ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Какое отличие двухтактного двигателя от четырехтактного и что такое 4mix и 2mix


Многие начинающие автовладельцы спрашивают опытных механиков, чем отличаются двухтактные двигатели от 4 тактных моделей двигателей. Когда они узнают, что двухтактные моторы мощнее, то недоумевают. Ведь зачем тогда в машины производитель ставит силовой агрегат, работающий на четырех тактах. Но тут не все так просто. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе вместе.

Что такое ДВС на бензоинструментах

Двигателем внутреннего сгорания именуется агрегат, осуществляющий трансформацию топлива в механическую энергию. Сегодня ДВС применяется везде — от инструментов до автомобилей и прочих видов техники. Принцип работы ДВС обусловлен тем, что в конструкцию подается горючая смесь, основывающаяся на бензине с воздухом. За создание нужной консистенции горючей смеси отвечает карбюратор.

Горючая смесь подается в цилиндр, где осуществляется ее воспламенение. Сгорание смеси способствует тому, что создается полезная энергия, снимаемая с коленчатого вала в виде вращательных движений. Главное достоинство ДВС в том, что он обладает высокой мощностью, если сопоставить с электродвигателями. Большинство бензоинструментов — триммеры, мотокосы, мотоблоки, бензопилы и т.п., оснащаются двигателями внутреннего сгорания двухтактного типа. Более мощные бензоинструменты оснащаются ДВС четырехтактного типа. Чем же отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели, какой принцип работы они имеют, а также их плюсы и минусы описаны в материале.

Что называют тактом в ДВС

Тактом на ДВС называется действие, которое совершается внутри механизма. Перемещение поршня в верхнем или нижнем направлении — это и есть такты. Причем один такт — когда поршень движется вверх, выполняя соответствующую работу. Движение поршня вниз, который возвращается от силы, возникающей при сгорании топлива, называется рабочим ходом.

Первый такт, с которого начинается работа мотора — это заполнение цилиндра топливной смесью. Следующий этап — это сжатие поступившей смеси в двигатель. Далее происходит воспламенение, и в завершении отвод сгоревших газов. Это четыре такта, которые выполняются в двигателях четырехтактного типа.

Коленвал в четырехтактных агрегатах совершает два оборота при одном воспламенении топлива.

Двухтактные моторы функционируют в два цикла — транспортировка топливной смеси в цилиндр с последующим ее воспламенением, и отведение выхлопных газов из цилиндра. В двухтактных агрегатах коленвал совершает один оборот при сжигании одной порции топливной смеси.

Это главное отличие рассматриваемых агрегатов друг от друга.

ДВС 2-х и 4-х тактного типа по виду топлива бывают бензиновыми и дизельными. Чтобы выяснить подробно, какие достоинства и недостатки имеются в рассматриваемых двигателях 2-х и 4-х тактного типа, рассмотрим их конструкцию и принцип работы.

Итог соревнования лодочных моторов

Итак, что получается? Плюсы 4-т мотора — низкий уровень шума и экономичный расход топлива. Рассмотрим подробнее первый пункт. Да, 2-т двигатель на малых оборотах и на холостом ходу звучит гораздо громче, но при оборотах около 4 тыс. разница практически не заметна опытному уху рыболова. Да и мотор шумит только до тех пор, пока вы не выплывете на середину водоема, где сразу же его заглушите. Так что этот довод не является веским настолько, что необходимость переплаты становится очевидной.

Что же насчет экономичности — это факт, с которым бессмысленно спорить. Действительно четырехтактник поглощает гораздо меньше топлива. Это значит, что загрузка лодки также будет меньше, и стоимость выезда снизится. Но стоит учесть, что цена на него значительно выше, а вес больше. Так что, чтобы уверенно заявлять об экономии, необходимо узнать: покрывает ли экономия на топливе разницу цен, и весит ли мотор меньше, чем его более легкий аналог с запасом топлива.

Двухтактный ДВС его конструктивные особенности и описание принципа работы

Большинство бензопил и бензокос оснащаются приводными устройствами двухтактного типа. Два такта — это этап сжатия топливной смеси и рабочий ход поршня (когда он опускается вниз). Чтобы понять, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, рассмотрим изначально строение мотора. Основные детали двигателя — это цилиндр, поршень, коленчатый вал и шатун. За сжигание топлива отвечает свеча зажигания, а транспортировка смеси и отвод газов происходит посредством впускного и выпускного каналов. Конструктивная схема двухтактного двигателя отображена на фото ниже.

Двигатель двухтактного типа имеет упрощенное строение в отличие от четырехтактного. Принцип работы у него простой, и начинается с того, что осуществляется перемещение поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. В стенках цилиндра присутствует три отверстия — впускной, выпускной и продувочный канал. Впускной расположен ниже, чем выпускной, а продувочный находится между ними, как показано на фото выше. Впускной и продувочный канал соединяется с кривошипно-шатунной камерой. Далее подробное описание принципа работа ДВС.

Первый такт.

Первоначально топливо из карбюратора транспортируется в камеру КШМ. Через продувочное отверстие в цилиндр из камеры КШМ засасывается предварительно-поступившая топливно-воздушная смесь. Прекращается подача смеси тогда, когда поршень перекрывает отверстие продувочного канала. Далее движение поршня осуществляет перекрытие выпускного канала. Часть топливно-воздушной смеси при этом уходит в выпускной канал. После перекрытия выпускного канала начинается процесс сжатия горючей смеси. Эта смесь состоит из бензина, масла и воздуха. При достижении поршнем верхней мертвой точки, происходит воспламенение смеси за счет создания искры свечей зажигания.

В тот момент, когда в верхней части цилиндра осуществляется сжатие, в нижней части камеры КШМ создается разрежение. Это разрежение позволяет засосать очередную порцию топлива из карбюратора для следующего воспламенения. Засасываемое топливо в камеру кривошипно-шатунного механизма одновременно выполняет смазывание коленчатого вала и шатуна. Именно поэтому в состав горючей смеси добавляется специальное масло для двухтактного мотора. Двухтактные двигатели не имеют масляного картера, что является одним из главных их отличий от четырехтактных. Все эти процессы совершаются в один такт.

Второй такт.

Сгоревшие газы толкают поршень вниз, тем самым осуществляется рабочий ход. Когда открывается выпускное отверстие, в него выходят выхлопные газы, поступающие по каналу в глушитель. Опускающийся вниз поршень создает давление в камере КШМ. За счет этого давления осуществляется выдавливание топливно-воздушной смеси ТПС из камеры КШМ в продувочный канал. В цилиндр следующая порция ТПС выталкивается сразу при открытии доступа к продувочному отверстию. При заполнении рабочей камеры цилиндра порцией топливной смеси происходит одновременное вытеснение оставшихся отработанных газов. Заканчивается второй такт при достижении поршнем нижней мертвой точки.

Визуальный процесс работы двухтактного двигателя представлен на анимированном изображении ниже.

У такого типа ДВС есть свои достоинства и недостатки, которые описаны ниже. Зная строение и принцип работы двухтактного двигателя, разберемся с четырехтактными моторами.

Четырехтактный двигатель его устройство и как он работает

Агрегаты четырехтактного типа имеют более сложное строение, но при этом они отличаются высокой производительностью и большим сроком службы. Их работа состоит из 4 циклов, о чем упоминалось выше. Это такт впуска топливной смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск сгоревших газов. В отличие от двухтактных, на 4-х тактных моторах имеется масляный картер, посредством которого осуществляется смазывание вращающихся и трущихся деталей. Чтобы понимать, о чем идет речь, ниже представлена схема устройства четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

На схеме выше обозначены основные конструктивные элементы двигателя внутреннего сгорания 4-тактного типа:

  1. Цилиндр — основание, в котором осуществляется перемещение поршня
  2. Поршень — главный рабочий элемент всех двигателей внутреннего сгорания. Поршень имеет кольца, посредством которых обеспечивается сжатие топливной смеси
  3. Шатун — соединительный элемент между коленчатым валом и поршнем
  4. Коленчатый вал — находится в кривошипно-шатунной камере
  5. Палец шатуна — соединительный элемент между коленчатым валом и шатуном
  6. Камера сгорания — в этой камере происходит сжатие топлива и его воспламенение
  7. Впускной клапан — при его открытии в камеру сгорания поступает топливная смесь из карбюратора
  8. Выпускной клапан — открывается для выведения выхлопных газов из камеры сгорания
  9. Свеча зажигания — воспламеняет топливную смесь

Принцип работы аналогичен с двухтактными моторами, но есть некоторые отличительные особенности. Рассмотрим далее принцип работы четырехтактного мотора по циклам.

Первый такт.

Транспортировка воздушно-топливной смеси в камеру сгорания выполняется при открытии впускного клапана. Поршень при этом находится в верхней мертвой точке. Открытие клапана выполняется посредством кулачков газораспределительного механизма. Засасывание топливной смеси происходит до момента, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки. Коленчатый вал при этом совершает пол оборота.

Второй такт.

Начинается он с того, что поршень движется с нижней мертвой точки в верх. При этом осуществляется сжатие поступившей на предыдущем этапе топливно-воздушной смеси. Как только поршень достигает верхней мертвой точки, возникает искра, создаваемая свечой зажигания. Вместе с первым тактом, коленчатый вал совершает один оборот.

Третий такт.

От силы давления, сформировавшегося от сжигания смеси, обеспечивается перемещение поршня из верхней мертвой точки в нижнюю. Такое перемещение поршня после сгорания газов называется рабочим ходом. Выхлопные газы на третьем этапе находятся в камере до момента, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки. После этого начинается завершающий этап.

Четвертый такт.

Поршень перемещается с нижней мертвой точки в верхнюю, тем самым осуществляя высвобождение камеры сгорания от находящихся в ней выхлопных газов. Для этого происходит открытие выпускного клапана, который также при помощи кулачка соединен с газораспределительным механизмом. После этого цикл повторяется.

Анимированное изображение принципа работы четырехтактного двигателя показано на схеме ниже.

Четырехтактные моторы являются более совершенными, выносливыми и надежными по сравнению с двухтактными.

Конструкция агрегата

Устройство 4 тактного двигателя выглядит таким образом: распредвал размещен в крышке цилиндра и приводится в действие с помощью ведущего колеса, вмонтированного на коленчатом вале. В устройстве 4 тактного двигателя распределительный вал способен открывать и закрывать впускной и выпускной клапан, но лишь один из них, а какой конкретно – зависит от расположения поршня. Помимо этого, на распределительном вале расположены кулачки, с помощью которых приводятся в действие коромысла клапанов.

После своего срабатывания коромысла начинают воздействовать на один из двух клапанов, что приводит к его открытию. Стоит отметить, что между клапаном и регулировочным винтом должен быть узкий промежуток (его еще называют тепловым зазором) – во время нагрева происходит расширение металла, поэтому в случае неимения или слишком маленького размера зазора клапаны не смогут полностью закрыть каналы впуска и выпуска. Зазор при клапане выпуска должен быть большего размера, чем у клапана впуска, поскольку газы выхлопа более горячие, нежели горючая смесь, и, соответственно, это приводит к тому, что клапан выпуска нагревается больше клапана впуска.

Вот и все описание устройства 4 тактного двигателя.

Основные отличия между двухтактным и четырехтактным ДВС

Одно из основных отличий рассматриваемых агрегатов в наличии газораспределительного механизма на 4-тактном моторе. На 2-тактных устройствах газораспределительного механизма нет. Вместо него имеются отверстия в стенках цилиндра, через которые и происходит подача готовой топливно-воздушной смеси, а также отвод выхлопных газов.

ГРМ не только увеличивает вес и размер двигателя, но еще и существенно влияет на его стоимость. Отсутствие ГРМ приводит к тому, что двигатель имеет только два цикла работы. Наличие каналов в стенках цилиндра приводит к увеличенному износу колец и поршня двигателя. Именно поэтому двухтактные двигатели имеют небольшой ресурс работы. Далее рассмотрим конструктивные отличия между 2-тактным и 4-тактным моторами.

  1. Потребление топлива — несмотря на то, что двухтактный агрегат имеет простое строение, в плане потребления бензина он проигрывает четырехтактному.
    Связано это с количеством тактов. В то время, как 4-цикловый агрегат совершает 2 оборота коленчатого вала, потребляя при этом одну порцию топлива, двухтактный двигатель при этом делает только один оборот. Увеличение расхода топлива составляет примерно 1,5 раза. Кроме того, не стоит забывать, что 2-тактный агрегат имеет несовершенную систему, и в процессе работы наблюдается потеря топливной смеси, выбрасываемой в глушитель. Это часть смеси, которая «вылетает в трубу» при движении поршня вверх в момент сжатия
  2. Тип топлива — моторы 4-тактного типа работают на чистом бензине, который в карбюраторе смешивается с воздухом
    . Агрегаты 2-тактного типа работают на смеси масла с бензином. Использование чистого бензина недопустимо, что повлечет за собой быстрый выход из строя цилиндропоршневой группы
  3. Система смазки — многие знают, что именно по этому принципу рассматриваемые агрегаты отличаются.
    В 4-тактном моторе имеется отдельная система смазки, состоящая не только из емкости, но еще и масляного насоса, фильтров и трубопроводной магистрали. Система смазки не взаимосвязана с механизмом подачи топлива, что говорит не только об эффективности, но и продолжительном сроке службы. Двухтактные моторы работают на бензине с маслом. Пропорции смешивания бензина с маслом для бензопилы и бензокосы описаны на сайте. Бензин вместе с малом подается в двигатель, где осуществляется смазка механизма. Стоит отметить, что далеко не все двухтактные моторы имеют общую систему смазки, но встречаются еще и агрегаты с раздельным механизмом, где смешивание происходит автоматически в зависимости от количества оборотов
  4. Тип смазывающих веществ или отличие масла для двухтактного мотора от 4-тактного.
    Для двухтактных двигателей используются специальные масла «сгорающего» типа. Это масло смешивается с бензином, и попадают в систему КШМ, обеспечивая смазку движущихся деталей. После этого масло в составе с бензином поступает в цилиндр, где воспламеняется и сгорает. Это масло называется двухтактным, и выпускается оно красного или зеленого цвета. Цвет не играет большой роли, и говорит о применении присадок в составе. Четырехтактные моторы работают на чистом бензине, так как они имеют отдельный механизм, отвечающий за смазку КШМ. В таких моторах используется обычное моторное масло, которое нельзя смешивать с бензином, и заливать в двухтактные агрегаты. Это приведет к быстрому засорению электродов свечи и выходу из строя ДВС. Получается, что отличие масла для двухтактных двигателей от четырехтактных заключается в консистенции и составе. На 2-цикловых ДВС используются сгораемые типы масел, которые перед тем, как сгореть, смазывают всю систему

По системе смазки четырехтактных двигателей нужно отметить, что они бывают двух типов — с сухим и мокрым картером. Различаются они по способу смазки. В мокром типе происходит подача масла из картера на КШМ. Насос перекачивает масло из картера, являющегося частью двигателя.

На ДВС с сухим картером используется отдельный бак с маслом. Из него масло насосом перекачивается в систему КШМ, обеспечивая смазку деталей. Скапливающееся масло обратно транспортируется в бак при помощи дополнительного насоса.

Зная основные конструктивные и принципиальные отличия рассматриваемых механизмов, следует разобраться с их достоинствами и недостатками, которые имеются у обоих вариантов.

Сравнение

Различие в количестве тактов – очень важное, но далеко не единственное отличие между двухтактными и четырехтактными моторами. Существует еще целый ряд отличий, которые исходят из преимуществ и недостатков того или другого двигателя

Вот основные признаки отличия:

Двухтактные двигатели весят на порядок меньше, даже при условии, что количество лошадиных сил одинаково. Яркий пример: при пятнадцати лошадиных силах двухтактный двигатель будет весить 36 килограмм, а четырехтактный – почти на десять килограмм больше. Конструкция четырехтактных двигателей заметно сложнее, и процесс производства дольше. Все эти факторы оказывают прямое влияние на цену – четырехтактные моторы стоят дороже. Перевозка и эксплуатация двухтактного двигателя заметно проще. Его можно перевозить практически в любом положении, а чтобы использовать, достаточно достать, установить и завести. Расход топлива двухтактного двигателя примерно в полтора раза больше (при одинаковых лошадиных силах). Четырехтактные моторы, если завести их на полную мощность, работают чуть тише, нежели двухтактный вариант. Разница в шуме незначительна, однако она существует, и здесь преимущество у четырехтактных двигателей. Еще одно преимущество четырехтактников – меньшая вибрация и дым

Причем второе отличие крайне важно именно для двигателей, потому большинство людей выбирает мотор, при работе которого образуется меньше дыма (не так вредно для здоровья человека и меньшее загрязнение для окружающей среды).

Плюсы и минусы ДВС

Для начала рассмотрим все имеющиеся достоинства и недостатки двухтактных моторов, которые несмотря на свою конструкцию, пользуются большой популярностью. К их преимуществам относятся:

  1. Простота конструкции
  2. Высокая скорость набора оборотов
  3. Невысокая стоимость, что делает инструменты, оснащенные такими агрегатами очень популярными
  4. Простота обслуживания, что обусловлено отсутствием ГРМ и отдельной системы смазки
  5. Малый вес и габариты, что делает инструменты с такими ДВС удобными и практичными

Теперь разберемся со всеми недостатками, которые имеются у двухтактных двигателей:

  • Шумность работы
  • Низкая экологичность, что обусловлено выделением в атмосферу не сгоревшего топлива
  • Низкий ресурс работы
  • Необходимость смешивания бензина с маслом при каждой дозаправке. Кроме того, нельзя долго хранить разведенное топливо, иначе происходит его порча
  • Большой расход топлива
  • Небольшая мощность в сравнении с четырехтактными

У 4-тактных агрегатов достоинств намного больше, однако такие недостатки, как сложность конструкции, большой вес и цена оставляют негативный отпечаток. Далеко не каждый может позволить себе покупку, к примеру, снегоуборщика с 4-тактным мотором, который стоит в 2 раза больше, чем аналог с более примитивным агрегатом. Все недостатки 2-тактных моторов — это есть преимущества четырехтактных.

В силу большого количества недостатков обоих видов двигателей, производители запатентовали выпуск модернизированных моделей ДВС, которые получили название 4-MIX и 2-MIX. Наверняка вы сталкивались с тем, что при ремонте или замене деталей двигателя бензопилы или бензокосы, обнаруживалось наличие механизма ГРМ, но при этом инструмент заправляется разведенным бензином с маслом, как указывает производитель. Все верно, это говорит о том, что ваш инструмент оснащен двигателем 4-mix. Более подробно об этих типах двигателей узнаем далее.

Сфера применения

Отдельно следует отметить, что с точки зрения экономичности четырехтактный двигатель несколько выгоднее двухтактного мотора. Это объясняется пониженным расходом топлива, что немаловажно при нынешней стоимости горючего. Несмотря на это, значительные габариты позволяют использовать такое оборудование только для крупной техники, наподобие грузовых и легковых автомобилей, автобусов и пр.

Небольшие размеры, дополненные пониженной массой агрегата, допускают применения двухтактных двигателей для мопедов, скутеров, мотоциклов и прочих мелкогабаритных устройств. Используется такая модель мотора и в газонокосилках, моторных лодках и т.д.

Что такое ДВС 4-mix и для чего он предназначен

Если вы задаетесь вопросом, что такое двигатель 4-mix или почему бензокоса Штиль заправляется бензино-масляной смесью, а в инструкции указано, что она четырехтактная, то именно здесь вы найдете ответ. Компания Stihl запатентовала новый тип двигателя, который получил название 4-MIX. Его особенность в том, что он совмещает в себе достоинства двухтактного и четырехтактного моторов. Как же устроен такой тип двигателя, и самое интересное, как обеспечивается смазка КШМ, узнаем в деталях. Ниже представлена схема ДВС 4-mix.

На схеме видно, что такой двигатель оснащен ГРМ, и работает агрегат в 4 такта. При этом, чтобы сэкономить на стоимости бензоинструмента, производители не используют отдельную систему смазки. Смазка КШМ осуществляется вместе с топливом, как это свойственно для двухтактных моторов. Поступление бензина с маслом в камеру КШМ осуществляется из емкости, где располагаются коромысла впускного и выпускного клапанов.

Эта емкость соединяется с камерой КШМ при помощи каналов, в которых располагаются направляющие клапанов, соединенные одной частью с коромыслом, а второй с кулачком на распредвале.

В герметичную камеру клапанов засасывается топливно-воздушная смесь из карбюратора, которая направляется по каналам к кривошипно-шатунному механизму. Чтобы иметь представление, как работает ДВС 4-mix, рассмотрим пошаговую работу каждого такта.

  1. Первый такт начинается с того, что поршень из верхней мертвой точки движется вниз, одновременно всасывая через открывающийся впускной клапан порцию топливно-воздушной смеси. Эта смесь всасывается из карбюратора и камеры клапанов. Двигающийся поршень вниз создает давление в камере КШМ, что позволяет выдавливать скопившуюся топливно-воздушную смесь через каналы направляющих клапанов. В итоге цилиндр заполняется смесью бензина с маслом и воздухом

  2. Когда поршень достигает нижней точки, начинается процесс сжатия топлива. Смесь воспламеняется от искры, создаваемой свечой зажигания, как только поршень достигает верхней мертвой точки. В то время, как в цилиндре сжимается смесь, под поршнем создается разрежение или вакуум. За счет вакуума происходит засасывание очередной порции топлива из карбюратора в камеру КШМ через емкость клапанов. Поступившая смесь в камеру КШМ осуществляет смазку рабочих деталей

  3. После сгорания топлива, поршень движется вниз — происходит рабочий ход. В это время под поршнем возрастает давление, которое выталкивает засосавшую смесь обратно в камеру клапанов. Смесь заполнить рабочую часть цилиндра не может, так как впускной клапан закрыт. От избытка давления смесь в некотором количестве выталкивается обратно в карбюратор. Это приводит к тому, что часто на двигателях 4-mix воздушные фильтры влажные. Это вовсе не проблема с карбюратором, а нормальное явление. Количество выбрасываемой смеси не такое большое, как на двухтактных двигателях, где выталкивание смеси происходит через выпускной канал. Кроме того, оседающее топливо на фильтре не выбрасывается в атмосферу, а конденсируясь, снова всасывается в двигатель. Рабочий ход или третий такт заканчивается когда поршень достигает нижней мертвой точки

  4. Завершающий этап — открытие выпускного клапана. Через клапан выдавливается сгоревшее топливо в виде выхлопных газов. Под поршнем снова создается разрежение, вследствие которого происходит засасывание очередной порции топливно-воздушной смеси из карбюратора, поступающего в камеру КШМ

Так происходит работа ДВС 4-микс, которые получили большую популярность. Среди преимуществ таких моторов следует выделить следующие факторы:

  • Практически полное сгорание топлива, что положительно влияет на норму токсичности
  • Простая система смазки, исключающая необходимость использования масляного картера и насоса
  • Сниженный вес, который немного больше, чем весит двухтактный агрегат
  • Пониженный уровень шума по сравнению с двухтактными моторами
  • Высокая мощность
  • Низкое потребление топлива
  • Хорошее ускорение и тяговое усилие

Это интересно!
Бензоинструменты от компанииStihl, оснащенные ДВС 4-mix, имеют улучшенную систему запуска за счет применения механизма декомпрессии. Эта система реализуется за счет приоткрытия впускного клапана во время старта. Обеспечивается приоткрытие клапана при помощи металлического выступа на кулачке механизма ГРМ. Работает система декомпрессии только при запуске мотора, а когда он уже запущен, то язычок за счет центробежной силы скрывается в кулачке.

В итоге компании Stihl удалось совместить все достоинства 4-х и 2-х тактных двигателей, создав при этом агрегат под названием 4-mix. Простота конструкции, неприхотливость, доступная стоимость, высокая мощность и прочие достоинства присущи для этого современного типа двигателей внутреннего сгорания.

Что такое двигатели внутреннего сгорания 2-MIX и X-torq

Компания Stihl предлагает также бензиновые инструменты с двухтактным двигателем модернизированной версии. Этот двигатель получил название 2-mix – двухтактная модель усовершенствованного типа. Аналогичную модель двигателя выпустила компания Husqvarna, и назвала его X-torq. Принцип работы двигателей одинаков, а отличия присутствуют только в конструкции. Схема работы ДВС 2-MIX представлена ниже.

На схеме видно, что топливно-воздушная смесь, поступающая от карбюратора, разделяется на два потока. Зеленой стрелкой показана смесь, которая всасывается в камеру КШМ, осуществляя тем самым смазку деталей. Ее всасывание происходит во время движения поршня вверх, когда создается разрежение. Поток смеси, указанный стрелкой синего цвета, подается непосредственно в камеру цилиндра, где происходит его сжатие и воспламенение. Всасывание топливно-воздушной смеси в цилиндр происходит при движении поршня вниз. Что примечательного в такой схеме работы двигателя?

Разделение потока позволило снизить выбросы топливной смеси в атмосферу, выходящей вместе с выхлопными газами. Это достигается за счет того, что рабочая область цилиндра заполняется смесью, обогащенной воздухом. Этот воздух выталкивает выхлопные газы, и в некотором количестве также выводится из камеры сгорания. Более насыщенный топливом поток поступает в камеру КШМ, обеспечивая эффективную смазку деталей.

В итоге модернизация двухтактного мотора способствовала тому, что снились потери топлива, а значит и уменьшился расход. Кроме того, выхлоп стал более чистым, так как в составе смеси отсутствует бензин с маслом, а система КШМ получила более эффективную систему смазки. При этом стоимость такого двигателя не сильно отличается от обычного двухтактного. Схема работы такого типа агрегата показана на видео.

Есть ли особые требования к качеству топлива для обычного двухтактного мотора и 2-mix? Разницы нет никакой, кроме того, на таких двигателях применяются одинаковые типы карбюраторов. Отличие карбюратора только в наличии дополнительной проставки, посредством которой происходит разделение потока топливной смеси на 2-MIX моторах.

Подводя итог, надо отметить, что отличия между рассматриваемыми типами двигателей имеются, и они достаточно существенные. Однако менее надежные 2-тактные агрегаты продолжают активно пользоваться популярностью за счет своей простой конструкции и невысокой стоимости. Зная конструкцию и принцип работы, не составит большого труда произвести ремонт двигателя таких инструментов, как бензопилы, мотокосы, мотоблоки, снегоуборщики, лодочные моторы и прочие.

Недостатки

  1. Охлаждение воздухом. Воздушная система охлаждения способствует повышению рабочей температуры силового агрегата при высоких нагрузках. Это затрудняет использование установки при высокой температуре окружающей среды;
  2. Плохое качество смазки. Смазочный материал попадает на вращающиеся детали агрегата вместе с топливной смесью. При плохом качестве масла или снижении его количества в смеси, трущиеся детали быстро выходят из строя;
  3. Сложность установки газобаллонного оборудования. Двухтактный двигатель на газу подразумевает модернизацию системы смазки. Это усложнит конструкцию и значительно увеличит стоимость ремонта;
  4. Большой расход горюче-смазочных материалов. Из-за воспламенения при каждом повороте коленвала, мотор потребляет больше горючего и смазочного материала. Часть рабочей смеси выходит вместе с газами.

рабочий цикл,как работает,система питания двс,фото,видео.

Рабочий цикл — это строгая последовательность рабочих процессов (тактов), периодически повторяющихся в каждом цилиндре. Каждый такт соответствует одно проходу поршня.

Рабочий цикл дизеля может совершаться как за четыре такта (за два оборота коленчатого вала), так и за два такта (за один оборот коленчатого вала). В первом случае дизель называется четырехтактным, во втором — двухтактным.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из тех же тактов, что и рабочий цикл карбюраторного двигателя. Однако происходящие во время этих тактов процессы внутри цилиндров у карбюраторного двигателя и дизеля не одинаковы.

Во время такта впуска в цилиндр дизеля всасывается не горючая смесь, а воздух. Во время такта сжатия поступивший в цилиндр воздух сильно сжимается и вследствие этого нагревается до 500—700° С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается под большим давлением в мелкораспыленном состоянии топливо, которое, соприкасаясь с раскаленным воздухом, воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество газов и выделяя тепло.

Во время такта расширения под давлением газов поршень перемещается. Процессы при этом такте, а также при такте выпуска аналогичны процессам, происходящим в четырехтактном карбюраторном двигателе.

Таким образом, в любом четырехтактном двигателе только один такт рабочий, а остальные три — вспомогательные.

Рабочий цикл двухтактного дизеля существенно отличается от рабочего цикла четырехтактного: он совершается не за два, за один оборот коленчатого вала и состоит только из двух тактов.

Рис. Основные процессы, происходящие в цилиндрах двухтактного дизеля: а — продувка; б — сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск отработавших газов; 1 — поршень; 2 — нагнетатель; 3 — выпускной клапан; 4 — продувочные окна; 5 — ресивер блока; 6 — коленчатый вал; 7 — насос-форсунка

Первый такт (рис. а и б) происходит при перемещении поршня от нижней мертвой точки к верхней. Когда поршень 1 находится в нижней мертвой точке, свежий воздух под небольшим давлением поступает из нагнетателя 2 через ресивер 5 блока и продувочные окна 4 в цилиндр, вытесняя при этом остатки отработавших газов через открытый выпускной клапан 3. Когда поршень, перемещаясь вверх, перекрывает продувочные окна, а выпускной клапан закрывается, продувка цилиндра заканчивается. При дальнейшем перемещении поршня воздух в цилиндре сильно сжимается и нагревается. Когда поршень приближается к верхней мертвой точке, в цилиндр через насос-форсунку 7 впрыскивается под большим давлением топливо.

Второй такт (рис. в и г). Мелкораспыленное топливо, соприкасаясь с раскаленным воздухом, сгорает; при этом выделяется большое количество тепла, температура и давление газов резко возрастают. Под действием давления газов поршень перемещается от верхней мертвой точки к нижней, вращая коленчатый вал.

Когда поршень приближается к продувочным окнам, открывается выпускной клапан и значительная часть отработавших газов вследствие большого избыточного давления выходит из цилиндра. При дальнейшем движении поршня открываются продувочные окна, в цилиндр начинает поступать из ресивера блока чистый воздух, вытесняя через открытый выпускной клапан остатки отработавших газов.

Рабочий цикл на этом завершается.

Таким образом, в двухтактном двигателе, и это является его особенностью, рабочий ход поршня совершается при. каждом обороте коленчатого вала.

В числе процессов, характеризующих работу мощных и производительных машин и механизмов, следует отметить рабочий цикл четырехтактного двигателя. Это совокупность процессов, повторяющихся в определенной последовательности, во время которых цилиндр наполняется рабочей смесью, после чего происходит ее сжатие и воспламенение. Газы, образовавшиеся при сгорании, расширяются, а затем – удаляются из цилиндра.

  • Рабочий цикл четырехтактного двигателя
  • Двухтактный двигатель – особенности работы
  • Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано прежде всего с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смеси из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов.Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска. В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.

Такт впуска

Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр.От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру 75—125 °С.

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия

После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан закрывается, а выпускной закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов 300— 450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход

В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

Такт выпуска

Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750— 900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06—0,12.По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Двухтактный двигатель – особенности работы

Весь цикл работы двухтактного двигателя происходит за один оборот коленвала. Это позволяет на выходе получать приблизительно в 1,4-1,8 раз большую мощность, с того же рабочего объема, имея те же самые обороты двигателя. Разумеется, коэффициент полезного действия у таких агрегатов значительно ниже, чем у тех же 4 тактных моделей. Это используется при создании тяжелых и низкооборотных двигателей судов. Здесь они напрямую соединяются с гребным валом. Нашли свое применение такие модели и в мотоциклах.

Это так же приводит к тому, что модели, работающие в 2 такта, очень сильно греются. Здесь выделятся большая тепловая энергия. В некоторых случаях приходится подключать к ним дополнительное охлаждение, чтобы агрегат всегда находился в работоспособном состоянии. Однако, можно выделить и плюс подобной технологии. Ввиду того, что работа поршня ограничивается 2 тактами, он совершает гораздо меньше движений за единицу времени, поэтому потери на трение минимальны. Это напрямую отражается на износе основных рабочих деталях двухтактного двигателя.

Еще одной актуальной проблемой для данной модели является тот факт, что постоянно нужно искать компромисс между потерями свежего заряда и качеством продувки. Да, принцип работы заставляет ведущих инженеров и техников трудится над созданием универсальной системы, которая бы сводила к минимуму потери. 4 тактный двигатель вытесняет отработанные газы в тот момент, когда его поршень находится в верхней мертвой точке. Здесь ситуация коренным образом меняется. Вся отработка вылетает в трубу в тот момент, когда цилиндр практически полностью свободен, то есть этот процесс захватывает его объем полностью. Качество обдува играет в этом очень важную роль.

Именно поэтому не всегда удается разделить свежую рабочую смесь от выхлопных газов. В любом случае они будут смешиваться. Особенно отчетливо такая проблема выделяется у карбюраторных моделей моторов, которые напрямую подают готовое к работе горючее в цилиндр. Естественно, в данном случае стоит говорить о большем количестве используемого воздуха. Отсюда возникает необходимость применения сложных по структуре и составу воздушных фильтров. 4 тактный двигатель обделен этим недостатком.

Принцип работы данной модели двигателя говорит о том, что его применение может быть ограничено ввиду особенностей конструкции и большого количества потерь. Однако от 2 тактов еще никто не отказывается, создавая все больше устройств на его основе.Стоит отметить, что сегодня на рынке представлено множество различных механизмов, которые используют как 4 тактный двигатель внутреннего сгорания, так и двухтактный. Кстати, тот экземпляр, о котором мы решили поговорить сегодня, может иметь не только простейшее строение, в некоторых механизмах используются достаточно сложные его варианты.

Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

Самое главное преимущество двухтактных двигателей – более высокая, по сравнению с четырехтактными, литровая мощность. Дело здесь в том, что при равном количестве цилиндров и количестве оборотов коленчатого вала в минуту, каждый цилиндр совершает рабочий ход вдвое чаще. При этом, за счет того, что фактический рабочий ход двухтактного двигателя короче (он укорочен за счет процессов газообмена), реально объем двигателя увеличивается на 50-60%!

Не менее важное преимущество – компактность. Благодаря этому качеству двухтактные двигатели нашли широкое применение не только в небольших транспортных средствах наподобие снегоходов, но и в садовой технике, а также инструментах (к примеру, в бензопилах). Кроме того, отсутствие газораспределительного механизма заметно делает конструкцию проще и дешевле в производстве.Есть у двухтактных ДВС и существенные недостатки. Они расходуют больше топлива впустую, так как при открытии выпускного окна в систему выхлопа попадает часть несгоревшей смеси. Система смазки классического двухтактного мотора крайне примитивна – бензин смешивается с маслом заранее, и оба эти вещества попадают в камеру сгорания одновременно. Обусловлено это тем, что организовать масляную ванну в картере невозможно – картер участвует в процессе газообмена.

В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях. Экологические параметры также оставляют желать лучшего: в выхлопе, из-за особенностей газораспределения, содержится большое количество СО и СН.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В данном разделе рассматривается принцип работы двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового бензинового мотора.

Главная часть двигателя внутреннего сгорания — это цилиндр с внутренней зеркальной поверхностью. Сверху на цилиндре установлена головка, которая является отдельной деталью и при необходимости снимается, например чтобы получить доступ к двигателю для проведения ремонтных работ (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Двигатель со снятой головкой блока цилиндров.

Внутри цилиндра находится поршень. Внешне он напоминает обычный стакан, который перевернут вверх дном (именно дно поршня является его рабочей поверхностью). В процессе работы двигателя поршень внутри цилиндра перемещается вертикально вверх- вниз с высокой интенсивностью.

Снаружи по окружности поршня в отдельных канавках расположены поршневые кольца. Поршень прилегает к внутренней поверхности цилиндра неплотно. Поршневые кольца, во-первых, препятствуют попаданию вниз газа, образующегося при работе двигателя, во- вторых, не пропускают моторное масло в камеру сгорания, которая находится над поршнем и расположена над верхней мертвой точкой (о том, что это такое, рассказывается далее).

Поршень закреплен на шатуне с помощью специальной детали, которая называется поршневым пальцем. В свою очередь, шатун закреплен на коленчатом валу двигателя, а точнее — на кривошипе коленчатого вала (рис. 1.3). При сгорании рабочей смеси образующиеся газы оказывают сильное давление на поршень, который начинает двигаться вниз и через шатун передает свою энергию на коленчатый вал, что в результате вынуждает его вращаться.

Рис. 1.3. Поршень с шатуном.

На конце коленчатого вала имеется тяжелый металлический диск с зубьями, который называется маховиком. Основная его задача — обеспечить вращение коленчатого вала по инерции, что необходимо для подготовительных тактов рабочего цикла (о том, что такое «такты» и «рабочий цикл», будет рассказано далее).

Горючая смесь поступает в камеру сгорания через впускной клапан, а после сгорания продукты горения, которые представляют собой выхлопные газы, выходят из камеры сгорания через выпускной клапан. Оба клапана открываются в тот момент, когда их толкает соответствующий кулачок распределительного вала. Как только кулачок отходит назад (это происходит очень быстро, так как распределительный вал вращается с высокой скоростью), клапаны вновь плотно закрываются: их возвращают в исходное положение мощные пружины.

Примечание.

Распределительный вал двигателя приводится в действие коленчатым валом.

Свеча вкручивается непосредственно в головку блока цилиндров: для этого специально предназначено отверстие с резьбой. Свеча является источником искры, которая проскакивает между ее электродами, от нее в камере сгорания воспламеняется рабочая смесь. На каждый цилиндр двигателя приходится одна свеча (следовательно, у четырехцилиндрового двигателя имеется четыре свечи, у восьми-цилиндрового — восемь и т. д.).

При движении вверх-вниз поршень поочередно достигает двух крайних положений — верхнего и нижнего: в них он максимально удален от центральной оси коленчатого вала. Верхнее крайнее положение поршня называется верхней мертвой точкой, а нижнее — нижней мертвой точкой (соответственно ВМТ и НМТ). Расстояние между ВМТ и НМТ называется ходом поршня.

Пространство, которое остается над поршнем при его нахождении в ВМТ, называется камерой сгорания. Именно здесь воспламеняется и сгорает рабочая смесь. При этом возникает своеобразный «мини-взрыв», который сопровождается резким и сильным повышением давления, под воздействием которого поршень начинает двигаться вниз. Как раз в этот момент тепловая энергия превращается в механическую. При вертикальном движении вниз поршень через шатун толкает коленчатый вал, заставляя его вращаться. Образовавшийся крутящий момент передается на ведущие колеса автомобиля, которые и приводят машину в движение.

Объем в промежутке между ВМТ и НМТ называется рабочим объемом цилиндра. Если суммировать объем камеры сгорания (как указывалось, так называется пространство над ВМТ) и рабочий объем цилиндра, получится полный объем цилиндра. Сумма полных объемов всех цилиндров называется рабочим объемом двигателя.

По такому принципу работает двигатель внутреннего сгорания современного автомобиля. Далее рассмотрено, что представляет собой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

  • цилиндр;
  • поршень — выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
  • клапан впуска — управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
  • клапан выпуска — управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
  • свеча зажигания — осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
  • коленчатый вал;
  • распределительный вал — управляет открытием и закрытием клапанов;
  • ременной или цепной привод;
  • кривошипно-шатунный механизм — переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

  1. Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
  2. Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
  3. Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
  4. Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

В ходе каждого такта коленчатый вал двигателя совершает поворот на 180°. За полный рабочий цикл коленвал поворачивается на 720°.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Читайте также:  Что такое фазы газораспределения и как они работают

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Рабочий цикл — это строгая последовательность рабочих процессов (тактов), периодически повторяющихся в каждом цилиндре. Каждый такт соответствует одному проходу поршня.

Двигатели внутреннего сгорания бывают четырехтактными и двухтактными. Принципиальная разница между ними заключается в следующем: в четырехтактном двигателе один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, а в двухтактном — за два хода. Двухтактные двигатели используются в основном на мотоциклах, моторных лодках, скутерах и т. п. Поэтому здесь будем вести речь о четырехтактном двигателе внутреннего сгорания — именно такими моторами оснащаются легковые автомобили.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания включает в себя следующие такты.

1. Первый такт — впуск горючей смеси в цилиндр двигателя. Нужно сказать, что в цилиндре происходит сгорание топлива не в чистом виде, а смеси его паров с воздухом (горючая смесь). В советских автомобилях за приготовление такой смеси отвечал специальный прибор — карбюратор. Однако в современных автомобилях карбюраторы давно не применяются — данный процесс контролируется электроникой (прибором, который называется инжектор).

Примечание.

Для бензинового двигателя внутреннего сгорания оптимальной является горючая смесь, состоящая из 1 части бензина и 15 частей воздуха (то есть 1:15).

Горючая смесь попадает в цилиндр при открывшемся впускном клапане (напомню, что в нужный момент на него давит кулачок распределительного вала). В момент открытия впускного клапана поршень всегда расположен в ВМТ и начинает перемещаться вниз к НМТ. При этом над поршнем возникает разрежение, под воздействием которого в цилиндр поступает горючая смесь. Иными словами, при движении вниз к НМТ поршень засасывает горючую смесь в цилиндр через открывшийся впускной клапан. Как только поршень достигнет НМТ, клапан под воздействием мощной пружины возвращается на прежнее место и плотно закрывает впускное отверстие.

Когда горючая смесь попадает в цилиндр, она перемешивается с остатками имеющихся в нем выхлопных газов. Такая смесь называется рабочей, и именно она будет сгорать в камере сгорания.

На протяжении первого такта работы мотора кривошип коленчатого вала (рис. 1.4) проворачивается на пол-оборота.

 

Рис. 1.4. Коленчатый вал двигателя.

2. Исходное положение для начала второго такта таково: поршень находится в НМТ, впускной клапан плотно закрыт, цилиндр заполнен рабочей смесью. Во время второго такта поршень перемещается от НМТ к ВМТ, сжимая в процессе этого находящуюся в цилиндре рабочую смесь.

Опытным водителям хорошо знакомо такое понятие, как степень сжатия. Данный показатель информирует о том, во сколько раз сокращается объем рабочей смеси при достижении поршнем ВМТ. Отмечу, что степень сжатия — одна из наиболее значимых технических характеристик любого автомобиля.

В процессе сжатия рабочей смеси ее температура существенно повышается. При достижении поршнем ВМТ она равняется примерно +300… 400 °С. Что касается давления внутри цилиндра, то оно при этом составляет порядка 9-10 кг/см.

Второй такт заканчивается при достижении поршнем ВМТ. В этот момент рабочая смесь максимально сжата. За второй такт кривошип коленчатого вала проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за два такта коленчатый вал делает один полный оборот.

3. Как отмечалось ранее, принцип работы двигателя внутреннего сгорания заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Это происходит на третьем этапе работы двигателя, который называется рабочим ходом. Когда поршень находится в ВМТ, а рабочая смесь максимально сжата, между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра, что вызывает воспламенение рабочей смеси (это происходит в камере сгорания). В результате на поршень, находящийся в ВМТ, оказывается мощное давление. Клапаны в этот момент плотно закрыты, продуктам горения деваться некуда, и именно они давят на поршень, который под воздействием этого давления вынужден двигаться вниз к НМТ. При этом он передает энергию своего движения через шатун на кривошип коленчатого вала, тем самым вынуждая его вращаться. Именно это вращение является движущей силой автомобиля.

Примечание.

Давление на поршень во время третьего такта рабочего цикла двигателя достигает 40 кг/см.

Во время третьего такта коленчатый вал двигателя проворачивается еще на пол-оборота.

4. Последний, четвертый такт рабочего цикла — выпуск отработанных газов. Он начинается, когда после третьего такта поршень находится в НМТ и начинает двигаться вверх. В этот момент под воздействием соответствующего кулачка распределительного вала открывается выпускной клапан и движущийся вверх поршень выдавливает выхлопные газы из цилиндра. Сразу после этого клапан плотно закрывает выпускное отверстие. Затем выхлопные газы через глушитель и выхлопную трубу выводятся наружу.

Четвертый такт завершается, когда поршень достиг ВМТ и плотно закрылся выпускной клапан.

В течение четвертого такта коленчатый вал проворачивается еще на пол-оборота. Следовательно, за четыре такта работы (на протяжении одного рабочего цикла) коленчатый вал делает два полных оборота.

После четвертого такта опять начинается первый такт и т. д.

Особенности работы двухтактных моторов

Основой того, чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, можно назвать тот факт, что в первом за один рабочий цикл коленвал совершает два оборота, а во втором весь рабочий цикл укладывается в один оборот коленвала (360°). Поршень при этом совершает лишь два хода. Процессы, происходящие в камере сгорания в течение рабочего цикла у двухтактного мотора, не отличаются от четырехтактных, но впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов выполняются одновременно с тактами сжатия и расширения.

Процесс одновременного удаления отработавших газов и нагнетания в цилиндр свежего заряда, происходящий в двухтактном двигателе, получил название продувка.

Рабочий цикл двухтактного двигателя

Принцип работы простейшего двухтактного двигателя заключается в следующем:

  1. Такт сжатия. В начале цикла поршень находится в НМТ и движется в положение ВМТ такта сжатия. При этом происходит перекрытие окна продувки (впуска), а затем канала выпуска. В момент, когда поршень закрывает окно выпуска, начинается сжатие горючей смеси, и в пространстве под поршнем возникает разрежение. Это обеспечивает нагнетание топлива в камеру через приоткрытый клапан впуска.
  2. Такт расширения (рабочего хода). Когда поршень приближается к ВМТ, происходит срабатывание свечи зажигания, и горючая смесь воспламеняется. Это провоцирует резкое повышение давления и температуры, в результате чего поршень начинает движение вниз. Таким образом, газы совершают полезную работу, а поршень при движении к НМТ увеличивает компрессию топливовоздушной смеси. С ростом давления клапан начинает закрываться и препятствует попаданию горючей смеси во впускной коллектор. При достижении поршнем выпускного окна, происходит открытие последнего, и отработавшие газы удаляются в систему выхлопа. Давление в камере снижается, а дальнейшее движение поршня открывает канал продувки и топливовоздушная смесь подается в камеру, вытесняя отработавшие газы.

В зависимости от того, как реализована система продувки в устройстве двухтактного двигателя, их разделяют на разные типы:

  • С контурной кривошипно-камерной продувкой. Горючая смесь подается в камеру цилиндра напрямую из картера двигателя. При этом она всасывается в момент движения поршня к ВМТ, а при движении поршня к НМТ обеспечивается продувка за счет избыточного давления.
  • С клапанно-щелевой продувкой. Применяется для одноцилиндровых двигателей. Газораспределение реализуется путем перекрытия окон, выполненных в стенке цилиндра.
  • С прямоточной продувкой. В такой конструкции впуск выполняется через специальные продувочные окна, выполненные по окружности цилиндра в его нижней части. В свою очередь, выпуск реализуется через выхлопной клапан.
  • С использованием продувочных насосов. Применяется на многоцилиндровых двухтактных двигателях. При этом воздух для продувки сжимается специальным компрессором.

Читайте также:  Что такое компрессия, детонация и преждевременное воспламенение смеси

В отличие от четырехтактного, двухтактный двигатель не имеет системы газораспределения. Не требуют такие конструкции и организации сложной системы смазки. С другой стороны, четырехтактные моторы более экономичны по расходу топлива, а также меньше подвержены вибрации и обеспечивают более чистый выхлоп.

Проект по физике на тему; "Двигатель внутреннего сгорания"

Муниципальное общеобразовательное учреждение-

средняя общеобразовательная школа №1

имени 397-й Сарненской дивизии

города Аткарска Саратовской области


Проект по физике

«Двигатель внутреннего сгорания»

Выполнил:

ученик 8 «Б» класса

Глухов Антон

Руководитель:

Илларионова Наталья Викторовна

г.Аткарск

2018 год

Цель проекта:

Узнать, что такое двигатель внутреннего сгорания, и где он используется.

Задачи проекта:

  • Изучить историю ДВС

  • Изучить строение ДВС

  • Составить схему строения ДВС

  • Провести анкетирование

  • Сделать выводы

Содержание

1) Цели и задачи……………………………………………………………………………2

2) Введение…………………………………………………………………………………3

3) История создания двигателя внутреннего сгорания…………………………………4

4) Строение двигателя внутреннего сгорания……………………………………………7

5) Влияние двигателя внутреннего сгорания на окружающую среду…………………..10

6) Анкетирование…………………………………………………………………………..13

7) Практическое применение двигателя внутреннего сгорания………………………...14

8) Заключение………………………………………………………………………………15

Введение

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива, выделение теплоты и превращение ее в механическую работу происходят непосредственно в цилиндре двигателя.

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был изобретен французским инженером Ленуаром в 1860 г. Этот двигатель во многом повторял паровую машину, работал на светильном газе по двухтактному циклу без сжатия. Мощность такого двигателя составляла примерно 8 л.с., КПД – около 5%. Этот двигатель Ленуара был очень громоздким и поэтому не нашел дальнейшего применения.

Через 7 лет немецкий инженер Н. Отто (1867 г.) создал 4-х-тактный двигатель с воспламенением от сжатия. Этот двигатель имел мощность 2 л.с., с числом оборотов 150 об/мин. Двигатель мощностью 10 л.с. имел КПД 17% , массу 4600 кг нашел широкое применение. Всего таких двигателей было выпущено более 6 тыс.1880 г. мощность двигателя была доведена до 100 л.с.

В 1885 г. в России капитан Балтийского флота И.С.Костович создал двигатель для воздухоплавания мощностью 80 л.с. с массой 240 кг. Тогда же в Германии Г.Даймлер и независимо от него К.Бенц создали двигатель небольшой мощность для самодвижущихся экипажей – автомобилей. С этого года началась эра автомобилей.

В конце 19 в. немецким инженером Дизелем был создан и запатентован двигатель, который впоследствии стали называть по имени автора двигателем Дизеля. Топливо в двигателе Дизеля подавалось в цилиндр сжатым воздухом от компрессора и воспламенялось от сжатия. КПД такого двигателя составляло примерно 30%.

Интересно, что за несколько лет до Дизеля русский инженер Тринклер разработал двигатель, работающий на сырой нефти по смешанному циклу – по которому работают все современные дизельные двигатели, однако он не был запатентован, а имя Тринклера мало кто теперь знает.

Двигатели внутреннего сгорания, особенно дизельные, нашли самое широкое применение в качестве силового оборудования на разнообразных строительных и дорожных машинах, требующих независимости от внешних источников энергии. Это, в первую очередь, транспортные (автомобили общего и специального назначения, седельные тягачи, тракторы), погрузочно-разгрузочные машины (вилочные и ковшовые погрузчики, многоковшовые погрузчики), стреловые самоходные краны, машины для земляных работ и т.д. На строительных и дорожных машинах применяются двигатели мощностью от 2 до 900 кВт. Особенностью их эксплуатации является то, что эти машины длительное время эксплуатируются на режимах близких к номинальным, при значительном и непрерывном изменении внешней нагрузки, повышенной запыленности воздуха, в существенно различных климатических условиях и нередко без гаражного хранения.

История создания двигателя внутреннего сгорания

Филипп Лебон

В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения стремительно расширялись, оказывая сильное давление на окружающую среду. Создав соответствующие условия, можно использовать выделяющуюся энергию в интересах человека. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Газовоздушная смесь поступала потом в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он был убит, не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

Жан Этьен Ленуар

В последующие годы несколько изобретателей из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной. Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи.

Ленуар не сразу добился успеха. После того как удалось изготовить все детали и собрать машину, она проработала совсем немного и остановилась, так как из-за нагрева поршень расширился и заклинил в цилиндре. Ленуар усовершенствовал свой двигатель, продумав систему водяного охлаждения. Однако вторая попытка запуска также закончилась неудачей из-за плохого хода поршня. Ленуар дополнил свою конструкцию системой смазки. Только тогда двигатель начал работать.

Николаус Отто

К 1864 году было выпущено уже более 300 таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Николаусом Отто.

В 1864 году он получил патент на свою модель газового двигателя и в том же году заключил договор с богатым инженером Лангеном для эксплуатации этого изобретения. Вскоре была создана фирма «Отто и Компания».

На первый взгляд, двигатель Отто представлял собой шаг назад по сравнению с двигателем Ленуара. Цилиндр был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Вдоль оси поршня к нему была прикреплена рейка, связанная с валом. Двигатель работал следующим образом. Вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разрежённое пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. При подъёме поршня специальный механизм отсоединял рейку от вала. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение.

Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени.

Поскольку двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре зубчатую рейку заменила кривошипно-шатунная передача. Но самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто взял патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей. В следующем году новые двигатели уже были запущены в производство.

Четырёхтактный цикл был самым большим техническим достижением Отто. Но вскоре обнаружилось, что за несколько лет до его изобретения точно такой же принцип работы двигателя был описан французским инженером Бо де Роша. Группа французских промышленников оспорила в суде патент Отто. Суд счёл их доводы убедительными. Права Отто, вытекавшие из его патента, были значительно сокращены, в том числе было аннулировано его монопольное право на четырёхтактный цикл.

Хотя конкуренты наладили выпуск четырёхтактных двигателей, отработанная многолетним производством модель Отто всё равно была лучшей, и спрос на неё не прекращался. К 1897 году было выпущено около 42 тысяч таких двигателей разной мощности. Однако то обстоятельство, что в качестве топлива использовался светильный газ, сильно суживало область применения первых двигателей внутреннего сгорания. Количество светильногазовых заводов было незначительно даже в Европе, а в России их вообще было только два- в Москве и Петербурге.

Бензиновый двигатель

Работоспособный бензиновый двигатель появился только десятью годами позже. Вероятно, первым его изобретателем можно назвать Костовича О.С., предоставившим работающий прототип бензинового двигателя в 1880 году. Однако его открытие до сих пор остается слабо освещенным. В Европе в создании бензиновых двигателей наибольший вклад внес немецкий инженер Готлиб Даймлер. Много лет он работал в фирме Отто и был членом её правления. В начале 80-х годов он предложил своему шефу проект компактного бензинового двигателя, который можно было бы использовать на транспорте. Отто отнёсся к предложению Даймлера холодно. Тогда Даймлер вместе со своим другом Вильгельмом Майбахом принял смелое решение — в 1882 году они ушли из фирмы Отто, приобрели небольшую мастерскую близ Штутгарта и начали работать над своим проектом.

Проблема, стоявшая перед Даймлером и Майбахом, была не из лёгких: они решили создать двигатель, который не требовал бы газогенератора, был бы очень лёгким и компактным, но при этом достаточно мощным, чтобы двигать экипаж. Увеличение мощности Даймлер рассчитывал получить за счёт увеличения частоты вращения вала, но для этого необходимо было обеспечить требуемую частоту воспламенения смеси. В 1883 году был создан первый калильный бензиновый двигатель с зажиганием от раскалённой трубочки, вставляемой в цилиндр. Первая модель бензинового двигателя предназначалась для промышленной стационарной установки. Процесс испарения жидкого топлива в первых бензиновых двигателях оставлял желать лучшего. Поэтому настоящую революцию в двигателестроении произвело изобретение карбюратора. Создателем его считается венгерский инженер Донат Банки. В 1893 году он взял патент на карбюратор с жиклёром, который был прообразом всех современных карбюраторов. В отличие от своих предшественников Банки предлагал не испарять бензин, а мелко распылять его в воздухе. Это обеспечивало его равномерное распределение по цилиндру, а само испарение происходило уже в цилиндре под действием тепла сжатия. Для обеспечения распыления всасывание бензина происходило потоком воздуха через дозирующий жиклёр, а постоянство состава смеси достигалось за счёт поддержания постоянного уровня бензина в карбюраторе. Жиклёр выполнялся в виде одного или нескольких отверстий в трубке, располагавшейся перпендикулярно потоку воздуха. Для поддержания напора был предусмотрен маленький бачок с поплавком, который поддерживал уровень на заданной высоте, так что количество всасываемого бензина было пропорционально количеству поступающего воздуха.

Строение и принцип действия ДВС

Строение ДВС

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом, тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.

Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.

Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка и нижняя мертвая точка.

Первый такт - такт впуска

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт - такт сжатия

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт - рабочий ход

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт - такт выпуска

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Влияние ДВС на окружающую среду

При полном сгорании углеводородов конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Однако полного сгорания в поршневых ДВС достичь технически невозможно. Сегодня порядка 60% из общего количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу крупных городов, приходится на автомобильный транспорт.

В состав отработавших газов ДВС входит более 200 различных химических веществ. Среди них:

  • продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегидов, кетонов, углеводородов, водорода, перекисных соединений, сажи;

  • продукты термических реакций азота с кислородом – оксиды азота;

  • соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива, – свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др.;

  • избыточный кислород..

Оксиды азота в отработавших газах образуются в результате обратимой реакции окисления азота кислородом воздуха под воздействием высоких температур и давления. По мере охлаждения отработавших газов и разбавления их кислородом воздуха оксид азота превращается в диоксид. Оксид азота (NO) – бесцветный газ, диоксид азота (NO2 ) – газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO2 способствует развитию заболеваний легких. Симптомы отравления проявляются только через 6 часов в виде кашля, удушья, возможен нарастающий отек легких.

Причиной образования углеводородов (СН) является неоднородность состава горючей смеси в камере сгорания двигателя, а также неравномерность температуры и давления в различных ее частях. В некоторых зонах цилиндра (паразитных объемах) топливо практически не сгорает, так как происходит обрыв цепной реакции окисления углеводородов.

Оксиды азота и углеводороды тяжелее воздуха и могут накапливаться вблизи дорог и улиц. В них под воздействием солнечного света проходят различные химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона (О3 ). В нормальных условиях озон не стоек и быстро распадается, но в присутствии углеводородов процесс его распада замедляется. Он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями, образуя смог. Кроме того, озон разъедает глаза и легкие.

Состав отработавших газов дизельных двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота.

В отработавших газах также обнаружен акреолин (особенно при работе дизельных двигателей). Он имеет запах пригорелых жиров и при содержании более 0.004 мг/л вызывает раздражение верхних дыхательных путей, а также воспаление слизистой оболочки глаз.

Чтобы предотвратить экологические проблемы люди стали искать альтернативные виды двигателей:

а) Электродвигатель — электрическая машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую.

Электромобиль появился раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Первый электромобиль в виде тележки с электромотором был создан в 1841 году. Первый двухместный электромобиль русского инженера-изобретателя Ипполита Романова образца 1899 года изменял скорость движения в девяти градациях — от 1,6 км в час до максимальной в 37,4 км в час. В первой четверти XX века широкое распространение получили электромобили и автомобили с паровой машиной. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу, в 1910-х в Нью-Йорке в такси работало до 70 тысяч электромобилей. Значительное распространение в начале века получили и грузовые электромобили, а также электрические омнибусы (электробусы). Возрождение интереса к электромобилям произошло в 1960-е годы из-за экологических проблем автотранспорта, а в 1970-е годы и из-за резкого роста стоимости топлива в результате энергетических кризисов.

б) Гибридный двигатель — двигатель, комбинирующий преимущества обоих моторов: ДВС и электродвигателя. Применяется в автомобилях как альтернатива двигателю внутреннего сгорания. Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства

Первым автомобилем с гибридным приводом считается Lohner-Porsche. Автомобиль был разработан конструктором Фердинандом Порше в 1900 — 1901 годах. В Советском Союзе также велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так, работы советского ученого Нурбея Гулиа привели к созданию прототипа гибридного автомобиля на базе автомобиля-грузовика УАЗ-450.

в) Водородный ДВС — это двигатель, использующий в качестве топлива водород.

В конце 70-ых годов прошлого века исследователи пришли к выводу, что заменителем нефти и ее производных станет водород. Работы по созданию 21 двигателей, работающих на водородном топливе, велись в США, Германии, Японии и в СССР. Ученые Ленинградского Политехнического института начали исследования по возможности создания автомобиля, двигатель которого работает на водороде. В Германии, США и Японии работы не прекращаются и сейчас, там довольно большой парк экспериментальных водородных автомобилей. Необходимые затраты для получения сжиженного водорода довольно быстро окупаются при больших пробегах автомобиля. Для поездок на малые расстояния могут быть более выгодны установки с гидридным способом хранения водорода — в порошке. Порошок подогревается отработавшими газами, и водород переходит в газообразное состояние. За эти 15 лет технологии сделали определенный шаг вперед по водородной тематике.

Сейчас компания Дженерал Моторс разработала автомобиль, работающий на водородном топливе. Его эффективность в четыре раза превышает обычные машины, использующие бензин. Экономия топлива в этой машине эквивалентна потреблению бензина 3 литра на 100 км. По внешнему виду машина не отличается от традиционных моделей. Топливный бак придется заполнять через каждые 800 км. До скорости 90 км\ ч машине понадобится 9 секунд. Специалисты Мюнхенского Технического университета перевели на чистый водород некоторые модели ВМW. Сжиженный водород хранится на автомобиле в криогенном баке. Широкое внедрение водородного топлива сдерживается более высокой ценой водорода по сравнению с привычными топливами, а также отсутствием необходимой инфраструктуры.

Анкетирование

  1. Вопрос: «Вы знаете, что такое двигатель внутреннего сгорания?»

Количество опрошенных: 30 человек

Ответы: Да - 21 человек

Нет - 9 человек

  1. Вопрос: «Как Вы считаете, где чаще используются двигатели внутреннего сгорания?»

Количество опрошенных:30 человек

Ответы:

  • В легковых автомобилях:8 человек

  • В самолетах: 5 человек

  • В поездах: 1 человек

  • В морских судах: 5 человек

  • В грузовых автомобилях: 7 человек

  • В тракторах:4 человека

Практическое применение ДВС

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

Применение двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком топливе, однако, ограничивается транспортными и судовыми установками вследствие меньших ресурсов жидкого топлива сравнительно с каменным углем. Двигатели внутреннего сгорания на стационарных установках применяются также в районах, где жидкое и газообразное топливо используется в качестве основного.

Эффективность применения двигателей внутреннего сгорания в значительной степени определяется их долговечностью и надежностью в эксплуатации. Одним из важных факторов при этом является износостойкость, зависящая не только от металлофизических характеристик поверхностей трения, но и от свойств смазочного масла, способов подачи к узлам трения, а также от конструкции системы смазки. Для обеспечения надежной работы современных двигателей внутреннего сгорания большое значение имеет предотвращение образования в них лаков, нагаров, низкотемпературных осадков, коррозии поверхностей некоторых деталей, а также очистка масла в двигателях ( фильтрация, центрифугирование) от образующихся в нем механических примесей. Все перечисленные вопросы отражены в книге.

Повышение экономичности применения двигателей внутреннего сгорания, снижение трудоемкости технического ухода за ними имеет важное народнохозяйственное значение. Большую роль при этом играет установление обоснованных сроков замены масла. Малые сроки замены масла приводят к значительному его перерасходу; особенно это заметно в связи с тем, что ряд удачных конструктивных и технологических решений способствовал снижению проникновения масла в камеры сгорания и его расхода на угар в современных двигателях.

В настоящее время применение двигателей внутреннего сгорания на промыслах весьма ограничено, а с расширением применения двигателей внутреннего сгорания потребность в бензине непрерывно увеличилась.

Исключительное разнообразие областей применения двигателей внутреннего сгорания обусловливает соответственно и многообразие конструктивных форм этих двигателей, а также значительные трудности их классификации.

В виду чрезвычайного разнообразия областей применения двигателей внутреннего сгорания и соответственно многочисленности конструкций и типов двигателей, различающихся как по условиям работы, так и по видам применяемого топлива, не представляется возможным дать единые нормы испытаний для всех двигателей внутреннего сгорания.

Вместе с тем по условиям работы двигатели внутреннего сгорания могут быть разделены на три основные группы:

1) двигатели, работающие при постоянном числе оборотов под воздействием скоростного регулятора, - стационарные и с ручной регулировкой – судовые

2) двигатели, работающие при переменных числах оборотов, обычно быстроходные

3) двигатели, работающие при постоянном высоком числе оборотов.

Заключение

В итоге проделанной работы цели и задачи, поставленные в начале, достигнуты. Я выяснил, что такое ДВС. ДВС - поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива, выделение теплоты и превращение ее в механическую работу происходят непосредственно в цилиндре двигателя.

Также изучил историю создания ДВС. Первый ДВС был изобретен Ленуаром в 1860 г. Через 7 лет немецкий инженер Отто создал 4-х-тактный двигатель с воспламенением от сжатия. В 1885 г. в России капитан Балтийского флота Костович создал двигатель для воздухоплавания. В конце 19 века немецким инженером Дизелем был создан двигатель, который впоследствии стали называть по имени автора. В настоящее время дизели применяются на разных транспортных машинах.

После узнал строение ДВС. Главным элементом является поршень. Внутри поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, тот шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. В надпоршневом пространстве расположены впускной и выпускной клапаны, а также свеча зажигания.

Двигатели внутреннего сгорания бывают двух- и четырехтактные. На современных автомобилях чаще ставят четырехтактные.

1 такт – впуск смеси бензина с воздухом

2 такт – сжатие горючей смеси

3 такт – рабочий ход (расширение газа)

4 такт – выпуск отработанных газов

ДВС оказывает на окружающую среду отрицательное влияние. Углеводороды, которые должны разделяться на воду и углекислый газ, полностью не сгорают и выбрасываются в атмосферу вместе с оксидом азота, диоксидом серы и других металлов.

Чтобы предотвратить экологические проблемы люди стали искать альтернативные виды двигателей, таких как:

  • Электродвигатель

  • Гибридный двигатель

  • Водородный ДВС

В настоящее время двигатели внутреннего сгорания ставят на легковые и грузовые автомобили, самолеты, теплоходы, тракторы, тепловозы, строительные краны, а также на речные и морские суда.

Выводы:

  • Если бы не было двигателя внутреннего сгорания то, возможно, некоторые отрасли человеческой деятельности также не существовали бы.

  • Хоть двигатель внутреннего сгорания полезен для людей, но для экологии он приносит вред.

  • Двигатели внутреннего сгорания имеют ряд недостатков, следовательно, их скоро заменят на более современные типы двигателей.

Устройство двигателя - АВТОШКОЛА ФАВОРИТ

Устройство двигателя.

Наверное, вам просто любопытно, что же происходит внутри него. Или может бы вы, покупая новую машину, хотите понять, что же на самом деле значит «3-х литровый V6» или «двойной распредвал DOHC» или «фазированный впрыск». Что же это всё значит?

В этой статье мы раскроем основные принципы строения двигателя и работы его основных частей. Также расскажем, что может сломаться и что можно прокачать.

Основное назначение бензинового двигателя — это преобразовывать энергию сгорания бензина в движение так, чтобы автомобиль мог двигаться.

 Большое развитие получили двигатели, в которых бензин сгорает внутри самого двигателя. Именно поэтому они и называются двигателями внутреннего сгорания — процесс сгорания происходит внутри двигателя.

И так, для общего развития: Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания. Дизельные двигатели, газотурбинные двигатели. Есть ещё роторные, двухтактные и HEMI-двигатели. У каждого вида есть свои преимущества и недостатки.

Бывают ещё и двигатели внешнего сгорания. Яркий пример таких двигателей — это паровые двигатели старых паровозов. Топливо (уголь, дерево, мазут и т. д.) в паровом двигателе сгорает вне двигателя для того чтобы произвести пар, а пар в свою очередь приводит двигатель в движение изнутри.

Двигатели внутреннего сгорания более эффективны (меньше расход топлива) чем двигатели внешнего сгорания, а кроме того двигатель внутреннего сгорания намного меньше аналогичного двигателя внешнего сгорания. Именно поэтому Mercedes и BMW не ставят на свои машины паровые двигатели. Внутреннее сгорание

Если вы поместите совсем небольшое количество горючего (бензина, например) и подожжете его в закрытом пространстве, скажем внутри стянутого сапога, то сапог просто разорвется.

Это происходит, потому что очень большое количество газа выделяется при сгорании топлива. Вот так энергию сгорания бензина можно превратить в разорванный сапог. А можно её пустить на благие цели — отвезти вас с семьёй на дачу.

Например, если вы сможете зациклить процесс сгорания так, чтобы сгораемый газ приводил в движение механизмы с частотой в несколько сотен раз в минуту, то считайте, что основа двигателя у вас уже есть.

Схема работы двигателя внутреннего сгорания

Почти все двигатели в автомобилях работают в четырехтактном цикле сгорания. Четырехтактный цикл известен также как цилк Отто.

Он был назван так в честь своего изобретателя Николаса Отто, который в 1867 году придумал этот цикл. Эти четыре цикла представлены на схеме.

Эти циклы, или по другому, такты называются впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

На картинке вы можете увидеть, что в двигателе поршень движется под действием сгорания топлива — как будто снаряд выстреливает из пушки.

Поршень соединяется с коленчатым валом с помощью шатуна. Так как коленвал продолжает вращение, он перезаряжает «пушку» и она снова стреляет.

А теперь, чтобы вы лучше разобрались, мы внимательнее посмотрим на этот цикл.

Поршень начинает своё движение с верхней точки. Впускной клапан открывается, а поршень, двигаясь вниз, всасывает в цилиндр топливо и свежий воздух.

Эти действия называются тактом впуска. Причем в цилиндр закачивается всего несколько капель топлива — этого вполне достаточно.

Затем поршень поднимается вверх и сжимает смесь воздуха с топливом. Чем больше сжать смесь, тем с большей силой она выстрелит.

Когда поршень достигает своей верхней точки, свеча даёт искру, которая подрывает горючую смесь. Взрыв приводит поршень к движению.

После того как поршень придет к своему нижнему положению, откроется выпускной клапан, и выхлоп вытолкнется наружу к выхлопной трубе.

И вот двигатель уже готов к новому циклу — снова засосать горючую смесь, выстелить и освободить цилиндр от выхлопа.

Заметьте что движение на выходе двигателя — крутящее, хотя движение поршня при взрыве — прямолинейное. Линейное движение поршней преобразовывается в крутящее движение двигателя с помощью коленчатого вала. Нам как раз и нужно крутящее движение: ведь нам надо крутить колеса автомобиля.

Вот и посмотрим, как это получается, что движение, начавшись в цилиндре двигателя, переходит на колеса автомобиля. Компоновка двигателя

Основа двигателя — это цилиндр и поршень. Поршень двигается внутри цилиндра, создавая движение. Двигатель, описанный нами выше, имел только один цилиндр. Такие двигатели обычно ставятся на бензопилы, а на машинах обычно стоят четырех-, шести- и восьмицилиндровые двигатели внутреннего сгорания.

В многоцилиндровом двигателе цилиндры могут быть расположены тремя разными способами: «в ряд», «V-образно», «оппозитно». Рядная компоновка  двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

Все цилиндры расположены в ряд в одном блоке. V-образная компоновка двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

Цилиндры расположены в двух блоках, установленных под определенным углом. Оппозитная компоновка двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

Цилиндры расположены в двух блоках, установленных один напротив другого.

Разные формы имеют различные преимущества и недостатки в плане плавности хода, стоимости производства, размеров и формы. В зависимости от типа проектируемого автомобиля на него ставят наиболее подходящий ему двигатель.

Презентация - Двигатель внутреннего сгорания

Слайды и текст этой онлайн презентации

Слайд 1


Двигатель внутреннего сгорания
Урок физики в 8 классе

Слайд 2

Вопрос 1:
Какая физическая величина показывает, сколько энергии выделяется при сжигании 1кг топлива? Какой буквой ее обозначают? Удельная теплота сгорания топлива. g

Слайд 3

Вопрос 2:
Определите количество теплоты, выделившееся при сгорании 200г бензина. g=4,6*10 7дж/кг Q=9,2*10 6дж

Слайд 4

Вопрос 3:
Удельная теплота сгорания каменного угля примерно в 2 раза больше, чем удельная теплота сгорания торфа. Что это значит. Это значит, что для сгорания каменного угля потребуется в 2 раза большее количество теплоты.

Слайд 5

Двигатель внутреннего сгорания
Внутренней энергией обладают все тела – земля, кирпичи, облака и так далее. Однако чаще всего извлечь ее трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, теплые источники вблизи вулканов и так далее. Рассмотрим один из примеров использования внутренней энергии таких тел.

Слайд 6

Слайд 7

Карбюраторный двигатель.
карбюратор – устройство для смешивания бензина с воздухом в нужных пропорциях.

Слайд 8

Основные Основные части ДВС части ДВС
1 – фильтр для всасываемого воздуха, 2 – карбюратор, 3 – бензобак, 4 – топливопровод, 5 – распыляющийся бензин, 6 – впускной клапан, 7 – запальная свеча, 8 – камера сгорания, 9 – выпускной клапан, 10 – цилиндр, 11 – поршень.
:
Основные части ДВС:

Слайд 9

Работа этого двигателя состоит из нескольких повторяющихся друг за другом этапов, или, как говорят, тактов. Всего их четыре. Отсчет тактов начинается с момента, когда поршень находится в крайней верхней точке, и оба клапана закрыты.

Слайд 10

Первый такт называется впуск (рис. "а"). Впускной клапан открывается, и опускающийся поршень засасывает бензино-воздушную смесь внутрь камеры сгорания. После этого впускной клапан закрывается.

Слайд 11

Второй такт – сжатие (рис. "б"). Поршень, поднимаясь вверх, сжимает бензино-воздушную смесь.

Слайд 12

Третий такт – рабочий ход поршня (рис. "в"). На конце свечи вспыхивает электрическая искра. Бензино-воздушная смесь почти мгновенно сгорает и в цилиндре возникает высокая температура. Это приводит к сильному возрастанию давления и горячий газ совершает полезную работу – толкает поршень вниз.

Слайд 13

Четвертый такт – выпуск (рис "г"). Выпускной клапан открывается, и поршень, двигаясь вверх, выталкивает газы из камеры сгорания в выхлопную трубу. Затем клапан закрывается.

Слайд 14

физкультминутка

Слайд 15

Дизельный двигатель.
В 1892 г. немецкий инженер Р. Дизель получил патент (документ, подтверждающий изобретение) на двигатель, впоследствии названный его фамилией.

Слайд 16

Принцип работы:
В цилиндры двигателя Дизеля попадает только воздух. Поршень, сжимая этот воздух, совершает над ним работу и внутренняя энергия воздуха возрастает настолько, что впрыскиваемое туда топливо сразу же самовоспламеняется. Образующиеся при этом газы выталкивают поршень обратно, осуществляя рабочий ход.

Слайд 17

Такты работы:
всасывание воздуха; сжатие воздуха; впрыск и сгорание топлива – рабочий ход поршня; выпуск отработавших газов. Существенное отличие: запальная свеча становится ненужной, и ее место занимает форсунка – устройство для впрыскивания топлива; обычно это низкокачественные сорта бензина.

Слайд 18

Некоторые сведения о двигателях Тип двигателя Тип двигателя
Некоторые сведения о двигателях Карбюраторный Дизельный
История создания Впервые запатентован в 1860 г. французом Ленуаром; в 1878 г. построен нем. изобретателем Отто и инженером Лангеном   Изобретен в 1893 г. немецким инженером Дизелем
Рабочее тело Воздух, насыщ. парами бензина   Воздух
Топливо Бензин   Мазут, нефть
Макс. давление в камере   6 × 105 Па 1,5 × 106 — 3,5 × 106 Па
Т при сжатии рабочего тела   360—400 ºС 500—700 ºС
Т продуктов сгорания топлива   1800 ºС 1900 ºС
КПД: для серийных машин для лучших образцов     20—25% 35%   30—38% 45%
Применение В легковых машинах сравнительно небольшой мощности В более тяжелых машинах большой мощности (тракторы, грузовые тягачи, тепловозы).

Слайд 19

Слайд 20

Назови основные части ДВС:

Слайд 21

1. Назовите основные такты работы ДВС. 2. В каких тактах клапаны закрыты? 3. В каких тактах открыт клапан 1? 4. В каких тактах открыт клапан 2? 5. Отличие ДВС от дизеля?

Слайд 22

Мертвые точки – крайние положения поршня в цилиндре
Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой
Четырехтактный двигатель – один рабочий цикл происходит за четыре хода поршня (4 такта).

Слайд 23

Заполнить таблицу
Название такта Движение поршня 1 клапан 2 клапан Что происходит
Впуск
Сжатие
Рабочий ход
выпуск
вниз
вверх
вниз
вверх
открыт
открыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
закрыт
Всасывание горючей смеси
Сжатие горючей смеси и воспламенение
Газы выталкивают поршень
Выброс отработанных газов

Слайд 24

1. Тип теплового двигателя, в котором пар вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. 2. Обозначение удельной теплоты плавления. 3. Одна из частей двигателя внутреннего сгорания. 4. Такт цикла двигателя внутреннего сгорания. 5. Переход вещества из жидкого состояния в твердое. 6. Парообразование, происходящее с поверхности жидкости.

Слайд 25

1. Одна из частей двигателя внутреннего сгорания. 2. Процесс перехода жидкости в газообразное состояние. 3. Переход вещества из твердого состояния в жидкое. 4. Двигатель, в котором внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. 5. Переход вещества из жидкого состояния в твердое. 6. Способ образования пара. 7. Явление превращения пара в жидкость.                                                      

Слайд 26

Закрепление материала.

Слайд 27

Слайд 28

Слайд 29

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

Слайд 33

Пароатмосферная машина Ньюкомена

Слайд 34

Цилиндр машины Нькомена

Слайд 35

Материалы : А.А.Пёрышкин. Физика. Москва. ООО «Дрофа.», 2000 г. В.А.Волков. Поурочные разработки по физике. Москва. «Вако» 2006 г. В.А.Шевцов. Поурочные планы по учебнику А.В Пёрышкина. Волгоград. «Учитель» Интернет – ресурсы.

Слайд 36

                                         
Республика МОРДОВИЯ
Ковылкинский район
учитель физики
Примокшанской средней школы
Коверова Любовь Павловна

Строение двигателя внутреннего сгорания


ДВИ́ГАТЕЛЬ ВНУ́ТРЕННЕГО СГОРА́НИЯ

Первый такт – впуск, при котором впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределённый впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндре (вследствие увеличения объёма) создаётся разрежение, под действием которого через открывающийся впускной клапан поступает горючая смесь (паров бензина с воздухом). Давление во впускном клапане в двигателях без наддува может быть близким к атмосферному, а в двигателях с наддувом – выше его (0,13– 0,45 МПа). В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нём от предыдущего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь. Второй такт – сжатие, при котором впускной и выпускной клапаны закрываются газораспределительным валом, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя. Поршень движется вверх (от НМТ к ВМТ). Т.к. объём в цилиндре уменьшается, то происходит сжатие рабочей смеси до давления 0,8–2 МПа, температура смеси составляет 500–700 К. В конце такта сжатия, рабочая смесь воспламеняется электрической  искрой и быстро сгорает (за 0,001– 0,002 с). При этом происходит выделение большого количества теплоты, температура достигает 2000–2600 К, и газы, расширяясь, создают сильное давление (3,5– 6,5 МПа) на поршень, перемещая его вниз. Третий такт – рабочий ход, который сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси. Сила давления газов перемещает поршень вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля. Т.о., во время рабочего хода происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу. Четвёртый такт – выпуск, при котором поршень после совершения полезной работы движется вверх, и выталкивает наружу, через открывающийся выпускной клапан газораспределительного механизма, отработавшие газы из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу. Процесс выпуска можно разделить на предварение (давление в цилиндре значительно выше, чем в выпускном клапане, скорость истечения отработавших газов при температурах 800–1200 К составляет 500– 600 м/сек) и основной  выпуск (скорость в конце выпуска 60–160 м/сек). Выпуск отработанных газов сопровождается звуковым эффектом, для поглощения которого устанавливают глушители. За рабочий цикл двигателя полезная работа совершается только в течение рабочего хода, а остальные три такта являются вспомогательными. Для равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливают маховик, обладающий значительной массой. Маховик получает энергию при рабочем ходе и часть её отдаёт на совершение вспомогательных тактов.

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

Современный двигатель внутреннего сгорания далеко ушел от своих прародителей. Он стал крупнее, мощнее, экологичнее, но при этом принцип работы, устройство двигателя автомобиля, а также основные его элементы остались неизменными.

Двигатели внутреннего сгорания, массово применяемые на автомобилях, относятся к типу поршневых. Название свое этот тип ДВС получил благодаря принципу работы. Внутри двигателя находится рабочая камера, называемая цилиндром. В ней сгорает рабочая смесь. При сгорании смеси топлива и воздуха в камере увеличивается давление, которое воспринимает поршень. Перемещаясь, поршень преобразует полученную энергию в механическую работу.

Как устроен ДВС

Первые поршневые моторы имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В процессе развития для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. Мотор современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Современный ДВС состоит из нескольких механизмов и вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

  1. КШМ — кривошипно-шатунный механизм.
  2. ГРМ   — механизм регулировки фаз газораспределения.
  3. Система смазки.
  4. Система охлаждения.
  5. Система подачи топлива.
  6. Выхлопная система.

Также к системам ДВС относятся электрические системы пуска и управления двигателем.

КШМ — основной механизм поршневого мотора. Он выполняет главную работу — преобразует тепловую энергию в механическую. Состоит механизм из следующих частей:

  • Блок цилиндров.
  • Головка блока цилиндров.
  • Поршни с пальцами, кольцами и шатунами.
  • Коленчатый вал с маховиком.
ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

  • Распределительный вал.
  • Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками.
  • Детали привода клапанов.
  • Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их

В зависимости от конструкции и количества клапанов на двигатель может быть установлен один или два распределительных вала на каждый ряд цилиндров. При двухвальной системе каждый вал отвечает за работу своего ряда клапанов — впускных или выпускных. Одновальная конструкция имеет английское название SOHC (Single OverHead Camshaft). Систему с двумя валами называют DOHC (Double Overhead Camshaft).

Система охлаждения двигателя

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

  • Рубашка охлаждения двигателя
  • Насос (помпа)
  • Термостат
  • Радиатор
  • Вентилятор
  • Расширительный бачок

Рубашку охлаждения двигателей внутреннего сгорания образуют полости внутри БЦ и ГБЦ, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Она отбирает избыточное тепло у деталей двигателя и относит его к радиатору. Циркуляцию обеспечивает насос, привод которого осуществляется с помощью ремня от коленчатого вала.

Термостат обеспечивает необходимый температурный режим двигателя автомобиля, перенаправляя поток жидкости в радиатор либо в обход него. Радиатор, в свою очередь, призван охлаждать нагретую жидкость. Вентилятор усиливает набегающий поток воздуха, тем самым увеличивая эффективность охлаждения. Расширительный бачок необходим современным моторам, так как применяемые охлаждающие жидкости сильно расширяются при нагреве и требуют дополнительного объема.

Система смазки ДВС

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

  • Масляный картер (поддон).
  • Насос подачи масла.
  • Масляный фильтр с редукционным клапаном.
  • Маслопроводы.
  • Масляный щуп (индикатор уровня масла).
  • Указатель давления в системе.
  • Маслоналивная горловина.

Насос забирает масло из масляного картера и подает его в маслопроводы и каналы, расположенные в БЦ и ГБЦ. По ним масло поступает в места соприкосновения трущихся поверхностей.

Система подачи для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

  • Топливный бак.
  • Датчик уровня топлива.
  • Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой.
  • Топливные трубопроводы.
  • Впускной коллектор.
  • Воздушные патрубки.
  • Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, но в силу различных физических свойств бензина и дизельного топлива конструкция их имеет существенные различия. Сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом. Детали, обеспечивающие очистку воздуха и поступление его цилиндры — воздушный фильтр и патрубки — тоже относятся к топливной системе.

Система выпуска

Система выпуска предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

  • Выпускной коллектор.
  • Приемная труба глушителя.
  • Резонатор.
  • Глушитель.
  • Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

В заключение необходимо упомянуть системы пуска и управления двигателем автомобиля. Они являются важной частью двигателя, но их необходимо рассматривать вместе с электрической системой автомобиля, что выходит за рамки этой статьи, рассматривающей внутреннее устройство двигателя.

Как работают дизельный, бензиновый и инжекторный двигатели

Двигатель внутреннего сгорания – универсальный силовой агрегат, используемый практически во всех видах современного транспорта. Три луча заключенные в окружность, слова «На земле, на воде и в небе» — товарный знак и девиз компании Мерседес Бенц, одного из ведущих производителей дизельных и бензиновых двигателей. Устройство двигателя, история его создания, основные виды и перспективы развития – вот краткое содержание данного материала.

Немного истории

Принцип превращения возвратно-поступательного движения во вращательное, посредством использования кривошипно-шатунного механизма известен с 1769 года, когда француз Николя Жозеф Кюньо показал миру первый паровой автомобиль. В качестве рабочего тела двигатель использовал водяной пар, был маломощным и извергал клубы черного, дурнопахнущего дыма. Подобные агрегаты использовались в качестве силовых установок на заводах, фабриках, пароходах и поездах, компактные же модели существовали в виде технического курьеза.

Все изменилось в тот момент, когда в поисках новых источников энергии человечество обратило свой взор на органическую жидкость — нефть. В стhемлении повысить энергетические характеристики данного продукта, ученные и исследователи, проводили опыты по перегонке и дистилляции, и, наконец, получили неизвестное доселе вещество – бензин. Эта прозрачная жидкость с желтоватым оттенком сгорала без образования копоти и сажи, выделяя намного большее, чем сырая нефть, количество тепловой энергии.

Примерно в то же время Этьен Ленуар сконструировал первый газовый двигатель внутреннего сгорания, работавший по двухтактной схеме, и запатентовал его в 1880 году.

В 1885 году немецкий инженер Готтлиб Даймлер, в сотрудничестве с предпринимателем Вильгельмом Майбахом, разработал компактный бензиновый двигатель, уже через год нашедший свое применение в первых моделях автомобилей. Рудольф Дизель, работая в направлении повышения эффективности ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в 1897 году предложил принципиально новую схему воспламенения топлива. Воспламенение в двигателе, названном в честь великого конструктора и изобретателя, происходит за счет нагревания рабочего тела при сжатии.

А в 1903 году братья Райт подняли в воздух свой первый самолет, оснащенный бензиновым двигателем Райт-Тейлор, с примитивной инжекторной схемой подачи топлива.

Как это работает

Общее устройство двигателя и основные принципы его работы станут понятны при изучении одноцилиндровой двухтактной модели.

Такой ДВС состоит из:

  • камеры сгорания;
  • поршня, соединенного с коленвалом посредством кривошипно-шатунного механизма;
  • системы подачи и воспламенения топливно-воздушной смеси;
  • клапана для удаления продуктов горения (выхлопных газов).

При пуске двигателя поршень начинает путь от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ), за счет поворота коленвала. Достигнув нижней точки, он меняет направление движения к ВМТ, одновременно с чем проводится подача топливно-воздушной смеси в камеру сгорания. Движущийся поршень сжимает ТВС, при достижении верхней мертвой точки система электронного зажигания воспламеняет смесь. Стремительно расширяясь, горящие пары бензина отбрасывают поршень в нижнюю мертвую точку. Пройдя определенную часть пути, он открывает выхлопной клапан, через который раскаленные газы покидают камеру сгорания. Пройдя нижнюю точку, поршень меняет направление движения к ВМТ. За это время коленвал совершил один оборот.

Данные пояснения станут более понятными при просмотре видео о работе двигателя внутреннего сгорания.

Данный видеоролик наглядно показывает устройство и работу двигателя автомобиля.

Два такта

Основным недостатком двухтактной схемы, в которой роль газораспределительного элемента играет поршень, является потеря рабочего вещества в момент удаления выхлопных газов. А система принудительной продувки и повышенные требования к термостойкости выхлопного клапана приводят к увеличению цены двигателя. В противном случае добиться высокой мощности и долговечности силового агрегата не представляется возможным. Основная сфера применения подобных двигателей – мопеды и недорогие мотоциклы, лодочные моторы и бензокосилки.

Четыре такта

Описанных недостатков лишены четырехтактные ДВС, используемые в более «серьезной» технике. Каждая фаза работы такого двигателя (впуск смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск отработанных газов), осуществляется при помощи газораспределительного механизма.

Разделение фаз работы ДВС очень условно. Инерционность отработавших газов, возникновение локальных вихрей и обратных потоков в зоне выхлопного клапана приводит к взаимному перекрыванию во времени процессов впрыска топливной смеси и удаления продуктов горения. Как результат, рабочее тело в камере сгорания загрязняется отработанными газами, вследствие чего меняются параметры горения ТВС, уменьшается теплоотдача, падает мощность.

Проблема была успешно решена путем механической синхронизации работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. Проще говоря, впрыск топливно-воздушной смеси в камеру сгорания произойдет только после полного удаления отработанных газов и закрытия выхлопного клапана.

Но данная система управления газораспределением так же имеет свои недостатки. Оптимальный режим работы двигателя (минимальный расход топлива и максимальная мощность), может быть достигнут в достаточно узком диапазоне оборотов коленвала.

Развитие вычислительной техники и внедрение электронных блоков управления дало возможность успешно разрешить и эту задачу. Система электромагнитного управления работой клапанов ДВС позволяет на лету, в зависимости от режима работы, выбирать оптимальный режим газораспределения. Анимированные схемы и специализированные видео облегчат понимание этого процесса.

На основании видео не сложно сделать вывод, что современный автомобиль это огромное количество всевозможных датчиков.

Виды ДВС

Общее устройство двигателя остается неизменным достаточно долгое время. Основные различия касаются видов используемого топлива, систем приготовления топливно-воздушной смеси и схем ее воспламенения. Рассмотрим три основных типа:

  1. бензиновые карбюраторные;
  2. бензиновые инжекторные;
  3. дизельные.
Бензиновые карбюраторные ДВС

Приготовление гомогенной (однородной по своему составу), топливно-воздушной смеси происходит путем распыления жидкого топлива в воздушном потоке, интенсивность которого регулируется степенью поворота дроссельной заслонки. Все операции по приготовлению смеси проводятся за пределами камеры сгорания двигателя. Преимуществами карбюраторного двигателя является возможность регулировки состава топливной смеси «на коленке», простота обслуживания и ремонта, относительная дешевизна конструкции. Основной недостаток – повышенный расход топлива.

Историческая справка. Первый двигатель данного типа сконструировал и запатентовал в 1888 году российский изобретатель Огнеслав Костович. Оппозитная система горизонтально расположенных и двигающихся навстречу друг другу поршней, до сих пор успешно используется при создании двигателей внутреннего сгорания. Самым известным автомобилем, в котором использовался ДВС данной конструкции, является Фольксваген Жук.

Бензиновые инжекторные ДВС

Приготовление ТВС осуществляется в камере сгорания двигателя, путем распыления топлива инжекторными форсунками. Управление впрыском осуществляется электронным блоком или бортовым компьютером автомобиля. Мгновенная реакция управляющей системы на изменение режима работы двигателя обеспечивает стабильность работы и оптимальный расход топлива. Недостатком считается сложность конструкции, профилактика и наладка возможны только на специализированных станциях технического обслуживания.

Дизельные ДВС

Приготовление топливно-воздушной смеси происходит непосредственно в камере сгорания двигателя. По окончании цикла сжатия воздуха, находящегося в цилиндре, форсунка проводит впрыск топлива. Воспламенение происходит за счет контакта с перегретым в процессе сжатия атмосферным воздухом. Всего лишь 20 лет назад низкооборотистые дизеля использовались в качестве силовых агрегатов специальной техники. Появление технологии турбонагнетания открыло им дорогу в мир легковых автомобилей.

Пути дальнейшего развития ДВС

Конструкторская мысль никогда не стоит на месте. Основные направления дальнейшего развития и усовершенствования двигателей внутреннего сгорания – повышение экономичности и минимизация вредных для экологии веществ в составе выхлопных газов. Применение слоистых топливных смесей, конструирование комбинированных и гибридных ДВС – лишь первые этапы долгого пути.

Устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля

Каждому, водителю интересно и необходимо знать, как устроен автомобиль, что такое ДВС в машине, из чего состоит двигатель автомобиля и каков у ДВС ресурс.

Отличие двигателей внутреннего сгорания от двигателей внешнего сгорания

ДВС называется так именно потому, что топливо сжигается внутри рабочего органа (цилиндра), промежуточный теплоноситель, например пар, здесь не нужен, как это организовано в паровозах. Если рассматривать паровой двигатель и двигатель, но уже внутреннего сгорания автомобиля, устройство их сходно, это очевидно (на рисунке справа паровой двигатель, слева – ДВС). Принцип работы одинаков: на поршень, действует какая-то сила. От этого поршень вынужден двигаться вперед или назад (возвратно-поступательно). Эти движения при помощи специального механизма (кривошипного) преобразуются во вращение (колеса у паровоза и коленчатого вала «коленвала» у автомобиля). В двигателях внешнего сгорания нагревается вода, превращаясь в пар, и уже этот пар совершает полезную работу толкая поршень, а в ДВС мы нагреваем воздух внутри (непосредственно в цилиндре)и он (воздух) двигает поршень. От этого коэффициент полезного действия, у ДВС, конечно, выше.

История создания ДВС

История гласит, что первый работающий двигатель внутреннего сгорания коммерческого использования, то есть выпускаемый для продажи, был разработан французским изобретателем Ленуаром. Его двигатель работал на светильном газе в смеси с воздухом. Причем именно он догадался поджигать эту смесь путем электрической искры. Только в 1864 году документально зафиксирована продажа более 310 таких двигателей. На этом он разбогател. Жан Этьен Ленуар потерял интерес к изобретательству и вскоре(в 1877 году) его моторы были вытеснены более совершенными, на тот момент, двигателями Отто, изобретателя из Германии. Донат Банки (венгерский инженер) в 1893 году произвел настоящую революцию в двигателестроении. Он изобрел карбюратор. С этого момента история не знает бензиновых двигателей без этого устройства. И так продолжалось около 100 лет. На смену ему пришла система непосредственного впрыска, но это уже новейшая история. Все первые двигатели внутреннего сгорания были только одноцилиндровыми. Увеличение мощности велось путем увеличения диаметра рабочего цилиндра. Только к концу 19-го века появились ДВС с двумя цилиндрами, а в начале 20-го века – четырехцилиндровые. Теперь, повышение мощности производилось уже путем увеличения числа цилиндров. На сегодняшний день можно встретить автомобильный двигатель в 2-мя, 4-мя, 6-ю цилиндрами. Реже 8 и 12. Некоторые спортивные автомобили имеют 24 цилиндра. Расположение цилиндров может быть как рядным, так и V-образным.

Вопреки расхожему мнению ни Готлиб Даймлер, ни Карл Бенц, ни Генри Форд устройство двигателя автомобиля не изменяли кардинально (разве что мелкие доработки), но оказали огромное влияние в автомобилестроение как таковое. Что такое ДВС в авто мы сейчас и рассмотрим.

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания

Итак, ДВС состоит из корпуса, в котором все остальные детали монтируются. Чаще всего это блок цилиндров. На данном рисунке показан один цилиндр без блока. Устройство ДВС направлено на максимально комфортные условия для цилиндров, ведь именно в них производится работа. Цилиндр, это металлическая (чаще всего стальная) труба, в которой двигается поршень. Он обозначен на рисунке цифрой 7. Над цилиндром устанавливается головка цилиндра 1, в которую вмонтированы клапана (5 – впускной и 4 - выпускной), а также свеча зажигания 3 и коромысла 2. Над клапанами 4 и 5 есть пружины, которые удерживают их в закрытом состоянии. Коромысла при помощи толкателей 14 и распределительного вала 13 открывают клапана в определенный момент (тогда, когда это необходимо). Распределительный вал с кулачками вращается от коленвала 11 через приводные шестерни 12. Движения поршня 7 преобразуются во вращение коленвала 11 при помощи шатуна 8 и кривошипа. Этим кривошипом служит «колено» на валу (смотри рисунок), именно поэтому вал и называется коленчатым. В связи с тем, что воздействие на поршень происходит не постоянно, а только когда в цилиндре горит топливо. У ДВС есть маховик 9, довольно массивный. Маховик как бы запасает энергию вращения и отдает ее при необходимости. В любом двигателе много трущихся деталей, для их смазывания используют автомобильное масло. Масло это хранится в картере 10 и специальным насосом подается к трущимся деталям.

Синим цветом, показаны детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Голубым – смесь топлива и воздуха. Серым – свеча зажигания. Красным – выхлопные газы.

Принцип работы ДВС

Разобрав двигатель внутреннего сгорания, его устройство, необходимо уяснить, как взаимодействуют его детали, как он работает. Знать строение еще не все, а вот как взаимодействуют механизмы, в чем преимущество дизельных автомобилей и в чем их недостатки для начинающих (для чайников) очень важно. Ничего сложного в этом нет. Пошаговым рассмотрением процессов мы постараемся рассказать, как взаимодействуют между собой основные части двигателя при работе. Из какого материала выполнены механические составляющие ДВС. Все автомобильные двигатели работают на одном принципе: сжигание бензина или дизельного топлива. Для чего? Для получения необходимой нам энергии, конечно. Двигатели автомобилей, иногда говорят – моторы, могут быть двухтактными и четырехтактными. Тактом считается движение поршня либо вверх, либо вниз. Говорят еще от верхней мертвой точки (ВМТ), до нижней (НМТ). Мертвой эта точка называется потому, что поршень как бы замирает на мгновение и начинает движение в обратную сторону. Итак, в двухтактном двигателе весь процесс (или цикл) происходит за 2 хода поршня, в четырехтактном – за 4. И совершенно не важно, бензиновый это двигатель, дизельный или работающий на газу. Как ни странно, рассказывать принцип работы лучше на 4-х тактном бензиновом карбюраторном двигателе.

Первый такт - всасывание.

Поршень идет вниз и затягивает за собой смесь из воздуха и топлива. Эта смесь готовится в отдельном устройстве – в карбюраторе. При этом впускной, его еще называют «всасывающий» клапан, конечно, открыт. На рисунке он показан синим.

Следующий, второй такт – сжатие смеси.

Поршень поднимается вверх от НМТ до ВМТ. При этом растет давление и, естественно, температура над поршнем. Но этой температуры недостаточно, для того, чтобы смесь самовоспламенилась. Для этого служит свеча. Она выдает искру в нужный момент. Обычно это 6...8 угловых градусов не доходя до ВМТ. Для начала понимания процесса можно предположить, что искра зажигает смесь точно в верхней точке.

Третий такт – расширение продуктов сгорания.

При сгорании столь энергоемкого топлива, продуктов сгорания в цилиндре очень мало, а вот усилие появляется только потому, что воздух нагрелся при повышении температуры, а значит, расширился, в нашем случае увеличил давление. Именно это давление и совершает нужную работу. Нужно знать, что нагревая воздух на 273 0С, получаем увеличение давления практически в 2 раза. Температура зависит от того сколько топлива сжечь. Максимальная температура внутри рабочего цилиндра может достигать 2500 0С при работе ДВС на полной мощности.

Четвертый такт последний.

После него опять будет первый. Поршень направляется от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт. Цилиндр очищается, выбрасывая все что сгорело, и что не сгорело, в атмосферу. Что касается дизельного двигателя, то все основные детали с карбюраторным практически одинаковы. Ведь и тот и другой, это двигатель внутреннего сгорания. Исключение составляет смесеобразование. В карбюраторном смесь готовится отдельно, в том самом карбюраторе. А вот в дизельном – смесь готовиться непосредственно в цилиндре, перед сжиганием. Топливо (солярка) подается специальным насосом в определенный момент времени. Зажигание смеси происходит от самовоспламенения. Температура внутри цилиндра в дизеле гораздо выше, чем в карбюраторном ДВС. По этой причине детали там детали мощнее и система охлаждения лучше. Необходимо отметить, что, несмотря на высокую температуру внутри цилиндра, рабочая температура двигателя никогда не повышается выше 90...95 0С. Иногда, детали дизельных двигателей делают из более твердого металла, что позволяет снизить массу, но увеличивает цену ДВС. Однако, коэффициент полезного действия (КПД) в дизельном двигателе выше. То есть он более экономичен и дороговизна деталей себя окупает. У дизельного ДВС ресурс выше, если соблюдать правила эксплуатации. Особенно часто механизмы дизелей выходят из строя из-за плохого топлива.

Схема работы дизельного двигателя представлена на рисунке слева. В третьем такте подача топлива показана в момент ВМТ, хотя это и не совсем так.

Системы ДВС обеспечивающие их работоспособность практически одинаковы: система смазки, топливная система, система охлаждения и система газообмена. Есть еще несколько, но они не относятся к главным. Глядя на устройство любого двигателя внутреннего сгорания можно подумать, что все детали выполнены из стали. Это далеко не так. Корпуса бывают и чугунные и выполненные из алюминиевого сплава, а вот поршни из чугуна не делают, они либо стальные, либо из высокопрочного алюминиевого сплава. Зная общее устройство данного двигателя внутреннего сгорания и условия работы его деталей, очевидно, что и клапана и головку цилиндра нужно делать прочными, поскольку они должны выдерживать давление внутри цилиндра более 100 атмосфер. А вот поддон, где собирается масло не несет на себе особой механической нагрузки и выполняется из тонкой листовой стали или алюминия. Характеристики ДВС Когда говорят об автомобиле, то обычно, в первую очередь отмечают двигатель внутреннего сгорания, не его устройство, а его мощность. Она (мощность) измеряется как обычно (по-старинке) в лошадиных силах или (по-современному) киловаттах. Безусловно, чем больше мощность, тем быстрее автомобиль набирает скорость. И в принципе экономичность тем выше, тем двигатель машины более мощный. Однако, это только тогда, когда двигатель постоянно работает на номинальных (экономически оправданных) оборотах. Но на малых скоростях (при неиспользовании полной мощности) КПД сильно падает и если на номинальных режимах дизельный двигатель имеет 40...42% КПД, то на малых только 7%. Бензиновый двигатель не может похвастаться даже этим. Использование полной мощности позволяет экономить топливо. По этой причине расход топлива на 100 километров в малолитражных автомобилях ниже. Этот показатель может составлять и 5 и даже 4 л/100 км. Расход у мощных внедорожников может составлять и 10 и даже 15 л/100 км. Еще одним показателем для автомобилей является разгон от 0 км/час до 100 км/час. Конечно, чем мощнее двигатель, тем быстрее разгон автомобиля, но про экономичность при этом говорить вообще не приходится.

Итак, двигатель внутреннего сгорания устройство которого Вы теперь знаете, совсем не кажется сложным. И на вопрос «ДВС – что это такое?» Вы можете ответить «Это то, что я знаю».

Устройство двигателя внутреннего сгорания - видео, схемы, картинки

Двигатель внутреннего сгорания — это одно из тех изобретений, которые в корне перевернули нашу жизнь — с лошадиных повозок люди смогли пересесть на быстрые и мощные автомобили.

Первые ДВС обладали малой мощностью, а коэффициент полезного действия не доходил даже до десяти процентов, но неутомимые изобретатели — Ленуар, Отто, Даймлер, Майбах, Дизель, Бенц и множество других — привносили что-то новое, благодаря чему имена многих увековечены в названиях известных автомобильных компаний.

ДВС прошли длительный путь развития от коптящих и часто ломающихся примитивных моторов, до сверхсовременных битурбированных двигателей, но принцип их работы остался все тот же — теплота сгорания топлива преобразуется в механическую энергию.

Название «двигатель внутреннего сгорания» используется потому, что топливо сгорает в середине двигателя, а не снаружи, как в двигателях внешнего сгорания — паровых турбинах и паровых машинах.

Благодаря этому ДВС получили множество положительных характеристик:

  • они стали намного легче и экономичнее;
  • стало возможным избавиться от дополнительных агрегатов для передачи энергии сгорания топлива или пара к рабочим частям двигателя;
  • топливо для ДВС обладает заданными параметрами и позволяет получать значительно больше энергии, которую можно преобразовать в полезную работу.

Устройство ДВС

Вне зависимости от того, на каком топливе работает двигатель — бензин, дизель, пропан-бутан или экотопливо на основе растительных масел — главным действующим элементом является поршень, который находится внутри цилиндра. Поршень похож на металлический перевернутый стакан (скорее подойдет сравнение с бокалом для виски — с плоским толстым дном и прямыми стенками), а цилиндр — на небольшой кусок трубы, внутри которой и ходит поршень.

В верхней плоской части поршня имеется камера сгорания — углубление круглой формы, именно в нее попадает топливно воздушная смесь и здесь же детонирует, приводя поршень в движение. Это движение передается на коленчатый вал с помощью шатунов. Шатуны верхней своей частью прикреплены к поршню с помощью поршневого пальца, который просовывается в два отверстия по бокам поршня, а нижней — к шатунной шейке коленчатого вала.

Первые ДВС имели всего один поршень, но и этого было достаточно, чтобы развить мощность в несколько десятков лошадиных сил.

В наше время тоже применяются двигатели с одним поршнем, например пусковые двигатели для тракторов, которые выполняют роль стартера. Однако больше всего распространены 2-х, 3-х, 4-х, 6-и и 8-цилиндровые двигатели, хотя выпускаются двигатели на 16 цилиндров и более.

Поршни и цилиндры находятся в блоке цилиндров. От того, как расположены цилиндры по отношению к друг другу и к другим элементам двигателя, выделяют несколько видов ДВС:

  • рядные — цилиндры расположены в один ряд;
  • V-образные — цилиндры расположены друг против друга под углом, в разрезе напоминают букву «V»;
  • U-образные — два объединенных между собой рядных двигателя;
  • X-образные — ДВС со сдвоенными V-образными блоками;
  • оппозитные — угол между блоками цилиндров составляет 180 градусов;
  • W-образные 12-цилиндровые — три или четыре ряда цилиндров установленные в форме буквы «W»;
  • звездообразные двигатели — применяются в авиации, поршни расположены радиальными лучами вокруг коленчатого вала.

Важным элементом двигателя является коленчатый вал, на который передается возвратно-поступательное движение поршня, коленвал преобразует его во вращение.

Когда на тахометре отображаются обороты двигателя, то это как раз и есть количество вращений коленвала в минуту, то есть он даже на самых низких оборотах вращается со скоростью 2000 оборотов в минуту. С одной стороны коленвал соединен с маховиком, от которого вращение через сцепление подается на коробку передач, с другой стороны — шкив коленвала, связанный с генератором и газораспределительным механизмом через ременную передачу. В более современных авто шкив коленвала связан также со шкивами кондиционера и гидроусилителя руля.

Топливо подается в двигатель через карбюратор или инжектор. Карбюраторные ДВС уже отживают свое из-за несовершенства конструкции. В таких ДВС идет сплошной поток бензина через карбюратор, затем топливо смешивается во впускном коллекторе и подается в камеры сгорания поршней, где детонирует под действием искры зажигания.

В инжекторных двигателях непосредственного впрыска топливо смешивается с воздухом в блоке цилиндров, куда подается искра от свечи зажигания.

Газораспределительный механизм отвечает за согласованную работу системы клапанов. Впускные клапаны обеспечивают своевременное поступление топливновоздушной смеси, а выпускные отвечают за выведение продуктов сгорания. Как мы уже писали раньше, такая система используется в четырехтактных двигателях, тогда как в двухтактных необходимость в клапанах отпадает.

На данном видео показано как устроен двигатель внутреннего сгорания, какие функции выполняет и как он это делает.

Устройство четырехтактного ДВС

Двигатель внутреннего сгорания

Автомобильные двигатели чрезвычайно разнообразны. Технология, которая применяется при разработке и запуске в производство силовых агрегатов, имеет богатую историю. Требования современности вынуждают производителей ежегодно внедрять в свои проекты доработки и модернизировать имеющиеся технологии.

Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство и принцип работы, способный обеспечивать высокую мощность и длительный период эксплуатации — от пользователя требуется только минимально необходимое обслуживание и своевременный мелкий ремонт.

При первом взгляде сложно представить, как работает двигатель: слишком много взаимосвязанных механизмов собранно в одном небольшом пространстве. Но при детальном изучении и анализе связей в этой системе работа двигателя автомобиля оказывается предельно простой и понятной.

В состав двигателя автомобиля входит ряд узлов, имеющих важное значение и обеспечивающих выполнение рабочих функций всей системы.

Блок цилиндров иногда называют корпусом или рамой всей системы. Описание двигателя не обходится без изучения данного элемента конструкции. Именно в этой части мотора обустроена система связанных каналов, предназначеных для смазки и создания необходимой температуры двигателя внутреннего сгорания.

Верхняя часть корпуса поршня имеет каналы для колец. Сами поршневые кольца подразделяются на верхние и нижние. Исходя из выполняемых функций, данные кольца называют компрессионными. Крутящий момент двигателя определяется прочностью и работой рассмотренных элементов.

Нижние кольца поршня играют важную роль для обеспечения ресурса двигателя. Нижние кольца выполняют 2 роли: сохраняют герметичность камеры сгорания и являются уплотнителями, которые предотвращают проникновение масла внутрь камеры сгорания.

Двигатель автомобиля представляет собой систему, в которой осуществляется передача энергии между механизмами с минимальными потерями ее величины на различных этапах. Поэтому кривошипно-шатунный механизм становится одним из важнейших элементов системы. Он обеспечивает передачу возвратно-поступательной энергии от поршня на коленвал.

В целом, принцип работы двигателя достаточно прост и претерпел мало фундаментальных изменений за период существования. В этом просто нет необходимости — некоторые усовершенствования и оптимизации позволяют достигать лучших результатов в работе. Концепция же всей системы неизменна.

Крутящий момент двигателя создается за счет выделяемой при сгорании топлива энергии, которая передается от камеры сгорания к колесам по соединительным элементам. В форсунках топливо передается в камеру сгорания, где происходит его обогащение воздухом. Свеча зажигания создает искру, которая мгновенно воспламеняет образовавшуюся смесь. Так происходит небольшой взрыв, который обеспечивает работы двигателя.

В результате такого действия происходит образования большого объема газов, стимулируя к совершению поступательных движений. Так формируется крутящий момент двигателя. Энергия от поршня передается на коленвал, который передает движение на трансмиссию, а после этого, специальная система шестеренок переносит движение на колеса.

Порядок работы работающего двигателя незатейлив и при исправных связующих элементах гарантирует минимальные потери энергии. Схема работы и строение каждого механизма основаны на преобразовании созданного импульса в практически используемый объем энергии. Ресурс двигателя определяется износостойкостью каждого звена.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель легкового автомобиля выполняется в виде одного из типов систем внутреннего сгорания. Принцип действия двигателя может отличаться по некоторым показателям, что служит основой для разделения моторов на различные типы и модификации.

В качестве определяющих параметров, служащих для разделения силовых агрегатов на категории, служат:

  • рабочий объем,
  • количество цилиндров,
  • мощность системы,
  • скорость вращения узлов,
  • применяемое для работы топливо и др.

Разобраться в том, как работает двигатель, просто. Но по мере изучения всплывают новые показатели, которые вызывают вопросы. Так, часто можно встретить разделение двигателей по числу тактов. Что это такое и как влияет на работу машины?

Устройство двигателя автомобиля основано на четырехтактовой системе. Эти 4 такта равны по времени — за весь цикл поршень дважды поднимается вверх в цилиндре и дважды опускается вниз. Такт берет начало в тот момент, когда поршень находится в верхней или нижней части. Механики называют эти точки ВМТ и НМТ — верхняя и нижняя мертвые точки соответственно.

Такт № 1 — впуск. По мере движения вниз, поршень втягивает в цилиндр наполненную топливом смесь. Работа системы происходит при открытом клапане впуска. Мощность двигателя автомобиля определяется количеством, размерами и временем, которое клапан открыт.

В отдельных моделях работа педали газа увеличивает период нахождения клапана в открытом состоянии, что позволяет увеличить объем топлива, попадающего в систему. Такое устройство двигателей внутреннего сгорания обеспечивает сильное ускорение работы системы.

Такт № 2 — сжатие. На этом этапе поршень начинает свое движение вверх, что приводит к сжатию полученной в цилиндр смеси. Она сживается ровно до объемов камеры сгорания топлива. Эта камера представляет собой пространство между верхней частью поршня и верхом цилиндра в момент нахождения поршня в ВМТ. Клапаны впуска в этот момент работы прочно закрыты.

От плотности закрытия зависит качество сжатия смеси. Если сам поршень, или цилиндр, или кольца поршней потерты и не в надлежащем состоянии, то качество работы и ресурс двигателя значительно снизятся.

Такт № 3 — рабочий ход. Этот этап начинается с ВМТ. Система зажигания гарантирует воспламенение топливной смеси и обеспечивает выделение энергии. Происходит взрыв смеси, при котором высвобождается энергия. И за счет увеличения объема происходит выталкивание поршня вниз. Клапаны при этом закрыты. Технические характеристики двигателя во многом зависят от протекания третьего такта работы мотора.

Такт № 4 — выпуск. Окончание цикла работы. Движение поршня вверх обеспечивает выталкивание газов. Таким образом, осуществляется вентиляция цилиндра. Этот такт важен для обеспечения ресурса двигателя.

Двигатель имеет принцип работы, основанный на распределении энергии от взрывов газов, требует внимания к созданию всех узлов.

Работа двигателя внутреннего сгорания циклична. Вся энергия, которая создается в процессе выполнения работы на всех 4 тактах работы поршней, направляется на организацию работы автомобиля.

Варианты конструкций внутреннего двигателя

Характеристика двигателя зависит от особенностей его конструкции. Внутреннее сгорание — основной тип физического процесса, протекающего в системе мотора на современных автомобилях. За период развития машиностроения успешно реализовано несколько типов ДВС.

Устройство бензинового двигателя разделяет систему на 2 типа — инжекторные двигатели и карбюраторные модели. Также в производстве есть несколько типов карбюраторов и систем впрыска. Основа работы — сжигание бензина.

Характеристика бензинового двигателя выглядит предпочтительнее. Хотя для каждого пользователя есть свои личные приоритеты и преимущества от работы каждого двигателя. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания является одним из самых распространенных в современном автомобилестроении. Порядок работы мотора прост и не отличается от классической интерпретации.

Дизельные двигатели основаны на применении подготовленного дизельного топлива. Оно попадает в цилиндры через форсунки. Главное преимущество дизельного двигателя заключается в отсутствии необходимости электричества для сжигания топлива. Оно требуется только для запуска двигателя.

Газовый двигатель применяет для работы сжиженные и сжатые газы, а также некоторые другие типы газов.

Узнать какой ресурс у двигателя на вашем авто лучше всего у производителя. Примерную цифру разработчики озвучивают в сопроводительных документах на транспортное средство. Здесь содержится вся актуальная и точная информация о моторе. В паспорте вы узнаете технические параметры мотора, сколько весит двигатель и всю информацию о движущем агрегате.

Срок службы двигателя зависит от качества обслуживания, интенсивности использования. Заложенный разработчиком срок эксплуатации подразумевает внимательное и бережное отношение с машиной.

Что значит двигатель? Это ключевой элемент в автомобиле, который призван обеспечить его движение. Надежность и точность работы всех узлов системы гарантирует качество движения и безопасность эксплуатации машины.

Характеристики двигателей различаются в широких пределах, несмотря на то. Что принцип внутреннего сгорания топлива остается неизменным. Так разработчикам удается удовлетворять потребности покупателей и реализовывать проекты по улучшению работы автомобилей в целом.

Средний ресурс двигателя внутреннего сгорания составляет несколько сотен тысяч километров. При таких нагрузках от всех составных частей системы требуется прочность и точная совместная работа. Поэтому известная и детально изученная концепция внутреннего сгорания постоянно подвергается доработкам и внедрениям новых подходов.

Ресурс двигателей различается в широком диапазоне. Порядок работы, при этом, общий (с небольшими отклонениями от стандарта). Несколько может различаться вес двигателя и отдельные характеристики.

Современный двигатель внутреннего сгорания имеет классическое устройство и досконально изученный принцип работы. Поэтому механикам не составляет труда решить любую проблему в кратчайшие сроки.

Ремонтные работы усложняются в том случае, если поломка не была устранена сразу. В таких ситуациях порядок работы механизмов может, нарушен окончательно и потребуется серьезная работа по восстановлению. Ресурс двигателя после грамотного ремонта не пострадает.

Конструкция мотоцикла: Двигатель - Мотобратва

- Знаю, что бывают двухтактные и четырехтактные двигатели, но плохо представляю разницу между ними. А еще говорят - "двигатель внутреннего сгорания". Это то же самое или что-то совсем другое?


Чтобы наши дальнейшие рассуждения были более понятны, давайте вначале договоримся о терминологии, хотя бы об основных понятиях.
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - механическое устройство, в котором химическая энергия сгорающего топлива превращается в тепловую, а затем - в механическую. Сгорание топлива происходит непосредственно внутри двигателя, в так называемой камере сгорания, образованной цилиндром и его головкой.

Рабочим циклом называется совокупность рабочих процессов, последовательно происходящих в цилиндре. Таких процессов пять: впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск.
Поршень - деталь двигателя, воспринимающая давление газов, образовавшихся при сгорании топлива, и передающая это давление через поршневой палец и шатун на коленчатый вал.
Цилиндр - деталь, внутри которой перемещается поршень. Внутренняя поверхность цилиндра является для поршня направляющей, наружная служит для отвода тепла.
Верхняя мертвая точка (ВМТ) - крайнее верхнее положение поршня.
Нижняя мертвая точка (НМТ) - крайнее нижнее положение поршня.
Такт (или ход) - перемещение поршня из одного крайнего положения в другое. За один такт коленчатый вал поворачивается на 180° (на пол-оборота).
Рабочий объем цилиндра - объем, освобождаемый поршнем при его движении от ВМТ к НМТ. Рабочий объем измеряется в кубических сантиметрах. Для одноцилиндрового двигателя рабочий объем одного цилиндра является и рабочим объемом двигателя. Для многоцилиндровых двигателей рабочий объем определяется как сумма рабочих объемов цилиндров. (Иногда рабочий объем называют литражом). В формулах рабочий объем обозначается Vh;
Объем камеры сгорания - это объем над поршнем при его нахождении в ВМТ. Он обозначается Vc.
Полным объемом цилиндра называется сумма рабочего объема Vh и объема камеры сгорания Vc.
Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси в цилиндре при перемещении поршня из НМТ в ВМТ.
Степень сжатия (E) - отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc
Двухтактный двигатель - двигатель внутреннего сгорания, в котором полный рабочий цикл происходит за два такта или, что одно и то же, за один оборот коленчатого вала.
Четырехтактный двигатель - то же самое, но полный рабочий цикл происходит за четыре такта, то есть за два полных оборота коленчатого вала.
Понятно, что это далеко не все термины, с которыми бы будем сталкиваться в дальнейшем. И потому по мере надобности мы будем объяснять все новые и новые понятия. Пока же этого достаточно, чтобы перейти к главному: рассмотреть рабочие процессы и разобраться в устройстве двигателя.


Рабочий цикл


Его рассмотрение мы начнем с четырехтактного двигателя - так легче понять процессы.
Первый ход поршня вниз  используется для впуска в цилиндр горючей смеси, состоящей из паров топлива и воздуха, связанных определенной пропорцией. Горючая смесь поступает через открытый впускной клапан. Это такт впуска.
Когда поршень достигает НМТ, впускной клапан закроется и поршень, двигаясь в обратном направлении, начнет сжимать смесь, совершая такт сжатия. При сжатии смесь нагревается и активно перемешивается.


Около ВМТ смесь поджигается и сгорает. При этом объем газов многократно увеличивается, возрастает давление в камере сгорания. Поршень под действием этого давления начинает двигаться вниз, происходит такт расширения - единственный полезный рабочий ход.
Когда поршень находится у НМТ, открывается выпускной клапан, и отработавшие газы начинают выходить в атмосферу. Двигающийся к ВМТ поршень активно их вытесняет - происходит такт выпуска.
Затем весь цикл повторяется.
В рассмотренном нами рабочем цикле мы для простоты восприятия считали, что впускной клапан открывается при положении поршня в ВМТ, а выпускной открывается, когда поршень находится в НМТ. На самом деле в реальном двигателе все гораздо сложнее.

Судите сами - ведь клапан не может открыться мгновенно. Для его полного открытия необходимо какое-то время, как и для закрытия.
Поэтому открываться впускной клапан начинает еще до прихода поршня в ВМТ - это называется опережением впуска. Соответственно и закрывается он после прихода поршня в НМТ (запаздывание впуска).
То же самое происходит с выпускным клапаном: он открывается до прихода поршня в НМТ (опережение выпуска) и закрывается после ВМТ (запаздывание выпуска).
Периоды открытия клапанов - они обычно измеряются в градусах поворота коленчатого вала - называются фазами газораспределения. Пользуясь теперь этим термином, можно сказать, что открытие клапанов, с опережением и. закрытие с запаздыванием увеличивает длительность фаз (расширяет фазы). В результате улучшаются наполнение цилиндра горючей смесью и очистка его от отработавших газов, повышается мощность двигателя.
Для наглядности фазы принято изображать в виде круговой диаграммы (рис. 22). Глядя на нее, Даже неподготовленный зритель увидит, что существуют периоды, когда одновременно открыты оба клапана. Эти периоды принято называть перекрытием клапанов. В это время происходят сразу два процесса: заряд цилиндра свежей смесью и очистка его от отработавших газов. С одной стороны, это плохо: часть свежего заряда буквально "вылетает в трубу". С другой стороны, при этом улучшается качество свежего заряда и, значит, горение, стало быть, повышается мощность двигателя.

Диаграмма газораспределения четырехтактного двигателя:
1-впуск; 2 - сжатие; 3 - рабочий ход; 4 - выпуск; 5 - опережение впуска; 6 - перекрытие клапанов; 7 - запаздывание выпуска; 8 - опережение выпуска; 9 - запаздывание впуска.

Из тех же соображений повышения мощности рабочую смесь в камере сгорания и поджигать, очевидно, следует не в момент прихода поршня,в ВМТ, а гораздо раньше (ведь горение - процесс, то же требующий времени). Причем не просто "раньше", а с таким расчетом, чтобы начало рабочего хода совпало с пиком давления над поршнем. Этот момент опережения зажигания для каждого двигателя строго индивидуален. От его величины зависят легкость пуска, развиваемая мощность и топливная экономичность двигателя.

- В четырехтактном двигателе все просто: открываются и закрываются клапаны, происходит впуск и выпуск смеси и газов. Но в двухтактном моторе клапанов нет, а он тоже работает. Как же так?
Верно, главное отличие двухтактного двигателя как раз в том и состоит, что у него нет клапанов. Но процесс газораспределения здесь протекает по тем же законам. Только "заведует" всем этим... поршень. Другое отличие состоит в том, что рабочий процесс про
исходит не только над поршнем, как в четырехтактном моторе, но и под поршнем, в так называемой кривошипной камере, которая в
связи с этим делается герметичной. А третье отличие - в устройстве цилиндра и головки.

Если у четырехтактника цилиндр очень простой, а головка сложная (в ней, как правило, размещаются клапаны), то у двухтактного мотора наоборот: в стенках цилиндра имеются окна и каналы сложной конфигурации, а головка простая.
Чем вызваны эти различия, мы поймем, когда рассмотрим, как протекает рабочий процесс в двухтактном.
Итак, поршень движется вверх. Как только его верхняя кромка перекроет левый продувочный канал, соединяющий цилиндр с кривошипной камерой, в картере под поршнем начинает образовываться разрежение. Пока правый выпускной канал еще открыт, в цилиндре над поршнем идет выпуск и продувка. Но как только верхняя кромка поршня перекроет и этот канал, начнется сжатие.
Продолжая двигаться вверх, поршень своей нижней кромкой откроет правый впускной канал, и в кривошипную камеру, в полость под поршнем, начнет поступать свежая горючая смесь из карбюратора. Начнется впуск.
В момент, когда поршень приблизится к ВМТ на расстояние, соответствующее опережение зажигания (вы уже знаете об этом), искровой разряд подожжет сжатую в камере сгорания смесь. Образовавшиеся при этом горячие газы, стремясь расшириться, заставят поршень, по инерции прошедший ВМТ, устремиться вниз. Произойдет рабочий ход.

Диаграмма газораспределения двухтактного двигателя с золотниковым впуском:
1 - впуск в картер; 2 - сжатие в картере; 3 - продувка; 4 - выпуск; 5 - сжатие в цилиндре; 6 - рабочий ход.

Когда нижняя кромка поршня перекроет впускное окно, в кривошипной камере начнется сжатие (его называют предварительным). Давление под поршнем повысится до 1,25-1,5 кг/см2.
Когда верхняя кромка головки поршня, все еще идущего вниз, откроет выпускное окно, отработавшие газы, сохранившие достаточное давление, устремятся в выпускную систему. Начнется выпуск.
К тому моменту когда давление над поршнем станет почти равным атмосферному, головка поршня откроет и левое продувочное окно. Предварительно сжатая в кривошипной камере горючая смесь через продувочный канал направится в цилиндр и заполнит его, вытесняя отработавшие газы и частично смешиваясь с ними. При этом часть свежего заряда, понятно, вылетит в выпускное окно. (Это называется "прямой выброс"). Произойдет продувка .
Она закончится, когда прошедший НМТ поршень начнет двигаться вверх и перекроет продувочное окно. Выпуск же будет продолжаться до тех пор, пока и выпускное окно не будет перекрыто.
Если попытаться построить уже знакомую нам диаграмму фаз газораспределения, то придется показывать одновременно два процесса: один, происходящий над поршнем, в цилиндре, и другой, протекающий под ним, в кривошипной камере. В результате получится две диаграммы, два кольца. Внутреннее обычно изображает процессы в картере, наружное - в цилиндре.

Диаграммы, естественно, имеют абсолютно симметричные фазы газораспределения.
- Если в двухтактном двигателе рабочий ход происходит в два раза чаще, чем в четырехтактном, то и мощность при том же рабочем объеме должна быть в два раза больше ? Или я чего-то не Понимаю ?
Ну, конечно же, все должно быть именно так. Теоретически. А на практике выходит по-другому.
Несмотря на все ухищрения конструкторов, цилиндры двухтактных моторов все же плохо очищаются от отработавших газов. Как следствие, в них меньше попадает свежей смеси - значит, и процесс горения идет хуже.
К тому же часть свежей смеси успевает выскочить в выпускное окно, вовсе не поработав (помните "прямой выброс"?). А одно только это обстоятельство увеличивает расход топлива на 20-30%. А есть еще "обратный выброс", в карбюратор! На мотоциклах 50-60-х годов, имевших простые сетчатые воздушные фильтры, потери от обратного выброса составляли тоже ощутимую величину - до 25%...
Словом, не получается двойного выигрыша в мощности, сколько ни старайся. Да еще и по токсичности "двухтактник" явно "грязнее" своего четырехтактного соперника.
Тут бы мог прозвучать следующий вопрос: "А зачем же тогда..?" Его в моей почте нет, но он подразумевается с тех самых пор, как шотландский инженер Дугалд Клерк в 1877 году создал двухтактный двигатель такой противоречивый, имеющий множество пороков - и вот уже больше века не сдающийся. А потому ответим.
Затем, что двухтактник гораздо проще по устройству. Проще в изготовлении. Надежнее. Проще в эксплуатации. И дешевле. Согласитесь - не так уж мало. А если еще принять во внимание, что двухтактные двигатели тоже непрерывно совершенствуются (по последним сведениям, австралийской кампанией "Orbital" разработан новый принцип продувки двухтактного двигателя, который выводит этот мотор по топливной экономичности и мощности на один уровень с лучшими четырехтактными образцами), то спор между разными моторами, длящийся уже не одно десятилетие, может никогда не закончиться.


Цилиндропоршневая группа и кривошипно-шатунный механизм


Если у кого-то от этого длинного и чуть-чуть заумного названия побежали мурашки по коже, то это зря. На самом деле в "группу" входят только цилиндр и поршень, а "механизм" объединяет лишь два узла: шатун и коленчатый вал.
Цилиндр - одна из главных деталей двигателя. Внутренняя поверхность цилиндра служит направляющей для поршня, а через наружную отводится тепло. Цилиндр четырехтактного двигателя - самый простой. Обычно он изготавливается из специального чугуна. Внутренняя поверхность, "зеркало", обработана до высокой точности и чистоты. Причем с помощью особой технологии на эту поверхность наносится сетка микроканавок, удерживающих смазку и продляющих срок службы цилиндра.
Если двигатель охлаждается набегающим встречным потоком воздуха, то наружная поверхность цилиндра снабжается развитыми ребрами, улучшающими отвод тепла. Если охлаждение жидкостное - вокруг цилиндра устраивается "рубашка", в которой циркулирует жидкость.
В нижней части цилиндра имеется фланец для крепления к картеру двигателя; в верхней - шпильки для крепления головки.
Это, конечно, лишь общая примитивная схема. На самом деде конструкций великое множество. Что ни мотоцикл, то иная конструкция цилиндра.
Например, чугун, хорошо работающий на истирание и сулящий долговечность, для современного двигателя не годится - слишком тяжелыми были бы цилиндры. И потому инженеры придумали "слоеный" вариант: из чугуна делается только внутренняя тонкостенная гильза, а наружная рубашка - из алюминия. И получилось очень здорово. Ведь алюминий обладает прекрасной теплопроводностью. А как раз это и требуется от рубашки.
Цилиндр двухтактного двигателя гораздо сложнее. В нем, как вы помните, на разной высоте имеются каналы: впускной, выпускной и продувочный. Причем продувочных каналов может быть несколько.
Так как из соображений снижения веса цилиндры двухтактных двигателей тоже сплошь и рядом делают слоеными, то окна в гильзе должны очень точно совпадать с окнами в рубашке: если такого совпадения не будет, резко ухудшится протекание рабочих процессов, мотоцикл потеряет мощность и экономичность. Поэтому спортсмены, использующие двухтактные двигатели, нередко вручную заполировывают каналы и придают входным и выходным кромкам специальную форму, которая обеспечивает наилучшее перетекание горючей смеси.
Продувке двухтактных двигателей во все времена уделялось самое серьезное внимание. Выход каналов в цилиндр строился под строго определенным углом, ширина и высота окон тщательно просчитывались. Иногда для лучшего завихрения топливовоздушной смеси на головке поршня даже устраивался специальный гребешок-отражатель, дефлектор. И типы продувок получали специальные названия: поперечная, возвратно-петлевая, трехканальная, крестообразная и т.д. Не будем на этом останавливаться. Для Вас, начинающих мотоциклистов, сказанного вполне достаточно, чтобы уяснить, как важна продувка для двухтактного двигателя. А те, кто захочет в этом разобраться поглубже, найдут другие книги.


- Читал, что бывают двухцилиндровые двигатели объемом всего 125 см. куб. а бывают и одноцилиндровые с "горшком" в 600 "кубиков". Почему так?
С самого своего рождения и многие, многие годы мотоциклетный двигатель был преимущественно одноцилиндровым. Разве что в классе 750 см3 и выше конструкторы снабжали его парой цилиндров. Да и то отчасти поневоле: приходилось считаться с тем, что не каждый водитель физически в состоянии преодолеть сопротивление смеси, сжимаемой в таком объеме, и провернуть коленчатый вал при пуске.
Одноцилиндровые моторы, как двухтактные, так и четырехтактные, по сей день строятся во всех странах мира и устанавливаются на мотоциклы в тех случаях, когда заведомо главными качествами выступают простота устройства, надежность и дешевизна.
В основном это моторы малых кубатур, рабочим объемом до 100-125 см3.
Однако в последние годы за рубежом появилось целое поколение одноцилиндровых 600-кубовых мотоциклов, таких как Yamaha SRZ 660, Suzuki LS 650P, KTM 620 EGS, Honda XR 650L и им подобных. Чем это вызвано? Чтобы разобраться, начнем "от печки".
Известно, что одноцилиндровый двигатель имеет множество врожденных пороков. Главные из них - неуравновешенность, неравномерность крутящего момента, склонность к вибрациям на больших оборотах, напряженность теплового режима. Прежде, при сравнительной тихоходности моторов, эти недостатки не так бросались в глаза и с ними можно было мириться. С ростом мощностей ситуация стала обостряться. И со временем явно наметилась склонность к росту числа цилиндров. Как правило, двигатели от 250 см3 и выше уже сейчас имеют два и больше цилиндров. Это дробление рабочего объема позволило заметно поднять литровую мощность за счет увеличения числа оборотов и степени сжатия.
Подсчитано, однако, что уменьшать объем одного цилиндра и увеличивать их число можно до определенного предела. Таким пределом по объему считаются 62 см3 и по числу - восемь. В качестве примера можно назвать некогда знаменитый четырехтактный четырехцилиндровый 350-кубовый двигатель гоночного мотоцикла "Восток" (С-364) или четырехтактный восьмицилиндровый(!) 500-кубовый двигатель итальянского гоночного мотоцикла "Guzzi". Дальнейшее увеличение числа цилиндров сталкивается с почти непреодолимыми трудностями компоновки и может быть оправдано только в случае единичного или штучного, в крайнем случае, исполнения. Для серийных же мотоциклов строятся двух-, трех- и четырехцилиндровые моторы.
Не надо обладать богатым воображением, чтобы понять, что сделать одноцилиндровый 350-кубовый двигатель гораздо проще и дешевле, чем того же объема четырехцилиндровый.
Но не только простотой и надежностью объясняется появление на Западе настоящей волны "больших горшков".
Дело в том, что одноцилиндровый двигатель большого объема для сглаживания пульсаций снабжается массивным маховиком, который обеспечивает великолепную равномерность крутящего момента при очень низких оборотах. Долгое время это хорошее качество напрочь уничтожалось чудовищными вибрациями, присущими такому мотору. Но после того как с этой неприятностью научились бороться с помощью особых уравновешивающих валов, ничто уже не могло помешать широкому распространению одноцилиндровых двигателей больших кубатур.
А тут еще выяснилось, что для "прошивания" городских пробок нет лучшего средства, чем специальный мотоцикл: узкий, легкий в управлении, мощный, способный динамично разгоняться, а в случае надобности - и тащиться в потоке со скоростью пешехода. Такие мотоциклы получили название городских "эндуро", и для них идеально подошли одноцилиндровые 600-кубовые двигатели: узкие, мощные, обладающие нужными характеристиками.
Вообще о цилиндрах можно говорить очень долго - ведь их количество и расположение всегда указывается как одна их первых и наиболее важных характеристик мотоцикла.
Но мы вынуждены двигаться дальше: наша дорога длинна, а мы еще только в самом ее начале!
Головка цилиндра  у большинства современных двухтактных двигателей отлита из алюминиевого сплава. Наружная ее поверхность в случае естественного охлаждения сильно оребрена. Внутри располагается камера сжатия, или, как ее чаще называют, камера сгорания.

В головке имеется несколько сквозных отверстий для крепления ее к цилиндру и одно резьбовое, выходящее в камеру сгорания - для свечи зажигания. Прежде на многих двухтактных двигателях в головке делали еще одно резьбовое отверстие для клапана-декомпрессора. Сейчас его ставят все реже.
У верхнеклапанных четырехтактных двигателей головка гораздо сложнее: в ней сделаны гнезда, направляющие и каналы клапанов.
Зачастую тут же располагается распределительный вал с коромыслами: головка имеет патрубки для крепления карбюратора и выпускной системы.
Форма камеры сгорания бывает разной. Но она отнюдь не произвольна, поскольку сильно влияет на качество сгорания. Прежде часто применялись такие формы, как полу-сферическая и "жокейный козырек".
Сейчас широкое распространение получила камера, как бы состоящая из двух сфер - в ней обеспечивается наиболее эффективное сгорание смеси.
- Меня всегда удивляло, что в характеристиках двигателя указывается число и расположение цилиндров - и ни слова о поршнях. Это дискриминация. Поршень - самая главная деталь...
Это чистая правда. Цилиндр пассивен. Поршень же воспринимает давление горячих газов сгорающей смеси и через поршневой палец и шатун передает его на коленчатый вал. Двигаясь возвратно-поступательно в цилиндре, он с частотой до 100 раз в секунду разгоняется до максимальной скорости и тормозит до нуля, испытывая огромные инерционные нагрузки. Действительно, это одна из самых нагруженных деталей двигателя.
Рассмотрим строение поршня (рис. 26).


Поршень двухтактного двигателя: 1 - днище; 2- канавки для поршневых колец; 3 - юбка поршня; 4 - бобышка; 5 - вырезы в юбке; 6 - окно нечетного продувочного канала


В нем различают головку с днищем 1 и юбку 3. В юбке (она играет роль направляющей) имеются специальные приливы - бобышки с отверстиями, в которых располагается поршневой палец.
На боковой поверхности головки, в ее верхней части, проточены канавки 2. В них устанавливаются поршневые кольца.
Поршень непосредственно подвергается температурному воздействию со стороны горячих газов. Охлаждается же он плохо, только свежей смесью и через контакт с зеркалом цилиндра.
Поскольку поршень отливается из алюминиевого сплава, то при нагревании он значительно расширяется. Чтобы его не заклинивало, поршень устанавливают в цилиндр с зазором. Причем зазор по высоте поршня различен: головка имеет наименьший диаметр, нижний пояс юбки - наибольший. Кроме того, юбка еще и овальна в поперечном сечении: она вытянута в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу. Учитывая столь сложную форму поршня, условились измерять его диаметр в одном месте: под нижним поршневым кольцом. По этому размеру и подбираются поршни к цилиндрам.
Поршни четырехтактных нижнеклапанных двигателей имеют плоское днище. У верхнеклапанных оно плоское, с выемками для предохранения клапанов.
Поршни двухтактных двигателей, как вы помните, не только сжимают рабочую смесь в камере сгорания, но и управляют впуском, выпуском и продувкой. В юбке такого поршня имеются специальные вырезы или окна, соответствующие по конфигурации окнам на зеркале цилиндра. А в канавках для поршневых колец устанавливаются стопорные штифты, которые не позволяют кольцам поворачиваться на поршне и тем предохраняют их стыки от попадания в окна и от поломки.
Поршневые кольца разрезные, их изготавливают из таких сортов чугуна или стали, которые обладают пружинящими свойствами. За счет этого кольца хорошо прилегают к зеркалу цилиндра, уплотняя зазор между ним и поршнем. Кольца по назначению бывают двух видов: уплотнительные (или компрессионные) и маслосъемные. Двухтактный двигатель маслосъемных колец не имеет. На поршне четырехтактного такое кольцо устанавливается ниже уплотнительных. При движении поршня оно снимает со стенок цилиндра излишнее масло и сбрасывает его в картер.
Больше трех колец на поршень не ставится: степень уплотнения увеличивается мало, а потери на трение заметно растут.
Стык поршневого кольца называется замком. Замки бывают прямые или косые (у четырехтактного двигателя). На поршне двухтактного двигателя кольцо в замке соответствует форме и расположению стопорного штифта.
Поршневой палец стальной, пустотелый, термически обработанный. В бобышках поршня он чаще всего устанавливается по так называемой плавающей посадке - то есть может свободно поворачиваться. Однако нередко используется и горячая посадка, когда палец зафиксирован в бобышках и поворачиваться может только во втулке. Осевое перемещение пальца ограничивают пружинные стопорные кольца, установленные в проточки бобышек.


Прежде чем перейти к другой детали, отвлечемся немного и поговорим о том, как связаны между собой диаметр цилиндра и ход поршня.
Это не только интересно, но имеет прямое отношение к дальнейшим рассуждениям.
Если сопоставить, к примеру, эти соотношения мотоциклов разных лет, то даже неспециалист заметит, что непрерывно идет процесс уменьшения хода поршня и увеличения его диаметра. Чем это вызвано?
В первую очередь, конечно же, тем, что мотоцикл при этом становится легче: наименьшая поверхность цилиндра достигается при отношении хода поршня к диаметру, равном 1. При уменьшении хода поршня существенно изменяется расстояние, которое он проходит, и, соответственно, средняя скорость, а это не только продляет срок жизни поршня, но и позволяет увеличить частоту вращения коленчатого вала. Небезынтересно отметить: величина средней скорости поршня уже много лет остается почти неизменной, так как за уменьшением хода тут же следует увеличение частоты вращения - благодаря этому растет мощность.


Для четырехтактных двигателей увеличение диаметра цилиндра выгодно еще и потому, что позволяет использовать более крупные клапаны или, что еще лучше, увеличить их число. А это уже влияет на наполнение и тоже поднимает мощность. Существует даже такой термин: "поршневая мощность". Она выражается соотношением, в котором фигурирует площадь поршня, и позволяет судить о степени форсированности двигателя. Увеличить эту площадь можно, увеличивая число цилиндров и уменьшая отношение хода поршня к диаметру. В современных двигателях это отношение близко к единице. А уменьшение его ниже 0,8 совершенно нецелесообразно.
Коленчатый вал и шатун образуют кривошипно-шатунный механизм. Его главное назначение - преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.


Простейший коленчатый вал одноцилиндрового двигателя состоит из коренных и шатунных шеек и щек. Шатунная шейка охватывается нижней головкой шатуна, на коренных вал вращается в подшипниках, установленных в картере. Коленчатые валы многоцилиндровых четырехтактных двигателей часто отливают целиком из высокопрочного чугуна, а затем шейки механически обрабатывают.
Как правило, валы неразборные. Даже в том случае, когда коренные шейки (полуоси) и шатунная шейка соединяются со щеками в горячем состоянии. Так, например, устроен коленчатый вал "Урала"


Отечественный двухцилиндровый двухтактный двигатель "ИЖ-Юпитер" - это, по существу, два одноцилиндровых мотора, 'объединенные общим картером. Поэтому и коленчатый вал - это два самостоятельных вала, соединенные выносным маховиком. Входящие в маховик коренные шейки фиксируются шпонками, а разрезной маховик стягивается мощным болтом.
Маховик - массивный диск, обычно закрепляемый на конце коленчатого вала. Обладая значительной массой, а, следовательно, и инерцией, маховик при вращении коленчатого вала накапливает значительную энергию, которая расходуется во время вспомогательных тактов и сглаживает неравномерность крутящего момента.
Как правило, маховик четырехтактного двигателя располагается на заднем конце коленчатого вала, выходящем из картера, и является частью сцепления. На наружном ободе маховика обычно имеются метки, помогающие устанавливать опережение зажигания и контролировать число оборотов. Если двигатель имеет электрический запуск, то на обод маховика напрессовывается зубчатый венец, в зацепление с которым входит шестерня стартера.
Шатун шарнирно связывает поршень с коленчатым валом. В поперечном сечении шатун чаще всего имеет форму-двутавра. Самый предпочтительный материал - сталь. Конструктивно в шатуне различают верхнюю головку, тело и нижнюю головку. В верхней головке располагается подшипник поршневого пальца. Прежде в большинстве случаев это была бронзовая втулка. Сейчас все чаще - игольчатый подшипник: он более долговечен и надежен при высоких оборотах.
В нижней головке также установлен подшипник. Часто его внутренней обоймой является сама шейка коленчатого вала, а наружной - специальное термически обработанное кольцо, запрессованное в головку шатуна. Иногда нижняя головка бывает разъемной - тогда в нее устанавливаются вкладыши.
В отличие от роликового подшипника качения такой вариант называется подшипником скольжения. Так устроен, например, шатун мотоцикла "Днепр".


Картер


Как рама соединяет в одно целое все агрегаты и узлы мотоцикла, так картер соединяет воедино силовой агрегат. Через точки крепления на картере чаще всего этот агрегат соединяется и с рамой. Картер отливается из алюминиевого сплава. На его конструкции существенно отражается характер рабочего процесса двигателя.
Например, картер четырехтактного двигателя - это чаще всего единая отливка с полостью для коленчатого вала, фланцами крепления цилиндров, масляного насоса, фильтра, с резервуаром для масла и т.п. В его передней и задней стенках проточены отверстия для установки подшипников и сальников.
Картеры двухтактных мотоциклов отличаются тем, что являются общими для двигателя, сцепления и коробки передач (рис. 28). Для удобства разборки и сборки их обычно делают разъемными, состоящими из двух, трех, а то и больше частей. Причем плоскости разъема могут быть как вертикальными (что присуще российским мотоциклам), так и горизонтальными (что часто можно видеть на японских мотоциклах).

Картер двухтактного двигателя:
1 - левая крышка; 2 - пробка маслозаливного отверстия; 3 - прокладка; 4 - левая и правая половины картера; 5 - крышка коробки передач; 6 - правая крышка


В передней части картера двухтактного двигателя имеется кривошипная камера. Поскольку она участвует в газораспределительном процессе, то ее приходится герметизировать. Для этого в левой половине картера устанавливается резиновое уплотнение (сальник), препятствующее проникновению в кривошипную камеру масла из полости моторной передачи, а в правой половине - сальник, не позволяющий атмосферному воздуху проникнуть в кривошипную камеру, когда в ней создается разрежение.
Рядом с кривошипной камерой располагаются полости, в которых размещаются валы и шестерни коробки передач, моторная передача и сцепление. Половинки картера соединяются винтами. Уплотнение между половинками обеспечивается за счет чистоты обработки поверхностей и нанесения клея либо герметика.
Дополнительные крышки, закрывающие моторную и главную передачи, обычно уплотняются тонкими картонными или паронитовыми прокладками.


Механизм газораспределения


- В двухтактном двигателе хозяин - поршень, он управляет всем процессом. А как открываются и закрываются клапаны в четырехтактном двигателе?
Ну, в двухтактном двигателе тоже все далеко не так просто, как может показаться на первый взгляд.
Когда мы говорили о диаграмме и фазах газораспределения, мы назвали их симметричными. Это красиво звучит и выглядит, но такие фазы вовсе не идеальны. Происходящие одновременно впуск свежей смеси и выпуск отработавших газов ухудшают экономичность и уменьшают мощность двигателя. А потому заманчиво как-то разделить эти процессы, чтобы лучше очистить цилиндры от газов и увеличить их наполнение свежей смесью. Это позволило бы увеличить литровую мощность, то есть мощность, отнесенную к одному литру рабочего объема.
Самые хитрые системы продувок если и давали какой-то результат, то весьма незначительный.
И тогда появилась новая идея: поставить на впуске золотник - нечто вроде клапана, что позволило бы увеличить продолжительность фазы впуска и исключить так называемый обратный выброс смеси в карбюратор. Это устройство еще называют лепестковым клапаном или обратным пластинчатым клапаном.

 

Лепестковый клапан


Первый клапан представлял собой просто упругую стальную пластинку, расположенную поперек потока свежей смеси. Он, во-первых, оказывал большое сопротивление этому потоку, во-вторых, довольно быстро ломался, не выдерживая бесконечных перегибов - пульсаций.
Однако "лиха беда - начало". Шло время, появлялись новые материалы, отрабатывались технологии. И вот уже клапаны на впуске стали серийно устанавливаться на многие мотоциклетные двигатели, в том числе отечественные. И это позволяет экономить до 15% топлива при одновременном улучшении динамических показателей мотоцикла.
Воодушевленные успехом конструкторы обратили свои взоры на выпуск - ведь там тоже происходит безобразная утечка смеси. И тут же появились клапаны на выпуске; их назвали мощностными. Но о них мы поговорим чуть позже.
А пока вернемся к четырехтактному двигателю и его системе газораспределения.
Принято различать два типа механизмов: верхнеклапанный и нижнеклапанный.
В первом случае клапаны располагаются в головке цилиндров и приводятся в действие от распределительного вала, находящегося внизу, с помощью длинных толкателей, штанг и коромысел. Недостатки этой системы стали проявляться все отчетливее по мере роста числа оборотов двигателя. Ведь даже самые легкие толкатели обладают массой, значит, инерцией, и на каком-то этапе они стали запаздывать. Точнее говоря, перестали точно отслеживать профили кулачка распредвала. Нарушились фазы, и это стало приговором верхнеклапанному механизму.
При нижнеклапанном газораспределении клапаны располагаются в теле цилиндра, привод осуществляется коромыслами либо толкателями. Такая Схема оказалась гораздо более живучей, поскольку масса частей, движущихся возвратно-поступательно, невелика.
Но и ее погубили врожденные пороки: очень большая поверхность камеры сгорания провоцирует детонацию, да и быстроходность моторов с этой схемой не превышает 4500 об/мин, что на сегодня недопустимо мало.
Гораздо популярнее на современных мотоциклах схема с верхним расположением клапанов, но пока еще с нижним распредва-лом, получившая условное обозначение OHV по первым буквам английских слов Over head valve. В этом варианте двигатель может развивать до 7000 об/мин.
Когда же распределительный вал перенесли в головку и он стал непосредственно через коромысла воздействовать на клапаны (схема называется OHC), мотор получил способность "раскручиваться" до 9000 об/мин. Этот вариант был очень популярен в 70-е годы.
Наконец, для очень быстроходных моторов придумали вариант с двумя распредваламй в головке - он называется DOHC (D - это double, то есть дубль). Тут уж вовсе отсутствуют возвратно-поступательно движущиеся толкатели или штанги - а потому моторы могут развивать до 11-12 тысяч об./ мин.
Впрочем, пружина, как выяснилось, тоже обладает "временем срабатывания". И при каких-то, пусть даже очень высоких частотах вращения распредвала она не успевает разжиматься. Для таких особо сложных случаев придуман так называемый десмодромный механизм, в котором клапаны и закрываются, и открываются под действием кулачков, пружин в нем нет вообще (рис. 30). Эту схему придумали конструкторы итальянской фирмы Ducati. И она себя оправдала её гоночный двигатель объемом 125 см3 развивал 16 тыс. об/мин и был при этом очень надежным. Недостаток у этой конструкции один: она дорого обходится в производстве и сложна в эксплуатации. Однако это не мешает итальянцам использовать ее даже на дорожных мотоциклах.

 

Десмодромный механизм


Самая распространенная на сегодня схема газораспределения - DOHC. По ней работает большинство современных четырехтактных моторов. Причем все чаще вместо двух клапанов на цилиндр применяют 4, 5, а иногда уже и 6 клапанов. Благодаря этому общее проходное сечение для впуска и выпуска становится больше, улучшаются очистка и наполнение цилиндров. Клапаны меньшего диаметра лучше охлаждаются, их масса меньше, значит, можно еще хоть на немного поднять обороты двигателя. К сожалению, и это усложнение конструкции заметно повышает стоимость мотоцикла и потому не применяется в тех случаях, когда на первом месте стоят дешевизна и простота.


- В автомобильных двигателях привод распредвала осуществляется цепью или ремнем. А как это делается в мотоциклетных моторах?
Тип привода распредвала зависит в первую очередь от того, где располагается распредвал. Если он находится внизу, в картере, то все очень просто: достаточно обычной шестеренной передачи. Она обеспечивает точность фаз газораспределения и очень надежна.
Если же вал находится в головке цилиндров, то привод шестернями становится неудобным, очень громоздким. И ему на смену приходит втулочно-роликовая цепь. Ее преимущества очевидны: она легче, компактнее и дешевле. Но столь же очевидны и недостатки. Цепь изнашивается и вытягивается, заметно нарушая фазы; цепь "шумит" и требует постоянного наблюдения и ухода.
А потому, как и на автомобильных моторах, на мотоциклах все чаще вместо цепи применяется зубчатый ремень. Он, конечно, тоже со временем изнашивается. Но цена ремня невелика, и заменить его в назначенный срок - дело совсем не трудное.
Таким образом, мы рассмотрели основные механизмы двигателя и теперь переходим к рассмотрению его систем. Их пять: системы смазки, охлаждения, питания, выпуска и электрооборудования.

Система смазки


Трение - злейший враг любого механизма, в том числе и двигателя внутреннего сгорания. Когда трущиеся поверхности тщательно обработаны, трение меньше; при грубой обработке силы трения могут достигать таких величин, что детали будут нагреваться вплоть до спекания и оплавления.
Сущность и смысл процесса смазки заключается в том, что масло подается между трущимися поверхностями, образует масляный клин и разъединяет эти поверхности. Сухое трение заменяется
жидкостным, которое в сотни раз меньше. Кроме того, масло отводит тепло от деталей и уносит из зоны контакта продукты износа.
В четырехтактных двигателях традиционно применяется закрытая циркуляционная система смазки. При этом масло из картера забирается масляным насосом и под давлением подается к коренным подшипникам коленчатого вала, распределительному валу, толкателям, коромыслам и некоторым другим деталям, от которых потом сбрасывается снова в картер.
Под давлением, а частично за счет масляного тумана смазывается подшипник нижней головки шатуна.


 

Система смазки мотоцикла "Урал":

1 - масляный насос; 2 - масляный фильтр; 3 - редукционный клапан; 4 - канал подвода масла к левому цилиндру; 5 ~ каналы подвода масла в кожухи штанг и головки цилиндров; 6 - отверстия в бобышках поршня для смазывания пальцев


В некоторых случаях зеркало цилиндра, поршень и поршневой палец смазываются за счет разбрызгивания масла - тогда система называется комбинированной.
В описаниях зарубежных четырехтактных мотоциклов нередко встречается термин "сухой картер". Это значит, что при таком исполнении масло хранится в отдельном масляном баке, а после того как отработает в узлах трения и будет сброшено в картер, с помощью насоса тут же снова через фильтр отправится в свою емкость.
Двухтактные двигатели изначально отдельной системы смазки не имели - это было их большим плюсом, снижавшим стоимость мотоцикла в целом. Масло в определенной пропорции подмешивалось к бензину и в таком виде подавалось в двигатель, смазывая по пути все трущиеся пары.
Соотношение бензина и масла в смеси зависело от конструкции двигателя и его состояния. Для отечественных моторов, как правило, на 10 л топлива нужно было добавить 400 мл масла, то есть соотношение было 25:1. В зарубежных двухтактных моторах, где нередко к подшипникам коленчатого вала масло подавалось отдельно, соотношение было 33:1, а порой и 50:1.
При всей своей простоте и привлекательности такой способ смазки таил в себе множество недостатков.
Во-первых, масло и бензин имеют разную плотность и еще более разную способность испаряться. А потому, попадая в кривошипную камеру, масло сразу же оседает на ее стенках, стекает вниз, и значительная часть его не участвует в процессе смазки.
Во-вторых, при таком способе смазки важно, чтобы бензин и масло были тщательно перемешаны - а это не всегда удается сделать. И последствия в случае плохого перемешивания могут быть для двигателя самыми тяжелыми.
В третьих, масло в смеси подается к трущимся парам всегда в одной и той же пропорции, не зависящей от режима работы двигателя. Это приводит к заведомому перерасходу масла и, что гораздо хуже, к большому выделению вредных веществ с продуктами сгорания.
Кроме того, масло, попадающее вместе с бензином в камеру сгорания, оседает на самых нагретых частях двигателя и образует толстый слой нагара, состоящий из тяжелых невыгоревших смол. Этот слой ухудшает охлаждение деталей, в первую очередь головки цилиндра и днища поршня, и может привести к калильному зажиганию и даже прогоранию поршня. (Калильное зажигание - неблагоприятный процесс, при котором воспламенение смеси происходит не от искры, а от раскаленных частиц нагара или металла).
Нагар активно образуется и на электродах свечей зажигания, увеличивая электрическое сопротивление и ухудшая искрообразование вплоть до полного отказа свечи.
Согласитесь, недостатков оказалось так много, что они затмили все преимущества "старой доброй системы". И конструкторы активно занялись поисками способов улучшения системы смазки, ее оптимизации. Эти поиски привели к созданию так называемой раздельной системы смазки.
Впервые в отечественной практике она была серийно использована на мотоцикле ИЖ-"Планета-Спорт" в 1974 году. И автору довелось участвовать в ее испытаниях.
Потом, когда "ПС" сняли с производства, был довольно длинный период забвения. И только с 1994 года раздельная смазка, пережив модернизацию, избавившись от детских болезней, снова вернулась на серийные ИЖи и другие мотоциклы.
Система обеспечивает строго дозированную смазку деталей цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Она состоит из отдельной масляной емкости, размещенной в левой крышке картера, но изолированной от полости сцепления; разме-щенного там же винтового масляного насоса, маслопроводов, распылителя и троса управления, соединенного с ручкой "газа". Главная часть системы - насос. Он состоит из собственно винтового насоса, поршневого клапанадатчика, дозатора и диафрагменного обратного клапана.
Масло через канал попадает в корпус насоса, захватывается его винтом и подается под крышку насоса и далее к клапану-датчику. Под давлением масла поршень, преодолевая усилие пружины, отходит от седла (при этом он размыкает электрический контакт и на щитке приборов гаснет лампа, показывая, что в системе смазки есть давление) и освобождает маслу проход к дозатору.
Не будем останавливаться подробно на конструкции дозатора. Скажем лишь, что это устройство связано тросом с ручкой "газа" и в зависимости от положения ручки (а значит, и от режима работы двигателя) уменьшает или увеличивает подачу масла.
Упомянутый нами диафрагменный клапан не позволяет маслу из магистрали стекать обратно в масляную емкость при неработающем двигателе, служит для регулирования минимальной подачи масла на режиме холостого хода двигателя.
Опять-таки опуская длинные и подробные описания процессов, которые вряд ли уместны в нашей книжке" скажем, что при использовании системы раздельной смазки обеспечивается соотношение масло/бензин от 1:100 на режиме холостого хода до 1:25 на режиме номинальной емкости. А средние эксплуатационные соотношения составляют от 1:33 до 1:67. И это не предел: конструкторы утверждают, что при использовании специальных масел для двухтактных двигателей и некоторой доработке насоса расход масла может быть уменьшен еще раза в два!
Понятно, что одно применение раздельной смазки еще не решает всех проблем двухтактного двигателя. Но также понятно, что это очень сильный ход. А потому в 90-е годы для зарубежных мотоциклов с двухтактными двигателями раздельная смазка стала почти обязательным элементом конструкции.


Ход всасывания - обзор

Основы дизельного двигателя

Дизельный двигатель - это тепловой двигатель, который использует свойства газа для преобразования тепловой энергии в механическую. Когда масса воздуха содержится в ограниченном объеме, таком как цилиндр двигателя, а затем к нему добавляется тепло, давление газа увеличивается. Это увеличение давления можно использовать для создания механической силы, мощности. Поперечное сечение цилиндра дизельного двигателя показано на рис.5.1.

Рисунок 5.1. Поперечное сечение цилиндра дизельного двигателя.

Источник: Министерство энергетики США.

Большинство дизельных двигателей имеют четырехтактный двигатель, как и двигатель с искровым зажиганием. Для идеализированного двигателя эти четыре такта представляют собой такт впуска, когда воздух втягивается в цилиндр через клапан, когда поршень движется от верхней мертвой точки (ВМТ - см. Главу 4) к нижней мертвой точке (НМТ). Когда он достигает НМТ, клапан закрывается 1 , и поршень возвращается в ВМТ, при этом сжимая воздух внутри цилиндра.Когда он снова достигает ВМТ, дизельное топливо впрыскивается в сжатый газ, который теперь очень горячий в результате сжатия, и топливо сгорает, повышая температуру и, следовательно, давление внутри цилиндра. Это дополнительное давление на головку поршня заставляет поршень вернуться в положение НМТ, обеспечивая рабочий ход двигателя, который можно использовать для обеспечения механического привода. Наконец, при НМТ поршень снова возвращается, на этот раз со вторым выпускным клапаном, открытым, когда воздух и продукты сгорания выбрасываются из цилиндра.

Стадии цикла можно представить в виде диаграммы давление-объем, которая представляет газы внутри цилиндра двигателя. В идеализированном виде это показано на рис. 5.2. На этой диаграмме игнорируется первый ход цикла, в котором воздух втягивается в цилиндр, и последний ход, при котором удаляются газы сгорания, потому что эти два хода в идеале не предполагают обмена энергией. (На практике для завершения им требуется энергия, но ее количество невелико по сравнению с энергообменом, связанным с двумя другими ударами.) В позиции 1 на схеме предполагается, что цилиндр заполнен воздухом, и этот воздух сжимается поршнем, когда он перемещается в положение 2. Этот ход сжатия уменьшает объем, увеличивает давление и повышает температуру воздуха. Топливо впрыскивается в положение 2 и воспламеняется, что приводит к дальнейшему резкому увеличению температуры и давления, поскольку поршень начинает двигаться от ВМТ и объем цилиндра увеличивается. Затем следует рабочий ход 3–4, когда объем внутри цилиндра увеличивается, а давление падает.Наконец, в конце рабочего хода 4 выпускной клапан открывается, и избыточное давление сбрасывается, опять же мгновенно в этой идеальной версии. Затем следуют такт выпуска и такт впуска, оба из которых имеют место в позиции 1.

Рисунок 5.2. Идеализированная термодинамическая диаграмма давление – объем для дизельного двигателя.

Источник: Викимедиа.

Если сравнить рис. 5.2 с рис. 4.2, на котором показан цикл двигателя с искровым зажиганием, единственная разница заключается в изменении, которое происходит при сгорании.В двигателе с искровым зажиганием предполагается, что это происходит мгновенно внутри цилиндра при постоянном объеме, поскольку поршень не успевает двигаться во время взрывного сгорания. В дизельном цикле сгорание длится дольше и предполагается, что оно происходит при постоянном давлении, когда поршень движется от ВМТ.

Такт сжатия 1–2 требует использования энергии для сжатия газа в цилиндре. С другой стороны, рабочий ход от 2 до 4 генерирует мощность. Чистое количество энергии, доступное для полезной работы, и есть разница между ними.Математически это представлено областью цикла на диаграмме.

Разъяснение конструкции нового двухтактного двигателя

С каждым днем ​​на горизонте появляется все больше и больше новых электромобилей, и будущее двигателей внутреннего сгорания кажется темнее. Но этот новый тип сверхэффективного двигателя может продержаться еще немного.

Road & Track соавтор Джейсон Фенске разбирает новый дизайн, опубликованный Обществом автомобильных инженеров, в новом видео для своего канала YouTube «Engineering Explained».Несмотря на то, что в нем используются поршни и топливо, его конструкция не похожа ни на один другой традиционный двигатель внутреннего сгорания, который используется сегодня на дороге.

В отличие от обычного двигателя внутреннего сгорания, в котором одна и та же камера используется для сжатия, смешивания и сжигания топливовоздушной смеси, входное зажигание распределяет работу между тремя разными камерами. Первый, оснащенный поршнем, сжимает воздух для создания давления и нагрева. Затем он отправляет сжатый воздух в резервуар, который поступает в другое пространство, где сжатый воздух смешивается с топливом.Затем эта горячая топливно-воздушная смесь всасывается в другую камеру с помощью скользящего клапана, где из-за тепла внутри цилиндра она воспламеняется (без использования свечи зажигания). Вот откуда взялось название «зажигание».

Это много для переваривания, мы знаем. Фенске объясняет это более подробно в видео выше. Поскольку конструкция обеспечивает такты впуска и сгорания одновременно (помните, в разных цилиндрах), технически это двухтактный двигатель. Этот метод обеспечивает более высокую степень сжатия и более обедненное соотношение воздух-топливо, обеспечивая теоретический тепловой КПД 63 процента - на 14 процентов лучше, чем у обычного традиционного двигателя внутреннего сгорания.

Конечно, мы не собираемся в ближайшее время увидеть появление двигателей с внутренним зажиганием в дорожных автомобилях. Этот метод недоказан и несет в себе множество неизвестных в отношении охлаждения, балансировки и надежности. Тем не менее, это признак того, что в мире топливных двигателей не все потеряно.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Высокоэффективный шеститактный двигатель внутреннего сгорания с впрыском воды для рекуперации тепла выхлопных газов в цилиндрах (Журнальная статья)

Конклин, Джим, и Шибист, Джеймс П. Высокоэффективный шеститактный двигатель внутреннего сгорания с впрыском воды для рекуперации тепла выхлопных газов в цилиндрах . США: Н. П., 2010. Интернет. DOI: 10.1016 / j.energy.2009.12.012.

Конклин, Джим и Шибист, Джеймс П. Высокоэффективный шеститактный двигатель внутреннего сгорания с впрыском воды для рекуперации тепла выхлопных газов в цилиндрах . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.12.012

Конклин, Джим, и Шибист, Джеймс П.Пт. «Высокоэффективный шеститактный двигатель внутреннего сгорания с впрыском воды для рекуперации тепла выхлопных газов в цилиндрах». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.12.012.

@article {osti_1035139,
title = {Высокоэффективный шеститактный двигатель внутреннего сгорания с впрыском воды для рекуперации тепла выхлопных газов в цилиндрах},
author = {Конклин, Джим и Сибист, Джеймс П.},
abstractNote = {Здесь представлена ​​концепция, которая добавляет два дополнительных хода к четырехтактному циклу Отто или дизельному циклу, который может повысить топливную эффективность основного цикла.Цикл двигателя можно представить как 4-тактный цикл Отто или Дизель, за которым следует 2-тактный паровой цикл рекуперации тепла. Раннее закрытие выпускного клапана во время такта выпуска в сочетании с впрыском воды используются для добавления дополнительного рабочего хода в конце обычного четырехтактного цикла Отто или Дизельного цикла. Идеальная термодинамическая модель сжатия выхлопного газа, впрыска воды вверху в центре и расширения была использована для исследования этой модификации, которая эффективно утилизирует отходящее тепло как охлаждающей жидкости двигателя, так и выхлопных газов сгорания.Таким образом, эта концепция рекуперирует энергию из двух источников отработанного тепла современных двигателей и преобразует тепло, обычно сбрасываемое, в полезную мощность и работу. Эта концепция обладает потенциалом значительного увеличения эффективности использования топлива по сравнению с существующими традиционными двигателями внутреннего сгорания и при соответствующих условиях впрыска воды увеличивает эффективность использования топлива без снижения удельной мощности. Изменяя угол закрытия выпускного клапана во время такта выпуска, можно повторно сжать идеальное количество выхлопных газов для количества впрыснутой воды, тем самым минимизируя затраты работы и максимизируя среднее эффективное давление такта расширения пара (MEPsteam).Величина закрытия этого выпускного клапана для максимального количества пара MEP зависит от предельных условий либо одного бара, либо от температуры точки росы смеси газа расширения / влаги, когда выпускной клапан открывается для удаления отработанной газовой смеси в шестом такте. Диапазон MEPsteam, рассчитанный для геометрии обычного бензинового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и для вероятных параметров впрыска воды, составляет от 0,75 до 2,5 бар. Типичное среднее эффективное давление сгорания (MEP-горение) бензиновых двигателей без наддува составляет до 10 бар, таким образом, эта концепция может значительно повысить эффективность двигателя и экономию топлива, не приводя к снижению удельной мощности.},
doi = {10.1016 / j.energy.2009.12.012},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1035139}, journal = {Journal of Engineering for Gas Turbines & Power},
number = 4,
объем = 35,
place = {United States},
год = {2010},
месяц = ​​{1}
}

различных тактов: двигатели внутреннего сгорания по-прежнему доставляют

Предсказания относительно прекращения существования двигателя внутреннего сгорания (ДВС) имеют долгую историю.Постоянно растущее количество гибридных и полностью электромобилей на дорогах, так сказать, только подлило масла в огонь. Но в то время как скептики пытались решить, сколько еще лет осталось ICE, инженеры и провидцы из нескольких разных компаний искали способы продлить его жизнь в будущем. Они достигли этого, полностью переосмыслив, как работает ICE и как он выглядит.

В этой статье мы рассмотрим новые технологии, разработанные этими компаниями.Простые рядные или V-образные поршневые двигатели в эту группу однозначно не входят. Остается только догадываться, сколько (или будут ли вообще какие-либо) этих моделей когда-либо появятся в серийном автомобиле, который вы увидите в своем магазине. А пока интересно посмотреть, как далеко вы можете зайти с воздухом, небольшим количеством топлива и большой изобретательностью.

EcoMotors International ( www.ecomotors.com ) разработала двигатель с оппозитными поршнями и оппозитными цилиндрами (OPOC), который будет работать на различных видах топлива, включая бензин, дизельное топливо и этанол.Оригинальная конструкция двигателя OPOC имеет долгую историю, восходящую к первому десятилетию прошлого века, когда на нем устанавливались французские легковые автомобили Gobron-Brillié. Позднее эта конструкция использовалась в двигателях подводных лодок и локомотивов Fairbanks Morse, двигателях Grey Marine и Detroit Diesel, а также в двигателях немецких самолетов Junker во время Второй мировой войны.

Двигатель EcoMotors OPOC - это двухтактный, горизонтально-оппозитный, двухконтурный, четырехпоршневой двигатель. В каждом отверстии цилиндра находится по два поршня. Внутренний набор поршней прикреплен непосредственно к коленчатому валу, и они работают почти так же, как и в традиционном поршневом двигателе.Внешний набор поршней прикреплен к коленчатому валу с помощью длинных титановых шатунов, которые прикреплены к подшипнику в задней части каждого поршня. Наружные поршни отражают движение внутренних поршней, двигаясь к коленчатому валу, когда внутренние поршни удаляются от него.

Впуск и выпуск осуществляется аналогично обычному двухтактному дизельному двигателю - внешний нагнетатель воздуха (нагнетатель или турбокомпрессор) нагнетает воздух в цилиндр через отверстия на одной стороне гильзы цилиндра.По мере движения поршней порты закрываются, и воздух сжимается между двумя сходящимися поршнями. Топливо впрыскивается напрямую, и смесь может быть воспламенена искровым зажиганием или воспламенением от сжатия, в зависимости от используемого топлива. Выхлопные газы удаляются через отверстия на другой стороне отверстия цилиндра, когда они открываются в конце хода поршня.

Поскольку событие сгорания происходит в середине отверстия цилиндра между двумя подвижными поршнями, существует большая площадь поверхности, на которую влияет давление сгорания.Следовательно, большая часть энергии, выделяемой при сгорании, преобразуется в механическую силу. В результате получается двигатель, удельная мощность которого выше, чем у традиционного двигателя (более одной лошадиных сил на фунт веса двигателя).

Эта конструктивная конфигурация также устраняет необходимость в компонентах головки блока цилиндров и клапанного механизма обычных двигателей, предлагая компактную и простую конструкцию основного двигателя. Фактически, деталей на 50% меньше, чем на обычном двигателе. Благодаря возвратно-поступательному действию поршней все силы двигателя противодействуют друг другу, что снижает уровень шума и вибрации.

Если требуется больше мощности, дополнительные модули могут быть соединены вместе, а затем разделены по желанию с помощью электронного механизма сцепления. Эта функция переменного рабочего объема позволяет удвоить выходную мощность, когда это необходимо для более крупных транспортных средств, а затем отключать, когда она больше не нужна, чтобы обеспечить значительную экономию топлива. Производитель заявляет, что семейство двигателей легче, эффективнее и экономичнее, чем у обычных двигателей, с меньшими выбросами выхлопных газов.

Pinnacle Engines ( www.pinnacle-engines.com ) применил другой подход к конструкции двигателя с оппозитными поршнями (OP). Парные поршни, обращенные друг к другу внутри общих цилиндров, по-прежнему используются, но вместо одного коленчатого вала используется два. Они находятся на внешней стороне горизонтально противоположной компоновки двигателя и синхронно перемещают парные поршни навстречу друг другу. Два коленчатых вала соединены друг с другом, чтобы все было синхронизировано.

Как и двигатель EcoMotors OPOC, конструкция OP компании Pinnacle Engines не требует головки блока цилиндров или клапанного механизма.И, как и многое другое в автомобильной промышленности, если вы посмотрите достаточно далеко, вы обнаружите, что эта конструкция была опробована и раньше (авиационные двигатели Второй мировой войны).

Отличие состоит в том, что компания взяла эту четырехтактную, с искровым зажиганием (SI), оппозитно-поршневую, втулочно-клапанную архитектуру и добавила так называемый цикл Кливза, названный в честь Монти Кливза, основателя и главного технического директора компании. Управление золотниковым клапаном двигателя позволяет двигателю обеспечивать сгорание по циклу Отто (сгорание с постоянным объемом) или по дизельному циклу (сгорание с постоянным давлением), в зависимости от условий эксплуатации и имеющегося топлива.

Помимо устранения необходимости в обычном клапанном редукторе, требуется половина общего количества компонентов системы зажигания и впрыска по сравнению с обычным оппозитным двигателем, поскольку два поршня имеют общий канал. Модульная конструкция двигателя легко масштабируется в зависимости от требуемой выходной мощности.

Считается, что конструкция совместима с большинством видов топлива, включая бензин, дизельное топливо, природный газ, пропан и их заменители биотоплива (например, этанол). По словам производителя, дополнительных улучшений эффективности можно достичь за счет включения регулируемых фаз газораспределения, механизма переменной степени сжатия, прямого впрыска и турбонаддува.Компания заявляет о повышении топливной эффективности от 30% до 50%. Также утверждается, что за счет точного управления тепловым циклом сокращаются выбросы выхлопных газов.

Компания Achates Power ( www.achatespower.com ) разработала двухтактный дизельный двигатель с оппозитными поршнями, в котором используются два поршня с возвратно-поступательным движением на цилиндр. Как и другие конструкции с оппозитными поршнями, двигатель Achates Power не требует головок цилиндров, которые являются основным источником тепловых потерь в обычных двигателях.Порты в стенках цилиндров двигателя заменяют тарельчатые клапаны и клапанные механизмы, создающие трение, в обычных двигателях. Впускные отверстия на одном конце цилиндра и выпускные отверстия на другом активируются движением поршня и обеспечивают эффективное удаление воздуха.

Компания утверждает, что ее собственная конструкция цилиндра и поршня обеспечивает повышение эффективности сгорания и расхода масла для соответствия самым строгим нормам по выбросам. Считается, что в сочетании с преимуществом теплового КПД, присущим двигателям с оппозитным расположением поршней, его конструкция обеспечивает значительное снижение расхода топлива по сравнению с обычными четырехтактными двигателями с воспламенением от сжатия.Использование двухтактного воспламенения от сжатия позволит использовать возобновляемые виды топлива второго поколения, полученные из соевых бобов, биомассы, водорослей и других источников.

Scuderi Group ( www.scuderigroup.com ) разработала двигатель, использующий конструкцию с разделенным циклом, которая разделяет четыре такта цикла сгорания между двумя цилиндрами. Один цилиндр обрабатывает такты впуска и сжатия (цилиндр компрессора), а другой отвечает за такты мощности и выпуска (цилиндр расширителя).

За счет разделения четырех тактов между двумя цилиндрами двигатель может производить один цикл сгорания на один оборот коленчатого вала, как и двухтактный двигатель. Кроме того, отделив цилиндр сжатия от силового цилиндра, можно уменьшить размер цилиндра компрессора, чтобы исключить некоторую отрицательную работу такта сжатия. Мощность двигателя - это разница между положительной работой, производимой рабочим ходом, и отрицательной работой, потребляемой в течение остальной части цикла.

Турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов нагнетает максимальный объем воздуха в цилиндр компрессора. После дальнейшего сжатия поршнем компрессора воздух передается между парными цилиндрами через переходной канал. Полностью регулируемые переключающие клапаны, открывающиеся наружу, регулируют поток сжатого воздуха из первого цилиндра во второй. В нужный момент топливо может впрыскиваться напрямую в цилиндр детандера или впрыскиваться в наддувочный воздух во время передачи в цилиндр детандера через переходной канал.

Поскольку сжатый воздух передается в цилиндр детандера из переходного канала, звуковой поток и высокая турбулентность улучшают смешивание топлива с воздухом и способствуют стабильному, надежному сгоранию. Результирующая скорость пламени необычайно высокая, с продолжительностью горения от 10% до 90% при угле поворота коленчатого вала всего 12 °. Чрезвычайно быстрое сгорание и поздняя подача топлива обеспечивают высокую характеристику предотвращения детонации, а быстрое расширение во время сгорания снижает выбросы NOX - значительно ниже уровня обычного двигателя - без использования рециркуляции выхлопных газов (EGR).

Цикл Миллера был первоначально разработан для увеличения теплового КПД четырехтактного двигателя с наддувом за счет уменьшения хода сжатия по сравнению с тактом расширения. Это было достигнуто за счет использования стратегии фаз газораспределения, которая закрывала впускной клапан раньше, чем поршень достиг своей нижней мертвой точки (НМТ). Стратегия раннего выбора времени эффективно сократила ход сжатия без сокращения хода расширения.

Однако из-за преждевременного закрытия впускного клапана событие клапана не может быть оптимально рассчитано по времени для обеспечения максимальной объемной эффективности, и часть доступного рабочего объема не может быть использована.Кроме того, при преждевременном закрытии клапана событие клапана происходит, когда скорость поршня и скорость воздуха высоки, как и связанные с этим насосные потери.

Вместо смещения момента закрытия впускного клапана (IVC) расширенное расширение в двигателе с разделенным циклом Scuderi достигается за счет уменьшения фиксированного рабочего объема цилиндра компрессора по сравнению с фиксированным рабочим объемом цилиндра расширителя. Путем дифференцирования размеров цилиндров IVC синхронизируется с периодом низкой скорости поршня, когда можно достичь оптимального состояния захваченной массы и избежать насосных потерь.

В двигателе с разделенным циклом Scuderi также используется резервуар для сжатого воздуха, в котором накапливается энергия сжатого воздуха, вырабатываемая цилиндром компрессора в периоды низкой нагрузки, и используется ее для выработки энергии в периоды высокой нагрузки. Эта технология может быть использована для уменьшения размера и веса двигателя, увеличения удельной мощности и крутящего момента, а также снижения расхода топлива и выбросов.

По словам производителя, в отличие от любой другой технологии поршневого ДВС, технология разделения цикла двигателя Scuderi отделяет процессы сжатия от процессов расширения (сгорания), обеспечивая сжатие независимо от расширения и расширение независимо от сжатия.Когда процессы разделены, энергия, произведенная одним процессом, может храниться до тех пор, пока не понадобится другому. Электроэнергия доступна, когда она нужна, или накапливается, когда она не нужна.

В режиме зажигания и зарядки цилиндры компрессора и расширителя включены, а резервуар для хранения воздуха пополняется во время работы цилиндра расширителя. Воздух поступает в резервуар для хранения воздуха и расширительный цилиндр.

В режиме воздушного расширителя и зажигания цилиндр компрессора отключен, и воздух под высоким давлением для зажигания выпускается из резервуара для хранения воздуха без потока воздуха в цилиндр компрессора или из него.

В режиме воздушного компрессора цилиндр детандера отключен, и цилиндр компрессора перезаряжает резервуар для хранения воздуха во время спуска, торможения и замедления. Воздух поступает в резервуар для хранения воздуха без впрыска топлива или зажигания.

В режиме расширителя воздуха цилиндр компрессора отключен, и воздух под высоким давлением выпускается из резервуара для хранения воздуха для питания двигателя без впрыска топлива или зажигания.

Doyle Rotary Engine ( www.doylerotary.com ) спроектировал и построил (как следует из названия) роторный двигатель. Но двигатель Дойла не похож на роторные двигатели Ванкеля, которые использовались на многих автомобилях Mazda на протяжении многих лет. Скорее, это разновидность радиального двигателя, как на многих винтовых самолетах прошлого. Радиальный двигатель является обычным в том смысле, что коленчатый вал вращается, а цилиндры остаются неподвижными. Обратное верно для роторного двигателя. Коленчатый вал зафиксирован, а картер и цилиндры вращаются вокруг него.Роторы этой конструкции использовались в бипланах Gnome во время Первой мировой войны. Они также приводили в движение автомобили Adams-Farwell, которые производились в относительно небольших количествах между 1905 и 1912 годами.

Двигатель Дойла берет эту конструкцию роторного двигателя и буквально переворачивает ее с ног на голову. В обычном роторном двигателе верхняя часть поршней обращена наружу, а шатуны соединены с центральным коленчатым валом. Каждый цилиндр имеет свою головку блока цилиндров, впускные и выпускные клапаны и систему зажигания.В двигателе Дойла верхние части поршней обращены к центру двигателя. Шатуны направлены наружу и прикреплены к внешнему корпусу. Внешний корпус, поршни и цилиндры вращаются вокруг центральной камеры сгорания на эксцентрике. При вращении корпуса цилиндра эксцентрик заставляет поршни подниматься и опускаться для выработки энергии.

Чтобы усложнить задачу, двигатель Дойла также является конструкцией с разделенным циклом. Есть два набора поршней: один отвечает за впуск и сжатие, другой - за мощность и выпуск.Казалось бы, это приводит к большому количеству вращающегося металла, но компания утверждает, что вращательная масса на самом деле будет меньше, чем у обычного двигателя аналогичной мощности, поскольку внешний корпус изготовлен из алюминия.

Двигатель Doyle не имеет впускных и выпускных клапанов. Порт на обращенном внутрь конце цилиндров позволяет газу поступать в цилиндры и выходить из них, а также в центральную камеру сгорания, которая является общей для всех цилиндров. Одиночная свеча зажигания управляет зажиганием. Верхняя часть роторного двигателя Mazda и уплотнения ротора используются для уплотнения вращающихся частей.

Эта конструкция может быть применена к двигателям различного размера и рабочего объема. Дойл построил прототип двигателя с 12 цилиндрами и рабочим объемом 4,2 л. Парные комплекты цилиндров и поршней также могут быть собраны вместе для производства более крупных двигателей. Дойл совсем недавно уменьшил количество цилиндров, чтобы создать 6-цилиндровый прототип.

В обычном четырехтактном двигателе каждый поршень обеспечивает рабочий ход один раз за каждые два оборота коленчатого вала. Конструкция с разделенным циклом Дойла делает его четырехтактным двигателем, в котором каждый силовой поршень производит рабочий ход при каждом обороте коленчатого вала.Итак, на 12-цилиндровом прототипе на оборот приходится шесть тактов. Компания назвала это циклом Дойля.

Как и следовало ожидать, компания заявляет о нескольких преимуществах его дизайна. Конструкция с разделенным циклом позволяет одному ряду поршней выполнять такты впуска и сжатия (IC), в то время как другой ряд выполняет такты мощности и выпуска (PE). Эти два ряда разделяет центральная камера сгорания. Такая компоновка означает, что поршни и цилиндры IC могут быть сконструированы иначе, чем со стороны PE.Нет необходимости вести огонь до достижения верхней мертвой точки (ВМТ), поэтому топливо может гореть дольше и более полно в камере сгорания.

В обычном двигателе каждая камера сгорания горит немного иначе, чем другие. Это связано с различиями в рабочих температурах и длине всасывания и выхлопа. В двигателе Дойла каждый цилиндр использует одну и ту же камеру сгорания. Это увеличивает согласованность мощности между каждым цилиндром, что приводит к более плавной работе двигателя и постоянным характеристикам износа каждого компонента.

Отсутствие клапанного механизма означает меньшие потери энергии из-за трения. Кроме того, в отличие от обычных клапанов, порты в двигателе Дойла открываются и закрываются мгновенно. Это позволяет каналу оставаться открытым дольше и оставаться на полном потоке намного дольше, чем в обычном клапанном агрегате. Это преимущество наиболее заметно при более высоких оборотах, когда эффективность обычных клапанных механизмов начинает падать. Исключение клапанного механизма также позволяет избавиться примерно от сотни движущихся частей и исключить возможность вздутия прокладок головки блока цилиндров, трещин в головках цилиндров, износа распределительных валов, погнутых или опущенных клапанов или обрыва ремня привода ГРМ.

Заявлены также более низкие выбросы NOX и углеводородов, в первую очередь благодаря конструкции двигателя с разделенным циклом. В обычном двигателе температуры перед воспламенением высоки, потому что свежий воздух, втягиваемый во время такта впуска, попадает в цилиндр, который только что выпустил чрезвычайно горячие газы. Пиковые температуры увеличиваются по мере увеличения угла опережения зажигания. Срабатывание до ВМТ приводит к тому, что поршень сжимает только что воспламененную смесь. Сжатие воздуха увеличивает температуру сгорания.NOX возникает из-за того, что температура сгорания остается очень высокой в ​​течение длительного времени.

В двигателе Дойла свежий воздух подается в относительно холодный цилиндр, не отвечающий за сгорание. Это приводит к более низким температурам перед воспламенением. Затем свежий воздух сжимается и передается в центральную камеру сгорания, где впрыскивается топливо и смесь воспламеняется. Сжигание после ВМТ снижает пиковые температуры сгорания.

Выбросы углеводородов возникают в результате выхода несгоревшего топлива из двигателя через выхлопные газы.Двигатель Дойла позволяет топливу сгорать в камере сгорания, а затем в силовых цилиндрах. Считается, что увеличение времени горения снижает количество несгоревшего топлива (углеводородов), выходящего из двигателя.

Ни одна из рассмотренных нами конструкций двигателей не может быть классифицирована как «нормальная» в общепринятом смысле этого слова. Но дальнейшее уводит нас еще дальше от уже пройденного пути проектирования двигателей внутреннего сгорания. С таким названием, как Grail Engine Technologies (www.grailengine.com), можно с уверенностью предположить, что все будет интересно.

Двигатель Grail представляет собой двухтактную конструкцию, состоящую из одного выпускного клапана, трех свечей зажигания и инжектора прямого впрыска топлива, расположенных в верхней части цилиндра. Единственный впускной клапан расположен внутри поршня. В камере предварительного сжатия находится односторонний пластинчатый клапан. Всасываемый воздух проходит через вентиляционные отверстия к поршню, через картер, впускные отверстия поршня, а затем через поршневой клапан.

Сжатие происходит в воздушной коробке пластинчатого клапана, камере предварительного сжатия, вентиляционных отверстиях поршня, впускных отверстиях поршня и картере. Когда поршень движется вверх, под ним создается вакуум. Свежий воздух поступает через впускной воздухозаборник через односторонний пластинчатый клапан и заполняет внешнюю камеру предварительного сжатия, вентиляционные отверстия и впускные отверстия поршня свежим воздухом.

Сжатие происходит внутри цилиндра при движении поршня вверх. В ВМТ происходит прямой впрыск с последующим однократным или многократным зажиганием.Это заставляет поршень опускаться в цилиндр, сжимая воздух в картере двигателя, внешней камере предварительного сжатия, вентиляционных отверстиях и впускных отверстиях поршня.

Непосредственно перед BDC выпускной клапан открывается с помощью стандартного кулачкового / толкательного механизма или электромеханического управления клапаном. Выхлопные газы выходят через отверстие выпускного клапана в верхней части цилиндра. Сжатый свежий воздух поступает в цилиндр через поршневой клапан, который вытесняет окончательный выхлоп. Когда поршень проходит мимо НМТ, выпускной клапан и поршневой клапан закрываются, и цикл повторяется.

Регулировка давления во внешней камере предварительного сжатия с помощью серводвигателя или его эквивалента позволяет контролировать объемный КПД двигателя в диапазоне оборотов двигателя.

Компания заявляет о двух других разработках в области конструкции двигателей. Первый известен как принудительное полуоднородное заряженное воспламенение от сжатия (FS-HCCI). Второй - цикл Грааля, который представляет собой комбинацию одного типа воспламенения или воспламенения от сжатия с однородным зарядом, которое одновременно работает в цикле Миллера.По заявлению компании, двигатель Grail потенциально может стать первым двухтактным двигателем, не имеющим перекрестного загрязнения топлива и масла. Это приводит к снижению выбросов, но при этом обеспечивает большую мощность и крутящий момент при меньшем расходе топлива, чем более крупные двигатели.

Перекрестное загрязнение в двухтактном двигателе с прямым впрыском происходит, когда поршень и кольца перемещаются через впускные и выпускные отверстия стенки цилиндра. Масло, смазывающее поршень, стенку цилиндра и кольца, поступает на выпуск и впуск камеры сгорания.Если количество масла в этой области уменьшается для поддержания выбросов, а также вакуумирования цилиндра для чистого сгорания, это может привести к преждевременному износу и / или высокому выбросу твердых частиц. Grail утверждает, что его двигатель не страдает от этих проблем.

Я оставил, наверное, самую необычную конструкцию двигателя напоследок. Сферический двигатель Hüttlin Spherical Engine ( www.innomot.org ) использует некоторые из ранее обсуждавшихся технологий - например, оппозитные поршни - но отличается от других конструкций почти во всех других отношениях.Hüttlin Kugelmotor (сферический двигатель) назван в честь его изобретателя, доктора Герберта Хюттлина, который работал над этим и другими двигателями более 20 лет.

Описание очень нетрадиционного движка Hüttlin словами - настоящая проблема, и, вероятно, именно поэтому веб-сайт компании в значительной степени полагается на так много анимаций, чтобы рассказать свою историю. В этой конструкции энергия сгорания, генерируемая во время рабочего такта, напрямую преобразуется во вращательное движение. В конструкции нет обычного коленчатого вала.

Алюминиевый сферический корпус содержит поршневой ротор, вращающийся в двух роликовых подшипниках с большим кольцом. Ротор снабжен изогнутыми цилиндрическими камерами для установки двух пар поршней, расположенных напротив друг друга. Для каждой поршневой пары используются два полых направляющих шарика. Эти шарики катятся по обеим направляющим поверхностям изогнутого элемента, который расположен в ортогональном продольно центрированном положении на оси системы и прочно прикреплен к корпусу. Когда поршни и узел камеры сгорания вращаются, направляющие шарики направляют поршни через возвратно-поступательное качающееся движение четырехтактного двигателя Отто.

Компания видит широкий спектр применения этого двигателя. Несколько конфигураций уже были разработаны и испытаны, в том числе гибридный генератор с расширением диапазона, электродвигатель и компрессор в едином корпусе, а также домашний источник энергии для объединения с солнечными и тепловыми коллекторами. Его также можно использовать в сочетании с ветряной турбиной для производства электроэнергии и сжатого воздуха.

Конфигурация гибридного расширителя диапазона особенно интригует. Двигатель можно использовать для выработки электроэнергии для электромобиля, чтобы пополнить его батареи, когда они разрядятся.Соединение двигателя непосредственно с трансмиссией транспортного средства позволило бы при необходимости использовать дополнительную тягу, а также рекуперативное торможение для дальнейшего пополнения заряда аккумуляторных батарей. Если функция сгорания двигателя отключена, его неиспользованное сжатие также может способствовать торможению автомобиля.

Все компании, создавшие уникальные конструкции двигателей, описанные в этом отчете, считают, что у них есть все необходимое, чтобы произвести революцию в транспортной отрасли. Поскольку ни одна из этих новых технологий не включает в себя способность заглядывать в будущее, нам, вероятно, придется подождать еще несколько лет, чтобы выяснить, верна ли какая-либо из них.Независимо от результата, приятно видеть, сколько разных методов можно использовать для достижения одних и тех же целей.

Скачать PDF

Что такое четыре удара?

С момента изобретения автомобиля большинство автомобилей используют четырехтактный бензиновый двигатель под капотом. Это гениальное изобретение, также называемое двигателем внутреннего сгорания, использует естественные силы и энергию для преобразования отдельных элементов, таких как топливо, воздух, искра и давление, в мощное движение, в конечном итоге способное привести в движение весь автомобиль.Внутренняя работа - это блестяще поставленный танец, где каждое произведение играет неотъемлемую роль в самой системе, но при этом управляется ею. Полное объяснение - это нечто большее, чем можно здесь дать, но полезно понимать основы.

Установка

Процессом управляют два вала, синхронизированные для совместной работы: коленчатый вал внизу и распределительный вал меньшего размера вверху. Оба вращаются в фиксированных точках на обоих концах вала, но каждый использует конструкцию со смещением выступов или противовесов, которые преобразуют фиксированное вращательное движение вала в линейное движение вверх и вниз компонентов, соединенных перпендикулярно.Коленчатый вал перемещает тяжелые поршни прямо вверх и вниз, в то время как распределительный вал управляет двумя клапанами (иногда больше) на каждый поршень, открытыми и закрытыми. Четырехтактный двигатель относится к каждому отдельному ходу, производимому одним поршнем. Хотя может показаться, что поршень совершает только два движения - вверх и вниз, - гораздо больше происходит с положением клапанов и в самом процессе в целом.

1. Впуск

Поршень начинается в «верхней мертвой точке» с небольшим пространством между ним и двумя клапанами.Это пространство называется камерой. В первом такте впускной клапан открывается, когда поршень движется вниз, всасывая воздух и топливо в расширяющуюся камеру через открытый клапан. Впитываемая топливно-воздушная смесь уже оптимизирована двигателем, чтобы производить как можно меньше отходов, а в дальнейшем обеспечивать максимальную выходную мощность.

2. Сжатие

По мере вращения коленчатого вала со смещением поршень толкается назад к клапанам, которые теперь закрыты, создавая при этом давление и нагреваясь.Некуда деваться, воздух и топливо сжаты. Это увеличивает их реактивность и способность воспламеняться, подготавливая их к следующему шагу.

3. Сгорание

Когда поршень снова оказывается вверху, синхронизированная искра воспламеняет летучую смесь, и управляемый взрыв отправляет поршень обратно вниз с большой силой. На этом этапе оба клапана остаются закрытыми, а содержимое камеры подвергается химической реакции, делая их инертными и превращая их в выхлопные газы.На этом этапе двигатель получает свою мощность. Взрыв толкает поршень вниз с такой силой, что коленчатый вал поворачивается и снова «отскакивает» вверх. Автомобильные двигатели имеют несколько поршней в ряд, настроенных для сгорания в разное время, поэтому мини-взрывы создают ощущение сбалансированности, которое приводит в движение коленчатый вал без особых толчков.

4. Выхлоп

В этот момент выпускной клапан открывается, и поршень направляется вверх, выталкивая все «использованные» газы в выхлопную систему без повышения давления.После этого поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан закрывается, впускной клапан открывается, и процесс начинается снова. Поскольку процедура обеспечивает прямую связь между тем, что происходит в двигателе, и тем, что выходит из выхлопной трубы, можно диагностировать некоторые проблемы двигателя по цвету выделяемого дыма.

Понимание того, как работает ваш автомобиль, может сделать сигнальную лампу или поездку к механику немного менее стрессовыми.

Ознакомьтесь со всеми деталями двигателя, доступными на NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта.Чтобы получить дополнительную информацию о двигателе внутреннего сгорания, поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Фото любезно предоставлено Flickr.

Четырехтактный цикл | Инжиниринг | Fandom

Четырехтактный цикл (или цикл Отто ) двигателя внутреннего сгорания - это цикл, наиболее часто используемый сегодня в автомобильных и промышленных целях (легковые и грузовые автомобили, генераторы и т. Д.). Он был разработан французским инженером Альфонсом Бо де Роша в 1862 году и независимо от него немецким инженером Николаусом Отто в 1876 году.Четырехтактный цикл является более экономичным и экологически чистым, чем двухтактный, но требует значительно большего количества движущихся частей и опыта производства. Более того, его легче производить в многоцилиндровых конфигурациях, чем в двухтактных, что делает его особенно полезным в высокопроизводительных приложениях, таких как автомобили. Позднее изобретенный двигатель Ванкеля имеет четыре аналогичные фазы, но представляет собой роторный двигатель внутреннего сгорания, а не гораздо более обычный поршневой двигатель четырехтактного цикла.

Четырехтактный цикл (или цикл Отто)


Цикл Отто характеризуется четырьмя ходами или прямыми движениями поочередно вперед и назад поршня внутри цилиндра:

  1. ход впуска (впуска)
  2. ход сжатия
  3. мощность (сгорание) ход
  4. такт выпуска

Цикл начинается в верхней мертвой точке , когда поршень находится в самой верхней точке.При первом ходе вниз (, впуск ) поршня смесь топлива и воздуха втягивается в цилиндр через впускное (впускное) отверстие. Впускной (впускной) клапан (или клапаны) затем закрывается (ы), и следующий ход вверх ( сжатие ) сжимает топливно-воздушную смесь.

Затем воздушно-топливная смесь воспламеняется, обычно от свечи зажигания для бензинового двигателя или двигателя с циклом Отто, или за счет тепла и давления сжатия для дизельного двигателя с воспламенением от сжатия примерно в верхней части такта сжатия.Результирующее расширение горящих газов затем вынуждает поршень опускаться для третьего хода (, мощность ), а четвертый и последний ход вверх (, выхлоп, ) откачивает отработавшие выхлопные газы из цилиндра мимо открытого тогда выпускного клапана или клапанов. через выхлопное отверстие.

Время работы клапана

[править | править источник]

В своей первоначальной конфигурации четырехтактный двигатель полностью полагается на движение поршня для всасывания топлива и воздуха и вытеснения выхлопных газов.Когда поршень опускается на такте впуска (впуска), в цилиндре создается частичный вакуум, который втягивает топливно-воздушную смесь. Затем впускной клапан закрывается, поршень поднимается, смесь сжимается и воспламеняется, в результате чего поршень снова опускается. Когда выпускной клапан открывается, поршень снова поднимается вверх и вытесняет выхлопные газы. Этот метод использовался в первых четырехтактных двигателях. Однако вскоре было обнаружено, что при скоростях вращения, приближающихся к 100 оборотам в минуту (об / мин) или выше, выхлопные газы не могут менять направление достаточно быстро, чтобы выйти за выпускной клапан одним движением поршня.

При высоких скоростях вращения постоянный поток через впускное и выпускное отверстия поддерживается за счет одновременного открытия впускного и выпускного клапанов в верхней мертвой точке (известной как перекрытие клапанов ). Импульс выхлопного газа поддерживает выходящий поток и создает эффект всасывания в цилиндре, известный как продувка, помогая втягивать всасываемый заряд в цилиндр. Однако, чтобы сохранить эффективность, выпускной клапан должен быть закрыт достаточно быстро, чтобы слишком много топливно-воздушной смеси из впускного канала не попало в выхлоп двигателя, тратя впустую топливо.В ситуации с высокой мощностью, такой как гонки, где часто встречаются высокие обороты двигателя и принудительная индукция, этот расход топлива может служить для охлаждения выпускного клапана и предотвращения детонации.

После воспламенения топливно-воздушного заряда по мере приближения поршня к нижней мертвой точке сгорание замедляется. Непосредственно перед тем, как заряд закончится сгорать, выпускной клапан открывается примерно на двадцать градусов вращения коленчатого вала до нижней мертвой точки . Это позволяет все еще расширяющимся газам внутри цилиндра выталкиваться через выхлопное отверстие, запуская поток выхлопных газов и придавая импульс потоку выхлопных газов.Хотя небольшое количество силы теряется через выпускное отверстие, которое может приводить в движение поршень, сила, которую поршень должен оказывать на газы, чтобы вывести их из цилиндра, уменьшается, что приводит к повышению эффективности.

Выхлопные системы во многих ситуациях представляют собой компромисс между стоимостью производства, оптимальным расходом, низкими выбросами и низким уровнем шума. Ограничения в выхлопной системе, включая выхлопное оборудование, глушители и простые выхлопные трубы, могут ограничивать надлежащий поток выхлопных газов.В многоцилиндровых приложениях, в которых многие цилиндры имеют общую выхлопную трубу, волны давления, создаваемые выхлопными газами цилиндров, могут препятствовать потоку выхлопных газов из других цилиндров. Поскольку это предотвращает выход выхлопного газа из цилиндра, перекрытие впускного клапана приводит к изменению на , когда выхлопной газ входит во впускной канал. Проблемы с внутренним давлением из-за того, что многоцилиндровый двигатель имеет общую впускную камеру, можно преодолеть, используя карбюратор или инжектор для каждого цилиндра.

Достижение максимального объемного КПД для данного двигателя не является шаблонным процессом. Такие переменные, как расход, перекрытие, подъем клапана , и расположение событий клапана, создают большой набор переменных. Различное впускное и выпускное оборудование испытывается при разных скоростях и нагрузках, и конечным результатом обычно является компромисс между мощностью, выбросами и стоимостью, за исключением ситуаций, когда требуется максимальная мощность независимо от стоимости или выбросов (например, в гонках).

Клапаны обычно приводятся в действие распределительным валом, который представляет собой шток с рядом выступающих кулачков (кулачков), каждый с тщательно рассчитанным профилем, предназначенным для того, чтобы толкать клапан на необходимую степень в нужный момент и удерживать его. открывать по мере необходимости при вращении распредвала.Между штоком клапана и кулачком находится толкатель, толкатель кулачка, который учитывает изменения линии контакта кулачка. В более старых конструкциях двигателей распределительный вал находился в картере, и его движение передавалось толкателем и коромыслом (вся цепочка деталей известна как клапанный механизм). Клапан удерживается в закрытом состоянии сильной пружиной, против силы которой кулачок толкает, чтобы открыть его. Каждый клапан необходимо открывать только один раз в течение четырехтактного цикла. Следовательно, распределительный вал совершает один оборот на каждые два оборота коленчатого вала.

Предполагая, что двигатель имеет достаточно прочную конструкцию, чтобы не ломаться, скорость и, следовательно, выходная мощность двигателя обычно ограничиваются способностью поддерживать большой объемный поток каждой из топливовоздушной смеси и выхлопного газа через соответствующие отверстия клапана. . Поэтому на проектирование этой части двигателя уходит много работы. Общие стратегии заключаются в том, чтобы увеличить клапаны, чтобы они занимали как можно больший диаметр цилиндра, облегчить клапанный механизм за счет исключения деталей, открыть клапаны как можно глубже в цилиндр или использовать несколько клапанов меньшего размера с большей общей площадью .Каждый из этих методов имеет свои недостатки, из-за которых в последнее время были разработаны двигатели с компьютерным управлением клапанами, позволяющими оптимизировать работу двигателя при любой скорости и нагрузке. На иллюстрациях показан двигатель с двойными верхними распредвалами, который на протяжении многих лет был стандартной стратегией увеличения скоростных характеристик двигателя.

Десмодромные фазы газораспределения [править | править источник]

В подавляющем большинстве четырехтактных двигателей клапаны закрываются просто возвратной пружиной.По мере увеличения частоты вращения двигателя время, необходимое пружине для закрытия клапана, может стать значительным. При этом толкатель кулачка не может следовать замыкающему профилю кулачка, что отрицательно влияет на синхронизацию и, следовательно, на характеристики двигателя. Чтобы уменьшить это, используются более легкие клапаны и более прочные пружины, но есть практический предел того, насколько низкая инерционная масса клапана может быть уменьшена, а увеличение прочности возвратной пружины клапана значительно увеличивает и без того значительный износ распределительного вала и седла клапана.

Одним из решений этой проблемы является десмодромная система фаз газораспределения . Это исключает возвратную пружину клапана и использует механическое устройство для прямого открытия и прямого принудительного закрытия клапана. Тогда можно получить гораздо более высокие обороты двигателя. В одних конструкциях используется дополнительный кулачок и коромысло, в других - кулачок, в котором на его вертикальной поверхности врезан канал, в который входит толкатель (в отличие от следования только по внешнему профилю), в других - кривошипное устройство, подобное коленчатому валу.Недостатком системы является ее повышенная сложность и, как следствие, стоимость. Одним из производителей, использующих эту систему, является Ducati [1] для некоторых двигателей мотоциклов.

Пневматические пружины клапана

[редактировать | править источник]

Последние двигатели Формулы 1 [2] прибегают к использованию пружин эвматических клапанов для преодоления ограничений металлических пружин на высоких оборотах при одновременном использовании обычных распределительных валов. «Пружина» клапана на самом деле представляет собой поршень, заполненный азотом с высоким давлением. Когда клапан приводится в действие кулачком, азот сжимается, и когда кулачок продолжает вращаться, повышенное давление в поршне возвращает клапан в закрытое положение.Благодаря этой системе ранее немыслимые обороты двигателя стали обычным явлением.

Величина выходной мощности, создаваемой 4-тактным двигателем, в конечном итоге ограничивается скоростью поршня из-за прочности материала. Поскольку поршни и шатуны ускоряются и замедляются очень быстро, материал физически достаточно прочен, чтобы выдерживать ограниченные скорости. Может произойти как физическая поломка, так и флаттер поршневого кольца, что приведет к потере мощности или даже к разрушению двигателя. Дрожание поршня возникает, когда поршневые кольца меняют направление так быстро, что их можно оттолкнуть от стенок цилиндра, что приводит к потере уплотнения цилиндра и потери мощности.

Одним из важных факторов в конструкции двигателя является передаточное отношение наружного диаметра r к ходу поршня . Соотношение шток / ход - это отношение длины шатуна к длине хода коленчатого вала. Увеличение соотношения шток / ход (более длинный шток, более короткий ход или и то, и другое) приводит к снижению скорости поршня. Однако, опять же, из-за проблем с прочностью и размером, существует ограничение на длину стержня по отношению к ходу. Более длинный шток (и, следовательно, более высокое соотношение шток / ход) может потенциально создавать большую мощность из-за того, что с более длинным шатуном большее усилие от поршня передается по касательной к вращению коленчатого вала, обеспечивая больший крутящий момент.Более короткое соотношение шток / ход обеспечивает более высокую скорость поршня, но это может быть полезно в зависимости от других характеристик двигателя. Повышенная скорость поршня может создать в цилиндре опрокидывание или завихрение и уменьшить детонацию. Повышенная скорость поршня также может быстрее втягивать топливно-воздушную смесь в цилиндр через больший впускной канал, способствуя хорошему наполнению цилиндра.

Двигатель, у которого размер отверстия больше, чем ход поршня, обычно называют двигателем с квадратным сечением, и такие двигатели могут достигать более высоких оборотов.И наоборот, двигатель с диаметром цилиндра меньше его хода является двигателем под квадратным сечением. Соответственно, он не может достичь такого количества оборотов в минуту, но может создавать больший крутящий момент на более низких оборотах. Кроме того, двигатель с одинаковыми диаметром цилиндра и ходом называется квадратным двигателем.

  • Харденберг, Хорст О., Средние века двигателя внутреннего сгорания , Общество автомобильных инженеров (SAE), 1999

[3]

Крошечный пятитактный двигатель обещает большую экономию топлива

Четырехтактный двигатель доминирует в системе внутреннего сгорания более века, но британская инженерная фирма готова опровергнуть эту технологию, выпустив так называемый пятитактный двигатель мощностью 150 лошадиных сил. "двигатель, как говорят, обеспечивает экономию топлива дизельного топлива без выбросов твердых частиц.

Компания Ilmor Engineering, совладельцем которой является Роджер Пенске, поставляет двигатели Honda для гоночной лиги Indy Racing, потратила почти 20 лет на разработку трехцилиндрового двигателя. Два цилиндра работают в обычном четырехтактном цикле и опорожняют свой выхлоп в третий цилиндр расширения низкого давления, что позволяет процессам расширения и сжатия работать независимо. Опытный образец двигателя был впервые представлен на выставке Stuttgart Engine Expo в 2009 году, и его готовят для реальных испытаний под капотом.

Четырехтактный двигатель с циклом Отто был стандартом уже 132 года, но пятитактный двигатель может стать отличным промежуточным звеном между современными технологиями и Next Big Thing.

По словам Илмора, 0,7-литровый двигатель способен развивать тормозную мощность в 150 лошадиных сил и весит на 20 процентов меньше, чем двигатели с аналогичной мощностью. Удельный расход топлива прототипа составляет 226 г / кВт · ч, что на 10 процентов больше, чем у нынешней четырехтактной технологии. Более того, Ильмор говорит, что эта технология «на 100% традиционна» и не требует каких-либо новых производственных технологий.

Ilmor сообщает, что прототип пятитактного двигателя, созданный на основе конструкции Герхарда Шмитца, имеет общий коэффициент расширения, «приближающийся к таковому у дизельного двигателя - в районе 14,5: 1». Наряду с его легким весом и относительно высокой производительностью дополнительная работа, выполняемая в цилиндре низкого давления (LP), обеспечивает лучшую экономию топлива.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *