегат във всички колесни превозни средства е бутален двигател с вътрешно горене. Появявайки се в началото на 20-ти век и заменяйки парната машина, двигателят с вътрешно горене през 21-ви век остава най-печелившият тип двигател по отношение на икономичност и ефективност. Нека да разгледаме по-отблизо как работи този тип двигател с вътрешно горене, как работи, да разберем какви са другите бутални двигатели.

Определение, функции на ICE

В процеса на развитие на науката и технологиите, дизайнът на двигателите с вътрешно горене непрекъснато се подобрява. Двигателите успяха да докажат своята ефективност. Така се появяват буталните двигатели с вътрешно горене и, като подвид, карбураторните и инжекционните двигатели. Могат да се разграничат дизелови двигатели, ротационни бутални и газови турбини.

Бензин ICEs

Традиционният бутален двигател е оборудван с камера за вътрешно горене. Това е цилиндърът вътре в блока на двигателя. При изгаряне на горивото се отделя енергия, която след това се преобразува в механично движение на коляновия вал. Поради транслационното движение на буталата, които действат върху системата от свързващи пръти и коляновия вал, маховикът се върти. Можете да научите повече за дизайна в съответния GOST бутален двигател с вътрешно горене.

Карбураторният двигател с вътрешно горене е различен по това, че работната смес от гориво и въздух се приготвя в специално устройство - карбуратор. Сместа се инжектира в цилиндрите чрез вакуум. След това се запалва от запалителната свещ.

Injection ICE има по-модерен дизайн. Тук вместо традиционното механично устройство захранващата система има електронни дюзи. Те са отговорни за впръскването на точни количества гориво директно в цилиндрите на двигателя.

Дизелови ICEs

Дизеловият бутален двигател с вътрешно горене има определени структурни и фундаментални разлики от бензиновите двигатели с вътрешно горене.

Ако искрата от свещ се използва за запалване в бензинов агрегат, тогава при дизеловите двигатели работи различен принцип и няма свещи освен светещи. Дизеловото гориво постъпва в цилиндрите през инжекторите, смесва се с въздуха и след това цялата смес се компресира, в резултат на което се нагрява до температура на горене.

Роторно бутало

Роторно-бутален двигател от съществено значениесе различава от традиционния ICE. Газовете действат върху специални части и елементи. И така, под въздействието на газове, подвижният ротор се движи в специална камера под формата на осмица. Камерата изпълнява функциите на бутала, синхронизация и колянов вал. Камерата е оформена като осмица.

Комбинирани единици

При газотурбинните двигатели с вътрешно горене топлинната енергия се преобразува в механична поради въртенето на специален ротор със специални лопатки. Този ротор задвижва вала на турбината.

Специални бутални и комбинирани двигатели с вътрешно горене (а това са газотурбинни двигатели и ротационни двигатели) могат безопасно да бъдат вписани в червената книга. Днес само японската Mazda прави ротационен бутален двигател. Някога Crysler произведе експериментална серия от газови турбинни двигатели с вътрешно горене, но това беше през 60-те години и никой от автомобилните производители не се е върнал към този въпрос до днес.

В Съветския съюз газовите турбинни двигатели с вътрешно горене бяха инсталирани на танкове и десантни кораби, но дори и там по-късно беше решено да се изоставят единиците от този дизайн.

ICE устройство

Двигателят е единичен механизъм. Състои се от цилиндров блок, части на коляновия механизъм, механизма за синхронизация, инжекционна и изпускателна системи.

Горивната камера се намира вътре в блока на цилиндъра, където сместа гориво-въздух се запалва директно и продуктите от горенето задействат буталата. С помощта на манивеламеханизъм, енергията на изгаряне на горивото се прехвърля към коляновия вал. Механизмът за синхронизация е необходим, за да осигури навременното отваряне и затваряне на всмукателните и изпускателните клапани.

Принцип на действие

При стартиране на двигателя смес от гориво и въздух се впръсква в цилиндрите през всмукателния клапан и се запалва от искра на свещта, генерирана от системата за запалване. По време на горенето се образуват газове. Когато настъпи термично разширение, свръхналягането кара буталото да се движи, като по този начин завърта коляновия вал.

Работата на буталните двигатели е циклична. В цикъла на бутален двигател с вътрешно горене може да има от два до четири цикъла. Циклите по време на работа на двигателя се повтарят няколкостотин пъти за една минута. Така коляновият вал може да се върти непрекъснато.

Двутактов ICE

Когато двигателят стартира, буталото се задвижва от въртенето на коляновия вал. Когато буталото достигне долната мъртва точка и започне да се движи нагоре, цилиндърът ще се захранва със смес гориво-въздух.

При движение нагоре буталото ще започне да компресира сместа. Когато буталото достигне горната си позиция, ще се генерира искра. Горивно-въздушната смес ще се запали. Разширявайки се, газовете ще избутат буталото надолу.

В този момент се отваря изпускателният клапан, през който продуктите от горенето могат да излязат от камерата. След това отново достигайки долната мъртва точка, буталото ще започне своето пътуване към TDC. Всички тези процеси се извършват в един оборот на коляновия вал.

Когабуталото ще започне ново движение, всмукателният клапан ще се отвори и нова част от горивно-въздушната смес ще замени изгорелите газове. Целият процес ще започне отначало. Двутактовият бутален двигател с вътрешно горене прави по-малко движения от четиритактовия. Намалена загуба от триене, но генерира повече топлина.

Газоразпределителният механизъм се заменя с бутало. Докато буталото се движи, всмукателните и изпускателните отвори в блока на цилиндъра се отварят и затварят. В сравнение с четиритактовия агрегат, газообменът в двутактов двигател е основен недостатък. Ефективността и мощността се губят, когато изгорелите газове се отделят.

Въпреки този недостатък на двутактовите бутални двигатели с вътрешно горене, те се използват в мотопеди, скутери, като извънбордови двигатели, в верижни триони.

Четиритактов двигател с вътрешно горене

Четиритактовият ICE няма недостатъци на двутактовия двигател. Такива двигатели са инсталирани на повечето автомобили и друго оборудване. Всмукването и изпускането на отработените газове е отделен процес и не се комбинира с компресия, въпреки че буталният двигател с вътрешно горене работи от запалването на сместа. Работата на двигателя се синхронизира от газоразпределителния механизъм - клапаните се отварят и затварят синхронно със скоростта на коляновия вал. Всмукването на горивната смес се извършва само след пълното излизане на отработените газове.

Предимства на двигателите с вътрешно горене

Заслужава си да започнете с най-популярните двигатели - редовичетирицилиндрови агрегати. Сред предимствата са компактност, леко тегло, една цилиндрова глава, висока поддръжка.

Сред всички видове двигатели с вътрешно горене могат да бъдат разграничени и боксови двигатели. Те не са много популярни поради по-сложния дизайн. Използват се главно в състезателни автомобили. Сред предимствата - отлично първично и вторично балансиране, а оттам и меката работа. Има по-малко напрежение върху коляновия вал. В резултат на това има малка загуба на мощност. Двигателят е с нисък център на тежестта и колата се справя по-добре.

Редовите шестцилиндрови двигатели са перфектно балансирани, а самият агрегат работи много гладко. Въпреки големия брой цилиндри, производствената цена не е много висока. Можете също да подчертаете поддръжката.

Недостатъци на двигателите с вътрешно горене

Основният недостатък на буталните двигатели с вътрешно горене все още не е токсичността и шума, а ниската ефективност. В двигателя с вътрешно горене само 20% от енергията се изразходва за действителната механична работа. Всичко останало се изразходва за отопление и други процеси. Двигателите също така отделят вредни вещества в атмосферата, като азотни оксиди, въглероден оксид и различни алдехиди.