Устройство двигателя внутреннего сгорания для детей. Как работает двигатель? Полный цикл работы двигателя

Двигатель — сердце. Как много сегодня означает это слово. Без двигателя не работает ни одно устройство, двигатель дает жизнь любому агрегату. В данной статье рассмотрим, что такое двигатель, какие виды бывают, как работает двигатель автомобиля.

Основная задача любого двигателя – превратить топливо в движение. Одним из способов достичь такого можно с помощью сжигания топлива внутри мотора. Отсюда и название двигатель внутреннего сгорания.

Но, кроме ДВС
следует различать и двигатель внешнего сгорания. Примером служит паровой двигатель теплохода, когда его топливо (дерево, уголь) сгорают за пределами мотора, генерируя пар, являющийся движущей силой. Двигатель внешнего сгорания не так эффективен как внутреннего.

На сегодняшний день широкого распространения получил двигатель внутреннего сгорания, которым укомплектованы все автомобили. Несмотря на то, что КПД ДВС не близко к отметке 100 %, лучшие ученые и инженеры трудятся над доведением до совершенства.

По видам двигателя делятся:

Бензиновые: могут быть как карбюраторными так и инжекторными, используется система впрыска.

Дизельные: работают на основе дизельного топлива, которое под давлением распыляется в камере сгорания топливной форсункой.

Газовые: работают на основе сжиженного или сжатого газа, произведённого от переработки угля, торфа, дерева.
Итак, перейдем к начинке мотора.

Основным механизмом является блок цилиндров, он же часть корпуса механизма. Блок состоит из различных каналов внутри себя, что служит для циркуляции охлаждающей жидкости, снижая температуру механизма, в народе называется рубашка охлаждения.

Внутри блока цилиндров расположены поршни, их количество зависит от конкретного двигателя. На поршень одеваются в верхней части компрессионные кольца, а в нижней маслосъемные. Компрессионные кольца служат для создания герметичности при сжатии для воспламенения, а маслосъемные для забора смазывающей жидкости со стенки блока цилиндров и предотвращения попадания масла в камеру сгорания.

Кривошипно-шатунный механизм: передает вращательный момент от поршня к коленвалу. Состоит из поршней, цилиндров, головок, поршневых пальцев, шатунов, картера, коленвала.

Алгоритм работы двигателя
достаточно прост: топливо распыляется форсункой в камере сгорания, где перемешивается с воздухом и под воздействием искры образованная смесь воспламеняется.

Образованные газы толкают поршень вниз и вращательный момент передается коленвалу, который передает вращение трансмиссии. С помощью шестеренного механизма происходит движение колес.

Если сотворить бесперебойный цикл воспламенений горючей смеси за определенное количество времени, то получим примитивный двигатель.

Современные моторы основаны на четырехтактном цикле сгорания для превращения топлива в движение транспорта. Иногда такой такт называют в честь немецкого ученого Отто Николауса, сотворивший в 1867 году такт, состоящий из таких циклов: впуск, сжатие, горение, выведение продуктов сгорания.

Описание и предназначение систем:

Система питания: дозирует образованную смесь воздуха и топлива и подает ее в камеры сгорания — цилиндры двигателя. В карбюраторном варианте состоит из карбюратора, воздушного фильтра, впускного трубоканала, фланца, топливного насоса с отстойником, бензобака, топливопровода.

Система газораспределения: балансирует процессы впуска горючей смеси и выпуска отработанных газов. Состоит из шестерен, кулачкового вала, пружины, толкателя, клапана.

: предназначена для подачи тока на контакт свечи для воспламенения рабочей смеси.

: уберегает мотор от перегрева, путем циркуляции и охлаждения жидкости.

: подает смазывающую жидкость к трущимся деталям, с целью минимизации трения и износа.

В данной статье рассмотрены понятие двигателя, его виды, описание и назначение отдельных систем, такт и его циклы.

Многие инженеры работают на тем, чтобы минимизировать рабочий объем мотора и существенно увеличить мощность, сократив потребление топлива. Новинки автопрома в очередной раз подтверждают рациональность конструкторских разработок.

Для настоящего автолюбителя машина — это непросто средство передвижения, а ещё и инструмент свободы. При помощи автомобиля можно достаться в любую точку города, страны или континента. Но наличия прав для настоящего путешественника недостаточно. Ведь до сих пор есть множество мест, где не ловит мобильный, и куда не могут добраться эвакуаторы. В таких случаях при поломке вся ответственность ложится на плечи автомобилиста.

Поэтому каждый водитель должен хоть немного разбираться в устройстве своего автомобиля , и начать нужно именно с двигателя. Безусловно, современные автомобильные компании выпускают множество автомобилей с разными типами моторов, но чаще всего производителями в конструкциях используются двигатели внутреннего сгорания. Они обладают высоким КПД и при этом обеспечивают высокую надёжность работы всей системы.

Внимание!
В большинстве научных статей двигатели внутреннего сгорания сокращённо называются ДВС.

Какими бывают ДВС

Перед тем как приступить к подробному изучению устройства ДВС и их принципа работы, рассмотрим, какими бывают двигатели внутреннего сгорания. Сразу нужно сделать одно важное замечание. За более чем 100 лет эволюции учёными было придумано множество разновидностей конструкций, у каждой из которых есть свои преимущества. Поэтому для начала выделим основные критерии, по которым можно различить данные механизмы:

1. В зависимости от способа создания горючей смеси все ДВС делятся на карбюраторные, газовые и инжекторные устройства. Причём это класс с внешним смесеобразованием. Если же говорить о внутреннем, то — это дизели.
2. В зависимости от типа топлива ДВС можно разделить на бензиновые, газовые и дизельные.
3. Охлаждение устройства двигателей может быть двух типов: жидкостным и воздушным.
4. Цилиндры могут располагаться как друг напротив друга, так и в форме буквы V.
5. Смесь внутри цилиндров может воспламеняться посредством искры. Так происходит в карбюраторных и инжекторных ДВС или за счёт самовоспламенения.

В большинстве автомобильных журналов и среди профессиональных автоэкспортов принято классифицировать ДВС, на такие типы:

1. Бензиновый двигатель. Это устройство работает за счёт бензина. Зажигание происходит принудительно при помощи искры, которую генерирует свеча. За дозировку топливно-воздушной смеси отвечают карбюраторные и инжекторные системы. Воспламенение происходит при сжатии.
2. Дизельные . Двигатели с устройством такого типа работают за счёт сгорания дизельного топлива. Главная разница в сравнении с бензиновыми агрегатами заключается в том, что горючее взрывается благодаря повышению температуры воздуха. Последнее становится возможным из-за роста давления внутри цилиндра.
3. Газовые системы функционируют при помощи пропан-бутана. Зажигание происходит принудительным образом.
   Газ с воздухом подаётся в цилиндр. В остальном устройство подобного ДВС аналогично бензиновому мотору.

Именно такая классификация используется чаще всего, указывая на конкретные особенности системы.

Устройство и принцип работы

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Лучше всего рассмотреть устройство ДВС на примере одноцилиндрового двигателя. Главной деталью в механизме является цилиндр. В нём находится поршень, который двигается вверх-вниз. При этом есть две контрольные точки его передвижения: верхняя и нижняя. В профессиональной литературе они именуются как ВМТ и НМТ.
Расшифровка следующая: верхняя и нижняя мёртвые точки.

Внимание!
Поршень также соединяется с валом. Соединительным звеном служит шатун.

Главная задачу шатуна — это преобразование энергии, которая образовывается в результате движения поршня вверх-вниз во вращательное. Результатом подобного преобразования является движение автомобиля в нужное вам направление. Именно за это отвечает устройство ДВС. Также не стоит забывать про бортовую сеть, работа которой становится возможной благодаря энергии, выработанной двигателем.

Маховик крепится к концу вала ДВС. Он обеспечивает стабильность вращения коленчатого вала. Впускной и выпускной клапаны находятся вверху цилиндра, который, в свою очередь, накрывается специальной головкой.

Внимание!
Клапаны открывают и закрывают соответствующие каналы в нужное время.

Чтобы клапаны ДВС открылись, на них воздействуют кулачки распредвала.
Происходит это посредством передаточных деталей. Сам вал двигается при помощи шестерней коленчатого вала.

Внимание!
Поршень свободно движется внутри цилиндра, застывая на миг то в верхней мёртвой точке, то в нижней.

Чтобы устройство ДВС функционировало в нормальном режиме, горючая смесь должна подаваться в чётко выверенной пропорции. В противном случае возгорание может не произойти. Огромную роль также играет момент, в который происходит подача.

Масло необходимо для того, чтобы предотвратить преждевременный износ деталей в устройстве ДВС. В общем, всё устройство двигателя внутреннего сгорания состоит из таких основных элементов:

• свечей зажигания,
• клапанов,
• поршней,
• поршневых колец,
• шатунов,
• коленвала,
• картера.

Взаимодействие этих системных элементов позволяет устройству ДВС вырабатывать нужную для передвижения автомобиля энергию.

Принцип работы

Рассмотрим, как работает четырёхтактный ДВС. Чтобы понять принцип его работы, вы должны знать значение понятия такт. Это определённый промежуток времени, за который внутри цилиндра осуществляется нужное для работы устройства действие. Это может быть сжатие или воспламенение.

Такты ДВС образуют рабочий цикл, который, в свою очередь, обеспечивает работу всей системы. В процессе этого цикла тепловая энергия преобразуется в механическую. За счёт этого происходит движение коленчатого вала.

Внимание!
Рабочий цикл считается завершённым после того, как коленчатый вал сделает один оборот. Но такое утверждение работает только для двухтактного двигателя.

Здесь нужно сделать одно важное объяснение. Сейчас в автомобилях преимущественно используется устройство четырёхтактного двигателя. Такие системы отличаются большей надёжностью и улучшенной производительностью.

Для совершения четырёхтактного цикла нужно два оборота коленчатого вала. Это четыре движения поршня вверх-вниз. Каждый такт выполняет действия в точной последовательности:

• впуск,
• сжатие,
• расширение,
• выпуск.

Предпоследний такт также называется рабочим ходом.
Про верхнюю и нижнюю мертвые точки вы уже знаете. Но расстояние между ними обозначает ещё один важный параметр. А именно, объём ДВС. Он может колебаться в среднем от 1,5 до 2,5 литра. Измеряется показатель посредством плюсования данных каждого цилиндра.

Во время первого полуоборота поршень с ВМТ перемещается в НМТ. При этом впускной клапан остаётся открытым, в свою очередь, выпускной плотно закрыт. В результате данного процесса в цилиндре образуется разряжение.

Горючая смесь из бензина и воздуха попадает в газопровод ДВС. Там она смешивается с отработанными газами. В результате образуется идеальное для воспламенения вещество, которое поддаётся сжатию на втором акте.

Сжатие происходит тогда, когда цилиндр полностью заполнен рабочей смесью. Коленчатый вал продолжает свой оборот, и поршень перемещается из нижней мёртвой точки в верхнюю.

Внимание!
С уменьшением объёма температура смеси внутри цилиндра ДВС растёт.

На третьем такте происходит расширение. Когда сжатия подходит к своему логическому завершению свеча генерирует искру и происходит воспламенение. В дизельном двигателе всё происходит немного по-другому.

Во-первых, вместо свечи установлена специальная форсунка, которая на третьем такте впрыскивает топливо в систему. Во-вторых, внутрь цилиндра закачивается воздух, а не смесь газов.

Принцип работы дизельного ДВС интересен тем, что в нём топливо воспламеняется самостоятельно. Происходит это за счёт повышения температуры воздуха внутри цилиндра. Подобного результата удаётся добиться за счёт сжатия, в результате которого растёт давление и повышается температура.

Когда топливо через форсунку попадает внутрь цилиндра ДВС, температура внутри настолько высока, что возгорание происходит само собой. При использовании бензина подобного результата добиться нельзя. Всё потому что он воспламеняется при гораздо более высокой температуре.

Внимание!
В процессе движения поршня от произошедшего внутри микровзрыва деталь ДВС совершает обратный рывок, и коленчатый вал прокручивается.

Последний такт в четырёхтактном ДВС носит название впуск. Он происходит на четвёртом полуобороте. Принцип его действия довольно прост. Выпускной клапан открывается, и все продукты сгорания попадают в него, откуда в выпускной газопровод.

Перед тем как попасть в атмосферу отработанные газы из обычно проходят систему фильтров. Это позволяет минимизировать вред, наносимый экологии. Тем не менее устройство дизельных двигателей всё равно намного более экологично, чем бензиновых.

Устройства, позволяющие увеличить производительность ДВС

С момента изобретения первого ДВС система постоянно совершенствуется. Если вспоминать первые двигатели серийных автомобилей, то они могли разгоняться максимум до 50 миль в час. Современные суперкары без труда преодолевают отметку в 390 километров. Таких результатов учёным удалось добиться за счёт интеграции в устройство двигателя дополнительных систем и некоторых конструкционных изменений.

Большой прирост мощности в своё время дал клапанный механизм, внедрённый в ДВС. Ещё одной ступенью эволюции стало расположение распределительного вала вверху конструкции. Это позволило уменьшить число движущихся элементов и увеличить производительность.

Также нельзя отрицать полезность современной системы зажигания ДВС. Она обеспечивает максимально возможную стабильность работы. Вначале генерируется заряд, который поступает на распределитель, а с него на одну из свечей.

