Vikupautomsk.ru

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

Главное меню

whatisvehicle

Как это работает?

Глава 1 — Двигатель

Итак, начнём. Двигатель автомобиля (Engine), что же это такое?

Автомобиль – сложный организм, сродни человеческому. У него много различных механизмов(органов), без которых он не будет работать. Но как и у человека, у автомобиля есть «сердце» и этим сердцем является автомобильный двигатель.

История автомобильного двигателя

Чуть-чуть истории. Двигатель прошёл долгую историю развития. По сути, первыми двигателями являлись парус и водяное колесо. Водяным колесом широко пользовались в странах Древнего мира(таких как Египет, Китай, Индия) для оросительных систем, а в средние века в Европе использовали как основу энергетической базы производства. Дальше появились двигатели внешнего сгорания. Широкое распространение получили паровые двигатели.

Паровой двигатель(Steam engine) — двигатель ВНЕШНЕГО сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу. Советую почитать очень интересную и непростую историю развития данного двигателя: http://www.bibliotekar.ru/encAuto/5.htm

Далее в процессе развития двигателей появились двигатели внутреннего сгорания, ДВС. Одним из них, нашедший наибольшее распространение — бензиновый двигатель.

Бензиновые двигатели (petrol engine, gasoline engine) — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая смесь топлива(бензина) и воздуха поджигается электрической искрой. Главное преимущество бензинового двигателя заключается в малой массе и быстром запуске, поэтому он вытеснил паровые двигатели, а теперь он широко используется в автомобилях.

Позже появились дизельные двигатели.

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу воспламенения распыленного дизельного топлива от соприкосновения с разогретым сжатым воздухом. Плюсом является экономичность топлива, более высокий крутящий момент. Однако, минусом является сложность систем, дороговизна изготовления и эксплуатации.

Ну и заглянем в будущее автомобилей. Итак, существуют так же электрические двигатели.

Электрический двигатель — Это установка, в которой электрическая энергия превращается в механическую работу и тепло. Это развивающееся направление в автомобилестроении. Однако, на дорогах большинство машин имеют бензиновый или дизельный двигатель, поэтому, оставим будущее и вернёмся к настоящему.

Принцип действия

Итак, автомобильный двигатель. Прежде чем рассматривать его устройство, давайте чуть-чуть разберёмся с тем, как работает автомобильный двигатель не вдаваясь в детали.

У каждого двигателя есть свой рабочий цикл.

Рабочий цикл двигателя — периодически повторяющиеся процессы в двигателе по преобразованию тепловой энергии в механическую.

У каждого двигателя есть цилиндры, в которых ходят поршни. Это главное место, где происходит самый главный процесс.

ВМТ — Верхняя Мёртвая Точка.

НМТ — Нижняя Мёртвая Точка.

Такт — это движение поршня от ВМТ к НМТ или от НМТ к ВМТ;

Двигатели могут быть двухтактные и четырёхтактные. Двухтактные двигатели на автомобиле не используются, однако предлагаю быстренько ознакомиться с принципом их работы. Для общего образования, так сказать.

Двухтактные двигатель

Перед нами двухтактный двигатель. Здесь всё предельно просто.

Первый такт — Поршень двигателя движется вверх(картинка А), открывает отверстие(1) и сжимает смесь, которая уже находится в цилиндре. После чего, свеча зажигания воспламеняет горючее(картинка В).

Второй такт — После загорания опускающийся поршень(картинка С) сначала открывает выпускное отверстие(2), а затем переходное отверстие(3). После этого через него впускается новая порция воздушно-топливной смеси.

Таким образам поршень также заменяет клапаны двигателя, и в горючее добавляется масло для смазки поршня. Многие двухтактные двигатели снабжены ребрами для воздушного охлаждения цилиндра.

Четырёхтактный двигатель

А теперь вернёмся к четырёхтактном автомобильному двигателю.

Автомобильные двигатели, как мы уже сказали, могут быть бензиновыми и дизельными. И поэтому предлагаю рассмотреть их такты вместе. Несмотря на то, что они схожи, но в них есть так же и различия.

