Как воздух попадает в двигатель

Как работает двигатель внутреннего сгорания

В данной статье мы расскажем об устройстве двигателя, его компонентах, о том, как они работают вместе, какие могут возникнуть неполадки и как увеличить производительность.

Содержание статьи

Введение
Внутреннее сгорание
Устройство двигателя
Неполадки двигателя
Клапанный механизм и система зажигания двигателя
Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
Читайте также » Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
Увеличение мощности двигателя
Часто задаваемые вопросы по двигателям

Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
Узнать больше
Читайте также Статьи про все типы двигателей

Бензиновый автомобильный двигатель предназначен для преобразования энергии бензинового топлива для движения автомобиля. В настоящий момент самым простым способом привести автомобиль в движение является сгорание бензина в двигателе. В связи с тем, что двигатель автомобиля является двигателем внутреннего сгорания, сгорание топлива происходит внутри двигателя.

На заметку:

Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
Также существуют и двигатели внешнего сгорания. Паровые двигатели в поездах старого образца и пароходах являются наглядным примером двигателей внешнего сгорания. В паровых двигателях топливо (уголь, дрова, масло и т.д.) сгорает вне двигателя для получения пара, который уже приводит двигатель в движение. Внутреннее сгорание является более эффективным (расход топлива на 1км значительно ниже) чем внешнее сгорание, помимо этого размеры двигателей внутреннего сгорания намного меньше двигателей внешнего сгорания. Именно поэтому нам не встречаются автомобили Ford или GM на паровых двигателях.

Внутреннее сгорание

Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если поместить небольшой объем высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшой закрытый сосуд и воспламенить, то в результате высвободится огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Этой энергии хватит для запуска картофелины на 1510м. В данном случае энергия используется для движения картофелины. Данную энергию можно использовать в более интересных целях. Например, если у Вас получится создать цикл, который позволит производить взрывы с частотой несколько сотен раз в минуту, и если Вам удастся эффективно использовать данную энергию, то Вы получите основную часть автомобильного двигателя!

Рисунок 1

На сегодняшний день практически во всех автомобилях используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования энергии топлива в механическую энергию. Четырехтактный принцип работы также называют Цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867г. Все четыре такта представлены на рисунке 1. Эти такты:

Такт впуска
Такт сжатия
Рабочий такт

Такт выпуска

На рисунке видно, что в картофельной пушке картофелина заменена устройством, которое называется поршень. При помощи шатуна поршень соединяется с коленчатым валом. При вращении коленвала создается эффект "перезарядки пушки". Во время цикла в двигателе происходят следующие процессы:

Поршень начинает движение сверху, впускной клапан открывается, поршень движется вниз для наполнения цилиндра воздухом и бензином. Это такт впуска. На данном этапе для смеси топлива и воздуха требуется лишь небольшое количество бензина. (Часть 1 рисунка)
Затем поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. Сжатие способствует более мощному взрыву. (Часть 2 рисунка)
Как только поршень достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет топливо. Происходит взрыв бензина, при этом поршень движется вниз. (Часть 3 рисунка)
Как только поршень достигает нижней точки хода, открывается выпускной клапан для вывода продуктов сгорания по выхлопной трубе. (Часть 4 рисунка)

Теперь двигатель готов к началу следующего цикла, происходит впуск топлива и воздуха.
Обратите внимание, что движение, получаемое в результате работы двигателя внутреннего сгорания, является вращательным, в то время как движение, производимое картофельной пушкой - линейное (прямая линия). В двигателе линейное движение поршней переводится во вращательное движение при помощи коленвала. Вращательное движение идеально подходит для вращения колес автомобиля.

В следующем разделе мы предлагаем рассмотреть детали, которые обеспечивают работу двигателя, начиная с цилиндров.

Устройство двигателя

Цилиндр является самой важной частью двигателя, поршень совершает поступательные движения в цилиндре. Вышеописанный двигатель имеет один цилиндр. Такой двигатель типичен для газонокосилок, однако в автомобильные двигатели имеют более одного цилиндра (обычно четыре, шесть или восемь). В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены в одном из трех порядков: линейно, V-образно или оппозитно (т.н. двигатель с горизонтальными противолежащими цилиндрами или оппозитный двигатель).

Рисунок 2. Линейное расположение - Цилиндры расположены линейно в один ряд.

Рисунок 3. V-образное - Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу.

Рисунок 4. Оппозитное - Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя.

Говоря об управляемости, затратах на производство и характеристиках формы, необходимо отметить, что различные конфигурации имеют свои преимущества и недостатки. Благодаря этим преимуществам и недостаткам определенные типы двигателей подходят для определенных автомобилей.

Давайте более подробно рассмотрим основные детали двигателя.

Свеча зажигания
Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания. Для правильной работы двигателя искра должна подаваться в строго определенный момент.

Клапаны
Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и воздуха и выпуска выхлопа. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время тактов сжатия и сгорания для обеспечения герметичности камеры сгорания.

Поршень
Поршень - это металлическая деталь цилиндрической формы, которая движется вверх и вниз внутри цилиндра.

