車のエンジンの動作原理。内燃機関の設計

エンジンはシリンダー 5 とクランクケース 6 で構成され、クランクケース 6 は下からパン 9 で覆われています (図 a)。圧縮（シール）リング２を備えたピストン４は、上部に底のあるガラスの形状をしたシリンダー内で移動する。ピストンは、ピストンピン３およびコネクティングロッド１４を介してクランクシャフト８に接続され、クランクシャフト８は、クランクケース内に配置されたメインベアリング内で回転する。クランクシャフトは、メインジャーナル13、チーク10、コンロッドジャーナル11で構成されています。シリンダー、ピストン、コンロッド、クランクシャフトいわゆるを構成しますクランク機構、ピストンの往復運動を回転運動クランクシャフト(図6を参照)。

シリンダ５の上部は、バルブ１５および１７を備えたヘッド１で覆われており、その開閉はクランクシャフトの回転、したがってピストンの動きと厳密に調整される。

a - 縦方向の図、b - 横方向の図。 1 - シリンダーヘッド、2 - リング、
3 - ピン、4 - ピストン、5 - シリンダー、6 - クランクケース、7 - フライホイール、8 - クランクシャフト、
9 - パン、10 - チーク、11 - クランクピン、12 - メインベアリング、13 - メインジャーナル、
14 - コネクティングロッド、15、17 - バルブ、16 - ノズル

ピストンの動きは、速度がゼロになる 2 つの極端な位置に制限されます。1 つはシャフトからのピストンの最大距離に相当する上死点 (TDC) (図 6 を参照)、および下死点 (BDC) です。、シャフトからの最短距離に相当します。

デッドポイントを通るピストンのノンストップの動きは、巨大なリムを備えたディスクの形状をしたフライホイール 7 によって保証されます。

死点間でピストンが移動する距離をピストンストロークといいます S、メインロッドジャーナルとコンロッドジャーナルの軸間の距離がクランクの半径になります。 R(図b)。ピストンのストロークは 2 つのクランク半径に等しくなります。 S＝2R。ピストンが一度のストロークで描く体積をシリンダーの変位（容積）といいます。 Vh:

V h = (¶ / 4)D 2 S.

ピストン上の容積 Vc TDC 位置 (図 a を参照) における燃焼室の容積 (圧縮) と呼ばれます。シリンダーの作動容積と燃焼室の容積の合計がシリンダーの総容積となります。ヴァ:

Ｖａ＝Ｖｈ＋Ｖｃ。

シリンダーの総容積と燃焼室の容積の比は圧縮比 e と呼ばれます。

e = V a / V c 。

圧縮比は重要なエンジンパラメータです内燃機関効率とパワーに大きく影響するためです。

動作原理。

アクションピストンエンジン内部燃焼は、ピストンが TDC から BDC まで移動する際の加熱されたガスの膨張仕事の利用に基づいています。

TDC 位置でのガスの加熱は、シリンダー内で空気と混合された燃料の燃焼の結果として達成されます。これにより、ガスの温度と圧力が上昇します。ピストン下の圧力は大気圧に等しく、シリンダー内の圧力ははるかに大きいため、圧力差の影響でピストンが下降し、同時にガスが膨張し、役に立つ仕事。膨張するガスによって生成された仕事は、クランク機構を介してクランクシャフトに伝達され、そこからトランスミッションと車の車輪に伝達されます。

エンジンが常に機械エネルギーを生成するためには、吸気バルブ 15 を介して新しい空気とインジェクター 16 を介して燃料をシリンダーに定期的に充填するか、吸気バルブを介して空気と燃料の混合物を供給する必要があります。燃料の燃焼生成物は、膨張後にシリンダーから除去されます。排気バルブこれらのタスクは、バルブの開閉を制御するガス分配機構と燃料供給システムによって実行されます。

吸気行程 - 燃料と空気の混合気が流入します
圧縮行程 - 混合気は圧縮され、点火されます。
膨張行程 - 混合気が燃焼してピストンを押し下げる
排気行程 - 燃焼生成物が放出される

動作原理。燃料の燃焼は、エンジンシリンダーの内側にある燃焼室で起こり、液体燃料が空気と混合または別々に導入されます。燃料の燃焼により得られる熱エネルギーは、機械的な仕事。燃焼生成物はシリンダーから除去され、燃焼生成物を置き換えるために新しい燃料が吸入されます。チャージ（作動混合気または空気）の吸入から排気ガスの排出までシリンダー内で発生する一連のプロセスは、エンジンの実際の作動サイクルを構成します。

エンジンのシステムとメカニズム、およびその目的。

内燃エンジン (ICE) は、最も一般的なタイプのエンジンです。搭載されている車両のリストは膨大です。 ICE は、車、ヘリコプター、戦車、トラクター、ボートなどに搭載されています。

内燃機関は、燃焼燃料の化学エネルギーの一部が機械エネルギーに変換される熱機関です。エンジンをカテゴリに分ける重要な点は、デューティサイクルによる 2 ストロークと 4 ストロークへの分割です。可燃性混合物を調製する方法によると、外部（特にキャブレター）および内部（例えばディーゼルエンジン）混合気の形成を伴う。エネルギー変換器の種類に基づいて、内燃エンジンはピストン、タービン、ジェット、複合エンジンに分類されます。

内燃機関の効率は0.4～0.5です。最初の内燃エンジンは 1860 年に E. Lenoir によって設計されました。この記事では、自動車産業で最もよく使用される 4 ストローク内燃エンジンについて説明します。

4 ストロークエンジンは 1876 年にニコラウスオットーによって初めて導入されたため、オットーサイクルエンジンとも呼ばれます。このようなサイクルのより正確な名前は、4 ストロークサイクルです。現在、これは自動車用の最も一般的なタイプのエンジンです。

内燃機関（ICE）の動作原理

ピストン内燃エンジンの動作は、ピストンの移動中の加熱されたガスの熱膨張圧力の利用に基づいています。ガスの加熱は、シリンダー内の混合気の燃焼の結果として発生します。このサイクルを繰り返すには、ピストンの動きの終わりに排気ガス混合物を放出し、新しい燃料と空気で満たす必要があります。極端な位置では、ろうそくの火花によって燃料が点火されます。燃料と燃焼生成物の入口と出口は、ガス分配機構と燃料供給システムによって制御されるバルブを介して行われます。

