Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — распространенней вид теплового двигателя, в нем топливо сгорает прямо в цилиндре, внутри самого двигателя. Отсюда и происходит название этого двигателя.

Двигатели внутреннего сгорания работают на жидком топливе (бензин, керосин, нефть) или на горючем газе.

Такой тип теплового Двигателя обычно устанавливают на большинстве автомобилей. На рисунке 204 показан разрез простейшего двигателя внутреннего сгорания. Двигатель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 3, соединенный при помощи шатуна 4 с коленчатым валом 5. На валу укреплен тяжелый маховик 6, предназначенный для уменьшения неравномерности вращения вала.

В верхней части цилиндра имеются два клапана 1 и 2, которые при работе, двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через клапан 1 в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 7, а через клапан 2 выпускаются отработавшие газы.

В цилиндре такого двигателя периодически происходит сгорание горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания достигает 1600-1800°С. Давление на поршень при этом резко возрастает. Расширяясь, газы толкают поршень, а вместе с ним и коленчатый вал, совершая механическую работу. При этом они охлаждаются, так как часть их внутренней энергии превращается в механическую энергию.

Рассмотрим более подробно, схему работы такого двигателя. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками. Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня.

Один рабочий цикл в двигателе происходит за четыре хода поршня, или, как говорят, за четыре такта. Поэтому такие двигатели называют четырехтактными. Один ход поршня, или один такт двигателя, совершается за пол-оборота коленчатого вала.

При повороте вала двигателя в начале первого такта поршень движется вниз (рис. 205, а). Объем над поршнем увеличивается. Вследствие этого в цилиндре создается разрежение. В это время открывается клапан 1 ив цилиндр входит горючая смесь. К концу первого такта цилиндр заполняется горючей смесью, а клапан 1 закрывается.

При дальнейшем повороте вала поршень движется вверх (второй такт) и сжимает горючую смесь (рис. 205, б). В конце второго такта, когда поршень дойдет до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь воспламеняется (от электрической искры) и быстро сгорает.

Образующиеся при сгорании газы давят на поршень и толкают его вниз (рис. 205, в). Под действием расширяющихся горячих газов (третий такт) двигатель совершает работу, поэтому этот такт называют рабочим ходом. Движение поршня передается шатуну, а через него коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик затем продолжает вращаться по инерции и перемещает скрепленный с ним поршень при последующих тактах.

В конце третьего такта открывается клапан 2, и через него продукты сгорания выходят из цилиндра в, атмосферу. Выпуск продуктов сгорания продолжается и в течение четвертого такта, когда поршень движется вверх (рис. 205, г). В конце четвертого такта клапан 2 закрывается.

Затем циклы работы двигателя повторяются.

Итак, цикл двигателя состоит из следующих четырех процессов (тактов): впуска, сжатия, рабочего хода, выпуска. В автомобильных двигателях пуск двигателя обычно осуществляется вспомогательным электрическим двигателем — стартером.

В автомобилях используют чаще всего четырехцилиндровые двигатели внутреннего сгорания, На рисунке 206 изображен разрез такого двигателя. Работа цилиндров согласуется так, что в каждом из них поочередно происходит рабочий ход, и коленчатый вал все время получает энергию от одного из поршней.

Имеются и восьмицилиндровые автомобильные двигатели. Многоцилиндровые двигатели в лучшей степени обеспечивают равномерность вращения вала и имеют большую мощность.

Необходимой частью всякого двигателя внутреннего сгорания является система охлаждения, так как возможны и преждевременные вспышки горючей смеси и даже ее взрыв. Охлаждение цилиндров производится проточной водой или воздухом, поэтому двигатели внутреннего сгорания бывают с жидкостным или воздушным охлаждением.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах.

Вопросы.

1. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания? 2. Из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания? 3. Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания? 4. За сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл двигателя? Сколько оборотов делает при этом вал двигателя? 5. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого из четырех тактов? Как называют эти такты? 6. Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания? 7. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях? 8. Где ещё, кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?

