Охлаждение
В задачу этой системы входит поддержание определенной температуры работающего агрегата. Дело в том, что сгорание в цилиндрах смеси происходит с выделением теплоты. Узлы и детали мотора нагреваются, и им необходимо постоянно охлаждаться, чтобы работать в штатном режиме.
Наиболее распространенными являются жидкостная и воздушная системы.
Для того чтобы двигатель охлаждался постоянно, необходим теплообменник. В моторах с жидкостным вариантом его роль исполняет радиатор, который состоит из множества трубок для ее перемещения и отдачи тепла стенкам. Отвод еще больше увеличивается через вентилятор, который установлен рядом с радиатором.
В приборах с воздушным охлаждением используется оребрение поверхностей самых нагретых элементов, из-за чего площадь теплообмена существенно возрастает.
Эта система охлаждения является низкоэффективной, а поэтому на современных автомобилях она устанавливается редко. В основном ее используют на мотоциклах и на небольших ДВС, для которых не нужна тяжелая работа.
Литература
1. Хрестоматия по физике: А. С. Енохович – М.: Просвещение, 1999
2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: – М., Высшая школа., 1989.
3. Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы: Просвещение 1991.
4. Интернет–ресурсы.
Авторы работы:
Кайгородов Илья,
Филипчук Евгений,
ученики 10 класса
Руководители работы:
Шаврова Т. Г. учитель физики,
Бачурин Д. Н. учитель информатики.
Муниципальное общеобразовательное учреждение
“Первомайская средняя общеобразовательная школа №2”
Бийского района Алтайского края
Презентация работы: http://static.livescience.ru/dvigatel/presentation.pdf
Краткая биография изобретателя
Ибадуллаев Гаджикадир Алиярович родился 2 марта 1957 года в Хивском районе Дагестана. После окончания школы Гаджи выбрал юридический факультет ДГУ в Махачкале. Получив профессию юриста, он распределился в прокуратуру, где стал работать следователем. В 2006 г. оставил службу в звании полковника (старшего советника юстиции) и вышел на пенсию по выслуге лет.
Он не любил обсуждать это время жизни и называл его «болото». Дело в том, что в застойные годы Гаджикадир не стеснялся работы, а после 1985 года стал «белой вороной» — не брал взяток из принципа. Не вписывался в коллектив и ушёл на пенсию, не жалея ни о чём.
Ещё работая в прокуратуре в 90-е годы, Гаджи пробовал усовершенствовать механику автомобильного двигателя. Им было получено 40 патентов на усовершенствование механизмов и системы питания бензиновых двигателей. Но, подумав, он пришёл к выводу, что повышение КПД механики двигателя большого эффекта не даст.
Этот показатель у лучших экземпляров моторов уже достигал 80 %. Он сообразил, что термический КПД двигателя лучше всего привести к максимуму, используя увеличение степени сжатия горючей смеси, и решил продолжать в этом направлении.
Гаджикадир выдвинул гипотезу, что, если поднимать степень сжатия двигателя до определённого предела, будет происходить пропорциональный рост КПД. У серийных движков она около 10. Но теория моторостроения не разрешает повышать эту степень выше 14 — возникнет детонация, разрушающая двигатель. Было необходимо как-то победить её.
Типы двигателей
Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по циклу, состоящему из четырех тактов:
- впуск воздуха или его смеси с топливом;
- сжатие рабочей смеси,
- рабочий ход при сгорании рабочей смеси;
- выпуск отработавших газов.
Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые двигатели — бензиновые и дизели.
Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливо-воздушной смеси искровыми свечами. Различаются по типу системы питания:
- в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и несоответствия современным экологическим нормам;
- в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра (распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной системой управления двигателем;
- двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных веществ.
Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом происходит от повышения ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью (на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже), улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент (см. ниже) дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала (в обиходе — “тяговиты на низах”).
Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми двигателями и рядом недостатков:
- большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы двигателя, увеличивая их габариты и вес;
- большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в цилиндрах;
- меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают обороты.
Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории. Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания
Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание
Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных батарей. Работа этой установки происходит в различных режимах в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные батареи. При движении в городском цикле может работать только электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных веществ.