したがって、エンジンの動作サイクルは次の段階に分割されます。

吸気ストローク。
圧縮ストローク。
膨張ストローク、または動力ストローク。
ストロークを解放します。

動くシリンダーピストンからクランクシャフトを通る力は、エンジンシャフトの回転運動に変換されます。回転エネルギーの一部は、ピストンを元の状態に戻して新しいサイクルを完了するために費やされます。シャフトの設計により、ピストンのさまざまな位置が決まります。異なるシリンダーいつでも。したがって、一般に、エンジン内のシリンダーの数が増えるほど、そのシャフトの回転はより均一になります。

シリンダーの位置に基づいて、エンジンはいくつかのタイプに分類されます。

a) 垂直シリンダーまたは傾斜シリンダーを一列に配置したエンジン

B) ラテン文字の V の形にある角度で円柱が相互に配置された V 字型:

D) 対向シリンダーを備えたエンジン。これは「反対側」と呼ばれ、その中の円柱は 180 度の角度で配置されています。

排気行程中のエンジンのガス分配機構により、シリンダーから燃焼生成物 (排気ガス) が確実に除去され、吸気行程中にシリンダーが燃料と空気の混合物の新しい部分で満たされます。

点火システムは高電圧放電を生成し、それを高電圧ワイヤを通じてシリンダー点火プラグに伝達します。点火はディストリビュータによって制御され、ディストリビュータから各点火プラグにつながるワイヤが供給されます。ディストリビュータは、ピストンが最大圧縮点を通過しているシリンダ内で正確に吐出が行われるように設計されています。混合燃料。混合物が早く点火すると、ガスの圧力がその流れに逆らって働きます。点火が遅くなると、ガスの膨張によって放出される力が十分に活用されなくなります。

エンジンを始動するには、初期動作を与える必要があります。このために、始動システムが使用されます (「スターターの仕組み」の記事を参照)。電気モーター-スターター。

ガソリンエンジンのメリット

もっと低レベルディーゼルと比較した騒音と振動。
同じエンジン容積でより大きなパワー。
取り組む可能性高速エンジンに深刻な影響を与えることはありません。

ガソリンエンジンのデメリット

ディーゼルよりも燃料消費量が高く、その品質に対する要求が高くなります。
との必要性恒久的な仕事燃料点火システム。
ガソリン内燃エンジンの最大の出力は、狭い速度範囲で発揮されます。

内燃エンジン

第 I 部エンジン理論の基礎

1. 内燃機関の分類と動作原理

1.1. 一般情報と分類

1.2. 4ストローク内燃機関の運転サイクル

1.3. 2ストローク内燃エンジンのデューティサイクル

2. 内燃機関の熱計算

2.1. 内燃機関の理論的な熱力学的サイクル

2.1.1. 熱入力が一定の場合の理論上のサイクル

2.1.2. 一定圧力での入熱による理論上のサイクル

2.1.3. 一定体積、一定圧力で入熱する理論上のサイクル（混合サイクル）

2.2. 有効な内燃エンジンサイクル

2.2.1. 作動流体とその特性

2.2.2. 吸気プロセス

2.2.3. 圧縮プロセス

2.2.4. 燃焼過程

2.2.5. 拡張プロセス

2.2.6. リリースプロセス

2.3. 示唆的かつ効果的なエンジンインジケーター

2.3.1. エンジンインジケーター

2.3.2. 効率的なエンジン性能

2.4. 動作サイクルと熱計算の特徴 2ストロークエンジン

3. 内燃機関のパラメータ.

3.1. エンジンの熱バランス

3.2. エンジンの主な寸法の決定

3.3. 基本的なエンジンパラメータ。

4. 内燃機関の特性

4.1. 調整特性

4.2. 速度特性

4.2.1. 外部速度特性

4.2.2. 部分速度特性

4.2.3. 解析手法を用いた速度特性の構築

4.3. 規制上の特徴

4.4. 負荷特性

参考文献

1. 内燃機関の分類と動作原理

一般情報と分類

ピストン内燃エンジン (ICE) は、作動シリンダー内で燃料の化学エネルギーが熱エネルギーに変換され、その後機械エネルギーに変換される熱機関です。このようなエンジンにおける熱の仕事への変換は、動作サイクルと設計の違いを決定する複雑な物理化学、ガス力学、熱力学プロセスの複合体全体の実装に関連しています。

ピストン内燃機関の分類を図に示します。 1.1. 最初の分類基準は、エンジンが動作する燃料の種類です。内燃機関用のガス燃料は、天然ガス、液化ガス、および発電機ガスです。液体燃料は、ガソリン、灯油、ディーゼル燃料などの石油精製製品です。気液エンジンは、気体燃料と液体燃料の混合物で動作し、気体燃料が主燃料であり、液体燃料はパイロットとして少量使用されます。。多燃料エンジンは、原油から高オクタン価ガソリンまで、さまざまな燃料で長期運転が可能です。

内燃機関は次の基準に従っても分類されます。

作動混合物の点火方法に応じて - 強制点火および圧縮点火による。

作業サイクルの実装方法によると、2ストロークおよび4ストローク、過給式および自然吸気式。

米。 1.1. 内燃機関の分類。

混合物形成方法 - 外部混合物形成（キャブレターとガス）および内部混合物形成（シリンダー内への燃料噴射によるディーゼルとガソリン）による。

冷却方法による - 液体冷却と空冷による。

シリンダーの配置によると、垂直、傾斜した水平配置の単列。 V字型の対向配置の2列。

エンジンシリンダー内で燃焼された燃料の化学エネルギーの機械的仕事への変換は、液体または気体燃料の燃焼生成物である気体を利用して行われます。ガス圧の影響によりピストンは往復運動を行い、内燃機関のクランク機構を利用してクランクシャフトの回転運動に変換されます。作業プロセスを検討する前に、内燃機関に採用されている基本概念と定義について詳しく見てみましょう。

クランクシャフトが 1 回転する間に、ピストンは 2 回極端な位置にあり、その動きの方向が変わります (図 1.2)。これらのピストン位置は通常、 デッドスポット、この瞬間にピストンに加えられる力はクランクシャフトの回転運動を引き起こすことができないためです。エンジンシャフトの軸からの距離が最大に達するシリンダー内のピストンの位置を呼びます。 上死点(TDC)。 下死点(BDC) は、エンジンシャフトの軸からの距離が最小に達するシリンダー内のピストンの位置です。

死点間のシリンダ軸に沿った距離は、ピストンストロークと呼ばれます。ピストンの各ストロークはクランクシャフトの 180 度の回転に対応します。

シリンダー内でピストンが動くと、ピストンの上の空間の体積が変化します。ピストンが上死点にあるときのシリンダーの内部キャビティの容積は、 燃焼室容積V c .

ピストンが死点間を移動するときに形成されるシリンダーの体積をいいます。 シリンダー変位V h .

どこ D – シリンダー直径、mm;

S – ピストンストローク、mm

ピストンが下死点にあるときのピストン上の空間の体積をいいます。 シリンダー総容積V ある .

図 1.2. ピストン内燃機関の図

エンジンの排気量は、シリンダー排気量とシリンダー数の積です。

総シリンダー容積比 V ある燃焼室の容積に V c呼ばれた 圧縮率

シリンダ内でピストンが移動すると、作動流体の体積が変化するほか、圧力、温度、熱容量、内部エネルギーも変化します。動作サイクルは、燃料の熱エネルギーを機械エネルギーに変換するために実行される一連の一連のプロセスです。

作業サイクルの頻度は、特別な機構とエンジンシステムを使用して確保されます。

ピストン内燃機関の動作サイクルは、図 1 に示す 2 つのスキームのいずれかに従って実行できます。 1.3.

図に示した図によると、 1.3a では、作業サイクルは次のように実行されます。燃料と空気はエンジンシリンダーの外側で一定の割合で混合され、可燃性混合気を形成します。得られた混合物はシリンダー（吸気口）に入り、その後圧縮されます。以下に示すように、混合物を圧縮することは、作業プロセスが行われる温度限界を拡大するため、サイクルあたりの作業量を増やすために必要です。予圧縮はまた、混合気の燃焼にとってより良い条件を作り出します。

シリンダー内の混合気の吸入と圧縮中に、燃料と空気の追加の混合が発生します。準備された可燃性混合物は、電気火花を使用してシリンダー内で点火されます。シリンダー内の混合気の急速な燃焼により、温度が急激に上昇し、その結果として圧力が急激に上昇し、その影響でピストンが上死点から下死点まで移動します。膨張プロセス中に、次のように加熱されます。高温ガスは有益な働きをします。圧力が低下し、それに伴ってシリンダー内のガスの温度も低下します。膨張後、シリンダーから燃焼生成物 (排気) が除去され、作業サイクルが繰り返されます。

米。 1.3. エンジンの動作サイクル図

考慮されているスキームでは、空気と燃料の混合物の準備、つまり混合物形成プロセスは主にシリンダーの外側で行われ、シリンダーは既製の可燃性混合物で満たされているため、このスキームに従って動作するエンジンはエンジンと呼ばれる 外部混合物の形成。これらのエンジンには、ガソリンで動作するキャブレターエンジン、ガスエンジン、および吸気マニホールドへの燃料噴射を備えたエンジン、つまり、通常の状態では蒸発しやすく空気とよく混合する燃料を使用するエンジンが含まれます。

外部混合物形成を伴うエンジンのシリンダー内の混合気の圧縮は、圧縮終了時の圧力と温度が、時期尚早のフラッシュや速すぎる（デトネーション）燃焼が発生する可能性のある値に達しないようにする必要があります。使用する燃料、混合物の組成、シリンダー壁への熱伝達の条件などに応じて、外部混合物形成のあるエンジンの最終圧縮圧力は 1.0 ～ 2.0 MPa の範囲になります。

エンジンの動作サイクルが上記のスキームに従う場合、良好な混合気の形成とシリンダー排気量の利用が保証されます。しかし、混合気の圧縮比が限られているためエンジン効率は改善されず、強制点火の必要性により設計が複雑になります。

図に示すスキームに従って作業サイクルが実行されると、 1.3b , 混合物の形成プロセスはシリンダー内でのみ発生します。この場合、作動シリンダーには混合物ではなく、圧縮された空気（吸気）が充填されます。圧縮プロセスの最後に、燃料が高圧でノズルを通してシリンダー内に噴射されます。噴射すると細かく噴霧され、シリンダー内の空気と混合されます。燃料粒子は熱風と接触すると蒸発し、混合気を形成します。この方式に従ってエンジンが動作するときの混合気の点火は、圧縮による燃料の自己点火を超える温度まで空気が加熱された結果として起こります。早期のフラッシュを避けるために、燃料噴射は圧縮行程の終わりにのみ開始されます。点火時までに、通常、燃料噴射はまだ終了していません。噴射プロセス中に形成される空気と燃料の混合物は不均一であるため、燃料の完全燃焼は空気がかなり過剰な場合にのみ可能です。この方式に従ってエンジンが動作すると、より高い圧縮比が可能になるため、より高い効率が確保されます。燃料の燃焼後、膨張し、燃焼生成物（排気）からシリンダーを洗浄するプロセスが続きます。したがって、第２のスキームに従って動作するエンジンでは、混合物の形成および燃焼のための可燃性混合物の準備の全プロセスがシリンダ内で行われる。このようなモーターをモーターと呼びます 内部混合物形成あり。高圧縮の結果として燃料の点火が起こるエンジンは、と呼ばれます。 圧縮着火エンジンまたはディーゼルエンジン。

4ストローク内燃機関の運転サイクル

動作サイクルが 4 ストローク、つまりクランクシャフトの 2 回転で完了するエンジンをエンジンと呼びます。 4ストローク。このようなエンジンの動作サイクルは次のように発生します。

最初の措置 – 入口(図1.4)。最初のストロークの開始時、ピストンは上死点に近い位置にあります。吸気は吸気ポートが開いた瞬間、上死点 10 ～ 30 度前から始まります。