Почему в двигателе появляется нагар?

Сегодня углеродистые отложения, известные большинству как нагар, являются одной из серьезнейших проблем для современных двигателей внутреннего сгорания. Если говорить о последствиях, то чрезмерные скопления нагара приводят к значительному ухудшению работы мотора, а также могут стать причиной серьезных неисправностей. Модели с прямым впрыском оказываются в большей зоне риска, так как они сильнее подвержены образованию загрязнений – расскажем почему в двигателе появляется нагар.

Нагар в двигателе – откуда он появился

Любые ДВС, будь они бензиновые, дизельные, с турбиной или без, либо с прямым или распределенным впрыском – все они подвержены образованию углеродистых отложений, главной причиной появления которых является неполное сгорание топливовоздушной смеси. Если рассматривать двигатели с непосредственным впрыском, то одна из причин появления внутри них нагара – это способ подачи горючего. Все дело в том, что топливо при такой подаче не омывает клапана, оно попадает непосредственно в камеру сгорания – отложения накапливаются на поверхности клапанов, что мешает кислороду попадать внутрь камеры сгорания. Как итог – топливная смесь начинает неправильно сгорать, двигатель «троит».

Читать еще:  Что означает надпись на двигателе донс

Если рассматривать не только агрегаты с прямым впрыском, можно заметить и некоторые другие причины появления нагара – большинство из них связано со способом эксплуатации транспортного средства, так как все чаще автомобили используются для коротких поездок. Это так называемый «городской режим». Если авто развивает низкую скорость, работает на низкой температуре, трогается без прогрева и так далее – все это стимулирует углеродистые отложения появляться быстрее. Помимо этого, не стоит упускать из внимания факт того, что множество агрегатов снабжены турбинами – редко кто использует их на повышенных оборотах в условиях города. Низкие обороты провоцируют более долгий прогрев, а алюминий в качестве материала изготовления быстро теряет температуру нагрева и остужает двигатель. Прибавьте ко всему этому постоянную езду на низких оборотах, которая не помогает избавиться от углеродистых отложений естественным путем – получится идеальный рецепт чрезмерного накопления нагара внутри ДВС.

Кроме того, еще одной причиной возникновения проблем с отложениями можно назвать неправильную замену масла, а также несвоевременное техническое обслуживание мотора. Если вы увеличили интервалы замены смазки, то ни для кого не секрет, что это приводит к образованию в ней побочных продуктов. Конечно, многие автолюбители придерживаются рекомендаций производителей, которые советуют менять масло не каждые 10, а каждые 15 тысяч километров – но слушать их не стоит и вот почему: большинство производителей дают лишь общие рекомендации, которые касаются легких условий эксплуатации автомобиля. Мы уже говорили про езду по городу, поэтому добавим – при таких условиях эксплуатации смело снижайте рекомендуемый производителями интервал на 20%. А уж если при езде на короткие расстояния вы еще недостаточно прогреваете двигатель, то рекомендуемый интервал по замене жидкости можно смело делить пополам.

К сожалению, масло далеко не последняя причина, почему в двигателе появился нагар – еще одна причина кроется за посещением неавторизованных СТО и непрофессиональных мастеров, работающих в гаражах. Бесспорно, это способ сэкономить денежные средства на обслуживании, ведь автомобиль еще и заправлять нужно, но здесь есть одно «но». Все дело в том, что внутри таких самопальных автосервисов часто нет оборудования, с помощью которого автомобиль можно подключить к компьютеру – это необходимо при диагностике, а также при обновлении ПО. Если ПО блока управления не обновлять, то двигатель начнет работать неровно – топливо станет неправильно сгорать – образуется слой нагара, как мы писали в начале статьи.

