Двигатель внутреннего сгорания, ДВС – устройство, работа

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой, роторно-поршневой и газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания включает корпус, два механизма (кривошипно-шатунный и газораспределительный) и ряд систем (впускную, топливную, зажигания, смазки, охлаждения, выпускную и систему управления).

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия — порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Как работает двигатель внутреннего сгорания — Mafin Media

Готовиться смесь может по-разному. В устаревших карбюраторных двигателях горючее «готовится» в отдельном механизме авто — карбюраторе. После смешивания воздуха с топливом смесь подается в двигатель и там сгорает. У карбюраторных моторов много минусов, а их ремонтопригодность сегодня уже не так востребованна. Поэтому самые популярные системы подачи топлива — инжекторные (от англ. inject — впрыскивать). 

В зависимости от конструкции мотора топливо подается либо во впускной коллектор — трубопровод, через который авто получает воздух из окружающей среды, — либо напрямую в цилиндры. Подобные решения сложнее, но позволяют экономить топливо и снижать количество вредных выбросов в атмосферу. Основная деталь инжекторного впрыска — форсунка. Именно она впрыскивает топливо:

Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).

Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания.

Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.

Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:

В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами. Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.

! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.

Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:

Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными.

Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.

Рассмотрим цилиндр в разрезе:

Любой двигатель функционирует согласно циклу, состоящему из нескольких тактов, то есть ходов (движений) поршня. Большинство автомобильных моторов — четырехтактные.

Рассмотрим такты бензинового двигателя:

1. Впуск: открывается впускной клапан, в камеру сгорания попадает топливно-воздушная смесь, а поршень идет вниз.
2. Сжатие: оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая и нагревая смесь.
3. Рабочий ход: оба клапана закрыты, под действием электрической искры от свечи зажигания сжатая и разогретая топливно-воздушная смесь воспламеняется, образовавшиеся при этом газы толкают поршень вниз.
4. Выпуск: выпускной клапан открыт, поршень идет вверх, выталкивая отработанные газы в сторону выхлопной трубы.

После этого цикл повторяется. У дизельного двигателя вместо свечи установлена форсунка, и смесь воспламеняется не при помощи искры, а от сжатия — впрыска дизельного топлива через форсунку под большим давлением. Впускной клапан при этом подает в камеру сгорания только воздух. Кстати, в некоторых современных бензиновых моторах форсунка тоже впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр.

Каждый автомобиль обладает набором бортовой электроники — проводов, аккумулятора, стартера и т. д. Аккумулятор за время поездок накапливает достаточно энергии, чтобы при помощи специального механизма — стартера — раскрутить коленвал и завести мотор.

Мощность от двигателя к колесам передается с помощью коробки передач, редуктора и приводных валов. Если мотор соединить с колесами напрямую, автомобиль после запуска начнет движение на одной-единственной передаче, с небольшой скоростью, а после торможения сразу заглохнет. Об этих передачах и о типах коробок (автоматах, вариаторах, механиках и т. д.) Mafin Media расскажет в следующем материале.

Динамическая сорбция паров (DVS) — Анализ частиц

Динамическая сорбция паров (DVS) — это гравиметрический метод, который измеряет, насколько быстро и сколько растворителя поглощается образцом, например, сухим порошком, поглощающим воду. Водопоглощение описывает, насколько гигроскопично соединение. Гигроскопичность очень важна при оценке условий хранения и общей стабильности, поскольку «водосодержащие»/гигроскопичные соединения могут быть весьма нестабильными. Вода или пары растворителя могут вызвать: 

• Образование гидратов/сольватов
• Преобразование кристаллической формы
• Увеличение скорости реакции, т.е. расщепление фармацевтического соединения.
• Диспропорционирование фармацевтических солей или диссоциация сокристаллов

• Снижают температуру стеклования и вызывают кристаллизацию аморфного материала или аморфной твердой дисперсии0003
  • Оценить гигроскопичность порошка лекарственного вещества. Это свойство используется для оценки возможности разработки новых лекарственных препаратов-кандидатов и должно быть определено на этапе предварительной разработки.
  • Сравнение гигроскопичности различных твердых форм: полиморфов, сольватов, солей, сокристаллов, аморфных
  • Определение точки потери текучести материала
  • Количественное определение содержания аморфных веществ в лекарственном веществе или вспомогательном веществе
  • Определение удельной поверхности
  • Исследования совместимости
  • Оценка сорбционно-десорбционных свойств гранул, капсул, таблеток
  • Измерение диффузии и проницаемости упаковочных материалов, например, блистеров
  • Прогнозирование стабильности микронизированного материала в течение срока годности
  • Изучение полиморфных переходов, вызванных влагой или парами растворителя, особенно образование сольватов и гидратов
  • Изучение поведения порошков при сушке и дегидратации
  • Наблюдение за изменениями внешнего вида образца из-за влажности

  Стандартный анализ динамической сорбции паров проводится при соответствующих температурах. Метод соответствует Ph. Eur. 2.9.39

  Для экспертов по материалам:

  Прибор и принцип измерения, DVS  

  . Анализатор DVS основан на вертикальных обнуляющих микровесах, в которых образец и эталонный провод заключены в камеру с контролируемой влажностью и температурой. Влажность регулируется продувочным паром сухого азота между сухой и влажной линиями (насыщенными водой). Высокоточный контроллер массового расхода регулирует соотношение влажного и сухого газа для получения желаемой влажности.

  При стандартной настройке влажность увеличивается от низкой до высокой. Поскольку десорбция может происходить с разной скоростью, влажность снижается до низкой влажности при измерении потери веса. Кроме того, выполняется второй прогон, чтобы увидеть, изменились ли структура или поведение материала из-за первоначального воздействия высокой влажности. Прибор динамической сорбции паров, применяемый компанией Particle Analytical, является преимуществом DVS 1 от систем измерения поверхности.

  (2005) Роль воды в физической стабильности твердых лекарственных форм. Дж Фарм Наука 94(10):2147-2165

  Argyropoulos D, Alex R, Kohler R, Müller J (2012) Изотермы сорбции влаги и изостерическая теплота сорбции листьев и стеблей мелиссы лекарственной (Melissa officinalis L.), установленные методом динамической сорбции паров . LWT. 47(2):324-31.

  Barham AS, Tewes F, Healy AM (2015) Характеристики диффузии влаги и проницаемости гидроксипропилметилцеллюлозы и твердых желатиновых капсул. Int J Pharm 478(2):796-803 

  Бернетт Д., Гарсия А.Р., Надери М., Ачарья М. Влагопоглощающие свойства фармацевтических материалов, изученные DVS. Примечание по применению DVS.

  Дримейер С., Мендес Ф.М., Оливейра М.М. Динамическая сорбция паров и термопорометрия для определения содержания воды в целлюлозах. Целлюлоза. 2012 авг; 19 (4): 1051-63.

  Duralliu A, Matejtschuk P, Williams DR (2018)Вызванное влажностью разрушение сублимированных лепешек: исследование прямой визуализации с использованием DVS. Евр Дж Фарм Биофарм 127:29-36.

  Хельо В.П., Сайнио Дж., Шевченко А., Кивикеро Н., Лакио С., Юппо А.М. (2013) Влияние относительной влажности на физические свойства двух партий моногидрата мелибиозы с различным распределением частиц по размерам и поверхностными свойствами. Дж. Фарм. Наука 102 (1): 19.5-203 

  Ху Дж., Гарсия А.Р., Бернетт Д., Абдалгафор Х., Лейн М.Е., Ван Влиерберге С., Дос Сантос А., Ботерберг В., Дубруэль П. (2011) Паропроницаемость пористых материалов с использованием диффузионной ячейки Пейна. Примечание по применению DVS.

  Khoo JY, Williams DR, Heng JY (2010)Кинетика дегидратации фармацевтического гидрата: влияние условий окружающей среды и кристаллических форм. Сухая технология 28(10):1164-1169.

  Löbmann K, Flouda K, Qiu D, Tsolakou T, Wang W, & Rades T (2014) Влияние давления на собственную скорость растворения аморфного индометацина. Фармацевтика 6(3): 481-493 

  Румондор А.С., Тейлор Л.С. (2010 г.) Влияние гигроскопичности полимера на фазовое поведение аморфных твердых дисперсий в присутствии влаги. Мол Фарм 7(2):477-90.

  Шеоканд С., Моди С.Р., Бансал А.К. (2014) Динамическая сорбция паров как инструмент для характеристики и количественного определения аморфного содержания в преимущественно кристаллических материалах. J Pharm Sci 103(11):3364-3376 

  Шевченко А., Дин Белль Д., Тииттанен С. и соавт. (2011) Сочетание полиморфизма/сольватоморфизма и оценки физической стабильности с ранней оптимизацией синтеза соли исследуемого препарата. Организационный протокол исследований и разработок 15 (3): 666–672 

  Young PM, Chiou H, Tee T, Traini D, Chan HK, Thielmann F, Burnett D (2007) Использование сорбции органических паров для определения низких уровней содержания аморфных веществ в обработанных фармацевтических порошках. Drug Dev Ind Pharm 33(1):91-97  

  Анализ динамической сорбции паров (ДВС)

  Главная / Анализ динамической сорбции паров (ДВС)

  Анализ динамической сорбции паров (ДВС)

  Используется метод динамической сорбции паров в лабораториях по всему миру для изучения интригующего поведения материалов в отношении поглощения влаги. DVS используется как в промышленности, так и в научных кругах. Применяется в фармацевтике для скрининга солей и анализа полиморфизма. В исследованиях пищевых продуктов он используется для изучения стабильности и срока годности, а также для изучения миграции влаги между ингредиентами в пищевом продукте. DVS помогает разрабатывать сложные упаковочные материалы, измеряя паропроницаемость пленок и фольги. Это также ценный инструмент для оценки слеживаемости порошкообразных и гранулированных материалов во время транспортировки, хранения и обработки. В строительной физике он используется для анализа поглощения и выделения воды изоляционными и строительными материалами из дерева, гипса, волокон или бетона.

  В электронной промышленности представляет интерес выход из строя компонентов, вызванный влажностью. Первоначально разработанная для фармацевтических исследований, динамическая сорбция паров в настоящее время используется во все большем количестве приложений DVS.

  Приборы для динамической сорбции паров

  ProUmid производит и продает две серии многокомпонентных приборов для динамической сорбции паров, которые подходят для всех видов сорбции влаги.

  Серия СПС

  Многопробная сорбционная система SPS является синонимом высочайшей точности и надежности измерений в широком диапазоне температур. Благодаря доступным четырем моделям SPS, отличающимся точностью и диапазоном нагрузки микровесов, SPS охватывает все области применения от фармацевтических препаратов до строительных материалов. Подробнее об анализаторе сорбции паров SPS…

  Всорп серии

  Vsorp — это простой в эксплуатации инновационный прибор, предназначенный для задач измерения при умеренных температурах, используемый в исследованиях, разработках и обеспечении качества.
  Он сочетает в себе простоту эксплуатации и минимальные требования к техническому обслуживанию с прочной конструкцией. Откройте для себя анализатор сорбции влаги Vsorp…

  Метод динамической сорбции паров

  Основной принцип работы гравиметрического сорбционного анализатора заключается в измерении изменения массы с течением времени образца, который хранится в среде с контролируемой и постоянной температурой и относительной влажностью. Изменение массы происходит либо за счет сорбции (поглощения) воды образцом из окружающего воздуха, либо за счет десорбции (выделения) воды из образца.

  Кинетическая кривая сорбции – одноступенчатая влажность

  После изменения относительной влажности, т.е. до более высокой влажности поглощение или выделение воды образцом определяют гравиметрически с помощью микровесов через определенные промежутки времени. На ранней стадии сорбции/десорбции изменение веса велико. Со временем процесс приближается к равновесию, и изменение веса постоянно уменьшается.

  Добавить комментарий Отменить ответ

  Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

  Комментарий *

  Имя *

  Email *

  Сайт

  Прибор	DVS Advantage 1 от систем измерения поверхности
  USP/Ph. Евро.	Ph. Eur 2.9.39 non GMP
  Humidity range	0-98 % relative humidity
  Temperatures	5 to 60 °C
  Sample amount	10-20 mg