Internal combustion engine

Термин двигатель внутреннего сгорания обычно относится к двигателю, в котором сгорание носит непостоянный характер, такие, как более знакомый четырехтактные и двухтактные поршневые двигатели, а также варианты, такие, как шеститактный поршневой двигатель Ванкеля и роторным двигателем. Второй класс двигателей внутреннего сгорания, использование непрерывного горения: газовых турбин, реактивных двигателей и большинство ракетных двигателей, каждый из которых являются двигатели внутреннего сгорания на том же принципе.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС или) довольно сильно отличается от внешнего сгорания, таких как  пар или двигателей Стирлинга, в  которых энергия подается рабочей жидкостью, не состоящих в смешанных или загрязненного продуктами горения. Рабочие жидкости могут быть воздух, горячая вода, вода под давлением или даже жидкого натрия, нагревают в котел.

Большое количество различных конструкций для ДВС были разработаны и построены, с различными сильными и слабыми сторонами. Работает на высококалорийные топлива (что очень часто бензин, жидкости, полученной из ископаемых видов топлива). Хотя были и остаются многие стационарного применения, реальная сила двигателей внутреннего сгорания в мобильных приложениях, и они доминируют в качестве источника питания для автомобилей, самолетов и катеров.

Двигатели внутреннего сгорания, которые чаще всего используются для мобильных двигателей в автомобилях  и портативной техники. В мобильном оборудовании, внутреннего сгорания является выгодным, поскольку они могут обеспечить высокую мощность на единицу веса соотношения вместе с отличной плотностью энергии топлива. Вообще с использованием ископаемых видов топлива (в основном нефть), эти двигатели появились в транспорте почти во всех транспортных средств (автомобили, грузовики, мотоциклы, лодки, и в самых разнообразных летательных аппаратов и локомотивов).

Где очень высокой мощности к весу отношения необходимы, двигатели  внутреннего сгорания появляются в  виде газовых турбин. Эти приложения включают реактивные самолеты, вертолеты, корабли и большие электрические генераторы.

Четырехтактный цикл (или  цикл Отто)

1. Потребление

2. Сжатие

3. Питание

4. Выхлоп

Как следует из их названия, четырехтактный ДВС имеют четыре основных шага, которые повторяются  с каждым два оборота двигателя: 
(1) Впускной удар (2) такт сжатия (3) питание и ход (4) Выхлопной удар

1. Впускной удар: первый удар двигателем IC также известен как всасывания, так как поршень движется в максимальном положении объема (вниз в цилиндре). Впускной клапан открывается, в результате движения поршня, а испаряясь топливная смесь поступает в камеру сгорания. Впускной клапан закрывается в конце этого удара.

2. Такт сжатия: В этом  процессе, оба клапана закрыты, и поршень начинает свое движение к минимуму объема позиций (вверх в цилиндре) и сжимает топливную смесь. Во время процесса сжатия, давления, температуры и плотности увеличивает топливную смесь.

3. Питание и ход: Когда поршень достигает минимального объема позиций, свечи зажигания поджигает смесь топлива. Топливо производит силу, которая передается на вал кривошипно-шатунного механизма.

4. Выхлопной удар: в конце рабочего хода, открывается выпускной клапан. Во время этого удара, поршень начинает свое движение в минимальном положении громкости. Открытый клапан выпускной позволяет выхлопных газов, чтобы избежать цилиндра. В конце этого удара, выпускной клапан закрывается, впускной клапан открывается, и последовательность повторяется в следующем цикле. Четыре двигателя требуют двух революций.

Многие двигатели перекрытия действия во времени; реактивных двигателей делают все шаги одновременно в разных частях системы.

Горение 
Все двигатели внутреннего сгорания, зависит от сжигания химического топлива, как правило, с кислородом из воздуха (хотя можно вводить закиси азота для того, чтобы сделать больше то же самое и получить усилитель мощности). Процесс горения обычно приводит к производству большого количества тепла, а также производства пара и двуокиси углерода и других химических веществ при очень высокой температуре, температура определяется химическим составом топливно-окислителями (см. стехиометрии), а также сжатие и других факторов. 
Наиболее распространенные современные виды топлива состоят из углеводородов и получаются в основном из ископаемого топлива (нефти). Ископаемые виды топлива включают дизельное топливо, бензин и нефтяного газа, и реже использование пропана. За исключением компонентов подачи топлива, в большинстве двигателей внутреннего сгорания, которые предназначены для использования бензина могут работать на природном газе или сжиженном нефтяном газе без существенных модификаций. Большие дизели могут работать с воздухом, смешиваться с газами и дизельного топлива зажигания. Жидкие и газообразные виды биотоплива, такие как этанол и биодизель (форма дизельного топлива, которое производится из сельскохозяйственных культур, которые дают триглицеридов, таких как соевое масло), также могут быть использованы. Двигатели с соответствующими изменениями также могут работать на водороде газа, древесном газе, угле или газе, а также из так называемого производителя газа из других удобных биомасс. В последнее время эксперименты были сделаны с использованием порошкового твердого топлива, такие, как цикл инъекции магния.

