Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы и перспективы

1.

Двигатель внутреннего
сгорания
ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ / МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА
01 / 09

2.

01 / КОНЦЕПТ
02 / 09
ДВС: преобразование энергии
Сгорание смеси внутри цилиндра создаёт давление, которое совершает работу.
01 / ПОДВОД ЭНЕРГИИ
Топливовоздушная смесь поступает в цилиндр для последующего воспламенения.
02 / ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
Рост давления перемещает поршень. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
преобразует его движение во вращение вала.
03 / ПОЛЕЗНЫЙ ВЫХОД
Крутящий момент направляется на трансмиссию автомобиля или привод генератора.
КЛЮЧЕВОЙ ПРИНЦИП
Рабочее тело — продукты сгорания (расширяющиеся газы); цикл работы двигателя
повторяется непрерывно..
02

3.

02 / ЭВОЛЮЦИЯ
03 / 09
Ключевые вехи эволюции
От экспериментальных машин — к серийным силовым установкам.
1860
Этьен Ленуар создал один из первых практически применимых газовых двигателей.
1876
Николаус Отто запатентовал четырёхтактный двигатель с предварительным сжатием
заряда.
1892 / 1893
Рудольф Дизель подал патент на принцип двигателя с воспламенением от сжатия а в
1893 году получил его.
XX–XXI ВЕК
Массовое производство, электронное управление, турбонаддув, прямой впрыск и
системы очистки выхлопных газов..
03

4.

03 / АРХИТЕКТУРА
04 / 09
Архитектура и базовые узлы
Механическая система синхронизирует газообмен, сжатие и передачу усилия.
БЛОК ЦИЛИНДРОВ
Несущая основа. Цилиндры, каналы охлаждения и смазки.
ПОРШНЕВАЯ ГРУППА
Поршень, кольца и палец. Уплотнение камеры и передача давления.
КШМ
Шатун и коленчатый вал. Возвратно-поступательное движение → вращение.
ГРМ
Распредвал, клапаны и привод. Точное управление впуском и выпуском.
04

5.

04 / РАБОЧИЙ ЦИКЛ
05 / 09
Четырёхтактный цикл
Полный цикл — два оборота коленчатого вала, четыре хода поршня.
01 / ВПУСК
Поршень вниз. Впускной клапан открыт. В цилиндр поступает воздух или
топливовоздушная смесь.
02 / СЖАТИЕ
Поршень вверх. Клапаны закрыты, давление и температура заряда растут.
03 / РАБОЧИЙ ХОД
Сгорание повышает давление. Газы толкают поршень вниз и создают
полезную работу.
04 / ВЫПУСК
Поршень вверх. Выпускной клапан открыт. Отработавшие газы удаляются.
05

6.

05 / ТЕРМОДИНАМИКА
06 / 09
Термодинамика и КПД
Не вся энергия топлива превращается в полезную работу.
20-25%
Ориентировочный эффективный КПД многих современных автомобильных ДВС в
благоприятном режиме; значение зависит от конструкции и нагрузки.
ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ
Энергия уходит с выхлопными газами и через систему охлаждения.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ
Трение в подшипниках, поршневой группе и приводах агрегатов.
СИСТЕМНЫЕ ПОТЕРИ
Насосные работы, неполное сгорание и работа вспомогательных устройств.
06

7.

06 / ВЫПУСК И ФИЛЬТРАЦИЯ
07 / 09
Системы очистки выхлопа
Состав системы зависит от топлива, норм выбросов и стратегии управления двигателем.
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР
Катализатор — очищает выхлопные газы от самых вредных и ядовитых веществ
(угарного газа и несгоревшего бензина), превращая их в безвредный пар и углекислый
газ.
САЖЕВЫЙ ФИЛЬТР
Сажевый фильтр — работает как обычный фильтр или сито. Он улавливает мелкую
черную сажу из выхлопа (особенно в дизелях), а когда забивается — сам выжигает её
при высокой температуре.
SCR / AdBlue
Система впрыска мочевины — специальная жидкость (мочевина) впрыскивается в
выхлопную трубу дизельных машин, чтобы полностью нейтрализовать опасные оксиды
азота и сделать выхлоп чистым.
ДАТЧИКИ И КОНТРОЛЬ
Датчики (например, Лямбда-зонд) — постоянно «нюхают» выхлопные газы и передают
данные компьютеру машины, чтобы тот правильно настраивал подачу топлива.
07

8.

07 / ПРИМЕНЕНИЕ
08/ 09
ДВС в промышленности и транспорте
Там, где важны автономность, высокая мощность и работа вдали от сети.
СУДОВЫЕ УСТАНОВКИ
Низкооборотные двухтактные и среднеоборотные двигатели обеспечивают тягу и
бортовую энергию.
АВИАЦИЯ
Поршневые двигатели применяются в лёгких самолётах и отдельных беспилотных
платформах.
МАГИСТРАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВОЗЫ
Мощный дизель крутит генератор, а полученный ток питает электромоторы, которые
уже двигают колеса поезда
АВТОНОМНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Двигатель крутит генератор для выработки электричества. Мощность зависит от
размеров установки
08

9.

8 / ВЕКТОР РАЗВИТИЯ
09/ 09
Эволюция продолжается
Не одна замена, а набор сценариев модернизации для разных задач.
E-FUELS
Искусственное топливо — учёные научились создавать бензин и дизель прямо из
углекислого газа и воды. Такое топливо можно заливать в обычные машины прямо на
старых заправках, и оно почти не вредит природе.
ВОДОРОДНЫЙ ДВС
Моторы на водороде — вместо бензина в цилиндрах сгорает водород. Из выхлопной
трубы такого двигателя вместо грязного дыма выделяется обычный чистый пар.
ГИБРИДИЗАЦИЯ
Гибриды — ДВС работает в паре с электромотором. Электрика помогает при разгоне,
экономя топливо, а при торможении машина сама подзаряжает свою батарею.
ИТОГ
Будущее ДВС — это не полный отказ от них, а превращение их в чистые, эффективные и
экологичные моторы, работающие вместе с современными технологиями.
09