1-й такт впуск (наполнение).

Поршень движется от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт. Под действием перепада давления, возникающего в результате движения поршня:

Бензиновый двигатель: бензовоздушная смесь через впускной канал наполняет цилиндр.

Дизельный двигатель: воздух через впускной канал наполняет цилиндр.

2-й такт сжатие.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, все клапана закрыты. Давление и температура в цилиндре поднимаются.

бензиновый двигатель: в конце такта сжатия на свечу зажигания подается высокое напряжение, между электродами свечи проскакивает искра и поджигает бензовоздущную смесь

дизельный двигатель: через форсунку высокого давления подается дизельное топливо, которое воспламеняется от нагретого в процессе сжатия воздуха.

3-й такт рабочий ход. Поршень движется от ВМТ к НМТ, все клапана закрыты. В начале такта продолжается сгорание топлива, начавшееся в конце такта сжатия. Температура и давление газов повышается. Давление передается поршню и перемещает его к НМТ. Тепловая энергия сгоревшего топлива превращается в механическую работу движения поршня.

4-й такт выпуск. Поршень движется от НМТ к ВМТ, выпускной клапан открыт. Происходит выталкивание
отработавших газов из цилиндра.

Для большей наглядности взгляните на следующие рисунки:

Такты бензинового двигателя:

Такты дизельного двигателя:

Таким образом 1 рабочий цикл 4-х тактного двигателя происходит за 2 оборота коленчатого вала (720° его поворота). Отличие между бензиновым и дизельным двигателем лишь в топливе и способе его воспламенении на такте сжатия. Однако, это вносит свои изменения в применяемые агрегаты, но об этом речь пойдёт потом.

Двигатели почти всех современных автомобилей являются четырёхтактными по своему циклу работы, и энергия, полученная от сжигания топлива, почти полностью преобразовывается в полезную. Цикл Отто, так называется подобный принцип, по имени Николауса Отто, изобретателя двигателя внутреннего сгорания (1867 год).

Основные параметры

Полный объем цилиндра ( Va ) — объем, заключенный между головкой, цилиндром и поршнем при нахождении его в НМТ;

Объем камеры сжатия ( VC ) — объем, заключенный между головкой, цилиндром и поршнем при нахождении его в ВМТ;

Рабочий объем цилиндра ( Vh ) — объем, образующийся при движении поршня от ВМТ к НМТ ( Vh = Va-Vc );

Полный объем двигателя ( iVh ) сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя; Он же литраж двигателя.

Степень сжатия ( E ) отношение полного объема к объему камеры сжатия ( E = Va/Vc = 1 + Vh/Vc );

Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимают горючую смесь в цилиндре. Чем больше степень сжатия, тем больше будет давление на поршень при сгорании смеси, а следовательно и больше мощность двигателя. Увеличивать степень сжатия очень выгодно — от той же порции топлива можно получить больше полезной работы. Однако при чрезмерном увеличении степени сжатия наступает самовоспламенение рабочей смеси, и смесь сгорает с большой скоростью — происходит детонация топлива. Детонация — это недопустимо быстрое сгорание рабочей смеси, вызывающее неустойчивую работу двигателя. У двигателя при детонации появляется резкий стук, мощность его снижается, из глушителя выходит черный дым. Конструкторы изыскивают способы борьбы с детонацией топлива и постепенно повышают степень сжатия. В зависимости от степени сжатия применяют определенный сорт топлива.

Мощность двигателя

Мощность — это физическая величина, равная отношению работы, совершенной за определенное время, к этому времени. В системе единиц СИ мощность измеряется в Ваттах (Вт). Поднимая груз массой 1 килограмм на высоту 1 метр за 1 секунду, мы развиваем мощность 1 кг x 9,8 м/с 2 x 1 м/с = 9,8 Вт.

Мощность автомобильных двигателей обычно измеряют в лошадиных силах.

