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
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
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 системою запалювання (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:
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
Porshnevi j dvigu n vnu trishnogo zgorya nnya abo prosto porshnevi j dvigu n dvigun vnutrishnogo zgoryannya u yakomu teplova energiya gaziv sho rozshiryuyutsya i yaki utvorilis v rezultati zgoryannya palivo povitryanoyi sumishi u zamknenomu ob yemi peretvoryuyetsya u mehanichnu robotu postupalnogo ruhu porshnya u cilindri Chotiritaktnij cikl porshnevogo dviguna vnutrishnogo zgoryannya Takti 1 Zasmoktuvannya palivo povitryanoyi sumishi 2 Stisnennya 3 Robochij hid 4 Vipusk vidpracovanih gazivDvotaktnij cikl porshnevogo dviguna Takti 1 Pri rusi porshnya vgoru stisnennya palivo povitryanoyi sumishi u potochnomu cikli ta zasmoktuvannya sumishi dlya nastupnogo ciklu v porozhninu pid porshnem 2 Pri rusi porshnya vniz robochij hid vipusk ta vitisnennya palivo povitryanoyi sumishi z pid porshnya v robochu porozhninu cilindraZagalna informaciyaPostupalnij ruh porshnya porshnevogo dviguna zazvichaj peretvoryuyetsya v obertannya kolinchastogo vala krivoshipno shatunnim mehanizmom Porshnevij dvigun vnutrishnogo zgoryannya sogodni ye najposhirenishim teplovim dvigunom Vin vikoristovuyetsya dlya privodu zasobiv nazemnogo povitryanogo i vodnogo transportu vijskovoyi silskogospodarskoyi ta budivelnoyi tehniki elektrogeneratoriv kompresoriv vodyanih nasosiv pomp motorizovanogo instrumentu benzorizok gazonokosarok benzopilok ta inshih mashin yak mobilnih tak i stacionarnih i viroblyayetsya u sviti shorichno v kilkosti dekilkoh desyatkiv miljoniv odinic Potuzhnist porshnevih dviguniv vnutrishnogo zgoryannya mozhe buti vid dekilkoh vat dviguni avia moto ta sudnomodelej do 75 000 kVt u dizelnih sudnovih dviguniv Klasifikaciyi porshnevih dvigunivRuhomi elementi DVZ vgori dva rozpodilnih vali i klapani vnizu kolinchastij val shatuni i porshniGolovka bloka cilindriv z klapanamiZa vidom palnogo Yak palne u porshnevih dvigunah vnutrishnogo zgoryannya vikoristovuyutsya ridini benzin dizelne palivo spirti biodizel gazi zridzhenij naftovij gaz prirodnij gaz voden gazopodibni produkti krekingu nafti biogaz tverde palivo vugillya torf derevina z yakogo viroblyayetsya monooksid vuglecyu u gazogeneratori sho vhodit do skladu palivnoyi sistemi dviguna Za kilkistyu taktiv robochogo ciklu Povnij cikl roboti dviguna skladayetsya z poslidovnosti taktiv odnospryamovanih postupalnih hodiv porshnya Rozriznyayut dvotaktni ta chotiritaktni dviguni Za kilkistyu ta roztashuvannyam cilindriv Dokladnishe Konfiguraciya dviguna vnutrishnogo zgoryannya Kilkist cilindriv u riznih porshnevih dvigunah mozhe stanoviti vid 1 go do 24 h Za roztashuvannyam cilindriv porshnevi dviguni buvayut ryadni V podibni opozitni radialni zirkopodibni X podibni W podibni toshoZa osoblivostyami utvorennya palivo povitryanoyi sumishi i metodami yiyi zapalyuvannya Za sposobom utvorennya palivo povitryanoyi sumishi podilyayutsya na Dviguni iz zovnishnim sumishoutvorennyam Za konstruktivnim vikonannyam zasobiv dlya utvorennya palivo povitryanoyi sumishi taki dviguni buvayut karbyuratornimi palivo povitryana sumish gotuyetsya u karbyuratori ta nadhodit vpusknimi kolektorami patrubkami u cilindri dviguna inzhektornimi z monovporskuvannyam centralne vporskuvannya abo odnotochkove vporskuvannya angl Single Point injection Spi nim Ein Spritz odna forsunka na vsi cilindri roztashovana zazvichaj na misci karbyuratora na vpusknomu kolektori Vtratila aktualnist cherez zrostannya ekologichnih vimog pochinayuchi z Yevro 3 ekologichnij standart vimagaye individualnogo dozuvannya paliva dlya kozhnogo z cilindriv Sistema mono vpriskuvannya vidriznyalas prostotoyu i visokoyu nadijnistyu persh za vse cherez te sho forsunka roztashovuyetsya u porivnyano komfortnomu misci u potoci holodnogo povitrya inzhektornimi z rozpodilenim vporskuvannyam bagatotochkove vporskuvannya angl multi point injection MPi kozhnij cilindr obslugovuyetsya okremoyu izolovanoyu forsunkoyu u vpusknomu kolektori poblizu vpusknogo klapana Za sposobom zapalyuvannya palivo povitryanoyi sumishi taki dviguni podilyayutsya na dviguni iz zapalyuvannyam vid elektroiskrovogo rozryadu yakij viroblyayetsya sistemoyu zapalyuvannya napriklad benzinovij dvigun chi dvigun Gesselmana Kompresijni karbyuratorni dviguni V nih palne podayetsya razom z povitryam Zazvichaj v osnovi palnogo lezhit dietilovij eter ricinova oliya ta gas Zajmannya vidbuvayetsya vid stisnennya Stupin stisku regulyuyetsya kontrporshnem vid yakogo zalezhit moment spalahuvannya sumishi Kompresijni dviguni vikoristovuyutsya golovnim chinom v avia ta avtomodelyah Kompresijni karbyuratorni dviguni ne ye dizelnimi dvigunami Shozhi za principom roboti do kompresijnih ale mistyat svichku rozzharennya stupin nagrivannya yakoyi pidtrimuyetsya za rahunok teploti zgoryannya palnogo u poperednomu takti Taki dviguni takozh potrebuyut osoblivogo skladu palnogo zazvichaj v jogo osnovi metanol ricinova oliya ta nitrometan Vikoristovuyutsya perevazhno v avia ta avtomodelyah Dviguni iz vnutrishnim sumishoutvorennyam Dviguni iz vnutrishnim sumishoutvorennyam mayut yak u teoriyi tak i na praktici vishi KKD ta krutnij moment za rahunok vishogo stupenya stisku Taki dviguni u svoyu chergu podilyayutsya na Dizelni dviguni sho pracyuyut na dizelnomu palnomu U cih dvigunah stisnennyu v cilindrah piddayetsya lishe povitrya pri perebuvanni porshnya poblizu verhnoyi mertvoyi tochki pri takti stisku v kameru zgoryannya forsunkoyu vporskuyetsya dizelne palne yake spalahuye pri kontakti z povitryam sho nagrilosya vid stisnennya do dekilkoh soten gradusiv Celsiya u yakih zajmannya palivo povitryanoyi sumishi vidbuvayetsya vid garyachih chastin dviguna zazvichaj dnisha porshnya abo golovki rozzharennya Taki dviguni u minulomu persha polovina XX st vikoristovuvalis u metalurgiyi dlya uruhomlennya valcyuvalnih staniv ta u silskogospodarskij tehnici Benzinovi dviguni z bezposerednim pryamim vporskuvannyam u yakih palne vporskuyetsya bezposeredno v cilindr zajmannya palivo povitryanoyi sumishi vidbuvayetsya vid svichki zapalyuvannya Isnuyut takozh dviguni iz zmishanim sumishoutvorennyam gazodizelni dviguni sho pracyuyut na sumishi prirodnogo gazu z povitryam Tak yak temperatura zapalyuvannya vid stisku gazo povitryanoyi sumishi stanovit blizko 700 C dizelne palne zajmayetsya pri 320 380 C zapalyuvannya provoditsya vporskuvannyam cherez forsunki nevelikoyi kilkosti dizelnogo paliva Za vidom termodinamichnogo ciklu V ramkah tehnichnoyi termodinamiki robota porshnevih dviguniv vnutrishnogo zgoryannya u zalezhnosti vid osoblivostej yih ciklogram opisuyetsya termodinamichnimi ciklami Otto Dizelya Trinklera Atkinsona abo Millera Za sposobom oholodzhennya Efektivnij KKD porshnevogo DVZ ne perevishuye 60 Reshta teplovoyi energiyi rozpodilyayetsya v osnovnomu mizh teplom vidpracovanih gaziv i nagrivannyam konstruktivnih chastin dviguna Oskilki ostannya chastka ye suttyevoyu porshnevi dviguni mayut potrebu u sistemi oholodzhennya Rozriznyayut taki sistemi oholodzhennya povitryani sho viddayut nadlishkove teplo u navkolishnye povitrya cherez rebristu zovnishnyu poverhnyu cilindriv vikoristovuyutsya u dvigunah porivnyano nevelikoyi potuzhnosti desyatki k s abo u potuzhnishih aviacijnih dvigunah sho pracyuyut u shvidkomu povitryanomu potoci ridinni u yakih oholodzhuvalna ridina voda oliva abo antifriz propuskayetsya cherez sorochku oholodzhennya kanali u stinkah bloku cilindriv i dali nadhodit u radiator oholodzhennya u yakomu teplonosij oholodzhuyetsya zustrichnim potokom povitrya ta abo potokom sho stvoryuyetsya ventilyatorom Mehanizmi ta sistemi porshnevih dviguniv vnutrishnogo zgoryannyaDo osnovnih mehanizmiv i sistem porshnevogo dviguna nalezhat krivoshipno shatunnij mehanizm gazorozpodilnij mehanizm sistema zhivlennya sistema zapalyuvannya sistema oholodzhennya sistema mashennya vpuskna sistema vipuskna sistema sistema recirkulyaciyi vihlopnih gaziv sistema ventilyaciyi kartera Osnovni parametri porshnevogo dvigunaZ robotoyu porshnevogo dviguna vnutrishngo sgoryannya pov yazani taki parametri Verhnya mertva tochka VMT polozhennya porshnya pri maksimalnomu jogo viddalenni vid osi kolinchastogo vala v moment koli porshen zminyuye napryamok ruhu Nizhnya mertva tochka NMT polozhennya porshnya pri minimalnomu jogo viddalenni vid osi kolinchastogo vala v moment koli porshen zminyuye napryamok ruhu Radius krivoshipa vidstan vid osi korinnoyi shijki kolinchastogo vala do osi jogo shatunnoyi shijki Hid porshnya vidstan mizh VMT ta NMT sho dorivnyuye podvoyenomu radiusu krivoshipa kolinchastogo vala Kozhnomu hodu porshnya vidpovidaye povertannya kolinchastogo vala na kut 180 piv oberta Takt chastina robochogo ciklu dviguna sho vidbuvayetsya pri rusi porshnya z odnogo krajnogo polozhennya v inshe Ob yem kameri zgoryannya ob yem prostoru nad porshnem koli vin perebuvaye u VMT Robochij ob yem cilindra ce ob yem prostoru yakij zvilnyayetsya pri peremisheni porshnya z VMT do NMT Povnij ob yem cilindra ob yem prostoru nad porshnem pri perebuvanni jogo V NMT Povnij ob yem cilindra dorivnyuye sumi robochogo ob yemu cilindra i ob yemu kameri zgoryannya Robochij ob yem dviguna dlya bagatocilindrovih dviguniv ce dobutok robochogo ob yemu na kilkist cilindriv Stupin stisku vidnoshennya povnogo ob yemu cilindra do ob yemu kameri zgoryannya Vid dviguna Stupin stiskudvigun z iskrovim zapalyuvannyam 7 5 13dvigun z nadduvannyam 14 18dvigun iz samozapalyuvannyam 18 24 Deyaki parametri roboti porshnevih DVZ Priznachennya dviguna Diametr cilindra mm Kilkist cilindriv Nominalna potuzhnist kVt Chastota obertannya ob hv Serednij efektivnij tisk MPa Pitome spozhivannya palnogo g kVt god legkovi avtomobili 60 100 2 16 20 400 4500 8500 0 6 1 290 330vantazhni avtomobili 80 130 6 12 50 350 2200 3500 0 6 0 8 240 260robochi mashini 80 150 2 12 10 500 1800 2800 0 6 0 8 230 250lokomotivi 150 300 8 16 1000 4000 600 1500 0 6 0 8 210 240sudna 200 1080 4 16 1000 80000 85 350 1 2 1 9 170 225Div takozhDvigun Vankelya Dvigun vnutrishnogo zgoryannyaPrimitkiBosch Avtomobilnyj spravochnik 3 e izd M Za rulyom 2012 1280 s DzherelaAbramchuk F I Gutarevich Yu F Dolganov K Ye Timchenko I I Avtomobilni dviguni Pidruchnik K Aristej 2006 476 s ISBN 966 8458 26 5 Dvigateli vnutrennego sgoraniya Pod red V N Lukanina M Vysshaya shkola 1995 953 s Dvigateli vnutrennego sgoraniya Ustrojstvo i rabota porshnevyh i kombinirovannyh dvigatelej uchebnik V P Alekseev V F Voronin L V Grehov i dr Pod obsh redakciej A S Orlina M G Kruglova M Mashinostroenie 1990 288 s ISBN 5 217 00117 9PosilannyaAssembly of Ford Duratec Engine 3D simulation video yake demonstruye budovu ta princip roboti chotiricilindrovogo dviguna vnutrishnogo zgoryannya Ben Najt Uvelichivaem probeg stattya pro tehnologiyi sho dozvolyayut zmenshuvati spozhivannya paliva avtomobilnimi DVZ