Внимание!
Конечно же, нельзя забыть про систему охлаждения, состоящую из радиатора и насоса. Благодаря ей удаётся предотвратить своевременный перегрев устройства ДВС.

Итоги

Как видите, устройство двигателя внутреннего сгорания не представляет особенной сложности. Для того чтобы его понять не нужно каких-либо специальных знаний — достаточно простого желания. Тем не менее знание принципов работы ДВС точно не будет лишними для каждого водителя.

На сегодняшний день двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
или как его еще называют «атмосферник» — основной тип двигателя, который широко применяется в автомобильной индустрии. Что такое ДВС? Это — многофункциональный тепловой агрегат, который при помощи химических реакций и законов физики преобразует химическую энергию топливной смеси в механическую силу (работу).

Двигатели внутреннего сгорания делятся на:

1. Поршневой ДВС.
2. Роторно-поршневой ДВС.
3. Газотурбинный ДВС.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания — самый популярный среди вышеперечисленных двигателей, он завоевал мировое признание и уже много лет лидирует в автоиндустрии. Предлагаю более детально рассмотреть устройство ДВС
, а также принцип его работы.

К преимуществам поршневого двигателя внутреннего сгорания можно отнести:

1. Универсальность (применение на различных транспортных средствах).
2. Высокий уровень автономной работы.
3. Компактные размеры.
4. Приемлемая цена.
5. Способность к быстрому запуску.
6. Небольшой вес.
7. Возможность работы с различными видами топлива.

Кроме «плюсов» имеет двигатель внутреннего сгорания и ряд серьезных недостатков, среди которых:

1. Высокая частота вращения коленвала.
2. Большой уровень шума.
3. Слишком большой уровень токсичности в выхлопных газах.
4. Маленький КПД (коэффициент полезного действия).
5. Небольшой ресурс службы.

Двигатели внутреннего сгорания
различаются по типу топлива, они бывают:

1. Бензиновыми.
2. Дизельными.
3. А также газовыми и спиртовыми.

Последние два можно назвать альтернативными, поскольку на сегодняшний день они не получили широкого применения.

Спиртовой ДВС работающий на водороде — самый перспективный и экологичный, он не выбрасывает в атмосферу вредный для здоровья «СО2», который содержится в отработанных газах поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Поршневой ДВС состоит из следующих подсистем:

1. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
2. Система впуска.
3. Топливная система.
4. Система смазки.
5. Система зажигания (в бензиновых моторах).
6. Выпускная система.
7. Система охлаждения.
8. Система управления.

Корпус двигателя состоит из нескольких частей, в которые входят: блок цилиндров, а также головка блока цилиндров (ГБЦ). Задача КШМ — преобразовать возвратно-поступательные движения поршня во вращательные движения коленвала. Газораспределительный механизм необходим ДВС для обеспечения своевременного впуска в цилиндры топливно-воздушной смеси и такой же своевременный выпуск отработанных газов.

Впускная система служит для своевременной подачи воздуха в двигатель, который необходим для образования топливно-воздушной смеси. Топливная система осуществляет подачу в двигатель топлива, в тандеме две этих системы работают над образованием топливно-воздушной смеси после чего она подается посредством системы впрыска в камеру сгорания.

Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит благодаря системе зажигания (в бензиновых ДВС), в дизельных моторах воспламенение происходит за счет сжатия смеси и свечей накала.

Система смазки как уже понятно из названия служит для смазки трущихся деталей, снижая тем самым их износ, увеличивая срок их службы и отводя тем самым от их поверхностей температуру. Охлаждение нагревающихся поверхностей и деталей обеспечивает система охлаждения, она отводит температуру при помощи охлаждающей жидкости по своим каналам, которая проходя через радиатор — охлаждается и повторяет цикл. Система выпуска обеспечивает вывод отработанных газов из цилиндров ДВС посредством , которая входит в состав этой системы, снижает шум сопровождаемый выброс газов и их токсичность.

Система управления двигателем (в современных моделях за это отвечает электронный блок управления (ЭБУ) или бортовой компьютер) необходима для электронного управление всеми вышеописанными системами и обеспечения их синхронности.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Принцип работы ДВС
базируется на эффекте теплового расширения газов, которое возникает во время сгорания топливно-воздушной смеси, за счет чего осуществляется движение поршня в цилиндре. Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания происходит за два оборота коленвала и состоит из четырех тактов, отсюда и название — четырехтактный двигатель.

1. Первый такт — впуск.
2. Второй — сжатие.
3. Третий — рабочий ход.
4. Четвертый — выпуск.

Во время первых двух тактов — впуска и рабочего такта, движется вниз, за два других сжатие и выпуск – поршень идет вверх. Рабочий цикл каждого из цилиндров настроен таким образом чтобы не совпадать по фазам, это необходимо для того чтобы обеспечить равномерность работы двигателя внутреннего сгорания. Есть в мире и другие двигатели, рабочий цикл которых происходит всего за два такта – сжатие и рабочий ход, этот двигатель называется двухтактным.

На такте впуска топливная система и впускная образуют топливно-воздушную смесь, которая образуется во впускном коллекторе или непосредственно в камере сгорания (все зависит от типа конструкции). Во впускном коллекторе в случае с центральным и распределенным впрыском бензиновых ДВС. В камере сгорания в случае с непосредственным впрыском в бензиновых и дизельных моторах. Топливно-воздушная смесь или воздух во время открытия впускных клапанов ГРМ подается в камеру сгорания за счет разряжения, которое возникает во время движения поршня вниз.

Впускные клапаны закрываются на такте сжатия, после чего топливно-воздушная смесь в цилиндрах двигателя сжимается. Во время такта «рабочий ход» смесь воспламеняется принудительно или самовоспламеняется. После возгорания в камере возникает большое давление, которое создают газы, это давление воздействует на поршень, которому ничего не остается как начать двигаться вниз. Это движение поршня в тесном контакте с кривошипно-шатунным механизмом приводят в движение коленчатый вал, который в свою очередь образует крутящий момент, приводящий колеса автомобиля в движение.

Такт «выпуск» , после чего отработанные газы освобождают камеру сгорания, а после и выпускную систему, уходя охлажденными и частично очищенными в атмосферу.

Короткое резюме

После того как мы рассмотрели принцип работы двигателя внутреннего сгорания
можно понять почему ДВС обладает низким КПД, который составляет примерно 40%. В то время как в одном цилиндре происходит полезное действие, остальные цилиндры грубо говоря бездействуют, обеспечивая работу первого тактами: впуск, сжатие, выпуск.

На этом у меня все, надеюсь вам все понятно, после прочтения данной статьи вы легко сможете ответить на вопрос, что такое ДВС и как устроен двигатель внутреннего сгорания. Спасибо за внимание!

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

Отличие двигателей внутреннего сгорания от двигателей внешнего сгорания

ДВС называется так именно потому, что топливо сжигается внутри рабочего органа (цилиндра), промежуточный теплоноситель, например пар, здесь не нужен, как это организовано в паровозах. Если рассматривать паровой двигатель и двигатель, но уже внутреннего сгорания автомобиля, устройство их сходно, это очевидно (на рисунке справа паровой двигатель, слева – ДВС).

Принцип работы одинаков: на поршень, действует какая-то сила. От этого поршень вынужден двигаться вперед или назад (возвратно-поступательно). Эти движения при помощи специального механизма (кривошипного) преобразуются во вращение (колеса у паровоза и коленчатого вала «коленвала» у автомобиля). В двигателях внешнего сгорания нагревается вода, превращаясь в пар, и уже этот пар совершает полезную работу толкая поршень, а в ДВС мы нагреваем воздух внутри (непосредственно в цилиндре)и он (воздух) двигает поршень. От этого коэффициент полезного действия, у ДВС, конечно, выше.

История создания ДВС

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

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания

Итак, ДВС состоит из корпуса, в котором все остальные детали монтируются. Чаще всего это блок цилиндров.

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

Принцип работы ДВС

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

Первый такт — всасывание.

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

Следующий, второй такт – сжатие смеси.

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

Третий такт – расширение продуктов сгорания.

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

Четвертый такт последний.

После него опять будет первый. Поршень направляется от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт. Цилиндр очищается, выбрасывая все что сгорело, и что не сгорело, в атмосферу.
Что касается дизельного двигателя, то все основные детали с карбюраторным практически одинаковы. Ведь и тот и другой, это двигатель внутреннего сгорания. Исключение составляет смесеобразование. В карбюраторном смесь готовится отдельно, в том самом карбюраторе. А вот в дизельном – смесь готовиться непосредственно в цилиндре, перед сжиганием. Топливо (солярка) подается специальным насосом в определенный момент времени. Зажигание смеси происходит от самовоспламенения. Температура внутри цилиндра в дизеле гораздо выше, чем в карбюраторном ДВС. По этой причине детали там детали мощнее и система охлаждения лучше. Необходимо отметить, что, несмотря на высокую температуру внутри цилиндра, рабочая температура двигателя никогда не повышается выше 90…95 0С. Иногда, детали дизельных двигателей делают из более твердого металла, что позволяет снизить массу, но увеличивает цену ДВС. Однако, коэффициент полезного действия (КПД) в дизельном двигателе выше. То есть он более экономичен и дороговизна деталей себя окупает.
У дизельного ДВС ресурс выше, если соблюдать правила эксплуатации. Особенно часто механизмы дизелей выходят из строя из-за плохого топлива.
Схема работы дизельного двигателя представлена на рисунке слева. В третьем такте подача топлива показана в момент ВМТ, хотя это и не совсем так.
Системы ДВС обеспечивающие их работоспособность практически одинаковы: система смазки, топливная система, система охлаждения и система газообмена. Есть еще несколько, но они не относятся к главным.
Глядя на устройство любого двигателя внутреннего сгорания можно подумать, что все детали выполнены из стали. Это далеко не так. Корпуса бывают и чугунные и выполненные из алюминиевого сплава, а вот поршни из чугуна не делают, они либо стальные, либо из высокопрочного алюминиевого сплава. Зная общее устройство данного двигателя внутреннего сгорания и условия работы его деталей, очевидно, что и клапана и головку цилиндра нужно делать прочными, поскольку они должны выдерживать давление внутри цилиндра более 100 атмосфер. А вот поддон, где собирается масло не несет на себе особой механической нагрузки и выполняется из тонкой листовой стали или алюминия.
Характеристики ДВС
Когда говорят об автомобиле, то обычно, в первую очередь отмечают двигатель внутреннего сгорания, не его устройство, а его мощность. Она (мощность) измеряется как обычно (по-старинке) в лошадиных силах или (по-современному) киловаттах. Безусловно, чем больше мощность, тем быстрее автомобиль набирает скорость. И в принципе экономичность тем выше, тем двигатель машины более мощный. Однако, это только тогда, когда двигатель постоянно работает на номинальных (экономически оправданных) оборотах. Но на малых скоростях (при неиспользовании полной мощности) КПД сильно падает и если на номинальных режимах дизельный двигатель имеет 40…42% КПД, то на малых только 7%. Бензиновый двигатель не может похвастаться даже этим. Использование полной мощности позволяет экономить топливо. По этой причине расход топлива на 100 километров в малолитражных автомобилях ниже. Этот показатель может составлять и 5 и даже 4 л/100 км. Расход у мощных внедорожников может составлять и 10 и даже 15 л/100 км.
Еще одним показателем для автомобилей является разгон от 0 км/час до 100 км/час. Конечно, чем мощнее двигатель, тем быстрее разгон автомобиля, но про экономичность при этом говорить вообще не приходится.
Итак, двигатель внутреннего сгорания устройство которого Вы теперь знаете, совсем не кажется сложным. И на вопрос «ДВС – что это такое?» Вы можете ответить «Это то, что я знаю».

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

Немного истории

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

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

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

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

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

Как это работает

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

Такой ДВС состоит из:

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

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

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

Данный видеоролик наглядно показывает устройство и работу двигателя автомобиля.

Два такта

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

Четыре такта

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

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

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

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

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

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

Виды ДВС

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

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

Бензиновые карбюраторные ДВС

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

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

Бензиновые инжекторные ДВС

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

Дизельные ДВС

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

Пути дальнейшего развития ДВС

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

Основные элементы двс. Устройство двигателя внутреннего сгорания. Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

С момента изобретения первого мотора, работающего за счет горения топливной смеси прошло уже больше ста пятидесяти лет. Человечество продвинулось в техническом прогрессе, однако заменить так и не удаётся. Этот тип силовой установки используется как привод на технике. За счет мотора работают мопеды, автомобили, трактора, и другие самоходные агрегаты.

За время эксплуатации, изобретено и применено к использованию больше десяти видов и типов моторов. Однако, принцип работы не поменялся. В сравнении с паровым агрегатом, который предшествовал установке, двигатель, преобразующий тепловую энергию сгорания в механическую работу, экономичней с большим коэффициентом полезного действия. Эти свойства, залог успеха мотора, который полтора века остаётся востребованным и пользуется популярностью.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания в разрезе

Особенность работы

Особенность, делающая мотор не похожим на другие установки, заключается в том, что работа двигателя внутреннего сгорания сопровождается воспламенением топливной смеси непосредственно в камере. Само пространство, где происходит горение, внутри установки, это легло в основу названия классификации моторов. В процессе сложной экзотермической реакции, когда исходная рабочая смесь превращается в продукты сгорания с выделением тепла, выполняется преобразование в механическую работу. Работа за счет теплового расширения, движущая сила, без которой было бы не возможно существование установки. Принцип завязан на давлении, газов в пространстве цилиндра.