Поршневые кольца
Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Кольца используются для двух целей:

Они препятствуют попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта.
Они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания, где оно может сгореть.

Большинство автомобилей, которые "жгут масло" и требуют его добавления каждые 1000 км, имеют старые двигатели, поршневые кольца которых уже не могут обеспечивать надлежащее уплотнение.

Шатун
Шатун соединяет поршень и коленвал. Он может вращаться с обеих сторон для изменения угла во время движения поршня и вращения коленвала.

Коленвал
Коленвал преобразует поступательное движение поршней во вращательное как рычаг "чертика из табакерки".

Картер
Картер окружает коленвал. В нем находится некоторое количество масла, которое собирается в нижней части картера (поддоне картера).

Далее мы узнаем о неполадках двигателя.

Неполадки двигателя

Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится... Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на "большой тройке". Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:

Плохая топливная смесь - Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:

У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.

Недостаточная компрессия - Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:

Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
В цилиндре имеются повреждения.

Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.

Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта

Отсутствие искры - Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:

При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.

Могут возникнуть и другие неполадки. Например:

Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.

Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

Клапанный механизм и система зажигания двигателя

Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.

Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.

Рисунок 5. Распредвал

В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана. Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название "двухраспредвальный вид головки". Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает распредвал".

Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает автомобильная система зажигания".

Рисунок 6. Система зажигания

В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя

В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система охлаждения".

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения

Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает турбокомпрессор".

Увеличение мощности двигателя - это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:

Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера - это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.

В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя

Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.

При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).

Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система впрыска топлива".

Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.

Выхлопная система автомобиля Porsche 911

Теперь, когда Вы уже кое-что знаете о том, что заливается в автомобиль, давайте рассмотрим, что же из него выходит. Выхлопная система состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если глушитель не установлен, то Вы сможете услышать звуки тысяч небольших взрывов, доносящихся из выхлопной трубы. Глушитель заглушает эти звуки. Выхлопная система также включает в себя и каталитический дожигатель выхлопных газов. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает каталитический дожигатель выхлопных газов".

В большинстве современных автомобилей система понижения токсичности выхлопа состоит из каталитического дожигателя выхлопных газов, и набора датчиков и приводов и компьютера, который отслеживает и регулирует происходящие процессы. Например, каталитический дожигатель использует катализатор и кислород для сжигания неотработанного топлива и некоторых других химических веществ, содержащихся в выхлопе. Датчик кислорода отвечает за количество кислорода в выхлопе, достаточное для работы катализатора, при необходимости датчик производит дополнительную регулировку.

Что еще помимо бензина питает Ваш автомобиль? Электросистема состоит из аккумулятора и генератора. Генератор соединяется с двигателем при помощи ремня и генерирует ток для зарядки аккумулятора. Аккумулятор подает 12 вольт на все системы, которым требуется электропитание (система зажигания, радио, фары, стеклоочистители, электрические стеклоподъёмники и сиденья с электрическим приводом регулировки, компьютеры и т.д.).

Теперь, когда Вы все узнали про подсистемы двигателя, мы расскажем о том, как увеличить мощность двигателя.

Увеличение мощности двигателя

Прочитав данную статью, Вы увидите, что существует множество способов увеличения показателей Вашего двигателя. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со следующими параметрами для увеличения мощности двигателя или снижения расхода топлива.

Увеличение рабочего объема - Большой рабочий объем способствует увеличению мощности, т.к. при каждом обороте двигателя сгорает больше топлива. Увеличить рабочий объем можно, установив большие или дополнительные цилиндры. Практика показывает, что не имеет смысла устанавливать более 12 цилиндров.

Увеличение степени сжатия - Увеличение степени сжатия способствует увеличению мощности. Однако, чем сильнее происходит сжатие топливно-воздушной смеси, тем выше вероятность ее самовозгорания (еще до срабатывания свечи зажигания). Высокооктановый бензин предотвращает раннее сгорание топлива. Именно по этой причине мощные автомобили необходимо заправлять высокооктановым бензином - в их двигателях используется более высокая степень сжатия для увеличения мощности.
Увеличение объема подаваемой смеси - При увеличении подачи воздуха (и, соответственно, топлива), не изменяя размер цилиндра, можно увеличить мощность (точно также, как при увеличении размера цилиндра). Турбокомпрессоры и компрессоры наддува повышают давление поступающего воздуха, благодаря чему в цилиндр можно подать больше воздуха. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает турбокомпрессор".

Охлаждение поступающего воздуха - При сжатии воздуха, его температура повышается. Поэтому лучше обеспечивать подачу более холодного воздуха в цилиндр, т.к. чем выше температура воздуха, тем меньше его расширение при сгорании. По этой причине во многих двигателях с наддувом и турбонаддувом используются охладители воздуха. Охладитель воздуха - это специальный радиатор, по которому сжатый воздух проходит для охлаждения перед подачей в цилиндр. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система охлаждения".

Облегчение подачи воздуха - При движении поршня вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух впускных клапанов на каждый цилиндр. В некоторых современных автомобилях используются полированные впускные коллекторы для снижения сопротивления воздуха. Установка больших воздушных фильтров также может улучшить подачу воздуха.

Облегчение выпуска выхлопа - При выпуске выхлопа из цилиндра, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух выпускных клапанов на каждый цилиндр (автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на каждый цилиндр, что увеличивает мощность двигателя - когда Вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у него 4 цилиндра и 16 клапанов, это означает, что в двигателе установлено по четыре клапана на каждый цилиндр). Если выхлопная труба слишком узкая или сопротивление воздуха в глушителе слишком высокое, то это может создать противодавление, что также снизит мощность. В высокоэффективных выхлопных системах используются выпускные коллекторы, широкие выхлопные трубы и глушители для предотвращения образования противодавления в выхлопной системе. Поэтому, когда Вы слышите, что в автомобиле установлена "раздельная система выпуска", это значит, что для улучшения выпуска отработанных газов используется две выхлопных трубы вместо одной.

Снижение массы - Чем легче детали, тем эффективнее работает двигатель. Каждый раз, когда поршень меняет направления движения, он затрачивает энергию на то, чтобы прекратить движение в одну сторону и начать в другую. Чем легче поршень, тем меньше энергии ему требуется.

Впрыск топлива - Система впрыска топлива обеспечивает очень точное дозирование топлива для каждого цилиндра. Благодаря этому увеличивается мощность и снижается расход топлива. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система впрыска топлива".

Часто задаваемые вопросы по двигателям

Ниже приведены наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей, а также ответы на них:

Чем отличаются бензиновые и дизельные двигатели? В дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания. Дизельное топливо подается в цилиндр, возгорание происходит под действием тепла и давления во время такта сжатия. Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина, поэтому дизельный двигатель рассчитан на больший пробег. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает дизельный двигатель".

Чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? В большинстве бензопил и лодочных моторов используются двухтактные двигатели. В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны, а свеча зажигания дает искру каждый раз, когда поршень находится в верхней точке хода. Через отверстие в нижней части стенки цилиндра происходит впуск топлива и воздуха. Когда поршень движется вверх, сжимая смесь, свеча зажигания дает искру для начала процесса сгорания, отработанные газы выходят через другое отверстие в стенке цилиндра. В двухтактных двигателях необходимо смешивать масло с бензином, т.к. отверстия в стенках цилиндров не допускают использование уплотнительных колец для герметизации камеры сгорания. В общем, двухтактные двигатели являются достаточно мощными для своих размеров, т.к. в них на один поворот двигателя происходит в два раза больше циклов сгорания. Однако, двухтактный двигатель расходует больше бензина и сжигает большое количество масла, соответственно, он наносит больший вред экологии. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает двухтактный двигатель".

В этой статье Вы упоминали паровые двигатели - существуют ли какие-либо преимущества паровых двигателей или других двигателей внешнего сгорания? Единственное преимущество паровых двигателей заключается в том, что в качестве топлива можно использовать все, что горит. Например, в паровом двигателе в качестве топлива можно использовать уголь, газеты, дрова, в то время как для работы двигателя внутреннего сгорания требуется очищенное высококачественное жидкое или газообразное топливо. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает паровой двигатель".

Используются ли в автомобильных двигателях какие-либо другие циклы помимо цикла Отто? Как говорилось ранее, в двухтактных и дизельных двигателях используются другие циклы работы. В двигателе автомобиля Mazda Millenia используется модифицированный цикл Отто, который называется цикл Миллера. В газотурбинных двигателях используется цикл Брайтона. В дизельных ротационных двигателях Ванкеля используется цикл Отто, однако он происходит совершенно по-другому в отличие от четырехтактных поршневых двигателей.

Зачем нужно устанавливать восемь цилиндров? Почему нельзя установить один большой цилиндр с таким же рабочим объемом, как у восьми цилиндров? По ряду причин в 4.0л двигателе используется восемь цилиндров объемом пол-литра каждый, а не один большой 4-литровый цилиндр. Основная причина - это равномерность работы. V-образный восьмицилиндровый двигатель работает более равномерно, т.к. в нем происходит восемь взрывов с равными интервалами вместо одного сильного взрыва. Другая причина - это начальный крутящий момент. Когда Вы заводите V-образный восьмицилиндровый двигатель, Вам необходимы только два цилиндра (1л) во время их тактов сжатия, если использовать один большой цилиндр, то придется производить сжатие 4 литров.

Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?

Количество цилиндров в двигателе играет важную роль в его мощности. Каждый цилиндр имеет поршень, который движется внутри него, эти поршни соединены с коленвалом и вращают его. Чем больше используется поршней, тем больше происходит сгораний топлива в определенный момент времени. Это означает, что за меньшее время может быть выработано больше мощности.

4-цилиндровые двигатели обычно имеют "прямое" или "линейное" расположение цилиндров, в то время как в 6-цилиндровых двигателях используется более компактное V-образное расположение, поэтому они и называются V-образные 6-цилиндровые двигатели. Американские производители автомобилей остановили свой выбор на V-образных 6-цилиндровых двигателях, т.к. являются более мощными и тихими, оставаясь при этом достаточно легкими и компактными для установки в автомобили.

