Подробное руководство по принципу работы и механизмам поршневого двигателя 2021

Поршневой двигатель — один из самых распространенных и важных типов двигателей, используемых в автомобилях, мотоциклах и других транспортных средствах. Он является источником силы, который преобразует химическую энергию горючего в механическую работу.

Основными компонентами поршневого двигателя являются цилиндры, поршни, шатуны, клапаны и коленвалы. Когда смесь топлива и воздуха воспламеняется в цилиндре, поршень движется вниз, преобразуя энергию горения в механическую силу. Шатун соединяет поршень с коленчатым валом, который преобразует линейное движение поршня во вращательное движение.

У поршневых двигателей есть два основных типа: двигатели внутреннего сгорания и двигатели внешнего сгорания. В основе работы двигателя внутреннего сгорания лежит внутреннее горение смеси топлива и воздуха, которое происходит внутри цилиндра. В двигателе внешнего сгорания горячие газы перекачиваются извне в цилиндр.

В последние годы поршневые двигатели стали все более эффективными и экологически чистыми. Двигатели с прямым впрыском, электронным управлением и другие инновационные технологии позволяют улучшить топливную экономичность и снизить выбросы вредных веществ.

Принцип работы поршневого двигателя

Основой работы поршневого двигателя является цикл четырех тактов:

В результате полного цикла тактов происходит преобразование тепловой энергии в механическую энергию, которая передается через коленчатый вал, систему передачи и приводится в действие различные механизмы, такие как управление колесами автомобиля.

Основные компоненты двигателя

Поршневой двигатель состоит из нескольких основных компонентов, каждый из которых выполняет свою роль в процессе работы двигателя.

Основными компонентами двигателя являются:

1. Цилиндр — это основная рабочая часть двигателя, в которой происходит сгорание топлива и создание энергии. Цилиндр имеет цилиндрическую форму и закрыт снизу поршнем.

2. Поршень — это подвижный элемент, который находится внутри цилиндра и служит для создания сжатия топливовоздушной смеси и передачи энергии от сгорания на коленчатый вал.

3. Коленчатый вал — это основной рабочий элемент двигателя, на котором закреплены поршни и который преобразует прямолинейное движение поршней во вращательное движение.

4. Головка блока цилиндров — это верхняя часть двигателя, которая закрывает верхние отверстия цилиндров и в которой расположены клапаны и свечи зажигания. Она обеспечивает герметичность рабочей камеры и правильное функционирование клапанов.

5. Клапаны — это устройства, расположенные в головке блока цилиндров, которые открываются и закрываются для контроля поступления топливовоздушной смеси и выхлопных газов в цилиндры.

6. Система смазки — это система, которая обеспечивает смазку и охлаждение двигателя для снижения износа и повышения его эффективности.

7. Система охлаждения — это система, которая поддерживает оптимальную температуру двигателя, предотвращая перегрев и повреждение его компонентов.

8. Система выпуска — это система, которая отводит отработавшие газы из цилиндров и улучшает процесс сгорания.

Каждый из этих компонентов важен для правильного функционирования поршневого двигателя и их совместная работа позволяет преобразовывать химическую энергию топлива в механическую энергию движения.

Интейк и сжатие воздуха

Процесс интейка начинается с открытия впускного клапана, который позволяет воздуху войти во впускной коллектор. Впускной коллектор представляет собой систему каналов, через которые воздух направляется к каждому цилиндру двигателя. Некоторые двигатели могут быть оснащены воздушными фильтрами, которые очищают воздух от пыли и грязи перед его входом в двигатель.

После прохождения впускного клапана и впускного коллектора, воздух попадает в цилиндр двигателя. В этот момент включается компонент двигателя, называемый поршень. Поршень двигается вниз, создавая поддавливающий эффект, который притягивает воздух в цилиндр.

Сжатие воздуха — следующая фаза работы поршневого двигателя, которая происходит после выполнения процесса интейка. После того, как поршень достигает самой нижней точки хода, он начинает двигаться вверх, закрывая впускной клапан и создавая давление внутри цилиндра.

Воздух сжимается, когда поршень двигается вверх, что приводит к увеличению давления. Давление воздуха в цилиндре становится достаточно высоким для дальнейшего использования в процессе сгорания топлива. Именно сжатие воздуха является основой для работы поршневого двигателя, так как оно позволяет создать условия для смешивания топлива с воздухом и последующего сгорания в процессе работы двигателя.

Рабочий цикл двигателя

1. Впускной такт: Во время впускного такта клапаны выпускают отработавшие газы, а затем открываются впускные клапаны, чтобы впустить свежий топливный воздушный смесь. Поршень двигается от ВМТ (верхняя мертвая точка) к НМТ (нижняя мертвая точка).
2. Сжатие: Во время сжатия клапаны закрываются, и поршень двигается от НМТ к ВМТ. В этот момент топливо-воздушная смесь сжимается, что приводит к увеличению ее плотности и давления.
3. Рабочий такт: В рабочем такте зажигание поджигает топливо-воздушную смесь, и происходит взрыв смеси. Поршень двигается от ВМТ к НМТ под воздействием силы взрыва и приводит в движение коленчатый вал.
4. Выпускной такт: Во время выпускного такта клапаны выпускного тракта открываются, и отработавшие продукты сгорания покидают камеру сгорания. Поршень двигается от НМТ к ВМТ. Затем всё повторяется снова.

Рабочий цикл поршневого двигателя должен быть точно синхронизирован с коленчатым валом и другими механизмами двигателя для достижения максимальной эффективности и мощности.

Подача и воспламенение топлива

Топливо в поршневом двигателе подается из топливной системы, которая обеспечивает правильную дозировку и смесь топлива с воздухом. Система впрыска топлива включает в себя топливный насос, форсунки и регулятор давления, чтобы обеспечить хорошую атомизацию топлива и его равномерное распределение по цилиндрам.

Топливный насос, обычно механический, двигается вместе с коленчатым валом двигателя и подает топливо из бака в топливную систему. Регулятор давления контролирует давление топлива в системе, чтобы поддерживать оптимальные условия для смешивания топлива с воздухом.

Форсунки отвечают за впрыск топлива в цилиндры двигателя. Они работают с высоким давлением, созданным топливным насосом, и впрыскивают мелкие капли топлива прямо в камеру сгорания. Количество впрыскиваемого топлива и его момент регулируются компьютером автомобиля (ЭБУ), основываясь на текущих условиях работы двигателя.

Воспламенение топлива осуществляется при помощи свечей зажигания. Каждый цилиндр двигателя имеет отдельную свечу зажигания, которая создает искру для воспламенения смеси топлива и воздуха. Свеча зажигания активируется в нужный момент цикла работы двигателя, создавая искру, которая воспламеняет смесь воздуха и топлива.

Оптимальный тайминг воспламенения осуществляется компьютером автомобиля (ЭБУ), который анализирует данные от различных датчиков и регулирует момент воспламенения для обеспечения эффективной работы двигателя.

Работа поршневого двигателя

Процесс работы поршневого двигателя начинается с впуска топливно-воздушной смеси в цилиндр. Топливо и воздух смешиваются в карбюраторе или впрыскиваются непосредственно в цилиндр при помощи форсунок. Затем происходит сжатие смеси в цилиндре при поднятом поршне. Когда поршень достигает верхней точки хода, происходит зажигание смеси.

Зажигание вызывает вспышку, которая в свою очередь приводит к быстрому расширению газов в цилиндре. Это создает высокое давление, которое приводит к тому, что поршень начинает двигаться вниз по цилиндру. Это движение поршня передается шатуну, который в свою очередь передает его на коленчатый вал.

Коленчатый вал — это основной механизм, который преобразует прямолинейное движение поршня во вращательное движение. Он также выполняет функцию балансировки двигателя и передачи механической энергии от двигателя к приводу.

Когда поршень достигает нижней точки хода, происходит выпуск отработавших газов из цилиндра. Этот процесс называется выпуском. После этого поршень снова движется вверх, выталкивая отработавшие газы из цилиндра. Этот процесс называется впуском.

В целом, поршневые двигатели широко используются в различных применениях, включая автомобили, мотоциклы, грузовики и даже самолеты. Они обеспечивают надежную и эффективную работу, хотя и имеют свои ограничения и недостатки.

Охлаждение и смазка двигателя

Одним из способов охлаждения двигателя является система охлаждения, которая состоит из радиатора, насоса, термостата и других компонентов. Охлаждающая жидкость циркулирует по двигателю, поглощает тепло и отводит его в радиатор, где происходит его отдача в окружающую среду.

Кроме системы охлаждения, важной частью работы двигателя является смазка. Внутри двигателя есть много движущихся деталей, которые трением между собой создают большое количество тепла. Для уменьшения трения и снижения износа деталей необходимо использовать масло.

Масло в двигателе выполняет несколько функций. Во-первых, оно смазывает детали двигателя, предотвращая их износ и повреждения. Во-вторых, масло охлаждает детали двигателя, отводя тепло от них. Кроме того, масло удаляет грязь и отложения, обеспечивая чистоту и надежность работы двигателя.

Для правильной работы двигателя необходимо регулярно проверять и поддерживать уровень охлаждающей жидкости и масла. Недостаток охлаждающей жидкости или масла может привести к перегреву двигателя или повреждению его деталей.