Лекция на тему "Двигатель внутреннего сгорания" 

Изучить общее устройство ДВС, написать конспект и ответить на контрольные вопросы

Двигатель — агрегат, преобразующий тепловую энергию, получающуюся при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу, а создаваемый с помощью кривошипно-шатунного механизма крутящий момент используется для передвижения автомобиля.

Различают следующие основные типы ДВС:
· поршневой двигатель внутреннего сгорания;
· роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания;
· газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.

Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются:
· автономность;
· универсальность (сочетание с различными потребителями);
· невысокая стоимость;
· компактность;
· малая масса;
· возможность быстрого запуска;
· многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся:
· высокий уровень шума;
· большая частота вращения коленчатого вала;
· токсичность отработавших газов;
· невысокий ресурс;
· низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают следующие поршневые ДВС:
· бензиновые двигатели;
· дизельные двигатели.
     Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.
      Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.
      Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет следующее общее устройство:
· корпус;
· кривошипно-шатунный механизм;
· газораспределительный механизм;
· впускная система;
· топливная система;
· система зажигания (бензиновые двигатели);
· система смазки;
· система охлаждения;
· выпускная система;
· система управления.

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.
      Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель):
· впуск;
· сжатие;
· рабочий ход;
· выпуск.
       Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).
На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.
На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.
Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.
При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.
      Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Контрольные вопросы
1. Дать определение ДВС.
2. Перечислите основные типы ДВС и их достоинство и недостатки.
3. Опишите общее устройство поршневого двигателя.
4.Опишите принцип работы двигателя внутреннего сгорания. 
 
Задание1. Заполните таблицу «Классификация ДВС»

По способу смесеобразования	1. 2.
По виду применяемого топлива	1. 2. 3. 4.
По способу охлаждения	          1. 2.
По расположению цилиндров	1. 2.

Задание 2. Установите соответствие между понятием и определением.

Понятие	                                     Определение
1. Верхняя мертвая точка (ВМТ)	А) Процесс, который происходит в цилиндре за один ход поршня
2. Нижняя мертвая точка (НМТ)	Б) Рабочий объем всех цилиндров двигателя
3. Ход поршня	                             В) Пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в ВМТ
4. Камера сгорания	                    Г) Крайнее верхнее положение поршня
5. Рабочий объем цилиндра	          Д) Крайнее нижнее положение поршня
6. Литраж	                                       Е) Число, показывающее во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания
7. Полный объем цилиндра	          Ж) Пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из ВМТ в НМТ
8. Степень сжатия	                    З) Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой
9. Такт	                                        И) Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема

Задание 3. Напиши рассуждения по данному вопросу: Как протекает рабочий цикл

1такт_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2такт_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3такт_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4такт_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 4. Верны ли утверждения: Да или Нет(Над каждым вопросом поставить ДА или НЕТ)

1. Кривошипно- шатунный механизм обеспечивает подачу дозированных порций топлива в определенный момент в распыленном состоянии в цилиндры двигателя	 
2. Механизм газораспределения управляет работой клапанов, что позволяет в определенных положениях поршня впускать воздух или горючую смесь в цилиндры, сжимать их до определенного давления и удалять оттуда отработавшие газы.	 
3. Система питания служит для подачи очищенного топлива или воздуха в цилиндры, а также для отвода продуктов сгорания из цилиндров	 
4. Система зажигания необходима для непрерывной подачи масла к трущимся деталям	 
5. Смазочная система предохраняет стенки камеры сгорания от перегрева и поддерживает в цилиндрах нормальный тепловой режим	 
6. Система охлаждения служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя в определенный момент

Задание 5. Заполните таблицу «Подвижные и неподвижные детали КШМ»

Подвижные детали КШМ	Неподвижные детали КШМ
1.______________________________ 
2.______________________________
3.______________________________ 
4.______________________________ 
5._____________________________