Двигатели внутреннего сгорания должны были заменить промышленную паровую машину. Однако энтузиасты, которые работали над созданием мотора, смогли ощутить потенциал, который заложен в него.
Изобретателям удалось отыскать способы, которые позволили в значительных пределах увеличить мощность агрегата без существенного увеличения массы.
Так, Николаус Отто сыграл одну из главных ролей в этом проекте.
Он создал самый первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.
Как Отто двигатель разрабатывал
Агрегат, изобретенный ученым по имени Альфонс Бо де Роша, а затем построенный немецким инженером Николаусом Отто в 1867 году, в те годы считался максимумом технологичности и практически совершенством. Аналогов для него просто не существовало. Мотор был очень недорогим в эксплуатации, имел компактные размеры, а также ему не нужно было частое обслуживание.
Работа четырехтактного двигателя была построена по четкому алгоритму. Сегодня его называют «циклом Отто». В 1875 г. Николаус Отто в своей компании выпускал больше, чем 600 двигателей за год.
От четырехтактного ДВС до автомобиля
В команде инженеров, которые работали над созданием агрегата, был один талантливый парень – Готлиб Даймлер.
Он тогда горел идеей создания на базе этого мотора настоящего автомобиля. Но Отто не желал модернизировать уже имевшийся успешный мотор. Даймлер был вынужден уйти из проекта, но желание построить автомобиль никуда не делось.
В итоге вместе со своим другом и единомышленником в 1889 году Даймлер таки собирает автомобиль, в основе которого лежит бензиновый четырехтактный двигатель, функционирующий по алгоритму Отто.
Отличие 4-тактного двигателя от 2-тактного
Цикл работы ДВС – это несколько процессов, которые направлены на получение порции силы, которая будет воздействовать на коленвал. Цикл этот состоит из впрыска топлива, сжатия, зажигания топливной смеси, расширения газов, выпуска.
Такт в двигателе внутреннего сгорания – это один ход поршня либо вверх, либо вниз. В двухтактном моторе за один оборот коленвала совершается два такта. Когда газы расширяются, поршень совершает полезную работу.
Агрегаты, где рабочий ход происходит в два такта, называют двухтактными. А если за два оборота коленчатого вала совершается четыре такта, то это уже четырехтактный двигатель.
И те, и другие могут быть как бензиновыми, так и для дизельного топлива. Чтобы понять особенности конструкции и эксплуатации, различия между разными моторами, нужно рассмотреть принципы их работы.
Принцип работы четырехтактного двигателя
Главное отличие 4-тактного ДВС от 2-тактного — в работе газораспределения.
Так, имеются отдельные фазы для впуска и выпуска. Этими фазами заведуют впускные и выпускные клапаны, которые располагаются в головке блока цилиндров. Открываются и закрываются клапаны при помощи распределительного вала, который приводится в действие от вращения коленчатого вала.
Такт впуска
На первом такте осуществляется впуск. В этот самый момент поршень начинает свое движение вниз из своей верхней мертвой точки. В цилиндре вследствие этого создается разряжение. Тем временем открывается впускной клапан. Топливная смесь всасывается в полость цилиндра. Когда поршень достигает своего крайнего нижнего положения, клапан впуска закрыватся и впускная фаза полностью завершается.
Сжатие топливной смеси
Это второй такт. Здесь поршень движется вверх, а клапаны полностью закрыты. В этот момент топливно-воздушная смесь сжимается, тем самым нагреваясь. Это нужно для более эффективного сгорания смеси.
Рабочий ход поршня
Поршень не доходит до своего крайнего верхнего положения. В бензиновых агрегатах – от свечи, а в дизельных – от сжатия топливная смесь загорается. Газы от сгорания очень резко расширяются, сила воздействует на поршень, и он идет вниз. Так четырехтактный двигатель совершает работу.
Выпуск отработанных газов
После того как поршень совершил свою полезную работу, он находится в крайнем нижнем положении. Теперь нужно удалить из полости цилиндра отработанные газы. Это выполняется через выпускной клапан. Газы выталкиваются из цилиндра в тот момент, когда поршень идет вверх.
Такты в дизельных ДВС
Порядок или алгоритм в дизельных двигателях отличается только тем, что в момент сжатия в полость цилиндра подается лишь воздух. Дизельное топливо подается в камеру только в конце такта сжатия топлива при помощи форсунок.
Отличия двухтактного и четырехтактного двигателя
Среди основных отличий, как уже говорилось, выделяется разная система газообмена.
Двигатель внутреннего сгорания имеет для этого специальный газораспределительный механизм, который отвечает за открытие и закрытие клапанов в нужный момент цикла.
В двухтактном же моторе и процесс заполнения камеры сгорания, и ее очистка осуществляются вместе с тактом сжатия и расширения. Для этого в цилиндре имеются специальные технологические отверстия для впуска смеси и выброса газов. В агрегатах с такой конструкцией нет механизма ГРМ, что делает эти моторы гораздо проще и легче.
