Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.

Любая машина, преобразующая, всякий вид энергии в механическую работу, называется двигателем. В зависимости от того, где происходит первый процесс, т.е. получение тепла за счет сгорания топлива, тепловые двигатели делятся на два типа:

  • Двигатели внешнего сгорания;
  • Двигатели внутреннего сгорания;

Двигатели внешнего сгорания

Тепловые двигатели внешнего сгорания — в которых сгорание топлива происходит вне двигателя. Эти двигатели включают паровой двигатель, паровую турбину и двигатель Стирлинга.

Цикл Карно

Теоретически наиболее важным циклическим процессом является цикл Карно. Такой цикл выполняет идеальный газ, заключенный в поршневой цилиндр. Контакт осуществляется последовательно между цилиндром и двумя источниками тепла — один с температурой T1 (нагреватель), а другой с температурой T2 <T1 (охладитель). Источники обладают такой большой теплоемкостью, что их температура не меняется в процессе теплообмена.

 
Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.

В исходном состоянии 1 (см. Рисунок) газ контактирует с нагревателем и имеет температуру T1. Получает тепло от нагревателя Q1 изотермически расширяется, при этом совершает работу, и достигает состояния (2) с той же температурой T1. Тогда контакт с ТЭНом нарушается. Газ термоизолирован. Продолжая уже адиабатически расширяться, он выполняет работу, понижая свою температуру до Т2 — температуры кулера. Достигнув этой температуры в состоянии (3), газ входит в контакт с охладителем, которому он передает количество тепла Q2. Находясь в контакте с охладителем, газ изотермически сжимается, над ним совершается работа и он достигает состояния (4). Теперь контакт с охладителем прерывается, и газ снова термоизолирован. В процессе работы с газом он повышает свою температуру до T1, достигая исходного состояния.

Двухтактные двигатели

В двухтактных двигателях рабочий цикл выполняется для двух тактов или для двух тактов поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала. Чтобы цилиндр лучше очищался от продуктов сгорания и заправлялся свежим рабочим веществом, его необходимо предварительно конденсировать до определенного давления в специальном агрегате (компрессоре) или в картере.

Фактический цикл двухтактных двигателей выполняется следующим образом.

Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.


Первый такт.

Этот ход выполняется, когда поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку. За это время в цилиндре сгорает топливо и продукты сгорания расширяются, т.е. осуществляется рабочий ход поршня. В конце расширения открываются выхлопные отверстия и газы начинают беспрепятственно выходить из цилиндра. Затем, когда давление в цилиндре станет примерно равным давлению свежей рабочей смеси, продувочные отверстия открываются. Свежее рабочее вещество, попадая в цилиндр через продувочные отверстия, выталкивает продукты сгорания через выхлопные отверстия и заполняет цилиндр.

Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.

Таким образом, при первом такте в цилиндре происходят процессы: сгорание, расширение, выхлоп, продувка и заполнение цилиндра свежим рабочим телом.

Второй такт.

Этот ход выполняется, когда поршень перемещается из нижнюю мертвую точку в верхней мертвой точки. В это время продолжается процесс очистки цилиндра от продуктов сгорания и заполнения его свежей рабочей смесью. После закрытия газообменных отверстий происходит процесс сжатия рабочего вещества. По окончании сжатия до верхней мертвой точки в цилиндр подается топливо (в дизельных двигателях) или искра (в карбюраторных двигателях).

Понятно, что при втором такте (когда поршень к верхней мертвой точки) в цилиндре происходят процессы: подача топлива, продувка, наполнение, сжатие и начало горения.

Четырехтактные двигатели

Фактические циклы четырехтактных двигателей выполняются при четырех тактах или четырех тактах поршня.

Первый такт

Процесс всасывания или наполнения. Этот процесс происходит, когда поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку. Когда давление остаточного газа в цилиндре значительно падает, свежая рабочая жидкость поступает через впускной клапан, который открывается с помощью газораспределительного механизма. Из-за сопротивления системы наполнения давление рабочего вещества в баллоне в процессе наполнения меньше атмосферного.

Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.

Для обеспечения максимального заполнения цилиндра свежим рабочим веществом всасывающий клапан открывается на 10-40 градусов до верхней мертвой точки, т.е. при обгоне, а закрывается от 20 до 70 градусов после нижней мертвой точки, т.е. С опозданием.

Второй такт

Процесс сжатия. Сжатие рабочей смеси происходит при движении поршня от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки после закрытия всасывающего клапана. По мере уменьшения поршневого пространства увеличивается давление и температура рабочей смеси, в результате чего создаются благоприятные условия для воспламенения и сгорания топлива в конце сжатия. Для этого начало подачи топлива (в дизелях) или искры (в карбюраторных двигателях) должно начинаться до верхней мертвой точки, т.е. при определенном угле обгона — от 10 до 35 градусов.

Таким образом, во время второго такта происходит сильное сжатие рабочего тела в цилиндре. Кроме того, в начале такта свежая рабочая жидкость продолжает поступать в цилиндр, а в конце этого же такта начинается процесс сгорания.

Третий такт

Это процесс горения и расширения. Этот процесс происходит, когда поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю. В результате выделяемого при сгорании топлива тепла температура и давление рабочей смеси значительно повышаются. Под действием высокого давления поршень движется к ВМТ, и продукты сгорания расширяются, в результате чего совершается полезная работа. Вот почему этот ход поршня называется ходом.

Четвертый такт

Процесс выпуска. Во время этого хода поршень перемещается из ВМТ в НМТ, выталкивая газы из цилиндра двигателя через выпускной клапан. Для уменьшения работы по вытеснению газов, а также для улучшения очистки цилиндра выпускной клапан открывается примерно на 40-70 градусов перед НМТ. Для улучшения очистки баллона от газов тот же клапан закрывается от 10 до 35 градусов после НМТ.

Четырехтактный двигатель Отто, бензиновые двигатели

Исторически первым двигателем внутреннего сгорания был двигатель, разработанный немецким инженером Отто в 1876 году. Его двигатель использует бензин в качестве топлива. КПД двигателя около 25%. Он называется четырехтактным, потому что его оборот занимает четыре цикла — четыре такта. Ниже мы более подробно познакомимся с принципом работы четырехтактного двигателя.

Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.

Если заглянуть под капот современного автомобиля, то наверняка можно увидеть бензиновый двигатель немецкого инженера Отто. Этот двигатель состоит из нескольких цилиндров и поршня в каждом цилиндре. Поршни соединены общим коленчатым валом, который преобразует их возвратно-поступательное движение во вращательное. После каждых четырех ходов поршня термодинамические процессы в двигателе повторяются, поэтому двигатель Отто четырехтактный.

С принципом работы четырехтактных двигателей мы вас ознакомили выше! Бензиновые двигатели внутреннего сгорания компактны, имеют малую массу на единицу мощности и относительно высокий КПД (до 35%). К сожалению, они работают на дорогостоящем топливе и технически сложны в эксплуатации, их мощность невысока, а выхлопные газы загрязняют атмосферу.

Четырехтактный дизельный двигатель

Дизельный двигатель был построен через 25 лет после двигателя Отто его соотечественником Дизелем. Основное функциональное различие между двумя типами двигателей заключается в способе воспламенения топлива.

Большинство недостатков бензиновых двигателей устраняются в дизельных двигателях. Этот тип двигателя открыл немецкий инженер Дизель, как мы указали ранее. Дизельные двигатели проще бензиновых, имеют более высокий КПД (до 40%) и более мощные. Современная человеческая жизнь поистине немыслима без тепловых двигателей. Попробуем представить себе роль и значение тепловых двигателей для человечества.

Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.

Дизельные двигатели устанавливаются на тракторы, комбайны и другую сельскохозяйственную технику, без которых невозможно развитие современного сельского хозяйства.

До середины ХХ века основным двигателем железнодорожного транспорта был паровой двигатель. Сегодня на смену паровозам приходят мощные тепловозы.

Двигатель Ванкеля

В 1954 году Феликс Ванкель обнаружил этот эффект при вращении треугольного ротора. В треугольном поршне, имеющем восьмиугольную (эпитрохоидную) форму, имеет место четырехтактный рабочий процесс. По этой причине в том же году был разработан роторно-поршневой двигатель, который 1 февраля 1957 года в ходе стендовых испытаний после решения ряда проблем подтвердил свою жизнеспособность. В первом варианте реализации картер, имеющий внутреннее отверстие восьмиугольной формы, эксцентрично вращается вокруг своей оси поршня, благодаря чему отдельные камеры между краями ротора и формой внутреннего пространства непрерывно изменяют свой объем. Поскольку технологически фиксированный картер более выгоден, современная версия создается за счет конструктивного изменения двигателя с вращающимся поршнем. Принцип остался прежним, но теперь вращающийся поршень вращается в неподвижном картере и помимо своей собственной оси он вращается эксцентрично вокруг геометрической оси эпитрохоидного картера. Это дополнительное эксцентрическое круговое движение к ротору дает двигателю новое название — роторно-поршневой двигатель. Однако эти два двигателя, старый роторный двигатель с вращающимся картером и новый роторно-поршневой двигатель, включены в более широкую концепцию роторных двигателей. Роторно-поршневой двигатель — это настоящий четырехтактный двигатель с четырьмя тактами: впуском, сжатием, сгоранием и выпуском. Однако, в отличие от поршневого двигателя, три таких хода выполняются одновременно.

Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.

Как видно на фото, исчезли возвратно-поступательные массы кривошипно-шатунного механизма, а также технически сложные части ГРМ: распредвал, клапаны, толкатели, подъемные штанги, коромысла, пружины клапанов и механизм привода распределительного вала. Следовательно, роторно-поршневой двигатель значительно легче и меньше поршневого двигателя той же мощности. Возвратно-поступательно движущиеся поршни устранены, и, таким образом, проблема решена сама собой. Что касается качества топлива и октанового числа, беспокойства также меньше, поскольку двигатель не имеет никаких «тепловых гнезд», таких как горячие выпускные клапаны поршневого двигателя, которые могут вызвать детонацию в двигателе из-за преждевременного зажигания двигателя.


Первый такт

первая камера двигателя увеличена и всасывает топливно-воздушную смесь.

Второй такт

та же камера, вращая поршень, теперь выталкивает всасываемую смесь в топливное пространство. Из-за эксцентрического движения поршня камера уменьшается в объеме и, таким образом, сжимает смесь.

Третий такт

Искра от свечи воспламеняет сжатую смесь. Сила выхлопных газов толкает поршень дальше по кругу, что соответствует рабочему ходу.

Четвертый такт

Наконец, поршень своим краем открывает выхлопное окно (вырез) выхлопного канала и выталкивает выхлопные газы через выхлопную систему наружу.

Как и в случае с поршневым двигателем, максимальный рабочий объем (рабочий объем) является важным эталонным значением. Это самый большой объем камеры сгорания в роторно-поршневом двигателе. Однокамерные роторно-поршневые двигатели достигли объема топливной камеры около 500 куб. см. Были также разработаны так называемые многокамерные двигатели, также известные как многодисковые.

Интересно

Если однокамерный соотв. однодисковый двигатель обладает динамическими качествами почти шестицилиндрового двигателя, дисковый двигатель соответствует восьмицилиндровому, а удвоенный объем камеры по 500 см3 дает 120 лошадиных сил — это достойное достижение.

Также на нашем сайте вы можете ознакомиться с материалами:

КАК ПРОВЕРИТЬ ДВИГАТЕЛЬ ПРИ ПОКУПКЕ ПОДЕРЖАННОГО АВТОМОБИЛЯ?

УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ОППОЗИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ: ТИПЫ, УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

10 САМЫХ НЕОБЫЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ИСТОРИИ

ПОЧЕМУ ДВИГАТЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ ТРОИТ. ПРИЧИНЫ

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Главная » Статьи » Двигатель. Что такое двигатель? Все типы двигателей.

Добавить комментарий