米。 1.4. 入口

燃焼室は前のプロセスからの燃焼生成物で満たされており、その圧力は大気圧よりわずかに高くなります。インジケーター図では、ピストンの初期位置が点に対応します。 r。クランクシャフトが回転（矢印方向）すると、コンロッドがピストンを下死点まで移動させ、分配機構が吸気バルブを全開させ、エンジンシリンダーのピストン上部空間とインテークマニホールドを接続します。吸気の最初の瞬間、バルブは上昇し始め、吸気口は高さ 10 分の 1 ミリメートルの丸い狭いスリットになります。したがって、入口のこの瞬間、可燃性混合気（または空気）はシリンダー内にほとんど通過しません。ただし、上死点を通過した後にピストンが下がり始めるまでに吸気ポートが可能な限り開いて、シリンダー内への空気や混合気の流れを妨げないように、吸気ポートの開口部を進める必要があります。ピストンが下死点まで移動した結果、シリンダーは新鮮な充填物 (空気または可燃性混合気) で満たされます。

この場合、吸気系や吸気バルブの抵抗により、シリンダー内の圧力は0.01～0.03MPaとなります。プレッシャーが少ないインテークマニホールド内 . 指標図では吸気行程は次の線に相当します。ら。

吸気行程は、下降するピストンの動きが加速するときの気体の吸入と、その動きが遅くなるときの吸気とからなる。

ピストン運動を加速するときの吸気は、ピストンが下降し始める瞬間に始まり、上死点後のシャフト回転約 80°でピストンが最高速度に達する瞬間に終了します。ピストンが下降し始めると、吸気ポートの開口部が小さいため、シリンダー内に通過する空気や混合気がほとんどなくなり、前のサイクルで燃焼室内に残った残留ガスが膨張し、シリンダー内の圧力が低下します。ピストンが下降すると、吸気マニホールド内で静止していたか低速で移動していた可燃混合物または空気が徐々に速度を上げてシリンダー内を通過し始め、ピストンによって空いた容積を満たします。ピストンが下降するにつれて速度は徐々に増加し、クランクシャフトが約 80°回転したときに最高速度に達します。この場合、吸気口はますます開き、可燃性混合物（または空気）が大量にシリンダー内に流入します。

ゆっくりとしたピストン運動による吸気は、ピストンが最高速度に達した瞬間から始まり、下死点で終了します。 , 速度がゼロのとき。ピストン速度が低下すると、シリンダー内を通過する混合気 (または空気) の速度は若干低下しますが、BDC では速度はゼロではありません。ピストンがゆっくりと動くと、ピストンによって解放されるシリンダーの容積の増加とその慣性力により、可燃性混合物 (または空気) がシリンダーに入ります。この場合、シリンダー内の圧力は徐々に上昇し、下死点では吸気管内の圧力を超える場合もあります。

インテークマニホールド圧力は、自然吸気エンジンでは大気圧に近くなる場合もあれば、過給エンジンの場合はブーストの程度 (0.13 ～ 0.45 MPa) に応じてそれ以上になる場合もあります。

下死点後、吸気ポートが閉じる瞬間（40～60°）で吸気は終了します。ピストンが徐々に上昇すると、吸気バルブの閉弁が遅れます。シリンダー内のガスの体積が減少します。その結果、混合物（または空気）は、事前に生成された真空またはジェットがシリンダー内に流れる間に蓄積されたガス流の慣性によりシリンダーに入ります。

エンジン始動時などの低いシャフト速度では、インテークマニホールド内のガスの慣性力がほぼ完全に存在しないため、吸気遅れの間に、吸気マニホールドに入った混合気（または空気）の逆排出が発生します。メイン吸気時にシリンダーを早めます。

平均速度ではガスの慣性が大きくなるため、ピストン上昇の最初に再充填が発生します。ただし、ピストンが上昇するとシリンダー内のガス圧が上昇し、始まった再充填が逆エミッションとなる可能性があります。

高速域では、インテークマニホールド内のガスの慣性力が最大に近いため、シリンダーが集中的に再充填され、逆エミッションは発生しません。

2 番目の小節 – 圧縮。ピストンが下死点から上死点（図 1.5）に移動すると、シリンダーに入るチャージが圧縮されます。

同時にガスの圧力と温度が上昇し、下死点からピストンが少し移動すると、シリンダー内の圧力は吸気圧と同じになります（ポイント） Tインジケーターチャート上）。バルブが閉じた後、ピストンがさらに移動すると、シリンダー内の圧力と温度が上昇し続けます。圧縮終了時の圧力値（ポイント）と）は、圧縮の程度、作業キャビティの気密性、壁への熱伝達、および初期圧縮圧力の値によって異なります。

図1.5。圧縮

燃料の点火および燃焼プロセスには、外部混合気形成中および内部混合気形成中の両方で、非常にわずかではありますが、ある程度の時間がかかります。燃焼中に放出される熱を最大限に利用するには、おそらく TDC に近いピストン位置で燃料の燃焼が終了する必要があります。したがって、外部混合気形成を行うエンジンにおける電気火花による作動混合気の点火と、内部混合気形成を行うエンジンのシリンダ内への燃料噴射は、通常、ピストンが上死点に達する前に行われる。

したがって、第 2 行程中、シリンダー内の充填物は主に圧縮されます。さらに、行程の初めにはシリンダーへの充填が続き、最後には燃料の燃焼が始まります。インジケーターダイアグラムでは、2 拍目は次の線に対応します。 交流。

3小節目 - 燃焼と膨張。 3 番目のストロークは、ピストンが TDC から BDC に移動するときに発生します (図 1.6)。ストロークの開始時にシリンダーに入り、2番目のストロークの終わりに準備された燃料が集中的に燃焼します。

多量の熱が放出されるため、シリンダー内の体積はわずかに増加しますが、シリンダー内の温度と圧力は急激に上昇します（断面図）。ズインジケーターチャート上）。

圧力の影響でピストンはさらに下死点まで移動し、ガスが膨張します。膨張中、ガスは有益な仕事を行うため、第 3 ストロークとも呼ばれます。 作業進捗状況。インジケーターダイアグラムでは、3 拍目が次の線に対応します。 zb。