Термин «лошадиная сила» был введен в конце XVIII в. английским изобретателем Дж. Уаттом. Наблюдая за работой лошадей, вытягивающих из угольных шахт при помощи блоков корзины с углем, ученый измерил общий вес извлеченной ими породы и высоту, на которую он был поднят за определенное время. Уатт рассчитал, что 1 лошадь за 1 минуту с глубины 30 м вытягивает в среднем 150 кг угля. Эта единица мощности и получила название лошадиной силы (horsepower).

Читать еще:  Электрический подогреватель двигателя на газель схема установки

После принятия в 1960 г. системы единиц СИ лошадиная сила стала вспомогательной единицей мощности, равной 736 Вт. Средняя мощность человека равна 70—90 Вт, что составляет 0,1 лошадиной силы

1 л.с. = 0,73549875 кВт

Порядок работы цилиндров двигателя

Для наибольшей равномерности нагрузки коленчатого вала многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы рабочие такты в цилиндрах повторялись в определенной последовательности, которая называется порядком работы цилиндров. Порядок работы цилиндров зависит от числа цилиндров двигателя и его тактности; при этом последовательно работающие цилиндры не должны стоять рядом.

Полный цикл у четырехтактного двигателя осуществляется за два оборота вала, т. е. за 720°, у двухтактного за 360°. Для того чтобы в любой момент вал двигателя имел некоторое постоянное усилие от воздействия газов на поршень, колена вала необходимо смещать относительно друг друга на угол ф. Этот угол зависит от числа цилиндров г и тактности двигателя и равен цикловой продолжительности поворота вала в градусах, отнесенной к числу цилиндров. Следовательно, для четырехтактного двигателя ф = 720°/г, для двухтактного ф = 360°/z.
Определим, например, порядок работы цилиндров, расположенных в один ряд, у четырехтактного четырехцилиндрового двигателя. В этом случае ф = 720° : 4 = = 180°. Вал имеет конфигурацию, при которой поршни 1 и 4 перемещаются в направлении, противоположном движению поршней 2 и 3. Получающееся при этом чередование процессов в цилиндрах показано в табл. 8. Если в первом цилиндре осуществляется рабочий ход, то поршень второго цилиндра движется вверх, при этом из двух возможных процессов (сжатие и выпуск) примем выпуск. Тогда поршень третьего цилиндра, также перемещающийся вверх, должен осуществлять сжатие. В четвертом цилиндре поршень движется вниз одновременно с поршнем первого цилиндра, осуществляющим рабочий ход, поэтому в четвертом цилиндре должен быть впуск. Чередование процессов в последующих тактах всех цилиндров определяется цикловой последовательностью. Из табл. 8 видно, что процессы расширения (рабочего хода) будут проходить в цилиндрах в следующем порядке: 1—3—4—2. Если во втором цилиндре в первом такте принять вместо процесса выпуска сжатие, то порядок работы цилиндров изменится и будет 1—2—4—3. Следовательно, для четырехтактного четырехцилиндрового однорядного двигателя возможны два порядка работы цилиндров.

Для более полного усвоения предлагаю визуально взглянуть на следующие рисунки:

а — чередование тактов 1-2-4-3; б — чередование тактов 1-3-4-2

И напоследок, видео ролик о работе(бензиновый и дизельный):

Итак, начальные сведения мы получили. Теперь мы можем приступать к изучению устройства двигателя внутреннего сгорания.

Что такое нмт в двигателях внутреннего сгорания

Для ультралегких летательных аппаратов широко используются бензиновые поршневые двигатели, работающие по двухтактному циклу с искровым зажиганием. Мощность таких двигателей находится в пределах 25 — 80 кВт.

В перспективе удельные показатели таких двухтактных авиационных поршневых двигателей (АПД) характеризуются следующими величинами (если отбросить несколько устаревших образцов):
— литровая мощность- литровая мощность 90 — 100 кВт / литр
— удельная масса 0,4 — 0,7 кг / кВт
— крейсерский удельный расход топлива 0,41 — 0,45 кг / кВт ч
— частота вращения 5000 — 8500 об / мин
— средняя скорость поршня 10-14 м/с

Конкретное сочетание указанных выше величин не имеет строго закономернрго характера для какого либо образца, а выражает наиболее доступный для каждой фирмы способ достижения желаемого уровня мощности при малой массе . При этом наибольшие значения литровой мощности достигаются обычно повышением частоты вращения .