Одноцилиндровый четырехтактный двигатель
Моторы этой конструкции очень распространены. Их можно найти не только в автомобилях, но и в мотоциклах, скутерах, тракторах, мотоблоках. В Китае производят литровые двигатели, которые используются для работы с мотоблоками.
Одно из главных достоинств таких ДВС — это очень маленькое отношение площади камеры сгорания к объему. Это дает минимальные потери тепловой энергии. КПД в таких двигателях очень высокий.
Устройство аналогично многоцилиндровым двигателям. Ничего нового здесь нет.
Все те же четыре рабочих такта.
Этот четырехтактный двигатель предназначен для применения в утилитарных мотоциклах, мопедах, скутерах.
Капризы одноцилиндровых моторов
Во время работы двигателя создаются очень высокие температуры. Детали, которые работают в парах трения, должны периодически охлаждаться и хорошо смазываться. Зазоры между узлами нужно промывать, чтобы удалить продукты износа. Также хорошее масло отлично отводит тепло от поверхностей, которые работают наиболее интенсивно.
Также нужно позаботиться о хорошей дополнительной системе охлаждения. В мотоциклах и скутерах охлаждение зачастую воздушное.
Четырехтактники на мотоциклах
Да, эти моторы очень популярны среди производителей хороших, серьезных мотоциклов. Основное отличие – это дизайн. Если в автомобилях двигатель спрятан под капотом и дизайн его особо не разрабатывали, то в мире мотоциклов внешний вид силового агрегата имеет серьезное значение.
Вот уже более 15 лет в моде двухцилиндровый четырехтактный двигатель мотоцикла, представленный сегодня множеством моделей с самым разным объемом. Отличить такие двигатели можно по характерному звуку.
Однако среди мотоциклистов особой популярностью пользуются рядные четырехцилиндровые агрегаты. Эти моторы лишь немного опережают автомобильные ДВС. К примеру, схема на четырех клапанах лишь недавно получила признание в строительстве автомобилей. А на мотоциклах она использовалась еще с 70-х.
Для мотоцикла четырехтактник является более актуальным. Так, эти ДВС более экономичны, эффективны, экологичны, чем двухтактные агрегаты. Это – преимущества данных двигателей на мотоциклах. Также двигатели для мотоциклов сделаны таким образом, чтобы работать на высоких оборотах. Максимальная мощность выдается на оборотах до 14-16 тысяч на современных моделях.
Новые технологии по старому принципу
С того самого момента, как изобрели четырехтактный двигатель, он постоянно совершенствовался.
Много новинок пришлось на механизм ГРМ. К примеру, сейчас число клапанов на цилиндр может доходить и до 5-ти. Современные производители также применяют особые системы изменения фаз распределения газов.
Произошли изменения и в системе питания. Современные моторы больше не используют карбюратор – везде инжекторы и электроника.
Чтобы улучшить наполняемость камер сгорания воздухом, применяют системы наддува. Это позволяет увеличить мощность при малом объеме, а также снизить расход топлива.
Но при всем этом принцип действия ДВС остается все тем же, каким и был.
Четыре такта: недостатки и достоинства
Основной и «жирный» плюс таких агрегатов – это экономичность. К тому же они не слишком шумные.
Применение вместе с ними катализаторов позволяет снизить токсичность выброса отработанных газов.
Еще одно преимущество — это, конечно же, высокая надежность. Ресурс может доходить до миллиона километров, и это далеко не предел. Ремонт четырехтактного двигателя нужно делать не так часто.
Среди недостатков – сложная конструкция, дорогое производство, требовательность в эксплуатации. Этим агрегатам обязательно нужно качественное топливо и масло. Осуществить ремонт самостоятельно практически невозможно.
Чтобы с этими моторами никогда не было проблем, «кормите» их только качественным бензином. И тогда они будут работать долго, надежно и исправно. Конструкция, которая столько лет не меняется, – это показатель надежности и эффективности.
Двухтактный дизельный двигатель: принцип работы и особенности
Двухтактный дизельный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания. Топливо-воздушная смесь сгорает за 2 движения поршня. Цикл завершается всего за 1 оборот коленвала. Такие показатели кажутся впечатляющими, однако существует несколько особенностей работы агрегата, о которых стоит узнать подробнее.
Главным достоинством такого мотора можно считать меньший расход топлива в сравнении с бензиновыми агрегатами. Это происходит за счет одной из особенностей дизельного топлива.
Оно плотнее бензина, поэтому при сгорании дает на 15% энергии больше. Это обеспечивается более длинной цепочкой углеродов.
Кроме того, технические характеристики таких двигателей стоят наравне с показателями аналогичных двигателей.
Строение
В состав двухтактного дизеля входит картер, совмещенный с коленчатым валом поршень, форсунки, впускные и выпускные окна цилиндра, топливный и водяной насосы.
Последний снабжается плунжерным переключателем и датчиком температуры, а также емкостями, которые наполняются водой. Агрегат обеспечивает повышение КПД и за счет улучшенного сгорания топливо-воздушной смеси.
Токсичность отходов при этом снижается.
В двухтактном моторе расположена газовая турбина и нагнетатель. Последний отвечает за повышение давления в цилиндрах — это обеспечивает экономию топлива и повышение мощности. Газовая турбина запускает преобразователь энергии тепла в энергию движения.
Продувочный воздух поступает в двухтактный дизельный двигатель несколькими способами — с помощью:
- насосов;
- продувочных камер;
- компрессоров.
Продувка может осуществляться по одной из схем — контурной или клапанно-щелевой.
Стоит отметить, что использование контурной схемы снижает как экономические, так и технические показатели агрегата. Это объясняется тем, что в цилиндрах имеются не продуваемые области.
Цилиндры монтированы вдоль. Каждый из них оснащается выпускными и вентиляционными отверстиями. Газ поступает к турбине через коллектор. Когда поршни двигаются, рабочая камера периодически открывается и закрывается. Коленчатые валы взаимодействуют друг с другом. Это обеспечивается механизмом основной передачи.Топливо при этом сгорает при достаточно высокой температуре.
Для смазки трущихся деталей и подшипников применяется смесь масла и топлива. Она подается в цилиндр и кривошипную камеру. Смазки эти узлы не имеют, поскольку она смылась бы топливом. Именно поэтому к горючему его доливают в определенном соотношении.
При этом для двухтактного дизельного двигателя используется определенное масло. Оно выдерживает продолжительное воздействие высоких температур, способно практически не оставлять после сгорания зольных отложений.
Как работает?
Принцип работы двухтактного дизеля основан на выполнении 2 тактов: сжатие и рабочий ход. Конструкция агрегата позволяет выполнять весь цикл вдвое быстрее, чем в четырехтактных моторах.
Для двухтактных дизельных двигателей принцип работы следующий:
- Поршень из НМТ начинает двигаться вверх. В цилиндре имеется воздух. Приходе поршня вверх он сжимается, а когда поршень подходит к ВМТ, впрыскивается порция свежего топлива. При этом горючее самовоспламеняется и осуществляется рабочий ход.
- Продукты сгорания толкают поршень, вследствие чего тот движется вниз. Когда поршень доходит до НМТ, осуществляется продувка —воздух замещает продукты сгорания. Это является завершением цикла.
Внизу цилиндра имеются продувочные окна. Они необходимы для процесса продувки. Когда поршень снизу, они открыты. Во время подъема поршня они закрываются. Значительное увеличение показателя мощности двухтактных моторов происходит за счет повышения числа рабочих ходов. Двухтактный дизельный двигатель, принцип работы которого достаточно прост, обладает массой преимуществ.
Мифы о двухтактных дизельных моторах
Существует несколько распространенных мифов касательно двухтактных двигателей:
- Слишком медленная работа. В действительности современные моторы с турбонаддувом гораздо эффективнее предыдущих моделей.
- Такие моторы слишком громкие. Чтобы этого избежать, необходима правильная настройка двигателя. При правильном выполнении всех настроек работа мотора происходит немногим громче бензинового аналога. Высокий уровень шума свидетельствует о неправильной настройке мотора или его неисправности. Для старых моделей высокий уровень шума — характерная черта, создание появление аккумуляторных систем с высоким давлением существенно снизило уровень шума.
- Покупать дизель выгоднее бензина. Это так, но лишь отчасти. Несколько лет назад дизельное топливо стоило намного дешевле бензина, однако сегодня разница составляет всего 10-20%. Основная экономичность заключается в способности теплотворной способности горючего.
- Такие моторы плохо заводятся зимой. Раньше проблемы с ними действительно возникали. Однако современные автомобили с дизельными двигателями оснащены быстрым запуском, что снижает время на ежедневные подготовки к поездкам.
Срок службы дизеля превышает бензиновые агрегаты. Он может достигать 400-600 тыс. км.
Каждый двухтактный дизельный двигатель имеет одну отличительную особенность — через окна цилиндров впускается воздух и устраняются отработавшие газы. Когда они выходят через клапан в цилиндре, а воздух поступает через окна, система такой очистки называется клапанно-щелевой.
Подобные системы очистки имеют одну особенность — в цилиндре остается только часть воздуха. Поднимаясь вверх, он частично выходит за пределы мотора. Такую очистку еще называют прямоточной. Она обеспечивает максимальную эффективность очистки двигателя от продуктов сгорания.
Помимо прямоточной продувки существует и петлевая, однако она отличается меньшим качеством очистки. Именно поэтому для современных автомобилей она используется нечасто.
Рабочие ходы такого агрегата выполняются в два раза чаще, однако на мощности это сказывается незначительно (она увеличивается в 1,5-1,7 раза).
Это объясняется наличием продувки, а также тем, что внутри цилиндра происходит более короткий ход.
Преимущества
Двухтактные дизельные двигатели стали производиться относительно недавно. Такие моторы на сегодняшний день имеют множество модификаций. К примеру, зажигание бывает 2 типов: контактным и бесконтактным.Также отличаются и схемы таких моторов. Применяется двухтактная система на танках, в самолетах, в тяжелой промышленной технике.
Другие достоинства:
- Небольшой размер. Для установки агрегата требуется совсем немного места. Такие моторы легко умещаются под капотом транспортных средств.
- Небольшая масса. Стандартный турбодизель весит почти в 2 раза больше, чем двухтактный дизельный двигатель.
- Значительная экономия топлива. Расход горючего снижен практически в 2 раза по сравнению с обычным дизельным агрегатом.
- Простая конструкция. При обслуживании таких двигателей нет необходимости применять специальные технологии.
Такие преимущества выгодно выделяют двухтактные дизельные двигатели на фоне бензиновых собратьев. Имеются у таких моторов и серьезные недостатки.
Недостатки
Небольшое распространение агрегатов объясняется рядом причин. К примеру, детали на такие моторы найти получится с трудом. Именно поэтому выполнить ремонт двухтактного дизельного двигателя становится проблематично. Кроме того, специалистов по обслуживанию таких агрегатов достаточно мало.
Другие недостатки:
- высокая цена дизельных двигателей и малый выбор моделей;
- увеличенный расход масла;
- необходимость установки воздушных фильтров.
Явным недостатком дизелей является использование мощного стартера. На морозе дизельное топливо мутнеет и застывает. Ремонт топливной аппаратуры затрудняется тем, что насосы высокого давления изготавливаются с высокой точностью.
Существенным минусом двухтактных дизелей является невозможность их применения в высокотемпературных режимах. Масло при таких условиях закоксовывается, возникает залегание поршневых колец. Кроме того, из-за недостаточной продувки топливо сгорает не полностью, что сказывается на значении КПД и уровне токсичности.
Итоги
Дизельные двигатели, имеющие два такта, изобретались с одной целью — снизить токсичность отработавших газов, а также увеличить экономичность двигателя, повысить КПД.
Стоит упомянуть о зажигании. Чтобы топливо воспламенилось, необходимо время, поэтому разряд на свече возникает заранее, перед тем, как поршень достигнет ВМТ. Чем быстрее происходит движение поршня, тем раньше должна зажигаться свеча. Существуют специальные устройства, позволяющие менять угол зажигания в зависимости от частоты вращения коленвала.
Источник
Игорь созерцатель
- Активность: 120k
- Пол: Мужчина
Игорь созерцатель
4ех тактный дизельный двигатель внутреннего сгорания | Техника и человек
4-тактный дизельный двигатель внутреннего сгорания. Это «брат — близнец» другого двигателя — бензинового. Конструктивно «дизель» мало чем отличается от бензинового собрата, но вот принцип работы у этих двигателей отличаются, именно поэтому двигатели внутреннего сгорания пошли по 3 разным путям развития.
Дизельные двигатели являются наиболее востребованными силовыми агрегатами, которые используются в самых разных отраслях. Ими оснащаются легковые и грузовые автомобили, стационарные силовые установки, спецтехника, суда и тепловозы. Это своеобразные «рабочие лошадки», которым можно доверить самую тяжелую работу.
С момента своего появления в 1897 году дизели практически не изменили принцип работы и общую схему строения, но с каждым годом они совершенствуются с целью уменьшения их веса и габаритов, снижения расхода топлива и повышения их мощности.
В основном модернизация заключается в разработке электронных систем, которые контролируют работу основных систем и механизмов мотора с целью определения оптимального режима его работы.
Основная отличительная черта дизельного двигателя от его главного бензинового конкурента – это способ воспламенения топливо в цилиндрах, которое загорается при контакте с сжатым воздухом во время рабочего такта, что исключает детонацию внутри цилиндров и дает возможность повысить степень сжатия, а также использовать различные системы наддува, повышающие мощность.
Эффективность любого, в том числе и дизельного, двигателя зависит от количества вырабатываемой энергии во время сжигания топлива в цилиндрах.
В этом отношении дизельный двигатель намного эффективнее своего бензинового собрата, что достигается за счет более высокой степени сжатия, достигающей 20-24 единиц, и более рационального расхода топлива, который напрямую зависит от нагрузок.
Если сравнить дизельный и бензиновый мотор одинакового объема, первый будет потреблять в 1,5 раза меньше топлива. КПД дизельного двигателя составляет около 40%, а с применением дополнительной системы наддува – все 50%, что в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового.
Дизельные двигатели в своем строении имеют более прочные и надежные элементы, рассчитанные на работу в условиях высокого давления, поэтому они более долговечные. А вот недостатком таких моторов является их большая масса, шум при работе, затруднительный пуск при минусовой температуре.
При эксплуатации нужно тщательно следить за исправностью плунжерной пары, от которой напрямую зависит качество работы двигателя.В связи с тем что экономически и по эффективности дизельные двигатели себя оправдывают, а с увеличением размеров выгода их только возрастает, их применяют на океанском и морском флотах, на всех видах надводных кораблей гражданского назначения.
Устройство двигателя
Дизельный двигатель состоит из следующих основных систем и механизмов:
— кривошипно-шатунный механизм;
— газораспределительный механизм;
— система пуска;
— система питания;
— система охлаждения;
— смазочная система.
Принцип работы такого мотора следующий: в цилиндрах сгорает топливо, выделяя энергию, которая приводит в движение поршень, связанный шатуном с коленчатым валом. Под давлением поршня вал прокручивается, передавая крутящий момент дальше по трансмиссии к ведущим колесам. Системы двигателя отвечают за пуск двигателя, подачу топлива, охлаждение и смазку рабочих поверхностей.
Дизельные двигатели могут быть 2-х и 4-тактными. И первые, и вторые успешно используются в тех или иных сферах и имеют свои плюсы и минусы. Преимуществами 4-хтактных двигателей являются:
— экономичность;
— надежность;
— несложное техническое обслуживание;
— сравнительно невысокий уровень шума при работе.
Недостатки 4-хтактных моторов:
— 3 из 4-х тактов цикла совершаются по инерции, а рабочим является только один из них;
— резкие увеличения нагрузки во время рабочего такта требуют наличия более надежных и прочных элементов: шатуна, втулки цилиндра, поршня и т.д.;
— необходимость регулировки тепловых зазоров;
— запускается дольше, чем 2-хтактный.
Процесс работы дизельного ДВС
Как следует из названия, рабочий цикл четырехтактного ДВС состоит из 4-х тактов: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Четыре такта соответствуют двум оборотам коленчатого вала и четырем ходам поршня.
Ход поршня – это его перемещение от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней (НМТ) или наоборот.
Это одна из важнейших характеристик двигателя, которая определяет степень сжатия топливной смеси, а значит, и мощность мотора.
Первый такт – такт впуска – в дизельном двигателе представляет собой впуск воздуха через открывающийся впускной клапан. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, создавая разрежение в камере сгорания, что способствует втягиванию воздуха во внутрь цилиндра.
Такт сжатия – это процесс сжатия воздуха при перемещении поршня от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. При этом в камере сгорания уменьшается объем, увеличивается давление и повышается температура. Немного раньше, чем поршень займет свое верхнее положение, через форсунку впрыскивается дизельное топливо. При взаимодействии с горячим воздухом оно воспламеняется.
Такт расширения (рабочий ход) характеризируется резким повышением температуры и давления за счет сгорания топлива. Газы давят на поршень, перемещая его из ВМТ в НМТ, что и является основной движущей силой мотора.
Такт выпуска – удаление отработанных газов из камеры сгорания через выпускной клапан. Поршень поднимается к ВМТ, выталкивая продукты сгорания наружу.
- После такта выпуска снова идет такт впуска, и так по кругу.
- Работа всех 4ех тактных двигателей одинакова, будь то дизельный двигатель или бензиновый.
Камера сгорания топливной смеси
Разные модели дизельных двигателей отличаются между собой строением. Одной из немаловажных особенностей является конструкция камеры сгорания. Камера сгорания – пространство, где происходит непосредственно сгорание топлива.
Неразделенная камера расположена в самой конструкции поршня или над ним, топливо на такте впуска попадает в нее, где и воспламеняется при контакте с горячим воздухом. Это наиболее простой вариант, который, к тому же, снижает расход топлива, но сам двигатель при этом работает очень громко.
Другой вариант – разделенная камера, то есть камера, которая расположена не в цилиндре, а на входе к нему и связана с ними каналом. Топливо подается в камеру, где перемешивается с вихревым потоком воздуха, что лучше распределяет его капли по объему камеры сгорания и способствует полному его сгоранию. Такой вариант подходит для небольших установок и легковых автомобилей, но он значительно увеличивает расход топлива.
Исходя из конструкции поршня и камеры сгорания, различают разные способы смесеобразования в дизельных ДВС:
— объемное смесеобразование – самый простой вариант. Камера сгорания представляет собой пространство между поршнем, стенками и головкой цилиндров. Топливо впрыскивается под давлением через распылители форсунок.
Здесь важно, чтобы капли топлива равномерно распределились по всему объему и тщательно перемешались с горячим воздухом, поэтому в камере сгорания должен быть организован вихреобразный поток топливного заряда, а само топливо должно подаваться под высоким давлением;
— объемно-пленочное смесеобразование используется в высокооборотных двигателях с небольшим диаметром цилиндров. Это как раз тот случай, когда камера сгорания частично размещена в конструкции поршня.
В двигателях отечественного производства такие камеры имеют форму усеченного конуса. При впрыскивании заряда топливо попадает на поверхность камеры сгорания, образуя «пленку», после чего практически сразу испаряется.
Вихревые потоки, образующиеся под воздействием перемещения поршня, дают возможность равномерно распределить капли топлива по всему объему;
— предкамерное смесеобразование предусматривает наличие предкамеры, расположенной в крышке цилиндров. Она соединяется с основной камерой сгорания небольшими каналами с диаметрами не более 1% от диаметра поршня. Объем предкамеры составляет до 30% общего объема камер. По форме она может быть овальной, цилиндрической или сферической;
— вихрекамерное смесеобразование происходит за счет вихревых потоков воздуха, что дает возможность максимально смешать топливный заряд с воздухом даже при невысоком давлении его подачи в камеру сгорания. Для такого смесеобразования необходима раздельная камера, состоящая из двух частей: вихревой и основной.
На такте сжатия воздух из основной камеры вытесняется в вихревую, которая имеет сферическую или цилиндрическую форму. Поток воздуха создает вихревые движения, двигаясь по кругу, а в это время из форсунки под давлением до 12 МПа подается заряд топлива.
Поскольку воздушная волна находится в движении, капли равномерно распределяются по всему ее объему.
Компановка двигателя
4-хтактные дизельные двигатели отличаются не только строением камеры сгорания, но и количеством цилиндров и их взаимным расположением. Понятно, что чем больше цилиндров, тем мощнее двигатель и тем он больше по размерам. Разные варианты компоновки позволяют уменьшить его габариты. В зависимости от расположения цилиндров двигатели могут быть:
1. Рядный.
Все цилиндры располагаются в ряд. Такая конструкция двигателей самая простая, детали к ним имеют несложную технологию производства.
2. V- образный двигатель.
Цилиндры в таком двигателе расставлены в форме буквы V, в двух плоскостях, двумя рядами под углом 600 или 900. Образовавшийся между ними угол – это угол развала. Плюсом такого двигателя является мощность. Его габариты могут быть уменьшены за счет смещения в развал других важных компонентов. Его длина меньше, а ширина больше. Но из-за сложности таких конструкций бывает непросто определить центр их тяжести.
3. Оппозитные двигатели (маркировка В).
Они относительно уравновешены, для уменьшения вибрации все элементы располагают симметрично. Их конструктивная особенность – центральное крепление вала на жестком блоке. Это так же влияет на степень вибрации. Угол развала составляет 1800.
4. Рядно-смещенные агрегаты (маркировки VR).
Данную компоновку отличает малый угол развала (150) V-образного двигателя в содружестве с рядным аналогом. Это позволяет уменьшить размеры продольного и поперечного агрегатов. Маркировка VR расшифровывается как V – образный, R — рядный.
5. W (или дубль V) — образный.
Самый сложный двигатель. Известен двумя видами компоновки.
1) Три ряда, угол развала большой.
2) Две компоновки VR. Они компактны, несмотря на большое количество цилиндров.
6. Радиальный (звездообразный) поршневой двигатель.
Имеет небольшой размер длины с плотным размещение нескольких штук цилиндров. Они располагаются вокруг коленчатого вала радиальными лучами с равными углами. Ее отличает от других наличие кривошипно-шатунного механизма.
В данной конструкции один цилиндр выступает главным, остальные – прицепные – крепятся к первому по периферии. Недостаток: в состоянии покоя нижние цилиндры могут пострадать от протекания масла. Рекомендуют до начала запуска двигателя проверить, что в нижних цилиндрах масло отсутствует. В противном случае возможны гидроудар и поломка.
Чтобы увеличить размер и мощность двигателя, достаточно удлинить коленчатый вал образованием нескольких рядов – звезд.
Электронный тюнинг двигателя
Современные дизельные двигатели все чаще оснащаются электроникой. Датчики, которые следят за нагрузкой, контролируют количество подаваемого топлива и состав топливного заряда, подают сигналы на центральный блок управления, который подбирает наиболее эффективный и экономичный режим работы.
При аккуратном влиянии на эту систему с помощью дополнительного оборудования можно повышать мощность мотора в определенных пределах – это называется чип-тюнинг.
Сразу нужно отметить, что чип-тюнинг не всесилен, он может улучшить работу двигателя в пределах заложенного запаса прочности и частенько приводит к преждевременному износу систем.
Для повышения мощности дизельного двигателя могут использоваться специальные модули или блоки:
— блок, изменяющий импульсы управления форсунками;
— блок замещения режимов топливного насоса высокого давления (ТНВД);
— блок, изменяющий показания датчика давления топливного аккумулятора;
— модуль оптимизации режимов.
Первый вариант – наиболее известный среди любителей автотюнинга. Принцип работы такого блока заключается в том, что он блокирует кратковременные импульсы предварительного и последующего открытия иглы форсунки, что снижает расход топлива. Блок можно установить практически на любой модели, но его работа снижает ресурс мотора и сказывается на качестве сгорания топливного заряда.
Второй вариант можно использовать только на определенных моделях двигателей. Принцип действия этого блока заключается в том, что он подает сигнал с заниженными показателями давления в системе, что приводить к его повышению. В этом случае «страдает» ТНВД и форсунки, но мощность двигателя действительно увеличивается, а расход топлива уменьшается.
Третий вариант предусматривает подключение блока, который подает на ЭБУ сигнал о допустимо пониженном значении давления в топливном аккумуляторе.
В результате давление автоматически повышается и по-новому определяется время и интенсивность впрыска топлива.
При этом повышается мощность и экономится топливо, но снижается ресурс ТНВД и сажевого фильтра, на стенках цилиндра образуется нагар, двигатель начинает «дымиться».
Наиболее безопасным и эффективным является четвертый вариант. Модуль, подключаемый к системе питания, не подменяет нужными цифрами истинные значения рабочих параметров, а посылает сигнал на ЭБУ о необходимости изменения длительности впрыскивания топлива.
В отличие от предыдущих блоков, данный модуль не приносит никакого вреда ни двигателю, ни ТНВД, так что ресурс систем и механизмов не уменьшится. Недостатком данного способа повышения мощности является его высокая стоимость, ограниченность в применении и сложность конструкции.
Он не дает моментального эффекта – его действие можно почувствовать только через некоторое время.
Есть и другие способы, в том числе и использование оборудования, которое меняет истинное значение стехиометрических величин, но их применение может привести к серьезным проблемам с двигателем.
Одной из серьезных проблем, возникающих у дизельных двигателей — это так называемый «разнос двигателя».
Это нештатный режим работы дизельного двигателя, при котором происходит неуправляемое повышение частоты вращения вала двигателя. Такой режим обычно наблюдается после запуска или при резком сбросе нагрузки.
Основных причин разноса две: неисправность топливного насоса высокого давления и попадание большого количества моторного масла в камеру сгорания.
Как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель?
В настоящее время, двигатели внутреннего сгорания применяются в большом количестве различных технических средств, причем, данными средствами являются не только автомобили.
Такой род двигателей, как и двухтактный ДВС, применяется и в мототехнике и в специализированных устройствах, предназначенных для строительства, например, бензопила. Данные агрегаты представлены 4 тактными ДВС, имеющие по одному цилиндру, а не как в современном автомобиле – по четыре.
В этой статье вы узнаете, как устроен одноцилиндровый четырехтактный двигатель, его принцип работы и ремонт.
Принцип работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя
Устройство одноцилиндрового ДВС: 1 – головка цилиндра; 2 – цилиндр; 3 – поршень; 4 – поршневые кольца; 5 – поршневой палец; 6 – шатун; 7 – коленчатый вал; 8 – маховик; 9 – кривошип; 10 – распределительный вал; 11 – кулачок распределительного вала; 12 – рычаг; 13 – впускной клапан; 14 – свеча зажигания
Данные двигатели получили широкое распространение даже в автомобилях. Несмотря на малое количество цилиндров, они имеют довольное малое отношение площади рабочей части цилиндра ко всему рабочему объему двигателя. Это преимущество говорит о том, что такой мотор имеет минимальные потери самое главной — тепловой энергии, а значит, обладает высоким коэффициентом полезного действия.
Устройство такого двигателя практически не представляет собой ничего сложного, в отличии от современных атмосферных и турбированных моторов.
Он представлен всего одним цилиндром, во внутренней части которого перемещается такой же поршень, как и во многоцилиндровых автомобильных двигателях.
В верхней части камеры сгорания располагаются два клапана, которые отвечают за подачу топливной смеси, а второй за выпуск отработавших газов.
Работа данного двигателя заключается в следующем. Всего такой мотор имеет четыре такта:
- Впуск. Поршень внутри цилиндра располагается в самой верхней мертвой точке и движется вниз в строгом соответствии с поворотом коленчатого вала на 180 градусов. Пока поршень движется вниз, открывается, клапан, отвечающий за подачу топливной смеси, и в камеру сгорания подается топливо, смешанное с воздухом. После достижения поршнем самой нижней мертвой точки начинается следующий такт.
- Сжатие. Во время этого такта задача поршня – вернуться в верхнюю мертвую точку. Коленчатый вал вращается дальше, еще на 180 градусов, при этом: впускной клапан полностью закрывается, а поршень движется наверх, сжимая уже готовую смесь.
- Рабочий ход. Как только поршень достигнет самой верхней мертвой точки, в камере сгорания смесь будет сжата до критической отметки. В этот самый момент на электродах свечи зажигания при помощи ряда устройств возникает искра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь. С этого момент начинается такт расширения, или как его называют по-другому – рабочего хода. Поршень, под действием энергии, возникшей от воспламенения смеси, движется снова вниз, заставляя вращаться коленчатый вал. Клапана находятся в закрытом состоянии.
- Такт выпуска. После достижения нижней мертвой точки, поршень снова движется вверх под действием силы инерции, передаваемой от коленчатого вала. В этот момент открывается выпускной клапан и под давлением через него во впускной коллектор выходят отработавшие газы. Такт завершается после закрытия выпускного клапана и после того, как поршень окажется в верхней точке. Далее цикл тактов повторяется.
Основным тактом любого двигателя является рабочий ход. Именно в этот момент происходит самое главное – преобразование энергии тепла в механическую энергию.
Частые неисправности 4-х тактных ДВС
Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура.
Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла.
Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.
Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров, то клапанный механизм нуждается в регулировке.
Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку.
Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов.
Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.
После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.
Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.
Четырехтактный двигатель, устройство и принцип работы
Рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом рабочем цилиндре.
Главная задача рабочего процесса заключается в превращение тепловой энергии от сгорания рабочего тела в механическую работу, в частности во вращательное движение коленчатого вала.
