Такты дизельного двигателя: 4ех тактный дизельный двигатель внутреннего сгорания

Принцип работы дизельного двигателя. — Автомастер

Принцип работы дизельного двигателя.

Подробности

Принцип работы дизельного двигателя немного отличается от принципа работы бензинового. Отличие это состоит в том, что смесеобразование происходит уже внутри самого цилиндра, у бензинового же двигателя приготовление смеси происходит снаружи. В цилиндр она подается уже готовой. Существенным отличием является воспламенение рабочей смеси. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от свечи зажигания, а в дизельном происходит самовоспламенение.

Теперь разберем рабочие циклы четырехтактного дизельного двигателя:
1. Такт впуска.
   Рис 1 – Такт впуска.

   1 – впускной клапан. 2 – выпускной клапан. 3 – топливная форсунка.

   За первый такт, поршень перемещается от верхней мертвой точки ВМТ к нижней НМТ. Впускной клапан 1 открыт, выпускной 2 закрыт. За счет создаваемого разрежения в цилиндре, вовнутрь устремляется порция воздуха.
2. Такт сжатия.

   Рис 2 — Такт сжатия.

   На этом этапе, оба клапана как впускной, так и выпускной закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая воздух. Давление в камере достигает 5 МПа, а температура воздуха за счет сжатия возрастает до 700 градусов Цельсия.
3. Такт расширения или рабочий ход.

   Рис 3 — Такт расширение. Рабочий ход.

   При достижении поршнем верхней мертвой точки (при максимальном давлении в цилиндре), через форсунку, под высоким давлением, создаваемым топливным насосом закачивается порция топлива. Форсунка распыляет топливо, которое смешиваясь с горячим воздухом самовоспламеняется. В результате горения, температура в камере резко повышается до 1800 градусов Цельсия, вместе с ней в разы увеличивается и давление 11 МПа. Поршень, передвигаясь от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки, совершает полезную работу. В конце такта температура падает до 700 — 800 градусов, давление снижается до 0.3 – 0.5 МПа.
4. Такт выпуска.

   Рис 4 – Такт выпуска.

   Выпускной клапан 2 открывается, и поршень выталкивает отработанные газы. Температура и давление опускаются до 500 градусов и 0.1 МПа.

Далее рабочие циклы повторяются.

Подробнее об устройстве и осбеностях конструкции дизельных двигателей.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Категория:

   Автомобили и трактора

Публикация:

   Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Читать далее:

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя проходит в той же последовательности, что и цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Отличие заключается в характере протекания рабочего цикла, в способе смесеобразования и воспламенения топлива.

Такт впуска. При движении поршня вниз через впускной трубопровод и открытое отверстие впускного клапана и цилиндр поступает чистый воздух. Отсутствие карбюратора уменьшает гидравлические сопротивления и несколько повышает давление в конце впуска (0,09-0,95 ЛШа), а температура воздуха составляет 50-80 С°.

Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень сжимает воздух, заполнивший цилиндр. Вследствие большой степени сжатия (е 14—20) давление конца сжатия достигает 4…..5 МПа, а температура 500-700 С°. Такое повышение температуры и давления необходимо для воспламенения топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя в конце такта сжатия насосом высокого давления через форсунку.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Такт расширения. В конце такта сжатия, когда поршень еще не дойдет до ВМТ на 15—30° по углу поворота коленчатого вала, насос высокого давления через форсунку впрыскивает дизельное топливо под большим давлением 15—18 МПа. Давление впрыска топлива должно значительно превышать давление воздуха, сжатого в камере сгорания для обеспечения более тонкого рас-пыливания топлива и распределения его по всему объему воздуха, сосредоточенного в камере сгорания.

Струя топлива при выходе из распиливающих отверстий сопла форсунки под действием высокого давления приобретает огромную скорость и, пронизывая массу сжатого воздуха, дробится на мелко распыленные частицы (диаметром 0,002…….0,005 мм). Продолжительность впрыска составляет 6—30 угла поворота коленчатого вала двигателя. Распыленное топливо под воздействием высокой температуры сжатого воздуха воспламеняется и быстро сгорает. Поршень под действием газов перемещается от ВМТ к НМТ, т. е. совершает механическую работу.

Давление газов в конце сгорания достигает -8 МПа, а температура 1800— 2000 С. К концу такта расширения давление в цилиндре падает до 0,3— 0,4 МПа, а температура до 700—800 С°.

Такт выпуска. При этом такте выпускной клапан открыт. Поршень движется от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан и выпускной трубопровод из цилиндра удаляются отработавшие газы. Давление выпуска равно 0,105—0,11 МПа, а температура 600—700 С°.

При дальнейшем вращении коленчатого вала двигателя все перечисленные такты повторяются в такой же последовательности.

Четырехтактные дизельные двигатели в настоящее время получили преимущественное распространение на тракторах и автомобилях большой грузоподъемности.

Рекламные предложения:

Читать далее: Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

Категория: — Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Отличие дизельного двигателя от бензинового

Автолюбители, выбирая себе машину, смотрят в первую очередь на возможности двигателя и его характеристики. Часто возникают сомнения при выборе между бензиновым и дизельным мотором. Нельзя сказать точно какой из них лучше, потому как между ними существуют отличия, и делать выбор надо, ориентируясь на них. Успешность выбора будет зависеть от их слабых и сильных сторон. С чем можно смириться, а что неприемлемо для условий дорог, по которым они будут ездить. Мы же постараемся рассказать обо всех нюансах этих двух устройств.

Отличия при работе устройств

По конструкции оба двигателя идентичны. Каждый из них имеет шатуны, цилиндры и поршни. Но для того чтобы дизельный мотор воспринимал серьезные нагрузки на нем стоят усиленные клапаны, поэтому он имеет большие габариты, а также весит тяжелее бензинового аналога. Его устройство намного сложнее, а это отражается на стоимости автомобиля.

Главное отличие дизельного двигателя от бензинового — их топливо. Один работает на дизтопливе, а другой на бензине, что и заложено в их названиях. При этом стоит учесть, что бензин относится к легко возгораемым веществам. Мотор на дизтопливе более безопасен.

Такты в дизельном двигателе

Формирование топливно-воздушной смеси у них происходит по-разному. Что влияет на работу моторов. В дизельном двигателе сначала в цилиндр подается воздух. Он нагревается при движении поршня вверх, температура может достигать 900 градусов за счет уменьшения объема воздуха и увеличения его давления, достигающего порой 5 МПа. Затем уже через форсунки поступает топливо под давлением, которое тут же возгорается от горячего воздуха. Оно, расширяясь, вызывает резкое нарастание давления в цилиндре, поэтому дизель отличается высокой шумностью работы.

Регулировку момента впрыска и количества топлива производит топливный насос высокого давления (ТНВД) — главный узел дизельного мотора. Из-за впрыска высокого давления дизель нетребователен к летучести горючего, поэтому ездит даже на низкосортных маслах. Мощность агрегата регулируется подачей топлива и из-за этого даже на низких оборотах давление не падает. Автомобиль с таким двигателем может набрать большую мощность уже при 2000 оборотов, а бензиновый аппарат не так скор.

В бензиновом двигателе топливная смесь образуется прямо во впускной системе и ее воспламенение в цилиндре происходит от искры свечей зажигания. Регулировка мощности осуществляется при помощи потока воздуха, который дозируется дроссельной заслонкой. Старт автомобиля с таким двигателем менее мощный, так как его топливный насос не может дать такого высокого давления, как у дизельного собрата.

Мощность и производительность двигателя

Дизельный агрегат выигрывает у бензинового по экономичности. Хотя сейчас и подняли стоимость дизтоплива, все же она стоит дешевле бензина. И еще надо учесть, что дизельные двигатели меньше потребляют топлива, чем их бензиновые аналоги. Сейчас на всех европейских дизельных авто установлена топливная система Common Rail. Она предусматривает установку датчиков, которые передают информацию на блок управления и на основе ее компьютер определяет время подачи топлива и его количество. Примечательно, что доза рассчитывается с точностью до миллиграмма. Такое дозирование обеспечивает плавное нарастание давления, и двигатель работает без рывков при переключении передач. С этой системой расход топлива уменьшился на 20%, а крутящий момент на малых оборотах увеличился на 25%. Поэтому у дизельных агрегатов КПД больше на 40%, чем у аналоговых аппаратов. То есть сгорание топлива внутри их устройств более эффективно по сравнению с бензиновыми моделями. Хотя существуют и экономные агрегаты на бензине.

Мощность больше, конечно же, у бензиновых двигателей, но дизельные установки компенсируют этот показатель ровной тягой на любых оборотах, до чего их аналогам надо еще стремиться.

Производимый шум и выхлопы

Дизельные агрегаты более шумные, их работа сопровождается вибрацией. А все из-за того, что давление в камере сгорания очень высокое. Но это не так ощутимо в салоне авто, если в нем предусмотрена хорошая звукоизоляция. На холостом ходу звук двигателя напоминает урчание и поэтому не раздражает слух.

В европейских странах популярность дизельных двигателей постоянно растет. Это объясняется не только экономичным расходом топлива, но и их экологичностью. В их выхлопах меньше угарного газа, чем в агрегатах на бензине.

Эксплуатационные особенности

Дизельные двигатели более долговечны, они отличаются своей надежностью от бензиновых собратьев. Это объясняется конструкцией блока цилиндров и продуманностью топливной системы. Их детали, такие как коленчатый вал, головка, цилиндры, форсунки выполнены из прочных материалов, которые исключают быстрый износ. А также от выхода из строя их спасает дизтопливо, которое выполняется две функции: служит горючим и смазкой. Но здесь, надо учесть, что на это будет влиять ее качество, а, как известно отечественное дизтопливо включает в себе различные примеси. Они могут стать причиной сокращения жизнедеятельности дизельного мотора, хотя его показатель даже при этом нюансе будет выше, чем у бензиновых аналогов. Последние реагируют на качество топлива менее чувствительно, поэтому выдерживают примеси и другие включения, которые встречаются в бензине низкого качества.

Дизельные двигатели плохо реагируют на низкие температуры, для их нормальной работы надо предусмотреть специальные зимнее топливо или установить современные системы отопления. Также в большинстве дизельных двигателей устанавливаются свечи накаливания для облегчения пуска мотора в холодное время, ведь дизтопливо неохотно испаряется при невысоких температурах воздуха. Они представляют собой обычный нагревательный резистор. В основном свечи устанавливаются в цилиндры двигателя, после поворота ключа в замке зажигании они включаются и в момент поступления топлива в камеру сгорания нагревают его до температуры при которой оно начинает испаряться. После запуска двигателя свечи работают до нескольких минут для уменьшения вредных выбросов и стабилизации процесса горения на холодном двигателе.

Еще одним вариантом может быть присадка – антигель. Ее заливают в топливо при каждой заправке, и она не дает ему сворачиваться. Бензиновые двигатели в этом не нуждаются. Зато дизельные моторы совершенно не реагируют на воду. Электричество в них используется только для запуска мотора. Поэтому их часто устанавливают на военную технику и внедорожники.

Обслуживание дизельного и бензинового мотора

На частоту ремонта и осмотров влияет много нюансов: условия эксплуатации автомобиля, климат, качество топлива, состояние автомобиля и материал деталей. Ремонт дизельного агрегата более трудоемкий, так как в его конструкции есть свои особенности. Наиболее дорогой его деталью является ТНВД. Но так как ремонт дизельного двигателя происходит гораздо реже, чем бензинового, то это не сильно ударит по карману. В случае использования последнего потребуется постоянно производить смазку его деталей, чтобы они не изнашивались.

Достоинства и недостатки двигателей на бензине и на дизтопливе

Вначале рассмотрим отрицательные стороны каждого из указанных моторов. Они не такие уж критичные, но при рассмотрении характеристик двигателей их надо учесть.

Недостатки дизельного мотора:

• чувствительность к качеству топлива;
• малое число сервисов техобслуживания дизельных двигателей. Но это скорее не его недостаток, а отсутствие специалистов по его ремонту в стране;
• как следствие высокая стоимость ремонтных работ;
• в зимнее время, если не придерживаться рекомендаций по эксплуатации может быть затруднен запуск двигателя и его работа. Но качественное топливо сможет обеспечить работу двигателя и при –55 ⁰С;
• не всегда выдерживает большую скорость и высокие обороты;
• повышенный шум и вибрация;
• большие габариты двигателя;
• небольшая мощность;
• он имеет малые пределы рабочих оборотов (максимальная величина — 4500), тогда как у бензинового мотора средние показатели от 3000 и до 7000.

Недостатки бензинового мотора:

• вредные выхлопы угарного газа;
• менее долговечен по сравнению с дизельным аналогом;
• большой расход топлива;
• его топливо – взрывоопасное вещество;
• поломки его деталей более частые.

Теперь перейдем к положительным сторонам, каждого из них. Достоинства продемонстрируют, что может предоставить выбранный агрегат, какие функции он выполняет на отлично.

Преимущества дизельного двигателя:

• экологичность, в его выхлопах меньше угарного газа;
• дизтопливо безопаснее, чем бензин;
• действенней на бездорожьях;
• имеет большие тяговые усилия на низких оборотах;
• меньший расход топлива;
• высокий КПД;
• отсутствует система зажигания;
• не боится грязи и воды;
• его горючее используется не только как топливо, но и исполняет роль смазочного материала;
• меньшая стоимость дизтоплива.

Преимущества бензинового мотора:

• простота изготовления и ремонта;
• бесшумность работы;
• большая мощность;
• высокая устойчивость к некачественному топливу;
• хорошо реагирует на низкие температуры;
• запчасти имеют доступную стоимость.

Рассмотрев особенности конструкции, эксплуатации, обслуживания, мощность и производительность можно сделать заключение, что каждый из этих двух двигателей по-своему хорош. Приобретая более дорогой автомобиль с дизельным двигателем, можно в дальнейшем сэкономить на дизтопливе. При правильном использовании он более долговечен и как следствие надежен.

Глядя вперед на перспективу, то будущее однозначно за экологическими автомобилями, а, значит, спрос на дизельные двигатели будет постоянно расти. Бензиновый же более мощный и простой. Проблем в обслуживании и ремонте не возникнет, да и запчасти на него более дешёвые. Каждый выбирает, что ему предпочтительней самостоятельно. Можно принимать советы, но окончательное решение за вами.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Синхронная работа нескольких цилиндров

Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров,  рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через  равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).

При  этом последовательность, с которой чередуются  одинаковые такты в разных цилиндрах, принято называть  порядком работы ДВС (например, 1-2-4-3). На практике это выглядит таким образом, что после рабочего хода в цилиндре 1, далее рабочий ход происходит во втором, четвертом, а уже затем в третьем цилиндре.

В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.

Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Двигатель внутреннего сгорания: 5-тактный роторный двигатель с вращающимися запорными элементами, раздельными секциями сжатия и расширения рабочего тела и обособленными камерами сгорания неизменного объема, содержащий имеющий возможность вращаться цилиндрический ротор, оснащенный лопастями, который размещен в полом корпусе, оснащенном окнами для газообмена, имеющий по окружности внутренней поверхности корпуса симметрично размещенные цилиндрические полые гнезда, числом, равные числу лопастей ротора, где установлены могущие вращаться запорные барабаны, в котором объемное взаиморасположение наружной цилиндрической поверхности ротора и кольцевой внутренней поверхности корпуса, а так же поверхностей лопастей ротора и запорных барабанов, образует рабочие камеры — сегменты «расширения» и сегменты «выпуска», могущие изменять свой объем, и имеющий через шестеренчатые передачи привод от главного вала на валы других вращающихся технологических элементов, отличающийся тем, что в корпусе двигателя устроены отдельные секции сжатия с размещенными в них имеющими возможность вращаться лопастными роторами, и число этих секций сжатия равно числу лопастей главного рабочего ротора и числу запорных барабанов; как и на корпусе двигателя устроены полые камеры сгорания неизменного объема, числом, в два раза превышающим число запорных барабанов, при этом объемы секций сжатия, камер сгорания и объемы дуговых секторов главной роторной секции двигателя взаимно расположены так, что имеют возможность сообщаться между собой через предельно короткие газоходы с окнами перепуска, которые имеют возможность периодически отпираться и запираться, за счет действия имеющих возможность вращаться цилиндрических золотниковых клапанов, в режиме который обеспечивает последовательное осуществление полного цикла технологических тактов двигателя внутреннего сгорания; при этом взаимное размещение окон перепуска рабочих агентов, режим их «отпирания-запирания» имеющими возможность вращаться цилиндрическими золотниковыми клапанами, как и взаимосвязанное соответствие угловых положений имеющих возможность вращаться лопастей главного рабочего ротора, лопастей роторов секций сжатия и проемов запорных барабанов, как и настройка моментов искры свечей зажигания, устроены так, чтобы поджигание и полное сгорание сжатой рабочей смеси в камерах сгорания имели возможность происходить в запертом и неизменном объеме этих камер при всех закрытых окнах перепуска рабочего тела, а режим работы каждой группы из двух камер сгорания для каждого сектора расширения главной роторной секции настроен так, что из двух соседних камер, имеющих возможность выбрасывать рабочие газы в один и тот же сегмент расширения главной роторной секции, каждый очередной такт «расширения» имеет возможность выбрасывать газы в сектор расширения только одна из них, и такой режим последовательного чередования между собой камер сгорания в тактах соединения с сегментом расширения главной роторной секции может осуществляться в поступательной последовательности.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что главный рабочий ротор и каждый из роторов секций сжатия имеют общие запорные барабаны; при этом роторы и запорные барабаны, плотно соприкасающиеся между собой цилиндрическими боковыми поверхностями, имеют возможность вращаться согласовано с такими угловыми скоростями, что их цилиндрические поверхности вращаются в противоположных направлениях с одинаковой линейной скоростью, то есть контактируют поверхностями в режиме обкатывания без проскальзывания и трения относительно друг друга, при этом запорные барабаны по диаметру имеют размер по отношению к диаметру цилиндрической поверхности главного ротора — во столько раз меньший, во сколько раз количество пропускных проемов в барабане меньше количества лопастей на главном роторе (к примеру: в 2 или в 3 раза), а размер диаметра цилиндрической части роторов секций сжатия равен диаметру запорных барабанов, и число лопастей роторов секций сжатия равно числу пропускных проемов в запорном барабане.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что количество запорных барабанов равно количеству лопастей на главном роторе и при имеющейся возможности лопастям главного ротора проходить в пропускных проемах запорных барабанов их поверхности не соприкасаются между собой, но проходят без соприкосновения на минимально возможном расстоянии между их ближайшими поверхностями без трения.

Принцип работы и основная характеристика

Рабочий цикл ДВС (двигателя внутреннего сгорания) состоит из ряда процессов, при которых усиливается мощность двигателя, воздействующего на коленчатый вал. Состоит рабочий цикл из нескольких этапов:

• цилиндр заполняется топливной смесью;
• смесь сжимается;
• топливная смесь воспламеняется;
• газы расширяются и цилиндр очищается.

В ДВС поршень двигается в одном направлении (вниз или вверх). Коленчатый вал совершает один оборот в два такта. Рабочим ходом поршня называют тот, при котором совершается полезная работа, и расширяются сгоревшие газы.

Двухтактными называют двигатели, в которых цикл совершается в один оборот коленчатого вала или за два такта. Четырехтактные агрегаты характеризуются совершением рабочего цикла за два оборота коленвала или за четыре такта.

Основные характерные показатели 4 тактного двигателя:

1. За счет движения рабочего поршня происходит обмен газов.
2. Агрегат оснащен газораспределительным механизмом, позволяющим цилиндровую полость переключать на впуск и выпуск.
3. Происходит обмен газов в момент отдельного полуоборота коленвала.
4. Шестерные редукторы и ременная цепная передача дают возможность изменить моменты впрыскивания бензина, зажигания и привода газораспределительного механизма по отношению к частоте вращения коленвала.

Двигатель с двумя циклами рабочего хода

Двигатель такого вида первые 4 такта работает по циклу Отто или Дизеля, а затем в цилиндр подаётся охлаждённый воздух или вода. За счёт расширения воздуха или испарения воды происходит дополнительное охлаждение стенок цилиндра и снижение тепловых потерь двигателя. В этом случае имеется два рабочих хода — один с топливом, а другой с паром или воздухом. К этому классу двигателей относятся: двигатель Баюласа (англ. Bajulaz), созданный швейцарской компанией Баюлас; двигатель Кроуэра, изобретённый Брюсом Кроуэром (англ. Bruce Crower) из США; и шеститактный двигатель Велозета (англ. Velozeta), построенный в инженерном колледже в Тируванантапураме в Индии.

Такт сжатия

Непосредственно сжатие (повышение давления в цилиндре) начинается не сразу после начала движения поршня вверх. Дело в том, что топливо-воздушная смесь при открытом впускном клапане некоторое время продолжает поступать в цилиндр, несмотря на начало повышения давления. Поэтому закрытие впускного клапана должно быть согласовано с характером течения смеси у его тарелки.

С точки зрения наилучшего наполнения цилиндра (и, соответственно, наибольшей мощности) в момент закрытия впускного клапана смесь у клапана должна остановиться, т. е. в этот момент через клапан нет ни прямого — в цилиндр, ни обратного — из цилиндра, течения. Здесь на процесс очень сильно влияет конструкция впускной системы, частота вращения, положение дроссельной заслонки. В общем случае, чем больше частота вращения и открытие дроссельной заслонки, тем больше при неизменной длине впускного канала должен запаздывать с закрытием впускной клапан.

На практике, как правило, выбирают компромиссный вариант, однако существуют конструкции с переменными фазами газораспределения (при которых изменяется запаздывание закрытия впускного клапана) и с переменной длиной каналов впускной системы, улучшающих наполнение цилиндров и параметры двигателя в широком диапазоне режимов. Компромиссные решения обычно приводят к ухудшению параметров двигателя за счет обратного выброса смеси на низких частотах вращения и «недозарядки» цилиндра (т. е. снижения количества поступающей смеси относительно максимально возможного) на высоких оборотах. Меньшее по сравнению с традиционными конструкциями запаздывание закрытия клапана имеют двигатели с многоклапанными головками (с тремя или четырьмя клапанами на цилиндр).При движении поршня вверх при закрытых клапанах происходит сжатие топливо-воздушной смеси. При этом давление в цилиндре зависит от утечек смеси через поршневые кольца и клапаны. Их износ или повреждения, а также царапины и риски на поверхности цилиндра также увеличивают утечки смеси через поршневые кольца. Поршневые кольца под действием трения и давления в цилиндре прижимаются к нижним поверхностям канавок, а уплотнение полости цилиндра над поршнем достигается с одной стороны по стыку колец с поверхностью цилиндров, а с другой — по нижним торцевым поверхностям колец и канавок.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочим циклом двигателя называется ряд последовательных, периодически повторяющихся процессов в цилиндрах, в результате которых тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Часть рабочего цикла, совершаемого за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня, называется тактом. Двигатели, рабочий цикл которых совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала), называются четырехтактными.

В камере сгорания (рис. 2.1) карбюраторного двигателя устанавливаются впускной 4 и выпускной 6 клапаны, управляемые газораспределительным механизмом, и свеча зажигания 5.

Рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя состоит из последовательных тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска. Допустим, что в результате вращения коленчатого вала при пуске двигателя (вручную или с помощью специального электро-

Впуск Сжатие Расширение Выпуск

Рис. 2.1. Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя: / — поршень; 2 — рабочая смесь; 3 — впускной канал; 4 — впускной клапан; 5 — свеча зажигания; 6 — выпускной клапан; 7 — выпускной канал; 8 — шатун; 9 — коленчатый вал

двигателя) поршень совершает движение от ВМТ к НМТ. При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан 6 закрыт. Так как объем цилиндра при движении поршня вниз увеличивается, давление над поршнем уменьшается до 0,07—0,09 МПа. Впускной канал 3 связан со специальным устройством — карбюратором, который приготовляет горючую смесь из топлива и воздуха. Вследствие разности давлений в карбюраторе и цилиндре горючая смесь поступает через впускной канал и открытый впускной клапан в цилиндр двигателя.

Если двигатель уже работает, то горючая смесь, попадая в цилиндр, смешивается с остаточными газами (остаточные продукты сгорания от предыдущего цикла) и образует рабочую смесь. Соприкасаясь с остаточными газами и нагретыми деталями, смесь нагревается до температуры 75-125 °С.

Такт сжатия. При подходе поршня к НМТ впускной клапан закрывается. При движении поршня от НМТ к ВМТ вследствие сокращения объема цилиндра при закрытых клапанах повышаются давление и температура рабочей смеси. В конце такта сжатия давление достигает 0,9—1,5 МПа, а температура — 270—480 °С. В этот момент к электродам свечи зажигания 5 подводится высокое напряжение, которое вызывает между ними искровой разряд, в результате чего рабочая смесь воспламеняется и сгорает. В процессе сгорания топлива выделяется большое количество теплоты, от чего температура газов (продуктов сгорания) повышается до 2200—2500 °С, давление внутри цилиндров достигает 3,0—4,5 МПа.

Такт расширения (рабочий ход). Под давлением расширяющихся газов поршень движется от ВМТ к НМТ (оба клапана закрыты). Происходит преобразование тепловой энергии в полезную работу, поэтому ход поршня в такте расширения называют рабочим ходом.

При движении поршня к НМТ объем цилиндра увеличивается, вследствие чего давление уменьшается до 0,3—0,4 МПа, а температура газов — до 900—1200 °С.

Такт выпуска. Когда поршень подходит к НМТ, открывается выпускной клапан 6, и при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ, выталкивая отработавшие газы через открытый клапан, выпускной канал 7 и выпускную трубу в окружающую среду. К концу такта выпуска давление в цилиндре составляет 0,11—0,12 МПа, а температура — 600—900 °С.

При подходе поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается, впускной открывается и начинается новый рабочий цикл.

Способы продувки цилиндров

Очевидно, что процесс продувки, механизм, квалифицирующийся, как сложный. Правильно выполненная продувка напрямую влияет на показатели мощности и коэффициента полезного действия. Для улучшения характеристик, конструкторы постоянно стараются усовершенствовать и довести процесс до идеала.

Как можно продуть цилиндр:

«Контурная» продувка.Вид продувки прост и поэтому распространён. Недостаток то, что применение связано с перерасходом топлива. Разновидности контурной продувки: возвратно-петлевая, дефлекторная, высотная.

«П-образная» продувка.Принцип «П-образной» заключается в применении только на моторах с двумя цилиндрами. При проведении, один цилиндр участвует в процессе впуска газов, второй выпускает отработку. Эффект продувки ощущается в топливной экономичности, процесс сопровождается неравномерным нагревом пары, отвечающей за выпуск.

«Клапанно-щелевая» продувка.Отличается тем, что требует наличия газораспределительного механизма для управления клапанами. Клапан используется, как для предоставления горючего, так и для вывода отработанных паров. Продувка предусматривает отвод отработки посредством клапана в головке цилиндров и поступление горючего через отверстия. Преимущество, что продувка повышает топливную экономичность и минимизирует показатель токсичности выпускаемых паров. Недостаток, сложность конструкции и нарушения режимов, связанных с повышением температуры работы агрегата.

«Прямоточная» продувка.Используется в силовых установках с количеством поршней равным двум. При этом расположение цилиндра находится в горизонтальном положении. Поршни двигаются, друг навстречу другу. В движении каждый поршень освобождает и перекрывает клапан: один поршень впускает порцию горючего, второй удаляет порцию отработки из цилиндра. Камера сгорания образуется в момент сближения поршней друг с другом. Эффект этого варианта продувки максимален: удаляет сгоревшие газы и экономит горючее. Минус, требуется сложный механизм кривошипов и шатунов, показатели температуры двигателя требуют применения охладителей и устойчивых материалов для изготовления деталей.

Двухтактный двигатель 5 ТДФ с прямоточной продувкой

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

Такт сжатия

Оба клапана закрыты. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок б) и сжимает воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) температура воздуха становится выше температуры самовоспламенения топлива.

В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку начинает впрыскиваться жидкое топливо. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и оставшимися газами, образуется рабочая смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает, давление и температура газов повышаются.

Такт расширения

Оба клапана закрыты. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. (рисунок в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива.

Такт выпуска

Выпускной клапан открывается. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. (рисунок г) и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы в атмосферу.

Далее рабочий цикл повторяется.

У описанных двигателей в течение рабочего цикла только в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит коленчатый вал во вращательное движение. При выполнении остальных тактов — выпуске, впуске и сжатии — нужно перемещать поршень, вращая коленчатый вал. Эти такты являются подготовительными и осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком в такте расширения. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.

Дизель по сравнению с карбюраторным двигателем имеет следующие основные преимущества:

• на единицу произведенной работы расходуется в среднем на 20…25 % (по массе) меньше топлива
• работа на более дешевом топливе, которое менее пожароопасно

Недостатки дизеля:

• более высокое давление газов в цилиндре требует повышенной прочности деталей, а это приводит к увеличению размеров и массы дизеля
• пуск его затруднен, особенно в зимнее время

Хорошие экономические показатели дизелей обусловили их широкое применение в качестве двигателей для тракторов, грузовых и легковых автомобилей.

Особенности работы 4-х тактного двигателя

В двухтактном моторе смазывание поршневых и цилиндровых пальцев, коленвала, поршня, подшипника и компрессорных колец проводят, заливая масло в бензин. Коленчатый вал 4тактного мотора располагается в масляной ванне, что является существенным отличием. Именно поэтому отсутствует необходимость смешивать топливо и добавлять масло. Все, что необходимо сделать владельцу автомобиля — наполнить бензином топливный бак.

Автовладельцу, таким образом, незачем приобретать специальное масло, без которого не может функционировать двухтактный мотор. Кроме того, при наличии четырехтактного мотора на поршневом зеркале и на стенах глушителя уменьшается количество нагара

Еще одно важное отличие — в двухтактном моторе в выхлопную трубу выплескивается горючая смесь, что обусловлено его устройством

https://youtube.com/watch?v=Pby7ms9Smiw

Следует признать, что у четырехтактных двигателей также имеются небольшие недостатки. Например, у них не особо качественными являются рабочие моменты по регулированию теплового клапанного зазора.

Создание двухтактного двигателя

Много предположений о том, кто первым создал двигатель внутреннего сгорания. Доподлинно известно, что первый двухтактный двигатель, работающий на газу, изобретен и сконструирован бельгийцем Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром, произошло это событие в 1858 году.

Двигатель Ленуара (выставлен в музее)

На тот момент уже создана паровая машина, и изобретение бельгийца превосходило её по характеристикам. Мотор намного легче, проще, потреблял меньше топлива. Несмотря на преимущества, силовая установка имела много недоработок и уступала в надёжности. После того как Николас Отто, презентовал четырёхтактный двигатель, который на тот момент продуман детальней, о моторе работающем по принципу двух тактов, забыли, и длительный период времени нигде не использовали.

Во время Великой Отечественной войны силовая установка устанавливалась на самолёты. В нашем регионе моторы известны благодаря использованию на мотто технике. Трёхцилиндровые агрегаты, выполняющие два такта, используются на мотоциклах компаний Suzuki и Kawasaki. Сегодня двигатели эксплуатируются в авиации, здесь лидер австрийская фирма Rotax, выпускающая моторы для использования на небольших самолетах.

Двухтактный двухцилиндровый двигатель Rotax 582 UL

После ужесточения требований к экологическим нормам и выбросам двухтактный двигатель перестал применяться для установки на классический автомобильный транспорт. Однако, на лёгкой технике, как: скутера, снегоходы, катера заменить маленький и лёгкий агрегат не просто. Здесь конкурентов у двухтактной установки попросту нет.

4 Тактный двигатель принцип работы

4 тактный двигатель является поршневым мотором внутреннего сгорания.

В этих агрегатах рабочий процесс всех цилиндров занимает два кругооборота коленчатого вала.

Два кругооборота коленчатого вала также можно охарактеризовать как четыре поршневых такта, от чего и произошло название четырехтактный двигатель.

Начиная с середины двадцатого века четырехтактный двигатель является самым распространенным видом поршневых моторов внутреннего сгорания.

Основные характеристики 4 тактного двигателя

1. Обмен газов происходит за счет движения рабочего поршня;
2. 4 тактный двигатель обладает газораспределительным механизмом, который позволяет переключить цилиндровую полость на впуск и выпуск;
3. Обмен газов происходит в момент отдельного полуоборота коленвала;
4. Цепная, ременная передача и шестеренчатые редукторы позволяют изменить моменты зажигания, впрыскивания бензина и привода газораспределительного механизма относительно частоты верчения коленвала.

4 тактный двигатель принцип работы

В двухтактном моторе смазывание коленвала, цилиндровых и поршневых пальцев, подшипника коленвала, поршня и компрессионных колец происходит путем заливки масла в бензин. 4 тактный мотор отличается тем, что в нем коленчатый вал расположен в масляной ванне. За счет этой особенности необходимость в добавлении масла или смешивании топлива попросту отсутствует. Все, что нужно сделать владельцу транспортного средства – это наполнить топливный бак бензином, после чего можно продолжать пользоваться транспортом.

Таким образом, автовладельцу становится незачем приобретать специальное масло, которое нужно для функционирования двухтактных моторов.

Помимо этого, 4 тактный мотор отличается уменьшенным количеством нагара на стенах глушителя и поршневом зеркале.

Еще одним важным отличием является то, что при двухтактном моторе совершается выплеск горючей смеси в выхлопную трубу – это обусловлено его устройством.

Стоит признать, что четырехтактные двигатели также обладают небольшими недостатками. К примеру, у таких двигателей повышенная длительность старта скутера с места.

Также не особо качественными являются работы по регулированию клапанного теплового зазора.

При этом следует отметить, что проблему с повышенной длительностью старта скутера можно решить оптимизацией опций центробежного сцепления и передачи.

Работа 4 тактного двигателя

Как уже было сказано, работа 4 тактного двигателя состоит из двух оборотов коленвала или, еще можно сказать, четырех тактов поршня.

Работа 4 тактного двигателя происходит таким образом:

1. (впуск). Поршень продвигается в нижнюю сторону, что приводит к открытию клапана впуска. В итоге горючая смесь оказывается в цилиндре, куда она попадает из карбюратора. По достижению поршнем нижнего положения совершается закрытие клапана впуска.
2. (сжатие). Поршень передвигается в верхнюю сторону, что провоцирует сжимание горючей смеси. После того, как поршень приближается к верхней мертвой точке, совершается возгорание сжатого поршнем бензина.
3. (расширение). Происходит возгорание бензина, в результате которого он сгорает – это приводит к растяжению горючих газов и, соответственно, к движению поршня вниз (два клапана оказываются закрытыми).
4. (выпуск). По инерции коленчатый вал продолжает кругооборот вокруг своей оси, а поршень – продвигаться вверх. Вместе с этим происходит открытие клапана выпуска, откуда выхлопные газы попадают в трубу. Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, совершается закрытие клапана впуска.

По окончанию работы 4 тактного двигателя четыре такта проходят заново.

Функционирование двухтактного агрегата

Хоть и статья не об этом, однако стоит коротко описать функционирование двухтактного двигателя с целью сравнить их. Как становится понятно из наименования, функционирование такого мотора проходит только через два такта.

1. Поршень продвигается наверх, что приводит к сжатию горючей смеси, после которого (без достижения верхней мертвой точки) она воспламеняется. По достижению поршнем верхней мертвой точки открываются окна впуска в стене цилиндра, из-за чего горючая смесь перетекает в кривошипную камеру.
2. Под действием растягивающихся газов поршень продвигается в нижнюю сторону. Пребывая в нижнем положении, поршень открывает окна впуска и выпуска. Газы попадают в трубу выхлопа, а на их месте оказывается горючая смесь.

Четырёхтактный двигатель

А теперь вернёмся к четырёхтактном автомобильному двигателю.

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

1-й такт впуск (наполнение).

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

Бензиновый двигатель: бензовоздушная смесь через впускной канал наполняет цилиндр.

Дизельный двигатель: воздух через впускной канал наполняет цилиндр.

2-й такт сжатие.

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

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

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

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

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

Для большей наглядности взгляните на следующие рисунки:

Такты бензинового двигателя:

Такты дизельного двигателя:

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

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

Как работает двигатель?

Важно ли понимать устройство двигателя для обычного пользователя автомобиля? Это как минимум необходимо для правильной эксплуатации мотора. Например, знаете ли вы про 9-цилиндровый мотор БМВ или что такое объем двигателя? За пять минут расскажем просто обо всем важном.

Виды моторов

Двигатель внутреннего сгорания представляет собой достаточно сложную конструкцию. Существуют двух- и четырехтактные двигатели. Наиболее распространены 4-тактные моторы в автомобилях и мотоциклах. Двухтактники также могут применяться в транспорте, но чаще их используют для некоторых видов водных и даже воздушных судов. Двухтактные моторы устанавливают в мотокосах, бензопилах и прочем строительном бензоинструменте.

Конструкторы успели придумать такое множество агрегатов, попадающих под определение ДВС. Мы будем рассматривать наиболее привычные варианты. Рассмотрим 4-тактный мотор. Чтобы понять порядок и принципы его работы, разберемся, из чего он состоит:

• цилиндры, в которых располагаются поршни;
• коленчатый вал;
• газораспределительный механизм.

К этому добавим системы зажигания, подачи топлива и отвода отработанных газов, а также смазки и охлаждения двигателя.

Основные подходы к классификации силовых установок:

1. По количеству цилиндров.
2. По расположению цилиндров.
3. По виду топлива.

1. Цилиндров чаще всего бывает от одного до шести. Более мощные автомобили могут использовать, например, 8, 12 или 16 цилиндров.

2. В рядном двигателе цилиндры на коленчатом валу располагаются один за другим в ряд. Увеличить мощность двигателя без существенного изменения размеров можно путем удвоения количества цилиндров. При этом один ряд поршней располагается относительно второго ряда под углом 90 градусов. Такой тип двигателя называется V-образным. Существует еще и оппозитный тип мотора, когда два ряда поршней располагаются под углом 180 градусов. Такие двигатели, например, применяются в автомобилях Subaru. За счет особенностей расположения цилиндров автомобиль получает более низкий центр тяжести и вибрацию при работе, а также минимальную высоту капота.

3. ДВС может работать на бензине и дизтопливе. Отличие заключается в том, что в бензиновом моторе топливо подается смешанное с воздухом и зажигается с помощью искры от свечи. У дизельного мотора топливо и воздух подаются раздельно, воспламенение происходит от высокой температуры сжатого газа. Вместо бензина в двигателе со смешанным топливом может использоваться газ, например, метан.

В одной модели автомобиля часто используется целая линейка двигателей с разными характеристиками на выбор покупателя. Например, в популярной BMW 5-й серии (Е60) может использоваться рядный 4-цилиндровый дизельный двигатель (M47), рядный 6-цилиндровый турбодизель (М57) или мощный 10-цилиндровый бензиновый V-образник (S85).

А вот 9-цилиндровый двигатель БМВ ставили на самолеты, и располагались цилиндры относительно друг друга в виде звезды.

Порядок работы двигателя

Вернемся к двух- и четырехтактным двигателям. Конструкции двухтактных моторов могут сильно различаться и быть как проще, так и намного сложнее четырехтактных собратьев. За счет меньшего количества оборотов мощность двухтактников выше, но экономичность хуже. Маленькие по размерам и мощности моторы не требуют сложной системы охлаждения, масло для смазки добавляется непосредственно с топливом в камеру сгорания.

Один такт – это движение поршня внутри цилиндра вверх или вниз. Работа 4-тактного мотора состоит из:

• впуска;
• сжатия;
• рабочего хода;
• выпуска.

У двухтактной силовой установки впуск происходит во время сжатия (первый такт), а рабочий ход совмещен с выпуском отработанных газов (второй такт).

Теперь подробнее о четырехтактном процессе.

В цилиндре находится поршень, который с помощью шатуна крепится к коленвалу. Сверху цилиндра находятся впускные и выпускные клапаны, а также свеча. Внутренний объем всех цилиндров составляет так называемый объем двигателя.

Поршень может находиться в верхней точке цилиндра (верхняя мертвая точка), нижней (нижняя мертвая точка) или перемещаться между ними.

В первом такте открывается впускной клапан и поршень опускается. Таким образом, цилиндр наполняется либо смесью топлива и воздуха, либо только воздухом (для дизельного мотора).

Во втором такте поршень идет вверх, сжимая содержимое и параллельно увеличивая его давление и температуру. В конце такта свеча зажигания создает искру, в результате чего происходит детонация топливной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном же свеча не используется, а топливо подается в последний момент такта, которое возгорается за счет высокого давления и температуры воздуха.

В третьем и основном такте работы мотора высвобождаемая от взрыва энергия двигает поршень вниз. Именно в этот момент создается сила, которая заставляет коленчатый вал вращаться, а от него вращается и маховик двигателя.

На четвертом такте поршень поднимается к верхней мертвой точке при открытом выпускном клапане. При этом удаляются отработанные газы. Далее цикл из четырех тактов повторяется.

Если в двигателе используется несколько цилиндров, движение их поршней управляется газораспределительным механизмом таким образом, чтобы цилиндры одновременно находились на разных тактах. Систем управления газораспределением существует несколько − от механических распредвалов до электронных процессоров.

Все движимые детали обязательно должны охлаждаться и смазываться. Температура в момент детонации достигает нескольких тысяч градусов. Охлаждение, как правило, производится с помощью жидкости, которая отбирает тепло у деталей двигателя. Далее жидкость сама должна охладиться и снова вернуться в мотор. Превышение допустимых температур может привести к практически моментальному разрушению силовой установки.

В легковых автомобилях количество оборотов коленвала может достигать восьми тысяч в минуту. Для минимизации механического износа система смазки должна работать идеально. Поэтому важно следить за уровнем моторного масла и работоспособностью масляного насоса. Системы смазки и охлаждения могут страдать из-за загрязнения, что ведет к сужению или перекрытию каналов движения жидкостей.

Материалы рубрики «Промо» публикуются на правах рекламы.

Принцип работы дизельного двигателя

Дизельный двигатель это двигатель, в котором топливо воспламеняется от сжатия в цилиндре, то есть без помощи искры от свечи зажигания в отличии от бензинового  двигателя. В 1890 году Рудольф Дизель развил теорию «экономичного термического двигателя», который благодаря сильному сжатию в цилиндрах значительно улучшает свою  эффективность. Таким образом Дизель улучшил первоначальную идею  Сади Карно. 28 января 1897 года впервые был успешно испытан Дизель-мотор.  В настоящее время используется термин «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», так как теория Рудольфа Дизеля стала основой для  создания современных двигателей с воспламенением от сжатия.

Впечатляющими темпами развиваются дизельные технологии в последние десять лет. В современных условиях постепенного увеличения стоимости всех видов топлива дизельные двигатели приобретают все большую популярность за счет более высокого КПД Современные дизели  последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности и удельным характеристикам, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности. 

Половина новых автомобилей, которые сегодня продаются в Европе имеют дизельный мотор. В чем же его особенность? Дизельные двигатели схожи по конструкции с бензиновыми  двигателями и тоже работают по двух- или четырехтактным циклам. Основное отличие между дизельным и бензиновым двигателем в том, что в дизельном двигателе топливо под  большим давлением впрыскивается в камеру сгорания через топливные форсунки инжектора только тогда, когда воздух сжат и достаточно горяч, чтобы воспламенить топливо, то  есть в конце такта сжатия. Топливо сначала проходит через фильтры, чтобы мельчайшие частицы не засоряли отверстия в соплах форсунок. Высокое давление при сгорании  смеси, дает на выходе весьма внушительный крутящий момент с самых низких оборотов. Это отлично подходит для грузовых автомобилей. 

Принцип работы дизельного двигателя  основан на самопроизвольном  воспламенении дизельного топлива, которое впрыскивается в камеру сгорания и смешивается со сжатым и нагретым до высокой температуры  воздухом. В отличие от бензинового двигателя процесс работы дизеля не зависит от коэффициента избытка воздуха, а определяется неоднородностью топливно-воздушной смеси. Несмотря на множество отличий, существуют и общие черты, между двумя агрегатами, это касается четырёхтактного принципа работы. 

Такты работы дизельного двигателя:

• первый такт (такт впуска) свежая порция воздуха втягивается в цилиндр через открытый впускной клапан. Поршень идет вниз. Через некоторое время клапан закрывается. 
• второй такт (такт сжатия) поршень, дойдя до верхней мертвой точки, сжимает воздух в обьеме примерно в 17 раз, после чего в горячей среде распыляется топливо через форсунку.
• третий такт (рабочий такт) взрыв смеси, при этом расширение газов заставляет двигаться поршень вниз, в конечном итоге повернуть коленчатый вал и маховик, совершая работу.
• четвертый такт (выпускной такт) выпускной клапан открывается, поршень поднимается вверх, и отработанные газы выходят через выпускной клапан.

СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ

^{Сравнение характеристик двигателей внутреннего сгорания}

в

Руководитель:

Половникова Л.Б.

Тобольск, 2014

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Нередко два одинаковых внешне автомобиля абсолютно по-разному ведут себя в эксплуатации. И тут у многих автомобилистов возникает принципиальный вопрос: какой тип двигателя — бензиновый или дизельный — предпочесть. Бензин вроде бы привычнее, с другой стороны, цены на стелах АЗС на дизельное топливо выглядят привлекательнее. Чем дизельный двигатель лучше бензинового? На этот вопрос мы попытались найти ответ в своей работе.

Цель работы: сбор, оформление и представление информации в сравнении ДВС дизельного и карбюраторного.

Задачи:

1. Изучить историю и принцип работы ДВС с использованием разных средств информации.

2. Подобрать анимации по принципу работы ДВС.

3. Провести анализ собранных фактов, сравнить преимущества и недостатки.

4. Сделать выводы.

5. Подготовить доклад на научную конференцию.

Проектным продуктом будет: отчет о собранной информации и электронная презентация с элементами анимации и видео.

Основная часть

1. 1. Понятие о тепловых двигателях. Классификация двигателей внутреннего сгорания

Двигателями называют машины, преобразующие один из видов энергии (тепловой, электрической, гидравлической и др.) в механическую работу. Тепловые двигатели преобразуют в механическую работу тепловую энергию. К ним относятся паровые машины, паровые и газовые турбины и ДВС.

В ДВС рабочее тело получается непосредственно в цилиндрах двигателя, что существенно снижает тепловые потери. Поэтому ДВС отличается от других тепловых двигателей не только большей экономичностью, но и простотой конструкции и компактностью.

Современные ДВС классифицируют по следующим основным признакам:

1. По способу осуществления рабочего цикла – двухтактные или четырёхтактные. В двухтактных двигателях рабочий цикл завершается за один оборот коленчатого вала (или за два хода поршня), а в четырёхтактных – за два оборота коленчатого вала (или за четыре хода поршня).

2. По способу действия – простого и двойного действия.

В двигателях простого действия рабочий цикл совершается в верхней части цилиндра – над поршнем (см рис. 2, а, б), в двигателях двойного действия рабочий цикл происходит попеременно в верхней и нижней частях цилиндра. Дизели двойного действия широкого распространения не получили, так как сложны по конструкции и в эксплуатации. В настоящее время используются дизели с противоположно движущимися поршнями (рис в-е), у которых в каждом цилиндре работают два поршня, движущихся навстречу друг другу и образующих при этом в центре цилиндра между днищами поршней одну общую камеру сгорания. От верхнего и нижнего поршней мощность может передаваться на один нижний коленчатый вал или на отдельные нижний и верхний коленчатые валы. Обычно от верхнего поршня мощность передается через зубчатую передачу на нижний вал, который соединен с электрогенератором.

3. По роду применяемого топлива – работающее на легком топливе (бензине, керосине, лигроине, газойле, солярном масле, дизельном топливе), на тяжелом (моторном мазуте), на газообразном (природном или генераторном газе), на смешанном (при работе на газообразном топливе для воспламенения используется жидкое топливо).

4. По способу наполнения рабочего цилиндра свежим зарядом – дизели без наддува и с наддувом. У дизелей без наддува воздух всасывается рабочим поршнем (в четырехтактном двигателе) или поступает из продувочного насоса двухтактного дизеля при давлении, превышающем атмосферное на (14,7/39,2) * 10 в 3 степени Н/м в квадрате (0,15-0,40 кгс/см в квадрате).

Рис.1.1 Классификация двигателей по способу действия

У дизелей с наддувом воздух подается в цилиндр принудительно, под давлением из продувочного сжатия воздуха в цилиндре, и с принудительным воспламенением горючей смеси от электрической искры (карбюраторные и газовые двигатели).

5. По способу смесеобразования – с внутренним и с внешним смесеобразованием. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизели) топливо подается в цилиндр в распыленном виде и смешивается внутри него с воздухом. У двигателей с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые двигатели) смесь легкого или газообразного топлива с воздухом подготовляется для подачи в рабочий цилиндр двигателя.

6. По конструктивному исполнению – тронковые и крейцкопфные. В тронковых двигателях нормальная составляющая N силы давления p газов на поршень воспринимается боковой поверхностью цилиндра. Чтобы давление на эту поверхность было допустимым увеличивают длину направляющей части поршня – тронка. В крейцкопфных двигателях роль направляющей выполняют ползуны крейцкопфа, перемещаемые по параллелям дизеля. Современные четырехтактные дизели выполняются преимущественно тронковыми, а двухтактные – крейцкопфные.

7. По расположению цилиндров в одной – однорядные с расположением цилиндром в одной плоскости и многорядные с параллельным, V, W и X – образными и другим расположением цилиндров

8. По числу цилиндров – одноцилиндровые и многоцилиндровые (рис.1.2)

Рис.1.2 Классификация двигателей по расположению цилиндров

2. История создания, принцип работы

   1. Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания

Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован англичанином Алфоном Дэ-Рош в 1861 году. До этого около 1854-1857 годов 2 итальянца: Евгенио Барсанте и Феличе Мототци изобрели двигатель который по имеющийся информации мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, однако тот патент был утерян. Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип известен в основном как цикл Отто. А четырёхтактный двигатель использующий свечи зажигания в системе зажигания часто называется двигателем Отто.

Общее устройство и работа ДВС. Почти на всех современных автомобилях в качестве силовой установки применяется двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Рис 2.1.1 Внешний вид двигателя внутреннего сгорания

В основе работы каждого ДВС лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании топливной смеси, именуемой в дальнейшем рабочей.  При этом горит не само топливо. Горят только его пары, смешанные с воздухом, которые и являются рабочей смесью для ДВС. Если поджечь эту смесь, она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А если поместить смесь в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на эту стенку  будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку. 

Заметим, что в ДВС из каждых 10 литров топлива только около 2 литров используется на полезную работу, остальные 8 литров сгорают впустую. То есть КПД ДВС составляет всего 20 %. ДВС, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также из следующих систем: 

Основные детали ДВС:

• головка блока цилиндров;

• цилиндры;

• поршни;

• поршневые кольца;

• поршневые пальцы;

• шатуны;

• коленчатый вал;

• маховик;

• распределительный вал с кулачками;

• клапаны;

• свечи зажигания.

Большинство современных автомобилей малого и среднего класса оснащены четырехцилиндровыми двигателями. Существуют моторы и большего объема — с восьмью и даже двенадцатью цилиндрами (рис. 2.1.2). Чем больше объем двигателя, тем он мощнее и тем выше потребление топлива. Принцип работы ДВС проще всего рассматривать на примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра с внутренней зеркальной поверхностью, к которому прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень цилиндрической формы — стакан, состоящий из головки и юбки (рис. 2.1.3). На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность пространства над поршнем, не давая возможности газам, образующимся при работе двигателя, проникать под поршень. Кроме того, поршневые кольца не допускают попадания масла в пространство над поршнем (масло предназначено для смазки внутренней поверхности цилиндра). Иными словами, эти кольца играют роль уплотнителей и делятся на два вида: компрессионные (те, которые не пропускают газы) и маслосъемные (препятствующие попаданию масла в камеру сгорания)

 . 

Рис. 2.1.2 Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки: а — четырехцилиндровые; б — шестицилиндровые; в — двенадцати цилиндровые (α — угол развала) 

Смесь бензина с воздухом, приготовленная карбюратором или инжектором, попадает в цилиндр, где сжимается поршнем и поджигается искрой от свечи зажигания. Сгорая и расширяясь, она заставляет поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия превращается в механическую. 

Рис.2.1.3. Поршень с шатуном:  1 — шатун в сборе; 2 — крышка шатуна;3 — вкладыш шатуна; 4 — гайка болта; 5 — болт крышки шатуна; 6 — шатун; 7 — втулка шатуна; 8 — стопорные кольца; 9 — палец поршня; 10 — поршень; 11 — маслосъемное кольцо; 12, 13 — компрессионные кольца

Далее следует преобразование хода поршня во вращение вала. Для этого поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя

Рис 2.1.4  Коленчатый вал с маховиком: 1 — коленчатый вал; 2 — вкладыш шатунного подшипника; 3 — упорные полукольца; 4 — маховик; 5 — шайба болтов крепления маховика; 6 — вкладыши первого, второго, четвертого и пятого коренных подшипников; 7 — вкладыш центрального (третьего) подшипника 

В результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно через шатун происходит вращение коленчатого вала. 
Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется самое верхнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вверх и готов начать движение вниз). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вниз и готов начать движение вверх) называют нижней мертвой точкой (НМТ). А расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня.  Когда поршень перемещается сверху вниз (от ВМТ до НМТ), объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ — это камера сгорания.  А объем над цилиндром, когда он находится в НМТ, называют рабочим объемом цилиндра. В свою очередь, рабочий объем всех цилиндров двигателя в сумме, выраженный в литрах, называется рабочим объемом двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания в момент нахождения поршня в НМТ. 

Важной характеристикой ДВС является его степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр топливовоздушная смесь при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6–14, у дизельных — 14–24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, а также существенно влияет на токсичность отработавших газов.  Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (используется чаще). При этом 1 л. с. равна примерно 0,735 кВт. Работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре топливовоздушной смеси. 

В бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания в дизельных — от сжатия. 

 
Рис.2.1.5 Свеча зажигания

При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно: в момент сгорания горючей смеси резко ускоряется, а все остальное время замедляется.  Для повышения равномерности вращения на коленчатом валу, выходящем наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск — маховик (см. рис. 2.1.4 ). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются. А сейчас поговорим немного подробнее о работе одноцилиндрового двигателя.  Повторим, первое действие — попадание внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливовоздушной смеси, которую приготовил карбюратор или инжектор.

Этот процесс называется тактом впуска (первый такт). Заполнение цилиндра двигателя топливовоздушной смесью происходит, когда поршень из верхнего положения движется в нижнее. При этом к цилиндру двигателя подведены два канала: впускной и выпускной. Горючая смесь впускается через первый канал, а продукты ее сгорания выходят через второй. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: клапан — это подобие гвоздя с большой круглой шляпкой, перевернутый шляпкой вниз, которой закрывается вход из канала в цилиндр. При этом шляпка прижимается к кромке канала мощной пружиной и закупоривает его. Если нажать на клапан (тот самый гвоздь), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала откроется (рис. 2.1.6). 

 Первый такт — впуск Во время этого такта поршень перемещается из ВМТ в НМТ. При этом впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью до тех пор, пока поршень не окажется в НМТ, то есть его дальнейшее движение вниз станет невозможным. Из ранее сказанного мы с вами уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а, следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот. Так вот, за первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) колен вал проворачивается на пол-оборота. 

Второй такт — сжатие. После того как топливовоздушная смесь, приготовленная карбюратором или инжектором, попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан, она становится рабочей. 

Теперь наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и деваться ей стало некуда: впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. В этот момент поршень начинает движение снизу-вверх (от НМТ к ВМТ) и пытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра (см. рис. 2.1.6). Однако, стереть в порошок эту смесь ему не удастся, поскольку преступить черту ВМТ поршень не может, а внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, находящимся в ВМТ, всегда оставалось пусть не очень большое, но свободное пространство — камера сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а температура достигает 450–500 °С. 

Третий такт — рабочий ход Третий такт — самый ответственный момент, когда тепловая энергия превращается в механическую. В начале третьего такта (а на самом деле в конце такта сжатия) горючая смесь воспламеняется с помощью искры свечи зажигания

Рис.2.1.6   Процесс работы четырехтактного двигателя

Давление от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает двигаться вниз (от ВМТ к НМТ). При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Рабочая смесь сгорает с выделением большого количества тепла, давление в цилиндре резко возрастает, и поршень с большой силой перемещается вниз, приводя во вращение через шатун коленчатый вал. В момент сгорания температура в цилиндре повышается до 1800–2000 °С, а давление — до 2,5–3,0 МПа.

Рис. 2.1.7 Искра между электродами свечи

Обратите внимание, что главная цель создания самого двигателя — это как раз и есть третий такт (рабочий ход). Поэтому остальные такты называют вспомогательными. 

Четвертый такт — выпуск во время этого процесса впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. Поршень, перемещаясь снизу-вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал (трубопровод). Далее через систему выпуска отработавших газов, наиболее известная часть которой — глушитель, отработавшие газы уходят в атмосферу

Рис. 2.1.8Фрагмент глушителя

Все четыре такта периодически повторяются в цилиндре двигателя, тем самым обеспечивая его непрерывную работу, и называются рабочим циклом. Рабочий цикл дизельного двигателя имеет некоторые отличия от рабочего цикла бензинового. В нем во время такта впуска в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух.  Во время такта сжатия он сжимается и нагревается. В конце первого такта, когда поршень приближается к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство — форсунку, ввернутую в верхнюю часть головки цилиндра, — под большим давлением впрыскивается дизельное топливо. Соприкасаясь с раскаленным воздухом, частицы топлива быстро сгорают.  При этом выделяется большое количество тепла и температура в цилиндре повышается до 1700–2000 °С, а давление — до 7–8 МПа.  Под действием давления газов поршень перемещается вниз, и происходит рабочий ход. Такт выпуска дизельного двигателя аналогичен такту выпуска бензинового двигателя.  Вспомогательные такты (первый, второй и четвертый) совершаются за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя — маховика, о котором также шла речь выше. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах двигателя при его пуске, а также позволяет ему преодолевать кратковременные перегрузки, например, при движении автомобиля с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Во время третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал передает запас инерции маховику. Инерция помогает ему осуществлять вспомогательные такты рабочего цикла двигателя. Из этого следует, что при тактах впуска, сжатия и выпуска поршень ходит в цилиндре именно за счет энергии, отдаваемой маховиком. В многоцилиндровом двигателе порядок работы цилиндров устанавливается таким образом, чтобы рабочий ход хотя бы одного поршня помогал осуществлять вспомогательные такты и плюс ко всему вращал маховик.  А теперь подведем итоги: совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обеспечивающих его непрерывную работу, называется рабочим циклом. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов, каждый из которых происходит за  один ход поршня или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала.  Порядок работы цилиндров четырехцилиндрового двигателя: 1-3-4-2. Пятицилиндрового, как правило, — 1-2-4-3-5.

1. 2. Дизельный ДВС

Дизельный двигатель был создан великим инженером-изобретателем Рудольфом Дизелем в 1897 году. В 1890 году он выдвинул теорию «экономичного термического двигателя», которая предполагала изобретение эффективного мотора по принципу воспламенения от сжатия в цилиндрах. Первый патент на изобретение Дизель получил в 1893 году. В качестве топлива ученый предполагал использовать каменноугольную пыль, однако, из-за ряда существенных недостатков это стало невозможным. Реальным видом топлива явились тяжелые нефтяные фракции.

До Рудольфа Дизеля идеи создания силового агрегата с подобным принципом работы были высказаны инженером Экройдом Стюардом, однако, патент вследствие выдвинутой теории получил Дизель. Именно поэтому мы и называем такие моторы «дизелями», «дизельными двигателями». В 1898 году инженер Путиловского завода Санкт-Петербурга Густав Тринклер построил нефтяной двигатель высокого давления, он был бескомпрессорным (современный вид — с форкамерой). Как оказалось, он имеет более простую конструкцию и оказался надежнее своего аналога. Однако, основой для современных моторов с воспламенением от сжатия явилось все же изобретение Рудольфа Дизеля.

Первые несколько десятилетий дизели устанавливались лишь на морские суда. На автомобильном транспорте они стали применяться с более усовершенствованными системой впрыска топлива, скоростью вращения.

Первые испытания сконструированного образца дизельного двигателя случились в 1893 году, однако, они не увенчались успехом, а сам изобретатель в ходе эксперимента из-за произошедшей аварии едва не погиб. В последующие несколько лет Дизель построил еще несколько моделей, которые работали на мазуте и керосине.

В начале 1900-х годов дизельный двигатель был установлен на корабле, а через какое-то время — и на локомотиве. В 20-е гг. инженером из Германии Робертом Бошем был модернизирован топливный насос высокого давления двигателя, теперь вместо воздушного компрессора применялась гидравлическая система нагнетания и впрыска топлива, которая позволяла увеличить скорость вращения. Популярность такого механизма очень быстро росла и уже к 50-м гг. большинство грузового и пассажирского транспорта оснащалось таким видом движков. Они оказались более экономичными, а также приемлемыми с точки зрения экологии (выбрасывали меньшее количество токсичных веществ).

Принцип работы дизельного двигателя немного отличается от принципа работы бензинового. Отличие это состоит в том, что смесеобразование происходит уже внутри самого цилиндра, у бензинового же двигателя приготовление смеси происходит снаружи. В цилиндр она подается уже готовой. Существенным отличием является воспламенение рабочей смеси. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от свечи зажигания, а в дизельном происходит самовоспламенение.

Теперь разберем рабочие циклы четырехтактного дизельного двигателя:

Такт впуска.1 – впускной клапан. 2 – выпускной клапан. 3 – топливная форсунка.

За первый такт, поршень перемещается от верхней мертвой точки ВМТ к нижней НМТ. Впускной клапан 1 открыт, выпускной 2 закрыт. За счет создаваемого разрежения в цилиндре, вовнутрь устремляется порция воздуха.

Такт сжатия. На этом этапе, оба клапана как впускной, так и выпускной закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая воздух. Давление в камере достигает 5 МПа, а температура воздуха за счет сжатия возрастает до 700 градусов Цельсия.

Такт расширение. Рабочий ход.

При достижении поршнем верхней мертвой точки (при максимальном давлении в цилиндре), через форсунку, под высоким давлением, создаваемым топливным насосом закачивается порция топлива. Форсунка распыляет топливо, которое смешиваясь с горячим воздухом самовоспламеняется. В результате горения, температура в камере резко повышается до 1800 градусов Цельсия, вместе с ней в разы увеличивается и давление 11 МПа. Поршень, передвигаясь от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки, совершает полезную работу. В конце такта температура падает до 700 — 800 градусов, давление снижается до 0.3 – 0.5 МПа.

Такт выпуска.

Выпускной клапан 2 открывается, и поршень выталкивает отработанные газы. Температура и давление опускаются до 500 градусов и 0.1 МПа.

Далее рабочие циклы повторяются.

2.3. Сравнение дизельного и четырехтактного ДВС

Какой двигатель выбрать — бензиновый или дизельный??? Однозначно ответить на этот вопрос невозможно. Рассмотрим факторы, от которых зависит принятие правильного решения.

Если автомобиль оборудован дизельным двигателем, то в процессе эксплуатации будут значительно сэкономлены средства за счет более низкой стоимости топлива и его меньшего расхода. Чем объясняется меньший расход топлива? У дизельного двигателя легкового автомобиля степень сжатия находится в пределах 20—22 единицы по сравнению с 9 -10 у бензиновых двигателей, что обеспечивает более высокий КПД. Кроме того, у дизеля регулирование рабочей смеси в основном качественное, т.е. вне зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки в цилиндры подается практически одинаковое количество воздуха, а количество используемого топлива увеличивается с нагрузкой. Но даже при полной мощности масса впрыскиваемого топлива в 1,5— 1,7 раза меньше, чем у бензинового двигателя такого же рабочего объема. Это означает, что действительная степень сжатия, т. е. давление и температура конца сжатия, не зависит от нагрузки, а рабочая смесь по сравнению с бензиновым двигателем всегда очень бедная. Эти факторы обеспечивают дизелю высокую эффективность сгорания и последующего расширения и на частичных нагрузочных режимах. В условиях эксплуатации стабильность мощностных показателей и расхода топлива зависит в первую очередь от сопротивления воздухоочистителя, которое влияет на наполнение цилиндров воздухом (в том числе и двигателей с турбонаддувом), угла опережения впрыска топлива, давления начала подъема иглы форсунки (давления начала впрыска), качества распыла топлива форсунками, а также от характера (закона) подачи топлива топливным насосом высокого давления. Следует отметить, что стабильность регулировочных параметров системы подачи топлива у дизельных двигателей выше, чем у бензиновых. Однако в процессе эксплуатации нужно строго контролировать качество очистки воздуха и топлива, а также исключить возможность перегрева двигателя, что незамедлительно повлияет на работу форсунок и поршневой группы.

Дизельные двигатели более долговечны, чем бензиновые, что объясняется более прочным и жестким выполнением блока цилиндров, коленчатого вала, деталей цилиндро-поршневой группы, головки блока цилиндров и применением дизельного топлива, которое в отличие от бензина в известной степени также является смазочным материалом. К недостаткам дизельных Двигателей следует отнести большую массу, меньшую литровую мощность, повышенный шум из-за высокого давления сгорания и затрудненный пуск при отрицательных температурах окружающего воздуха, особенно у автомобилей прошедших 100 000 км и более. В процессе эксплуатации изнашиваются плунжерные пары топливного насоса высокого давления, нарушается герметичность посадки иглы форсунки, что приводит на низких оборотах при пуске (70—90 оборотов в минуту) к плохому распылению шва. В то же время в результате появившегося износа цилиндропоршневой группы на такой частоте вращения заметно увеличивается прорыв сжимаемого воздуха в картер, а значит, давление и температура не достигают значений, необходимых для воспламенения распыленного топлива. Тем не менее существуют достаточно простые устройства, которые резко улучшают запуск дизелей при низких температурах, в том числе теплообменное устройство, устанавливаемое на период зимней эксплуатации во впускной коллектор. Опыт эксплуатации дизельных двигателей позволяет сделать вывод, что рассмотренные выше изменения, которые происходят в топливной аппаратуре и цилиндропоршневой группе, почти не вызывают снижения мощности и увеличения расхода топлива. Двигатели подвергаются ремонту, главным образом, из-за повышения расхода смазочного масла, что можно легко определить по доливу и появлению голубого дыма, который образуется из-за сгорания масла.

Бензиновые двигатели имеют более высокую частоту вращения, большую литровую мощность, шум и вибрации более низкие. Регулирование горючей смеси в них, главным образом, количественное. Поэтому на малой и средней мощностях (двигатели легковых автомобилей работают в основном в этих режимах), действительная степень сжатия — низкая, т. е. в результате дросселирования на впуске и частичного наполнения цилиндра вместо давления сжатия, например, 2,5 МПа на полной мощности, смесь сжимается до 1,0 МПа. Отсюда — низкая эффективность сгорания и последующего расширения, а значит, и большой расход топлива.

Таким образом, если при номинальных мощностях эффективный КПД бензинового двигателя на 20% ниже, чем у дизеля, то на частичных режимах разрыв увеличивается до 40% и более. Это подтверждается многочисленными сравнительными эксплуатационными испытаниями автомобилей с дизельными и бензиновыми двигателями одинаковой мощности. Снижение расхода топлива на 100 км пути в зависимости от условий движения (в городе или на магистралях) составляет 25—50%. Что касается токсичности отработанных газов, то проведенное за последнее десятилетие усовершенствование бензиновых двигателей, включая управляемый поршневым процессором прямой впрыск форсунками, значительно улучшило этот показатель. Однако многие специалисты ведущих автомобильных компаний, например фирмы Volkswagen, считают, что в условиях повышенных требований к защите окружающей среды и расходу топлива дизели остаются наиболее перспективными двигателями.

Преимущества дизельных ДВС:

— экономичность, расход топлива при том же объеме и мощности меньше на 15-25%;

-меньшая стоимость топлива;

— хорошая тяга на низких оборотах, дизельный двигатель удобен для джипов и грузовиков особенно на бездорожье;

— отсутствие свечей зажигания, проводов, трамблёров.

Преимущества бензиновых ДВС

— низкий уровень шума и вибраций;

— большая литровая мощность;

— способен работать на высоких оборотах, без последствий для двигателя. 

Недостатки дизельных ДВС

— низкая динамика разгона больший шум и вибрация;

— чувствительная топливная система, особенно к нашему топливу, может не завестись при сильном морозе;

— не терпит высоких оборотов, и как следствие высоких скоростей;

— большая масса, меньшая литровая мощность;

— чаще замена масла и фильтров, масло необходимо более высокого качества;

— для запуска дизельного двигателя необходим аккумулятор большей емкости, следовательно, больше и стоимость. 

Недостатки бензиновых ДВС

— больший чем у дизеля расход топлива;

— наличие системы зажигания;

— наибольшая мощность достигается в небольшом диапазоне оборотов например с 3500 до 4000, правда у новых бензиновых двигателей диапазон более широкий и ровный, за счет изменения фаз газораспределения, применения непосредственного впрыска.

Заключение

Так что же все-таки лучше, бензиновый или дизельный двигатель? Вечный вопрос и проблема выбора образовала из общей массы автолюбителей два противостоящих друг другу лагеря, которые не щадя своих сил, убеждают своих знакомых и друзей, тех, кто еще не приобрел автомобиль, но собирается это сделать в правильности того или иного выбора. У каждого двигателя имеются как свои преимущества, так и недостатки. Подведем итоги.

Дизель 

Преимущества

Недостатки

Долговечность

Не справляется с плохим качеством российского диз. топлива

Надежность

Трудности в заводке в холодное время года

Не скорый износ агрегатов цилиндро-поршнейвой группы

Частая замена масла, фильтров, постоянная замерка компрессии в цилиндрах из-за плохого топлива

Топливо служит также в качестве смазочного материала для агрегатов двигателя

Шум

Экологичнее бензиновых

Выхлоп и сопровождающийся неприятный запах

Экономичность, низкий уровень потребления

Слабая мощность мотора, низкие обороты

 

Дорогой в ремонте и обслуживании

 

Не каждый мастер возьмется за ремонт

Бензин 

Преимущества

Недостатки

Высокая мощность, высокие обороты

Малоприятный запах выхлопов

Переносит некачественное топливо более живо

Уровень долговечности существенно ниже

Не так дорог в обслуживании, более доступные запчасти

 

Отсутствие особых проблем при заводке в холода

 

Большое количество станций сервиса

 

Вопрос о выборе ДВС остается актуальным на сегодняшний день. Право выбора за автомобилистами.

Библиографический список:

1. Ваншейдт, В.А. Дизели [Текст]: Справочник. – Изд., 3-е, перераб. и допол. В.А. Ваншейдт, Н.Н. Иванченко – Л., «Машиностроение» , 1977. – 480 с.

2. Кане, А.Б. Судовые двигатели внутреннего сгорания [Текст]: Учебник.-3-е изд./ Кане А.Б – Л: Судостроение, 1982 .– 288 с.

3. Кузнецов, А.С. Ремонт двигателя внутреннего сгорания [Текст]: учеб. пособие/ А.С. Кузнецов – М: Издательский центр «Академия», 2011. – 64 с.

4. Сайт для автомобилистов. Режим доступа http://diesel-ural.ru

5. Сайт для автомобилистов. Режим доступа : http://www.autopeople.ru

6. Трофименко, А.С. Автослесарь. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей [Текст]: учебное пособие/ А.С. Трофименко – Ростов н/Д: Феникс, 2002. – 576 с.

Понимание цикла — двухтактный дизельный цикл

Если вы читали «Как работают двухтактные двигатели», вы узнали, что одно большое различие между двухтактными и четырехтактными двигателями заключается в количестве мощности, которую может производить двигатель. Свеча зажигания срабатывает в два раза чаще в двухтактном двигателе — один раз на каждый оборот коленчатого вала, по сравнению с одним разом на каждые два оборота в четырехтактном двигателе. Это означает, что двухтактный двигатель может производить , вдвое большую мощность , чем четырехтактный двигатель того же размера.

В статье о двухтактном двигателе также объясняется, что цикл бензинового двигателя, в котором газ и воздух смешиваются и сжимаются вместе, не совсем подходит для двухтактного подхода. Проблема в том, что часть несгоревшего топлива вытекает каждый раз, когда цилиндр заправляется топливовоздушной смесью. (Подробности см. В разделе «Как работают двухтактные двигатели».)

Оказывается, дизельный подход, при котором сжимается только воздух, а затем впрыскивается топливо непосредственно в сжатый воздух, намного лучше подходит для двухтактного цикла.Поэтому многие производители больших дизельных двигателей используют этот подход для создания двигателей большой мощности.

На рисунке показана схема типичного двухтактного дизельного двигателя:

В верхней части цилиндра обычно находятся два или четыре выпускных клапана, которые открываются одновременно. Также имеется инжектор дизельного топлива (показан желтым наверху). Поршень удлиненный, как в бензиновом двухтактном двигателе, поэтому он может действовать как впускной клапан. В нижней части хода поршня поршень открывает отверстия для забора воздуха.Всасываемый воздух нагнетается турбонагнетателем или нагнетателем (голубой). Картер герметичен и содержит масло, как в четырехтактном двигателе.

Двухтактный дизельный цикл выглядит следующим образом:

1. Когда поршень находится в верхней части своего хода, цилиндр содержит заряд сильно сжатого воздуха. Дизельное топливо впрыскивается в цилиндр форсункой и немедленно воспламеняется из-за тепла и давления внутри цилиндра. Это тот же процесс, который описан в «Как работают дизельные двигатели».
2. Давление, создаваемое сгоранием топлива, перемещает поршень вниз. Это с рабочим ходом .
3. Когда поршень приближается к нижней точке своего хода, все выпускные клапаны открываются. Выхлопные газы устремляются из цилиндра, сбрасывая давление.
4. По мере того, как поршень выдвигается вниз, он открывает отверстия для впуска воздуха. Сжатый воздух заполняет цилиндр, вытесняя остатки выхлопных газов.
5. Выпускные клапаны закрываются, и поршень начинает двигаться обратно вверх, снова закрывая впускные отверстия и сжимая свежий заряд воздуха.Это такт сжатия .
6. Когда поршень приближается к верху цилиндра, цикл повторяется с шагом 1.

Из этого описания вы можете увидеть большую разницу между дизельным двухтактным двигателем и бензиновым двухтактным двигателем: В дизельном двигателе В версии цилиндр заполняется только воздухом, а не смесью газа и воздуха. Это означает, что двухтактный дизельный двигатель не имеет экологических проблем, присущих бензиновому двухтактному двигателю.С другой стороны, двухтактный дизельный двигатель должен иметь турбонагнетатель или нагнетатель, а это значит, что на бензопиле вы никогда не найдете двухтактный дизель — это было бы слишком дорого.

Четырехтактный бензиновый или дизельный двигатель: как это работает, анимация

Главная> Уход за автомобилем> Четырехтактный двигатель: как это работает, анимация

Обновлено: 16 марта 2020 г.

Современные автомобили имеют четырехтактный двигатель. Ход — это движение поршня в цилиндре вверх или вниз между верхним и нижним положениями.Один оборот коленчатого вала равен двум ходам. В четырехтактном двигателе каждый цилиндр «срабатывает» при каждом втором обороте коленчатого вала. Полный цикл сгорания состоит из двух оборотов коленчатого вала и четырех тактов:
1. Такт всасывания
2. Такт сжатия
3. Рабочий ход
4. Такт выпуска.
Для иллюстрации мы создали эти две анимации четырехтактного бензинового и дизельного двигателей с прямым впрыском. Мы выбрали двигатель с прямым впрыском, потому что более половины новых автомобилей с бензиновым двигателем имеют непосредственный впрыск.См. Анимацию четырехтактного дизельного двигателя ниже.

Прямой впрыск бензина отличается от обычного впрыска топлива расположением форсунки: при обычном впрыске топлива форсунка устанавливается во впускном отверстии над впускным клапаном. В бензиновом двигателе с прямым впрыском сопло форсунки выступает в камеру сгорания. Топливо распыляется под очень высоким давлением прямо в камеру сгорания.

1. Ход всасывания

Впускной ход.Коленчатый вал двигателя продолжает вращаться по инерции от предыдущего рабочего такта. Такт впуска всегда считается первым в последовательности. Во время такта впуска поршень движется вниз, создавая над ним вакуум. Распределительный вал открывает впускной (ые) клапан (ы), вытягивая воздух из впускного коллектора. Впускной клапан начинает открываться в конце такта выпуска предыдущего цикла. Когда поршень движется вниз, воздух заполняет цилиндр. Вскоре после того, как поршень достигает нижнего положения, впускной клапан закрывается.Выпускной клапан закрыт во время такта впуска.

2. Ход сжатия

Инсульт сжатия. Во время такта сжатия впускной и выпускной клапаны закрыты. Когда поршень движется вверх, он сжимает воздух, захваченный в цилиндре. Форсунка прямого впрыска впрыскивает бензин под очень высоким давлением в цилиндр во время такта сжатия, когда поршень находится ближе к верху. Незадолго до того, как поршень достигнет верхнего положения, искра между электродами свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь.Самое верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой или ВМТ. Сгорание происходит в камере сгорания, которая представляет собой пространство между верхней частью поршня и головкой блока цилиндров.

3. Рабочий ход.

Рабочий ход. В рабочем такте давление горячих газов, создаваемое во время сгорания, толкает поршень вниз с большой силой. Рабочий ход обеспечивает энергию для поворота колес автомобиля. После рабочего хода коленчатый вал продолжает вращаться из-за инерции тяжелых компонентов, прикрепленных к коленчатому валу.В автомобилях с механической коробкой передач это маховик. В автомобилях с автоматической коробкой передач это гидротрансформатор. Во время рабочего такта впускные и выпускные клапаны по-прежнему закрыты. Когда поршень приближается к нижнему положению рабочего такта, выпускной клапан начинает открываться, позволяя выходить горячим выхлопным газам. В некоторой литературе рабочий ход называется тактом расширения или тактом сгорания.

4. Ход выпуска.

Ход выпуска. Во время такта выпуска выпускной клапан открыт, а впускной клапан закрыт.Поршень движется вверх, выталкивая оставшиеся выхлопные газы из цилиндра в выпускной коллектор. Такт выпуска — это последний ход цикла. Когда поршень приближается к верхнему положению (ВМТ), впускной клапан начинает открываться для такта впуска следующего цикла сгорания. Выпускной клапан закрывается сразу после достижения поршнем ВМТ.

Как работает четырехтактный дизельный двигатель:

Анимация четырехтактного дизельного двигателя. Дизельный четырехтактный двигатель работает так же, но в дизельном двигателе нет свечи зажигания.Дизельное топливо воспламеняется из-за высокой температуры сжатого воздуха. По этой причине у дизельного двигателя более высокая степень сжатия достигается за счет уменьшения размера камеры сгорания. Форсунка дизельного топлива впрыскивает топливо под очень высоким давлением в конце такта сжатия. Когда двигатель холодный, электрическая свеча накаливания нагревается, помогая воспламенить дизельное топливо. В дизельном двигателе поршень и другие компоненты сделаны более мощными, чтобы выдерживать более высокую степень сжатия.

Дизельные двигатели: четырехтактные и два

В чем разница между четырехтактным дизельным двигателем и двухтактным двигателем? Как сказал Вернон Л.Смит объяснил в «Циклы и цилиндры» в майском выпуске журнала TRAINS за 1979 год:

Четырехтактный двигатель требует четырех тактов поршня, охватывающих два оборота коленчатого вала, для выполнения одного набора событий. Четыре удара:

Такт впуска: Поршень, опускаясь в цилиндр, всасывает воздух для сгорания через открытые впускные клапаны в головке цилиндров.

Ход сжатия: После достижения нижней мертвой точки поршень движется вверх в цилиндре, сжимая воздух и повышая его температуру, поскольку все клапаны в головке цилиндров теперь закрыты.

Рабочий ход: Когда поршень приближается к верхней части цилиндра, непосредственно перед прохождением верхней мертвой точки, топливо поступает и сгорает из-за высокой температуры сжатия, заставляя поршень опускаться. Расширение горячих газов продолжается до точки около нижней мертвой точки, когда происходит полный сброс давления при открытии выпускных клапанов.

Такт выпуска: В этом такте выпускные клапаны удерживаются открытыми, а сгоревшие газы вытесняются из цилиндра восходящим поршнем.

Двухтактный двигатель требует только двух тактов, охватывающих один оборот вала, для выполнения той же серии событий, которые должны завершаться очень быстро. Двухтактный двигатель, вращающийся со скоростью 900 об / мин, должен очищать цилиндр от сгоревших газов и заряжаться новым воздухом примерно за 1/50 секунды.

Чтобы заставить такой двигатель работать, должны быть предусмотрены внешние средства подачи большого объема воздуха под давлением, чтобы обеспечить достаточное количество воздуха для горения в течение короткого промежутка времени, который существует.

Вот двухтактная последовательность:

Когда опускающийся поршень приближается к нижнему концу цилиндра, он открывает ряд отверстий, которые проходят вокруг гильзы цилиндра, через которые продувочный воздух устремляется в цилиндр, выталкивая вверх любые отработанные газы через четыре открытых выпускных клапана в цилиндре. голова. После этого цилиндр наполняется чистым воздухом.

Вращение коленчатого вала продолжается, поршень и шатун достигают нижней мертвой точки вала и проходят мимо нее.По мере того, как поршень движется вверх, он закрывает отверстия, в то время как выпускные клапаны закрываются в головке, заставляя поршень сжимать заряд воздуха до доли его первоначального объема и значительно повышая температуру.

Незадолго до того, как поршень достигает своей верхней мертвой точки, топливо впрыскивается в цилиндр, где оно немедленно воспламеняется из-за высокой температуры сжатия и горит до тех пор, пока не израсходуется заряд воздушного топлива. Горящий заряд быстро создает высокое давление в цилиндре, заставляя поршень опускаться вниз во время рабочего хода.

Опять же, прежде чем поршень приблизится к концу своего хода вниз, выпускные клапаны открываются и выпускают отработанные газы в выпускной коллектор. Поршень продолжает двигаться вниз, открывая отверстия в гильзе цилиндра, а воздух под давлением входит в цилиндр и вытесняет остатки расширенных выхлопных газов. Цикл готов к повторению.

Дизельный двигатель | Locomotive Wiki

Эта страница про двигатель внутреннего сгорания типа .Для использования в других целях, см Дизельный двигатель (значения).

Эту статью или раздел, возможно, придется переписать, поскольку для этого требуется технический обзор . Вы, , можете помочь Locomotive Wiki, улучшив ее!
Удалите это уведомление, если страница была серьезно отредактирована.

Современный дизельный двигатель ЭМД 16-265Н.

Поперечный разрез двигателя трактора John-Deere. (6-цилиндровый; рядный)

Дизельный двигатель (« дизельный двигатель » или « первичный двигатель ») представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания с самовоспламенением.Он был изобретен Рудольфом Дизелем в 1897 году, отсюда и название двигателя.

Этот двигатель наиболее полезен в тяжелых условиях эксплуатации. Он потребляет дизельное топливо (нефтяной дистиллят) и воздух для преобразования тепла в энергию, таким образом приводя в движение: полноприводные (полноприводные), грузовые автомобили (грузовики), сельскохозяйственную технику, строительную технику, локомотивы и т. Д. Дизельный двигатель недавно был адаптирован для используются в небольших городских автомобилях, чтобы сделать их более экономичными и помочь снизить общий расход топлива / уровень загрязнения для модельных рядов нынешних автопроизводителей.

В 1206 году арабский изобретатель по имени Альджазари написал Книгу знаний об изобретательных механических устройствах , в которой было изображено первое известное описание коленчатого вала. Спустя 670 лет коленчатый вал был впервые использован для коммерческого успеха двигателя внутреннего сгорания.

Швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз создал первый действующий образец двигателя внутреннего сгорания в 1806 году. Его приводила в действие смесь водорода и кислорода, но, несмотря на надежду Франсуа, что он будет приводить в действие безлошадную повозку, устройство оказалось коммерчески неудачный.

В 1876 году доктор Николаус Отто, немецкий инженер, построил первый четырехтактный (четырехтактный) двигатель, работавший на очищенном бензине. Позже доктор Рудольф Дизель, другой немецкий инженер, предположил, что в патентах Дизеля 1892 и 1893 годов нет необходимости в электронном зажигании, используемом двигателем Отто. Его решение заключалось в создании двигателя, который мог бы сжимать воздух и топливо до точки самовоспламенения. Первоначально Дизель собирался использовать порошкообразный уголь для питания своей конструкции, но взрывное устройство — почти фатальное — заставило его использовать запасное топливо: бензин (нефть).Дизель построил свой первый двигатель в 1897 году, который работал на «дизельном топливе»; менее очищенная форма бензина (нефть).

Первое коммерческое использование двигателя Дизеля было произведено пивоваром Адольфусом Бушем в Сент-Луисе, штат Миссури, США. Буш видел двигатель на выставке в Мюнхене, Германия, и заплатил Diesel за изготовление и продажу конструкции в Соединенных Штатах Америки и Канаде. Двигатель Сент-Луиса был очень надежным и работал много лет. Он вдохновил двигатели Busch-Sulzer, которые использовались в U.С. строил подводные лодки во время Первой мировой войны.

Для достижения самовоспламенения двигателю внутреннего сгорания требуется степень сжатия не менее 14: 1, а в большинстве конструкций не превышает 22: 1. Это означает, что топливовоздушная смесь должна быть сжата, по крайней мере, до одной четырнадцатой от ее первоначального размера, но не более чем до одной двадцать секунд.

Внутри блока цилиндров находятся цилиндры. Эти цилиндры имеют поршень, который совершает возвратно-поступательное движение (перемещается вверх и вниз) по всей длине цилиндра.Когда поршень перемещается по длине цилиндра в одном направлении, это называется «ходом». Эти цилиндры закрыты с одного конца (который называется «головкой» цилиндра), а между ним и поршнем, который закрывает другой конец цилиндра, называется «камера сгорания». Расстояние перемещения поршня регулируется «шатуном», который соединяет поршень с «коленчатым валом». Сам коленчатый вал, расположенный в «картере» (ниже ряда цилиндров), соединен со всеми шатунами двигателя и передает мощность на «маховик».Этот маховик затем соединяется с остальной частью «трансмиссии» (или «трансмиссии»). Трансмиссия включает двигатель, любую форму: трансмиссию, приводные валы (передатчики мощности), дифференциалы (делители мощности; между осями или колесами, например), оси и, наконец, сами колеса. (Обратите внимание, что не все эти вещи используются на большинстве тепловозов, поскольку они, как правило, в основном дизель-электрические. Это означает, что маховик будет соединяться с приводным валом, а затем с электрогенератором.)

Обзор [править | править источник]

Двухтактный дизельный двигатель имеет один рабочий ход на оборот коленчатого вала двигателя. Первый ход поршня (вверх) позволяет воздуху попасть в камеру сгорания (открывая отверстие на стороне цилиндра), а затем сжимает воздух (напротив головки цилиндра) до тех пор, пока он не станет очень горячим. Второй ход поршня (вниз) начинается с впрыска топлива, которое немедленно воспламеняется, толкая поршень вниз по цилиндру (создавая мощность) и выпуская выхлопные газы через другой порт, расположенный на стороне цилиндра.

Четырехтактный дизельный двигатель имеет один рабочий ход на два оборота коленчатого вала двигателя. Первый ход поршня (вниз) втягивает воздух в цилиндр, создавая частичный вакуум. Второй ход поршня (вверх) сжимает воздух, пока он не станет очень горячим. Третий ход поршня (вниз) начинается с впрыска топлива, которое немедленно воспламеняется, заставляя поршень опускаться вниз по цилиндру (создавая мощность). Четвертый ход поршня (вверх) выталкивает выхлопные газы из камеры сгорания.

Двухтактный [править | править источник]

Двухтактный (двухтактный) дизельный двигатель менее сложен, чем четырехтактный вариант. Например, у него нет движущихся клапанов (толкателей).

Первый ход начинается, когда поршень открывает (невозвратный) впускной канал на стороне цилиндра (когда поршень «останавливается» на основании цилиндра), и начинается нагнетание сжатого воздуха в камеру сгорания цилиндра. . Воздух нагнетается только за счет расширения самого сжатого воздуха.Как только поршень начинает двигаться обратно вверх по цилиндру к головке цилиндра, он закрывает впускное отверстие, останавливая поступление большего количества воздуха в камеру сгорания. Поршень продолжает двигаться вверх и, следовательно, сжимает воздух в камере сгорания, в конечном итоге нагревая воздух. Это называется ходом впуска и тактом сжатия .

Когда поршень находится в самом верхнем положении, поэтому воздух наиболее горячий, топливо впрыскивается в цилиндр с использованием большего количества сжатого воздуха, и летучая смесь воспламеняется, начиная с секундного хода .Это возгорание является сильным контролируемым ожогом по всей камере сгорания; в результате тепло расширяется, заставляя поршень опускаться обратно к основанию цилиндра. (Сила, или мощность, передается шатуном на коленчатый вал, который передает ее на остальную часть трансмиссии.) Непосредственно перед тем, как поршень возвращается к основанию цилиндра, он открывает выходное отверстие на валу. сторона цилиндра. (Выходное отверстие расположено немного выше, чем входное отверстие.) Это позволяет выхлопным газам, вызванным взрывом, начать выходить из камеры сгорания.Некоторые выхлопные газы не могут покинуть камеру сгорания после падения давления, это решается, когда впускное отверстие снова открывается; что приводит к продувке цилиндра сжатым воздухом «на чистоту». Это называется мощностью и ходом выпуска . После этого работа возобновляется с такта впуска и сжатия.

Этот тип двигателя, двухтактный дизель, сейчас используется редко. Он использовался после Первой мировой войны в мирное время, но для экономии денег при строительстве и обслуживании конструкция была изменена.Заметной модификацией было добавление камеры предварительного сгорания. В этой камере находилась «тлеющая» лампочка или трубка. Топливо прошло через эту камеру и воспламенилось, прежде чем попасть в камеру сгорания. Эти двигатели называют «полудизелями», потому что им не хватало «волшебной» степени сжатия не менее 14: 1, необходимой для самовоспламенения.

Четырехтактный [править | править источник]

Четырехтактный (четырехтактный) дизельный двигатель намного эффективнее двухтактного, но и намного сложнее.

Первый ход начинается с поршня в самом верхнем положении (напротив «головки» цилиндра) и движется вниз. Когда поршень движется вниз по цилиндру, впускной клапан (толкатель) рядом с головкой блока цилиндров открывается. При втягивании поршня вниз по цилиндру создается частичный вакуум, который втягивает воздух в камеру сгорания (индукция). Как только поршень окажется у основания цилиндра, впускной клапан закрывается. Этот ход называется ходом индукции .

Затем поршень перемещается вверх по цилиндру на втором ходе . Это сжимает воздух, вызывая его нагрев. Когда поршень снова находится в самом верхнем положении, поэтому воздух является самым горячим, топливо впрыскивается в цилиндр с помощью сжатого воздуха. Этот ход называется тактом сжатия .

Затем летучая смесь воспламеняется, начиная с третьего хода , из-за того, что поршень прижимается к цилиндру под действием тепла расширения.Поршень прижимается к основанию цилиндра, передавая усилие (мощность) на коленчатый вал через шатун. Этот ход называется рабочим ходом .

Оказавшись там, поршень покидает основание цилиндра и возвращается вверх при 4-м такте . Этот ход выталкивает выхлопные газы, создаваемые процессом сгорания, из выпускного клапана (который открывается при движении поршня вверх). Этот ход называется ходом выпуска .После этого работа возобновляется с такта всасывания.

В четырехтактном дизельном двигателе «клапаны» (толкатели) отличаются от «портов» двухтактного двигателя главным образом тем, что они имеют движущиеся части. Эти движущиеся части, похожие на сплошные «трубы», выталкиваются (в камеру сгорания) довольно сложным механизмом. Поршни соединяются (через шатуны) с коленчатым валом в картере. К коленчатому валу также подсоединен механизм цепной передачи, который использует энергию поршней для вращения шестерни.Эта шестеренка поперечно (через «зубья») воздействует на «распредвал». Распредвал имеет «кулачки» или выступы на нем, которые толкают шток вверх через определенные промежутки времени. Этот стержень, удачно названный «толкатель», соединен с «коромыслом» (качели; центрально поворачиваемая балка), который воздействует на клапаны (толкатели). Чем лучше синхронизация открытия и закрытия клапана, тем большую мощность может производить двигатель.

Четырехтактный дизельный двигатель также должен быть очень хорошо сбалансирован. Например, чтобы поддерживать эффективную инерцию (непрерывное движение без двигателя), когда цилиндры не работают, в двигателе используется «маховик».Этот маховик прикреплен к одному концу коленчатого вала и вращается вместе с ним. Маховик использует центробежную силу (чем быстрее он вращается, тем тяжелее становится его обод) для выравнивания «биений» четырехтактного цикла. Это происходит из-за того, что между тактами сжатия цилиндров всегда есть небольшая задержка. Следовательно, двигатель будет включаться и выключаться, если маховик не «сглаживает» переход между работающими цилиндрами. Маховик особенно полезен в одноцилиндровых компоновках.

Существует несколько различных конструкций блока цилиндров для двигателей внутреннего сгорания.Это самые распространенные:

• Самым простым является линейный (или прямой) строй, где цилиндры расположены рядом друг с другом в линию. Эти типы обычно имеют не более шести цилиндров из-за длины блока цилиндров. Это обычная конструкция, используемая в дизельных двигателях.
• Следующая наиболее распространенная конфигурация — V-формация (или двигатель Vee). В этом типе цилиндры расположены в виде буквы V, при этом поршни работают на одном коленчатом валу.Пространство между рядами цилиндров обычно занимает впускной топливный коллектор. Эти двигатели компактны, поэтому их часто можно найти с четырьмя или двенадцатью цилиндрами, а иногда и больше. Это обычная конструкция, используемая в дизельных двигателях.
• Другой тип двигателя — формация boxer (или плоский двигатель). Это очень похоже на V-образную форму, только смещает ряды цилиндров вниз; поэтому половина поршней отодвигается от другой половины и возвращается обратно. Это образование обычно не выходит за рамки шести цилиндров.Это либо очень редкая конструкция, используемая в дизельных двигателях, либо она никогда не использовалась таким образом.

• Энциклопедия: Britannica Deluxe Edition . 2010.
• Книга: Файл данных о железных дорогах , изданный Silverdale Books. ISBN: 1-85605-499-3.
• Энциклопедия: Всемирная книга . п. 116–117. 1966.
• Энциклопедия: «Двигатель внутреннего сгорания». Наука . Опубликовано Дорлингом Киндерсли (2009). Главный редактор: Адам Харт-Дэвис.

Дизельный двигатель: как работает 4-тактный дизельный двигатель ИЛИ цикл воспламенения от сжатия?

Объяснение принципа действия и рабочего цикла дизельного двигателя:

В основном существует два типа дизельных двигателей — четырехтактный и двухтактный. «Дизельный цикл» использует более высокую степень сжатия. Он был назван в честь немецкого инженера Рудольфа Дизеля, который изобрел и разработал первый четырехтактный дизельный двигатель. Четыре такта дизельного цикла аналогичны бензиновому двигателю.Тем не менее, «дизельный цикл» значительно замедляет то, как топливная система подает дизельное топливо в двигатель и зажигает его.

Обычный дизельный двигатель внутреннего сгорания работает по «Дизельному циклу». В простых дизельных двигателях инжектор впрыскивает дизельное топливо в камеру сгорания непосредственно над поршнем. «Двигатель с воспламенением от сжатия» — это еще одно название дизельного двигателя. Это главным образом потому, что он сжигает дизельное топливо горячим и сжатым воздухом. Температура воздуха внутри камеры сгорания поднимается выше 400–800 ° C.Это, в свою очередь, воспламеняет дизельное топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания. Таким образом, «Дизельный цикл» не использует внешний механизм, такой как свеча зажигания, для воспламенения топливовоздушной смеси.

Четырехтактный дизельный двигатель работает по следующему циклу:

1. Ход всасывания — При движении поршней вниз и открытии впускного клапана происходит всасывание чистого воздуха в цилиндры.

Дизельный ход всасывания

2. Компрессия — При закрытии впускного клапана область над поршнем закрывается.Поршень движется вверх, что приводит к сжатию воздуха в ограниченном пространстве при более высокой степени сжатия.

Такт сжатия дизельного топлива

Процесс сгорания — На этом этапе форсунка распыляет дизельное топливо в камеру сгорания. Повышение температуры воздуха, вызванное его сжатием; приводит к мгновенному сгоранию дизельного топлива со взрывом. Это вызывает выделение тепла, которое генерирует расширяющие силы, известные как мощность.

Сгорание дизельного двигателя

3.Power Stroke — Кроме того, эти силы снова толкают поршни вниз, вызывая их возвратно-поступательное движение.

Дизель Power Stroke

4. Такт выхлопа — По пути вверх поршни выталкивают выхлопные газы над собой через выпускной клапан, который открывается во время такта выпуска.

Такт выхлопа дизельного двигателя

Этот цикл повторяется до тех пор, пока двигатель не выключится, что приводит к продолжению работы двигателя.

Анимация 4-тактного дизельного двигателя

Дизельные двигатели в основном подразделяются на два типа — с косвенным впрыском (IDI) и с прямым впрыском (DI).Дизельный цикл с прямым впрыском был технологией более раннего поколения. Позже он превратился в своего преемника и более продвинутый CRDi. В грузовых автомобилях, грузовиках, автобусах и генераторах более ранних поколений все еще широко используются простые двигатели DI. Кроме того, в недавнем прошлом сложные и усовершенствованные двигатели CRDi стали очень популярными в седанах, минивэнах, внедорожниках и автомобилях класса люкс.

Для получения дополнительной информации нажмите здесь:

https://www.cummins.com

Подробнее: Как работает двухтактный двигатель с воспламенением от сжатия? >>

О компании CarBikeTech

CarBikeTech — технический блог.Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет. CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Что такое четырехтактный дизельный двигатель

Дизельные двигатели могут быть двухтактными или четырехтактными. В четырехтактном дизельном двигателе поршень четыре раза проходит вдоль цилиндра. Теплотехника

Дизельный цикл — Дизельный двигатель

В 1890-х годах немецкий изобретатель Рудольф Дизель запатентовал свое изобретение эффективного двигателя внутреннего сгорания с медленным горением и воспламенением от сжатия.Первоначальный цикл, предложенный Рудольфом Дизелем, представлял собой цикл постоянной температуры. Позже Дизель понял, что его первоначальный цикл не будет работать, и он принял цикл постоянного давления, известный как цикл Дизель .

Дизельный цикл является одним из наиболее распространенных термодинамических циклов , которые можно найти в автомобильных двигателях , а описывает работу типичного поршневого двигателя с воспламенением от сжатия. Дизельный двигатель по принципу действия аналогичен бензиновому.Самое главное отличие в том, что:

• В начале такта сжатия в цилиндре нет топлива, поэтому в дизельных двигателях самовоспламенение не происходит.
• Дизельный двигатель использует воспламенение от сжатия вместо искрового зажигания.
• Из-за высокой температуры, развивающейся во время адиабатического сжатия, топливо самовоспламеняется при впрыске. Поэтому свечи зажигания не нужны.
• Перед началом рабочего такта форсунки начинают впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания, поэтому первая часть рабочего такта происходит примерно при постоянном давлении.
• Более высокая степень сжатия может быть достигнута в Дизельных двигателях , чем в двигателях Отто

Дизельный двигатель по принципу действия аналогичен бензиновому. На этом снимке двигатель Отто, который зажигается от свечи зажигания, а не от сжатия. Четырехтактный двигатель — двигатель Отто
Источник: wikipedia.org, собственная работа Зефириса, CC BY-SA 3.0

В отличие от цикла Отто , дизельный цикл не выполняет изохорное добавление тепла.В идеальном дизельном цикле система, выполняющая цикл, претерпевает серию из четырех процессов: два изоэнтропических (обратимых адиабатических) процесса, чередующиеся с одним изохорическим процессом и одним изобарическим процессом.

Поскольку принцип Карно гласит, что ни один двигатель не может быть более эффективным, чем реверсивный двигатель ( тепловой двигатель Карно ), работающий между теми же высокотемпературными и низкотемпературными резервуарами, дизельный двигатель должен иметь более низкий КПД, чем КПД Карно.Типичный дизельный автомобильный двигатель работает с тепловым КПД от 30% до 35% . Около 65-70% выбрасывается в виде отработанного тепла без преобразования в полезную работу, то есть работу, передаваемую на колеса. В целом, двигатели, использующие дизельный цикл, обычно более эффективны, чем двигатели, использующие цикл Отто. Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД из всех применяемых двигателей внутреннего сгорания. Низкооборотные дизельные двигатели (используемые на судах) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50% .Самый большой дизельный двигатель в мире — 51,7%.

Четырехтактный дизельный двигатель

Дизельные двигатели

могут иметь двухтактный или четырехтактный цикл. Четырехтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания (ВС), в котором поршень совершает четыре отдельных хода при вращении коленчатого вала. Под ходом понимается полный ход поршня по цилиндру в любом направлении. Следовательно, каждый ход не соответствует одному термодинамическому процессу, приведенному в главе Дизельный цикл — Процессы.

В состав четырехтактного двигателя входят:

• такт впуска — Поршень перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ), и цикл проходит точки 0 → 1. В этом ходе впускной клапан открыт, а поршень втягивает воздух ( без топлива) в цилиндр, создавая вакуумное давление в цилиндре за счет его движения вниз.
• такт сжатия — Поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ), и цикл проходит точки 1 → 2. В этом такте и впускной, и выпускной клапаны закрыты, что приводит к адиабатическому сжатию воздуха (то есть без передачи тепла в окружающую среду или из нее). Во время этого сжатия объем уменьшается, давление и температура повышаются. В конце этого хода топливо впрыскивается и сгорает в сжатом горячем воздухе. В конце этого хода коленчатый вал совершил полный оборот на 360 градусов.
• рабочий ход — Поршень перемещается из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ) и цикл проходит точки 2 → 3 → 4. В этом такте и впускной, и выпускной клапаны закрыты. В начале рабочего такта между 2 и 3 происходит почти изобарическое сгорание. В этом интервале давление остается постоянным, поскольку поршень опускается, а объем увеличивается. В точке 3 впрыск топлива и сгорание завершены, и в цилиндре содержится газ с более высокой температурой, чем в точке 2. Между 3 и 4 этот горячий газ расширяется снова приблизительно адиабатически. В этом ходе поршень движется по направлению к коленчатому валу, объем увеличивается, и работа выполняется за счет газа на поршне.
• ход выпуска. Поршень перемещается из нижней мертвой точки (НМТ) в верхнюю мертвую точку (ВМТ), и цикл проходит точки 4 → 1 → 0. В этом ходе выпускной клапан открыт, в то время как поршень вытягивает отработавшие газы из камеры. . В конце этого хода коленчатый вал совершает второй полный оборот на 360 градусов.

Обратите внимание, что: В идеальном случае адиабатическое расширение должно продолжаться, пока давление не упадет до давления окружающего воздуха.Это повысило бы тепловой КПД такого двигателя, но это также вызывает практические трудности с двигателем. Просто двигатель должен был быть намного больше.

Примеры степеней сжатия — бензин и дизельное топливо

• Степень сжатия в бензиновом двигателе обычно не будет намного выше, чем 10: 1 из-за потенциальной детонации двигателя (самовоспламенение), и не ниже 6: 1 .
• Subaru Impreza WRX с турбонаддувом имеет степень сжатия 8.0: 1 . Как правило, двигатели с турбонаддувом или наддувом уже имеют сжатый воздух на впуске воздуха, поэтому они обычно строятся с более низкой степенью сжатия.
• Стандартный двигатель Honda S2000 (F22C1) имеет степень сжатия 11,1: 1 .
• Некоторые атмосферные двигатели спортивных автомобилей могут иметь степень сжатия до 12,5: 1 (например, Ferrari 458 Italia).
• В 2012 году Mazda выпустила новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv со степенью сжатия 14: 1 .Чтобы снизить риск детонации двигателя, остаточный газ уменьшается за счет использования выхлопных систем двигателя 4-2-1, реализации полости поршня и оптимизации впрыска топлива.
• Дизельные двигатели имеют степень сжатия, которая обычно превышает 14: 1, и степень сжатия более 22: 1 также является обычным явлением.

Ссылки:

Ядерная и реакторная физика:

1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс (1983).
2. Дж.Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. В. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
5. W.S.C. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Clarendon Press; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Кеннет С.Крейн. Введение в ядерную физику, 3-е издание, Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
7. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
8. Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерного реактора, 1988.
9. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам DOE, том 1 и 2. Январь 1993 г.

Advanced Reactor Physics:

1. К. О. Отт, В. А.Безелла, Введение в статику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
4. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

Другие ссылки:

Дизельный двигатель — переработка автомобилей

Мы надеемся, что эта статья, Четырехтактный дизельный двигатель , вам поможет. Если это так, даст нам отметку на боковой панели. Основная цель этого сайта — помочь общественности узнать интересную и важную информацию о теплотехнике.

Может ли 5-тактный газовый двигатель бросить вызов дизельному?

Разве не было бы самым большим шагом вперед за более чем столетнюю историю автомобилестроения, если бы наконец-то был разработан бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который урезал бы дизельный двигатель с точки зрения расхода топлива? Конечно бы!

Дизельный двигатель дорог, выделяет высокие уровни твердых частиц и NOx и обеспечивает довольно низкую удельную мощность.Но он потребляет меньше карбюратора, обеспечивая при этом такой же объем полезной работы на колесах.

Хорошо известно, что превосходный КПД дизельного двигателя обусловлен двумя основными причинами: при полной нагрузке более высокой степенью расширения дизельного двигателя и при низкой нагрузке отсутствием насосной работы. Современная механическая концепция обоих типов двигателей, дизельного и бензинового, характеризуется одинаковым ходом сжатия и расширения. На самом деле это не проблема для дизельного двигателя, но для бензинового двигателя это просто ключевая проблема, потому что из-за явления детонации степень сжатия и, следовательно, степень расширения не должны превышать 10-11: 1.И если разработчик двигателя намеревается увеличить удельную мощность двигателя, например, за счет турбонаддува, то этот предел передаточного числа является еще более требовательным.

Хорошо известно, что превосходный КПД дизельного двигателя обусловлен двумя основными причинами: при полной нагрузке более высокой степенью расширения дизельного двигателя и при низкой нагрузке отсутствием насосной работы.

Чтобы усовершенствовать бензиновый двигатель, нам необходимо, во-первых, более высокий коэффициент расширения для улучшения теплового КПД и, во-вторых, турбонаддув, чтобы избежать перекачки при более низких нагрузках.Из всего этого можно сделать вывод, что настоящий гордиев узел бензинового двигателя — это вышеупомянутое ограничение, требующее равенства тактов сжатия и расширения. Как только этот узел развязан, степень сжатия может быть рассчитана таким образом, чтобы избежать детонации, даже при высоких давлениях всасываемого воздуха, а степень расширения может быть разработана таким образом, чтобы максимизировать тепловой КПД такого двигателя.

Это можно сделать с пятитактным двигателем. Конструкция моего пятитактного двигателя включает два небольших цилиндра сгорания высокого давления и один большой цилиндр расширения.Оба цилиндра сгорания совершают общие четыре хода, но вместо того, чтобы выпускать сгоревшие газы в окружающую среду, они направляются в альтернативный цилиндр расширения, где они расширяются во второй раз. Если мы умножим степень расширения, обеспечиваемую цилиндрами высокого давления (HP), на степень расширения, обеспечиваемую детандером низкого давления (LP), мы получим общую степень расширения двигателя, которая, очевидно, отличается от степени сжатия цилиндров HP. .

Настоящий гордиев узел бензинового двигателя — это ограничение, требующее равенства тактов сжатия и расширения.

Самый первый прототип, построенный Ilmor Ltd. в 2007 году по заказу Mercedes-Benz HPE, дочерней компании Mercedes-Benz, с общим объемом поршня всего 1478 куб. 7000 об / мин, 166 Нм при 5000 об / мин и BSFC всего 226 г / кВтч.

Учитывая, что этот самый первый прототип показал довольно плохие характеристики горения, эти результаты еще более впечатляющие. Действительно, дальнейшее моделирование GT-Power предсказывает BSFC около 200 г / кВтч.Вывод: пора сделать большой шаг вперед — пятитактный бензиновый ICE может снизить расход топлива дизельного двигателя .