Физики из Майнцского университета создали нанодвигатель, способный преобразовывать тепловую энергию в механическую. При этом размер двигателя чуть больше атома, а эффективность сравнима с эффективностью двигателя внутреннего сгорания в автомобиле.

Как сообщает geektimes.ru, двигатель, спаренный с одиночным атомом и заключённый в конус электромагнитного излучения и работает по принципу классических ДВС – четырёхтактный цикл, во время которого происходят расширение и охлаждение, сжатие и нагревание.

Руководитель эксперимента Иоганн Росснагель был тем, кто впервые предложил теоретическую основу для подобного двигателя в 2014 году. Сначала отдельный атом попадает в ловушку в виде конуса электромагнитного излучения, из которой он не может вырваться. Причём подойдёт практически любой атом – в конкретном эксперименте был использован кальций-40.

Затем два лазерных луча направляются на ЭМ конус. Лазер, светящий с острого конца, разогревает атом, а другой – охлаждает в процессе доплеровского охлаждения. В результате атом начинает передвигаться внутри конуса – в нагретом состоянии к широкому концу, в охлаждённом – к узкому. Процесс становится более выраженным, если настроить лазеры так, чтобы периоды охлаждения и нагревания совпадали с естественными осцилляциями атома.

В результате осцилляции атома создают механическую энергию, которую теоретически можно собрать – например, размещённый с острого конца конуса ион будет собирать эту энергию, как маховик в двигателе автомобиля.

Физики отметили, что тот факт, что атом следует по сути тем же принципам, что и четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, является очень странным. Подсчитав эффективность «двигателя» учёные получили 1,5 кВт на килограмм – цифру, сравнимую с ДВС автомобиля.

Росснагель в 2014 году также изложил соображения по поводу увеличения энергоотдачи нанодвигателя (которые пока не проверялись в эксперименте). Если во время движений атома заставить электромагнитный конус слегка расширяться и сужаться определённым образом, атом войдёт в квантовое состояние, известное под названием «сжатого», что в результате приведёт к повышению эффективности двигателя.

Правда, на наноробота такой двигатель не поставишь – если сам он имеет размеры чуть больше атомных, то установка, передающая ему энергию, занимает целую комнату. Но учёные и не ставили себе такой задачи – целью эксперимента являлось изучение возможностей тепловых двигателей и проверка теоретических выкладок. Возможность практического применения подобного двигателя пока остаётся под вопросом.

Работа опубликована в Science

Предприятие Уралвагонзавода создало инновационный двигатель для низкопольного трамвая

Фото: АО «НПО «Электромашина»

Научно-производственное объединение «Электромашина» концерна «Уралвагонзавод» разработало и произвело уникальный инновационный двигатель для современного низкопольного трамвая. Разработка будет представлена общественности на международной выставке «ЭлектроТранс-2021» 12 мая в Москве. 

«Уникальность электродвигателя заключается в ряде технических решений, которые позволили получить характеристики существенно выше аналогов. Например, двигатель имеет систему охлаждения, которая исключает вероятность его отказа из-за перегрева и увеличивает ресурс работы», – отметил заместитель генерального директора, главный конструктор Василий Кардаполов. 

Инновационная разработка – тяговый асинхронный двигатель – имеет ряд преимуществ по сравнению с конкурентами. На сегодняшний день двигатель уже прошел полный объем испытаний, которые завершились без единого замечания. Пробеговые испытания проводились на низкопольном ретротрамвае производства АО «Уралтрансмаш». Новый двигатель «Электромашины» получил положительные заключения как современный и качественный продукт, полностью отвечающий всем требованиям заказчика. 

В данный момент в России расширяется линейка низкопольных трамваев, которые обеспечивают возможность передвижения по городам маломобильных граждан. Кроме того, расширение парка трамваев способствует реализации федеральной программы «Чистый воздух». «Электромашина» разработала двигатель, который полностью удовлетворяет запросам рынка и потребностям производителей таких трамваев, но при этом двигатель может применяться и на других видах трамваев, производящихся в настоящее время – в этом заключается его унификация. 

На выставке, кроме двигателя, «Электромашина» продемонстрирует свои компетенции в области создания электрокомплекта для трамвая, в который входят ножной командоаппарат и ручной контроллер для кабины машиниста, быстродействующий контактор, климатическое оборудование и другие системы для экологичного городского электротранспорта. 

«Благодаря колоссальному опыту, накопленному в последние десятилетия в области разработки и производства железнодорожной продукции, появилось новое направление для «Электромашины» – создание систем управления для городского электротранспорта. Работая над этими продуктами, мы не только обеспечиваем потребности производителей трамваев, но и решаем еще несколько важных задач. Первое – это реализация программы по импортозамещению, так как наш двигатель для трамвая состоит из комплектующих «Электромашины» и других российских производителей. Второе — создание системы управления позволит увеличить долю гражданской продукции предприятия, выполняя поручение президента России Владимира Путина о доведении доли гражданских продуктов для предприятий ОПК в 30% к 2030 году», – отметил заместитель генерального директора по развитию гражданской продукции Сергей Виттенберг.

какой двигатель наиболее эффективный? – Богдан-Авто Холдинг

Электро

Интересно, что принцип работы электродвигателя был открыт еще в 1830-х годах, за несколько десятилетий до появления двигателя внутреннего сгорания. На сегодняшний день существуют различные типы электродвигателей, которые работают на постоянном или переменном токе. В качестве топлива используется электричество, которое обеспечивает бортовая аккумуляторная батарея. Сегодня в основном применяются литий-ионные аккумуляторы благодаря хорошим характеристикам и длительному сроку службы. Несмотря на то, что многие модели электромобилей обладают пока еще низким запасом хода, а для зарядки потребуется в общей сложности несколько часов, электродвигатели обладают явными преимуществами. Во-первых, они не загрязняют окружающую среду, так как выбросы равны нулю. Во-вторых, в отличие от двигателей внутреннего сгорания, электромотор имеет меньше деталей, которые подлежат износу, а это означает, что Вас ожидает меньше расходов на ремонт и обслуживание. В дополнение к этому, электромотор предлагает отличную динамику, так как максимальный крутящий момент уже доступен на низких оборотах двигателя.

Водород

С точки зрения эксплуатационных характеристик, близкими по духу чистым электромобилям являются электромобили на водородных двигателях. Данный тип привода использует топливный элемент для производства электроэнергии из газообразного водорода и кислорода. При этом из выхлопной трубы выделяется только вода. Помимо экологического аспекта, водородный двигатель имеет практические преимущества по сравнению с электромотором. Автомобили на водороде быстро заправляются и не нуждаются в длительной зарядке, а также обладают более широким запасом хода при меньшем весе по сравнению с электромобилями, оснащенными тяжелыми аккумуляторными батареями.

Гибрид

Менее эффективными, чем электродвигатели, но более экономичными по сравнению с двигателями внутреннего сгорания являются гибриды. В автомобилях с гибридным приводом применяются как двигатели внутреннего сгорания, так и электромоторы, что позволяет использовать преимущества обеих систем. В таких моделях аккумулятор для электродвигателя обычно заряжается во время движения от двигателя внутреннего сгорания или от восстановления энергии торможения. Более низкий расход топлива обеспечивается в основном при движении в городе, так как в большинстве случаев система автоматически переключается на электропривод при низких скоростях, таких как остановка и движение в пробках. Во время путешествий на дальние расстояния гибридные приводы практически не экономят топливо. При этом гибриды стоят на порядок выше, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания.

Газ

Если сравнивать линейку классических двигателей внутреннего сгорания, то Вашим фаворитом легко может стать газ. Во-первых, двигатель, работающий на природном газе, более экологически чистый, чем бензиновый или дизельный мотор. Сжигание природного газа, который в принципе состоит из метана, является относительно чистым, а это означает, что при этом не образуется сажа и значительно снижается количество других загрязняющих веществ. Во-вторых, двигатель, работающий на газе, до 10% более эффективный, чем бензиновый. Помимо этого, цена на газ существенно ниже по сравнению со стоимостью бензина или дизельного топлива. Но при всех плюсах Вы должны учитывать, что за авто на газе Вам придется заплатить дополнительные тысячи евро, и к тому же газ предлагается не на каждой АЗС.

Дизель

Выбирая дизельный двигатель, клиенты сознательно платят более высокую стоимость за автомобиль с целью сэкономить в будущем на затратах на топливо, так как главный плюс дизеля – это более низкий расход топлива. В дизельных моторах воздух всасывается в камеру цилиндра, где он смешивается с дизельным топливом путем прямого впрыска. Дизельно-воздушная смесь воспламеняется самостоятельно, поэтому дизельный двигатель не нуждается в свечах зажигания. При этом давление сжатия составляет от 30 до 50 бар, а температура на 700-900 градусов Цельсия выше, чем у бензинового двигателя. Учитывая данные значения, дизель должен иметь более устойчивую конструкцию и соответственно больше весить. Тем не менее, дизель имеет более высокую плотность энергии и КПД дизеля составляет около 33%, в результате чего снижается расход топлива.   

Бензин

Бензиновый двигатель обладает наименьшим КПД среди двигателей – 25%. Это означает, что 75% энергии, получаемой при сжигании бензина, преобразуется в тепло, и только 25% в движение.  Но сегодня многие бензиновые двигатели оснащаются системой непосредственного впрыска, а также турбонаддувом. Данные технологии позволяют увеличить производительность мотора, а также снизить вредные выбросы. Не смотря на более низкую эффективность, бензиновый двигатель обладает другими полезными характеристиками. По сравнению с дизелем, у бензина более низкие выбросы оксида азота. Помимо этого, бензиновый двигатель дает широкий диапазон оборотов, что идеально подходит для спортивного вождения. Именно по этой причине мотоциклы ездят исключительно на бензине. В дополнение, автомобили с бензиновым двигателем являются самыми доступными по стоимости на рынке.

Виды двигателей, которыми оборудованы автомобили дилерской сети «Богдан-Авто Холдинг»

Подготовлено по материалам Futurezone.de]]>

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Из каких основных частей состоит двигатель (мотор)

Мотор состоит из следующих основных частей:
— Кривошипно-шатунный механизм.
— Система газораспределения.
— Питающая система.
— Система выпуска.
— Система зажигания.
— Охлаждающая система.
— Смазочная система.

Устройство двигателя на примере одноцилиндрового ДВС

Одной из основных частей мотора является цилиндр. В цилиндре находится поршень. Поршень двигателя соединяется при помощи шатуна с коленчатым валом. Поршень движется в цилиндре вверх и вниз и таким образом приводит во вращение коленчатый вал мотора. Таким образом можно сказать что в ДВС осуществляется преобразование поступательного движения поршня во вращающееся движение колен вала. На конце колен вала закреплён маховик, который делает вращение вала равномерным. Сверху цилиндр плотно закрыт крышкой, в крышке цилиндра находятся два типа клапанов, для впуска и выпуска. Клапаны закрывают соответствующие каналы. Они открываются и закрываются под действием специальных устройств распред вала через передаточные детали. Распред вал вращается посредством вращения колен вала. Поршень в цилиндре может занимать два рабочих положения.

Клапаны открываются под действием специальных кулачков распред вала через передаточные детали. Распред вал приводится во вращение шестернями от колен вала. Поршень, который перемещается в цилиндре, занимает два крайних положения.

Для осуществления работы двигателя в цилиндры подаётся горючая смесь в определённом количестве, если это двигатель, работающий на бензине и, если это дизельный мотор топливо подаётся определёнными порциями под давлением. Все трущиеся части мотора смазываются в процессе работы маслом. Для обеспечения нормального теплового режима мотор охлаждается – эту функцию берёт на себя охлаждающая система.  

Принцип работы двигателя (ДВС)

При постоянной скорости вращения колен вала, поршень движется с ускорением – замедлением. Наименьшую скорость движения он имеет в верхней и в нижней точке. В верхней и в нижней части движения он останавливается и меняет направление движения.

Рабочий цикл четырёхтактного мотора:
— Впуск.
— Сжатие.
— Рабочий ход.
— Выпуск.

Как работают автомобильные двигатели | HowStuffWorks

Используя всю эту информацию, вы можете начать понимать, что существует множество различных способов улучшить работу движка. Производители автомобилей постоянно играют со всеми перечисленными ниже параметрами, чтобы сделать двигатель более мощным и / или более экономичным.

Увеличьте рабочий объем: Чем больше рабочий объем, тем больше мощность, потому что вы можете сжигать больше газа за каждый оборот двигателя. Вы можете увеличить рабочий объем, увеличив цилиндры или добавив больше цилиндров.Двенадцать цилиндров кажутся практическим пределом.

Увеличьте степень сжатия: Чем выше степень сжатия, тем больше мощность, до определенного предела. Однако чем сильнее вы сжимаете топливно-воздушную смесь, тем больше вероятность самопроизвольного воспламенения (до того, как свеча зажигания воспламенит его). Бензины с более высоким октановым числом предотвращают такое преждевременное сгорание. Вот почему высокопроизводительным автомобилям обычно нужен высокооктановый бензин — их двигатели используют более высокую степень сжатия, чтобы получить больше мощности.

Добавьте больше в каждый цилиндр: Если вы можете втиснуть больше воздуха (и, следовательно, топлива) в цилиндр заданного размера, вы можете получить больше мощности от цилиндра (точно так же, как если бы вы увеличили размер цилиндр) без увеличения количества топлива, необходимого для сгорания. Турбокомпрессоры и нагнетатели сжимают входящий воздух, чтобы эффективно втиснуть больше воздуха в цилиндр.

Охлаждение поступающего воздуха: Сжатие воздуха повышает его температуру. Однако вы хотите, чтобы в цилиндре был как можно более холодный воздух, потому что чем горячее воздух, тем меньше он будет расширяться при сгорании.Поэтому многие автомобили с турбонаддувом и наддувом имеют интеркулер . Интеркулер — это специальный радиатор, через который проходит сжатый воздух, чтобы охладить его перед попаданием в цилиндр.

Пусть воздух поступает легче: Когда поршень опускается на такте впуска, сопротивление воздуха может лишить двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно значительно уменьшить, установив по два впускных клапана в каждый цилиндр. В некоторых новых автомобилях также используются полированные впускные коллекторы для устранения сопротивления воздуха.Большие воздушные фильтры также могут улучшить воздушный поток.

Обеспечьте более легкий выход выхлопных газов: Если сопротивление воздуха затрудняет выход выхлопных газов из цилиндра, это лишает двигатель мощности. Сопротивление воздуха можно уменьшить, добавив второй выпускной клапан к каждому цилиндру. Автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет четыре клапана на цилиндр, что улучшает рабочие характеристики. Когда вы слышите объявление об автомобиле, в котором говорится, что автомобиль имеет четыре цилиндра и 16 клапанов, в рекламе говорится, что двигатель имеет четыре клапана на цилиндр.

Если выхлопная труба слишком мала или глушитель имеет большое сопротивление воздуха, это может вызвать противодавление, которое имеет тот же эффект. В высокоэффективных выхлопных системах используются коллекторы, большие выхлопные трубы и глушители со свободным потоком для устранения противодавления в выхлопной системе. Когда вы слышите, что у автомобиля «двойной выхлоп», цель состоит в том, чтобы улучшить поток выхлопных газов, используя две выхлопные трубы вместо одной.

Сделайте все легче: Легкие детали помогают двигателю работать лучше.Каждый раз, когда поршень меняет направление, он расходует энергию, чтобы остановить движение в одном направлении и запустить его в другом. Чем легче поршень, тем меньше энергии он потребляет. Это приводит к повышению топливной экономичности и производительности.

Впрыск топлива: Впрыск топлива позволяет очень точно дозировать топливо в каждый цилиндр. Это улучшает производительность и экономию топлива.

В следующих разделах мы ответим на некоторые распространенные вопросы, связанные с двигателем, которые задают читатели.

Как работают автомобильные двигатели?

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель — это двигатель внутреннего сгорания. Бензиновый двигатель имеет 4 основных такта, включая впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Бензин легко смешивается с воздухом, поэтому сгорает при небольшой искре. В результате бензиновый двигатель имеет свечу зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси. Вот как работают четыре такта бензинового двигателя.

1. Всасывание

Впускной клапан открывается, и топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр.

2. Сжатие

Впускной клапан закрывается, и топливно-воздушная смесь сжимается поршнем.

3. Сжигание

На этом этапе смесь воздуха и топлива взрывается, и мощность, создаваемая взрывом, заставляет поршень опускаться.

4.Выхлоп

Сгоревшие газы в баллоне отводятся через вентиль.

Дизельный двигатель

Работа дизельного двигателя аналогична работе бензинового двигателя, но они немного отличаются в том, как они воспламеняют топливно-воздушную смесь. В бензиновых двигателях воздух и топливо предварительно смешиваются перед всасыванием в цилиндр. С другой стороны, дизельные двигатели используют топливные форсунки для распыления топлива в цилиндр. Поскольку у дизельных двигателей нет свечей зажигания, они должны иметь более высокую степень сжатия, чтобы смесь воздуха и топлива была достаточно сжатой для воспламенения.

Электрический и гибридный автомобиль

Электромобили не имеют двигателя внутреннего сгорания, но вместо этого у них есть электродвигатель, поскольку они работают на электричестве. Аккумуляторная батарея внутри автомобиля хранит электроэнергию и питает электродвигатель. Аккумулятор заряжается путем подключения к зарядной станции.

Напротив, гибридные автомобили используют как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель. Таким образом, две разные системы работают в гармонии, приводя в движение автомобили.Батареи в гибридных автомобилях не нужно подключать, так как двигатель внутреннего сгорания заряжает их.

101 ЧАСТЬ 1: Основные сведения о двигателе для чайников

ВЫ НАЙДЕТЕ, ЧТО ВЫ ПРИВЫШАЕТЕСЬ к острым ощущениям и скорости быстрой езды, , но не знаете первой вещи о том, что на самом деле происходит под капотом? Хотите узнать больше о том, что происходит, не посещая Auto Shop 101? Вас пугает техник из местного производственного цеха, потому что он всегда пытается продать вам мигающую жидкость, подшипники глушителя и другие детали, о существовании которых вы даже не уверены? Если вы ответили «да» на любой из этих вопросов, вам следует начать именно с этого.Мы расскажем вам все о шумном куске металла, прикрепленного к вашим колесам, и немного о том, что заставляет его двигаться вперед.

Текст Майка Кодзимы и Арнольда Эухенио // Фотографии и иллюстрации DSPORT Staff

Знание — сила

Чтобы полностью понять, как работают новейшие скоростные детали, вам сначала нужно понять, как работает двигатель. Большинство известных нам автомобилей приводится в действие так называемым 4-тактным двигателем.4-тактный — это четыре такта в энергетическом цикле; такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска. Мы рассмотрим их более подробно в разделе «ДВИГАТЕЛЬ 101, ЧАСТЬ 2». На данный момент вам нужно знать, что четырехтактный цикл объясняет, как смесь бензина и воздуха может быть воспламенена, сожжена и плавно преобразована в полезную мощность, чтобы сбросить вас на четверть мили, по трассе или просто доставить вас к работай.

Двигатель состоит из нескольких основных компонентов; блок, кривошип, шатуны, поршни, головку (или головки), клапаны, кулачки, впускную и выпускную системы и систему зажигания.Эти части работают вместе, чтобы использовать химическую энергию бензина, преобразовывая множество мелких и быстрых процессов сгорания в вращательное движение, которое в конечном итоге раскручивает ваши колеса и приводит в движение ваш автомобиль.

Block Hole, сын

Блок — это основная часть двигателя, которая содержит возвратно-поступательные компоненты, которые используют энергию бензина. Если вы заглянете под капот, то увидите, что в центре моторного отсека находится большой кусок металла, к которому, кажется, прикреплена целая куча другого металла, проводов и трубок.

Блок имеет круглые отверстия, в которых поршни скользят вверх и вниз. Каждое отверстие называется «расточкой цилиндра». Поскольку отверстие цилиндра или «цилиндр» имеет один поршень, общее количество цилиндров в блоке равно количеству поршней; четырехцилиндровый двигатель имеет четыре отверстия и четыре поршня, шестицилиндровый двигатель будет иметь шесть отверстий и шесть поршней и так далее. Головка блока цилиндров называется головкой, потому что она находится наверху блока, закрывая цилиндры и поршни. Некоторые двигатели имеют цилиндры, расположенные горизонтально напротив друг друга или имеющие V-образную конфигурацию.В результате есть две головки, закрывающие участки на блоке с открытыми поршнями. На данный момент нам просто нужно знать, что головка цилиндра, или, для краткости, головка просто сидит на верхней части блока и покрывает каждый из цилиндров, в которых есть поршни.

Блок также имеет несколько залитых в него проходов для жидкости. Некоторые из них используются для направления охлаждающей жидкости, называемой «охлаждающей жидкостью», вокруг цилиндров для поддержания температуры двигателя и предотвращения перегрева. Другие каналы направляют моторное масло к движущимся частям для смазки и защиты от трения, снижающего мощность.Поскольку блок должен выдерживать огромное давление в цилиндре, производители для прочности отливают его из железа. Другие производители отливают легкие алюминиевые блоки для снижения веса. В алюминиевых блоках используется гильза цилиндра из стального сплава или отверстия со специальным покрытием, чтобы они имели более твердую поверхность и обеспечивали увеличенный срок службы.

Ротационная станция

Поршни перемещаются вверх и вниз в цилиндрах блока, поскольку в цилиндре воспламеняется смесь топлива и воздуха.Последующее сгорание быстро расширяется и толкает поршень вниз по длине отверстия цилиндра, от головки цилиндра, и с большим давлением. Эта мощность, производимая в одном цилиндре, умножается, потому что события сгорания повторяются в каждом из цилиндров. Это основная предпосылка того, как работает двигатель.

На каждом поршне установлены металлические кольца с открытым концом, которые называются просто «кольцами». Это тонкие, круглые, упругие металлические детали, которые входят в канавки вокруг контактных площадок колец в верхней части поршней.Кольца действуют как уплотнение, которое удерживает давление в цилиндре от сгоревшего воздуха и топливной смеси между головкой и верхней частью цилиндра, гарантируя, что давление толкает поршень вниз, а не проталкивает его мимо. Поршневые кольца также соскребают масло со стенок цилиндра, чтобы все масло вашего двигателя не сгорело во время сгорания. Существует также гофрированное кольцо, известное как масляное кольцо, которое позволяет маслу смазывать стенки цилиндра, чтобы поршень, кольца и цилиндры не изнашивались преждевременно.Если бы у ваших поршней не было колец или колец, которые не очень хорошо уплотнялись, сгорание не смогло бы толкнуть поршень вниз с большой силой, и ваша машина не выдала бы никакой мощности, если бы она вообще работала. Кроме того, если бы кольца не могли соскрести масло со стенок цилиндра, в вашем двигателе в конечном итоге закончилось бы масло, оно заклинило и образовало бы огромное количество неприятного черного дыма от горящего масла.

Поршни и штоки

Поршни прикреплены к металлической детали, называемой шатуном. Задача шатуна — передавать силу давления, толкающего поршень по отверстию цилиндра, на коленчатый вал или «кривошип». Обеспечивая связь между поршнем и кривошипом, понятно, как шатуны получили свое название.

Шатун соединен с поршнем трубкой, называемой пальцем. Штифт для запястья проходит через отверстие в поршне и отверстие на меньшей стороне шатуна; эта область называется малым концом шатуна.Большой конец штока — это область, которая соединяется с кривошипом. Большой конец стержня имеет съемную секцию, называемую торцевой крышкой или крышкой, которая позволяет прикрепить его к кривошипу.

Поверхность, на которой шатун поворачивается вокруг пальца на запястье, называется шейкой пальца на запястье. Область на кривошипе, где шатун соединяется и вращается вокруг, называется шейкой шатуна коленчатого вала. Цапфы коленчатого вала больше, чем шейки наручных пальцев, потому что шейка кривошипа постоянно вращается с высокой скоростью, в отличие от простого возвратно-поступательного качающегося движения на конце стержня под запястье.Это высокоскоростное вращение требует большей площади поверхности, чтобы предотвратить повреждение штока и кривошипа трением. Большой конец штока плавно вращается на шейке кривошипа на масляной пленке под давлением, которая покрывает подшипник скольжения из мягкого металла. На большинстве двигателей на малом конце штока имеется бронзовая втулка для пальца кисти, который питается за счет смазки разбрызгиванием. На некоторых двигателях на запястье подается масло, соскребаемое кольцами со стенок цилиндра, через канал из канавки для масляного кольца, называемой масленкой для пальца.Это редко, но бывают случаи, когда на палец на запястье подается масло под давлением из подшипника штока через отверстие, просверленное по всей длине стержня от большого конца стержня.

Кривошип Янкерс

Рукоятка двигателя очень похожа на кривошип велосипеда. Сила вращения педалей вверх и вниз точно такая же, как сила движения поршней вверх и вниз по каналу цилиндра.В автомобильном двигателе вместо энергии ваших ног, нажимающих на педали для создания силы, энергия сгорания в цилиндре и давление, действующее на поршень, создают энергию. Если вы посмотрите на изображение, вы увидите, что кривошипная рукоятка имеет смещение, точно так же, как и рукоятка велосипеда, поэтому штоки и поршни выполняют ту же функцию, что и ваши ноги. На велосипеде, когда вы крутите педали вниз, ваш велосипед идет вперед, а смещенный бросок идет вверх с другой стороны. Точно так же, когда один поршень толкается вниз в результате сгорания воздуха / топлива, он поворачивает кривошип и толкает другой поршень вверх, готовый к следующему сгоранию.Это то, что заставляет вашу машину двигаться вперед. Коленчатый вал прикреплен к блоку металлическими кусками, называемыми главными крышками. Кривошип на самом деле зажат на блоке, а не прикреплен, с помощью дополнительных подшипников скольжения (называемых коренными подшипниками), которые помогают смазывать шейки кривошипа. В главных шейках также есть отверстия, которые позволяют маслу под давлением из масляной системы двигателя смазывать шейку и подшипники.

В головке блока цилиндров также расположены впускной и выпускной клапаны.Впускной и выпускной клапаны представляют собой металлические детали, напоминающие тройники для гольфа. Клапаны действуют как дверные проемы для входящего воздуха и топлива и выходящих выхлопных газов соответственно. Во время 4-тактного процесса впускные клапаны открываются, пропуская топливно-воздушную смесь в камеру сгорания, затем закрываются, когда поршень поднимается для сжатия смеси. После того, как смесь воспламенилась и сгорела, поршень вдавливается в его отверстие. На обратном пути поршня вверх выпускные клапаны открываются, чтобы выпустить сгоревшие газы, а затем закрываются, готовясь к следующему витку цикла двигателя.

Для открытия клапанов в двигателе есть металлические стержни, называемые распределительными валами, которые имеют специальные выступы (выступы), используемые для открытия клапанов. Кулачки вращаются с помощью ремня или цепи, которая соединяет вращающийся кривошип с кулачковыми шестернями; это то, что называется ремнем ГРМ или цепью ГРМ. Некоторые кулачки распределительного вала нажимают непосредственно на клапаны, чтобы открыть их, но большинство двигателей уличных автомобилей работают косвенно через коромысло. Коромысло — это, по сути, миниатюрные качели; один конец коромысла толкается вверх выступом распределительного вала, что заставляет другой конец надавить на наконечник клапана, чтобы открыть клапан.Пружины клапанов — это буквально пружины, прикрепленные к клапанам, которые помогают удерживать их закрытыми, когда они должны быть закрыты.

Как упоминалось ранее, головка цилиндров представляет собой большой кусок металла, который прикрепляется к верхней части блока и закрывает цилиндры, в которых происходит сгорание. Головка, обычно изготовленная из алюминия, также содержит свечи зажигания, клапаны и остальную часть клапанного механизма (пружины клапанов, фиксаторы, распределительные валы).

Головка (головки) должны быть затянуты вниз к блоку, чтобы сдерживать быстрое расширение воспламененной воздушно-топливной смеси без деформации, отделения или полного сдувания верхней части блока.Когда головка прижимается к блоку, она создает область наверху каждого цилиндра, где энергия сгорания высвобождается и фокусируется на поршне. Эта зона называется камерой сгорания. Если вы посмотрите на сторону головки цилиндра, которая крепится болтами к блоку, вы увидите камеры сгорания как пространства в головке, которые совпадают с вершинами отверстий цилиндров. В каждой камере видны кончик свечи зажигания и плоские части клапанов. Именно в этой камере сгорания свеча зажигания создает электрическую дугу, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь.

Головка также имеет встроенные в нее проходы, которые позволяют охлаждающей жидкости или маслу (в зависимости от типа прохода) циркулировать через головку, помогая ей сохранять охлаждение и смазку. Между головкой и блоком вы найдете кусок металла или композитного материала, в котором есть области, вырезанные для каждого отверстия и каждого прохода, идущего от блока к головке. Этот зажатый кусок называется прокладкой головки блока цилиндров.

Большинство современных двигателей имеют клапанный механизм с двумя верхними распредвалами (DOHC), что означает, что впускные и выпускные клапаны имеют собственные распредвалы.Преимущество наличия отдельных распределительных валов заключается в том, что каждый кулачок может быть размещен очень близко к клапану, что позволяет кулачкам работать либо непосредственно на клапанах, либо через очень маленький коромысел. Это снижает инерционную массу клапанного механизма до минимума, что еще больше способствует работе на высоких оборотах. Почти во всех современных высокопроизводительных двигателях используются клапанные механизмы DOHC, чтобы максимально увеличить доступную мощность при высоких оборотах. Mitsubishi 4B11, установленный в EVO X, и Mazda MZR 2.3 DISI, установленный в MAZDASPEED3, являются яркими примерами современных высокопроизводительных двигателей DOHC.

Конструкция и принцип действия двигателей -Английский

Двигатель внутреннего сгорания — обзор

1 ВВЕДЕНИЕ

Топливная эффективность двигателя внутреннего сгорания может быть увеличена за счет снижения механических потерь, в первую очередь вызванных трением.Использование соответствующих масел снижает трение, увеличивает топливную экономичность и в то же время поддерживает низкий износ. Существует два подхода, с помощью которых можно добиться снижения трения в двигателях внутреннего сгорания: за счет уменьшения вязкости масла, что приводит к снижению трения в режиме смазки жидкой пленкой, и за счет использования присадок, снижающих трение, которые минимизируют трение в смешанной / граничной смазке. режим при контакте неровностей поверхности [1].

Очень важным классом присадок, снижающих трение, широко используемых в составах картерных масел, являются молибденосодержащие соединения, такие как диалкилдитиокарбамат молибдена (MoDTC).Общее количество присадок в масле может составлять от 5 до 25% [2], а эффективность MoDTC в снижении трения сильно зависит от синергетических или антагонистических эффектов с другими присадками, особенно с диалкилдитиофосфатом цинка (ZDDP) [3– 5]. Присадка ZDDP, помимо антиоксидантных свойств, как известно, очень эффективна для защиты поверхностей от износа в условиях граничной смазки; свойства, которые делают его незаменимым ингредиентом в подавляющем большинстве текущих составов масел [6].Таким образом, понимание взаимодействия ZDDP и MoDTC в трибологических характеристиках, являющихся двумя ключевыми компонентами масел, имеет важное значение для достижения оптимальных характеристик. Предыдущая работа [7] также указала на необходимость усовершенствования математических моделей смазки клапанного механизма, чтобы повысить их чувствительность к характеристикам состава масла. Такие улучшения станут возможными только благодаря лучшему пониманию образования трибопленки, структуры, химических и морфологических свойств и их соотнесения с приработкой систем клапанного механизма.

MoDTC зарегистрировано для уменьшения трения за счет образования пленки, содержащей MoS ₂ , на металлических поверхностях [8–12]. Было замечено, что трение уменьшилось через определенное время, определяемое как фаза индукции, после чего трение упало с высоких значений примерно 0,12 до уменьшенных значений порядка 0,05. Ямамото и Гондо [9, 13, 14] в своей работе с использованием рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) предположили, что для образования MoS ₂ необходимо предварительное формирование слоя MoO ₃ .Было показано, что образование M0S ₂ из MoDTC происходит в результате контакта твердое тело-твердое тело [15]. Образование MoO ₃ перед любым падением трения предполагает, что произойдет увеличение шероховатости, которое может способствовать образованию M0S2, что указывает на физический эффект MoO ₃ на образование M0S ₂ . Хотя в нескольких работах [9, 11, 15] было показано, что только MoDTC эффективен в уменьшении трения, есть сообщения, которые показывают, что MoDTC может быть эффективным в уменьшении трения только в присутствии добавки ZDDP [3-5].Sogawa et al. [16] показали, что присутствие ZDDP способствует образованию M0S ₂ из MoDTC. Они обнаружили, что при использовании модельного масла, содержащего как ZDDP, так и MoDTC, около 40% S из ZDDP было использовано для образования трибопленки M0S ₂ в рубце износа, но точный механизм не был исследован. С другой стороны, Martin et al. [17] предложил реакцию отщепления M0O3 фосфатом цинка, образующимся из ZDDP, в соответствии с принципом жестких и мягких кислот и оснований (HSAB).Устранение M0O ₃ считалось причиной того, почему система ZDDP / MoDTC более эффективна в снижении трения, чем только MoDTC — химический эффект ZDDP на снижение трения MoDTC. Однако топографический анализ трибопленок ZDDP подтвердил высокую шероховатость этой пленки [18, 19], что свидетельствует о влиянии ZDDP на образование M0S ₂ , имеющее физическую природу .

Хотя указание на виды, образующиеся при использовании добавки MoDTC, можно получить из анализа работы, проделанной несколькими группами, последовательность реакций, с помощью которых MoDTC образует M0S ₂ , еще не установлена ​​и не доказана экспериментально.Кроме того, влияние ZDDP на механизм образования M0S ₂ от MoDTC до сих пор полностью не изучено. В данной статье представлена ​​полная характеристика с точки зрения химических и топографических свойств трибопленок, образованных до падения трения, и обсуждаются условия, благоприятные для образования M0S ₂ и, следовательно, снижения трения. Процедура испытания, включающая замену масла одной модели на другую, использовалась для того, чтобы понять, имеют ли взаимодействия ZDDP / MoDTC физическую или химическую природу или их комбинацию.

ДВИГАТЕЛЬ И ДВИГАТЕЛЬ

Автономные устройства, преобразующие электрические, химические, или ядерная энергия в механическую энергию называются двигателями и двигатели. Во многих регионах мира они заменили людей и сила животных, обеспечивающая энергией для транспортировки и вождения всевозможные машины. Химическая энергия топлива может быть преобразована путем сгорания в тепловую или тепловую энергию в тепловом двигателе.Двигатель, в свою очередь, преобразует тепловую энергию в механическую. энергия, как в двигателях с приводными валами. Когда происходит возгорание в той же единице, которая производит механическую энергию, устройство называется двигателем внутреннего сгорания. Автомобильный бензин или дизельные двигатели — это двигатели внутреннего сгорания. Паровой двигатель, с другой стороны, это двигатель внешнего сгорания котел отдельно от двигателя. Электродвигатели преобразуют электрические энергия в механическую энергию.

Тепловые двигатели

Термин тепловой двигатель включает все двигатели, производящие работа или передача энергии, работая между высокими и низкие температуры и часто между высоким и низким давлением также. Самыми распространенными тепловыми двигателями являются двигатели внутреннего сгорания. двигатели, особенно бензиновые.

Бензиновые двигатели работают на смесь воздуха и паров бензина, которая обычно втягивается в поршневой механизм и сжатый поршнем.Как объем камеры уменьшается, давление и температура внутри него увеличиваются. Вблизи точки максимального сжатия пар горючего воспламеняется от искры. Горячие газы расширяются и заставляют поршень вниз в так называемом рабочем ходе, обеспечивая работать через шток поршня к коленчатому валу. Остаточные газы затем изгоняются, и процесс повторяется.

В обычно используемом четырехтактном двигателе компрессия и процесс расширения происходит за один оборот коленчатого вала.Первый ход называется тактом впуска, второй — тактом сжатия. Инсульт. Во время второго оборота следует рабочий ход. тактом выпуска, когда отработанные газы выбрасываются. Затем втягивается смесь свежего воздуха и паров бензина. В двухтактных двигателях выхлоп происходит в конце рабочего такта, в то время как свежая воздушно-бензиновая смесь вводится вначале такта сжатия. Большинство двухтактных двигателей ограничены к небольшим двигателям, таким как те, которые используются в газонокосилках и некоторых небольших мотоциклы.Двигатели инжекторного типа впрыскивают бензин в виде штрафа. распылите непосредственно перед горением. Другой тип бензинового двигателя — это вращающийся двигатель Ванкеля. Он состоит из треугольного ротора. в почти эллиптическом корпусе. Формируются воздушные камеры в форме полумесяца между ротором и корпусом служат камеры сгорания.

Дизельные двигатели Первоначально сжимать воздух до гораздо более высокого давления и температуры, чем бензиновые двигатели. Затем впрыскивается топливо и зажигается без Искра.Требуемое более высокое давление делает дизельные двигатели тяжелее. и дороже бензиновых двигателей; однако они обычно более эффективным. Они используются в основном в автобусах, грузовиках, локомотивах, и на некоторых электростанциях.

Газотурбинные двигатели использовать роторный компрессор для сжатия непрерывного потока поступающего воздух, тем самым повышая температуру воздуха. Затем воздух проходит через камеру сгорания, куда впрыскивается и сжигается топливо.Газ, находящийся под высоким давлением и температурой, расширяется. через турбину, обеспечивая мощность для привода компрессора. На выходе из турбины газы все еще имеют температуру и давление. выше наружного воздуха. В авиационном реактивном двигателе оставшиеся газ расширяется через сопло, образуя высокоскоростную струю, которая создает тягу для приведения в движение самолета. В качестве альтернативы газ, выходящий из первой турбины, может расширяться через вторую турбина, которая затем может приводить в действие электрогенератор или, в корпус реактивного двигателя, воздушный винт.Газотурбинные двигатели менее эффективны, чем дизели, но могут производить больше мощности для заданного размера. Таким образом, они часто используются для резервного питания от электрических коммунальные услуги.

Ракетные двигатели используют два химические вещества, которые при соединении выделяют химическую энергию, которая увеличивает температура и давление в ракетной камере. Горячие газы затем позволяют расширяться через сопло для создания тяги. Топливо может быть жидким или твердым. Потому что ракетные двигатели могут работать вне атмосферы Земли, они являются двигательными установками используется в космических кораблях.

Двигатели паровые внешние сгорания двигатели, которые сжигают топливо в отдельном котле для производства пара на высокое давление и температура. Затем пар расширяется возвратно-поступательно. двигатель или турбина. Пар низкого давления обычно конденсируется. поливать перед закачкой обратно в бойлер. В паре локомотив, однако, расширенный пар сдувается.

Паровые двигатели медленные, тяжелые, неэффективные и сегодня используются редко.Вместо этого современные крупные паровые электростанции использовать паровые турбины, которые могут работать при гораздо более высоких температурах и давления и может обрабатывать больше пара. Паровые турбины могут поставлять больше мощности, чем у больших дизелей, при меньших затратах.

Ионные двигатели были предлагается к космическому полету. Их источником топлива было бы легко ионизируемое вещество, такое как металлический цезий, для доставки ионов или заряженные частицы. Генератор или солнечные батареи произведут электрическое поле, которое достаточно сильно отталкивает ионы выбрасывать их из двигателя, создавая тягу.Такой двигатели будут производить очень маленькую тягу, но они должны быть в состоянии работать в течение длительного времени в межзвездном полете.

Электродвигатели

Электродвигатели состоят из двух механических частей: статор, или неподвижная часть, и ротор, или вращающаяся часть, и два набора электрических обмоток возбуждения и якоря. Электромагнитный поля, создаваемые в воздушном зазоре между статором и ротором взаимодействуют друг с другом и создают крутящий момент или крутящую силу, который вращает мотор.Выходная мощность является продуктом крутящий момент и скорость вращения. Двигатель классифицируется как двигатель постоянного тока (прямой ток) или AC (переменный ток), в зависимости от источника питания.

Асинхронные двигатели являются Наиболее широко используются двигатели переменного тока. Обмотка возбуждения обычно намотана в прорези, расположенные вокруг железного статора для образования магнитных полюсов. В обмотках статора создается вращающееся электрическое поле. наводит токи в обмотках ротора.Взаимодействие между эти два поля создают крутящий момент для вращения двигателя. Мотора скорость меняется в зависимости от нагрузки.

Двигатели синхронные работают с фиксированной скоростью независимо от нагрузки. Однофазный гистерезис двигатели используются в небольших устройствах с постоянной скоростью, таких как электрические часы и фонографы. Обмотки статора соответствуют обмоткам Индукционный двигатель. Источник поля предоставляется либо прямым током или постоянным магнитным материалом.

Двигатели постоянного тока обеспечивают крутящий момент и управление скоростью по более низкой цене, чем блоки переменного тока, и механически более сложный. Обмотка полюсного поля на статоре состоит из магнитных полюсов, каждый из которых имеет множество витков, по которым проходит небольшой ток. Обмотка якоря размещается на роторе концами каждой катушка подключена к противоположным стержням. По мере вращения ротора удельный катушка, по которой течет ток, изменяется, но ее расположение относительно стационарное поле остается фиксированным.

Источник: Интерактивная энциклопедия Комптона.

Двигатели внутреннего сгорания | IFPEN

Двигатель внутреннего сгорания автомобиля обычно включает несколько камер сгорания . Каждый из них ограничен головкой блока цилиндров, цилиндром и поршнем.

Архитектура двигателя также шарнирно закреплена вокруг системы коленчатого вала , что позволяет преобразовывать возвратно-поступательное движение (движение поршня) во вращательное движение (вращение коленчатого вала).

Во время каждого цикла сжигание топливной смеси (воздушно-топливной смеси) в камере приводит к увеличению давления газа, который приводит в движение поршень и систему коленчатого вала. Поскольку коленчатый вал соединен с компонентами механической трансмиссии (коробки передач, приводные валы и т. Д.), Его движение приводит в движение колеса автомобиля.

Коробка передач позволяет адаптировать скорость вращения колеса к скорости вращения двигателя.

Характеристики двигателя в первую очередь зависят от количества энергии, генерируемой при сгорании, а следовательно, от количества топливной смеси, присутствующей в камере сгорания.Таким образом, он напрямую связан с объемом камеры (единичный рабочий объем), количеством камер или цилиндров в двигателе (общий объем) и количеством впрыскиваемого топлива.

Почему «4-х тактный»?

Термин относится к тому факту, что для преобразования химической энергии, содержащейся в топливе, в механическую энергию требуется 4 отдельных хода. . Каждый ход соответствует половине оборота коленчатого вала (одно движение поршня вверх или вниз).Такты 1 и 4 предназначены для передачи газа (прием свежего газа и выбрасываемых выхлопных газов), а такты 2 и 3 необходимы для подготовки к сгоранию с последующим самим сгоранием и его преобразованием в механическую энергию.

Для двигателя с искровым зажиганием и непрямым впрыском используются следующие 4 такта:

• 1 ^ход : Впуск (заполнение цилиндра)
  Поршень опускается и втягивает топливовоздушную смесь.
• 2 ^nd ход : Сжатие
  Поршень снова поднимается, сжимая топливовоздушную смесь. Для воспламенения смеси образуется искра.
• 3 ^rd ход : Горение — расширение
  Этот ход соответствует развитию горения и расширению сгоревших газов: поршень сжимается, и химическая энергия преобразуется в механическую энергию.
• 4 ^{-й ход} : Выхлоп (Сгоревшие газы выводятся из цилиндра)
  Поршень снова поднимается и удаляет сгоревшие газы.

Для дизельного двигателя с воспламенением от сжатия и прямым впрыском 4 такта работают одинаково, с двумя отличиями:

• Чистый воздух всасывается и сжимается во время тактов 1 и 2 , затем топливо вводится непосредственно в цилиндр (путем впрыска) в конце сжатия.
• Смесь самовозгорается без искры из-за высокой температуры воздуха в результате его сжатия.

Цетановое число / октановое число

Цетановое число указывает на способность дизельного топлива самовоспламеняться.

Октановое число указывает на способность бензина противостоять самовоспламенению и предотвращать неконтролируемое возгорание из-за электрической искры (ненормальное горение, детонация).

Что такое горение?

Теоретически для полного сгорания 1 г обычного топлива (бензина или дизельного топлива) требуется около 14.6 г воздуха. Эта идеальная смесь называется стехиометрической.

Бензиновые двигатели с непрямым впрыском топлива в основном работают на стехиометрической смеси . После введения в двигатель гомогенной смеси воздуха и бензина сгорание (воспламенение смеси) инициируется искрой (искровое зажигание). Горение вызывает распространение фронта пламени, который проходит через камеру.

Современные бензиновые двигатели с прямым впрыском : воздух поступает через впускное отверстие, а топливо, как в дизельном двигателе, поступает непосредственно в камеру сгорания, что позволяет более точно управлять впрыском.Вместо топливовоздушной смеси двигатель работает на так называемом стратифицированном заряде. Горение по-прежнему инициируется искрой (искровое зажигание).

Дизельные двигатели работают с избытком воздуха . Дизель впрыскивается под давлением в предварительно сжатую воздушную массу. Возгорание инициируется самовоспламенением (воспламенение от сжатия). Сгорание называют расслоенным или неоднородным, поскольку оно происходит как в богатой топливом (расположенной рядом с соплом форсунки), так и в бедной (рядом со стенкой цилиндра) зонах.

Топливо

В Европе используются бензиновые или дизельные двигатели с искровым зажиганием. Бензин и дизельное топливо являются двумя основными конечными продуктами, получаемыми в результате переработки сырой нефти, и их состав меняется в зависимости от требований к двигателям и, что более важно, экологических норм, связанных с качеством воздуха и сокращением выбросов парниковых газов.

Биотопливо можно смешивать непосредственно с бензином и дизельным топливом в различных пропорциях без необходимости адаптации двигателей, тем самым извлекая выгоду из существующих распределительных сетей.