Ну и напоследок, затронем ремень и цепь ГРМ, которые, к сожалению, имеют свойство растягиваться – это частая проблема современных двигателей. Если вы с ней с толкнулись, то ваш двигатель неправильно синхронизирует свою работу, что также приводит к появлению углеродистых отложений. При ослабленной натяжке система газораспределения теряет синхронизацию, а топливо начинает сгорать неправильно – дальнейший ход событий вы уже знаете.

В завершении хотелось бы подытожить, что любые процессы, которые влияют на сгорание топлива внутри двигателя, являются причиной накопления в нем нагара. Некорректная работа системы зажигания и низкокачественное горючее – тоже будут причинами.

Почему топливо плохо горит и как с этим бороться

А знаешь ли ты, уважаемый автомобилист, что из того топлива, что ты покупаешь, до 25% вылетает в трубу, в прямом смысле этого слова, не сгорая? В этой статье мы расскажем, как значительно снизить расход топлива и одновременно повысить его качество. А поможет в этом новый препарат от Новосибирских ученых, Активатор Топлива «Моторесурс»

Почему же топливо не сгорает полностью?

Назовем 3 основные причины: Первая причина в том, что горит не топливо, а топливно-воздушная смесь, в которой соотношение бензина к воздуху примерно 1 к 15. То есть для того чтобы сгорела 1 часть бензина требуется 15 частей воздуха. Для того, чтобы горение ( а по сути, окисление) топлива шло равномерно, топливо и бензин должны идеально смешаться и равномерно распределиться в камере сгорания ДВС. А это не всегда получается. Неравномерное перемешивание топлива с воздухом приводит к тому, что часть топлива не успевает сгореть (окислиться) в заданное время.

Вторая причина : скорость волны горения не одинакова в объеме топлива и у стенки цилиндра, что тоже приводит к «недогару» топлива.

И третья причина – это состав самого топлива. Бензин может содержать различные углеводороды. Наименьшей скоростью горения обладают топлива с высоким содержанием полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Остаток несгоревшего топлива с повышенным содержание ПАУ будет больше и расход выше.

О безопасности топлива для двигателя.

Зачастую владельцы АЗС в погоне за прибылью покупают на Нефтеперерабатывающих заводах прямогонный бензин с октановым числом около 60 и добавив в него для повышения октанового числа присадки (часто запрещенные) продают под видом АИ 92 или АИ 95.

Использование запрещенных октаноповышающих присадок наносит сильный вред двигателю. Ферроцены образуют токопроводящий налет, который быстро выводит из строя свечи и катализаторы дожига. Присадки на основе марганца — приводят к механическому износу деталей ЦПГ, так как при сгорании топлива с их содержанием образуется абразив. Нафталин образует значительное количество нагара и кристаллизуется, забивая шланги, бензонасос и форсунки инжектора

Прямогонный бензин содержит примерно в 50 раз больше серы, чем положено для бензина АИ 92, 95 или 98 класса 5 ! При сгорании топлива с большим содержанием серы, образуются коксовые, смолистые и абразивные отложения, приводящие к закоксовке поршневых колец и ускоренному износу деталей цилиндропоршневой группы.

Читать еще:  Что такое генератор тока в двигателе

Что делать чтобы снизить расход топлива и защитить двигатель от избытка серы и вредных присадок

Предлагаем использовать для этой цели Активатор Топлива «Моторесурс».

Активатор Топлива «Моторесурс» — относится этот препарат к классу «катализаторы горения». Его разработала группа компаний «Моторесурс» совместно учеными Новосибирского института органической химии.

Попадая в топливо Активатор топлива «Моторесурс» способствует ослаблению межмолекулярных связей, упрощает пространственную структуру углеводородов и делает её более равномерной. Проще говоря, каждая молекула углеводорода становится боле равномерно окружена молекулами кислорода. Это повышает полноту сгорания (окисления) топлива и как следствие снижает его расход. Скорость горения топлива в объеме и у стенки цилиндра выравнивается.

Кроме того Активатор топлива «Моторесурс» связывает избыточную серу, воду и некоторые вредные октаноповышающие присадки и выводит их через выхлопную систему без вреда для двигателя. А значит Активатор топлива «Моторесурс» защитит ваш двигатель от проблем при случайной заправке некачественным топливом.

Применение Активатора Топлива «Моторесурс» обеспечивает:

• снижение расхода топлива до 15 %

• повышение мощности двигателя

• устранение или снижение детонации при применении некачественного топлива

• возможность использования бензина с октановым числом на 3 единицы ниже положенного.

• Поддержание чистоты топливной системы

• Снижение нагарообразования в камере сгорания

• Снижение закоксованности поршневых колец

• Продление ресурса свечей зажигания, кислородных датчиков, катализаторов дожига и двигателя в целом.

• значительное уменьшение токсичности отработавших газов

Купив упаковку Активатора Топлива «Моторесурс», рассчитанную на 200 литров топлива за 250 р , вы сможете использовать вместо бензина АИ 95 бензин АИ 92, который стоит дешевле примерно на 3 руб. за литр. Здесь уже экономия на 200 л топлива около 600 руб. А если учесть, что расход топлива на легковом авто снизится в среднем на 10%, то вы экономите еще 820 руб. (при цене АИ 92 – 41 руб/литр). И того 1420 руб. экономии и всего 250 руб. затраты.

А если прибавить к этому экономию на увеличении срока службы свечей зажигания, кислородных датчиков и катализаторов дожига, то получается, что использовать Активатор Топлива «Моторесурс», очень выгодно!

Активатор Топлива «Моторесурс» рекомендуется применять при каждой заправке для снижения расхода топлива и обязательно в тех случаях, когда вы не уверены в качестве топлива.

Процесс сгорания топлива

Для обеспечения сгорания в двигателе внутреннего сгорания небольшое количество топлива смешивается с поступающим воздухом. К сожалению, двигатель внутреннего сгорания не может сжигать без остатка все топливо, которое он использует. Вследствие этого двигатель выпускает побочные продукты сгорания в виде отработавших газов. Некоторые из этих побочных продуктов вредны и загрязняют воздух. Борясь с этой проблемой, изготовители автомобилей разработали так называемые устройства понижения токсичности выхлопа, которые ограничивают выброс этих вредных веществ или полностью устраняют его.

Сгорание

В процессе сгорания происходят несколько химических реакций. Одни соединения разрушаются, а новые соединения образуются. Управление процессом сгорания — это ключ к управлению всей работой и токсичностью выхлопа двигателя внутреннего сгорания.

Для процесса сгорания требуются три элемента:

1. Воздух
2. Топливо
3. Искра зажигания

Эти три элемента иногда упоминаются как «триада сгорания». Если один элемент триады отсутствует, сгорание невозможно. Двигатель внутреннего сгорания рассчитывается на объединение этих трех элементов, поддерживая полный контроль над процессом.

Воздух состоит из атомов азота (N), кислорода (О ) и других газов. Большую часть воздуха составляет азот, являющийся инертным, негорючим газом. Воздух не горит, но в нем содержится достаточное количество кислорода, что позволяет поддерживать сгорание.

Топливо

Бензин состоит из углеводородов, которые образуются в результате переработки сырой нефти. Углеводороды состоят из атомов водорода (Н) и углерода (С). В бензин добавляются различные химикаты, типа ингибиторов коррозии, красителей и очищающих средств. Эти химикаты называются присадками.
Тепло и давление, присутствующие в двигателе внутреннего сгорания, могут заставить бензин, находящийся в камере сгорания, воспламениться раньше, чем генерируется искра зажигания. Это называется преждевременным воспламенением и более подробно описывается дальше. Октановое число бензина указывает на то, насколько хорошо он противостоит преждевременному воспламенению. Дополнительная очистка может способствовать увеличению октанового числа.
В настоящее время в регионах с чрезвычайно высоким уровнем загрязнения воздуха используется тип топлива, называемый улучшенным бензином (подвергнутым реформингу) (RFG). Такой бензин имеет специальные присадки, называемые окислителями, которые улучшают сгорание, увеличивают октановое число и уменьшают токсичность выхлопа.

Искра зажигания

В двигателе внутреннего сгорания воздух и топливо поступают в камеру сгорания, и затем генерируется искра зажигания, вызывающая сгорание. Перед зажиганием воздушно-топливной смеси двигатель нагревается и сжимает смесь. Нагревание помогает процессу смесеобразования, а сжатие увеличивает энергию, генерируемую при сгорании.

Процесс сгорания

В двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит в течение доли секунды (приблизительно в течение 2 миллисекунд). В этот момент разрушаются связи между атомами водорода и углерода. Разрушение связей приводит к высвобождению энергии в камере сгорания, толканию поршня вниз и инициированию вращения коленчатого вала.
После разделения атомов водорода и углерода они соединяются с атомами кислорода, содержащимися в воздухе. Атомы водорода объединяются с кислородом, образуя воду. Атомы углерода объединяются с кислородом, образуя двуокись углерода (углекислый газ).

Говоря языком химии, полное сгорание в двигателе внутреннего сгорания выражается формулой:

НС + О2 = Н2 О + СО2

топливо + кислород = вода и двуокись углерода

Абсолютно эффективный двигатель внутреннего сгорания на выпуске имел бы только воду (Н О) и двуокись углерода (СО ), что соответствует Данной выше химической формуле. Это означало бы, что все углеводороды в процессе сгорания разложились. К сожалению, дело обстоит не так.

Читать еще:  Автомобильный двигатель работает без то

Неэффективное сгорание -это главная причина наличия вредных веществ в выхлопе автомобиля. Эффективное сгорание ведет к наименьшей токсичности выхлопа. Эффективность сгорания увеличивается посредством корректировки соотношения «воздух/топливо».

Соотношение «воздух/топливо»

Инженеры-автомобилестроители определили, что токсичность выхлопа автомобиля можно уменьшить, если бензиновый двигатель работает с соотношением «воздух/топливо», равным 14.7:1. Технический термин известен как «стехиометрическое соотношение». Стехиометрическое соотношение означает химически правильную воздушно-топливную смесь, которая производит желаемую химическую реакцию, входе которой происходит полное сгорание топлива с желаемой токсичностью выхлопа.
Соотношение «воздух/топливо» 14.7:1 обеспечивает наилучшее управление всеми тремя компонентами (углеводороды, одноокись углерода и оксиды азота) при выпуске почти во всех условиях. Соотношение «воздух/топливо» также увеличивает эффективность каталитического нейтрализатора, который является частью системы выпуска автомобиля.

Бедная воздушно-топливная смесь

Обеднение воздушно-топливной смеси обычно вызывается неисправностью в двигателе. Обеднение — это состояние, когда двигатель получает слишком много воздуха или кислорода. Причиной слишком высокого уровня кислорода могут стать утечки вакуума или неисправная система подачи топлива.

Богатая воздушно-топливная смесь

Богатая воздушно-топливная смесь — это также указание на неисправность двигателя. Обогащение — это состояние, когда двигатель не может сжечь все топливо, которое вошло в камеры сгорания. Состояние обогащения может возникать в результате высокого давления топлива, проблем с опережением зажигания или низкой компрессии.

