Паровые двигатели были установлены и приводили в движение большую часть паровозов в период начала 1800 и вплоть до 1950 годов прошлого века. Хочется отметить, что принцип работы этих двигателей всегда оставался неизменным, несмотря на изменение их конструкции и габаритов.
Пар из котла поступает в паровую камеру, из которой через паровую задвижку-клапан (обозначена синим цветом) попадает в верхнюю (переднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром, толкает поршень вниз к НМТ. Во время движения поршня от ВМТ к НМТ колесо делает пол оборота.В самом конце движения поршня к НМТ паровой клапан смещается, выпуская остатки пара через выпускное окно, расположенное ниже клапана. Остатки пара вырываются наружу, создавая характерный для работы паровых двигателей звук.В то же самое время, смещение клапана на выпуск остатков пара открывает вход пара в нижнюю (заднюю) часть цилиндра. Созданное паром в цилиндре давление заставляет поршень двигаться к ВМТ. В это время колесо делает еще пол оборота.В конце движения поршня к ВМТ остатки пара освобождаются через все то же выпускное окно. Цикл повторяется заново.
Электродвигатель
Вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) - статором. Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный - тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше - по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания.
Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами - это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.
В многоточечных системах одновременного впрыска микрокомпьютер одновременно открывает все форсунки независимо от положения впускного клапана или фазы рабочего цикла двигателя. Распыленное топливо остается «на удержании» до тех пор, пока он всасывается в камеру сгорания, когда впускной клапан открыт. Управление открытием форсунки может выполняться один раз каждые два оборота двигателя или на каждом повороте, когда условия обогащение смеси.
Преимущества и недостатки бензиновых двигателей
Двигатель внутреннего сгорания представляет собой тип теплового двигателя, в котором топливо зажигается и сгорает внутри самого двигателя. Энергия, создаваемая горячим газом, преобразуется в механическую и используется для движения. Чаще всего, однако, на практике «двигатель внутреннего сгорания» означает «двигатель поршня внутреннего сгорания».
Авиационный двигатель Гнома (Gnome) был один из нескольких популярных роторных двигателей военных самолетов времен Первой Мировой войны. Коленчатый вал этого двигателя крепился к корпусу самолета, в то время как картер и цилиндры вращались вместе с пропеллером.
Реактивные двигатели, ракеты и газовые турбины классифицируются как двигатели внутреннего сгорания, но термин «двигатель внутреннего сгорания» часто используется специально для двигателей внутреннего сгорания с внутренним сгоранием, где работа делится на несколько циклов, называемых «ходами». Фактические циклы четырехтактных двигателей выполняются для четырех ходов или четырех поршневых ходов.
Первый ход - процесс всасывания или наполнения. Когда давление остаточного газа в цилиндре значительно падает, новое свежее рабочее вещество входит через впускной клапан, который открывается с помощью механизма распределения газа. Из-за сопротивления системы наполнения давление рабочего вещества в цилиндре во время процесса наполнения меньше атмосферного давления. Второй такт - процесс сжатия. По мере того как пространство перелива уменьшается, давление и температура рабочего вещества увеличиваются, что приводит к благоприятным условиям сжатия и сгорания в конце сжатия.
Двигатель Гнома (Gnome) уникален тем, что его впускные клапана расположены внутри поршня. Работа данного двигателя осуществляется по все известному циклу Отто. В каждой заданной точке каждый цилиндр двигателя находится в различной фазе цикла. На представленном чертеже с зеленым шатуном изображен главный, основной цилиндр.
Преимущества данного двигателя:
Нет необходимости в установке противовесов.
Цилиндры постоянно находятся в движении, что создает хорошее воздушной охлаждения, что позволяет избегать системы
жидкостного охлаждения.
Вращающиеся цилиндры и поршни создают вращающийся момент, что позволяет избегать применение маховика.
Недостатки:
Плохое маневрирование самолета из-за большого веса вращающегося двигателя, т.н гироскопический эффект
Плохая сисема смазки, поскольку центробежные силы заставляи смазочное масло скапливать на перефирии двигателя. Масло
приходилось смешивать с топливом для обеспечения надлежащего смазывания.
Таким образом, во время второго хода цилиндра происходит, главным образом, утолщение рабочего вещества. Кроме того, в начале удара новое рабочее вещество продолжает течь в цилиндр, и в конце того же цикла начинается процесс горения. Третье молчание - процесс сжигания и расширения. В результате тепла, образующегося при сжигании топлива, температура и давление рабочего вещества значительно возрастают.
Основные вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания
Вот почему этот удар называется штрихом. Четвертый процесс без потерь. Двухтактные двигатели Двухтактный двигатель работает на двух ходах или двух ходах на поршне, за один оборот коленчатого вала. Чтобы очистить цилиндр лучше, чем продукты сгорания, и заполнить свежей рабочей жидкостью, его необходимо предварительно уплотнить до определенного давления в специальном блоке или в картере двигателя.
Ракетный двигатель.
Для того, чтобы работать в условиях космоса, ракетные двигатели должны иметь собственный запас кислорода для обеспечения сжигания топлива. Топливо-воздушная смесь впрыскивается в камеру сгорания, где происходит ее постоянное сжигание. Образующийся во время сгорания газ под очень большим давлением высвобождается наружу через сопло, создавая реактивную силу и заставляя ракетный двигатель, а вместе с ним и ракету двигаться в противоположном направлении.
Фактический цикл двухтактных двигателей следующий. В течение этого времени топливо сгорает в цилиндре, а продукты сгорания расширяются. выполняется рабочий ход поршня. Расширительные отверстия открываются в конце расширения и свободного потока потоков газа из цилиндра. Затем, когда давление в цилиндре приблизительно равно давлению свежего рабочего тела, очищающие отверстия открываются. Свежее рабочее вещество, поступающее в цилиндр через выдувные отверстия, толкает продукты сгорания через выхлоп и заполняет цилиндр.
Таким образом, во время первого хода цилиндра выполняются процессы: сжигание, расширение, газоотвод, продувка и наполнение цилиндра свежим рабочим веществом. В течение этого времени продолжается процесс очистки цилиндра от продуктов сгорания и наполнения его новым рабочим веществом.
Турбореактивный двигатель (ТРД)
Топливо постоянно сжигается внутри камеры сгорания турбины. Освобождающийся через сопло газ создает реактивную силу.На выходе из сопла установлены несколко ступеней турбины, закрепленные на общем валу. проходя через лопатки турбин газ приводит их во вращение. Между колесами турбин установлены неподвижные направляющие лопатки, которые придаю определенное направление потоку газа на пути ко следующей ступени (колесу) турбины, что создает более эффективное вращение.Вместе с турбиной на едином валу в передней части двигателя установлен компрессор, который служит для сжатия и подачи воздуха в камеру сгорания.
Турбовинтовой двигатель (ТВД).
На валу перед компрессором установлен редуктор, приводящий во вращение воздушный винт с более низкими оборотами, чем турбина. Получение мощности, необходимой для вращения ротора компрессора и воздушного винта, обеспечивается турбиной с увеличенным числом ступеней, поэтому расширение газа в турбине происходит почти полностью и реактивная тяга, получаемая за счет реакции газовой струи, вытекающей из двигателя, составляет только 10–15% суммарной тяги, в то время как воздушный винт создает основное тяговое усилие (85–90%).
Турбовентиляторный двигатель (ТВлД)
Этот двигатель является неким копромиссом между турбореактивным и турбовинтовым двигателем. У турбовентиляторного двигателя (ТВлД) на валу перед компрессором установлен вентилятор, имеющий большее количество лопаток, чем воздушный винт и обеспечивающий высокий расход воздуха через двигатель на всех скоростях полета, включая низкие скорости при взлете.
4-хтактный ДВС
2-хтактный ДВС
Роторно-поршневой ДВС
Двухтактный оппозитный двигатель (два поршня встречного движения в одном цилиндре).
Роторно-лопастной ДВС
Чтобы понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, рассмотрим принцип действия 1-цилиндрового бензинового двигателя.
Главной частью такого мотора является цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью, на котором закреплена съемная головка. Внутри цилиндра находится поршень. Конструкция напоминает обычный стакан, перевернутый вверх дном. Поршень двигается внутри цилиндра вертикально: вверх-вниз.
Снаружи по окружности поршня в специальных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во-вторых, не пускают моторное масло в камеру сгорания (она находится над верхним положением поршня).
Двигатель внутреннего сгорания в разрезе
Поршень с помощью поршневого пальца закреплен на шатуне, а шатун — на кривошипе коленчатого вала. Когда сгорает горючая смесь, образующиеся газы давят на поршень, он идет вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, заставляя его крутиться. На конце коленчатого вала установлен маховик, представляющий собой массивный металлический диск. Он предназначен для инерционного вращения коленчатого вала, благодаря чему совершаются подготовительные такты рабочего цикла двигателя.
Горючая смесь (смесь паров бензина и воздуха) поступает в камеру сгорания через впускной клапан и после сгорания выходит через выпускной клапан (это и есть выхлопные газы). Впускной и выпускной клапаны открываются, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала, и плотно закрываются с помощью мощных пружин, когда кулачок уходит.
Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом. В головке блока цилиндров есть специальное отверстие с резьбой, в него вкручивается свеча. Она дает искру, от которой воспламеняется горючая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится 1 свеча (следовательно, у 4-цилиндрового двигателя имеется 4 свечи, у 8-цилиндрового — 8 и т. д.).
При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений: верхнего и нижнего. В них он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Крайнее верхнее положение поршня является верхней мертвой точкой, а нижнее — нижней мертвой точкой (соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между этими точками называется ходом поршня.
Когда поршень находится в верхней мертвой точке, над ним остается пространство — камера сгорания. Именно в ней воспламеняется и сгорает горючая смесь. В результате воспламенения получается нечто вроде мини-взрыва, который отталкивает поршень вниз. В этот момент происходит превращение тепловой энергии в механическую: двигаясь вниз, поршень толкает коленчатый вал, от которого на ведущие колеса автомобиля передается крутящий момент. Объем пространства над верхней мертвой точкой так и называется — объем камеры сгорания.
Пространство между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Если сложить объем камеры сгорания и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра.
Сумма полных объемов всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания называется рабочим объемом двигателя.