米。 1.6. 拡大

4小節目 - リリース。 4 回目のストロークでは、シリンダーから排気ガスが除去されます (図 1.7)。 ). BDC から TDC に移動するピストンは、開いた排気バルブを通してシリンダーからガスを排出します。 4 ストロークエンジンでは、ピストンが下死点 (ポイント) に達するまで、排気ポートは 40 ～ 80° 開きます。 b）ピストンが上死点を通過した後、20〜40°閉じます。したがって、排気ガスからシリンダーを洗浄する期間は異なるエンジンクランクシャフト回転角240°から300°まで。

排気プロセスは、排気ポートが開いた瞬間からピストンが下降するときに発生する前排気に分けることができます（ポイント） b) から BDC まで、つまり 40 ～ 80°の間、およびピストンが BDC から移動して排気ポートが閉じるまで、つまりクランクシャフトの 200 ～ 220° 回転中に発生する主排気です。

プレリリース中はピストンが下がり、シリンダー内の排気ガスを除去できません。

ただし、予排気の開始時には、シリンダー内の圧力はエキマニ内よりも大幅に高くなります。

したがって、排気ガスは、それ自体の過剰な圧力により、危険速度でシリンダーから排出されます。このような高速でのガスの流れは、どのマフラーが取り付けられているかを吸収するための音響効果を伴います。

800 ～ 1200 K の温度における臨界排気ガス流量は 500 ～ 600 m/秒です。

米。 1.7. リリース

ピストンが下死点に近づくと、シリンダー内のガスの圧力と温度が低下し、排気ガス流量が低下します。

ピストンが下死点に近づくと、シリンダー内の圧力が低下します。これにより、重要な有効期限が終了し、メインリリースが開始されます。

メインリリース中のガスの流出は低速で発生し、リリースの終わりには 60 ～ 160 m/秒に達します。

したがって、プレリリースは短く、ガス速度は非常に高く、メイン排気は約 3 倍長くなりますが、このときのガスは低速でシリンダーから除去されます。

したがって、予備排気時と主排気時にシリンダーから排出されるガスの量はほぼ同じになります。

エンジン速度が低下すると、すべてのサイクル圧力が低下するため、排気ポートが開く瞬間の圧力も低下します。したがって、平均回転速度では減少し、一部のモード（低速）では、リリース前の特徴である臨界速度でのガスの流出が完全になくなります。

パイプライン内のガスの温度は、クランクの回転角度に応じて、放出開始時の最高温度から終了時の最低温度まで変化します。出口を事前に開くと、インジケーター図の有効領域がわずかに減少します。ただし、後からこの穴を開けるとシリンダー内に高圧ガスが溜まってしまい、ピストン移動時に高圧ガスを除去する手間がかかります。

排気ポートを閉じるのがわずかに遅れると、シリンダーから先に排出される排気ガスの慣性を利用して、シリンダー内の燃焼ガスをより効果的に除去することができます。それにもかかわらず、燃焼生成物の一部は必然的にシリンダーヘッド内に残り、残留ガスの形で所定の各サイクルから次のサイクルに移行します。インジケーターダイアグラムでは、4 拍目が次の線に対応します。 zb。

4 番目のストロークで作業サイクルが終了します。でさらなる動きピストンを動かすと、すべてのサイクルプロセスが同じ順序で繰り返されます。

燃焼と膨張行程のみが機能し、他の 3 つの行程はフライホイール付きの回転クランクシャフトの運動エネルギーと他のシリンダーの仕事によって実行されます。

シリンダーから排気ガスがより完全に除去され、より多くの新鮮なチャージがシリンダーに入るほど、サイクルごとにより多くの有用な仕事を得ることができます。

シリンダーの洗浄と充填を改善するために、排気バルブは排気ストロークの終わり (TDC) ではなく、少し遅れて (TDC 後にクランクシャフトが 5 ～ 30°回転したとき)、つまり最初のストロークの開始時に閉じます。。同じ理由で、吸気バルブはある程度前進して開きます (TDC の 10 ～ 30°前、つまり 4 番目のストロークの終わり)。したがって、第 4 ストロークの終わりに、両方のバルブを一定期間開くことができます。バルブのこの位置は次のように呼ばれます。 バルブのオーバーラップ。排気パイプライン内のガス流の排出作用の結果として充填を改善するのに役立ちます。

4 ストロークサイクルの動作を調べると、4 ストロークエンジンが熱機関 (圧縮および膨張行程) として動作するのは、サイクルに費やされる時間の半分だけであることがわかります。後半（吸気行程と排気行程）では、エンジンは空気ポンプのように働きます。

車のエンジンは非常に多様です。パワーユニットの開発と発売に使用される技術には豊かな歴史があります。最新の要件により、メーカーは毎年プロジェクトに改善を導入し、既存のテクノロジーを最新化する必要があります。

内燃エンジンは、高出力と長い動作期間を提供できる設計と動作原理を備えており、ユーザーに必要なのは最小限の要件のみです。必要なメンテナンスそしてタイムリーな軽微な修理。

一見すると、エンジンがどのように動作するのかを想像するのは困難です。あまりにも多くの相互接続されたメカニズムが 1 つの小さなスペースに集められています。しかし、このシステムの接続を詳細に研究して分析すると、自動車のエンジンの動作は非常にシンプルで理解しやすいことがわかります。

車のエンジンには、システム全体の動作機能のパフォーマンスを保証する重要なコンポーネントが多数含まれています。

シリンダーブロックは、システム全体のボディまたはフレームと呼ばれることもあります。この構造要素を研究することなしには、エンジンの説明は完了しません。エンジンのこの部分には、内燃エンジンを潤滑し、必要な温度を作り出すために設計された接続されたチャネルのシステムがあります。

ピストン本体の上部にはリング用の溝があります。サーミ人ピストンリング上下に分かれています。実行する機能に基づいて、これらのリングは圧縮リングと呼ばれます。エンジンのトルクは、考慮される要素の強度と性能によって決まります。

下部ピストンリングはエンジンの寿命を確保する上で重要な役割を果たします。下部リングは燃焼室の気密性を維持する役割と、燃焼室内へのオイルの侵入を防ぐシールの2つの役割を果たします。

車のエンジンは、さまざまな段階で最小限の損失でメカニズム間でエネルギーが伝達されるシステムです。したがって、クランク機構はシステムの最も重要な要素の 1 つになります。ピストンからクランクシャフトへの往復エネルギーの伝達を確実にします。

一般に、エンジンの動作原理は非常に単純であり、その存在期間を通じて基本的な変更はほとんどありません。これは単純に必要ありません。いくつかの改善と最適化により、次のことを実現できます。最高の結果仕事で。システム全体のコンセプトは変わりません。

エンジントルクは、燃料の燃焼中に放出されるエネルギーによって生成され、燃焼室から接続要素を介してホイールに伝達されます。インジェクターでは、燃料が燃焼室に送られ、そこで空気が濃縮されます。スパークプラグは火花を発生させ、混合気を即座に点火します。これにより小さな爆発が発生し、エンジンが作動し続けます。

この作用の結果、大量のガスが形成され、前進運動が刺激されます。このようにしてエンジンのトルクが発生します。ピストンからのエネルギーはクランクシャフトに伝達され、クランクシャフトからトランスミッションに動きを伝え、その後、特別なシステム歯車は動きを車輪に伝えます。

稼働中のエンジンの操作手順は簡単で、適切な接続要素を使用すれば、エネルギー損失を最小限に抑えることができます。各メカニズムの動作スキームと構造は、生成されたインパルスを実際に使用可能な量のエネルギーに変換することに基づいています。エンジンの寿命は各リンクの耐摩耗性で決まります。

内燃機関の動作原理

エンジン乗用車内燃システムの一種の形式で実行されます。エンジンの動作原理はいくつかの点で異なる場合があり、これがモーターを次のように分類する基礎となります。各種そして修正。

パワーユニットをカテゴリに分類するために使用される定義パラメータは次のとおりです。

作業量、
シリンダー数、
システム電源、
ノードの回転速度、
仕事などで使う燃料。

エンジンがどのように動作するかを理解するのは簡単です。しかし、研究を進めていくと、疑問を投げかける新たな指標が浮かび上がってきます。したがって、多くの場合、エンジンをサイクル数で割ったものを見つけることができます。それは何ですか?また、マシンの動作にどのような影響を与えますか?

車のエンジンは 4 ストロークシステムに基づいています。これら 4 つのストロークは時間的には等しく、サイクル全体でピストンはシリンダー内で 2 回上昇し、2 回下降します。ピストンが上部または下部にある瞬間からストロークが始まります。力学では、これらの点をそれぞれ TDC および BDC (上死点および下死点) と呼びます。

ストローク番号 1 - 吸気。ピストンが下方に移動すると、燃料で満たされた混合気がシリンダー内に引き込まれます。システムは吸気バルブが開いた状態で動作します。車のエンジンの出力は、バルブが開く回数、大きさ、時間によって決まります。

で選択されたモデルアクセルペダルを操作するとバルブが開いている時間が長くなり、システムに入る燃料の量が増加します。この内燃エンジンの設計により、システムの強力な加速が実現します。

ビート番号 2 - 圧縮。この段階で、ピストンは上向きの動きを開始し、得られた混合気がシリンダー内で圧縮されます。燃料燃焼室の容積に合わせて正確に収縮します。このチャンバーは、ピストンが上死点にあるときのピストンの上部とシリンダーの上部の間の空間です。この動作時点では、吸気バルブはしっかりと閉じられています。

混合物の圧縮の質は、クロージャーの密度によって決まります。ピストン自体、シリンダー、ピストンリングが摩耗し、適切な状態にないと、エンジンの動作品質と耐用年数が大幅に低下します。

ストローク番号 3 - パワーストローク。このステージは TDC から始まります。点火システムは、燃料混合物の点火を確実にし、エネルギーの放出を保証します。混合物の爆発が起こり、エネルギーが放出されます。そして体積の増加によりピストンが押し下げられます。バルブは閉じています。エンジンの技術的特性は、エンジンの第 3 ストロークの過程に大きく依存します。

小節番号 4 - リリース。作業サイクルの終了。ピストンの上向きの動きにより、ガスが確実に排出されます。このようにして、シリンダは換気される。このストロークはエンジンの寿命を確保するために重要です。

エンジンの動作原理はガス爆発によるエネルギーの分布に基づいており、すべてのコンポーネントの作成に注意を払う必要があります。

内燃機関の動作は周期的です。ピストンの 4 つのストロークすべてで作業を実行する過程で生成されるすべてのエネルギーは、車の動作を組織するために向けられます。

内部エンジン設計のオプション

エンジンの特性はその設計の特徴によって決まります。内燃は、エンジンシステム内で発生する主な物理プロセスです。現代の車。機械工学の発展の過程で、いくつかのタイプの内燃エンジンの実装に成功しました。

ガソリンエンジンの設計はシステムを2つのタイプに分けます - 噴射エンジンそしてキャブレターモデル。数種類のキャブレターと噴射システムも生産されています。仕事の基本はガソリンの燃焼です。

ガソリンエンジンの性能が良さそうです。各ユーザーには独自の個人的な優先事項があり、各エンジンの操作によるメリットがあります。ガスエンジン内燃機関は最も一般的なものの 1 つです。現代の自動車産業。モーターの操作手順は単純で、古典的な解釈と変わりません。

ディーゼルエンジンは、準備されたエンジンの使用に基づいています。ディーゼル燃料。インジェクターを通ってシリンダーに入ります。ディーゼルエンジンの主な利点は、燃料を燃焼させるために電気を必要としないことです。必要なのはエンジンを始動することだけです。

ガスエンジンは、液化ガスと圧縮ガス、および他の種類のガスを動作に使用します。

あなたの車のエンジン寿命を知る最良の方法は、メーカーに問い合わせることです。開発者は車両の付属文書でおおよその数値を発表しています。これには、モーターに関する最新の正確な情報がすべて含まれています。パスポートを見れば分かるよ技術仕様モーター、エンジンの重量、駆動ユニットに関するすべての情報。

エンジンの耐用年数は、メンテナンスの質と使用頻度によって異なります。開発者が定めた耐用年数は、慎重かつ慎重な対応を意味します。慎重な態度車で。

エンジンってどういう意味ですか？これは車の動きを確保するために設計された重要な要素です。すべてのシステムコンポーネントの信頼性と動作精度により、機械の動作の品質と安全な動作が保証されます。

エンジン特性は千差万別ですが… 燃料の内燃の原理は変わっていないということ。このようにして、開発者は顧客のニーズを満たし、自動車全般の性能を向上させるプロジェクトを実行することができます。

内燃機関の平均資源は数十万キロメートルです。皆さんからのこのような負荷の下でコンポーネントシステムには強さと正確なコラボレーションが必要です。したがって、よく知られ徹底的に研究された内燃機関の概念は常に改良され、新しいアプローチが導入されています。

エンジンの寿命は広範囲で異なります。ただし、操作手順は一般的なものです (標準から若干の逸脱はあります)。エンジンの重量と個々の特性は若干異なる場合があります。

最新の内燃エンジンは、古典的な設計と徹底的に研究された動作原理を備えています。したがって、整備士があらゆる問題をできるだけ短時間で解決することは難しくありません。

故障がすぐに解決されない場合、修理作業はさらに複雑になります。このような状況では、メカニズムの動作順序が完全に混乱する可能性があり、大規模な修復作業が必要になります。適切な修理後のエンジンの寿命には影響はありません。

ドライバーなら誰でも内燃機関に遭遇したことがあります。この要素は、古い車と現代のすべての車に取り付けられています。もちろん、設計上の特徴の点ではそれらは互いに異なる場合がありますが、ほとんどすべてが同じ原理、つまり燃料と圧縮に基づいて機能します。

この記事では、内燃機関、特性、デザインの特徴また、操作の微妙な違いについても説明します。メンテナンス.

ICEとは

ICE - 内燃エンジン。これはまさにこの略語が表す方法であり、他の方法ではありません。これはさまざまな自動車 Web サイトやフォーラムでよく見られますが、実際に見てわかるように、すべての人がこの意味を知っているわけではありません。

車の内燃機関とは何ですか? - これパワーユニットそれが車輪を駆動します。内燃エンジンはあらゆる車の心臓部です。この構造部分がなければ車とは言えません。このユニットは、電子機器だけでなく、他のすべてのメカニズムにも電力を供給します。

モーターはシリーズで構成されています構造要素、シリンダー数、噴射システム、その他の重要な要素によって異なる場合があります。各メーカーはパワーユニットに対して独自の規格と規格を持っていますが、それらはすべて互いに似ています。

起源の物語

内燃機関の創造の歴史は、300 年以上前、レオナルドダヴィンチによって最初の原始的な図面が作成されたときに始まりました。その開発は、どの道路でもその設計が観察できる内燃エンジンの作成の基礎を築きました。

1861 年、ダヴィンチの図面に基づいて 2 ストロークエンジンの最初の設計が行われました。当時、自動車プロジェクトにパワーユニットを搭載するという話はありませんでしたが、蒸気内燃機関はすでに鉄道で積極的に使用されていました。

初めて自動車を開発し、内燃機関を大規模に導入したのは伝説的なヘンリー・フォードであり、それまで彼の自動車は非常に人気がありました。彼は『エンジン: その構造と動作スキーム』という本を最初に出版した人物です。

ヘンリー・フォードは、内燃機関の効率などの有用な係数を初めて計算しました。この伝説的な人物は、航空機産業だけでなく自動車産業の始祖とも考えられています。

で現代世界、広かったです内燃機関の使用。自動車だけでなく航空機にも搭載されており、設計やメンテナンスの容易さから多くの車種や交流発電機に搭載されています。

エンジンの動作原理

車のエンジンはどのように動くのでしょうか？ - 多くのドライバーがこの質問をします。この質問に対して、最も完全かつ簡潔な回答を提供できるよう努めます。内燃機関の動作原理は、噴射トルクと圧縮トルクという 2 つの要素に基づいています。これらの動作に基づいて、モーターはすべての動作を実行します。

内燃エンジンの仕組みを考えると、ユニットを 1 ストローク、2 ストローク、4 ストロークに分割するストロークがあることを理解する価値があります。内燃機関が設置される場所に応じてサイクルが区別されます。

現代の車のエンジンには、完璧にバランスが取れ、完璧に機能する 4 ストロークの「心臓」が装備されています。ただし、1 ストロークエンジンと 2 ストロークエンジンは通常、原付バイク、オートバイ、その他の機器に搭載されています。

それでは、ガソリンエンジンの例を使用して、内燃エンジンとその動作原理を見てみましょう。

燃料は噴射システムを通って燃焼室に入ります。
点火プラグが火花を発生させ、燃料と空気の混合気が点火します。
シリンダー内にあるピストンは圧力を受けて下がり、クランクシャフトを駆動します。
クランクシャフトはクラッチとギアボックスを介してドライブシャフトに動きを伝達し、ドライブシャフトが車輪を駆動します。

内燃機関はどのように動作するのでしょうか?

自動車のエンジンの構造は、主動力装置の動作サイクルから考えることができます。ストロークは内燃エンジンの一種のサイクルであり、それなしでは実行することは不可能です。車のエンジンの動作原理をサイクル側から考えてみましょう。

注射。ピストンが下方に移動すると、対応するシリンダーヘッドの吸気バルブが開き、燃焼室が混合気で満たされます。
圧縮。ピストンが VTM 内に移動し、最高点で火花が発生し、圧力のかかった混合気が点火します。
作業進捗状況。ピストンは、点火した混合気とその結果生じる排気ガスの圧力を受けて NTM 内に移動します。
リリース。ピストンが上昇し、排気バルブが開き、排気ガスが燃焼室から押し出されます。

4 つのストロークすべては、内燃機関の実際のサイクルとも呼ばれます。したがって、標準的な 4 ストロークガソリンエンジンが動作します。 5ストロークもありますロータリーエンジン新世代の 6 ストロークパワーユニットですが、この設計のエンジンの技術的特性と動作モードについては、ポータルの他の記事で説明します。

内燃機関の一般的な構造

内燃機関の構造は、すでに修理に遭遇した人にとっては非常に単純ですが、このユニットについてまだ知らない人にとっては非常に重いです。パワーユニットの構造にはいくつかの重要なシステムが含まれています。考えてみましょう一般的なデバイスエンジン：

インジェクションシステム。
シリンダーブロック。
ブロックヘッド。
ガス分配機構。
潤滑システム。
冷却システム。
排気ガスの排出機構。
エンジンの電子部品。

これらすべての要素が構造と原理を決定します内燃機関の作動。次に、自動車のエンジンが何で構成されているか、つまりパワーユニットアセンブリ自体を検討する価値があります。

クランクシャフトはシリンダーブロックの中心で回転します。ピストンシステムを作動させます。オイルを浴びているのでオイルパンに近い位置にあります。
ピストンシステム (ピストン、コンロッド、ピン、ブッシュ、ライナー、ヨーク、オイルリング)。
シリンダーヘッド（バルブ、シール、カムシャフトおよびその他のタイミング要素)。
オイルポンプ - システム全体に潤滑液を循環させます。
ウォーターポンプ（ポンプ） - 冷却水を循環させます。
ガス分配機構キット (ベルト、ローラー、プーリー) により、正確なタイミングが保証されます。動作原理がストロークに基づいている単一の内燃エンジンは、この要素なしでは機能しません。
スパークプラグは、燃焼室内の混合気への点火を確実にします。
吸気および排気マニホールド - その動作原理は、燃料混合物の吸入と排気ガスの放出に基づいています。

内燃エンジンの一般的な構造と動作は非常に単純で、相互に接続されています。要素の 1 つが失敗するか欠落している場合、操作は車のエンジン不可能でしょう。

内燃機関の分類

自動車のエンジンは、内燃機関の設計と動作に応じて、いくつかの種類と分類に分類されます。 ICE分類国際標準に準拠:

混合燃料の噴射の種類については、次のとおりです。
- 液体燃料（ガソリン、灯油、ディーゼル燃料）を使用するもの。
- 気体燃料で動くもの。
- 代替電源（電力）で動作するもの。

作業サイクルで構成されます。
- 2ストローク
- 4ストローク

混合物の形成方法によると：
- 外部混合気形成付き (キャブレターおよびガスパワーユニット)、
- 内部混合気形成付き (ディーゼル、ターボディーゼル、直接噴射)

作動混合物の点火方法によれば、次のようになります。
- 混合気の強制点火（キャブレター、エンジン直接噴射軽燃料）;
- 圧縮着火付き（ディーゼル）。

シリンダーの数と配置により次のようになります。
- 1、2、3 など。シリンダー;
- 単列、二列

シリンダーの冷却方法によると、
- 液体冷却付き。
- 空冷式の。

動作原理

車のエンジンにはさまざまな耐用年数があります。最も単純なエンジンは、適切なメンテナンスを行えば 150,000 km の耐用年数を持ちます。ここにいくつかの現代的なものがありますディーゼルエンジントラックに装備されており、最大200万人を看護することができます。

エンジンを設計する際、自動車メーカーは通常、信頼性と仕様パワーユニット。現在の傾向を考えると、多くの車のエンジン短いながらも信頼性の高い耐用年数を実現するように設計されています。

したがって、乗用車のパワーユニットの平均的な動作は、車両 25万キロです。 そして、いくつかの選択肢があります:リサイクル、契約エンジンまたは大規模な修理。

メンテナンス

エンジンのメンテナンスは、運用において依然として重要な要素です。多くのドライバーはこの概念を理解しておらず、自動車サービスの経験に頼っています。車のエンジンのメンテナンスとは次のことを意味します。

交換モーター・オイルに従ってテクニカルマップそしてメーカーの推奨事項。もちろん、各自動車メーカーは独自の交換限界を設定しています潤滑液, しかし、専門家は、ガソリン内燃エンジンの場合は10,000km、ディーゼルエンジンの場合は12〜15,000km、ガソリンで走行する車両の場合は7,000〜9,000kmごとに潤滑油を交換することを推奨しています。
オイルフィルターの交換。これはオイル交換のたびに行われます。
燃料の交換や、エアフィルター- 20,000 km に 1 回。
インジェクターの洗浄 - 30,000 kmごと。
ガス分配機構の交換 - 40〜50,000キロメートルごとに1回、または必要に応じて。
他のすべてのシステムは、要素が交換されてからどれだけの時間が経過したかに関係なく、メンテナンスのたびにチェックされます。

タイムリーかつ完全なメンテナンスにより、車両エンジンの耐用年数は延びます。

エンジンの改造

チューニングとは、パワー、ダイナミクス、消費量などの特定の指標を向上させるために内燃エンジンを変更することです。この運動は 2000 年代初頭に世界的に人気を博しました。多くの自動車愛好家が独自にパワーユニットを実験し、写真付きの説明書をグローバルネットワークに投稿し始めました。

実行された変更に関する多くの情報を見つけることができるようになりました。もちろん、このチューニングのすべてがパワーユニットの状態に同様に良い影響を与えるわけではありません。したがって、完全な分析と調整を行わずにパワーをオーバークロックすると、内燃エンジンが「台無し」になり、摩耗率が数倍に増加する可能性があることを理解する価値があります。

これに基づいて、エンジンを調整する前に、新しいパワーユニットで「トラブルに巻き込まれない」ように、あるいはさらに悪いことに、多くの人にとって最初で最後の事故になる可能性がある事故に巻き込まれないように、すべてを慎重に分析する必要があります。。

結論

最新のエンジンの設計と機能は常に改良されています。したがって、それなしに世界全体を想像することはもはや不可能です。排ガス、車と車のサービス。内燃エンジンの作動は、その特徴的な音によって容易に認識できます。内燃機関の動作原理と構造は、一度理解すれば非常に簡単です。

技術的なメンテナンスについては、技術文書を参照すると役立ちます。ただし、車のメンテナンスや修理を自分の手で行うことができるかどうかわからない場合は、自動車サービスセンターに連絡する必要があります。

車のエンジンの動作原理。 内燃機関の設計