Аномальное сгорание

Имеются два типа аномального сгорания, которое может происходить в двигателе: детонация и преждевременное воспламенение.
Детонация — это неустойчивый процесс горения, который может вызывать неисправность прокладки головки цилиндров, а также и другие повреждения двигателя. Детонация возникает, когда в камере сгорания наблюдается перегрев и повышенное давление. Когда это происходит, создается взрывная сила, которая инициирует резкий рост давления в цилиндрах, сопровождаемый сильным металлическим стуком. Ударные волны, похожие на удары молотка, генерируемые при детонации, подвергают прокладку головки цилиндров, поршень, кольца, свечу зажигания и подшипники шатуна серьезным перегрузкам.
Преждевременное воспламенение — это другое аномальное состояние горения, которое иногда путают с детонацией. Преждевременное воспламенение имеет место, когда какая-либо точка в камере сгорания становится настолько горячей, что становится источником зажигания и заставляет топливо воспламеняться до генерирования искры зажигания. Оно может сделать свой вклад в детонацию или даже стать ее причиной.
Вместо воспламенения топлива в правильный момент времени, чтобы дать коленчатому валу плавный толчок в требуемом направлении, топливо загорается преждевременно. Это вызывает мгновенный обратный удар в тот момент, когда поршень пытается повернуть коленчатый вал в неправильном направлении. Этот удар вследствие напряжений, которые он создает, может быть очень разрушительным. Кроме того, преждевременное воспламенение может локализовать тепло до такой степени, что оно может частично проплавить или прожечь отверстие в головке поршня.

Токсичность выхлопа

Стехиометрическая воздушно-топливная смесь обеспечивает наилучший компромисс между динамическими характеристиками, экономичностью и токсичностью выхлопа.
При богатой воздушно-топливной смеси все топливо не сгорает. Поэтому увеличивается уровень выделений углеводородов и одноокиси углерода. Бедная воздушно-топливная смесь может при сгорании генерировать повышенное количество тепла. Поэтому увеличивается содержание оксидов азота. Чрезмерно обедненная воздушно-топливная смесь в результате приводит к пропускам воспламенения. Это увеличивает выделения углеводородов.
Каталитические нейтрализаторы, которые химически нейтрализуют токсичные отработавшие газы, наиболее эффективны в очень узком диапазоне, близком к стехиометрическому соотношению.

Побочные продукты сгорания

Поскольку двигатель внутреннего сгорания не имеет абсолютной эффективности, в процессе сгорания генерируются три нежелательных побочных продукта:
1. Углеводороды (НС)
2. Одноокись углерода (СО)
3. Оксиды азота (N0 X )

Неполное сгорание вызывает выделение углеводорода и одноокиси углерода. Выделения углеводорода — это углеводороды, которые не разрушились в процессе сгорания. Одноокись углерода образуется, потому что не имеется достаточного количества атомов кислорода, чтобы связать углерод.

В идеальном случае азот должен проходить камеру сгорания неизменным. Но когда температура в камере сгорания достигает приблизительно 1 371 °С (2 500 °F), атомы азота и кислорода связываются, образуя (N0 X )

Химическая формула процесса сгорания, при котором образуются оксиды азота выглядит следующим образом:

НС + О2 + N2 = Н2 О + СО + N0x

Формула «NO » используется для оксидов азота, потому что OHci отражает комбинацию атома азота и любого количества атомов кислорода. Например, оксид азота (N0) состоит из одного атома азота и одного атома кислорода, в то время как двуокись азота (N0 ) состоит из одного атома азота и двух атомов кислорода.

Высокое содержание НС

Высокое содержание НС может быть вызвано недостаточной эффективностью системы зажигания, неправильным опережением зажигания или неправильными фазами газораспределения, протечками вакуума, попаданием масла или низкой степенью сжатия. Доля углеводородов измеряется в количестве частиц на миллион.

Высокое содержание СО

Высокое содержание СО может быть вызвано такими факторами, как:
• Чрезмерно богатая воздушно-топливная смесь
• Загрязнение воздушного фильтра
• Выход из строя клапана PCV
• Загрязнение топлива маслом
• Заедание или протечки в топливной форсунке
На исправном автомобиле с каталитическим нейтрализатором выделение одноокиси углерода обычно приближается к нулю. Содержание одноокиси углерода измеряется в процентах от полного объема в воздухе.

NOx генерируются при высокой температуре горения (выше приблизительно 1 371 °С (2 500 °F)) и обычно образуются, если температура горения не контролируется. Содержание оксидов азота измеряется в количестве частиц на миллион.

Так же рекомендуем прочитать Вам интересную статью Кузовные детали

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector