Instalacja silnika spalinowego. Silnik benzynowy: urządzenie, zasada działania, zalety i wady

Każdy z nas ma swój samochód, ale tylko nieliczni kierowcy zastanawiają się, jak działa silnik samochodu. Należy również zrozumieć, że tylko specjaliści pracujący na stacji paliw muszą w pełni znać urządzenie silnika samochodowego. Na przykład wielu z nas ma różne urządzenia elektroniczne, ale to nie znaczy, że musimy rozumieć, jak one działają. Po prostu używamy ich zgodnie z ich przeznaczeniem. Jednak sytuacja z samochodem jest nieco inna.

Wszyscy to rozumiemy Pojawienie się usterek w silniku samochodowym bezpośrednio wpływa na nasze zdrowie i życie. Jakość jazdy, a także bezpieczeństwo osób w aucie często zależy od prawidłowej pracy jednostki napędowej. Z tego powodu zalecamy zapoznanie się z tym artykułem o tym, jak działa silnik samochodowy i z czego się składa.

Historia rozwoju silników samochodowych

W tłumaczeniu z oryginalnej łaciny silnik lub silnik oznacza „jazdę”. Dziś silnik nazywany jest specyficznym urządzeniem przeznaczonym do zamiany jednego z rodzajów energii na mechaniczną. Najpopularniejsze są dziś silniki spalinowe, których rodzaje są różne. Pierwszy taki silnik pojawił się w 1801 roku, kiedy Philippe Le Bon z Francji opatentował silnik zasilany gazem lampowym. Następnie swoje projekty zaprezentowali August Otto i Jean Etienne Lenoir. Wiadomo, że August Otto jako pierwszy opatentował silnik 4-suwowy. Do tej pory konstrukcja silnika pozostawała praktycznie niezmieniona.

W 1872 r. zadebiutował amerykański silnik napędzany naftą. Jednak tę próbę trudno nazwać udaną, ponieważ nafta normalnie nie mogłaby wybuchnąć w butlach. Po 10 latach Gottlieb Daimler zaprezentował swoją wersję silnika, który był zasilany benzyną i działał całkiem nieźle.

Rozważać nowoczesne typy silników samochodowych i dowiedz się, do którego z nich należy Twój samochód.

Rodzaje silników samochodowych

Ponieważ silnik spalinowy jest uważany za najczęstszy w naszych czasach, rozważ typy silników, w które są obecnie wyposażone prawie wszystkie samochody. ICE nie jest najlepszym typem silnika, ale jest używany w wielu pojazdach.

Klasyfikacja silników samochodowych:

• Silniki Diesla. Olej napędowy podawany jest do cylindrów za pomocą specjalnych dysz. Silniki te nie potrzebują energii elektrycznej do działania. Potrzebują go tylko do uruchomienia jednostki napędowej.
• Silniki benzynowe. Są również zastrzykami. Obecnie stosuje się kilka rodzajów systemów wtryskowych i. Takie silniki napędzane są benzyną.
• Silniki gazowe. Silniki te mogą używać sprężonego lub skroplonego gazu. Gazy te powstają w wyniku przetwarzania drewna, węgla lub torfu na paliwa gazowe.

Działanie i budowa silnika spalinowego

Zasada działania silnika samochodowego- to pytanie, które interesuje prawie każdego właściciela samochodu. Podczas pierwszej znajomości konstrukcji silnika wszystko wygląda na bardzo skomplikowane. Jednak w rzeczywistości, przy pomocy dokładnych badań, konstrukcja silnika staje się całkiem zrozumiała. W razie potrzeby wiedzę o zasadzie działania silnika można wykorzystać w życiu.

1. Blok cylindrów to rodzaj obudowy silnika. Wewnątrz znajduje się system kanałów, który służy do chłodzenia i smarowania jednostki napędowej. Służy jako podstawa do dodatkowego wyposażenia takiego jak skrzynia korbowa itp.

2. Tłok, który jest pustym metalowym szkłem. W jego górnej części znajdują się „rowki” na pierścienie tłokowe.

3. Pierścienie tłokowe. Pierścienie znajdujące się na dole nazywane są pierścieniami zgarniającymi olej, a górne nazywane są pierścieniami dociskowymi. Pierścienie górne zapewniają wysoki poziom kompresji lub kompresji mieszanki paliwowo-powietrznej. Pierścienie służą do zapewnienia szczelności komory spalania, a także jako uszczelnienia zapobiegające przedostawaniu się oleju do komory spalania.

4. Mechanizm korbowy. Odpowiada za przekazywanie posuwisto-zwrotnej energii ruchu tłoka na wał korbowy silnika.

Wielu kierowców nie wie, że w rzeczywistości zasada działania silnika spalinowego jest dość prosta. Najpierw wchodzi do komory spalania z dysz, gdzie miesza się z powietrzem. Następnie emituje iskrę, która zapala mieszankę paliwowo-powietrzną, powodując jej wybuch. Powstające w wyniku tego gazy przesuwają tłok w dół, podczas którego przenosi on odpowiedni ruch na wał korbowy. Wał korbowy zaczyna obracać skrzynię biegów. Następnie zestaw specjalnych kół zębatych przenosi ruch na koła przedniej lub tylnej osi (w zależności od napędu, może na wszystkie cztery).

Tak działa silnik samochodowy. Teraz nie da się oszukać pozbawionych skrupułów specjalistów, którzy podejmą się naprawy jednostki napędowej twojego samochodu.

W którym energia chemiczna spalanego paliwa w jego komorze roboczej (komorze spalania) jest zamieniana na pracę mechaniczną. Istnieją silniki spalinowe: tłokowe e, w których praca rozprężania gazowych produktów spalania odbywa się w cylindrze (odbieranym przez tłok, którego ruch posuwisto-zwrotny zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego) lub jest wykorzystywany bezpośrednio w maszynie napędzanej; turbina gazowa e, w której praca rozprężania produktów spalania jest odbierana przez łopatki wirnika; reaktywne e, w którym wykorzystuje się ciśnienie reaktywne powstające w wyniku wypływu produktów spalania z dyszy. Termin „silnik spalinowy” jest używany głównie w odniesieniu do silników tłokowych.

Odniesienie do historii

Pomysł stworzenia silnika spalinowego został po raz pierwszy zaproponowany przez H. Huygensa w 1678 r.; proch miał być używany jako paliwo. Pierwszy sprawny gazowy silnik spalinowy został zaprojektowany przez E. Lenoira (1860). Belgijski wynalazca A. Beau de Rocha zaproponował (1862) czterosuwowy cykl silnika spalinowego: wlot, sprężanie, spalanie i rozprężanie, wydech. Niemieccy inżynierowie E. Langen i NA. Otto stworzyli wydajniejszy silnik gazowy; Otto zbudował silnik czterosuwowy (1876). W porównaniu do instalacji silnika parowego taki silnik spalinowy był prostszy i bardziej kompaktowy, ekonomiczny (sprawność sięgała 22%), miał mniejszy ciężar właściwy, ale wymagał paliwa wyższej jakości. W latach 80. XIX wieku. OS Kostovich zbudował pierwszy benzynowy silnik tłokowy gaźnikowy w Rosji. W 1897 r. R. Diesel zaproponował silnik wysokoprężny. W latach 1898–99 w fabryce Ludwiga Nobla (St. Petersburg) produkowano diesel pracuje na oleju. Ulepszenie silnika spalinowego umożliwiło zastosowanie go w pojazdach transportowych: ciągnik (USA, 1901), samolot (O. i W. Wright, 1903), statek motorowy Vandal (Rosja, 1903), lokomotywa spalinowa (proj. Ya.M. Gakkel, Rosja, 1924).

Klasyfikacja

Różnorodność form konstrukcyjnych silników spalinowych determinuje ich szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach techniki. Silniki spalinowe można sklasyfikować według następujących kryteriów : według oznaczenia (silniki stacjonarne - małe elektrownie, motoryzacja, okręty, olej napędowy, lotnictwo itp.); charakter ruchu części roboczych(silniki z tłokami posuwisto-zwrotnymi; silniki z tłokami obrotowymi - Silniki Wankla); rozmieszczenie cylindrów(silniki typu bokser, rzędowe, radialne, w kształcie litery V); sposób realizacji cyklu pracy(silniki czterosuwowe, dwusuwowe); według liczby cylindrów[od 2 (na przykład samochód „Oka”) do 16 (na przykład „Mercedes-Benz” S 600)]; metoda zapłonu mieszanki palnej[silniki benzynowe z zapłonem iskrowym (silniki o zapłonie iskrowym, DsIZ) oraz silniki Diesla z zapłonem samoczynnym]; metoda tworzenia mieszaniny[z zewnętrznym tworzeniem mieszanki (poza komorą spalania - gaźnik), głównie silniki benzynowe; z wewnętrznym tworzeniem mieszanki (w komorze spalania – wtrysk), silniki Diesla]; rodzaj układu chłodzenia(silniki chłodzone cieczą, silniki chłodzone powietrzem); lokalizacja wałka rozrządu(silnik z górnym wałkiem rozrządu, z dolnym wałkiem rozrządu); rodzaj paliwa (benzyna, olej napędowy, silnik gazowy); sposób napełniania butli ( silniki wolnossące - „atmosferyczne”, silniki z doładowaniem). W silnikach wolnossących zasysanie powietrza lub mieszanki palnej odbywa się dzięki podciśnieniu w cylindrze podczas suwu ssania tłoka, w silnikach z doładowaniem (turbodoładowaniem) powietrze lub mieszanka palna jest wtryskiwana do cylindra roboczego pod ciśnieniem generowane przez sprężarkę w celu uzyskania zwiększonej mocy silnika.

Procesy pracy

Pod wpływem ciśnienia gazowych produktów spalania paliwa tłok wykonuje w cylindrze ruch posuwisto-zwrotny, który za pomocą mechanizmu korbowego zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego. Podczas jednego obrotu wału korbowego tłok dwukrotnie osiąga skrajne położenia, w których zmienia się kierunek jego ruchu (rys. 1).

Te pozycje tłoka są zwykle nazywane martwymi punktami, ponieważ siła przyłożona do tłoka w tym momencie nie może wywołać ruchu obrotowego wału korbowego. Położenie tłoka w cylindrze, w którym odległość osi sworznia tłokowego od osi wału korbowego osiąga maksimum, nazywa się górnym martwym punktem (TDC). Dolny martwy punkt (BDC) to położenie tłoka w cylindrze, w którym odległość między osią sworznia tłokowego a osią wału korbowego osiąga minimum. Odległość między martwymi punktami nazywana jest skokiem tłoka (S). Każdy skok tłoka odpowiada obrotowi wału korbowego o 180°. Ruch tłoka w cylindrze powoduje zmianę objętości przestrzeni nadtłokowej. Objętość wewnętrznej wnęki cylindra w położeniu tłoka w GMP nazywana jest objętością komory spalania Vc. Objętość cylindra utworzona przez tłok, gdy porusza się on między martwymi punktami, nazywana jest objętością roboczą cylindra Vc. Objętość przestrzeni nadtłokowej w położeniu tłoka w BDC nazywamy całkowitą objętością cylindra Vp = Vc + Vc. Przemieszczenie silnika to iloczyn przemieszczenia przez liczbę cylindrów. Stosunek całkowitej objętości cylindra Vc do objętości komory spalania Vc nazywamy stopniem sprężania E (dla benzynowych silników wysokoprężnych 6,5–11; dla wysokoprężnych 16–23).

Gdy tłok porusza się w cylindrze, oprócz zmiany objętości płynu roboczego zmieniają się również jego ciśnienie, temperatura, pojemność cieplna i energia wewnętrzna. Cykl roboczy to zespół procesów sekwencyjnych realizowanych w celu zamiany energii cieplnej paliwa na energię mechaniczną. Osiągnięcie częstotliwości cykli roboczych jest zapewnione za pomocą specjalnych mechanizmów i układów silnika.

Cykl pracy czterosuwowego benzynowego silnika spalinowego jest realizowany w 4 suwach tłoka (suwu) w cylindrze, czyli w 2 obrotach wału korbowego (rys. 2).

Pierwszy skok to wlot, w którym układ dolotowy i paliwowy zapewniają tworzenie mieszanki paliwowo-powietrznej. W zależności od konstrukcji mieszanka powstaje w kolektorze dolotowym (wtrysk centralny i rozproszony silników benzynowych) lub bezpośrednio w komorze spalania (wtrysk bezpośredni silników benzynowych, wtrysk silników Diesla). Gdy tłok przesuwa się z GMP do BDC, w cylindrze powstaje podciśnienie (ze względu na wzrost objętości), pod działaniem którego mieszanina palna (opary benzyny z powietrzem) wchodzi przez otwierający się zawór wlotowy. Ciśnienie w zaworze dolotowym w silnikach wolnossących może być zbliżone do atmosferycznego, a w silnikach z doładowaniem może być wyższe (0,13–0,45 MPa). W cylindrze mieszanka palna miesza się z pozostałymi w nim spalinami z poprzedniego cyklu roboczego i tworzy mieszankę roboczą. Drugi skok to sprężanie, w którym zawory dolotowy i wydechowy są zamykane przez wałek rozrządu, a mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana w cylindrach silnika. Tłok porusza się w górę (z BDC do TDC). Bo zmniejsza się objętość w cylindrze, następnie mieszanina robocza jest sprężana do ciśnienia 0,8-2 MPa, temperatura mieszaniny wynosi 500-700 K. Pod koniec suwu sprężania mieszanina robocza jest zapalana iskrą elektryczną i szybko wypala się (w 0,001–0,002 s). W tym przypadku uwalniana jest duża ilość ciepła, temperatura osiąga 2000–2600 K, a gazy, rozszerzając się, wytwarzają silne ciśnienie (3,5–6,5 MPa) na tłoku, przesuwając go w dół. Trzeci skok to skok roboczy, któremu towarzyszy zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej. Siła ciśnienia gazu przesuwa tłok w dół. Ruch tłoka przez mechanizm korbowy zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego, który jest następnie wykorzystywany do napędzania pojazdu. W ten sposób podczas suwu roboczego energia cieplna zamieniana jest na pracę mechaniczną. Czwarty skok to zwolnienie, w którym tłok po wykonaniu użytecznej pracy porusza się w górę i wypycha na zewnątrz przez otwierający się zawór wydechowy mechanizmu dystrybucji gazów spaliny z cylindrów do układu wydechowego, gdzie są oczyszczane, schłodzony i zmniejszony hałas. Następnie gazy dostają się do atmosfery. Proces wydechu można podzielić na wstępny (ciśnienie w cylindrze jest znacznie wyższe niż w zaworze wydechowym, natężenie przepływu spalin przy 800-1200 K wynosi 500-600 m/s) oraz wydech główny (prędkość przy koniec wydechu wynosi 60–160 m / s). Uwalnianiu spalin towarzyszy efekt dźwiękowy, do pochłaniania którego zainstalowane są tłumiki. Podczas cyklu pracy silnika praca użyteczna jest wykonywana tylko podczas suwu roboczego, a pozostałe trzy suwy mają charakter pomocniczy. W celu równomiernego obrotu wału korbowego na jego końcu zainstalowane jest koło zamachowe o znacznej masie. Koło zamachowe odbiera energię podczas suwu roboczego i oddaje jej część na wykonywanie suwów pomocniczych.

Cykl pracy dwusuwowego silnika spalinowego realizowany jest w dwóch suwach tłoka lub w jednym obrocie wału korbowego. Procesy sprężania, spalania i rozprężania są prawie identyczne jak w przypadku silnika czterosuwowego. Moc silnika dwusuwowego przy tych samych wymiarach cylindrów i prędkości obrotowej wału jest teoretycznie 2 razy większa niż silnika czterosuwowego ze względu na dużą liczbę cykli pracy. Jednak utrata części objętości roboczej praktycznie prowadzi do wzrostu mocy tylko 1,5–1,7 razy. Do zalet silników dwusuwowych należy również zaliczyć większą równomierność momentu obrotowego, ponieważ przy każdym obrocie wału korbowego realizowany jest pełny cykl pracy. Istotną wadą procesu dwutaktowego w porównaniu z procesem czterotaktowym jest krótki czas przeznaczony na proces wymiany gazowej. Sprawność silników spalinowych na benzynę wynosi 0,25–0,3.

Cykl pracy silników spalinowych na gaz jest zbliżony do cyklu pracy benzynowych DSIZ. Gaz przechodzi przez etapy: parowanie, oczyszczanie, stopniowe obniżanie ciśnienia, dostarczanie w określonych ilościach do silnika, mieszanie z powietrzem i zapłon mieszaniny roboczej iskrą.

Cechy konstrukcyjne

ICE to złożona jednostka techniczna zawierająca szereg systemów i mechanizmów. Na końcu. XX wiek Zasadniczo dokonano przejścia z układów zasilania gaźnikowego silników spalinowych na układy wtryskowe, przy jednoczesnym wzroście równomierności rozkładu i dokładności dawkowania paliwa w cylindrach oraz umożliwieniu (w zależności od trybu) bardziej elastycznej kontroli formowania mieszanki paliwowo-powietrznej wchodzącej do cylindrów silnika. Poprawia to moc i ekonomię silnika.

Tłokowy silnik spalinowy składa się z korpusu, dwóch mechanizmów (korby i dystrybucji gazu) oraz szeregu układów (dolotowy, paliwowy, zapłonowy, smarowania, chłodzenia, wydechu i sterowania). Korpus silnika spalinowego tworzą zespoły i części stacjonarne (blok cylindrów, skrzynia korbowa, głowica cylindrów) i ruchome, które są połączone w grupy: tłok (tłok, sworzeń, pierścienie sprężające i zgarniające olej), korbowód, wał korbowy. System zasilania przygotowuje palną mieszankę paliwa i powietrza w proporcji odpowiadającej trybowi pracy oraz w ilości zależnej od mocy silnika. Sytem zapłonu DSIZ przeznaczony jest do zapłonu mieszaniny roboczej z iskrą za pomocą świecy zapłonowej w ściśle określonych punktach czasowych w każdym cylindrze, w zależności od trybu pracy silnika. Układ rozruchowy (rozrusznik) służy do wstępnego zakręcenia wału silnika spalinowego w celu niezawodnego zapalenia paliwa. System zasilania powietrzem zapewnia oczyszczanie powietrza i redukcję hałasu wlotowego przy minimalnych stratach hydraulicznych. Pod ciśnieniem włącza się jedna lub dwie sprężarki oraz, jeśli to konieczne, chłodnica powietrza. Układ wydechowy przeprowadza odprowadzanie spalin. wyczucie czasu zapewnia terminowe przyjęcie świeżego ładunku mieszanki do cylindrów i uwolnienie spalin. System smarowania służy do zmniejszenia strat tarcia i zużycia części ruchomych, a czasami do chłodzenia tłoków. System chłodzenia utrzymuje wymagany termiczny tryb pracy silnika spalinowego; może być cieczą lub powietrzem. Układ sterowania ma na celu zharmonizowanie pracy wszystkich elementów silnika spalinowego w celu zapewnienia jego wysokich osiągów, niskiego zużycia paliwa, wymaganych wskaźników środowiskowych (toksyczność i hałas) we wszystkich trybach pracy w różnych warunkach pracy z określoną niezawodnością.

Główne zalety silnika spalinowego w stosunku do innych silników to niezależność od stałych źródeł energii mechanicznej, małe wymiary i masa, co sprawia, że ​​są one szeroko stosowane w samochodach, pojazdach rolniczych, lokomotywach spalinowych, statkach, samobieżnym sprzęcie wojskowym itp. autonomiczny, można go łatwo zainstalować w pobliżu lub w samym obiekcie zużycia energii, na przykład w mobilnych elektrowniach, samolotach itp. Jedną z pozytywnych cech silnika spalinowego jest możliwość szybkiego rozruchu w normalnych warunkach. Silniki pracujące w niskich temperaturach wyposażone są w specjalne urządzenia ułatwiające i przyspieszające rozruch.

Wadami silnika spalinowego są: ograniczona wydajność agregatu w porównaniu np. z turbinami parowymi; wysoki poziom hałasu; stosunkowo wysoka częstotliwość obrotu wału korbowego przy rozruchu i niemożność jego bezpośredniego połączenia z kołami napędowymi konsumenta; toksyczność spalin. Główna cecha konstrukcyjna silnika - ruch posuwisto-zwrotny tłoka, który ogranicza prędkość, jest przyczyną powstawania z nich niezrównoważonych sił bezwładności i momentów.

Ulepszanie silników spalinowych ma na celu zwiększenie ich mocy, sprawności, zmniejszenie masy i gabarytów, spełnienie wymagań środowiskowych (zmniejszenie toksyczności i hałasu), zapewnienie niezawodności przy akceptowalnym stosunku ceny do jakości. Oczywistym jest, że silnik spalinowy nie jest wystarczająco ekonomiczny iw rzeczywistości ma niską sprawność. Pomimo wszystkich chwytów technologicznych i inteligentnej elektroniki, sprawność nowoczesnych silników benzynowych wynosi ok. trzydzieści%. Najbardziej ekonomiczne ICE z silnikiem Diesla mają sprawność 50%, to znaczy nawet emitują połowę paliwa w postaci szkodliwych substancji do atmosfery. Jednak ostatnie osiągnięcia pokazują, że silniki spalinowe mogą być naprawdę wydajne. W firmie „EcoMotors International” przeprojektowano silnik spalinowy, w którym zachowano tłoki, korbowody, wał korbowy i koło zamachowe, ale nowy silnik jest o 15-20% bardziej wydajny, a także znacznie lżejszy i tańszy w produkcji. Jednak silnik może być zasilany kilkoma rodzajami paliwa, w tym benzyną, olejem napędowym i etanolem. Wynika to z przeciwstawnej konstrukcji silnika, w której komorę spalania tworzą dwa zbliżające się do siebie tłoki. Jednocześnie silnik jest dwusuwowy i składa się z dwóch modułów po 4 tłoki w każdym, połączonych specjalnym sprzęgłem ze sterowaniem elektronicznym. Silnik jest w pełni sterowany elektronicznie, co zapewnia wysoką wydajność i minimalne zużycie paliwa.

Silnik jest wyposażony w elektronicznie sterowaną turbosprężarkę, która odzyskuje energię ze spalin i generuje energię elektryczną. Ogólnie rzecz biorąc, silnik ma prostą konstrukcję i zawiera o 50% mniej części niż silnik konwencjonalny. Nie ma bloku głowicy cylindrów, jest wykonany ze zwykłych materiałów. Silnik jest bardzo lekki: przy wadze 1 kg wytwarza ponad 1 litr mocy. Z. (ponad 0,735 kW). Doświadczony silnik EcoMotors EM100 o wymiarach 57,9 x 104,9 x 47 cm waży 134 kg i wytwarza 325 KM. Z. (około 239 kW) przy 3500 obr/min (diesel), średnica cylindra 100 mm. Zużycie paliwa dla auta pięciomiejscowego z silnikiem EcoMotors ma być niezwykle niskie – na poziomie 3-4 litrów na 100 km.

Technologie silnika Graala opracował unikalny, wysokowydajny silnik dwusuwowy. Tak więc przy zużyciu 3-4 litrów na 100 km silnik wytwarza moc 200 litrów. Z. (ok. 147 kW). Silnik o pojemności 100 litrów. Z. waży mniej niż 20 kg i ma pojemność 5 litrów. Z. - tylko 11 kg. W tym przypadku silnik spalinowy„Silnik Graala” spełniają najbardziej rygorystyczne normy środowiskowe. Sam silnik składa się z prostych części, głównie wytwarzanych metodą odlewania (rys. 3). Te cechy są związane ze schematem działania „Silnika Graala”. Podczas ruchu tłoka w górę, na dole wytwarza się podciśnienie powietrza, które dostaje się do komory spalania przez specjalny zawór z włókna węglowego. W pewnym momencie ruchu tłoka paliwo zaczyna być dostarczane, a następnie w górnym martwym punkcie za pomocą trzech konwencjonalnych świec elektrycznych zapala się mieszankę paliwowo-powietrzną, zawór w tłoku zamyka się. Tłok opada, cylinder jest wypełniony spalinami. Po dojściu do dolnego martwego punktu tłok ponownie zaczyna poruszać się w górę, strumień powietrza przewietrza komorę spalania wypychając spaliny, cykl pracy się powtarza.

Kompaktowy i mocny silnik Grail jest idealny do pojazdów hybrydowych, w których silnik benzynowy generuje energię elektryczną, a silniki elektryczne napędzają koła. W takiej maszynie „Silnik Grail” będzie pracował w optymalnym trybie bez nagłych skoków mocy, co znacznie zwiększy jego trwałość, zmniejszy hałas i zużycie paliwa. Jednocześnie modułowa konstrukcja pozwala na podłączenie dwóch lub więcej jednocylindrowych „silników Graala” do wspólnego wału korbowego, co umożliwia tworzenie silników rzędowych o różnych mocach.

Silnik spalinowy wykorzystuje zarówno konwencjonalne, jak i alternatywne paliwa silnikowe. Obiecujące jest zastosowanie w transportowych silnikach spalinowych wodoru, który ma duże ciepło spalania, a spaliny nie zawierają CO i CO2. Problemem są jednak wysokie koszty pozyskania i przechowywania go na pokładzie pojazdu. Badane są warianty kombinowanych (hybrydowych) zespołów napędowych pojazdów, w których współpracują ze sobą silniki spalinowe i elektryczne.

Silnik spalinowy jest obecnie głównym typem samochodowego układu napędowego. Zasada działania silnika spalinowego opiera się na efekcie rozszerzalności cieplnej gazów powstającej podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze.

Najpopularniejsze typy silników

Istnieją trzy typy silników spalinowych: tłokowe, obrotowo-tłokowe układu Wankla oraz turbina gazowa. Z rzadkimi wyjątkami nowoczesne samochody są wyposażone w czterosuwowe silniki tłokowe. Powodem jest niska cena, kompaktowość, niska waga, wielopaliwowa pojemność i możliwość montażu na prawie każdym pojeździe.

Sam silnik samochodowy to mechanizm, który zamienia energię cieplną spalania paliwa na energię mechaniczną, której działanie zapewnia wiele układów, podzespołów i zespołów. Tłokowe silniki spalinowe są dwu- i czterosuwowe. Najłatwiej zrozumieć zasadę działania silnika samochodowego na przykładzie czterosuwowej jednocylindrowej jednostki napędowej.

Silnik czterosuwowy nazywa się, ponieważ jeden cykl roboczy składa się z czterech ruchów tłoka (suwów) lub dwóch obrotów wału korbowego:

• wlot;
• kompresja;
• skok roboczy;
• uwolnienie.

Ogólne urządzenie ICE

Aby zrozumieć, jak działa silnik, konieczne jest ogólne przedstawienie jego konstrukcji. Główne części to:

1. blok cylindrów (w naszym przypadku jest tylko jeden cylinder);
2. mechanizm korbowy składający się z wału korbowego, korbowodów i tłoków;
3. głowica bloku z mechanizmem dystrybucji gazu (rozrząd).

Mechanizm korbowy zamienia ruch posuwisto-zwrotny tłoków na obrót wału korbowego. Tłoki wprawiane są w ruch dzięki energii paliwa spalonego w cylindrach.


Działanie tego mechanizmu jest niemożliwe bez działania mechanizmu dystrybucji gazu, który zapewnia terminowe otwarcie zaworów wlotowych i wydechowych w celu pobrania mieszaniny roboczej i uwolnienia spalin. Rozrząd składa się z jednego lub więcej wałków rozrządu z krzywkami, zaworów dociskowych (co najmniej dwa na każdy cylinder), zaworów i sprężyn powrotnych.

Silnik spalinowy jest w stanie pracować tylko przy skoordynowanej pracy układów pomocniczych, do których należą:

• układ zapłonowy, który odpowiada za zapłon palnej mieszanki w cylindrach;
• układ dolotowy, który dostarcza powietrze w celu utworzenia mieszaniny roboczej;
• układ paliwowy zapewniający ciągłe zasilanie paliwem i mieszanką paliwa z powietrzem;
• system smarowania przeznaczony do smarowania części trących i usuwania produktów zużycia;
• układ wydechowy, który usuwa spaliny z cylindrów silnika spalinowego i zmniejsza ich toksyczność;
• układ chłodzenia wymagany do utrzymania optymalnej temperatury do pracy jednostki napędowej.

Cykl pracy silnika

Jak wspomniano powyżej, cykl składa się z czterech taktów. Podczas pierwszego suwu krzywka wałka rozrządu popycha zawór wlotowy, otwierając go, tłok zaczyna poruszać się z najwyższego położenia w dół. W tym przypadku w cylindrze powstaje podciśnienie, dzięki któremu do cylindra dostaje się gotowa mieszanka robocza, czyli powietrze, jeśli silnik spalinowy jest wyposażony w układ bezpośredniego wtrysku paliwa (w tym przypadku paliwo jest zmieszane z powietrzem bezpośrednio w komorze spalania).

Tłok poprzez korbowód przenosi ruch na wał korbowy, obracając go o 180 stopni, zanim osiągnie najniższe położenie.

Podczas drugiego suwu - sprężania - zawór (lub zawory) dolotowy zamyka się, tłok odwraca kierunek ruchu, sprężając i podgrzewając mieszankę roboczą lub powietrze. Pod koniec cyklu, układ zapłonowy doprowadza do świecy zapłonowej wyładowanie elektryczne i powstaje iskra, która zapala sprężoną mieszankę paliwowo-powietrzną.

Zasada zapłonu paliwa w dieslowskim silniku spalinowym jest inna: pod koniec suwu sprężania drobno rozpylony olej napędowy jest wtryskiwany do komory spalania przez dyszę, gdzie miesza się z ogrzanym powietrzem, a powstała mieszanina zapala się samoczynnie. Należy zauważyć, że z tego powodu stopień sprężania oleju napędowego jest znacznie wyższy.

W międzyczasie wał korbowy obrócił się o kolejne 180 stopni, wykonując jeden pełny obrót.

Trzeci cykl nazywa się skokiem roboczym. Gazy powstałe podczas spalania paliwa, rozprężając się, popychają tłok do najniższego położenia. Tłok przenosi energię na wał korbowy przez korbowód i obraca go o kolejne pół obrotu.

Po dojściu do dolnego martwego punktu rozpoczyna się ostatni pasek - zwolnienie. Na początku tego skoku krzywka wałka rozrządu popycha i otwiera zawór wydechowy, tłok porusza się w górę i wyrzuca spaliny z cylindra.

ICE zainstalowane w nowoczesnych samochodach mają nie jeden cylinder, ale kilka. W celu równomiernej pracy silnika w tym samym momencie w różnych cylindrach wykonywane są różne suwy, a co pół obrotu wału korbowego co najmniej w jednym cylindrze następuje suw roboczy (z wyjątkiem 2- i 3-cylindrowych). Motoryzacja). Dzięki temu można pozbyć się zbędnych drgań, równoważąc siły działające na wał korbowy i zapewniając płynną pracę silnika spalinowego. Czopy korbowodu są umieszczone na wale pod równymi kątami względem siebie.

Ze względu na kompaktowość, silniki wielocylindrowe nie są rzędowe, ale w kształcie litery V lub przeciwstawne (wizytówka Subaru). Oszczędza to dużo miejsca pod maską.

Silniki dwusuwowe

Oprócz czterosuwowych tłokowych silników spalinowych istnieją silniki dwusuwowe. Zasada ich działania różni się nieco od opisanej powyżej. Urządzenie takiego silnika jest prostsze. Cylinder posiada do okna - wlot i wylot, znajdujące się powyżej. Tłok, będąc w BDC, zamyka okno wlotowe, a następnie poruszając się w górę, zamyka wylot i ściska mieszankę roboczą. Po osiągnięciu TDC na świecy tworzy się iskra i zapala mieszankę. W tym czasie okno wlotowe okazuje się być otwarte, a przez nie kolejna dawka mieszanki paliwowo-powietrznej wchodzi do komory korbowej.

Podczas drugiego suwu, poruszając się w dół pod wpływem gazów, tłok otwiera otwór wydechowy, przez który spaliny są wydmuchiwane z cylindra wraz z nową porcją mieszaniny roboczej, która dostaje się do cylindra przez kanał przedmuchowy. Jednocześnie częściowo mieszanina robocza trafia również do okna wydechowego, co tłumaczy obżarstwo dwusuwowego silnika spalinowego.

Ta zasada działania pozwala osiągnąć większą moc silnika przy mniejszej pojemności skokowej, ale trzeba za to zapłacić przy dużym zużyciu paliwa. Zaletami takich silników są bardziej równomierne działanie, prostsza konstrukcja, niska waga i duża gęstość mocy. Wśród mankamentów wymienić należy brudniejszy wydech, brak układów smarowania i chłodzenia, co grozi przegrzaniem i awarią urządzenia.

Dla prawdziwego miłośnika motoryzacji samochód to nie tylko środek transportu, ale także instrument wolności. Z pomocą samochodu dotrzesz do dowolnego miejsca w mieście, kraju lub na kontynencie. Ale dla prawdziwego podróżnika posiadanie licencji nie wystarczy. W końcu wciąż jest wiele miejsc, w których telefon nie łapie, a ewakuatorzy nie mogą dosięgnąć. W takich przypadkach, w przypadku awarii, cała odpowiedzialność spada na barki kierowcy.

Dlatego każdy kierowca powinien przynajmniej trochę zrozumieć konstrukcję swojego samochodu i należy zacząć od silnika. Oczywiście współczesne firmy samochodowe produkują wiele samochodów z różnymi typami silników, ale najczęściej producenci wykorzystują w swoich konstrukcjach silniki spalinowe. Charakteryzują się wysoką wydajnością, a jednocześnie zapewniają wysoką niezawodność całego systemu.

Uwaga! W większości artykułów naukowych silniki spalinowe są określane skrótem jako silniki spalinowe.

Jakie są silniki spalinowe?

Zanim przejdziemy do szczegółowych badań silników spalinowych i ich zasady działania, zastanówmy się, czym są silniki spalinowe. Jest jeden ważny punkt do zrobienia od razu. W ciągu 100 lat ewolucji naukowcy wymyślili wiele rodzajów projektów, z których każdy ma swoje zalety. Dlatego na początek podkreślmy główne kryteria, według których można wyróżnić te mechanizmy:

1. W zależności od metody tworzenia mieszanki palnej wszystkie silniki spalinowe dzielą się na gaźnikowe, gazowe i wtryskowe. Ponadto jest to klasa z zewnętrznym tworzeniem mieszanki. Jeśli mówimy o wewnętrznym, to - są to diesle.
2. W zależności od rodzaju paliwa silnik spalinowy można podzielić na benzynę, gaz i olej napędowy.
3. Chłodzenie urządzenia silnika może być dwojakiego rodzaju: ciecz i powietrze.
4. Cylindry może znajdować się zarówno naprzeciw siebie, jak i w kształcie litery V.
5. Mieszanka wewnątrz cylindrów może zapalić się od iskry. Dzieje się tak w silnikach spalinowych z gaźnikiem i wtryskiem lub w wyniku samozapłonu.

W większości magazynów motoryzacyjnych i wśród profesjonalnego eksportu samochodów zwyczajowo dzieli się silniki spalinowe na następujące typy:

1. Silnik gazowy. To urządzenie jest zasilane benzyną. Zapłon odbywa się na siłę za pomocą iskry generowanej przez świecę. Za dawkowanie mieszanki paliwowo-powietrznej odpowiadają układy gaźnika i wtrysku. Zapłon następuje po ściśnięciu.
2. Diesel ... Silniki z tego typu urządzeniem pracują na spalaniu oleju napędowego. Główna różnica w porównaniu z jednostkami benzynowymi polega na tym, że paliwo eksploduje z powodu wzrostu temperatury powietrza. To ostatnie staje się możliwe dzięki wzrostowi ciśnienia wewnątrz cylindra.
3. Instalacje gazowe działają na propan-butan. Zapłon jest wymuszony. Do butli dostarczany jest gaz z powietrzem. W przeciwnym razie urządzenie takiego silnika spalinowego jest podobne do silnika benzynowego.

To właśnie ta klasyfikacja jest używana najczęściej, wskazując na specyficzne cechy systemu.

Urządzenie i zasada działania

Urządzenie z silnikiem spalinowym

Najlepiej rozważyć urządzenie ICE na przykładzie silnika jednocylindrowego. Główną częścią mechanizmu jest cylinder. Zawiera tłok poruszający się w górę iw dół. Jednocześnie istnieją dwa punkty kontrolne jego ruchu: górny i dolny. W literaturze fachowej określa się je jako BMT i BMT. Dekodowanie jest następujące: górne i dolne martwe punkty.

Uwaga! Tłok jest również połączony z wałem. Korbowód to korbowód.

Głównym zadaniem korbowodu jest zamiana energii, która powstaje w wyniku ruchu tłoka w górę iw dół, na ruch obrotowy. Rezultatem tej transformacji jest ruch samochodu w wybranym przez Ciebie kierunku. Za to odpowiada urządzenie ICE. Nie zapomnij również o sieci pokładowej, której działanie staje się możliwe dzięki energii generowanej przez silnik.

Koło zamachowe jest przymocowane do końca wału ICE. Zapewnia stabilny obrót wału korbowego. Zawory ssące i wydechowe znajdują się w górnej części cylindra, który z kolei jest osłonięty specjalną głowicą.

Uwaga! Zawory otwierają i zamykają odpowiednie kanały we właściwym czasie.

Aby otworzyć zawory silnika spalinowego, działają na nie krzywki wałka rozrządu. Dzieje się to za pośrednictwem części transmisyjnych. Sam wał napędzany jest przez koła zębate wału korbowego.

Uwaga! Tłok porusza się swobodnie wewnątrz cylindra, zamarzając na chwilę w górnym martwym punkcie, a następnie w dolnym.

Aby urządzenie ICE mogło normalnie funkcjonować, mieszanka palna musi być dostarczona w precyzyjnie dobranej proporcji. W przeciwnym razie pożar może nie wystąpić. Ogromną rolę odgrywa również moment, w którym następuje serw.

Olej jest niezbędny, aby zapobiec przedwczesnemu zużyciu części w urządzeniu ICE. Ogólnie całe urządzenie silnika spalinowego składa się z następujących podstawowych elementów:

• Świece zapłonowe,
• zawory,
• tłoki,
• pierścienie tłokowe,
• pręty,
• wał korbowy,
• korbowód.

Współdziałanie tych elementów systemu pozwala urządzeniu ICE generować energię potrzebną do poruszania się auta.

Zasada działania

Zastanówmy się, jak działa czterosuwowy silnik spalinowy. Aby zrozumieć, jak to działa, musisz znać znaczenie taktu. Jest to pewien okres czasu, w którym czynność niezbędna do działania urządzenia odbywa się wewnątrz cylindra. Może się kurczyć lub palić.

Uderzenia ICE tworzą cykl roboczy, który z kolei zapewnia działanie całego systemu. Podczas tego cyklu energia cieplna zamieniana jest na energię mechaniczną. Z tego powodu występuje ruch wału korbowego.

Uwaga! Cykl roboczy uważa się za zakończony po wykonaniu jednego obrotu wału korbowego. Ale to stwierdzenie działa tylko w przypadku silnika dwusuwowego.

Jest tu jedno ważne wyjaśnienie. W dzisiejszych czasach samochody wykorzystują głównie urządzenie z silnikiem czterosuwowym. Takie systemy są bardziej niezawodne i wydajniejsze.

Aby ukończyć cykl czterosuwowy, wymagane są dwa obroty wału korbowego. Są to cztery ruchy tłoka w górę iw dół. Każdy pasek wykonuje akcje w dokładnej kolejności:

• wlot,
• kompresja,
• przedłużenie,
• uwolnienie.

Przedostatni skok nazywany jest również skokiem roboczym. Wiesz już o górnym i dolnym martwym punkcie. Ale odległość między nimi wskazuje na inny ważny parametr. Mianowicie objętość silnika spalinowego. Może wynosić średnio od 1,5 do 2,5 litra. Wskaźnik jest mierzony przez dodanie danych każdego cylindra.

Podczas pierwszego półobrotu tłok z TDC przesuwa się do BDC. W takim przypadku zawór wlotowy pozostaje otwarty, z kolei zawór wylotowy jest szczelnie zamknięty. W wyniku tego procesu w cylindrze powstaje próżnia.

Do gazociągu silnika spalinowego dostaje się palna mieszanina benzyny i powietrza. Tam miesza się z gazami odlotowymi. W rezultacie powstaje idealna substancja do zapłonu, która poddaje się kompresji w drugim akcie.

Kompresja następuje, gdy cylinder jest całkowicie wypełniony mieszaniną roboczą. Wał korbowy kontynuuje swój obrót, a tłok przesuwa się od dolnego do górnego martwego punktu.

Uwaga! Wraz ze spadkiem objętości wzrasta temperatura mieszanki wewnątrz cylindra silnika spalinowego.

Ekspansja następuje w trzecim takcie. Kiedy kompresja dochodzi do logicznego końca, świeca wytwarza iskrę i następuje zapłon. W silniku wysokoprężnym sprawy działają trochę inaczej.

Po pierwsze, zamiast świecy montowana jest specjalna dysza, która wtryskuje paliwo do układu przy trzecim skoku. Po drugie, do cylindra pompowane jest powietrze, a nie mieszanina gazów.

Zasada działania silnika spalinowego Diesla jest interesująca, ponieważ paliwo w nim zapala się samo. Dzieje się tak z powodu wzrostu temperatury powietrza wewnątrz cylindra. Podobny wynik uzyskuje się dzięki kompresji, w wyniku której wzrasta ciśnienie i wzrasta temperatura.

Kiedy paliwo dostaje się do cylindra silnika spalinowego przez wtryskiwacz, temperatura wewnątrz jest tak wysoka, że ​​samo się zapala. Przy stosowaniu benzyny tego wyniku nie można osiągnąć. Dzieje się tak, ponieważ zapala się w znacznie wyższej temperaturze.

Uwaga! W procesie ruchu tłoka od mikrowybuchu, który miał miejsce wewnątrz, część silnika spalinowego wykonuje szarpnięcie do tyłu, a wał korbowy obraca się.

Ostatni suw czterosuwowego silnika spalinowego nazywa się wlotem. Odbywa się w czwartym półobrocie. Jego zasada działania jest dość prosta. Zawór wydechowy otwiera się i wszystkie produkty spalania wchodzą do niego, skąd wchodzą do przewodu spalin.

Przed wejściem do atmosfery spaliny z zwykle przechodzą przez system filtrów. Minimalizuje to szkody dla środowiska. Niemniej jednak konstrukcja silników wysokoprężnych jest nadal znacznie bardziej przyjazna dla środowiska niż benzynowych.

Urządzenia pozwalające na zwiększenie wydajności silnika spalinowego

Od czasu wynalezienia pierwszego silnika spalinowego system jest stale ulepszany. Jeśli przypomnisz sobie pierwsze silniki samochodów seryjnych, mogą one przyspieszyć do maksymalnie 50 mil na godzinę. Nowoczesne supersamochody z łatwością pokonują granicę 390 km. Naukowcom udało się osiągnąć takie wyniki dzięki integracji dodatkowych systemów z urządzeniem silnika i pewnym zmianom konstrukcyjnym.

Duży wzrost mocy w pewnym momencie dał mechanizm zaworowy wprowadzony do silnika spalinowego. Kolejnym krokiem ewolucyjnym było umieszczenie wałka rozrządu na szczycie konstrukcji. Zmniejszyło to liczbę ruchomych części i zwiększyło wydajność.

Nie można również odmówić przydatności nowoczesnego układu zapłonowego ICE. Zapewnia najwyższą możliwą stabilność. Najpierw generowany jest ładunek, który podawany jest do dystrybutora, a z niego do jednej ze świec.

Uwaga! Oczywiście nie możemy zapomnieć o układzie chłodzenia, na który składa się chłodnica i pompa. Dzięki temu można zapobiec w porę przegrzaniu urządzenia ICE.

Wyniki

Jak widać, budowa silnika spalinowego nie jest szczególnie trudna. Aby to zrozumieć, nie potrzebujesz specjalnej wiedzy - wystarczy zwykłe pragnienie. Niemniej jednak znajomość zasad działania ICE na pewno nie będzie dla każdego kierowcy zbyteczna.

Silnik spalinowy to silnik cieplny, w którym część energii chemicznej paliwa do spalania jest zamieniana na energię mechaniczną. Istotnym podziałem silników na kategorie jest podział według cyklu pracy na 2 i 4 suw; zgodnie z metodą przygotowania mieszanki palnej - z zewnętrznym (w szczególności gaźnikiem) i wewnętrznym (na przykład silnikami Diesla) tworzeniem mieszanki; W zależności od typu konwertera energii silniki spalinowe dzielą się na tłokowe, turbinowe, odrzutowe i kombinowane.

Sprawność silnika spalinowego wynosi 0,4-0,5. Pierwszy silnik spalinowy został zaprojektowany przez E. Lenoira w 1860 roku. W tym artykule rozważymy najczęściej używany czterosuwowy silnik spalinowy w przemyśle motoryzacyjnym.

Silnik czterosuwowy został po raz pierwszy wprowadzony przez Nikolausa Otto w 1876 roku i dlatego nazywany jest również silnikiem cyklu Otto. Bardziej piśmienna nazwa takiego cyklu to cykl czterosuwowy. Jest to obecnie najpopularniejszy typ silnika do samochodów.

Zasada działania silnika spalinowego (ICE)

Tak więc cykl silnika dzieli się na następujące etapy:

• Skok dolotowy.
• Cykl kompresji.
• Skok rozprężny lub skok roboczy.
• Cykl wydania.

Siła z poruszającego się tłoka cylindra przez wał korbowy zamieniana jest na ruch obrotowy wału silnika. Część energii obrotowej jest zużywana na przywrócenie tłoków do ich pierwotnego stanu, aby zakończyć nowy cykl. Konstrukcja wału determinuje różne pozycje tłoków w różnych cylindrach w danym momencie. Zatem im więcej cylindrów w silniku, tym ogólnie rzecz biorąc, tym bardziej równomierny jest obrót jego wału.

Zgodnie z rozmieszczeniem cylindrów silniki dzielą się na kilka typów:

a) Silniki z pionowym lub nachylonym układem cylindrów w jednym rzędzie

B) w kształcie litery V z wzajemnym ułożeniem cylindrów pod kątem w postaci litery łacińskiej V:

D) Silniki z przeciwstawnymi cylindrami. Nazywa się to „przeciwnym”, cylindry w nim znajdują się pod kątem 180 stopni:

Mechanizm dystrybucji gazu w silniku przy suwie wydechu oczyszcza cylindry z produktów spalania (spaliny) i napełnia cylindry nową porcją mieszanki paliwowo-powietrznej przy suwie ssania.

Układ zapłonowy wytwarza wyładowanie wysokonapięciowe i przekazuje je do wtyczki cylindra przez przewód wysokiego napięcia. Zapłon sterowany jest rozdzielaczem, z którego przewody wychodzą do każdej świecy. Rozdzielacz zaprojektowano w taki sposób, aby rozładowanie następowało dokładnie w cylindrze, w którym tłok aktualnie przechodzi przez punkt największego sprężenia mieszanki paliwowej. Jeśli mieszanina zapali się wcześniej, to ciśnienie gazu będzie działać wbrew swojemu przebiegowi, jeśli później – moc uwolniona przez rozprężenie gazów nie zostanie w pełni wykorzystana.

Aby uruchomić silnik, należy nadać mu wstępny ruch. W tym celu stosuje się system startowy (patrz artykuł „jak działa rozrusznik”) z silnika elektrycznego - rozrusznika.

Zalety silników benzynowych

• Niższy poziom hałasu i wibracji w porównaniu z olejem napędowym;
• Większa moc przy tej samej objętości silnika;
• Możliwość pracy przy dużych prędkościach, bez poważnych konsekwencji dla silnika.

Wady silników benzynowych

• Wyższe zużycie paliwa niż silnik wysokoprężny i wyższe wymagania dotyczące jego jakości;
• Konieczność obecności i ciągłej pracy układu zapłonowego paliwa;
• Największą moc benzynowych silników spalinowych osiąga się w wąskim zakresie prędkości.