В большом числе случаев, для ультрагких летательных аппаратов используются двухтактные бензиновые двигатели с кривошипно-камерной продувкой, обладающие достаточно простым устройством и, несмотря на некоторые эксплуатационные недостатки, удовлетворяющие все же ряду требований к таким летательным аппаратам.

Поэтому предложенный изобретателем Ю.Н. Скриповым оригинальный способ осуществления газораспределительного механизма в двухтактном ДВС был рассмотрен в ЦИАМ применительно к АПД для легкомоторной авиации.

Перечень материалов, присланных на отзыв в ЦИАМ:
1. Описание изобретения к патенту Российской Федерации
2. Обращение к возможным партнерам по бизнесу
3. Набросок статьи для журнала » Автомобильная промышленность»
4. Схематическое изображение процесса в двигателе Ю.Н. Скрипова последовательно: ВМТ — вспышка, Рабочий ход, НМТ, продувка.

Предлагаемая новая схема газораспределительного механизма для двигателей внутреннего сгорания позволяет по мнению автора увеличить литровую мощность двигателя в 4 раза , уменьшить токсичность отработанных газов и уменьшить стоимость двигателя.

Предложенная автором кинематическая схема двигателя с новым газораспределительным механизмом по предварительной проработке на основании полученных материалов представляется реализуемой с технической точки зрения и работоспособной.

Обращает на себя внимание сдвоенный поршень, который пока остался еще не проработанным конструктивно. В этом отношении будут значительные трудности с тем, чтобы создать легкую, сборную деталь обеспечивающую высокую жесткость и стабильность формы, поскольку требуется обеспечить постоянство регулировки автоматических клапанов в процессе работы.

Выделение зоны кривошипов для организации смазки под давлением и устранения необходимости подмешивать моторное масло к топливу, тоже требует предварительной конструктивной проработки, поскольку двойной поршень и элементы его жесткого скрепления образуют в цилиндре своего рода крейцкопфный механизм, без конструктивной проработки и прочностных расчетов работоспособность такой системы оценить нельзя. Нужно отметить, что имеющиеся на двойном поршне уплотнительные кольца могут поглощать довольно значительную мощнолсть трения в результате действия сил упругости колец. Это явление неоднократно отмечалось на двигателях с крейцкопфным механизмом.

Все представленные материалы по изобретению Ю.Н.Скрипова выполнены схематично, без коструктивной разработки, позволяющей строго оценить уровень безопасности пилотируемых полетов.

Представляется целесообразным рекомендовать Ю.Н.Скрипову привлечь для коструктивной разработки основной идеи его изобретения — нового принципа газораспределительного механизма для ДВС квалифицированных конструкторов-двигателистов по двухтактному процессу для наземных энергитических установок. Такая разработка будет первым шагом к реальной оценке изобретения Ю.Н.Скрипова как объекта промышленного производства.

Кроме того, при создании предлагаемой машины следует учесть, что существуют определённые алгоритмы разработки тех или иных схем двигателей. Прежде всего необходимо оценить возможные удельные параметры создаваемой машины по сравнению с современным уровнем.

Для первого этапа работ необходимо составить простейшую математическую модель и просчитать возможные потери, приняв во внимание тот факт, что основными будут потери трения уплотнительных колец поршней а также гидравлические потери по тракту системы нагнетания. Параллельно целесообразно изготовить 1- 2 макета, по результатам продувки которых необходимо оценить правильность расчётов, определить уровень потерь, составить полноценную математическую модель и заново просчитать параметры машины.

Предварительные испытания рабочего макета, при положительных результатах расчета, позволят скорректировать конструкцию отдельных деталей и выявить пределы их совершенствования при доводке. Испытания частично подтвердят правильность расчётов на прочность и направления в выборе материалов.

Следует отметить, что уже на этой стадии необходимо, возможно более полно оценить проблемы связанные с уплотнениями рабочих полостей, системой смазки и охлаждения, системой впуска- выпуска рабочего тела а также технологоии изготовления отдельных узлов. Известны случаи, когда невполне продуманные решения отбрасывали разработчиков при доводке изделия на 10 — 15 лет.

При разработке конструкторско-технической документации необходимо стремиться к уменьшению количества деталей и широкому использованию стандартных деталей и узлов, к максимально возможному упрощению технологий изготовления сложных деталей,что в принципе закладывается автором .

Кроме того, при рассмотрении предлагаемой машины в качестве двигателя необходимо представить описание и расположение систем двигателя, обеспечивающих его работу.

Исходя из вышеизложенного, использование предложенной схемы влечет за собой увеличение массогабаритных размеров двигателя и несмотря на улучшение, по мнению автора, отдельных параметров делает проблематичным разработку авиационного варианта. Однако применение двигателя с данным механизмом газораспределения может найти широкое применение в качестве силовой установки как в наземном, так и в судовом исполнении .

Читать еще:  Что означает чек двигателя на панели
Выводы:

1. Предлагаемая новая схема газораспределительного механизма изобретателя Ю.Н. Скрипова для двигателей внутреннего сгорания может быть реализована при решении указанных в заключении вопросов.

2. Указанная схема может найти применение в наземных и судовых дизельных двухтактных двигателях, учитывая, что для таких двигателей важен высокий ресурс и низкий расход топлива и менее важны весовые и габаритные характеристики двигателя.

Полезные материалы, которые интересно и нужно знать

Виды двигателей внутреннего сгорания

Какие двигатели у садовой техники и оборудования?

При выборе садовой техники и оборудования нужно обращать внимание на тип двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный. Для садовой техники более крупного размера, таких как газонокосилки, мотоблоки, мотокультиваторы, мини тракторы, рейдеры и т.д. в основном используют 4-х тактные двигатели, а для садовой техники малого размера — такой как бензокосы, бензопилы, и др. в основном 2-х тактные.

Рассмотрим принцип работы этих двух видов двигателей внутреннего сгорания.

Оба двигателя приводятся в действие за счет использования расширения газов при нагревании, которое происходит за счет принудительного воспламенения горючей смеси, поступаемой в воздушное пространство цилиндра. Все двигатели внутреннего сгорания, независимо от его типа, имеют основные механизмы, такие как кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, система смазки, система охлаждения, система питания и система зажигания. Передача полезной энергии расширяющегося газа происходит через кривошипно-шатунный механизм, а за впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспределения.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: ими являются сжатие и рабочий ход.

Сжатие.
Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное окно, а затем выпускное окно, после чего смесь попадает в цилиндр и начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем такте.

Рабочий ход.
После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Следующее движение поршня приводит к повторному сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания и так такт за тактом химическая энергия топлива превращается в механическую работу двигателя и его агрегатов.

Недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает сгорать и выбрасывается в атмосферу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты. Требуется смесь на основе бензина и масла для смазки механизмов двигателя, что требует дополнительных расходов на покупку масла и необходимости постоянно готовить топливную смесь. Основными преимуществами двухтактного двигателя является его маленькие по сравнению с 4-х тактным двигателем размер и вес.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Принцип работы четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов. Когда происходит впускной этап поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, в цилиндр поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь. При сжатии поршень движется из НМТ к ВМТ, все два клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня из ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан. Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые давлением поршня, движущимся из НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов и фаз газораспределения четырехтактные двигатели внутреннего сгорания намного экономичнее и экологичнее — потому что исключает выброс неиспользованной топливной смеси. При работе 4-х тактные двигатели значительно тише, чем 2-х тактные и в эксплуатации намного проще. Масло в данных двигателях заливается в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление и избавляет от заботы по приготовлению бензино-маслянной смеси. На сегодняшний день 4-х тактные двигатели становятся все компактнее, и ими оснащают такую садовую технику как бензокосы, мотобуры и т.д.

Для справки: Сравнение преимуществ и недостатков

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания (ДВС)

Бензиновые двигатели представляют собой двигатели внутреннего сгорания, смесь топлива и воздуха в цилиндрах которых подвергается предварительному сжатию, после чего воспламеняется электрической искрой.

Мощность в подобного типа двигателях регулируют дроссельной заслонкой, увеличивающей/уменьшающей поток воздуха.

Один из видов дросселя
— карбюраторная дроссельная заслонка, осуществляющая регулировку подачи топливной смеси в группу цилиндров бензинового двигателя внутреннего сгорания. Исполняющий механизм представлен вращающейся по оси в трубе пластиной, дозирующей объем поступления регулируемой среды.

В машинах старше десяти лет дроссель управляется из салона водителя посредством педали. В более современных авто — посредством электродвигателя, управляемого «мозгами» — ЭБУ, то есть, отсутствует прямая механическая связь педаль/дроссельная заслонка. В блоке педалей оборудован потенциометр, варьирующий сопротивление, зависящее от положения педали.

Бензиновые двигатели: классификация

  • по способу образования топливно-воздушной смеси: инжекторные и карбюраторные;
  • по числу циклов работы: четырех- и двухтактные. Двухтактные, при большей мощности на соответствующую единицу объема, отличаются меньшим КПД. Наибольшее применение получили там, где важны малые габариты при малоэффективной экономии топлива, к примеру, в моторизованных инструментах, моторных лодках небольшого водоизмещения, бензопилах и мотоциклах.

Бензиновые двигатели четырехтактные монтируются на подавляющее большинство транспортных средств. Надо отметить, что дизельные двигатели тоже могут относиться к двух- или четырехтактным; при этом двухтактные дизели во многом превосходят бензиновые аналоги, но используются, в большинстве, на крупных судах (изредка — на грузовиках и тепловозах);

  • по количеству рабочих цилиндров: многоцилиндровые, двухцилиндровые и одноцилиндровые;
  • по расположению цилиндров: ДВС вертикального и наклонного однорядного расположения (рядный ДВС), V-образного расположения (расположение цилиндровой группы под углом; если он составляет 180 градусов, ДВС называют оппозитным), W-образного расположения (четыре ряда цилиндров под углом и одним коленвалом), звездообразные;
  • способу охлаждения: бензиновые двигатели с воздушным или жидкостным способом охлаждения;
  • по виду топлива: многотопливные и бензиновые;
  • по типу смазки: раздельный (масло в картере ДВС) и смешанный (масло смешивается с горючей смесью);
  • по степени сжатия: а) высокого (Е=12-18); б) низкого (Е=4-9) сжатия;
  • по способу получения цилиндрами новой порции смеси: ДВС атмосферные (без наддува), впуск топливной смеси либо воздуха в которых производится за счет создания разрежения во время всасывающего хода поршня; ДВС с наддувом, впуск горючей смеси или воздуха в которых осуществляется под давлением, нагнетаемым турбокомпрессором, для увеличения заряда воздуха, а также получения большей мощности и КПД;
  • по частоте вращения: быстроходные, с повышенной частотой вращения, тихоходные;
  • по назначению: ДВС авиационные, судовые, стационарные, автотракторные, тепловозные и др.

Рабочий цикл бензинового ДВС

Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

  1. Впуск. В течение данного такта осуществляется опускание поршня от ВМТ (верхней мертвой точки) к НМТ (нижней мертвой точке). Кулачки распредвала производят открывание впускного клапана, через который происходит всасывание свежей порции топливно-воздушной смеси.
  2. Сжатие. Производится ход поршня от НМТ к ВМТ, во время которого сжимается рабочая смесь. Ее температура значительно возрастает. Отношение объема камеры в ВМТ к рабочему объему цилиндра в НМТ называется степенью сжатия. Данный параметр очень важен: чем он выше, тем более экономичен двигатель. Но ДВС большей степени сжатия требует большего октанового числа применяемого топлива, стоящего дороже.
  3. Сгорание с расширением (рабочий поршневой ход). Перед окончанием цикла сжатия горючая смесь воспламеняется искрой свечи зажигания. По пути поршня от ВМТ к НМТ топливная смесь сгорает — происходит расширение рабочей смеси, толкающей поршень. Углом опережения зажигания называют степень «недоворота» коленвала бензинового двигателя внутреннего сгорания до ВМТ во время поджигания топливной смеси. Опережение зажигания нужно для того, чтобы успела воспламениться основная масса бензовоздушной смеси до того, как поршень переместится к ВМТ. Таким образом максимально используется энергия сгоревшего топлива. Топливо в цилиндре горит практически фиксированный промежуток времени, поэтому повышение эффективности ДВС достигается увеличением угла опережения зажигания во время повышения оборотов. В двигателях старого типа регулировка эта осуществлялась механическим устройством — воздействующим на прерыватель центробежным вакуумным регулятором. Более современные ДВС оснащены для этой цели электроникой (функционирующий по емкостному принципу датчик положения коленвала).
  4. Выпуск. После прохождения НМТ рабочего цикла поршнем? происходит открытие выпускного клапана, движущийся вверх поршень выдавливает продукты отработки (газы) из цилиндра ДВС. При достижении верхней мертвой точки поршнем, выпускной клапан опять закрывается — цикл начинается сначала. Нужно помнить о возможности осуществления следующего процесса еще до окончания предыдущего (к примеру, выпуска). Перекрытием клапанов называется положение, при котором оба клапана — впускной и выпускной — открыты.
Читать еще:  Шум при запуске двигателя ситроен с4

Перекрытие необходимо для лучшего заполнения горючей смесью цилиндров, а также высокоэффективной очистки цилиндровых зеркал и полостей от продуктов сгорания.

Рабочий цикл ДВС двухтактного

В двухтактном бензиновом двигателе рабочий цикл осуществляется во время одного оборота коленвала. От цикла четырехтактного ДВС остается лишь сжатие и расширение. Выпуск и впуск заменяются продувкой рабочего цилиндра возле НМТ поршня, когда свежая топливная смесь вымещает продукты горения из цилиндра.

Цикл, при более подробном его рассмотрении, представлен следующими этапами: при восходящем движении поршня рабочая смесь сжимается.

Одновременно с этим, движущийся вверх поршень в кривошипной камере производит разрежение, которое открывает клапан коллектора впускного, через который в кривошипную камеру всасывается свежая горючая смесь (как правило, с добавленным маслом). Следующее за этим движение поршня вниз создается повышение давления смеси, клапан закрывается. Далее процессы поджига, сгорания и расширения смеси идут так, как и в четырехтактном бензиновом двигателя.

Но есть особенность: во время нисходящего движения поршня, приблизительно в 60° от НМТ, происходит открытие выпускного окна (поршень его больше не перекрывает). Через него выхлопные газы, под достаточно высоким давлением, проникают в выпускной коллектор. Спустя некоторое время открывается также окно впускное, располагающееся на стороне впускного коллектора. Выталкиваемая идущим вниз поршнем свежая смесь из кривошипной камеры перемещается в рабочий цилиндровый объем, вытесняя из него полностью газы отработавшие. Часть рабочей смеси в этот момент может попасть в выпускной коллектор. При перемещении поршня вверх порция свежей рабочей смеси всасывается в кривошипную камеру.

Вероятно в таком случае предположить, что двухтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания при таком же цилиндровом объеме должен обладать мощностью в почти два раза большей. Но полной реализации этого преимущества не происходит в силу недостатка эффективности продувки, если сравнивать с нормальным выпуском и впуском. При равном с четырехтактным ДВС объеме, двухтактный обладает мощностью от 1,5 до 1,8 раза большей.

Одним из важнейших преимуществ двухтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания является отсутствие громоздких систем распредвала и клапанов.

Преимущества четырехтактных бензиновых двигателей

  • больший ресурс,
  • более чистый выхлоп,
  • большая экономичность,
  • отсутствие потребности в сложной системе выхлопа,
  • не требуют добавления к топливу масла,
  • меньший шум.

Преимущества двухтактных бензиновых ДВС

  • Не имеют громоздких газораспределительной и смазочной систем,
  • большая мощность на аналогичный с четырехтактными рабочий объем,
  • более просты и дешевы в изготовлении,
  • отсутствует клапанный блок и распредвал.

Инжекторные и карбюраторные бензиновые ДВС

Процесс приготовления топливной смеси в бензиновом двигателе карбюраторного типа осуществляется в карбюраторе — устройстве, смешивающим топливо с воздухом.

В ДВС инжекторных впрыск топлива в поток воздуха производится форсунками, топливо к которым подается под давлением, дозирование осуществляется ЭБУ (электронным блоком управления). В более старых ДВС — механически, в новых — импульсной подачей тока, открывающем форсунку.

Переход от карбюраторных бензиновых двигателей к инжекторным произошел, по большей части, из-за растущих требований к чистоте выпускных газов, а также установке нейтрализаторов выхлопа современного типа (катализаторов или каталитических конвертеров). Отличаются инжекторные ДВС постоянством состава отработанных газов, поступающих в катализатор. Последний может работать в очень узких диапазонах состава, требуя определенного содержания кислорода.

Поэтому в данных системах требуется наличие лямбда-зонда (кислородного датчика). Именно благодаря ему производится постоянный анализ содержания в выхлопных газах кислорода, продуктов недоокисленных при сгорании, оксидов азота.

Современный катализатор не только окисляет угарный газ и углеводороды, не полностью сгоревшие, но и осуществляет восстановление оксидов азота — химический процесс, идущий в принципиально ином направлении. Существует необходимость в повторном окислении всего потока газов. Возможно это лишь в пределах «каталитического окна», т. е., узкого диапазона соотношений воздух/топливо, в которых катализатор может исполнить свою функцию.

Соотношение горючего к воздуху в этом случае составляет приблизительно 1:14,7 по весу, удерживаясь при этом в диапазоне плюс/минус пять процентов. Поскольку наиболее сложной задачей представляется удержание допустимой по оксидам азота нормы, нужно дополнительно понижать интенсивность синтеза их в камере сгорания. Производится это, преимущественно, понижением температуры горения посредством добавления ограниченного количества отработанных газов в камеру сгорания при некоторых критичных режимах.

Бензиновый ДВС: основные вспомогательные системы

Специфические для ДВС бензинового типа системы

Система зажигания — производит своевременное воспламенение топливной смеси. Может быть контактной, микропроцессорной или бесконтактной.

Контактная состоит из: свечей, выключателя зажигания, прерывателя-распределителя, катушки.

Бесконтактная включает оборудование аналогичное, только место прерывателя занимает датчик Холла либо индукционный.

Микропроцессорная система управляется блоком-компьютером, включает датчик положения коленвала, свечи, коммутатор, блок управления зажиганием, катушки, температурный датчик двигателя.

В инжекторе к данной системе присовокупляются датчики положения дроссельной заслонки и массового расхода воздуха.

Система приготовления смеси топливно-воздушной — инжектор или карбюратор.

Ряд особенностей современных бензиновых двигателей

Чтобы повысить надежность процесса, используют индивидуальную для каждой свечи катушку зажигания. Используют по два впускных и выпускных клапана на цилиндр вместо одного выпускного и одного впускного. Связано это с увеличением в головках цилиндров суммарной площади клапанных отверстий. При использовании одного клапана большой площади при высоких оборотах клапанные заслонки не справляются с своевременным закрытием отверстия к началу следующего цикла в силу относительно большой своей массы. Имеет место так называемое «зависание» вокруг определенной позиции заслонок, из-за чего клапан постоянно находится в открытом положении.

Применение пружин большей жесткости проблемы не решает. Управление дроссельной заслонкой производится в этом случае электроприводом, вместо тросика акселераторной педали (к примеру, в ДВС ЗМЗ-405.24, а также во многих современных двигателях иностранных производителей, в особенности тех, которые оборудованы системой cruise control).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector