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.
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTloTDJFMkx6UXRVM1J5YjJ0bExVVnVaMmx1WlM1bmFXWT0uZ2lm.gif)
Такти:
1. Засмоктування паливо-повітряної суміші
2. Стиснення
3. Робочий хід
4. Випуск відпрацьованих газів
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTh6THpNekwxUjNieTFUZEhKdmEyVmZSVzVuYVc1bExtZHBaZz09LmdpZg==.gif)
Такти:
1. При русі поршня вгору — стиснення паливо-повітряної суміші у поточному циклі та засмоктування суміші для наступного циклу в порожнину під поршнем
2. При русі поршня вниз — робочий хід, випуск та витіснення паливо-повітряної суміші з-під поршня в робочу порожнину циліндра
Загальна інформація
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, бензопилок) 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
![image](https://www.wikidata.uk-ua.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraWRhdGEudWstdWEubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTkwYUhWdFlpODJMelk1TDBWdVoybHVaVjl0YjNacGJtZHdZWEowY3k1cWNHY3ZNakl3Y0hndFJXNW5hVzVsWDIxdmRtbHVaM0JoY25SekxtcHdadz09LmpwZw==.jpg)
За видом пального
Як пальне у поршневих двигунах внутрішнього згоряння використовуються:
- рідини — бензин, дизельне паливо, спирти, біодизель;
- гази — зріджений нафтовий газ, природний газ, водень, газоподібні продукти крекінгу нафти, біогаз;
- тверде паливо (вугілля, торф, деревина), з якого виробляється монооксид вуглецю у газогенераторі, що входить до складу паливної системи двигуна.
За кількістю тактів робочого циклу
Повний цикл роботи двигуна складається з послідовності тактів — односпрямованих поступальних ходів поршня. Розрізняють двотактні та чотиритактні двигуни.
За кількістю та розташуванням циліндрів
Кількість циліндрів у різних поршневих двигунах може становити від 1-го до 24-х. За розташуванням циліндрів поршневі двигуни бувають
- рядні;
- V-подібні;
- опозитні;
- радіальні (зіркоподібні);
- X-подібні;
- W-подібні тощо
За особливостями утворення паливо-повітряної суміші і методами її запалювання
За способом утворення паливо-повітряної суміші поділяються на:
- Двигуни із зовнішнім сумішоутворенням.
За конструктивним виконанням засобів для утворення паливо-повітряної суміші такі двигуни бувають:
- 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 запалюванням від електроіскрового розряду, який виробляється (наприклад, бензиновий двигун чи (двигун Гессельмана)).
- (Компресійні карбюраторні двигуни). В них пальне подається разом з повітрям. Зазвичай в основі пального лежить діетиловий етер, рицинова олія та гас). Займання відбувається від стиснення. Ступінь стиску регулюється контрпоршнем, від якого залежить момент спалахування суміші. Компресійні двигуни використовуються головним чином в авіа- та автомоделях. Компресійні карбюраторні двигуни не є дизельними двигунами.
- . Схожі за принципом роботи до компресійних, але містять (свічку розжарення), ступінь нагрівання якої підтримується за рахунок теплоти згоряння пального у попередньому такті. Такі двигуни також потребують особливого складу пального (зазвичай в його основі — метанол, рицинова олія та (нітрометан)). Використовуються переважно в авіа- та автомоделях;
- 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.
- , 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
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
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 такі 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
До основних механізмів і систем поршневого двигуна належать:
- кривошипно-шатунний механізм;
- газорозподільний механізм;
- система живлення;
- система запалювання;
- система охолодження;
- (система мащення);
- впускна система;
- випускна система;
- (система рециркуляції вихлопних газів).
- (система вентиляції картера).
Основні параметри поршневого двигуна
З роботою поршневого двигуна внутрішньго сгоряння пов'язані такі 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 | |
двигун з наддуванням | |
двигун із самозапалюванням |
Призначення двигуна | Діаметр циліндра мм | Кількість циліндрів | Номінальна потужність кВт | Частота обертання об/хв | Середній ефективний тиск МПа | Питоме споживання пального г/(кВт*год) |
---|---|---|---|---|---|---|
легкові 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
Примітки
- Bosch. Автомобильный справочник. 3-е изд. — М.: «За рулём», 2012. — 1280 с.
Джерела
- Абрамчук Ф. І., Гутаревич Ю. Ф., Долганов К. Є., Тимченко І. І. Автомобільні двигуни: Підручник. — К.: Арістей, 2006. — 476 с. —
- 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. —
Посилання
- 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.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет