В каком случае газ в цилиндре двигателя внутреннего сгорания

Обновлено: 07.01.2025

Решебник по физике Л.А. Кирик Самостоятельные и контрольные работы

1. Почему в паровой турбине температура отработанного пара ниже, чем температура пара, поступающего к лопаткам турбины? Поясните свой ответ.

Температура отработанного пара в турбинах ниже, чем у поступающего к лопаткам турбины, потому что пар, прошедший через лопатки турбины, отдал им часть своей внутренней энергии.

2. Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта? Поясните свой ответ.

В начале такта “рабочий ход” нагретые газы, расширяясь, совершают работу, их внутренняя энергия уменьшается, температура понижается.

3. Как известно, температура выхлопных газов мотоцикла на выходе из глушителя в несколько раз ниже температуры, достигаемой в цилиндре двигателя. Почему? Поясните свой ответ.

Выхлопные газы совершают работу за счет убыли их внутренней энергии, а значит, и понижения температуры.

4. В каком случае газообразная горючая смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в начале такта «рабочий ход» или в конце его? Поясните свой ответ.

Большей внутренней энергией газообразная смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает в начале такта “рабочий ход”, так как ее температура выше, чем в конце такта.

5. Изменяется ли давление пара при прохождении через паровую турбину? Изменяется ли при этом скорость молекул пара? Поясните свой ответ.

Давление пара становится меньше. Скорость молекул увеличивается. Внутренняя энергия состоит из суммы потенциальной и кинетической энергии молекул.

6. В каком случае жидкое распыленное топливо в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в конце такта всасывания или в конце такта сжатия? Поясните свой ответ.

Жидкое распыленное топливо обладает большей внутренней энергией в конце такта “сжатия”, так как выше его давление.

Сегодня я хочу рассказать о преобразованиях энергии, сил и прочих матерных слов из курса физики, которые происходят в бензиновых атмосферных шатунно-поршневых двигателях внутреннего сгорания, но в конечном итоге воспринимаются нами всего двумя понятиями: мощность и крутящий момент.

Вводное отступление: думаю, у многих есть знакомый, который реально "шарит" в моторах. Кроме того, предполагаю, что есть и такие, которые даже по телефону поставят диагноз машине, ну, или выскажет пару-тройку предположений неисправности, одно из которых после детального изучения проблемы подтвердится. Я рад, что в нашей стране, где половина сервисменов "набраны по объявлению", а понимают ровно столько, сколько нужно, чтобы ходить с важным видом павлина перед хозяином и рассказывать байки про всякие волшебные случаи, при этом гадая на кофейной гуще, что же с мотором творится, и думая, как же так все-таки получить деньги за потраченное время, даже если проблема не решится, есть гаражные самородки, которые четко решают проблемы. Ну, и конечно же радует, что часть этой полезной категории людей разбавляют массу неучей на сервисах, так что не бойтесь слова СТО, но будьте внимательны и осторожны с их выбором.

Так вот, этих золотых ребят условно можно поделить на две категории:
— те, кто осмысливает возникающие неполадки, делает выводы для себя и в конечном итоге получает некоторую библиотеку шаблонных ситуаций, которые в большей части реально помогают, а если шаблон не оправдал, то библиотека в их головах корректируется и пополняется.
— те, кто осознал всю суть физических принципов работы двигателя и каждый новый случай подгоняется под такую модель.

Но повторюсь, разделение это условно, потому как чаще всего реально шарящие ребята на сколько то процентов попадают в первую, и на сколько то процентов во вторую категорию. Ибо одно без другого практически невозможно.

Перейдем к сути. Дальше будут физические маты, но я буду стараться говорить предельно просто.

1. Немного о мощности.
Итак, всем при изучении принципов работы ДВС хочется всегда знать, что же такое мощность. Тут все просто, меримся мы чаще всего именно этой п… (физической величиной). Именно для получения большей мощности большинство из нас торчит в гаражах, вкорячивая различные коллектора, дросселя, злые валы, форсунки, корректируя карты и так далее.

Так вот (сначала мат):
Мощность — это переданная, преобразованная или потребленная энергия в единицу времени.
Теперь попробую объяснить "на пальцах":
Все, думаю, знакомы с чайником? Так вот, мы прекрасно знаем, что чайники в среднем потребляют 2 кВт энергии. И это мощность. Так же мы хорошо знакомы с энергосберегающими лампами. Пусть рассматриваемый образец будет иметь надпись на коробке 20 Вт. У каждого свои задачи, но за электроэнергию (А это энергия) мы платим одинаково, что в одном, что во втором случае. Теперь представим, что мы решили вскипятить воду лампочкой. Опускаем её в воду и ждем…
ждем еще…
долго ждем…
А вода не закипает.
Просыпаемся на следующий день, а вода так и не закипела, смотрим на счетчик, а намотало больше, чем чайник потребил за те 5 минут, за которые вскипятил воду. Энергия была потрачена впустую. Причина в мощности.
Что касается лампочки, то можно сказать: ты чего это сравни ж… (физический объект) с пальцем? Лампочка должна светить, а не кипятить! Хорошо, возьмем паяльник Ватт на 100 и опустим в воду того же объема, что кипятит чайник за известное время. Вода, скорее всего, закипит. Но затраченной энергии опять же будет больше. А сколько на это времени потратится!
Так вот, в данном случае мы говорим о мощности потребляемой. Как видно, не всегда затраченное одинаковое количество энергии даст одинаковый результат.

При чем тут двигатели? Да, в общем то, и не причем, кроме трех понятий: энергия, мощность и работа. Но когда мы говорим о двигателе, нас редко интересует затрачиваемая мощность, нас интересует мощность передаваемая на коленвал. А вот энергия нас интересует затрачиваемая (т.е. расход бензина в бытовом понимании).

Мощность, передаваемая коленчатому валу, можно представить как передача энергии трансмиссии силовой установкой в единицу времени.

Вот она золотая формула, за которой гонется любой тюнер. Но ничто не приходит ниоткуда и не уходит в никуда. "Чтобы продать что-нибудь не нужное, нужно купить что-нибудь ненужное…" Так и с энергией. Чтобы выдать энергию коленчатому валу, нужно затратить энергию. И это закон… Причем, у него есть имя "Закон сохранения энергии".

Так вот, проехать путь в 100 км не проблема. А вот проехать за малый промежуток времени — это проблема. Необходимо затрачивать на преодоление внешних сил много энергии, и чем быстрее мы едем, тем больше энергии в единицу времени нужно передать колесам (а эту энергию как раз должен выработать двигатель). Причем тут есть и еще один неприятный момент: чем больше скорость, тем больше сил паразитов нам мешают, ибо мы не в вакууме. Будь мы в вакууме без воздействия внешних сил, мы могли бы потратить энергию только на набор скорости, а дальше катиться нахаляву=)

Вот как раз этот пример и будет наиболее нагляден для понимания мощности:

Все помнят из школьного курса формулу Кинетической энергии:

Чтобы с места нам набрать скорость v, нужно затратить энергию, равную Екин (Напомню, что сейчас мы в вакууме, кпд системы 100 процентов, ну и у нас 100 процентное сцепление)
Так вот, чем быстрее мы хотим набрать скорость v, тем больше нам нужно иметь мощность системы, при этом она должна быть:

N = Екин/t, где t — это требуемое время, за которое мы хотим разогнаться.

Итого, даже в идеальных условиях, чтобы с нуля разогнаться за время t до скорости v, имея массу m, нам необходимо потратить мощность:

Дружно считаем разгон до сотки (а это почти 28 метров в час), расстраиваемся, а потом вспоминаем, что мы еще живем в реальном мире, и можно приступать вообще рыдать.

Кому лень посчитать, я скажу ответ: чтобы разогнать до 100 км/час тачку весом 1 тонна за время, к примеру, 3 секунды нужно иметь мощность 128 киловатт, шо по-нашему 174 лошадиные силы. И это в вакууме без каких либо внешних сил!

Тут же заметно, что чем выше скорость, тем быстрее растет требование к мощности, причем в квадратичной зависимости.

Для наглядности: чтобы разогнать до 200 км/час ту же машину весом в 1 тонну за 10 секунд, нужна мощность в 154 кВт, или же 209 лошадок.

А вот теперь вернемся к чайнику, что был вначале=) Если с лампочкой понятно — у неё потребляемая мощность идет не на нагрев, а на возбуждение светового потока, т.е. КПД как у нагревательной установки никакой (собственно, поэтому их и называют энергосберегающими), то вот с паяльником расход не всем может быть понятен.

Почему схема с чайником в данном случае оказывается более экономичной для выполнения той же работы (в нашем случае работа — вскипятить воду определенного объема)? Потому что вода находится не в замкнутой системе и постоянно происходит теплообмен с окружающей средой. И чем медленнее мы нагреваем воду, тем больше тепла уходит в окружающую среду, а не на полезную работу. Как говорится, чайник "кует железо, пока горячо". Если бы система была замкнутой, и энергия, переданная воде от нагревательного элемента не рассеивалась в окружающей среде, то КПД такой системы был бы 100 процентов, и энергия, затраченная на нагрев чайником и паяльником, была бы одинаковой. Пример с лампочкой плохой из-за низкого теплового КПД, тем не менее, даже лампочка с низким тепловыделением в идеальной замкнутой системе смогла бы вскипятить воду, пусть на это и потратилось бы оооочень много времени.

Если не устали читать еще все это, я продолжу=)
Теперь о насущном:

Мощность двигателя — это физическая величина прямо пропорциональная среднему крутящему моменту за единицу времени:

где k -это некий коэффициент, согласующий размерности.

В двигателестроения чаще встречается иное соотношение:

где Мкр — это средний крутящий момент за один оборот,
n — количество оборотов двигателя,
К — очередной коэффициент, согласующий размерности.

Так вот: для повышения мощности существует всего два метода: увеличение крутящего момента и увеличение числа оборотов. Почему так? Да потому что эффективная положительная составляющая крутящего момента вырабатывается лишь а такт рабочего хода (т.е. для одного горшка — это примерно полоборота за два оборота), а все остальное — это потери крутящего момента. Среднее значение получается не очень. Но вот если таких циклов в секунду будет больше, то больше топливо-воздушной смеси мы сожгем за эту же секунду, тем больше будет мощность. Потому что крутящий момент — это показатель вырабатываемой энергии, а мощность, как мы говорили ранее, — это энергия в единицу времени.

2. Теперь о крутящем моменте
Миф о крутящем моменте будоражит юные головы=) Одна фраза чего стоит "Мощность продает машины, а момент выигрывает гонки". В этой фразе доля истины имеется, но если момент развивается на очень низких оборотах и затухает на средних и верхах, вряд ли мы получим хорошие цифры на драг рейсинге=) Ибо мощность будет низкая, а значит и разгон, и максимальная скорость. Но крутящий момент можно преобразовывать, в отличии от мощности, передаточными числами. И этим очень эффективно пользуются в подъемниках, домкратах, тракторах и тягачах. Самый знакомый агрегат преобразования крутящего момента — это КПП. Кроме того, редукторы, шкивы и прочее тоже много кому знакомо. Надо помнить, что преобразуя момент, мы в идеальных условиях сохраняем энергию и мощность, а в реальных — даже теряем.

Так что же такое крутящий момент?

Это сила, приложенная к рычагу… Все. Вот формула мгновенного значения крутящего момента:

где F — сила действующая на шатунную шейку коленвала, а
r — половина рабочего хода, или радиус кривошипа.

Значение крутящего момента за один оборот будет сумма всех мгновенных значений. А так как в тактах сжатия, впуска и выпуска сила не действует на шейку коленчатого вала, а даже наоборот, коленвал действует на шатун, то это значение будет не таким радостным. Маховик, конечно, позволяет получать достаточно равномерное распределение момента, запасая энергию, когда момент максимален, и расходуя энергию, когда требуется вращающий момент, а не крутящий (т.е. когда коленвал является источником силы), но от этого просто ровнее работа мотора, но никак не легче жить в плане получения мощности.

Кстати, значение полного крутящего момента за один оборот будет выше у двухтактного мотора, так как рабочий ход там совершается один раз за один оборот, а не за два. Отсюда и больше значения литровой мощности у двухтактников.

В части 7 мы рассмотрели, как формируется крутящий момент, поэтому на вопросе преобразовании силы давления на поршень мы останавливаться не будем, а едем дальше=)

3. Сила давления на поршень

В той же седьмой части мы рассматривали определение этой силы. Повторю еще раз формулу:

Fг = (Р — Рк) * п * D^2 / 4, где

Р — давление в цилиндре,
Рк — давление картерных газов,
D — диаметр поршня.

Но в части 7 мы не смотрели, откуда же берется давление в цилиндре. Но тут на вскидку ответит любой, кто знаком с основными принципами работы ДВС: от воспламенения топливно-воздушной смеси. И будет прав. Но как мало в этой фразе на самом деле…
Во-первых, значение давления не постоянно. Даже если запихнуть в цилиндр газ под давлением, когда поршень в ВМТ, как только поршень начнет совершать движение давление начнет падать за счет изменения объема. А значит, и сила будет падать. Это четко просматривается в законе Менделеева-Клайперона для идеального газа в замкнутой системе:
P*V = m*R*T/M,

где:
Р — давление,
V — объем,
m — масса газа,
М — молярная масса газа,
Т — температура,
R — универсальная газовая постоянная.

Если бы процесс протекал изотермически, т.е. температура газа была бы постоянна, то давление было бы обратно пропорционально изменению объема. Но жизнь сурова, и процесс в подобной системе протекал бы с падением температуры, а это еще сильнее ускоряет падение значения давления.
Кроме того, не нужно забывать, что для приведения в движение поршня затрачивается энергия, а это тоже влечет за собой падение давления.

Ну, а если говорить откровенно, то в ДВС все в разы сложнее, чем нежели мы бы просто накачали газ под давлением в замкнутую систему.
Есть общие вещи, которые важно понимать:
1. Давление создается горением смеси, т.е. источником давления служит экзотермическая (с выделением тепла) химическая реакция окисления топлива кислородом.
2. Существует некая скорость преобразования тепловой энергии в давление.
3. Все химические реакции имеют свои времена протекания, причем эти времена зависят от концентрации учавствующего в процессе вещества.
4. Реакция горения — это цепная реакция. И самое интересное, что для запуска экзотермической реакции горения сначала необходимо приложить тепловую энергию, т.е. вывести систему воздух-топливо из равновесия. И это необходимо делать на каждом локальном участке смеси. Т.е. процесс протекает на пальцах так:
— нагрели моль смеси,
— моль смеси вступила в реакцию с выделением тепла,
— выделенное тепло нагрела следующие моли смеси
— и так далее.

Все было бы просто, если бы была необходимость развивать постоянный крутящий момент на постоянных оборотах (собственно, что и происходит, когда мы едем по ровной трассе с постоянной скоростью). Но ДВС — это набор компромиссов из снижения потребления топлива, когда не нужна мощность, и моментальное увеличение крутящего момента, когда мощность нужна.

Значение давления на поршень и момента его пика искусственно меняется системами управления в ДВС для изменения крутящего момента, чтобы выполнять условия компромиссов. Для этого существует основной способ — изменение концентрации вещества в камере сгорания. Состав смеси стараются выдерживать приблизительно одинаковым, а вот количество смеси меняется очень серьезно. Для этого в современных авто существует два мозга:
Механический — это система впуска и ГРМ,
Электронный — это система управления зажиганием.
Еще, конечно же, играют с составом смеси, но это больше для компенсации нежелательных эффектов, нежели для управления крутящим моментом. Яркий пример: подача более богатой смеси для охлаждения поршневой. На самом деле, сама скорость реакции из-за избытка концентраций молекул топлива падает, но за счет сохранения температурной стабильности, такое решение дает положительный эффект.

Идеальный двигатель должен иметь низкое значение крутящего момента при закрытии дросселя (для экономии) и ровную полку во всем диапазоне оборотов при полностью открытой дроссельной заслонке. Это позволит обеспечить плавное и линейное нарастание мощности при увеличении оборотов. Кроме того, нарастание крутящего момента от увеличения угла открытия дросселя тоже должно быть линейно для точного дозирования момента.

С механическим мозгом, казалось бы, все понятно: ограничиваем количество смеси в горшках и роняем момент ниже плинтуса. Хотя и здесь будет, о чем поговорить и очень и очень немало, ибо газодинамика сложнейшая штука. Но многие задают вопрос: а зачем же углы опережения зажигания регулировать? Вот тут как раз и вступают в действие те самые скорости протекания реакции и преобразования тепла в давление. Учитывая эти скорости в различных режимах, и подбираются углы. Как мы говорили ранее, скорость химической реакции зависит от концентрации вещества. Теперь представим, что концентрация вещества одинаковая, но скорость вращения двигателя различаются раза эдак в два. Для более эффективного протекания реакции с выдачей рабочего давления в нужной точке положения поршня потребуется сместить точку начала реакции. Но об этом тоже пока не будем, итак процентов 90 читателей, наверное, слилось=) А перейдем к источнику зарождения энергии.

4. Свеча зажигания
Не смотря на кажущуюся простоту свечки, я никогда не понимал, как можно недооценивать её значимость. Ну, на самом деле, свечка работает не одна, а в комплексе с накопителями энергии (автотрансформаторами, которые все называют катушками) и системами управления (коммутаторы, трамблеры и так далее). Но свеча зажигания работает в самых что ни на есть жестких условиях, при этом выполнять должна ряд важных задач:
1. Свеча зажигания должна передать тепловую энергию определенному количеству молей смеси за определенный промежуток времени. Иными словами, у свечи есть три важных параметра: энергия разряда, время разряда и длина дуги. На самом деле есть еще и времена наростания, пиковая мощность и так далее, но ключевые три.
2. Свечка должна успевать охлаждаться, передавая тепло ГБЦ до конкретных значений температур за такты впуск и сжатие. Отсюда и название: теплые и холодные свечи.
3. Свеча зажигания должна сохранять свои параметры в достаточных пределах на протяжении такого количества циклов ДВС, что аж тяжко представить, каково ей. Для этого у свечи должны быть реализованы самоочищение, а материал электрода должен переживать миллионы разрядов, не разрушаясь.
Так что как бы не были важны другие узлы и детали ДВС, прошу не забывать, что свеча — начало всех начал.

Итак подытожим:
1. Энергия зарождается в свече,
2. Энергия свечи нужной мощности и в нужное время возбуждает цепную экзотермическую химическую реакцию окисления топливовоздушной смеси.
3. В процессе реакции высвобождается энергия связей молекул вещества в виде тепловой энергии. На это требуется некоторое время, зависящее от многих факторов, в первую очередь от концентрации.
4. Высвобожденная тепловая энергия увеличивает давление продуктов реакции в цилиндре. На это тоже требуется некоторое время
5. Нарастающее давление газов преобразуется в механическую энергию движения поршня. Чем более эффективно используются пики нарастания давления, тем больше совершается полезной работы.
6. Механическая энергия движения поршня преобразуется в энергию вращения коленчатого вала по сложному закону, поэтому для повышения эффективности ДВС необходимо учитывать коэффициент передачи сил поршень — кривошип при определении пиков давления.
7. Если не будет происходить нарастания давления во время движения поршня, то давление будет резко падать за счет увеличения объема.
8. Маховик запасает механическую энергию вращения кривошипа, и передает крутящий момент трансмиссии в плавном виде без рывков.
9. Идеальный двигатель имеет ровную полку крутящего момента на открытом дросселе во всем диапазоне оборотов и линейную зависимость момента от величины открытия дросселя.
9. Мощность зависит прямо пропорционально от значений крутящего момента на маховике и оборотов двигателя. А мощность — это ключевая характеристика ДВС.

Ве́рхняя мёртвая то́чка (ВМТ) — положение поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, соответствующее максимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала (условно начальное положение коленчатого вала, ноль градусов поворота кривошипа).

Нижняя мёртвая то́чка — положение поршня в цилиндре, соответствующее минимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала.

Ход поршня, при котором газ не совершает работы, называется холостым ходом.

Рабочий ход – ход поршня под давлением газов, образующихся при сгорании рабочей смеси, движущийся от В.М.Т. (верхней мертвой точки) к Н.М.Т. (нижней мертвой точке).

Поступление горючей смеси в цилиндр, ее сжатие, расширение при сгорании и выпуск отработавших газов из цилиндра, т. е. совокупность всех процессов, происходящих в цилиндре при работе двигателя, называется рабочим циклом.

Шату́н (иногда ещё называют тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колёс паровоза. Служит для передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу или к колёсам для преобразования во вращательное движение.

Коленчатый вал — деталь (или узел деталей в случае составного вала) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых вал воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент.

Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.

Свеча зажигания — устройство для воспламенения топливо-воздушной смеси в самых разнообразных тепловых двигателях. Бывают искровые, дуговые, накаливания, каталитические, полупроводниковые поверхностного разряда, плазменные воспламенители и др.

Система зажигания - это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в нужный момент.

Если двигатель совершает два такта: первый такт – рабочий ход, второй такт – холостой ход (процесс сжатия горючей смеси), то его называют двухтактным.

В четырехтактном двигателе между тактом – рабочим ходом и тактом – сжатием горючей смеси добавляется еще два такта: выпуск отработанных газов и впуск горючей смеси.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Обязательная литература:

1. Ефимов С.И., Алексеев В.П. Двигатели внутреннего сгорания. М., 2003
2. Перельман Я.А. Занимательная физика. Книга 2. М.:Наука, 1982г.
3. Энергетические установки: Системы поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности "Двигатели внутреннего сгорания"/ С. И. Ефимов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др.; Под. общ. ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986 г. – 352 с.: ил.

Дополнительные источники:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Во всех тепловых двигателях происходит преобразование тепловой энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в механическую энергию. Устройства тепловых двигателей непрерывно совершенствуются.

Каковы особенности тепловых двигателей разных типов, которые необходимо учитывать для оценки возможности их применения?

Все тепловые двигатели можно разделить на два класса – турбинные и поршневые. В турбинных двигателях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую энергию газовой струи, для чего используются сопла, через которые расширяется горячий газ. Этот горячий газ может образовываться в результате кипения воды – паровые турбины, или в результате сгорания топлива – газовые турбины. Поток газа, имеющий большую скорость, направляется на лопасти турбины и, отдавая им энергию, раскручивает вал турбины.

Вал турбины может непосредственно приводить в движение какие-либо механизмы, например, колеса транспорта или винт самолета, или при помощи генератора вырабатывать электрическую энергию, что происходит на теплоэлектростанциях.

Значительно сложнее устройство поршневых двигателей, с которых начался технический прогресс в теплоэнергетике. Основу таких двигателей составляют цилиндр и поршень. Подробное описание дано в уроке 7. Но нагревать и охлаждать газ через стенки цилиндра, не эффективно. Вместо этого используется один из двух способов:

1) газ нагревается в отдельном устройстве, после чего подается в цилиндр. Такой способ реализован в паровом двигателе.

2) топливо в виде смеси газов, или пузырьков жидкости, смешанных с воздухом, (горючая смесь) вводится внутрь цилиндра, и далее процесс сгорания также происходит внутри цилиндра. Образовавшийся в результате сгорания горячий газ, расширяясь, приводит в движение поршень. Такие двигатели называются двигателями внутреннего сгорания. Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

Чтобы результат работы двигателя сводился к вращению какого-либо вала, что чаще всего требуется от двигателя, используется механизм, состоящий из шатуна и коленчатого вала. Эти элементы изображены на рисунках. Действие шатуна и коленчатого вала подобно действию ног велосипедиста и педалей. Для замыкания цикла необходим обратный ход поршня. Такой ход поршня, при котором газ не совершает работы, называется холостым ходом. Механическая энергия запасается в виде кинетической энергии вращения массивного колеса – маховика, связанного с валом двигателя. При такой работе возникают пульсации, для уменьшения которых вводят несколько цилиндров с одним коленчатым валом.

В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь перед воспламенением сжимается, что происходит во время обратного хода поршня.

Это обеспечивает более эффективную работу двигателя. После сжатия горючая смесь воспламеняется, и начинается рабочий ход поршня. По способу воспламенения двигатели внутреннего сгорания делятся на два типа. В двигателях, включающих в себя систему зажигания, воспламенение горючей смеси происходит под воздействием искры, возникающей вследствие электрического разряда в запальной свече.

В таких двигателях используется топливо из легких фракций нефти (бензин) или природный газ, а степень сжатия поршнем невелика (6 – 8 раз). В двигателях другого типа – дизельных двигателях (или просто дизелях) используется горючее из более тяжелых фракций нефти (дизельное топливо), а степень сжатия существенно выше (15 – 20 раз). Воспламенение топливной смеси в дизельных двигателях происходит вследствие того, что при сжатии газ нагревается, соответствующий процесс близок к адиабатному процессу.

Двигатели внутреннего сгорания в зависимости от способа вывода отработанных газов и ввода горючей смеси делятся на два типа: двухтактные и четырехтактные. Каждый такт соответствует половине оборота коленчетого вала.

Двухтактные: первый такт – рабочий ход, второй такт – холостой ход (процесс сжатия горючей смеси)

В четырехтактном двигателе между тактом – рабочим ходом и тактом – сжатием горючей смеси добавляется еще два такта. Выпуск отработанных газов осуществляется при движении поршня с уменьшением рабочего объема цилиндра (такт аналогичный такту, в котором происходит сжатие смеси). Впуск горючей смеси осуществляется при движении поршня с увеличением рабочего объема (такт, аналогичный такту рабочего хода).

Зачем нужно столько типов двигателей? Оказывается, что универсального наилучшего двигателя нет, каждый тип обладает определенными достоинствами и недостатками. Каковы же эти критерии оценки?

1. Экономичность. Наиболее экономичными являются дизельные двигатели. Четырехтактные двигатели более экономичны, чем двухтактные.
2. Максимально достижимая мощность. По этому показателю выделяются турбинные двигатели.
3. Мощность на единицу веса (особенно для совместно движущихся). Для большегрузов – дизельные; для легкого транспорта – бензиновые, двухтактные и четырехтактные (в зависимости от веса).
4. Универсальность топлива. По этому показателю выгодно отличаются двигатели, где используется водяной пар – паровые турбины (т.к. запасы нефти истощаются).
5. Износ механизмов. Выигрывают турбинные по сравнению с поршневыми.

• Тепловые двигатели подразделяются на турбинные и поршневые.

• Поршневые двигатели подразделяются на паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания.

• Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на двигатели с системой зажигания и дизельные двигатели.

• Кроме того, двигатели внутреннего сгорания подразделяются на двухтактные двигатели и четырехтактные двигатели.

• Каждый тип двигателя обладает своими достоинствами и недостатками, определяющими целесообразность его использования для тех или иных целей.

• Критериями оценки эффективности применения разных видов двигателей являются: экономичность, максимально достижимая мощность, мощность на единицу веса, универсальность топлива и износ механизмов.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Вставьте пропущенные слова: «Во всех тепловых двигателях происходит преобразование _________ энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в _____________ энергию».

Правильный вариант: Во всех тепловых двигателях происходит преобразование тепловой энергии, связанной с движением микрочастиц, составляющих вещество в механическую энергию.

Задание 2. Один моль одноатомного идеального газа участвует в циклическом процессе, график которого изображён на TV−диаграмме.

Выберите два верных утверждения на основании анализа представленного графика.

1) Давление газа в состоянии 2 меньше давления газа в состоянии 4.

2) Работа газа на участке 2–3 отрицательна.

3) На участке 1–2 давление газа уменьшается.

4) На участке 4–1 работа газа отрицательна.

5) Работа, совершенная газом на участке 1−2 больше работы, совершаемой внешними силами над газом на участке 4−1.

Правильный вариант: 4); 5).

Подсказка: Перерисуйте график цикла в осях p,V. Вспомните, что на графиках процессов в осях p,V работа вычисляется как площадь под графиком процесса.

1126. Объясните причину вращения колеса (рис. 277). Какие преобразования энергии происходят при этом?
Колесо вращается за счет давления истекающего из трубки пара на его лопасти. Внутренняя энергия пара идет на работу по его расширению, которая, в свою очередь, идет на совершение работы по вращению колеса.

1127. Относится ли огнестрельное оружие к тепловым двигателям?
Да, поскольку при выстреле часть внутренней энергии топлива превращается в тепловую энергию снаряда.

1128. Какой вид энергии используется в установке, изображенной на рисунке 277; при выстреле из пушки?
В установке на рис. 277 используется энергия пара. При выстреле из пушки используется тепловая (внутренняя) энергия сгорающего взрывчатого вещества.

130. Выполняя домашнее задание, ученик записал: «К машинам с тепловыми двигателями относятся: реактивный самолет, паровая турбина, мопед». Дополните эту запись другими примерами.
К машинам с тепловым двигателем относятся: автомобиль, тепловоз.

1131. Выполняя задание, ученик записал: «Двигатель внутреннего сгорания применяется в мотосанях, бензопилах». Дополните эту запись другими примерами.
Двигатель внутреннего сгорания применяют в автомобилях, дизельных тепловозах.

1132. Почему двигатели внутреннего сгорания не используются в подводной лодке при подводном плавании?
В подводных лодках не используют двигатели внутреннего сгорания из-за недостатка воздуха для создания рабочей смеси двигателя.

1133. В каком случае газообразная горючая смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: в начале такта «рабочий ход» или в конце его?
Горючая смесь обладает большей внутренней энергией в начале такта «рабочий ход».

1134. В каком случае жидкое распыленное топливо в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: к концу такта всасывания или к концу такта сжатия?
Горючая смесь обладает большей внутренней энергией в конце такта сжатия.

1135. Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта?
Во время такта «рабочий ход» расширяющийся газ совершает работу за счет внутренней энергии смеси. Ее температура понижается.

1136. Почему в паровой турбине температура отработанного пара ниже, чем температура пара, поступающего к лопаткам турбины?
Часть внутренней энергии поступающего в турбину пара идет на совершение механической работы по ее вращению.

1137. Зачем в цилиндры дизельного двигателя (двигателя с воспламенением топлива от сжатия) жидкое топливо подается в распыленном состоянии?
Распыленное топливо обладает большей поверхностью. Это способствует более полному сгоранию топлива.

1138. Во время каких тактов закрыты оба клапана в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания?
Во втором и третьем такте.

1139. Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД; на окружающей среде?
КПД уменьшается; окружающая среда сильнее загрязняется.

1140. Первый гусеничный трактор конструкции А. Ф. Блинова, 1888 г., имел два паровых двигателя. За 1 ч он расходовал 5 кг топлива, у которого удельная теплота сгорания равна 30 • 10 6 Дж/кг. Вычислите КПД трактора, если мощность двигателя его была равна около 1,5 кВт.

1141. В одной из паровых турбин для совершения полезной работы используется 1/5 часть энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в другой — 1/4 часть. КПД какой турбины больше? Ответ обоснуйте.
КПД тем больше, чем больше часть полезной работы по отношению к затраченной. Поэтому КПД второй турбины больше.

1142. Вычислите КПД турбин, описанных в предыдущей задаче.

1143. Определите КПД двигателя трактора, которому для выполнения работы 1,89 • 107 Дж потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 • 10 6 Дж/кг.

1144. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 2,3 • 10 4 кДж, и при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя.

1145. За 3 ч пробега автомобиль, КПД которого равен 25%, израсходовал 24 кг бензина. Какую среднюю мощность развивал двигатель автомобиля при этом пробеге?

1146. Двигатель внутреннего сгорания мощностью 36 кВт за 1 ч работы израсходовал 14 кг бензина. Определите КПД двигателя.

Система рециркуляции отработавших газов (EGR – Exhaust Gas Recirculation) предназначена для снижения в выхлопных газах оксидов азота за счет возврата части отработавших газов во впускной коллектор и далее в цилиндры двигателя.

Отработавшие газы, образующиеся при сгорании топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, содержат загрязняющие вещества, такие как оксид углерода (CO), оксиды азота (NOx), углеводороды (HC) и твердые частицы (PM), которые очень вредны для человека и окружающей среды.

Особо токсичны оксиды азота, которые образуются при высокой температуре и избытке кислорода. Оба эти условия присутствуют в процессе сгорания топлива в любом двигателе, но особенно много их образуется в высокофорсированном дизеле, поскольку воздух, поступающий в его цилиндры, не дросселируются и всегда имеется его избыток. Кроме того, в камерах сгорания возникает высокая температура, а чем она выше, тем больше образуется оксидов азота. По этим причинам дизельный двигатель выбрасывает намного больше оксидов азота в выхлопных газах по сравнению с бензиновым.

Возврат части отработавших газов (ОГ) во впускной коллектор позволяет снизить температуру сгорания топливовоздушной смеси и тем самым уменьшить образование оксидов азота. При этом соотношение компонентов в смеси остается прежними и мощностные характеристики двигателя изменяются незначительно.

Система рециркуляции отработавших газов (EGR) применяется в основном на дизельных двигателях, реже - на бензиновых.

В зависимости от требований стандарта токсичности ОГ, на дизельных двигателях применяются различные схемы системы рециркуляции ОГ: высокого давления, низкого давления и гибридная (комбинированная) система рециркуляции.

Данная система имеет высокие показатели быстродействия газового контура рециркуляции. Кроме того, поскольку выхлопной газ смешивается с всасываемым воздухом после турбокомпрессора, твердые частицы не попадают на колесо компрессора и не разрушают его. Однако охладитель EGR при этом должен выдерживать разрушительное воздействие высокого давления и высокой температуры выхлопных газов.

В такой системе для осуществления процесса перепуска имеется специальный клапан рециркуляции, который оснащен пневматическим или электрическим приводом.

Количество перепускаемых газов регулируется с помощью системы управления двигателем, которая одновременно управляет дроссельной заслонкой и клапаном рециркуляции. EGR не работает на холостом ходу, при холодном двигателе, а также при полностью открытой дроссельной заслонке.

На отдельных двигателях в EGR применяется охлаждение ОГ путем прохождения их через специальный радиатор. Вследствие этого дополнительно снижается температура сгорания в цилиндрах и, тем самым, уменьшается образование оксидов азота.

Стандарт Euro 6 повысил требования, снизив лимит выбросов NOx до 0,08 г/км по сравнению со 0,18 г/км для Euro 5. Реализация более жестких условий потребовала создания системы рециркуляции низкого давления.

Такая система обеспечивает меньшую температуру ОГ, отсутствие частиц сажи и, в конечном счете, меньшее содержание оксидов азота в выхлопе. Помимо этого, все отработавшие газы проходят через турбину компрессора, поэтому давление наддува не снижается ни на каком режиме.

Из-за более низких температур EGR низкого давления более эффективна в снижении выбросов NOx по сравнению с системой высокого давления. Но у нее есть и недостаток - более высокая инерционность выхлопных газов, поскольку все воздуховоды и компоненты расположены относительно далеко от двигателя и не могут быстро реагировать на изменение скорости рециркуляции ОГ.

Гибридная (комбинированная) EGR объединяет в одном двигателе систему рециркуляции ОГ высокого и низкого давления. Иногда такой тип называют двухконтурной системой EGR.

Гибридная EGR сочетает в себе преимущества обоих систем, переключаясь между ними в зависимости от частоты вращения и крутящего момента, а также позволяет турбонагнетателю работать с высоким КПД на любом режиме.

Недостаток двухконтурной EGR - большая стоимость, сложность и для нее требуется большее пространство для размещения (обусловленные большим количеством компонентов), а также потенциальными проблемами с управлением скоростью рециркуляции ОГ в зависимости от режима работы двигателя. Алгоритм управления становится довольно сложным, поскольку необходимо управлять несколькими исполнительными механизмами (клапаном рециркуляции ОГ высокого/низкого давления, дроссельной заслонкой на впуске/выпуске и лопатками турбины/перепускным клапаном) для подачи необходимого количества воздуха и ОГ в цилиндры на различных режимах.

Расскажем, как работает двигатель внутреннего сгорания, какие неполадки возникают в работе и как продлить жизненный цикл

Цель работы двигателя - преобразование бензина в движущую силу. Преобразовывается бензин в движущую силу путем сжигания внутри движка. Поэтому он и называется двигателем внутреннего сгорания.

Запомните две вещи:

1. Есть разные виды двигателей внутреннего сгорания:

• бензиновый двигатель;
• дизельный;
• дизель с турбонаддувом;
• газовый двигатель.

Различия у них в принципах работы, плюс у каждого свои преимущества и недостатки.

2. Бывают еще двигатели внешнего сгорания. Лучший пример - паровой двигатель парохода. Топливо (уголь, дерево, масло) сгорает вне двигателя, образовывая пар, который и есть движущая сила. Двигатель внутреннего сгорания более эффективен, так как ему нужно меньше топлива на километр пути. К тому же он намного меньше эквивалентного двигателя внешнего сгорания. Это объясняет, почему на улицах сейчас не ездят автомобили с паровыми движками.

Как работает система внутреннего сгорания двигателя

Принцип, лежащий в основе работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания : если вы поместите небольшое количество высокоэнергетического топлива, например бензина, в небольшое замкнутое пространство, и зажжете его, то при сгорании в виде газа высвобождается большое количество энергии. Если создать непрерывный цикл маленьких взрывов, скорость которых будет, например, сто раз в минуту, и пустить получаемую энергию в правильное русло, то получим основу работы двигателя.

Автомобили используют "четырехтактный цикл сгорания" для преобразования бензина в движущую силу четырех колесного автомобиля. Четырехтактный подход также известен как цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867 году. К четырем тактам относятся:

• такт впуска;
• такт сжатия;
• такт горения;
• такт выведения продуктов сгорания.

Поршень двигателя в этой истории главный "работяга". Он своеобразно заменяет картофельный снаряд в картофельной пушке. Поршень соединен с коленчатым валом-шатуном. Как только коленчатый вал начинает вращение, происходит эффект «разряда пушки». Рассмотрим цикл сгорания бензина в цилиндре подробнее.

• Поршень находится сверху, затем открывается впускной клапан и поршень опускается, при этом движок набирает полный цилиндр воздуха и бензина. Это такт называется тактом впуска. Для начала работы достаточно смешать воздух с небольшой каплей бензина.
• Затем поршень движется обратно и сжимает смесь воздуха и бензина. Сжатие делает взрыв более мощным.
• Когда поршень достигает верхней точки, свеча испускает искры, чтобы зажечь бензин. В цилиндре происходит взрыв бензинового заряда, что заставляет поршень опуститься вниз.
• Как только поршень достигает дна, открывается выхлопной клапан, и продукты сгорания выводятся из цилиндра через выхлопную трубу.

Теперь двигатель готов к следующему такту и цикл повторяется снова и снова.

Теперь рассмотрим составные части автомобильного мотора, работа которых взаимосвязана. Начнем с цилиндров.

Составные части двигателя

Основа двигателя – это цилиндр, в котором вверх-вниз двигается поршень. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Это характерно для большинства газонокосилок, но в автомобильных движках цилиндров четыре, шесть и восемь. В многоцилиндровых моторах цилиндры обычно размещаются тремя способами: а) в один ряд; б) однорядно с наклоном от вертикали; в) V-образным способом; г) плоским способом (горизонтально-оппозитный).

У разных способов расположения цилиндров разные преимущества и недостатки с точки зрения гладкости в работе, производственных издержек и характеристик. Эти преимущества и недостатки делают разные способы расположения цилиндров подходящими для разных видов транспорта.

Свечи зажигания

Свечи зажигания дают искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Искра должна вспыхнуть в нужный момент для безотказной работы двигателя. Если движок начинает работать нестабильно, дергается, слышно что "пыхтит" он сильнее чем обычно, вероятно одна из свечей перестала работать, ее нужно заменить.

Клапаны (см. схему №1)

Впускные и выпускные клапаны открываются, чтобы впустить воздух и топливо и выпустить продукты сгорания. Обратите внимание, оба клапана закрыты в момент сжатия и сгорания топливной смеси, обеспечивая герметичность камеры сгорания.

Поршень

Поршень – это цилиндрический кусок металла, который движется вверх-вниз внутри цилиндра двигателя.

Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают герметичность между скользящим внешним краем поршня и внутренней поверхностью цилиндра. У кольца два назначения:

• Во время тактов сжатия и сгорания кольца не дают утечь воздушно-топливной смеси и выхлопным газам из камеры сгорания.
• Кольца не дают моторному маслу попасть в зону сгорания, где оно будет уничтожено.

Если автомобиль начинает «подъедать масло» и приходиться подливать его каждые 1000 километров, значит двигатель автомобиля "устал" и поршневые кольца в нем сильно изношены. Такие кольца пропускают масло в цилиндры, где оно сгорает. По всей видимости, такому двигателю требуется капитальный ремонт.

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Он может вращаться в разные стороны и с обоих концов, т.к. и поршень и коленчатый вал находятся в движении.

Коленчатый вал (распределительный вал)

Круговыми движениями коленчатый вал заставляет поршень двигаться вверх-вниз.

Маслосборник

Маслосборник окружает коленчатый вал и содержит определенное количество масла, которое собирается в нижней его части (в масляном поддоне).

Причины неполадок и перебоев в двигателе

Если автомобиль с утра не заводится

Если машина с утра не заводится, этому есть три основных причины:

• плохая топливная смесь;
• отсутствие сжатия;
• отсутствие искры.

Плохая топливная смесь - недостаток поступающего воздуха или бензина

Плохая топливная смесь поступает в движок в следующих случаях:

• Закончился бензин и в двигатель поступает только воздух. Бензин не воспламеняется, сгорания не происходит.
• Забиты воздухозаборники, и в движок не поступает воздух, который крайне необходим для такта сгорания.
• В топливе содержатся примеси (например, вода в бензобаке), которые препятствуют горению топлива. Меняйте бензоколонку.
• Топливная система подает слишком мало или слишком много топлива в смесь, следовательно, горение не происходит должным образом. Если смеси мало, то слабое воспламенения в цилиндре не может прокрутить цилиндр. Если смеси много, то заливает свечи и они не дают искру.

О "залитых" свечах подробнее: если машина не заводится, а бензонасос не перестает подавать топливо в цилиндры, то бензин не воспламеняется, а наоборот "тушит" свечи зажигания. Свечи с "подмоченной репутацией" нормальной искры для воспламенения смеси не дадут. Если открутив свечу обнаружите, что она "мокрая", сильно пахнет бензином - знайте, свечи "залило". Либо подсушите все 4 свечи, выкрутив их и отнеся в теплое помещение, либо посидите в незаведенной машине с нажатой педалью газа - дроссельная заслонка будет открыта и свечи немного подсохнут от поступающего воздуха.

Отсутствие сжатия

Если топливная смесь не сжимается, так как надо, то и не будет требуемого сгорания для работы машины. Отсутствие сжатия возникает по следующим причинам:

• Поршневые кольца двигателя изношены, поэтому воздушно-топливная смесь просачивается между стенкой цилиндра и поверхностью поршня.
• Один из клапанов неплотно закрывается, из-за чего смесь вытекает.
• В цилиндре есть отверстие.

Часто «дырки» в цилиндре появляются в том месте, где верхушка цилиндра присоединяется к самому цилиндру. Между цилиндром и головкой цилиндра есть тонкая прокладка, которая обеспечивает герметичность конструкции. Если прокладка прохудится, то между головкой цилиндра и самим цилиндром образуются отверстия, через которые образуется утечка смеси.

Отсутствие искры

Искра может быть слабой или вообще отсутствовать в случаях:

• Если свеча зажигания или провод, идущий к ней, изношены, то искра будет слабой.
• Если провод перерезан или отсутствует вообще, если система, посылающая искры вниз по проводу не работает, как нужно, то искры не будет.
• Если искра приходит в цикл слишком рано или слишком поздно, топливо не воспламениться в нужный момент, что повлияет на стабильную работу мотора.

Возможны и другие проблемы с двигателем. Например:

• Если аккумулятор на авто разряжен, то двигатель не сделает ни одного оборота, а автомобиль не заведется.
• Если подшипники, которые позволяют свободно вращаться коленчатому валу, изношены, коленчатый вал не провернется, а двигатель не запустится.
• Если клапаны не будут закрываться или открываться в нужный момент цикла, то работа двигателя будет невозможна.
• Если в автомобиле закончилось масло, поршни не смогут свободно двигаться в цилиндре, и двигатель застопорится.

В исправно - работающем двигателе описанных проблем быть не может. Если они появились, ждите беды.

Если выяснится, что аккумулятор просто разрядился, почитайте, как правильно "прикурить" от другого автомобиля .

Клапанный механизм двигателя и система зажигания

Разберем процессы происходящие в двигателе отдельно. Начнем с клапанного механизма, который состоит из клапанов и механизмов, открывающих и закрывающих проход топливным отходам. Система открытия и закрытия клапанов называется валом. На распределительном валу есть выступы, которые и двигают клапаны вверх и вниз.

Двигатели, в которых вал размещен над клапанами (бывает, что вал размещают внизу), имеют кулачки распредвала, которые регулируют порядок работы цилидров (см. схему №2). Кулачки вала воздействуют на клапаны напрямую или через очень короткие связующие звенья. Эта система настроена так, что клапаны синхронизированы с поршнями. Многие высокоэффективные двигатели имеют по четыре клапана на один цилиндр – два на вход воздуха и два на выход для продуктов сгорания, и такие механизмы требуют два распределительных вала на один блок цилиндров.

Система зажигания создает высоковольтный заряд и передает его на свечи зажигания через провода. Сначала заряд поступает в распределитель, который легко найти под капотом большинства легковых автомобилей. В центр распределителя подключен один провод, а из него выходит четыре, шесть или восемь других бронепроводов, в зависимости от количества цилиндров в двигателе. Эти провода посылают заряд на каждую свечу зажигания. Работа двигателя настроена так, что за один раз только один цилиндр получает заряд от распределителя, что гарантирует максимально плавную работу мотора.

Давайте подумаем, как заводится двигатель, как остывает и как в нем проходит циркуляция воздуха.

Система зажигания двигателя, охлаждения и набора воздуха

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует вокруг цилиндров по специальным проходам, потом для охлаждения, она поступает в радиатор. В редких случаях двигатели автомобиля оснащены воздушной системой. Это делает двигатели легче, но охлаждение при этом менее эффективное. Двигатели с воздушной системой охлаждения, имеют меньший срок службы и меньшую производительность.

Существуют автомобильные двигателя с наддувом. Это когда воздух проходит через воздушные фильтры и попадает прямо в цилиндры. Наддув ставят в атмосферных движках. Для увеличения производительности некоторые двигатели оснащены турбонаддувом. Через турбонаддув воздух, который поступает в двигатель, уже находится под давлением, следовательно, в цилиндр втискивается больше воздушно-топливной смеси. За счет турбонаддува увеличивается мощь движка.

Повышение производительности автомобиля – это круто, но что же происходит, когда вы проворачиваете ключ в замке зажигания и запускаете автомобиль? Система зажигания состоит из электромотора, или стартера, и соленоида (реле стартера). Когда поворачивается ключ в замке зажигания, стартер вращает двигатель на несколько оборотов, чтобы начался процесс сгорания топлива. Чем мощнее мотор, тем сильнее нужен аккумулятор, чтобы дать ему толчок. Так как запуск двигателя требует много энергии, сотни ампер должны поступить в стартер для его запуска. Соленоид или реле стартера, это тот самый переключатель, который справляется с таким мощным потоком электричества. Когда вы проворачиваете ключ зажигания, соленоид активируется и запускает стартер.

Разберем подсистемы автомобильного мотора, отвечающие за то, что поступает в движок (масло, бензин) и за то, что из него выходит (выхлопные газы).

Смазочные жидкости двигателя, топливная, выхлопная и электрические системы

Каким образом бензин приводит в действие цилиндры? Топливная система двигателя выкачивает бензин из бензобака и смешивает его с воздухом так, чтобы в цилиндр поступила правильная воздушно-бензиновая смесь. Топливо подается тремя распространенными способами: смесеобразованием, впрыском через топливный порт и прямым впрыском.

При смесеобразовании карбюратор добавляет бензин в воздух, как только воздух попадает в двигатель.

В инжекторном движке топливо впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо через впускной клапан (впрыск через топливный порт), либо напрямую в цилиндр. Называется "прямой впрыск".

Масло также играет важную роль в двигателе. Смазочная система не допускает трения жестких стальных частей друг об друга - запчасти не изнашиваются, стальная стружка внутри двигателя не летает. Поршни и подшипники – позволяющие свободно вращаться коленчатому и распределительному валу – основные части, требующие смазки в системе. В большинстве автомобилей, масло засасывается через масляный насос из маслосборника, проходит через фильтр, чтобы очиститься от песка и выработки механизмов мотора, затем, под высоким давлением впрыскивается в подшипники и на стенки цилиндра. Затем масло стекает в маслосборник, и цикл повторяется снова.

Теперь вы знаете больше о том, что поступает в двигатель автомобиля. Но давайте поговорим и том, что выходит из него. Выхлопная система крайне проста и состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если бы не было глушителя, в салоне автомобиля были бы слышны все мини-взрывы, происходящие в двигателе. Глушитель гасит звук, а выхлопная труба выводит продукты сгорания из автомобиля.

Электрическая система автомобиля, запускающая машину

Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора переменного тока. Генератор переменного тока подключен проводами к двигателю и вырабатывает электроэнергию, необходимую для подзарядки аккумулятора. В незаведенной машине при повороте ключа зажигания за питание всех систем отвечает аккумулятор. В заведенной - генератор. Аккумулятор нужен только, чтобы запустить электрическую систему машины, дальше в работу вступает генератор, который вырабатывает энергию за счет работы двигателя. Аккумулятор в это время заряжается от генератора и "отдыхает". Подробнее об аккумуляторах здесь .

Как увеличить производительность двигателя и улучшить его работу

Любой двигатель можно заставить работать лучше. Работа автопроизводителей над увеличением мощности движка и одновременным уменьшением расхода топлива, не прекращается ни на секунду.

Увеличение объема двигателя. Чем больше объем двигателя, тем больше его мощность, т.к. за каждый оборот двигатель сжигает больше топлива. Увеличение объема двигателя происходит за счет увеличения либо объема цилиндров, либо их количества. Сейчас 12 цилиндров – это предел.

Увеличение степени сжатия. До определенного момента, увеличение степени сжатия смеси увеличивает получаемую энергию. Однако, чем больше сжимается воздушно-топливная смесь, тем выше вероятность того, что она воспламенится раньше, чем свеча зажигания даст искру. Чем выше октановое число бензина, тем меньше вероятность преждевременного воспламенения. Поэтому высокопроизводительные автомобили нужно заправлять высокооктановым бензином, так как двигатели таких машин используют очень высокий коэффициент сжатия для получения большей мощности.

Большее наполнение цилиндра. Если в цилиндр втиснуть больше воздуха и топлива, то на выходе получается больше энергии. Турбонаддувы и наддувы нагнетают давление воздуха и эффективно втискивают его в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха. Сжатие воздуха повышает его температуру. Тем не менее, хотелось бы иметь как можно более холодный воздух в цилиндре, т.к. чем выше температура воздуха, тем больше он расширяется при горении. Поэтому многие системы турбонаддува и наддува имеют интеркулер. Интеркулер – это радиатор, через который проходит сжатый воздух и охлаждается, прежде чем попасть в цилиндр.

Сделать меньшим вес деталей. Чем легче запчасти двигателя, тем лучше он работает. Каждый раз, когда поршень меняет направление, он тратит энергию на остановку. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Двигатель из углеродного волокна еще не придумали, но как делают этот материал, читайте тут на Zap-Online.ru.

Впрыск топлива. Система впрыска очень точно дозирует топливо поступающее в каждый цилиндр, повышая производительность двигателя и экономя топливо.

Теперь вы знаете, как работает двигатель автомобиля, а также причины его основных неполадок и перебоев. Если остались вопросы или есть замечания по изложенному материалу, добро пожаловать в комментарии.

Читайте также:

  
• Замена модуля приора 16 клапанов
  
• Ваз 21114 греется двигатель
  
• Замена ремней infiniti fx35
  
• Что может блокировать запуск двигателя ваз 2114
  
• Рабочая температура двигателя ситроен