Автомобильные двигатели чаще всего работают по четырёхтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.
В карбюраторном четырёхтактном двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.
Рабочий цикл карбюраторного двигателя:
— Такт впуска
В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). В это время кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.
— Такт сжатия
Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия.
Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, которое дороже.
Такт расширения, или рабочий ход
Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время движения поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется толкая поршень.
При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют «рабочим ходом».
Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно, поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемещается с остаточными отработавшими газами и называется «рабочей смесью».
Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы сгорание топлива успело, полностью закончится к моменту достижения поршнем НМТ, то есть для наиболее эффективной работы двигателя.
Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором, воздействующим на прерыватель). В современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.
Смотрите анимацию, она наглядно демонстрирует процесс работы четырехтактного двигателя.
— Такт выпуска
После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет выхлопные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, и цикл начинается сначала.
Как диагностировать состояние двигателя по цвету выхлопных газов читайте в соответствующей статье.
Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06-0,12.
По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.
Рабочий цикл дизельного двигателя
Рабочие циклы четырёхтактного дизеля и карбюраторного двигателя существенно различаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси.
Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспыленное дизельное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха — самовоспламеняется.
В четырёхтактном дизеле рабочие процессы происходят следующим образом
— Такт впуска
При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух.
— Такт сжатия
Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива.
— Такт расширения, или рабочий ход
При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом высокого давления (ТНВД).
Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления.
Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Происходит рабочий ход.
— Такт выпуска
Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
Тепловой и динамический расчет 4-х тактных ДВС изучайте и читайте в этой бесплатной программе
На этом видео показана работа реального двигателя. Камера встроена в цилиндр блока.
Недостатки четырёхтактных двигателей:
Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно-шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя.
Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания.
Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.
К недостаткам можно отнести и необходимость регулировки теплового зазора клапанов, большее количество деталей и, соответственно, каждую из них потребуется когда-то поменять на исправную.
Четырехтактные ДВС имеют большие размеры, их детали более объёмны и сложны.
Для осуществления ремонта таких двигателей, необходимо использовать тяжелое гаражное оборудование: стенды-кантователи, стенды для ремонта ДВС, кран-манипулятор и т.д.
Преимущества четырёхтактных двигателей:
- Экономичность расхода топлива за счет меньшего количества рабочих ходов в единицу времени;
- Надежность обусловлена тепловым режимом, который у 4-х тактных ДВС более мягкий;
- Двигатель работает значительно тише чем свой двухтактный собрат.
В отличие от двухтактного двигателя, в котором смазка коленвала, подшипников коленвала, компрессионных колец, поршня, пальца поршня и цилиндра осуществляется благодаря добавлению смазочного материала в топливо, — коленвал четырехтактного двигателя смазывается принудительно давлением. На зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной системе образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу и влияет на экологию. С экологией у отдельная проблема. 😉
Устройство и принцип работы одноцилиндрового 4-х тактного дизельного двигателя. Основные определения
Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и узлов, выполняющих различные функции.
Рассмотрим устройство и принцип работы поршневого двигателя внутреннего сгорания на примере одноцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя.
В цилиндре находится поршень с поршневыми кольцами, соединенный с коленчатым валом и шатуном. При вращении коленчатого вала поршень совершает возвратно-поступательное движение. Одновременно с коленчатым валом вращается распределительный вал, который через промежуточные детали механизма распределения открывает и закрывает впускной и выпускной клапаны.
При движении поршня вниз открывается впускной клапан и в цилиндр поступает за счет разряжения чистый воздух. При движении поршня вверх клапан закрывается и воздух сжимается, При этом значительно повышается температура воздуха и давление. В конце хода поршня вверх через форсунку во внутреннюю полость цилиндра впрыскивается мелкораспыленное дизельное топливо.
Впрыск осуществляется от топливного насоса высокого давления. Топливо, попав в полость сжатого горячего воздуха, испаряется, пары топлива смешиваются с воздухом и воспламеняются. Образовавшиеся при сгорании газы расширяются, давят на поршень, который перемещается вниз и через шатун проворачивает коленчатый вал.
При следующем движении поршня вверх открывается выпускной клапан и отработавшие газы удаляются из цилиндра.
- На этом заканчивается рабочий цикл и все повторяется сначала.
- Основные определения.
- Верхняя мертвая точка — ВМТ— такое положение КШМ, при котором расстояние от поршня до оси коленчатого вала будет максимальным.
- Нижняя мертвая точка — НМТ— такое положение КШМ, при котором
- расстояние от поршня до оси коленчатого вала будет минимальным.
- Ход поршня — 8 — расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой.
- Объем камеры сжатия — Vс — объем над поршнем при положении его в ВМТ.
- Рабочий объем — Vп — объем цилиндра, заключенный между ВМТ и НМТ.
- Полный объем цилиндра — Vа = Vс + Vп — объем цилиндра при положении поршня в НМТ.
- Литраж двигателя — Vл = Vп х i (где i — число цилиндров) — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя.
- Степень сжатия — Е= Vа/V с— отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия.
Загрузка...