Автомобиль от А до Я: устройство двигателя внутреннего сгорания
Новая рубрика, готовьтесь! Будет много познавательного текста с картинками.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является сердцем автомобиля. Главная особенность этих двигателей заключается в том, что воспламенение топлива происходит внутри камеры сгорания (КС), а не в сторонних внешних агрегатах.
В процессе работы тепловая энергия, выделяемая, вследствие, сгорания топлива, преобразуется в механическую.
— легкие жидкие (газ, бензин)
— тяжелые жидкие (дизельное топливо)
— Бензиновые двигатели
Бывают двух типов: бензиновые карбюраторные и бензиновые инжекторные.
В первом случае смесеобразование (смешивания топлива с воздухом) происходит в карбюраторе или во впускном коллекторе с помощью форсунок. Далее, смесь попадает в цилиндр, сжимается и поджигается искрой от свечи.
Во втором же случае, топливо впрыскивается во впускной коллектор или в цилиндр с помощью инжекторов (распыляющие форсунки).
— Дизельные двигатели
Специальное дизельное топливо (ДТ) подается в определенный момент (не доходя до мертвых точек) в цилиндр под высоким давлением с помощью форсунки.
Движение поршня сжимает смесь еще сильнее, топливо нагревается, с последующим воспламенением горючей смеси (за счет высокого давления).
Такие двигатели характеризуются малыми оборотами и высоким крутящим моментом.
— Газовые двигатели
В качестве топлива, двигатель использует углеводороды. В основ, такие двигатели работают на пропане, но встречаются и другой газ в качестве топлива.
Главное отличие от других двигателей — высокая степень сжатия. Такие двигатели меньше изнашиваются благодаря тому, что топливо уже подается в газообразном состоянии. Также, экономичность газовых двигателей на лицо — газ дешевле бензина.
Стоит отметить и экологичность — отсутствует дымность двигателя.
— от искры (бензиновые)
— от сжатия (дизельные)
— Рядный двигатель
Наиболее распространенная компоновка, цилиндры расположены в один ряд перпендикулярно коленчатому валу. Такие двигатели просты в конструкции, но при большом количестве цилиндров — увеличивается размер двигателя в длину.
— V-образный
Для уменьшения длины агрегата, цилиндры располагают под углом от 60 до 120 градусов, при этом, продольные оси цилиндров совпадают с продольной осью коленчатого вала.
Двигатель получается довольно небольших размеров в продольном отношении (короткий).
Из минусов: довольно большая ширина двигатели и раздельные головки блока, что приводит к увеличению себестоимости при изготовлении.
— Оппозитный
Горизонтально-оппозитный двигатель имеет меньшие габариты по высоте, что позволит снизить центр тяжести всего автомобиля. Из плюсов можно выделить: компактность, симметричность компоновки.
— VR-образный
За счет 6-ти цилиндров, расположенных под углом 150 градусов, образуется весьма компактный (узкий и короткий) двигатель. А также, этот двигатель имеет всего одну головку блока.
— W-образный
В этих двигателях соединены два ряда цилиндров в VR-исполнении.
Угол расположения цилиндров равен — 150 градусам, а сами ряды — под углом 720 градусов.
Штатный автомобильный двигатель состоит из 2-х механизмов и 5-ти систем.
Классификация двигателей внутреннего сгорания
В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:
- Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
- карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
Более детально узнать о назначении, устройстве и принципе работы карбюратора, вы можете здесь: Карбюратор: устройство и принцип работы
- инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
- дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
- Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
- Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.
Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.
Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.
Пуск
Данной системой достигается вращение коленвала мотора при запуске. Это необходимо для начала функционирования отдельных механизмов и самого двигателя в целом.
Для запуска в основном используется стартер. Благодаря ему, процесс осуществляется легко, надежно и быстро. Но возможен и вариант пневматического агрегата, который работает на запасе сжатого воздуха в ресиверах либо обеспеченного компрессором с электрическим приводом.
Самой простой системой является заводная рукоятка, через которую в моторе проворачивается коленвал и начинается работа всех механизмов и систем. Еще недавно все водители возили ее с собой. Однако ни о каком удобстве в этом случае речи быть не могло. Поэтому сегодня все обходятся без нее.
Автомобиль от А до Я: устройство двигателя внутреннего сгорания
Новая рубрика, готовьтесь! Будет много познавательного текста с картинками.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является сердцем автомобиля. Главная особенность этих двигателей заключается в том, что воспламенение топлива происходит внутри камеры сгорания (КС), а не в сторонних внешних агрегатах.
В процессе работы тепловая энергия, выделяемая, вследствие, сгорания топлива, преобразуется в механическую.
— легкие жидкие (газ, бензин)
— тяжелые жидкие (дизельное топливо)
— Бензиновые двигатели
Бывают двух типов: бензиновые карбюраторные и бензиновые инжекторные.
В первом случае смесеобразование (смешивания топлива с воздухом) происходит в карбюраторе или во впускном коллекторе с помощью форсунок. Далее, смесь попадает в цилиндр, сжимается и поджигается искрой от свечи.
Во втором же случае, топливо впрыскивается во впускной коллектор или в цилиндр с помощью инжекторов (распыляющие форсунки).
— Дизельные двигатели
Специальное дизельное топливо (ДТ) подается в определенный момент (не доходя до мертвых точек) в цилиндр под высоким давлением с помощью форсунки.
Движение поршня сжимает смесь еще сильнее, топливо нагревается, с последующим воспламенением горючей смеси (за счет высокого давления).
Такие двигатели характеризуются малыми оборотами и высоким крутящим моментом.
— Газовые двигатели
В качестве топлива, двигатель использует углеводороды. В основ, такие двигатели работают на пропане, но встречаются и другой газ в качестве топлива.
Главное отличие от других двигателей — высокая степень сжатия. Такие двигатели меньше изнашиваются благодаря тому, что топливо уже подается в газообразном состоянии. Также, экономичность газовых двигателей на лицо — газ дешевле бензина.
Стоит отметить и экологичность — отсутствует дымность двигателя.
— от искры (бензиновые)
— от сжатия (дизельные)
— Рядный двигатель
Наиболее распространенная компоновка, цилиндры расположены в один ряд перпендикулярно коленчатому валу. Такие двигатели просты в конструкции, но при большом количестве цилиндров — увеличивается размер двигателя в длину.
— V-образный
Для уменьшения длины агрегата, цилиндры располагают под углом от 60 до 120 градусов, при этом, продольные оси цилиндров совпадают с продольной осью коленчатого вала.
Двигатель получается довольно небольших размеров в продольном отношении (короткий).
Из минусов: довольно большая ширина двигатели и раздельные головки блока, что приводит к увеличению себестоимости при изготовлении.
— Оппозитный
Горизонтально-оппозитный двигатель имеет меньшие габариты по высоте, что позволит снизить центр тяжести всего автомобиля. Из плюсов можно выделить: компактность, симметричность компоновки.
— VR-образный
За счет 6-ти цилиндров, расположенных под углом 150 градусов, образуется весьма компактный (узкий и короткий) двигатель. А также, этот двигатель имеет всего одну головку блока.
— W-образный
В этих двигателях соединены два ряда цилиндров в VR-исполнении.
Угол расположения цилиндров равен — 150 градусам, а сами ряды — под углом 720 градусов.
Штатный автомобильный двигатель состоит из 2-х механизмов и 5-ти систем.
Лучшие методы форсирования двигателя из опыта автолюбителей
Фильтруем с умом
«Автошноркель повысит сопротивление потоку, поэтому выбирать этот элемент необходимо с учетом проходного сечения и длины. Не нужно устанавливать на него фильтр с малой пропускной способностью.
Сегодня в продаже можно найти фильтры с минимальным сопротивлением потоку. Наиболее популярный K&N, который проходит 1 000 000 миль. Однако у него есть минусы: необходимо постоянно очищать от загрязнений, высушивать и наносить пропитку. Еще один метод автотюнинга — установить фильтр увеличенного размера от грузовой машины, к примеру».
Работаем с турбиной
«Автотурбина — это насос прямого вытеснения. Главный минус данного метода форсирования двигателя — узкий диапазон работы с высоким КПД. Производители автомобилей устраняют этот недостаток разными способами. К примеру, Ford использует турбину, на которой можно менять угол лопаток. Однако в большинстве случаев на заводах устанавливаются автотурбины со стандартными параметрами, поэтому на многих ДВС наблюдается турбояма.