4-цилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров автомобиля Lotus Elise

Исторически сложилось так, что американские автовладельцы отвернулись от 4-цилиндровых двигателей, считая их медленными, слабыми, работающими неравномерно и дающими слабое ускорение. Однако, когда такие японские производители автомобилей, как Honda и Toyota стали устанавливать мощные 4-цилиндровые двигатели в 1980-х и 90-х, американцы по достоинству оценили эти компактные двигатели. Даже, несмотря на то, что такие японские автомобили, как Toyota Camry имели огромный успех по сравнению с аналогичными моделями американских производителей, в США продолжался выпуск автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями, т.к. считалось, что американцам необходимы мощные автомобили. На сегодняшний день, в связи с ростом цен на бензин и обострившейся экологической ситуацией, Детройт переходит на 4-цилиндровые двигатели благодаря их низкому расходу топлива и меньшим выбросам в атмосферу.

3,8л V-образный 6-цилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Nissan GT-R.

Что касается будущего 6-цилиндровых двигателей, то за последние годы были максимально устранены различия между 4-цилиндровыми и 6-цилиндровыми двигателями. Для того, чтобы соответствовать требованиям низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов, производители приложили много усилий по улучшению работы 6-цилиндровых двигателей. Большинство современных автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями соответствуют стандартам расхода топлива уровня выхлопов, установленных для компактных 4-цилиндровых двигателей. Таким образом, различия в эффективности и мощности этих двух типов двигателей ослабевают, и принятие решения о покупке 4-цилиндрового или 6-цилиндрового двигателя сводится к их стоимости. Что касается моделей автомобильных, доступных с обоими типами двигателей, конфигурация с 4-цилиндровым двигателем стоит дешевле до $1000 по сравнению с 6-цилиндровым. Таким образом, независимо от мощности автомобиля, 4-цилиндровый двигатель поможет Вам сэкономить.

И, напоследок: Не стоит пытаться установить 6-цилиндровый двигатель на автомобиль, в котором изначально стоял 4-цилиндровый. Переоборудование автомобиля с 4-цилиндровым двигателем для установки 6-цилиндрового может обойтись Вам дороже, чем покупка нового автомобиля.

Источник: https://auto.howstuffworks.com/

Двигатели

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?

NEW!
Видео "Как работает реактивный двигатель".

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов поднимается с земли с такой легкостью. Как это случилось? Ответ прост. Это двигатели.

Пусть Тереза Беньо из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснит больше ...

Как показано на НАСА Направление завтра.

Реактивные двигатели с огромной силой двигают самолет вперед, создаваемый огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называются газовые турбины, работать по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор поднимает давление воздуха. Компрессор сделан со многими лезвиями, прикрепленными к валу. Лопасти вращаются с высокой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый воздух тогда распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. горючие газы расширяются и выдуваются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа стреляют назад, двигатель и самолет смещаются вперед. Когда горячий воздух идет к соплу, он проходит через другую группу лопастей. называется турбиной. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.

На рисунке ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторое количество воздуха быть очень горячим, а некоторые - круче. Кулер воздух затем смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.

Это картина того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга это передняя сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. сэр Исаак Ньютон обнаружил, что для «каждого действия существует равное и противоположная реакция. "Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топливо, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. Мощность воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, это выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Части реактивного двигателя

Поклонник - Вентилятор является первым компонентом в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий вентилятора сделаны из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть проходит через «ядро» или центр двигателя, где на него воздействуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» сердечник двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро в задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая продвигает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор - Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает воздух, который поступает в него Постепенно меньшие площади, что приводит к увеличению давления воздуха. это приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Раздавленный воздух нагнетается в камеру сгорания.

Combustor - В камере сгорания воздух смешан с топливом, а затем загорелся. Есть 20 форсунок для распыления топлива в воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Горючее с кислородом в сжатом топливе воздух, производящий горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто производится из керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.

Турбина - Высокоэнергетический поток воздуха из камеры сгорания уходит в турбину, вызывая вращение лопастей турбины. Турбины связаны валом, чтобы вращать лопасти в компрессоре и раскрутить впускной вентилятор спереди.Это вращение отнимает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы Произведенные в камере сгорания движутся через турбину и вращают ее лопасти. Турбины реактивного двигателя вращаются вокруг тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько наборов шарикоподшипников между ними.

Насадка - Сопло является вытяжным каналом двигатель. Это часть двигателя, которая на самом деле производит тягу для самолет.Истощенный энергией воздушный поток, который прошел турбину, в дополнение к более холодный воздух, который обошел ядро двигателя, создает силу при выходе из форсунка, которая движет вперед двигатель и, следовательно, самолет. Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выталкивается и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из активной зоны двигателя с воздух с более низкой температурой, который был обойден в поклоннике.Смеситель помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель - А Краткая история ранних двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был сначала предположить, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с большой скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло в обратном направлении, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль, который был приведен в действие первым двигателем самолета - паровой двигатель с тремя лошадьми. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Феликс де Храм года построил моноплан который пролетел короткий прыжок вниз по склону с помощью угольного парового двигателя.

Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался привести в действие свой трехместный биплан с двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетели на несколько секунд.

Ранние паровые двигатели работали на подогреве угля и, как правило, слишком тяжелый для полета.

американец Сэмюэль Лэнгли сделал модель самолета которые были приведены в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно управлял Беспилотный самолет с паровым двигателем, названный Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем испарился. Затем он попытался построить полный размер самолета, Aerodrome A, с бензиновым двигателем.В 1903 году это разбился сразу же после спуска с домашнего катера.

В 1903 году братьев Райт полетел, Flyer , с 12-сильным газом двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х годов бензиновый поршневой двигатель внутреннего сгорания с пропеллером единственное средство, используемое для приведения в движение самолета.

Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттл впервые полетел успешно в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.

В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над аналогичным дизайном в Германии. Первый самолет успешно Использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель рейс.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Это был экспериментальный самолет XP-59A, который впервые полетел в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания для поднять температуру жидкой смеси примерно до 1100 ° F до 1300 ° F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в движение компрессор. Если турбина и компрессор работают, давление на выходе турбины будет почти вдвое больше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу, чтобы произвести высокоскоростной поток газа, который создает тягу.Значительное увеличение тяги может быть достигнуто с помощью форсаже. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Дожигатель повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов в тяге при взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет в воздухе.

Турбореактивный двигатель - реактивный двигатель.В реакторе, расширяющемся газе давить сильно на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает это. Газы протекают через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопа, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбропропы

А турбовинтовой двигатель реактивный двигатель, прикрепленный к винтуТурбина в задняя часть поворачивается горячими газами, и это поворачивает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты приводятся в действие турбовинтовыми двигателями.

Как турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, сгорания камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель обладает большей эффективностью при скорости полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены винтами, которые имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособить более высокие скорости полета, лопасти имеют форму ятагана с опущенными передними кромками на концах лезвия. Двигатели с такими винтами называются пропфанов .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбовентиляторы

А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух.Большая часть воздуха проходит вокруг двигателя, что делает его тише и дает больше тяги на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров имеют питание турбовентиляторы. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий на впуск, проходит через газогенератор, который состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха поступает в камера сгорания. Остальная часть проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно как «холодная» струя или смешивается с выхлопом газогенератора производить "горячую" струю.Целью этого типа обходной системы является увеличение тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается путем увеличения общий воздушно-массовый поток и снижение скорости в пределах того же общего источника энергии.

Изображение турбовентиляторный двигатель

Турбовальные валы

Это еще одна форма газотурбинного двигателя, которая работает во многом как турбовинтовой двигатель система.Это не водить винт. Вместо этого он обеспечивает мощность для вертолета ротор. Турбовальный двигатель сконструирован таким образом, чтобы скорость вращения вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это разрешает частота вращения ротора должна быть постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы модулировать количество производимой энергии.

Изображение турбовального двигателя

Ramjets

ПВРД является Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость струи "баранов" или нагнетает воздух в двигатель. По сути это турбореактивный двигатель, в котором вращается машины были опущены. Его применение ограничено тем, что его Степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не развивает статичность тяга и очень малая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие, Для ПВРД необходим некоторый вспомогательный взлет, такой как другой самолет. Он был использован в основном в ракетно-управляемых системах.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение Ramjet Engine

Вернуться к началу

Как работают реактивные двигатели - Defencyclopedia

ВВЕДЕНИЕ

Реактивные двигатели произвели революцию в авиаперевозках. Они позволили проектировщикам создавать самолеты, которые могли бы летать быстрее, чем летательные аппараты с бензиновым двигателем, работающие на пропеллере. Реактивные двигатели были впервые изготовлены в 1930-х годах, но до 1940-х годов не вводились в эксплуатацию или в крупномасштабное производство. В основном это воздушно-реактивные двигатели, которые зависят от подачи воздуха для приведения самолета в движение. Во время Второй мировой войны Германия была единственной страной, которая имела реактивный самолет.Но вскоре после окончания войны другие европейские страны, американцы и русские овладели этой технологией и широко применили реактивные двигатели для своих самолетов. Их использование быстро распространилось, и в реактивном двигателе было сделано много улучшений, что сделало его экономичным и доступным для использования на гражданских самолетах в больших масштабах. В настоящее время почти каждый самолет в мире приводится в действие турбореактивным, турбовентиляторным или турбовинтовым двигателем. Эти двигатели сделали воздушное путешествие более быстрым и экономичным, чем когда-либо прежде.Существует несколько других типов реактивных двигателей, таких как прямоточные, скрамджетные и т. Д. В этой статье я дам краткое, но подробное объяснение того, как эти реактивные двигатели работают с инженерной точки зрения.

ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП

Все реактивные двигатели работают по одному и тому же принципу, создавая тягу для продвижения самолета вперед. Все реактивные двигатели имеют воздухозаборник, через который поступает воздух. Этот воздух сгорает в камере сгорания вместе с топливом, а горячий выхлопной газ выходит из сопла, образуя реактивную тягу.Фактическая работа этих двигателей включает в себя дополнительные компоненты и этапы, которые будут объяснены ниже.

турбореактивный двигатель

Ступени турбореактивного двигателя. Изображение Викимедиа.

Это один из старейших типов реактивных двигателей из существующих, и он оборудован самыми ранними реактивными истребителями. Это очень эффективно при скорости полета выше 800 км / час. Его работа зависит от следующих этапов.

Диффузор: Это первая ступень двигателя.Здесь атмосферный воздух поступает со скоростью, равной скорости летательного аппарата, и он замедляется в диффузоре.

Компрессор: Воздух, выходящий из диффузора, имеет незначительную скорость и поступает в компрессор. Здесь воздух сжимается до высокого давления с помощью осевого компрессора.

Камера сгорания: После сжатия воздух поступает в камеру сгорания, где на нее распыляется топливо и происходит сгорание.

Турбина: Продукты камеры сгорания находятся под высоким давлением и температурой.Они приводят в движение лопасти турбины, которые, в свою очередь, приводят в действие компрессор и тем самым позволяют ему всасывать больше воздуха. Турбина также соединена с генератором на самолете для производства электроэнергии.

Выходное сопло: Газы, выходящие из турбины, расширяются и покидают сопло с высокой скоростью. Это создает необходимую тягу и приводит в движение самолет в соответствии с третьим законом Ньютона.

Дожигатель (опция): Этот компонент присутствует только на военных самолетах.Он в основном впрыскивает топливо в выхлопные газы, выходящие из турбины, и в результате сгорания возникает дополнительная тяга за счет увеличения скорости и температуры выхлопа. Эта дополнительная тяга очень полезна, когда самолет взлетает или летит на сверхзвуковых скоростях. Дожигатель используется только на короткое время (2-3 минуты), так как он потребляет очень большое количество топлива, а повышенная температура выхлопных газов может повредить форсунку, если она используется в течение более длительного периода.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Турбореактивные двигатели широко использовались в военных и гражданских самолетах с конца 1940-х до 1970-х годов.Затем их постепенно заменили турбовентиляторы, которые были более экономичными. Турбореактивные двигатели продолжают использоваться по сей день, но очень редки.

У бомбардировщика B-52 было 8 турбореактивных двигателей, которые теперь были заменены турбовентиляторами

Tomcat F-14 с его двигателями на полном форсаже во время взлета

ТУРБОФАНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Ступени турбовентиляторного двигателя.Изображение Викимедиа.

Турбовентилятор почти идентичен турбореактивному двигателю и состоит только из одной дополнительной ступени - вентилятора.

Этот вентилятор установлен перед диффузором и подключен к тому же валу, который приводит в движение турбореактивный двигатель компрессора и турбины.
Вентилятор с более высокой скоростью всасывает воздух в ступень турбореактивного двигателя, а также обеспечивает дополнительную тягу байпаса, поскольку часть воздуха, всасываемого вентилятором, выходит из двигателей снаружи ступени турбореактивного двигателя и дополняет реактивную тягу, выходящую из сопел турбореактивный.
Поскольку турбовентилятор в основном представляет собой турбореактивный двигатель с вентилятором для создания обводной тяги, его также называют обводным турбореактивным двигателем.
Эти двигатели высокоэффективны на средних и высоких скоростях. Следовательно, они почти полностью заменили турбореактивные двигатели в гражданских и военных применениях. Турбофаны также заменили турбовинтовые в некоторых военных самолетах.

Турбовентиляторный двигатель на Airbus A380

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Почти все современные истребители используют турбореактивные двигатели большой мощности с форсажными камерами.Крылатые ракеты и беспилотники также используют турбовентиляторы. Большинство коммерческих авиалайнеров перешли на самолеты с турбореактивным двигателем.

GE-90-115B Самый большой в мире турбовентиляторный двигатель

TURBOPROP ENGINE

Ступени турбовинтового двигателя. Изображение Викимедиа.

Основной причиной разработки турбовинтового двигателя была неэффективность турбореактивных двигателей при скорости полета ниже 800 км / ч. Турбовинтовой двигатель очень эффективен даже на низких скоростях полета.

Он состоит в основном из зубчатого винта, соединенного с турбореактивным двигателем.Следовательно, принцип работы остается почти одинаковым. Дополнительные этапы будут объяснены здесь.
Турбина в турбовинтовом двигателе больше турбины. Это связано с тем, что турбина на турбовинтовом двигателе должна приводить в движение пропеллер в дополнение к компрессору и вспомогательным системам, таким как генераторы, тогда как турбина на турбореактивном двигателе должна приводить в движение только компрессор и вспомогательные устройства.
80-90% полезной мощности турбины потребляется винтом, а оставшаяся остается для создания реактивной тяги.Пропеллер создает тягу, изменяя скорость движения воздуха вокруг него.
Вращение гребного винта вызывает снижение давления перед ним (выше по потоку). Воздух в этой области ускоряется в направлении пропеллера и течет по нему, и давление увеличивается.
Таким образом, воздух за пропеллером (ниже по потоку) имеет более высокую скорость и составляет тягу. Эта тяга сочетается с небольшим количеством реактивной тяги, выходящей из сопла, и продвигает самолет вперед.

Тяга, создаваемая турбовинтовым двигателем при более низких скоростях полета, значительно выше, чем у турбореактивных двигателей. Следовательно, они находят широкое применение в самолетах малого и среднего размера, таких как гражданские и военные транспорты, которые обычно летают со скоростью 400-600 км / ч.

Airbus A400M является одним из самых больших самолетов с турбовинтовыми двигателями.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ: Самым известным самолетом с турбовинтовым двигателем является транспортер C-130. Самым быстрым турбовинтовым самолетом является российский Ту-95, который оснащен четырьмя турбовинтами с противоположным вращением, вращающимися со сверхзвуковыми скоростями, которые позволяют самолету лететь со скоростью около 1000 км / ч., что почти неслыханно для самолета с турбовинтовым двигателем.

В настоящее время многие военные транспорты используют турбовинтовые двигатели из-за большой тяги, создаваемой на низких скоростях. Небольшие гражданские самолеты, которые экономичны, также используют турбовинтовые самолеты. Интересно, что турбовинтовые самолеты находят применение и на судах на воздушной подушке.

Ту-95 - самый быстрый турбовинтовой самолет. Каждый двигатель имеет 2 комплекта винтов с обратным вращением.

ДВИГАТЕЛЬ ТУРБОШАФТА

Ступени турбовального двигателя.Изображение Викимедиа.

Этот двигатель используется для питания каждого вертолета в мире. Принцип работы такой же, как у турбореактивного двигателя, но выхлопные газы не используются для движения вперед вертолета.

Сжатый воздух сжигается в камере сгорания и используется для привода турбины. Выхлопные газы выходят с боков и диффундируют в атмосферу и обеспечивают незначительную тягу.
Турбина вращает центральный вал как обычно, который, в свою очередь, вращает компрессор.Но вал вытянут в противоположном направлении и называется силовым валом.
Вращение лопастей турбины вращает и этот вал. Приводной вал соединен с валом лопасти несущего винта с помощью редуктора.
Таким образом роторы вертолета вращаются

Двигатели с турбовальным валом на CH-47 Chinook

RAMJET ENGINE

Ступени прямоточного двигателя.Изображение Викимедиа.

ПВРД используется, когда вам нужно достичь сверхзвуковой скорости в диапазоне, в 2-4 раза превышающем скорость звука. Это самый простой воздушно-реактивный двигатель из существующих, поскольку он не имеет движущихся частей, таких как компрессоры или турбины.

Он состоит из диффузора, который сжимает воздух по принципу «поршневого сжатия». Сжатие поршня - это тип сжатия, при котором кинетическая энергия входящего воздуха преобразуется в энергию давления с помощью диффузора, сжимая его.
Воздух, который поступает со сверхзвуковыми скоростями, понижается до дозвуковых скоростей перед входом в камеру сгорания. Здесь топливо распыляется и сжигается аналогично турбореактивным двигателям.
Но у горячего выхлопа нет ту

реактивных двигателей

Базовый обзор

На изображении выше показано, как реактивный двигатель будет расположен в современном военный самолет. В базовом реактивном двигателе воздух поступает в передний воздухозаборник и сжимается (посмотрим как позже). Затем воздух нагнетается в камеры сгорания, где в нее распыляется топливо, и смесь воздуха и топливо зажигается. Образующиеся газы быстро расширяются и истощаются через заднюю часть камер сгорания.Эти газы оказывают равную силу во всех направлениях, обеспечивая прямую тягу, когда они уходят в тыл. Так как газы покидают двигатель, они проходят через веерообразные лопасти (турбина), которая вращает вал, называемый валом турбины. Этот вал, в повернуть, вращает компрессор, обеспечивая тем самым подачу свежего воздуха через впуск. Ниже приведена анимация изолированного реактивного двигателя, который иллюстрирует процесс притока, сжатия, сгорания, оттока воздуха и вращение вала только что описано.

процесс может быть описан следующей диаграммой, принятой с сайта Rolls Royce, популярного производителя реактивных двигателей.

Этот процесс является сущностью работы реактивных двигателей, но как именно происходит что-то вроде сжатия (сжатия)? Чтобы узнать больше о каждом из четырех шагов в создании тяги реактивным двигателем, см. ниже.

SUCK

Двигатель всасывает большой объем воздуха через вентилятор и компрессор этапы.Типичный коммерческий реактивный двигатель потребляет 1,2 тонны воздуха в секунду во время взлета - другими словами, он может опустошить воздух в сквош-корте в меньше секунды. Механизм с помощью которого реактивный двигатель всасывает воздух в значительной степени является частью сжатия этап. Во многих двигателях Компрессор отвечает как за всасывание воздуха, так и за его сжатие. Некоторые двигатели имеют дополнительный вентилятор, который не является частью компрессора для всасывания дополнительного воздуха в систему. Вентилятор является самым левым компонентом двигатель проиллюстрирован выше.

SQUEEZE

Помимо всасывания воздуха в двигатель, компрессор также создает давление воздух и доставляет его в камеру сгорания. Компрессор показан на изображении слева от огонь в камере сгорания и справа от вентилятора. Вентиляторы сжатия приводятся в действие от турбина с валом (турбина в свою очередь приводится в движение воздухом, который оставив двигатель). Компрессоры могут достигать коэффициентов сжатия в избытке 40: 1, что означает, что давление воздуха в конце компрессор в 40 раз больше воздуха, поступающего в компрессор.На полную мощность лезвия типичного коммерческий реактивный компрессор вращается со скоростью 1000 миль в час (1600 км / ч) и набирает 2600 фунтов (1200 кг) воздуха в секунду.

Сейчас мы обсудим, как компрессор на самом деле сжимает воздух.

Как видно на изображении выше, зеленые вееры, составляющие компрессор постепенно становится все меньше и меньше, как и впадина который воздух должен путешествовать. Воздух должен продолжать двигаться вправо, к камерам сгорания двигатель, так как вентиляторы вращаются и толкают воздух в этом направлении.Результатом является заданное количество воздуха переходя от большего пространства к меньшему, и, таким образом, увеличивая давление.

BANG

В камере сгорания топливо смешивается с воздухом для образования взрыва, который отвечает за расширение, которое заставляет воздух в турбину. Внутри типичного коммерческого реактивного двигателя топливо горит при сгорании камера при температуре до 2000 градусов по Цельсию. Температура, при которой металлы в эта часть двигателя начинает плавиться 1300 градусов по Цельсию, поэтому продвинутый методы охлаждения должны быть использованы.

сгорания камера имеет сложную задачу сжигания большого количества топлива, подается через форсунки с большим количеством воздуха, подается компрессором и выделяет полученное тепло таким образом что воздух расширяется и ускоряется, чтобы дать гладкий поток равномерно нагретый газ. Эта задача должна быть выполнена с минимальными потерями под давлением и с максимальным тепловыделением в ограниченном пространстве доступный.

Количество топлива добавление в воздух будет зависеть от необходимого повышения температуры.Тем не мение, максимальная температура ограничена определенным диапазоном, определяемым материалы, из которых сделаны лопатки и сопла турбины. Воздух имеет уже была нагрета до температуры между 200 и 550 С компрессор, обеспечивающий повышение температуры около 650 до 1150 С из процесса сгорания. Поскольку температура газа определяет тягу двигателя, камера сгорания должна быть способной поддержание стабильного и эффективного сгорания в широком диапазоне двигателей условия эксплуатации.

Воздух принес вентилятор, который не проходит через сердечник двигателя и поэтому не используется для сжигания, что составляет около 60 процентов от общего воздушный поток постепенно вводится в жаровую трубу для температуру внутри камеры сгорания и охладить стенки жаровой трубы.

УДАР

Реакция расширенного газа - смеси топлива и воздуха - является вынужденной через турбину, приводит в движение вентилятор и компрессор и выдувает из выпускное сопло, обеспечивающее тягу.

Таким образом, турбина имеет задачу обеспечения мощности для привода компрессор и аксессуары. Это делает это путем извлечения энергии из горячих газов, выделяемых из Система сгорания и расширение их до более низкого давления и температуры. Непрерывный поток газа, к которому открытая турбина может войти в турбину при температуре от 850 до 1700 ° С, что снова намного выше температуры плавления тока технология материалов.

Для производства приводной крутящий момент, турбина может состоять из нескольких ступеней, каждая из которых использует один ряд движущихся лопастей и один ряд неподвижных направляющих лопаток для направления воздух по желанию на лопасти.Количество этапов зависит от Соотношение между мощностью, требуемой от потока газа, вращательной скорость, с которой это должно быть произведено, и разрешенный диаметр турбины.

Желание высокая эффективность двигателя требует высокой температуры на входе в турбину, но это вызывает проблемы, так как лопасти турбины должны были бы выполнять и выдерживают длительные периоды эксплуатации при температурах выше их плавления точка. Эти лезвия, хотя и светятся раскаленным докрасна, должны быть достаточно прочными, чтобы нести центробежные нагрузки из-за вращения на высокой скорости.

Для работы в этих условиях холодный воздух вытесняется из множества маленьких отверстия в лезвии. Этот воздух остается близко к лезвию, предотвращая его тает, но не сильно отвлекает от двигателя в целом производительность. Никелевые сплавы используются для создания турбинных лопаток и направляющие лопасти сопла, потому что эти материалы демонстрируют хорошие свойства при высокие температуры

Как воздух попадает в двигатель

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Двигатели

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?

Что такое тяга?

Части реактивного двигателя

Первый реактивный двигатель - А Краткая история ранних двигателей

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Турбропропы

Турбовентиляторы

Турбовальные валы

Ramjets

Как работают реактивные двигатели - Defencyclopedia

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП

турбореактивный двигатель

ТУРБОФАНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

TURBOPROP ENGINE

ДВИГАТЕЛЬ ТУРБОШАФТА

RAMJET ENGINE

реактивных двигателей

Смотрите также