Двигатели внутреннего сгорания требуют воспламенение смеси, либо с искровым зажиганием (SI) или с воспламенением от сжатия (ДИ). До изобретения надежных электрических методов, горячие трубы и пламени методы. Экспериментальные двигатели были построены с лазерным зажиганием.

Процесс бензинового двигателя

Бензин системы зажигания  двигателя обычно полагаются на сочетание  свинцово-кислотные батареи и  индукционной катушки для обеспечения  высокого напряжения электрической  искры, чтобы зажечь воздушно-топливной  смеси в цилиндрах двигателя. Эта батарея заряжается во время  операции с использованием электрогенерирующих  устройств, таких как генератор  или генератор управления двигателем. Бензиновые двигатели принимают в смеси воздуха и бензина и могут сжать ее не более чем до 12,8 бар (1,28 МПа), а затем использовать свечи зажигания для воспламенения смеси, когда она сжимается поршнем голову в каждом цилиндре. 
Дизель процесса зажигания

Дизельные двигатели и HCCI (однородные с воспламенением от сжатия заряда) двигатели, полагаются только на тепло и давление, создаваемое двигателем в своем процессе сжатия для воспламенения. Уровень сжатия, которое происходит, как правило, в два раза или более чем в бензиновом двигателе. Дизельные двигатели будут принимать только в воздухе, а незадолго до пика сжатия, небольшое количество дизельного топлива впрыскивается в цилиндр через инжектор топлива, что позволяет топливу мгновенно воспламениться. Двигатели HCCI сорта, займет в обоих воздуха и топлива, но продолжают полагаться на невооруженный автоматический процесс сгорания, из-за более высоких давления и тепла. По этой же причине дизельные и HCCI двигатели являются более восприимчивыми к холодному запуску, хотя они будут работать так же хорошо в холодную погоду, когда-то началось. Свет дизельных двигателей с непрямым впрыском в автомобилях и легких грузовиках используют свечи накаливания, для предварительного нагрева камеры сгорания непосредственно перед запуском, чтобы уменьшить нестартовые условия в холодную погоду. Большинство дизелей также батареи и системы зарядки, тем не менее, эта система среднего и добавляется производителями как роскошь для удобства, начиная, превращая топлива и выключается (которая также может быть сделана через коммутатор или механические устройства), и для выполнения вспомогательных электрических компонентов и аксессуаров. Большинство новых двигателей основывается на электрические и электронные системы управления двигателем единицы (ECU), которые также регулируют процесс сгорания для повышения эффективности и сокращения выбросов.

Цикл двигателя

Двухтактные 
 Эта система управляет упаковать один рабочий ход в каждых двух ударов поршня (вверх-вниз). Это достигается путем изнурительной и подзарядки цилиндра одновременно.

Этапы:

1. Впускного и выпускного  происходят в нижней мертвой  точке. Некоторые из форм давления  необходимо, либо сжатие картера  или супер-зарядку. 
2. Такта сжатия: Топливно-воздушная смесь сжимается и поджигается. В случае дизельного: воздух сжимается, топливо впрыскивается и само-поджигается. 
3. Рабочий ход: Поршневые выталкивается в сторону понижения на горячие выхлопные газы.

Преимущества: • Он не имеет  клапанов или распределительного вала механизма, следовательно, упрощает его  механизм и строительства • За один полный оборот коленчатого вала, двигатель выполняет один цикл, 4-тактный  выполняет один цикл в два коленчатых валов. • Меньший вес и проще  в изготовлении. • Высокое соотношение  мощности и веса

Недостатки: • отсутствие системы смазки, которая защищает детали двигателя от износа. Соответственно, 2-тактные двигатели имеют меньший  ресурс. • 2-тактные двигатели не потребляют топлива эффективно. • 2-тактные двигатели создают большее количество загрязнений. • Иногда часть утечек топлива в выхлопных с выхлопными газами. В заключение, исходя из указанных выше преимущества и недостатки, 2-тактные двигатели должны работать в транспортных средствах, где вес двигателя должен быть небольшим, и он не используется непрерывно в течение длительных периодов времени.

Четырехтактный 
Двигатели на основе четырех-тактный ("Отто цикла") имеют один рабочий ход на каждые четыре удара (вверх-вниз-вверх-вниз) и используются свечи зажигания. Горение происходит быстро, и во время сгорания объемом мало меняется ("постоянном объеме"). Они используются в автомобилях, более крупных судов, в некоторых мотоциклах, самолетах и других. Они, как правило, тише, более эффективными и более крупные, чем их двухтактные аналоги. 
Этапы:

1. Потребление: воздух и испарение топлива взяты дюйма 
2. Такта сжатия: Топливо пары и воздуха сжимаются и поджигается. 
3. Горение: Топливо сгорает и поршень выталкивается вниз. 
4. Выхлопной удар: Выхлопные изгоняются. Во время 1-й, 2-й, и 4-й хода поршня, опираясь на силу и импульс, другие поршни. В этом случае, четырех-цилиндровый двигатель будет менее мощным, чем шесть или восемь цилиндров двигателя.

Дизельный цикл

Большинство грузовых автомобилей  и автомобильных дизельных двигателей используют цикл напоминающий четырехтактный цикл, но с системой зажигания отопления сжатия, и не нуждаются в отдельной системе зажигания. Этот вариант называется дизельным циклом. В дизельном цикле, дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр так, что горение происходит при постоянном давлении, как поршень движется.

Пятитактный 
Британский Ilmor компания представила прототип 5-тактного двигателя двойным расширением, имеющие два внешних цилиндров, рабочий, как обычно, плюс центральный, больше в диаметре, который выполняет двойное расширение выхлопных газов от другого цилиндра, с повышенной эффективностью в использовании энергии газа, а также улучшения SFC. Этот двигатель соответствует 2003 патент США Герхарда Schmitz, и была разработана по-видимому также Honda Японии за Quad двигателя. Этот двигатель имеет подобный прецедент в испанских 1942 патент, Франсиско Jimeno-Cataneo и 1975 патента Карлос Ubierna-Laciana. Концепция двойного расширения была разработана в начале истории ДВС Отто, в 1879 году, и Коннектикут (США) компания, сверхвысокого напряжения, построенный в 1906 году некоторые двигатели и автомобили с этим принципом, который не дал ожидаемых результатов.

Шеститактный 
Первый изобрел в 1883 году шеститактный двигатель видел возрождение интереса за последние 20 лет или около того. Четыре вида шеститактных используют регулярные поршни в цилиндре выпустив через каждые три оборота коленчатого вала. Систем улавливания впустую тепла четырехтактный цикл Отто с введением воздуха или воды.

Цикл Брайтона

Газовой турбины роторной машиной несколько аналогичных, в принципе, паровой турбины и  она состоит из трех основных компонентов: компрессор, камера сгорания и турбина. Воздух после сжатия в компрессоре нагревается за счет сжигания топлива в нем, нагревается и расширяется воздух, и эта дополнительная энергия поступает по турбине, которая в свою очередь, полномочия компрессора закрытие цикла и включением вала. 
Газовые двигатели, турбины цикла используют системы непрерывного сгорания, где сжатие, сгорание, расширение происходит одновременно в разных местах в машинном давая непрерывной мощности. Примечательно, что горение происходит при постоянном давлении, а не с циклом Отто, постоянном объеме. 
Запуск двигателя

Двигатель внутреннего сгорания, как правило, не самозапускается так вспомогательные машины, необходимые для его запуска. Много различных систем были использованы в прошлом, но современные двигатели, как правило, созданные электродвигателя в малых и средних размеров или при помощи сжатого воздуха в крупных размерах.

Меры работы двигателя

Типы двигателей сильно различаются  по разным способам:

• Энергоэффективность

• Топливо / расход топлива (тормозной удельный расход топлива на валу двигателя, тяги удельного расхода топлива для реактивных двигателей) 
• соотношение мощности и веса

• тяги к весу

• Крутящий момент кривых (для  валов двигателей) тяги промежутков (реактивные двигатели)

• Степень сжатия для  поршневых двигателей, общий коэффициент  давления для реактивных двигателей и газовых турбин

Энергоэффективность 
Как только зажигается и сжигается, продукты сгорания, горячие газы, имеют более доступную тепловую энергию, чем сжатые исходные топливно-воздушные смеси (которая была более высокой химической энергии). Доступная энергия проявляется в виде высокой температуры и давления, которые могут быть переведены на работу двигателя. В поршневого двигателя, высокого давления газов внутри цилиндров привод поршней двигателя. Как только доступная энергия была удалена, оставшиеся горячие газы выводятся (часто путем открытия клапана или подвергая выходное отверстие), и это позволяет поршням, чтобы вернуться к своей прежней позиции (верхней мертвой точке, или TDC). Поршни могут перейти к следующей фазе своего цикла, которая колеблется в зависимости от двигателей. Любое тепло, которое не переводится на работу, как правило, считаются отходы и удаляются из двигателя либо по воздуху или жидкостной системой охлаждения.