Что делать? Можно использовать механический нагнетатель, который в редких случаях устанавливается на заводские двигатели (даже дизельные). Механический нагнетатель достаточно часто используется в автотюнинге. Например, с его помощью можно выровнять параметры наддува. Однако будьте готовы к серьезным финансовым расходам. Если вам нужно тюнинговать двигатель, чтобы он тянул на низких оборотах, то лучше приобрести турбину, работающую «на низах». К сожалению, на высоких оборотах мотор будет терять в мощности. В некоторых ситуациях при необходимости наддув можно вывести вверх».
Осторожнее с наддувом
«Эффективный метод форсирования двигателя — повысить давление наддува. Однако в этом случае мотор, как бензиновый, так и дизельный, может детонировать. Кроме того, постоянно повышать давление невозможно.
Необходимо соблюдать границы степени сжатия, которые рассчитаны для конкретного ДВС. В противном случае поршни и форкамеры могут прогореть
Поэтому данный метод форсирования двигателя следует использовать с осторожностью. Если увеличить диаметр клапанов, продувка камер станет лучше
На спортивных авто подгоняют коллекторы, а также спиливают выступающую в канал часть втулки клапана. Это также способствует лучшей продувке. Кстати, ресурс мотора после такого тюнинга останется неизменным».
Настроенный выхлоп – настроенный мотор
«Проверенный метод форсирования двигателя — настройка выхлопной системы. Такой тюнинг подойдет как для моторов с наддувом, так и для атмосферных ДВС. Выхлоп создает сопротивление потоку. Чтобы сделать сопротивление меньше, следует укоротить длину либо проходное сечение. В результате мотор станет мощнее. В продаже можно найти специальные устройства, к примеру, позволяющие дистанционно открывать клапан на открытие выхлопа наружу сразу после двигателя. Необходимо также правильно настроить мотор. Чтобы положение распределительного вала на машине было точным, используются разрезные шестерни».
Топливная система и впрыск – идем на взлет
«Заводские ДВС имеют такую настройку, чтобы экономить топливо и не загрязнять окружающую среду. Однако когда вы хотите сделать мотор мощнее, следует усовершенствовать топливную систему. Дизельный автомобиль должен чуть-чуть коптить. Только так будет наилучшее соотношение топливной смеси и воздуха.
Системы опережения впрыска также должны работать правильно. Могут быть переходные режимы, однако сегодня за это отвечает электронный блок управления. Провести корректировку можно не на каждом блоке. Поможет перепрошивка ЭБУ».
Электро-двигатель
Существуют машины, которые используют в качестве исходной энергии – электричество. Наиболее популярный и близкий к автомобилю вид транспорта, работающий на электричестве – это всем известный троллейбус.
Но полноценным автомобилем его не назовешь, поскольку двигаться троллейбус может только лишь вдоль натянутых проводов, от которых он запитывается электричеством.
Но вы наверняка слышали о машинах, которые называются электромобилями. Электромобили – это автомобили, в которых в качестве силового агрегата используется электродвигатель.
Электродвигатель, как вы понимаете, работает от электрической энергии, которую он получает, как правило, от аккумуляторных батарей.
Электромобили, по сравнению с автомобилями, использующими двигатели внутреннего сгорания, имеют массу преимуществ.
Они экологичны, практически бесшумны (что не всегда плюс), быстро набирают скорость, им не нужна коробка скоростей можно даже обойтись без трансмиссии, если поставить двигатели на каждое из колес. То есть такие автомобили могли бы быть намного дешевле, чем автомобили с ДВС, если бы стали массовыми.
Но есть два существенных момента, которые очень сильно ограничивают применение электродвигателей на современных автомобилях. До сих пор не придумали аккумуляторов, которые бы могли запасти в себе достаточное количество электрической энергии.
То есть запас хода электромобиля сегодня ограничен несколькими десятками километров. Если не включать фары, магнитолу, кондиционер, то можно и до сотни километров проехать, но все равно это очень мало. Примерно в 5-6 раз меньше, чем на одной заправке бензином. Впрочем, над этим разработчики постоянно работают и возможно, что когда вы читаете эти строки, уже существует электромобиль с запасом хода более 500 км.
Но даже малый запас хода был бы не так страшен, если бы не время, требуемое на перезарядку аккумуляторов. Если заправка бензином, дизтопливом или газом занимает 5-10 минут, то аккумуляторы придется заряжать часов 12, а то и сутки.
Поэтому, пока электромобили могут использоваться лишь для непродолжительных поездок по городу, после чего всю ночь на зарядке.
