Поршневий двигун внутрішнього згоряння

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Чотиритактний цикл поршневого двигуна внутрішнього згоряння
Такти:
1. Засмоктування паливо-повітряної суміші
2. Стиснення
3. Робочий хід
4. Випуск відпрацьованих газів
Двотактний цикл поршневого двигуна
Такти:
1. При русі поршня вгору — стиснення паливо-повітряної суміші у поточному циклі та засмоктування суміші для наступного циклу у порожнину під поршнем
2. При русі поршня вниз — робочий хід, випуск та витіснення паливо-повітряної суміші з-під поршня в робочу порожнину циліндра

Поршневи́й двигу́н вну́трішнього згоря́ння або просто поршневи́й двигу́н — двигун внутрішнього згоряння, у якому теплова енергія газів, що розширюються і які утворились в результаті згоряння паливо-повітряної суміші у замкненому об'ємі, перетворюється у механічну роботу поступального руху поршня у циліндрі.

Загальна інформація[ред.ред. код]

Поступальний рух поршня поршневого двигуна зазвичай перетворюється в обертання колінчастого вала кривошипно-шатунним механізмом.

Поршневий двигун внутрішнього згоряння сьогодні є найпоширенішим тепловим двигуном. Він використовується для приводу засобів наземного, повітряного і водного транспорту, військової, сільськогосподарської та будівельної техніки, електрогенераторів, компресорів, водяних насосів, помп, моторизованого інструменту (бензорізок, газонокосарок, бензопил) та інших машин, як мобільних, так і стаціонарних, і виробляється у світі щорічно в кількості декількох десятків мільйонів одиниць.

Потужність поршневих двигунів внутрішнього згоряння може бути від декількох ват (двигуни авіа-, мото- та судномоделей) до 75 000 кВт у дизельних суднових двигунів.

Класифікації поршневих двигунів[ред.ред. код]

Рухомі елементи ДВЗ: вгорі — два розподільних вали і клапани, внизу — колінчастий вал, шатуни і поршні

За видом пального[ред.ред. код]

Як пальне у поршневих двигунах внутрішнього згоряння використовуються:

За кількістю тактів робочого циклу[ред.ред. код]

Повний цикл роботи двигуна складається з послідовності тактів — односпрямованих поступальних ходів поршня. Розрізняють двотактні та чотиритактні двигуни.

За кількістю та розташуванням циліндрів[ред.ред. код]

Кількість циліндрів у різних поршневих двигунах може становити від 1-го до 24-х. За розташуванням циліндрів поршневі двигуни бувають

За особливостями утворення паливо-повітряної суміші і методами її запалювання[ред.ред. код]

За способом утворення паливо-повітряної суміші поділяються на:

  • Двигуни і зовнішнім сумішоутворенням.

За конструктивним виконанням засобів для утворення паливо-повітряної сумі такі двигуни бувають[1]:

    • карбюраторними — паливо-повітряна суміш готується у карбюраторі та надходить впускними колекторами (патрубками) у циліндри двигуна;
    • інжекторними з моновпорскуванням (центральне впорскування або одноточкове впорскування) (англ. Single Point injection, Spi; нім. Ein Spritz) — одна форсунка на всі циліндри, розташована, зазвичай, на місці карбюратора (на впускному колекторі). Втратила актуальність через зростання екологічних вимог: починаючи з Євро-3 екологічний стандарт вимагає індивідуального дозування палива для кожного з циліндрів. Система моно вприскування відрізнялась простотою і високою надійністю, перш за все через те, що форсунка розташовується у порівняно комфортному місці у потоці холодного повітря;
    • інжекторними з розподіленим впорскуванням (багатоточкове впорскування) (англ. multi point injection, MPi) — кожний циліндр обслуговується окремою ізольованою форсункою у впускному колекторі поблизу впускного клапана.

За способом запалювання паливо-повітряної суміші такі двигуни поділяються на:

  • Двигуни із внутрішнім сумішоутворенням.

Двигуни із внутрішнім сумішоутворенням мають (як у теорії, так і на практиці) вищі ККД та крутний момент за рахунок вищого ступеня стиску. Такі двигуни, у свою чергу, поділяються на:

    • Дизельні двигуни, що працюють на дизельному пальному. У цих двигунах стисненню в циліндрах піддається лише повітря, при перебуванні поршня поблизу верхньої мертвої точки при такті стиску в камеру згоряння форсункою впорскується дизельне пальне, яке спалахує при контакті з повітрям, що нагрілося від стиснення до декількох сотень градусів Цельсія.
    • Калоризаторні двигуни, у яких займання паливо-повітряної суміші відбувається від гарячих частин двигуна, зазвичай — днища поршня або головки розжарення. Такі двигуни у минулому (перша половина XX ст.) використовувались у металургії для урухомлення вальцювальних станів та у сільськогосподарській техніці.
    • Бензинові двигуни з безпосереднім (прямим) впорскуванням, у яких пальне впорскується безпосередньо в циліндр, займання паливо-повітряної суміші відбувається від свічки запалювання.
  • Існують також двигуни із змішаним сумішоутворенням (газодизельні двигуни), що працюють на суміші природного газу з повітрям. Так як температура запалювання від стиску газо-повітряної суміші становить близько 700 °C (дизельне пальне займається при 320–380 °C), запалювання проводиться впорскуванням через форсунки невеликої кількості дизельного палива.

За видом термодинамічного циклу[ред.ред. код]

В рамках технічної термодинаміки робота поршневих двигунів внутрішнього згоряння у залежності від особливостей їх циклограм описується термодинамічними циклами Отто, Дизеля, Трінклера, Аткінсона або Міллера.

За способом охолодження[ред.ред. код]

Ефективний ККД поршневого ДВЗ не перевищує 60%. Решта теплової енергії розподіляється, в основному, між теплом відпрацьованих газів і нагріванням конструктивних частин двигуна. Оскільки остання частка є суттєвою, поршневі двигуни мають потребу у системі охолодження. Розрізняють наступні системи охолодження:

  • повітряні, що віддають надлишкове тепло у навколишнє повітря через ребристу зовнішню поверхню циліндрів; використовуються у двигунах порівняно невеликої потужності (десятки к.с.), або у потужніших авіаційних двигунах, що працюють у швидкому повітряному потоці;
  • рідинні, у яких охолоджувальна рідина (вода, олива або антифриз) пропускається через сорочку охолодження (канали у стінках блоку циліндрів), і далі надходить у радіатор охолодження, у якому теплоносій охолоджується зустрічним потоком повітря та/або потоком, що створюється вентилятором.

Механізми та системи поршневих двигунів внутрішнього згоряння[ред.ред. код]

До основних механізмів і систем поршневого двигуна належать:

Основні параметри поршневого двигуна[ред.ред. код]

З роботою поршневого двигуна внутрішньго сгоряння пов'язані наступні параметри.

  • Верхня мертва точка (ВМТ) — положення поршня при максимальному його віддаленні від осі колінчастого вала в момент коли поршень змінює напрямок руху.
  • Нижня мертва точка (НМТ) — положення поршня при мінімальному його віддаленні від осі колінчастого вала в момент коли поршень змінює напрямок руху.
  • Радіус кривошипа — відстань від осі корінної шийки колінчастого вала до осі його шатунної шийки.
  • Хід поршня — відстань між ВМТ та НМТ, що дорівнює подвоєному радіусу кривошипа колінчастого вала. Кожному ходу поршня відповідає повертання колінчастого вала на кут 180° (пів-оберта).
  • Такт — частина робочого циклу двигуна, що відбувається при русі поршня з одного крайнього положення в інше.
  • Об'єм камери згоряння — об'єм простору над поршнем, коли він перебуває у ВМТ.
  • Робочий об'єм циліндра — це об'єм простору, який звільняється при переміщені поршня з ВМТ до НМТ.
  • Повний об'єм циліндра — об'єм простору над поршнем при перебуванні його В НМТ. Повний об'єм циліндра дорівнює сумі робочого об'єму циліндра і об'єму камери згоряння.
  • Робочий об'єм двигуна для багатоциліндрових двигунів — це добуток робочого об'єму на кількість циліндрів.
  • Ступінь стиску — відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згоряння.
Вид двигуна Ступінь стиску
двигун з іскровим запалюванням
7,5 — 13
двигун з наддуванням
14 — 18
двигун із самозапалюванням
18 — 24


Деякі параметри роботи поршневих ДВЗ
Призначення двигуна Діаметр циліндра
мм
Кількість циліндрів Номінальна потужність
кВт
Частота обертання
об/хв
Середній ефективний тиск
МПа
Питоме споживання пального
г/(кВт*год)
лагкові автомобілі 60 — 100 2 — 16 20 — 400 4500 — 8500 0,6 — 1 290 — 330
вантажні автомобілі 80 — 130 6 — 12 50 — 350 2200 — 3500 0,6 — 0,8 240 — 260
робочі машини 80 — 150 2 — 12 10 — 500 1800 — 2800 0,6 — 0,8 230 — 250
локомотиви 150 — 300 8 — 16 1000 — 4000 600 — 1500 0,6 — 0,8 210 — 240
судна 200 — 1080 4 — 16 1000 — 80000 85 — 350 1,2 — 1,9 170 — 225

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Bosch. Автомобильный справочник. 3-е изд. — М.: «За рулём», 2012. — 1280 с.

Джерела[ред.ред. код]

  • Абрамчук Ф. І., Гутаревич Ю. Ф., Долганов К. Є., Тимченко І. І. Автомобільні двигуни: Підручник. — К.: Арістей, 2006. — 476 с. — ISBN 966-8458-36-5
  • Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. В. Н. Луканина — М.: Высшая школа, 1995. — 953 с.
  • Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: учебник / В. П. Алексеев, В. Ф. Воронин, Л. В. Грехов и др.; Под общ. редакцией А. С. Орлина, М. Г. Круглова — М.: Машиностроение, 1990. — 288 с. — ISBN 5-217-00117-9

Посилання[ред.ред. код]

  • Assembly of Ford Duratec Engine 3D simulation — відео, яке демонструє будову та принцип роботи чотирициліндрового двигуна внутрішнього згоряння
  • Бен Найт Увеличиваем пробег — стаття про технології, що дозволяють зменшувати споживання палива автомобільними ДВЗ.