Виды моторов

В процессе технического прогресса разрабатывались и испытывались виды агрегатов, в которых горючее сжигалось во внутреннем пространстве, не все доказали свою целесообразность. Выделены распространенные типы двигателей внутреннего сгорания:

Поршневая установка.

Составная часть агрегата выполнена в виде блока с вмонтированными внутрь цилиндрическими полостями. Часть цилиндра служит для сжигания горючего. Посредством поршня, кривошипа и шатуна происходит трансформация энергии горения в энергию вращения вала. В зависимости от того, как готовится горючая смесь, агрегаты делят:

• Карбюраторные.
  В таких установках, горючее готовится за счет карбюрации. Атмосферный воздух и топливо транспортируются в механизм в пропорции, после чего смешивается внутри установки. Готовая смесь подается в камеру и сжигается;
• Инжектор.
  В установку рабочая смесь подаётся при помощи распылителя. Впрыск осуществляется в коллектор и контролируется электроникой. По коллектору горючее поступает в камеру, где поджигается свечой;
• Дизель.
  Принцип коренным образом отличается от предыдущих оппонентов. Процесс протекает за счёт давления. В объём через распылитель впрыскивается порция топлива (солярка), температура воздуха выше температуры горения, горючее воспламеняется.

Поршневой мотор:

• Роторно-поршневой мотор.
  Преобразование энергии расширения газов в механическую работу происходит за счет оборотов ротора. Ротор представляет собой деталь специального профиля, на которую давят газы, заставляя совершать вращательные движения. Траектория движения ротора по камере объёмного вытеснения сложная, образована эпитрохоидой. Ротор выполняет функции: поршня, распределителя газов, вала.

Роторно-поршневой мотор:

• Газотурбинные моторы.
  Процесс выполняется за счёт преобразования тепла в работу. Непосредственное участие принимают лопатки ротора. Вращение деталей от потока газов передаётся на турбину.

Сегодня, поршневые моторы окончательно вытеснили остальные типы установок и заняли доминирующее положение в автомобильной отрасли. Процентное соотношение роторно-поршневых моторов мало, поскольку производством занимается только Mazda. К тому же выпуск установок ведётся в ограниченном количестве. Газотурбинные агрегаты так же не прижились, поскольку имели ряд недостатков для гражданского использования, основной, это повышенный расход топлива.

Классификация двигателей внутреннего сгорания так же возможна и по потребляемому горючему. Моторы используют: бензин, дизель, газ, комбинированное топливо.

Газотурбинный мотор:

Устройство

Несмотря на разнообразие установок, виды двигателей внутреннего сгорания компонуются из нескольких узлов. Совокупность компонентов размещается в корпусе агрегата. Чёткая и слаженная работа каждой составной части в отдельности, в совокупности представляет мотор единым неделимым организмом.

• Блок мотора.Блок цилиндров объёдиняет в себе полости цилиндрической формы, внутри которых происходит воспламенение, и сгорание топливовоздушной смеси. Горения приводит к тепловому расширению газов, а цилиндры мотора служат направляющей, не дающей тепловому потоку выйти за пределы нужных рамок;

Блок цилиндров мотора:

• Механизм кривошипов и шатунов мотора.Совокупность рычагов, посредством которых на коленчатый вал передается сила, заставляющая совершать вращательные движения;

Кривошипно-шатунный механизм мотора:

• Распределитель газа мотора.Приводит в движение клапана впуска и выпуска, способствует процессу газообмена. Выводит отработку из полости агрегата, наполняет её нужной порцией с целью продолжить работу механизма;

Газораспределительный механизм мотора:

• Подвод горючего в моторе.Служит для приготовления порции горючего в нужной пропорции с воздухом, передаёт эту порцию в полость посредством распыления или самотёком;

• Система воспламенения в моторе. Механизм поджигает поступившую порцию в полости камеры. Выполняется посредством свечи зажигания или свечи накаливания.

Свеча зажигания:

• Система вывода отработанных продуктов из мотора.Механизм предназначен для эффективного удаления сгоревших продуктов и излишков тепла.

Приёмная труба:

Запуск силовой установки внутреннего сгорания сопровождается подачей горючего в агрегат, в полости камеры объёмного вытеснения субстанция сгорает. Процесс сопровождается выделением тепла и увеличением объёма, что провоцирует перемещение поршня. Перемещаясь, деталь преобразует механическую работу в кручение коленчатого механизма.

По завершению действие повторяется снова, таким образом, не прерываясь ни на минуту. Процессы, в течении которых совершается работа установки:

• Такт.Перемещение поршня из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее положение и в обратном порядке. Такт считается одним перемещением в одну сторону.
• Цикл. Суммарное количество тактов, необходимое при совершении работы. Конструктивно, агрегаты в состоянии выполнять цикл за 2 (один оборот вала) или 4 (два оборота) такта.
• Рабочий процесс.Действие, подразумевающее: впуск смеси, сдавливание, окисление, рабочий ход, удаление. Рабочий процесс характерен как для двухтактных моторов, так и для четырёхтактных двигателей.

Двухтактный мотор

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, использующего в качестве рабочего процесса два такта прост. Отличительная особенность мотора, выполнение двух тактов: сдавливание и рабочий ход. Такты впуска и очистки интегрированы в сдавливание и рабочий ход, поэтому вал проворачивается на 360° за рабочий процесс.

Выполняемый порядок таков:

1. Сдавливание.Поршень из крайнего нижнего положения уходит в крайнее верхнее положение. Перемещение создает разряжение под поршнем, благодаря чему через продувочные отверстия просачивается горючее. Дальнейшее перемещение провоцирует перекрытие отверстия впуска юбкой поршня и отверстий выпуска, выводящих отработку. Замкнутое пространство способствует росту напряжения. В крайней верхней точке заряд поджигается.
2. Расширение.Горение создает давление внутри камеры, заставляя посредством расширения газов перемещаться поршень в низ. Происходит поочередное открытие выпускных и продувочных окон. Напряжение в области днища провоцирует поступление горючего в цилиндрическую полость, одновременно очищая её от отработки.

Устройство агрегата на два такта исключает механизм распределяющий газы, что сказывается на качестве процесса обмена. Кроме того, невозможно исключить продувку, а это сильно увеличивает расход топлива, поскольку часть смеси выбрасывается наружу с отработанными газами.

Принцип работы двухтактного мотора:

Четырёхтактный мотор

Моторами, которые выполняют 4 такта работы двигателя внутреннего сгорания за рабочий процесс, оснащена используемая сегодня техника. В этих моторах, ввод и вывод горючего и отработки, выполняются отдельными тактами. Двигатели используют механизм распределения газов, что синхронизирует клапана и вал. Преимущество мотора на четыре такта, подача горючего в очищенную от отработанных газов камеру при закрытых клапанах, что исключает утечку топлива.

Порядок таков:

• Ввод.Перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Происходит разряжение в полости, что открывает клапана впуска. Горючее заходит в камеру объёмного вытеснения.
• Сдавливание.Перемещение поршня снизу вверх (крайние положения). Отверстия входа и выхода перекрыты, что способствует нарастанию давления в камере объёмного вытеснения.
• Рабочий ход.Смесь загорается, выделяется тепло, резкое увеличение объёма и рост силы, давящей на поршень. Движение последнего в крайнее нижнее положение.
• Очистка.Отверстия выпуска открыты, поршень перемещается снизу вверх. Избавление от отработки, очистка полости перед следующей порцией рабочей смеси.

Механический КПД двигателя внутреннего сгорания, с циклом на 4 такта ниже, в сравнении с агрегатом на 2 такта. Это обусловлено сложным устройством и наличием механизма распределения газов, который забирает часть энергии на себя.

Принцип работы четырёхтактного мотора:

Механизм искрообразования

Цель механизма, своевременное искрение в полости цилиндра мотора. Искра помогает воспламениться горючему и совершить агрегату рабочий ход. Механизм искрообразования, составная часть электрического оборудования автомобиля, куда входят:

• Источник хранения электрической энергии, аккумулятор. Источник, вырабатывающий электрическую энергию, генератор.
• Механическое или электрическое устройство, подающее электрическое напряжение в сеть автомобиля, его еще называют зажигание.
• Накопитель и преобразователь электрической энергии, трансформатор, или катушка. Механизм обеспечивает достаточный заряд на свечах мотора.
• Механизм распределения зажигания, или трамблёр. Устройство предназначено для распределения и своевременной подачи в нужный цилиндр электрического импульса на свечи зажигания.

Механизм впуска

Цель механизма, бесперебойное образование в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания автомобиля, нужного количества воздуха. Впоследствии, воздух смешивается с топливом, и всё это воспламеняется для рабочего процесса. Устаревшие, карбюраторные моторы для впуска использовали элемент для фильтрации воздуха и воздуховод. Современные установки укомплектованы:

• Механизм забора воздуха мотором.Деталь выполнена в виде патрубка, определённого профиля. Задача конструкции, подать в цилиндр как можно больше воздуха создав при этом меньшее сопротивление на входе. Всасывание воздушной массы происходит за счет разницы давлений при движении поршня в положение нижней мёртвой точки.
• Воздушный фильтрующий элемент мотора.Деталь применяется для очистки воздуха, попадающего в мотор. Работа элемента влияет на ресурс и работоспособность силовой установки. Фильтр относится к расходным материалам, и меняется через промежуток времени.
• Заслонка дросселя мотора.Перепускной механизм, находящийся во впускном коллекторе и регулирующий количество подаваемого в мотор воздуха. Деталь работает за счёт электроники, или механическим путём.
• Коллектор впуска мотора.Предназначение механизма, распределить количество воздуха равномерно по цилиндрам мотора. Процесс регулируется заслонками впуска и усилителями потока.

Система впуска:

Механизм питания

Назначение, бесперебойная подача горючего для последующего смешивания с воздухом и приготовлением гомогенной стехиометрической смеси. Механизм питания включает:

• Бак мотора.Ёмкость замкнутого типа, в которой хранится топливо (бензин, солярка). Бак оборудован устройством забора горючего (помпа) и устройством, заправляющим ёмкость (заливная горловина).
• Топливная проводка мотора.Патрубки, шланги, по которым транспортируется или перенаправляется топливо.
• Механизм, смешивающий горючее в моторе.Изначально силовые установки оборудовались карбюратором, в современных двигателях применяют инжектор. Задача, подать приготовленную смесь внутрь камеры сгорания.
• Блок управления.Назначение механизма, управлять смесеобразованием и впрыском. В установках, оборудованных инжектором, устройство синхронизирует работу для увеличения эффективности процесса.
• Помпа мотора.Устройство, создающее напряжение в топливном проводе мотора и способствующее движению горючей жидкости.
• Элемент фильтрации.Механизм очищает поступающее топливо от примесей и грязи, что увеличивает ресурс силовой установки.

Механизм питания:

Механизм смазки

Назначение механизма, обеспечить детали силовой установки необходимым количеством масла для создания на поверхностях защитной плёнки. Применение жидкости уменьшает воздействие силы трения в точках соприкосновения деталей, удаляет продукты износа, защищает агрегат от коррозии, уплотняет узлы и механизмы. состоит:

• Поддон мотора.Ёмкость, в которой помещается, хранится и охлаждается смазочная жидкость. Для нормального функционирования мотора важно соблюдать требуемый уровень масла, поэтому поддоны укомплектованы щупом, для контроля.
• Масляная помпа мотора. Механизм, перекачивающий жидкость из поддона двигателя и направляющий масло к точкам, нуждающимся в смазке. Движение масла происходит по магистралям.
• Масляный фильтрующий элемент.Назначение детали, очистить масло от примесей и продуктов износа, которые циркулируют в моторе. Элемент меняют при каждой замене масла, поскольку работа влияет на износ механизма.
• Охладитель масла мотора.Назначение механизма, отбор излишков тепла, из системы смазки. Поскольку масло, отводит тепло от перегретых поверхностей, то само масло так же подвержено перегреву. Характерная особенность механизма смазки, обязательное использование, не зависимо, от того, какова модель двигателя внутреннего сгорания применяется. Происходит это по той причине, что на сегодня эффективней этого метода защиты мотора нет.

Система смазки:

Механизм выпуска

Механизм предназначен для отвода отработанных газов и уменьшения шума в процессе работы двигателя. Состоит из следующих компонентов:

• Коллектор выпуска мотора. Набор патрубков, выполненных из жаропрочного материала, поскольку они первыми соприкасаются с раскалёнными газами, выходящими из камеры сгорания. Коллектор гасит колебания и переправляет газы далее в трубу;
• Труба мотора.Приёмная труба предназначена для получения газов и транспортировки далее по системе. Материал, из которого выполнена деталь, обладает высокой стойкостью к температурам.
• Резонатор.Устройство, позволяющее разделить газы и снизить их скорость.
• Катализатор.Устройство очистки и нейтрализации газов.
• Глушитель мотора.Резервуар с вмонтированными перегородками, благодаря перенаправлению отработанных газов, позволяет снизить шум.

Система выпуска мотора:

Механизм охлаждения

На маломощных двигателях внутреннего сгорания применяется охлаждение мотора встречным потоком. Современные агрегаты, автомобильные, судовые, грузовые используют жидкостное охлаждение. Задача жидкости, забрать на себя часть избыточного тепла и снизить тепловую нагрузку на узлы и механизмы агрегата. Механизм охлаждения включает:

• Радиатор мотора.Задача устройства передать избыточное тепло от жидкости окружающей среде. Деталь включает в себя набор алюминиевых трубок с отводящими ребрами;
• Вентилятор мотора.Задача вентилятора, увеличить эффект от охлаждения за счёт принудительного обдува радиатора и отвода с его поверхности излишков тепла.
• Помпа мотора.Задача водяной помпы обеспечить циркуляцию охлаждающей жидкости по системе. Циркуляция проходит по малому кругу (пока двигатель не разогрет), после чего, клапан переключает движение жидкости на большой круг.
• Перепускной клапан мотора.Задача механизма, обеспечить переключение циркуляции жидкости с малого круга обращения на большой круг.

Система охлаждения мотора:

Несмотря на многочисленные попытки уйти от двигателя внутреннего сгорания, в ближайшем обозрим будущем, такой возможности не предвидится. Поэтому силовые установки данного типа еще долго будут радовать нас своей слаженной работой.

Первый серийный автомобиль был построен в начале XX века на заводе «Форд». Первую машину собрали в 1908 году. Это был Ford Model T. Машина выпускалась до 1928 года и стала легендой.

Гениальный менеджер и механик Генри Форд всегда говорил: «Машина может быть любого цвета, если она чёрная». Он сделал основной акцент на универсальность автомобиля, полностью отторгнув индивидуальность. Именно это его и погубило.

Несмотря на универсальность устройства автомобиля Ford Model T и его простую, но надёжную функциональность, в 20-х годах у него появился конкурент в виде машин «Дженерал Моторс». Эта компания предлагала каждому покупателю уникальный автомобиль с необычным внутренним устройством.

В те времена были только механические коробки передач и слабосильные двигатели. Скорость же автомобилей редко превышала 50 миль в час. Сейчас же всё изменилось. Современные автомобили — это шедевр инженерной мысли, внутренности которого наполнены самой современной электроникой и сверхсложными системами управления.

Технические же параметры давно вышли за рамки фантастики. Сейчас разгон до 100 километров за 4 секунды — реальность, которой никого не удивишь. В то же время на рынке существуют сотни компаний, которые занимаются продажами самых разных автомобилей. Тем не менее несмотря на всё это разнообразие — общее устройство автомобилей у них очень схоже.

С чего состоит автомобиль

Безусловно, в устройство современной машины входит множество разнообразных узлов и деталей, но даже среди них можно выделить основные:

• трансмиссия,
• кузов,
• ходовая часть,
• системы управления,
• электрооборудование.

Каждый из этих элементов выполняет важную роль, которую тяжело переоценить. Чтобы понять, насколько важна правильная работа каждой детали, рассмотрим их более подробно.

Кузов

Кузов — это несущая часть в устройстве автомобиля.
Именно к ней крепятся все узлы и агрегаты. Сейчас автомобильные производители стараются сделать всё возможное, чтобы подобрать максимально прочный и лёгкий композитный спав, который послужит основой изделия.

Дело в том, обычный металл весит довольно много. Увеличение веса негативно сказывается на динамике, максимальной скорости и разгоне, да и управлять тяжелым автомобилем очень непросто. В результате сейчас всё чаще используют нестандартные подходы к созданию кузовов. К примеру, применяют в конструкции углеводородное волокно.

Пожалуй, самым ярким автомобилем, где применялась данная технология, был Lykan Hypersport. Вы могли видеть эту машину в фильме «Форсаж 7». Применение углеродного волокна для создания кузова позволило сильно облегчить автомобиль, значительно повысив все его характеристики. Кстати говоря, стоимость машины составляет больше трёх миллионов.

По факту кузов — это рама, которая держит всё устройство автомобиля вместе. В то же время она должна обладать достаточной жёсткостью, чтобы выдерживать по-настоящему большие нагрузки. На скорости более 200 километров в час от её прочности зависит жизнь водителя.

Кузов, применяемый в устройстве автомобиля не только должен быть лёгким и прочным, но и иметь правильные аэродинамические формы. От того насколько эффективно корпус машины будет рассекать потоки воздуха зависит скорость и управление.

Традиционно кузов, являющийся частью устройства автомобиля можно поделить на такие элементы:

• лонжероны,
• крыша,
• тормоза,
• навесные детали,
• моторный отсек,
• днище.

Для того чтобы добиться большей жёсткости к устройству днища автомобиля приваривают усилительные элементы.
Они обеспечивают повышенную прочность и большую безопасность всей конструкции.

Каждый из этих элементов связан друг с другом. Так лонжероны представляют собой одну цельную конструкцию вместе с днищем. В некоторых случаях они привариваются к нему.
Главная задача этих деталей в устройстве автомобиля заключается в создании опоры для подвески.

Если же говорить про навесные детали, то сразу вспоминаются крылья. Также нельзя обойти вниманием багажник, двери и капот. Они являются навесными деталями, но очень тесно связаны с кузовом автомобиля.

Внимание!
Чтобы добиться большей стабильности конструкции задние крылья привариваются к кузову, а передние делаются съёмными.

Подобные нюансы нужно учитывать, если вы хотите провести тюнинг своего железного коня. Мало того, именно к навесным деталям кузова прикрепляются детали модинга.
Достаточно вспомнить тот же спойлер. Даже неоновые вставки монтируются по периметру днища.

Тюнинг корпуса даёт самый большой зрительный эффект. К тому же дополнительные элементы, вроде же бампера с низкой посадкой могут обеспечить конструкции гораздо лучшие аэродинамические качества.

Без ходовой никуда

Ходовая в устройстве автомобиля играет роль фундамента. Именно за счёт неё автомобиль может двигаться. К примеру, колёса, подвеска и мосты — это всё её элементы. Без них само движение было бы невозможным.

Система может иметь как переднюю независимую подвеску, так и заднюю зависимую. Сейчас в большинстве автомобилей используют именно первый вариант, так как он даёт наилучшую управляемость транспортного средства.

Главным отличием независимой подвески является то, что каждое колесо крепится отдельно. Мало того в устройстве автомобиля все колёса имеют собственные крепёжные системы.

Зависимая подвеска считается неким архаизмом в автомобильных кругах.
Тем не менее некоторые компании в целях экономии и максимального упрощения устройства автомобиля до сих пор её используют. Тем не менее она обеспечивает высокую надёжность конструкции. Мало того, ухищрения некоторых производителей позволяют добиться по-настоящему выдающихся результатов при использовании этой устаревшей технологии.

Хочется вспомнить тот же немецкий концерн BMW. Эта компания уже на протяжении многих лет выпускает автомобили, в устройстве которых лежит именно задняя зависимая подвеска.

Тем не менее заднеприводные машины немецкого бренда славятся во всём мире. Мало того, многие водителя покупают данные автомобили с задним устройством подвески как раз из того удовольствия, которое получает водитель, сидя за рулём, этого монстра.

Внимание!
Задний привод даёт возможность ощутить настоящее удовольствие от управления мощной, быстрой и хищной машины.

Обычно задняя подвеска представляет собой ведущий мост. В некоторых случаях машиностроители устанавливают жёсткую балку, и этого вполне достаточно, чтобы обеспечить оптимальную прочность конструкции.

Тормоза

Если на предыдущей детали располагался сам автомобиль и всё его устройство, то роль тормозной системы совершенно в другом. Надёжные тормоза позволяют предотвратить множество несчастных случаев и спасти миллионы человеческих жизней.

Многие автомобильные эксперты не считают нужным выделять данный элемент в устройство автомобиля. Они просто считают его частью ходовой. Тем не менее это в корне неправильно. Ведь важность тормозов в современном напряжённом трафике тяжело переоценить.

Сейчас чаще всего выделяют три элемента тормозной конструкции:

• Рабочая — позволяет управлять скоростью. Данная подсистема отвечает за постепенное уменьшение скорости вплоть до полной остановки автомобиля.
• Запасная — она нужна тогда, когда основная система в устройстве автомобиля отказывает. Обычно её делают полностью автономной.
• Стояночная — это ручной тормоз, который удерживает машину на одном месте, пока вас нет.

В современных тормозных системах используется множество дополнительных устройств, которые обеспечивают лучшую работу тормозов. Особое значение имеют разнообразные усилители и антиблокировочная системы. Эти элементы позволяют не только в несколько раз поднять эффективность системы, но и увеличить её комфортность для водителя.

Трансмиссия

Это устройство передаёт крутящий момент с вала на колёса. Конструкция состоит из следующих элементов:

• сцепления,
• шарниров,
• коробки передач,
• ведущего моста.

За счёт сцепления конструкторы в автомобиле устанавливают связь валов двигателя и коробки передач. В свою очередь КПП сильно снижает нагрузку на двигатель, увеличивая его ресурс и обеспечивая наиболее рациональный расход топлива.

Стоит признать, что за последние годы было придумано множество вариантов устройства коробки передач. Первой была МКПП. Она была изобретена вначале двадцатого века. Первая машина, на которой её установили, была всё та же легендарная модель американской компании «Форд» — Т.

С тех пор прошло около 40 лет, и в 50-х годах изобретают автоматическую коробку передач. Теперь не водитель решает, когда включить новую передачу, а гидравлическая система. Плюс такого устройства заключается в его простоте, а также плавности переключения.

Наконец, третьим витком эволюции устройства КПП становится робот. Данная коробка сочетает в себе все достоинства механики и автомата. Всё дело в том, что передачи переключает умная программа. Она до точности в несколько десятых миллисекунды определят нужно время и осуществляет переход. Как результат водитель получает огромную экономию топлива.

Важно!
Также есть вариатор, но он редко где используется.

Двигатель

Пожалуй, это самая важная часть автомобиля — его сердце. От мощности данного устройства зависят в наибольшей степени скорость и динамика машины. Суть принципа работы этой детали крайне проста. Двигатель превращает тепловую энергию в электрическую за счёт сгорания топлива.

Электрооборудование и системы управления

Дело в том, что с каждым годом эти комплексы устройств автомобиля становятся всё больше связаны друг с другом. Умные системы управляют напряжением в проводке, работой аккумулятора и потреблением электроэнергии. Подобный подход превращает машины в думающие устройства, которые решают где водителю лучше всего парковаться и следят за едущими вблизи автомобилями.

Итоги

Устройство автомобиля — это сложная система, на изучение которой уходят годы. Тем не менее общую схема и предназначение всех узлов может изучить и понять даже новичок. Эти знания могут помочь как в дороге, так и в обслуживании авто.

Достаточно простые, несмотря на множество деталей, из которых он состоит. Рассмотрим это более подробно.

Общее устройство ДВС

Каждый из моторов имеет цилиндр и поршень. В первом происходит превращение тепловой энергии в механическую, которая способна вызвать движение автомобиля. Всего лишь за одну минуту этот процесс повторяется несколько сот раз, благодаря чему коленчатый вал, который выходит из мотора, вращается непрерывно.

Двигатель машины состоит из нескольких комплексов систем и механизмов, преобразующих энергию в механическую работу.

Ее базой являются:

газораспределительный;

кривошипно-шатунный механизм.

Помимо этого, в нем работают следующие системы:

• зажигания;

• охлаждения;

Кривошипно-шатунный механизм

Благодаря ему возвратно-поступательное движение коленвала превращается во вращательное. Последнее передается всем системам легче, чем циклическое, тем более что конечным звеном передачи являются колеса. А они работают посредством вращения.

Если бы автомобиль не был колесным транспортным средством, то этот механизм для передвижения, возможно, не был бы необходимым. Однако в случае с машиной кривошипно-шатунная работа полностью оправдана.

Газораспределительный механизм

Благодаря ГРМ рабочая смесь или воздух поступает в цилиндры (в зависимости от особенностей образования смеси в моторе), затем удаляются отработавшие уже газы и продукты сгорания.

При этом обмен газов происходит в назначенное время в определенном количестве, организуясь с тактами и гарантируя качественную рабочую смесь, а также получение наибольшего эффекта от выделяемой теплоты.

Система питания

Смесь воздуха с топливом сгорает в цилиндрах. Рассматриваемая система регулирует их подачу в строгом количестве и пропорции. Бывает внешнее и внутреннее смесеобразование. В первом случае воздух и топливо перемешиваются вне цилиндра, а в другом — внутри него.

Систему питания с внешним образованием смеси имеет специальное устройство под названием карбюратор. В нем топливо распыляется в воздушной среде, а затем поступает в цилиндры.

Автомобиля с системой внутреннего смесеобразования называется инжекторным и дизельным. В них происходит заполнение цилиндров воздухом, куда впрыскивается топливо посредством специальных механизмов.

Система зажигания

Здесь происходит принудительное воспламенение рабочей смеси в моторе. Дизельным агрегатам это не нужно, так как у них процесс осуществляется через высокую воздуха, который становится фактически раскаленным.

В основном в двигателях применяется искровый электрический разряд. Однако, помимо этого, могут использоваться запальные трубки, которые воспламеняют рабочую смесь горящим веществом.

Она может поджигаться и другими способами. Но самым практичным на сегодняшний день продолжает оставаться электроискровая система.

Пуск

Данной системой достигается вращение коленвала мотора при запуске. Это необходимо для начала функционирования отдельных механизмов и самого двигателя в целом.

Для запуска в основном используется стартер. Благодаря ему, процесс осуществляется легко, надежно и быстро. Но возможен и вариант пневматического агрегата, который работает на запасе в ресиверах либо обеспеченного компрессором с электрическим приводом.

Самой простой системой является заводная рукоятка, через которую в моторе проворачивается коленвал и начинается работа всех механизмов и систем. Еще недавно все водители возили ее с собой. Однако ни о каком удобстве в этом случае речи быть не могло. Поэтому сегодня все обходятся без нее.

Охлаждение

В задачу этой системы входит поддержание определенной температуры работающего агрегата. Дело в том, что сгорание в цилиндрах смеси происходит с выделением теплоты. Узлы и детали мотора нагреваются, и им необходимо постоянно охлаждаться, чтобы работать в штатном режиме.

Наиболее распространенными являются жидкостная и воздушная системы.

Для того чтобы двигатель охлаждался постоянно, необходим теплообменник. В моторах с жидкостным вариантом его роль исполняет радиатор, который состоит из множества трубок для ее перемещения и отдачи тепла стенкам. Отвод еще больше увеличивается через вентилятор, который установлен рядом с радиатором.

В приборах с воздушным охлаждением используется оребрение поверхностей самых нагретых элементов, из-за чего площадь теплообмена существенно возрастает.

Эта система охлаждения является низкоэффективной, а поэтому на современных автомобилях она устанавливается редко. В основном ее используют на мотоциклах и на небольших ДВС, для которых не нужна тяжелая работа.

Система смазки

Смазывание деталей необходимо для сокращения потерь механической энергии, которая происходит в кривошипно-шатунном механизме и ГРМ. Помимо этого, процесс способствует уменьшению износа деталей и некоторому охлаждению.

Смазка в двигателях автомобилей в основном используется под давлением, когда масло подается через трубопроводы посредством насоса.

Некоторые элементы смазываются путем разбрызгивания или окунания в масло.

Двухтактные и четырехтактные моторы

Устройство двигателя автомобиля первого вида в настоящее время применяется в довольно узком диапазоне: на мопедах, недорогих мотоциклах, лодках и бензокосилках. Его недостатком является потеря рабочей смеси во время удаления выхлопных газов. Кроме этого, принудительная продувка и завышенные требования к термической устойчивости выхлопного клапана служат причиной роста цены мотора.

В четырехтактном двигателе указанных недостатков нет благодаря наличию газораспределительного механизма. Однако и в этой системе имеются свои проблемы. Наилучший режим работы мотора будет достигнут в очень узком диапазоне оборотов коленчатого вала.

Развитие технологий и появление электронных БУ позволило решить эту задачу. Во внутреннее устройство двигателя теперь входит электромагнитное управление, при помощи которого выбирается оптимальный режим газораспределения.

Принцип работы

ДВС работает следующим образом. После того как рабочая смесь попадает в камеру сгорания, она сжимается и воспламеняется от искры. При сжигании в цилиндре образуется сверхсильное давление, которое приводит в движение поршень. Он начинает продвигаться к нижней мертвой точке, что является третьим тактом (после впуска и сжатия), называющимся рабочим ходом. В это время благодаря поршню начинает вращаться коленвал. Поршень, в свою очередь, перемещаясь к верхней мертвой точке, выталкивает отработанные газы, что является четвертым тактом работы двигателя — выпуском.

Вся четырехтактная работа происходит довольно просто. Чтобы легче было понять как общее устройство двигателя автомобиля, так и его работу, удобно посмотреть видео, наглядно демонстрирующее функционирование мотора ДВС.

Тюнинг

Многие автовладельцы, привыкнув к своей машине, хотят получить от нее больше возможностей, чем она способна дать. Поэтому нередко для этого делают тюнинг двигателя, увеличивая его мощность. Это можно реализовать несколькими способами.

Например, известен чип-тюнинг, когда путем компьютерного перепрограммирования мотор настраивают на более динамичную работу. У этого способа есть как сторонники, так и противники.

Более традиционным методом является тюнинг двигателя, при котором осуществляются некоторые его переделки. Для этого производится замена с подходящими под него поршнями и шатунами; устанавливается турбина; проводятся сложные манипуляции с аэродинамикой и так далее.

Устройство двигателя автомобиля не такое уж сложное. Однако в связи с огромным количеством элементов, в него входящих, и необходимости согласования их между собой, для того чтобы любые переделки возымели желаемый результат, требуется высокий профессионализм того, кто их будет осуществлять. Поэтому, прежде чем решаться на это, стоит потратить усилия для поиска настоящего мастера своего дела.

Не будет преувеличением сказать, что большинство самодвижущихся устройств сегодня оснащены двигателями внутреннего сгорания разнообразных конструкций, использующими различные принципиальные схемы работы. Во всяком случае, если говорить об автомобильном транспорте. В данной статье мы рассмотрим более подробно ДВС. Что это такое, как работает данный агрегат, в чем его плюсы и минусы, вы узнаете, прочитав ее.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Главный принцип работы ДВС основан на том, что топливо (твердое, жидкое или газообразное) сгорает в специально выделенном рабочем объеме внутри самого агрегата, преобразуя тепловую энергию в механическую.

Рабочая смесь, поступающая в цилиндры такого двигателя, подвергается сжатию. После ее воспламенения при помощи специальных устройств возникает избыточное давление газов, заставляющих поршни цилиндров возвращаться в исходное положение. Так создается постоянный рабочий цикл, преобразующий при помощи специальных механизмов кинетическую энергию в крутящий момент.

На сегодняшний день устройство ДВС может иметь три основных вида:

• часто называемый легким;
• четырехтактный силовой агрегат, позволяющий добиться более высоких показателей мощности и значений КПД;
• обладающие повышенными мощностными характеристиками.

Помимо этого существуют и другие модификации основных схем, позволяющие улучшить те или иные свойства силовых установок данного вида.

Преимущества двигателей внутреннего сгорания

В отличие от силовых агрегатов, предусматривающих наличие внешних камер, ДВС обладает значительными преимуществами. Главными из них являются:

• гораздо более компактные размеры;
• более высокие показатели мощности;
• оптимальные значения КПД.

Необходимо заметить, говоря о ДВС, что это такое устройство, которое в подавляющем большинстве случаев позволяет использовать различные виды топлива. Это может быть бензин, дизельное топливо, природный или керосин и даже обычная древесина.

Такой универсализм принес данной принципиальной схеме двигателя заслуженную популярность, повсеместное распространение и поистине мировое лидерство.

Краткий исторический экскурс

Принято считать, что двигатель внутреннего сгорания ведет отсчет своей истории с момента создания французом де Ривасом в 1807 году поршневого агрегата, использовавшего в качестве топлива водород в газообразном агрегатном состоянии. И хотя с тех пор устройство ДВС подверглось значительным изменениям и модификациям, основные идеи этого изобретения продолжают использоваться и в наши дни.

Первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания увидел свет в 1876 году в Германии. В середине 80-х годов XIX столетия в России был разработан карбюратор, позволявший дозировать подачу бензина в цилиндры мотора.

А в самом конце позапрошлого века знаменитый немецкий инженер предложил идею воспламенения горючей смеси под давлением, что существенно повышало мощностные характеристики ДВС и показатели КПД агрегатов подобного вида, которые до этого оставляли желать много лучшего. С тех пор развитие двигателей внутреннего сгорания шло в основном по пути улучшения, модернизации и внедрения разнообразных улучшений.

Основные виды и типы ДВС

Тем не менее более чем 100-летняя история агрегатов данного вида позволила разработать несколько основных видов силовых установок с внутренним сгоранием топлива. Они отличаются между собой не только составом используемой рабочей смеси, но и конструктивными особенностями.

Бензиновые двигатели

Как явствует из названия, агрегаты данной группы используют в качестве топлива различные виды бензина.

В свою очередь, такие силовые установки принято подразделять на две большие группы:

• Карбюраторные. В таких устройствах топливная смесь перед поступлением в цилиндры обогащается воздушными массами в специальном устройстве (карбюраторе). После чего происходит ее воспламенение при помощи электрической искры. Среди наиболее ярких представителей данного типа можно назвать модели ВАЗ, ДВС которых очень долгое время был исключительно карбюраторного типа.
• Инжекторные. Это более сложная система, в которой впрыск топлива в цилиндры осуществляется посредством специального коллектора и форсунок. Он может происходить как механическим способом, так и посредством специального электронного устройства. Наиболее продуктивными считаются системы прямого непосредственного впрыска «Коммон Рейл». Устанавливаются почти на все современные автомобили.

Инжекторные бензиновые двигатели принято считать более экономичными и обеспечивающими более высокий КПД. Однако стоимость таких агрегатов намного выше, а обслуживание и эксплуатация — заметно сложнее.

Дизельные двигатели

На заре существования агрегатов подобного вида очень часто можно было слышать шутку о ДВС, что это такое устройство, которое ест бензин, как лошадь, а движется намного медленнее. С изобретением дизельного двигателя эта шутка частично потеряла свою актуальность. Главным образом потому, что дизель способен работать на топливе гораздо более низкого качества. А значит, и на гораздо более дешевом, нежели бензин.

Главным принципиальным отличием внутреннего сгорания является отсутствие принудительного воспламенения топливной смеси. Солярка впрыскивается в цилиндры специальными форсунками, а отдельные капли топлива воспламеняются из-за силы давления поршня. Наряду с преимуществами дизельный двигатель обладает и целым рядом недостатков. Среди них можно выделить следующие:

• гораздо меньшая мощность по сравнению с бензиновыми силовыми установками;
• большими габаритами и весовыми характеристиками;
• сложностями с запуском при экстремальных погодных и климатических условиях;
• недостаточной тяговитостью и склонностью к неоправданным потерям мощности, особенно на сравнительно высоких оборотах.

Кроме того, ремонт ДВС дизельного типа, как правило, гораздо более сложен и затратен, нежели регулировка или восстановление работоспособности бензинового агрегата.

Газовые двигатели

Несмотря на дешевизну природного газа, используемого в качестве топлива, устройство ДВС, работающих на газе, несоизмеримо сложнее, что ведет к существенному удорожанию агрегата в целом, его монтажа и эксплуатации в частности.

На силовых установках подобного типа сжиженный или природный газ поступает в цилиндры через систему специальных редукторов, коллекторов и форсунок. Воспламенение топливной смеси происходит так же, как и в карбюраторных бензиновых установках, — при помощи электрической искры, исходящей от свечи зажигания.

Комбинированные типы двигателей внутреннего сгорания

Мало кто знает о комбинированных системах ДВС. Что это такое и где применяется?

Речь идет, конечно же, не о современных гибридных автомобилях, способных работать как на горючем, так и от электрического мотора. Комбинированными двигателями внутреннего сгорания принято называть такие агрегаты, которые объединяют в себе элементы различных принципов топливных систем. Наиболее ярким представителем семейства таких двигателей являются газодизельные установки. В них топливная смесь поступает в блок ДВС практически так же, как и в газовых агрегатах. Но поджиг горючего производится не при помощи электроразряда от свечи, а запальной порцией солярки, как это происходит в обычном дизельном моторе.

Обслуживание и ремонт двигателей внутреннего сгорания

Несмотря на достаточно широкое разнообразие модификаций, все двигатели внутреннего сгорания имеют аналогичные принципиальные конструкции и схемы. Тем не менее, для того чтобы качественно осуществлять обслуживание и ремонт ДВС, необходимо досконально знать его устройство, понимать принципы работы и уметь определять неполадки. Для этого, безусловно, необходимо тщательно изучить конструкцию двигателей внутреннего сгорания различных типов, уяснить для себя назначение тех или иных деталей, узлов, механизмов и систем. Дело это непростое, но очень увлекательное! А главное, нужное.

Специально для пытливых умов, которые желают самостоятельно постичь все таинства и секреты практически любого транспортного средства, примерная принципиальная схема ДВС представлена на фото выше.

Итак, мы выяснили, что собой представляет данный силовой агрегат.

Двигатель автомобиля может выглядеть как большая запутанная мешанина металлических частей, трубок и проводов для непосвященных. В то же время двигатель — это «сердце» почти любого автомобиля — 95% всех машин работают на двигателе внутреннего сгорания.

В этой статье мы обсудим работу двигателя внутреннего сгорания: его общий принцип, изучим конкретные элементы и фазы работы двигателя, узнаем, как именно потенциальная топлива преобразуется во вращательную силу, и постараемся ответить на следующие вопросы: как работает двигатель внутреннего сгорания, какие бывают двигатели и их типы и что означают те или иные параметры и характеристики двигателя? И, как всегда, всё это просто и доступно, как дважды два.

Главная цель бензинового двигателя автомобиля заключается в преобразовании бензина в движение, чтобы Ваш автомобиль мог двигаться. В настоящее время самый простой способ создать движение от бензина — это попросту сжечь его внутри двигателя. Таким образом, автомобильный «движок» является двигателем внутреннего сгорания — т.е. сгорание бензина происходит внутри него.

Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания. Дизельные двигатели являются одной из форм, а газотурбинные — совсем другой. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Ну, как Вы заметите, раз существует двигатель внутреннего сгорания, то должен существовать и двигатель внешнего сгорания. Паровой двигатель в старомодных поездах и пароходах как раз таки и является лучшим примером двигателя внешнего сгорания. Топливо (уголь, дерево, масло, любое другое) в паровой машине горит вне двигателя для создания пара, и пар создаёт движение внутри двигателя. Разумеется, двигатель внутреннего сгорания является намного более эффективным (как минимум потребляет гораздо меньше топлива на километр пути автомобиля), чем внешнего сгорания, кроме того, двигатель внутреннего сгорания намного меньше по размерам, чем эквивалентный по мощности двигатель внешнего сгорания. Это объясняет, почему мы не видим ни одного автомобиля, похожего на паровоз.

А теперь давайте посмотрим более подробно, как же работает двигатель внутреннего сгорания.

Давайте рассмотрим принцип, лежащий в любом возвратно-поступательном движении двигателя внутреннего сгорания: если Вы поместите небольшое количество высокоэнергичного топлива (например, бензина) в небольшое закрытое пространство и зажжёте его (это топливо), то выделится невероятное количество энергии в виде расширяющегося газа. Вы можете использовать эту энергию, к примеру, для приведения в движение картофелины. В этом случае энергия преобразуется в движение этой картофелины. Например, если Вы в трубу, у которой один конец плотно закрыт, а другой — открыт, нальёте немного бензина, а затем засунете картофелину и подожжёте бензин, то его взрыв спровоцирует приведение в движение этой картофелины за счёт выдавливания её взрывающимся бензином, таким образом, картофелина подлетит высоко в небо, если Вы направите трубу вверх. Это мы кратко описали принцип действия старинной пушки. Но Вы также можете использовать такую энергию бензина в более интересных целях. Например, если Вы можете создать цикл взрывов бензина в сотни раз в минуту, и если Вы сможете использовать эту энергию в полезных целях, то знайте, что у Вас уже есть ядро ​​для двигателя автомобиля!

Почти все автомобили в настоящее время используют то, что называется четырёхтактным циклом сгорания
для преобразования бензина в движение. Четырёхтактный цикл также известен как цикл Отто — в честь Николая Отто, который изобрел его в 1867 году. Итак, вот они, эти 4 такта работы двигателя:

1. Такт впуска топлива
2. Такт сжатия топлива
3. Такт сгорания топлива
4. Такт выпуска отработавших газов

Вроде бы уже всё понятно из этого, не так ли? Вы можете посмотреть ниже на рисунке, что элемент, который называется поршень, заменяет картошку в описанной нами ранее «картофельной пушке». Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Только не пугайтесь новых терминов — их, на самом деле не так много в принципе работы двигателя!

На рисунке буквами обозначены следующие элементы двигателя:

A — Распределительный вал
B — Крышка клапанов
C — Выпускной клапан
D — Выхлопное отверстие
E — Головка цилиндра
F — Полость для охлаждающей жидкости
G — Блок двигателя
H — Маслосборник
I — Поддон двигателя
J — Свеча зажигания
K — Впускной клапан
L — Впускное отверстие
M — Поршень
N — Шатун
O — Подшипник шатуна
P — Коленчатый вал

Вот что происходит, когда двигатель проходит свой ​​полный четырёхтактный цикл:

1. Начальное положение поршня — в самом верху, в этот момент открывается впускной клапан, и поршень движется вниз, таким образом, засасывая в цилиндр приготовленную смесь бензина и воздуха. Это такт впуска. Всего лишь крошечная капля бензина должна смешаться с воздухом, чтобы всё это работало.
2. Когда поршень достигает своей нижней точки, то впускной клапан закрывается, а поршень начинает перемещаться обратно вверх (бензин оказывается в «западне»), сжимая эту смесь из топлива и воздуха. Сжатие впоследствии сделает взрыв мощнее.
3. Когда поршень достигает верхней точки своего хода, свеча зажигания испускает искру, порождённую напряжением более десятка тысяч Вольт, чтобы зажечь бензин. Происходит детонация, и бензин в цилиндре взрывается, с невероятной силой толкая поршень вниз.
4. После того, как поршень снова достигает дна своего хода, настаёт очередь открываться выпускному клапану. Затем поршень движется вверх (это происходит уже по инерции) и отработавшая смесь бензина и воздуха выходит через выхлопное отверстие из цилиндра, чтобы отправиться в своё путешествие до выхлопной трубы и далее в верхние слои атмосферы.

Теперь, когда клапан снова в самом верху, двигатель готов к следующему циклу, так что он всасывает следующую порцию смеси воздуха и бензина, чтобы ещё сильнее раскрутить коленчатый вал, который, собственно и передаёт своё кручение далее через трансмиссию к колёсам. Теперь посмотрите ниже, как работает двигатель во всех своих четырёх тактах.

Более наглядно работу двигателя внутреннего сгорания Вы можете увидеть на двух анимациях ниже:

Как работает двигатель — анимация

Обратите внимание, что движение, которое создаётся работой двигателя внутреннего сгорания, является вращением, в то время как движение, создаваемое «картофельной пушкой», является линейным (прямым). В двигателе линейное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Вращательное движение нам нужно, потому что мы планируем повернуть наши колёса автомобиля.

Теперь давайте посмотрим на все части, которые работают вместе в дружной команде, чтобы это произошло, начиная с цилиндров!

Ядром двигателя является цилиндр с поршнем, который двигается вверх и вниз внутри цилиндра. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Казалось бы, что ещё нужно для автомобиля?! А вот и нет, автомобилю для комфортной езды на нём нужны по меньшей мере ещё 3 таких цилиндра с поршнями и всеми необходимыми этой парочке атрибутами (клапанами, шатунами и так далее), а вот один цилиндр подойдёт разве что для большинства газонокосилок. Посмотрите — ниже на анимации Вы увидите работу 4-хцилиндрового двигателя:

Типы двигателей

Автомобили чаще всего имеют четыре, шесть, восемь и даже десять, двенадцать и шестнадцать цилиндров (последние три варианта устанавливают, в основном на спортивные автомобили и болиды). В многоцилиндровом двигателе все цилиндры, как правило, расположены одним из трёх способов:

• Рядный
• V-образный
• Оппозитный

Вот они — все три типа расположения цилиндров в двигателе:

Рядное расположение 4-х цилиндров

Оппозитное расположение 4-х цилиндров

V-образное расположение 6 цилиндров

Различные конфигурации имеют разные преимущества и недостатки с точки зрения вибрации, стоимости производства и характеристик формы. Эти преимущества и недостатки делают их более подходящими для использования некоторых конкретных транспортных средств. Так, 4-хцилиндровые двигатели редко имеет смысл делать V-образными, таким образом, они обычно рядные; а 8-цилиндровые двигатели делают чаще с V-образным расположением цилиндров.

Теперь давайте наглядно посмотрим, как работает система впрыска топлива, масло и другие узлы в двигателе:

Давайте рассмотрим некоторые ключевые детали двигателя более подробно:

А теперь внимание! На основе всего прочитанного посмотрим на полный цикл работы двигателя со всеми его элементами:

Полный цикл работы двигателя

Почему двигатель не работает?

Допустим, Вы выходите утром к машине и начинаете её заводить, но она не заводится . Что может быть не так? Теперь, когда Вы знаете, как работает двигатель, можно понять основные вещи, которые могут помешать двигателю завестись. Три фундаментальные вещи могут случиться:

• Плохая топливная смесь
• Отсутствие сжатия
• Отсутствие искры

Да, есть ещё тысячи незначительных вещей, которые могут создать проблемы, но указанная «большая тройка» является чаще всего следствием или причиной одной из них. На основе простого представления о работе двигателя мы можем составить краткий список того, как эти проблемы влияют на двигатель.

Плохая топливная смесь может быть следствием одной из причин:

• У Вас попросту закончился в баке бензин, и двигатель пытается завестись от воздуха.
• Воздухозаборник может быть забит, поэтому в двигатель поступает топливо, но ему не хватает воздуха, чтобы сдетонировать.
• Топливная система может поставлять слишком много или слишком мало топлива в смесь, а это означает, что горение не происходит должным образом.
• В топливе могут быть примеси (а для российского качества бензина это особенно актуально), которые мешают топливу полноценно гореть.

Отсутствие сжатия — если заряд воздуха и топлива не могут быть сжаты должным образом, процесс сгорания не будет работать как следует. Отсутствие сжатия может происходить по следующим причинам:

• Поршневые кольца изношены (позволяя воздуху и топливу течь мимо поршня при сжатии)
• Впускные или выпускные клапаны не герметизируются должным образом, снова открывая течь во время сжатия
• Появилось отверстие в цилиндре.

Отсутствие искры может быть по ряду причин:

• Если свечи зажигания или провод, идущий к ним, изношены, искра будет слабой.
• Если провод повредился или попросту отсутствует или если система, которая посылает искру по проводу, не работает должным образом.
• Если искра происходит либо слишком рано или слишком поздно в цикле, топливо не будет зажжено в нужное время, и это может вызвать всевозможные проблемы.

И вот ещё ряд причин, по которым двигатель может не работать, и здесь мы затронем некоторые детали за пределами двигателя:

• Если аккумулятор мёртв, Вы не сможете прокрутить двигатель, чтобы запустить его.
• Если подшипники, которые позволяют коленчатому валу свободно вращаться, изношены, коленчатый вал не сможет провернуться, поэтому двигатель не сможет работать.
• Если клапаны не открываются и не закрываются в нужное время или не работают вообще, воздух не сможет войти, а выхлопы — выйти, поэтому двигатель опять-таки не сможет работать.
• Если кто-то из хулиганских побуждений засунул картошку в выхлопную трубу, выпускные газы не смогут выйти из цилиндра, и двигатель снова не будет работать.
• Если в двигателе недостаточно масла, то поршень не сможет двигаться вверх и вниз свободно в цилиндре, что затруднит или сделает невозможным нормальную работу двигателя.

В правильно работающем двигателе все эти факторы находятся в пределах допуска. Как Вы можете видеть, двигатель имеет ряд систем, которые помогают ему сделать свою работу преобразования топлива в движение безупречной. Мы же рассмотрим различные подсистемы, используемые в двигателях, в следующих разделах.

Большинство подсистем двигателя может быть реализована с использованием различных технологий, и лучшие технологии могут значительно повысить производительность двигателя. Вот почему развитие автомобилестроения продолжается высочайшими темпами, ведь конкуренция среди автоконцернов достаточно велика, чтобы вкладывать большие деньги в каждую дополнительно выжатую лошадиную силу из двигателя при том же объёме. Давайте посмотрим на различные подсистемы, используемые в современных двигателях, начиная с работы клапанов в двигателе.

Как работают клапаны?

Система клапанов состоит из, собственно, клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Система открытия и закрытия их называется распределительным валом
. Распределительный вал имеет специальные детали на своей оси, которые движут клапаны вверх и вниз, как показано на рисунке ниже.

Большинство современных двигателей имеют то, что называют накладными кулачками
. Это означает, что вал расположен над клапанами, как Вы видите на рисунке. Старые двигатели используют распределительный вал, расположенный в картере возле коленчатого вала. Распределительный вал, крутясь, двигает кулачок выступом вниз таким образом, чтобы он продавливал клапан вниз, создавая зазор для прохода топлива или выпуска отработавших газов. Ремень ГРМ или цепной привод приводится в движение коленчатым валом и передаёт кручение от него к распределительному валу так, что клапаны находятся в синхронизации с поршнями. Распределительный вал всегда крутится в один-два раза медленнее коленчатого вала. Многие высокопроизводительные двигатели имеют четыре клапана на цилиндр (два для приёма топлива внутрь и два для вытяжки отработавшей смеси).

Как работает система зажигания?

Система зажигания производит заряд высокого напряжения и передаёт его к свечам зажигания с помощью проводов зажигания. Заряд сначала проходит к катушке зажигания (эдакому дистрибьютору, который распределяет подачу искры по цилиндрам в определённое время), которую Вы можете легко найти под капотом большинства автомобилей. Катушка зажигания имеет один провод, идущий в центре и четыре, шесть, восемь проводов или больше в зависимости от количества цилиндров, которые выходят из него. Эти провода зажигания отправляют заряд к каждой свече зажигания. Двигатель получает такую искру по времени таким образом, что только один цилиндр получает искру от распределителя в один момент времени. Такой подход обеспечивает максимальную гладкость работы двигателя.

Как работает охлаждение?

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует через проходы (каналы) вокруг цилиндров, а затем проходит через радиатор, чтобы тот её максимально охладил. Однако, существуют такие модели автомобилей (в первую очередь Volkswagen Beetle (Жук)), а также большинство мотоциклов и газонокосилок, которые имеют двигатель с воздушным охлаждением. Вы вероятно, видел такие двигатели с воздушным охлаждением, сбоку которых расположены эдакие плавники — ребристая поверхность, украшающие снаружи каждый цилиндр, чтобы помочь рассеять тепло.

Воздушное охлаждение делает двигатель легче, но горячее, и как правило, уменьшается срок службы двигателя и общая производительность. Так что теперь Вы знаете, как и почему Ваш двигатель остаётся не перегретым.

Как работает пусковая система?

Повышение производительности Вашего двигателя является большим делом, но важнее то, что именно происходит, когда Вы поворачиваете ключ, чтобы запустить его ! Пусковая система состоит из стартера с электродвигателем. Когда Вы поворачиваете ключ зажигания, стартер крутит двигатель на несколько оборотов, чтобы процесс горения начал свою работу, и остановить его смог только поворот ключа в обратную сторону, когда перестаёт подаваться искра в цилиндры, и двигатель, таким образом, глохнет.

Стартер же имеет мощный электродвигатель, который вращает холодный двигатель внутреннего сгорания. Стартер — это всегда довольно мощный и, следовательно, «кушающий» ресурсы аккумулятора двигатель, ведь должен преодолеть:

• Всё внутреннее трение, вызванное поршневыми кольцами и усугубляющееся холодным непрогретым маслом.
• Давление сжатия любого цилиндра (цилиндров), которое происходит в процессе такта сжатия.
• Сопротивление, оказываемое открытием и закрытием клапанов распределительным валом.
• Все иные процессы, непосредственно связанные с двигателем, в том числе сопротивление водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

Мы видим, что стартеру необходимо очень много энергии. Автомобиль чаще всего использует 12-вольтовую электрическую систему, и сотни ампер электричества должны поступать в стартер.

Как работает впрыск и смазочная система?

Когда дело доходит ежедневного обслуживания автомобиля, Ваша первая забота, вероятно, состоит в проверке количества бензина в Вашем автомобиле. А как бензин попадает из топливного бака в цилиндры? Топливная система двигателя высасывает бензин из бака с помощью топливного насоса, который находится в баке, и смешивает его с воздухом так, чтобы надлежащая смесь воздуха и топлива могла протекать в цилиндры. Топливо поставляется в одном из трёх распространённых способов: карбюратор, впрыск топлива и система непосредственного впрыска топлива.

Карбюраторы на сегодняшний день сильно устарели, и их не помещают в новые модели автомобилей. В инжекторном двигателе нужное количество топлива впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо прямо в впускной клапан (впрыск топлива) или непосредственно в цилиндр (непосредственный впрыск топлива).

Масло также играет важную роль. Идеально и правильно смазанная система гарантирует, что каждая подвижная часть в двигателе получает масло так, что она может легко перемещаться. Две главные части, нуждающиеся в масле — это поршень (а, точнее, его кольца) и любые подшипники, которые позволяют таким элементам, как коленчатый и другие валы, свободно вращаться. В большинстве автомобилей масло всасывается из масляного поддона масляным насосом, проходит через масляный фильтр для удаления частиц грязи, а затем брызгается под высоким давлением на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает в отстойник, где снова собирается, и цикл повторяется.

Система выпуска отработавших газов

Теперь, когда мы знаем о ряде вещей, которые мы положили (налили) в свой ​​автомобиль, давайте посмотрим на другие вещи, которые выходят из него. Система выпуска включает в себя выхлопную трубу и глушитель. Без глушителя Вы бы услышали звук тысяч маленьких взрывов из своей ​​выхлопной трубы. Глушитель гасит звук. Выхлопная система также включает в себя каталитический нейтрализатор, который использует катализатор и кислород, чтобы сжечь всё неиспользованное топливо и некоторые другие химические веществ в выхлопных газах. Таким образом, Ваш автомобиль соответствует определённым евростандартам по уровню загрязнения воздуха.

Что ещё есть, кроме всего вышеперечисленного в автомобиле? Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора . Генератор подключен к двигателю ремнём и вырабатывает электроэнергию для зарядки аккумулятора. Аккумулятор выдаёт 12-вольтовый заряд электрической энергии, доступной ко всему в машине, нуждающемуся в электроэнергии (системе зажигания, магнитоле,

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Похожие презентации:

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Карбюраторные двигатели

Двигатель внутреннего сгорания. Устройство

Общее устройство и работа двигателя

Карбюраторный двигатель

Общее устройство и работа двигателя

Двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания. История и классификация

Устройство и принцип работы
двигателя внутреннего сгорания
УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Двигатель состоит из цилиндра, в
котором перемещается поршень 3,
соединенный при помощи шатуна 4 с
коленчатым валом 5. В верхней части
цилиндра имеется два клапана 1 и 2,
которые при работе двигателя
автоматически открываются и
закрываются в нужные моменты.
Через клапан 1 в цилиндр поступает
горючая смесь, которая
воспламеняется с помощью свечи 6, а
через клапан 2 выпускаются
отработавшие газы. В цилиндре такого
двигателя периодически происходит
сгорание горючей смеси, состоящей из
паров бензина и воздуха. Температура
газообразных продуктов сгорания
достигает 1600—1800 градусов
Цельсия.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
I ТАКТ
Один ход поршня, или один такт
двигателя, совершается за пол-оборота
коленчатого вала. При повороте вала
двигателя в начале первого такта поршень
движется вниз . Объем над поршнем
увеличивается. Вследствие этого в
цилиндре создается разрежение.
В это время открывается клапан 1 и в
цилиндр входит горючая смесь.
К концу первого такта цилиндр
заполняется горючей смесью, а клапан 1
закрывается.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
II ТАКТ
При дальнейшем повороте вала
поршень движется вверх (второй такт) и
сжимает горючую смесь. В конце второго такта,
когда поршень дойдет до крайнего
верхнего положения, сжатая горючая смесь
воспламеняется (от электрической искры)
и быстро сгорает.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
III ТАКТ
Под действием расширяющихся
нагретых газов (третий такт) двигатель
совершает работу, поэтому этот такт
называют рабочим ходом. Движение поршня
передается шатуну, а через него коленчатому
валу с маховиком. Получив сильный толчок,
маховик затем продолжает вращаться
по инерции и перемещает скрепленный
с ним поршень при последующих тактах.
Второй и третий такты происходят при
закрытых клапанах.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
IV ТАКТ
В конце третьего такта открывается
клапан 2, и через него продукты
сгорания выходят из цилиндра в атмосферу.
Выпуск продуктов сгорания продолжается
и в течение четвертого такта, когда поршень
движется вверх. В конце четвертого
такта клапан 2 закрывается.
Итак, цикл работы двигателя состоит
из следующих четырех процессов
(тактов):
•впуска,
•сжатия,
•рабочего хода,
•выпуска.
Щелкните на картинке

9. Карбюраторные двигатели

900igr.net

10. История создания карбюраторного двигателя

В 1885 году немецкие инженеры Готлиб Даймлер (1834-1900)
и Вильгельм Майбах (1846-1929) изобрели легкий,
быстроходный двигатель внутреннего сгорания (ДВС),
использовавший качестве топлива бензин. Они установили
его на деревянный велосипед и создали первый в мире
мотоцикл.
В 1889 году Даймлер и Майбах построили первый
четырехколесный автомобиль. На этом автомобиле впервые
был установлен двигатель, оснащенный четырехступенчатой
коробкой передач и карбюратором. Карбюратор был
разработан Даймлером, в нем топливо распыляется,
смешивается с воздухом и подается в цилиндр.
Это обстоятельство значительно повышало эффективность
работы данного двигателя, впоследствии названного
карбюраторным.

11. Применение карбюраторных двигателей

• Карбюраторные двигатели находят широкое применение в
современной жизни. Их используют в основном на
транспортных средствах (из-за высокой стоимости топлива
которые данные виды двигателей используют), к таким
транспортным средствам относятся:
• Мотоциклы, Автомобили, а также Катера; Моторные лодки и т.
п.
• Мне бы хотелось сосредоточить ваше внимание на
использование карбюраторных двигателей в современном
автомобильной промышленности.
• Автомобильный транспорт создан в результате развития
новой отрасли народного хозяйства — автомобильной
промышленности, которая на современном этапе является
одним из основных звеньев отечественного машиностроения.
• В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная
промышленность. В царской России неоднократно делались
попытки организовать собственное машиностроение. В 1908
г. производство автомобилей было организовано на РусскоБалтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение
шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в
основном из импортных частей.

После Великой Октябрьской социалистической революции
практически заново пришлось создавать отечественную
автомобильную промышленность.
Начало развития российского автомобилестроения относится к 1924
году, когда в Москве на заводе АМО были построены первые грузовые
автомобили АМО-Ф-15.
В период 1931-1941 гг. создается крупносерийное и массовое
производство автомобилей. В 1931 г. на заводе АМО началось
массовое производство грузовых автомобилей. В 1932 г. вошел в
строй завод ГАЗ.
В 1940 г. начал производство малолитражных автомобилей
Московский завод малолитражных автомобилей. Несколько позже был
создан Уральский
автомобильный завод. За годы послевоенных пятилеток вступили в
строй:
Кутаисский, Кременчугский, Ульяновский, Минский автомобильные
заводы.
Начиная с конца 60-х гг., развитие автомобилестроения
характеризуется особо быстрыми темпами. В 1971 г. вступил в
строй Волжский автомобильный завод им. 50-летия СССР.
Спасибо за внимание!

English    
Русский
Правила

Двигатель внутреннего сгорания | Физика

Двигатель внутреннего сгорания был изобретен в 1860 г. французским механиком Э. Ленуаром. Свое название он получил из-за того, что топливо в нем сжигалось не снаружи, а внутри цилиндра двигателя. Аппарат Ленуара имел несовершенную конструкцию, низкий КПД (около 3 %) и через несколько лет был вытеснен более совершенными двигателями.

Наибольшее распространение среди них получил четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, сконструированный в 1878 г. немецким изобретателем Н. Отто. Каждый рабочий цикл этого двигателя включал в себя четыре такта: впуск горючей смеси, ее сжатие, рабочий ход и выпуск продуктов сгорания. Отсюда и название двигателя — четырехтактный.

Двигатели Ленуара и Отто работали на смеси воздуха со светильным газом. Бензиновый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1885 г. немецким изобретателем Г. Даймлером. Примерно в это же время бензиновый двигатель был разработан и О. С. Костовичем в России. Горючая смесь (смесь бензина с воздухом) приготовлялась в этом двигателе с помощью специального устройства, называемого карбюратором.

Современный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания изображен на рисунке 88. Поршни, находящиеся внутри цилиндров двигателя, соединены с коленчатым валом 1. На этом валу укреплен тяжелый маховик 2. В верхней части каждого цилиндра имеется два клапана: один из них называется впускным, другой — выпускным. Через первый из них горючая смесь попадает в цилиндр, а через второй продукты сгорания топлива уходят наружу.

Принцип действия одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания иллюстрирует рисунок 89.

1-й    такт — впуск. Открывается клапан 1. Клапан 2 закрыт. Движущийся вниз поршень 3 засасывает в цилиндр горючую смесь.
2-й    такт — сжатие. Оба клапана закрыты. Движущийся вверх поршень сжимает горючую смесь. Смесь при сжатии нагревается.
3-й    такт — рабочий ход. Оба клапана закрыты. Когда поршень оказывается в верхнем положении, смесь поджигается электрической искрой свечи 4. В результате сгорания смеси образуются раскаленные газы, давление которых составляет 3—6 МПа, а температура достигает 1600—2200 °С. Сила давления этих газов толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу с маховиком. Получив сильный толчок, маховик будет вращаться дальше по инерции, обеспечивая тем самым перемещение поршня и при последующих тактах.
4-й    такт — выпуск. Открывается клапан 2. Клапан 1 закрыт. Поршень движется вверх. Продукты сгорания топлива уходят из цилиндра и через глушитель (на рисунке не показан) выбрасываются в атмосферу.

Мы видим, что в одноцилиндровом двигателе полезная работа совершается лишь во время третьего такта. В четырехцилиндровом двигателе (см. рис. 88) поршни укреплены таким образом, что во время каждого из четырех тактов один из них находится в стадии рабочего хода. Благодаря этому коленчатый вал получает энергию в 4 раза чаще. При этом увеличивается мощность двигателя и в лучшей степени обеспечивается равномерность вращения вала.

Частота вращения вала у большинства двигателей внутреннего сгорания лежит в пределах от 3000 до 7000 оборотов в минуту, а в некоторых случаях достигает 15 000 оборотов в минуту и более.

В 1897 г. немецкий инженер Р. Дизель сконструировал двигатель внутреннего сгорания, в котором сжималась не горючая смесь, а воздух. В процессе этого сжатия температура воздуха поднималась настолько, что при попадании в него топлива оно самовозгоралось. Специального устройства для воспламенения топлива в этом двигателе уже не требовалось; не нужен был и карбюратор. Новые двигатели стали называть дизелями.

Двигатели Дизеля являются наиболее экономичными тепловыми двигателями: они работают на дешевых видах топлива и имеют КПД 31—44 % (в то время как КПД карбюраторных двигателей составляет обычно 25-30 %). В настоящее время они применяются на тракторах, тепловозах, теплоходах, танках, грузовиках, передвижных электростанциях.

Судьба самого изобретателя нового двигателя оказалась трагической. 29 сентября 1913 г. он сел на пароход, отправлявшийся в Лондон. Наутро его в каюте не нашли. Талантливый инженер бесследно исчез. Считается, что он покончил с собой, бросившись ночью в воды Ла-Манша.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания сыграло огромную роль в автомобилестроении. Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был создан в 1886 г. Г. Даймлером. Одновременно с этим Даймлер запатентовал установку своего двигателя на моторной лодке и мотоцикле. В том же году, но чуть позже появился трехколесный автомобиль К- Бенца. Громоздкие и трудноуправляемые паровые автомобили стали вытесняться новыми машинами. Последующие годы явились началом промышленного производства автомобилей.
В 1892 г. свой первый автомобиль построил Г. Форд (США). Через 11 лет его автомобили (рис. 90) были запущены в массовое производство.

В 1908 г. автомобили начали производить на Русско-Балтийском заводе в Риге. Один из первых русских автомобилей «Руссо-Балт» показан на рисунке 91.

Важную роль в развитии и распространении нового вида транспорта сыграли автомобильные гонки, которые стали устраиваться с 1894 г. В первой из них средняя скорость автомобилей составляла лишь 24 км/ч. Однако уже через пять лет она достигла 70 км/ч, а еще через пять лет— 100 км/ч.

После 1900 г. началось производство специальных гоночных автомобилей. С каждым годом их скорость возрастала. В 60-х гг. скорость автомобилей с поршневым двигателем превысила 600 км/ч, а после установки на автомобиле газотурбинного двигателя она перевалила за 900 км/ч. Наконец, в 1997 г. Э. Грин (Великобритания) на своем ракетном автомобиле «Траст SSC» достиг скорости 1227,985 км/ч, что превысило скорость звука в воздухе!

1. Опишите принцип действия четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Из каких тактов состоит каждый его рабочий цикл? 2. Какую роль в двигателе играет маховик? 3. Чем отличается дизельный двигатель внутреннего сгорания от карбюраторного? 4. Кто создал первые автомобили с двигателем внутреннего сгорания?

Устройство двигателя внутреннего сгорания и основные параметры двигателя

Устройство двигателя внутреннего сгорания и основные параметры двигателя

Основные показатели двигателя и его общее устройство. К основным показателям двигателей внутреннего сгорания относятся тип двигателя, число тактов, расположение цилиндров, порядок работы цилиндров, направление вращения коленчатого вала, диаметр цилиндра и ход поршня, рабочий объем (литраж), степень сжатия, эффективная мощность, максимальный крутящий момент, минимально устойчивая частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, минимальный удельный расход топлива. Для понимания этих показателей рассмотрим общее устройство и работу одноцилиндрового карбюраторного двигателя (рис. 2.1).
Четырехтактные поршневые двигатели имеют следующие механизмы и системы: кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения, смазочную систему, систему питания и систему зажигания (для двигателей с искровым зажиганием).

Кривошипно-шатунный механизм

Служит для осуществления рабочего цикла двигателя и преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В кри-

Вошипно-шатунный механизм двигателя входят цилиндр 2, закрытый сверху головкой 7, поршень 3

С поршневыми кольцами, поршневой палец 4, шатун 5 и коленчатый вал Р. Механизм установлен в картере 7, закрытом снизу масляным поддоном 77. На конце коленчатого вала закреплен маховик
8.
Поршень 3, представляющий собой металлический стакан, установлен в цилиндре
2
С небольшим зазором и уплотнен поршневыми кольцами.

Поршень, перемещающийся внутри цилиндра, при помощи пальца 4

Шарнирно соединен с верхней головкой шатуна 5. Нижняя головка шатуна шарнирно соединена с шатунной шейкой коленчатого вала Р. Коренными шейками вал лежит в подшипниках, установленных в картере 7, и может в них свободно вращаться.

Механизм газораспределения

Служит для впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска отработавших газов. В верхней части ци-

Рис. 2.1.

Устройство одноцилиндрового карбюраторного двигателя:

1

— головка цилиндра;
2 —
Цилиндр;
3 —
Поршень;
4 —
Поршневой палец; 5 — шатун;
6 —
Жидкостный насос системы охлаждения; 7 — картер;
8 —
Маховик;
9 —
Коленчатый вал;
10—
Маслопровод;
11 —
Масляный поддон;
12 —
Масляный насос системы смазки;
13 —
Шестерни привода кулачкового вала;
14 —
Распределительный вал;
15 —
Толкатель;
16 —
Карбюратор;
17 —
Пружина;
18 —
Впускной трубопровод;
19 —
Впускной клапан;
20 —
Выпускной клапан;
21 —
Свеча зажигания

Линдра установлены в направляющих втулках клапаны 19 и 20 с

Пружинами
17,
Удерживающими их в закрытом положении. Клапаны управляются с помощью кулачков распределительного вала
14
Через толкатели
15.
Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала распределительными шестернями 13.

Через впускной клапан
19
В цилиндр поступает горючая смесь, через выпускной клапан
20
Отработавшие газы выходят в атмосферу.

Система охлаждения

Служит для отвода теплоты от стенок и головки цилиндра, сильно нагревающихся при работе двигателя. Цилиндр
2
И головка
1
Имеют двойные стенки, образующие рубашку охлаждения, в которой циркулирует с помощью жидкостного насоса
6
Охлаждающая цилиндр жидкость. Нагретая в рубашке охлаждения двигателя жидкость охлаждается в радиаторе, через который с помощью вентилятора протягивается воздух. При воздушном охлаждении цилиндры охлаждаются непосредственно омывающим их потоком воздуха.

Смазочная система

Обеспечивает подачу масла ко всем трущимся деталям двигателя, в результате чего уменьшаются трение между деталями и их изнашивание. Масло наливается в поддон
11
Картера двигателя до определенного уровня и при помощи масляного насоса
12,
Приводимого в действие от распределительного вала, по маслопроводу
10
И каналам подводится ко всем трущимся деталям и разбрызгивается внутри двигателя. Для очистки масла в смазочную систему включены масляные фильтры.

Система питания

Служит для приготовления горючей смеси, которая подается внутрь цилиндра. Горючая смесь получается в карбюраторе
16
(или в смесителе), укрепленном на впускном трубопроводе
18.
К карбюратору топливо подается из топливного бака насосом. Воздух в карбюратор поступает через воздухоочиститель.

Система питания дизеля отличается по устройству и принципу действия от системы питания карбюраторного двигателя. Остальные механизмы и системы дизеля по устройству аналогичны механизмам и системам карбюраторного двигателя.

Система зажигания

Служит для воспламенения смеси, находящейся в цилиндре двигателя. Воспламенение смеси производится электрической искрой от свечи зажигания
21.
Электрический ток, необходимый для зажигания смеси, вырабатывается приборами, входящими в систему зажигания.

В четырехтактном дизеле нет системы зажигания, так как смесь воспламеняется вследствие нагревания воздуха при его сжатии.

При перемещении поршня вверх смесь сжимается и воспламеняется от постороннего источника теплоты. При сгорании смеси выделяется большое количество теплоты, вследствие чего газы, образовавшиеся при сгорании смеси, нагреваются и давление их

Сильно возрастает. Под действием давления газов поршень 3

Перемещается в цилиндре вниз и с помощью шатуна
5
Вращает коленчатый вал
9,
Совершая при этом полезную работу. При обратном ходе поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускной клапан
20.
Рассмотренный процесс непрерывно повторяется, чем обеспечиваются работа двигателя и получение на коленчатом валу необходимого для движения автомобиля усилия.

Показатели двигателей

Силы, действующие в цилиндре
Показателями двигателя называют величины, характеризующие его работу. Помимо конструктивных параметров, они зависят от особенностей и настроек систем питания и зажигания, степени износа деталей и пр.

Давление в конце такта сжатия (компрессия) является показателем технического состояния (изношенности) цилиндро-поршневой группы и клапанов.

Крутящий момент на коленчатом валу двигателя определяет силу тяги на колесах: чем он больше, тем лучше динамика разгона автомобиля. Равен произведению силы на плечо (рис. 3) и измеряется в Н·м (Ньютон на метр), ранее в кгс.м (килограмм-сила на метр).

Крутящий момент увеличивается с ростом:

• рабочего объема . Поэтому двигатели, которым необходим значительный крутящий момент, обладают большим объемом;
• давления горящих газов в цилиндрах , которое ограничено детонацией (взрывное горение бензо-воздушной смеси, сопровождаемое характерным звонким звуком. Ошибочно называется “стуком поршневых пальцев”) или ростом нагрузок в дизелях.

Максимальный крутящий момент двигатель развивает при определенных оборотах (см. ниже), они вместе с его величиной указываются в технической документации.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу он совершает в единицу времени, измеряется в кВт (ранее в лошадиных силах). Одна лошадиная сила (л.с.) приблизительно равняется 0,74 кВт. Мощность равна произведению крутящего момента на угловую скорость коленвала (число оборотов в минуту, умноженное на определенный коэффициент).

Двигатели большей мощности производители получают увеличением:

• рабочего объема , что, в свою очередь, приводит к росту габаритов двигателя и ограничению допустимых максимальных оборотов из-за значительных сил инерции увеличившихся деталей;
• оборотов коленчатого вала , число которых ограничено инерционными силами и увеличением износа деталей. Высокооборотный двигатель одинаковой мощности (при прочих равных условиях — конструкции двигателя, технологии изготовления, применяемых материалах и т. д.) с низкооборотным обладает меньшим сроком службы, так как в среднем для одного и того же пробега его коленчатый вал будет совершать больше оборотов;
• давления в цилиндре путем повышения степени сжатия либо наддувом воздуха посредством турбо- или механических нагнетателей. Для применения наддува степень сжатия вынужденно уменьшают для предотвращения детонации (у бензиновых двигателей) и снижения жесткости работы (повышенные нагрузки в цилиндро-поршневой группе дизеля, сопровождаемые чрезмерным шумом) (у дизелей). Наддув позволяет, например, сохранить мощность при меньшем рабочем объеме.

Номинальная мощность — гарантируемая производителем мощность при полной подаче топлива на определенных оборотах. Именно она, а не максимальная мощность, указывается в технической документации на двигатель.

Удельный расход топлива — это количество топлива, расходуемого двигателем на 1 кВт развиваемой мощности за один час. Является показателем совершенства конструкции двигателя: чем расход ниже, тем более эффективно используется энергия сгорающего в цилиндрах топлива.

Что такое двигатель и какой его принцип работы?

Называть двигатель сердцем автомобиля – сравнение банальное, но точное. Можно сколько угодно перебирать подвеску, настраивать рулевое управление или совершенствовать тормоза – если мотор не в порядке, всё это превращается в пустую трату времени.

Сегодня на дорогах можно встретить автомобили разных поколений: и со старенькими карбюраторными ДВС, и с мощными дизельными моторами, управляемыми электроникой, и даже новейшие водородные двигатели, которые еще только начинают совершенствоваться. И во всём этом разнообразии довольно сложно сориентироваться, если не знать основ и принципов работы двигателя внутреннего сгорания.

Как работает ДВС

Общий принцип работы двигателя внутреннего сгорания несложен: за счет поджога и воспламенения топливной смеси система приходит в движение и передает импульс на привод. Установки делятся на:

• Двухтактные (полный цикл — два движения поршня) — их чаще всего используют на небольшой и маломощной технике: скутерах, мопедах, моторных лодках, бензоинструментах.
• Четырехтактные (соответственно, четыре движения на цикл) применяются в автомобилестроении.

Четырехтактный двигатель в разрезе.

Двухтактный двигатель

Конструкция двигателя, который проходит полный цикл за одно движения поршня, проще: процессы очистки и наполнения цилиндров происходят за два такта, а сама установка не оснащена отдельным масляным контуром.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе.

Схема работы двигателя, работающего на два такта:

1. Поршень поднимается от нижней мертвой точки, по ходу движения закрывая в первую очередь продувочное отверстие, а после этого — выпускное. Затем под поршнем создается разряжение и сквозь впускное окно заходит топливо.
2. Когда деталь располагается в верхней мертвой точке, сжатая смесь воспламеняется от разряда свечи, поршень взрывом отбрасывается вниз, по пути открывая продувочное и выпускное отверстие. Далее по инерции он идет наверх и цикл возобновляется.

Анимация того, как устроен ДВС, работающий на два такта.

Четырехтактная установка

Как работает двигатель внутреннего сгорания, делающий полный цикл за четыре хода поршня:

1. Поршень идет вниз, синхронно с ним открывается впускной клапан и в камеру внутреннего сгорания втягивается топливная смесь.
2. Достигнув нижней мертвой точки, поршень по инерции поднимается, и топливо, которое находится внутри цилиндра сжимается. Впускной и выпускной клапан в этот момент закрыты.
3. Горючее воспламеняется (температура может достигать 2000оС, и даже больше) и поршень опускается под воздействием взрывной волны (клапана также остаются закрытыми).
4. Открывается выпускное отверстие и поршень, поднимаясь, выталкивает выхлопные газы, после чего цикл начинается снова.

Анимация работы четырехтактного ДВС в разрезе.

Третий такт называют рабочим, потому что только в нем поршень производит кинетическую энергию (остальные три такта он движется по инерции).

Что такое ДВС и для чего он нужен?

Чтобы транспорт ехал, что-то должно приводить его в движение. В разные времена это были запряженные животные, затем на смену пришли паровые и электродвигатели (да, прародители современных автомобилей появились даже раньше, чем традиционные ДВС), затем моторы, работающие на горючем топливе.

Современный двигатель внутреннего сгорания – это механизм, преобразующий энергию вспышки топлива (тепла) в механическую работу. Несмотря на достаточно громоздкую конструкцию, на сегодняшний день ДВС остается самым удобным источником энергии.

Электротранспорт, конечно, всё больше входит в обиход, но время его «заправки» сводит на нет все преимущества – канистру с электричеством в багажник не положишь.

Свое применение ДВС нашел во многих сферах: по одинаковому принципу работают автомобили, мотоциклы и скутеры, сельскохозяйственная и строительная техника, водный транспорт, двигатели самолетов, военная техника, газонокосилки… То есть, практически всё, что ездит или летает.

Дефекты гильз цилиндров

Гильзы цилиндров изнашиваются вследствие трения между поршнем и зеркалом (внутренней стенкой цилиндра). Как правило повышенный износ может происходить вследствие таких причин:

— не достаточно масла на стенках цилиндров

-двигатель долго не работал, и все масло стекло в картер

-применение масла не соответствующей вязкости

— коррозия, возникает вследствии применения воды, как охлаждающей жидкости

-сколы, царапины возникают вследствие не правильного монтажа, демонтажа ( все действия по съемке гильз цилиндров нужно проводить согласно правил специальным съемником)

-при не правильной эксплуатации двигателя

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Несмотря на разнообразие типов и конструкций ДВС, принцип его устройства остается практически неизменным на любой технике. Конечно, отдельные элементы конструкции могут сильно отличаться на разных двигателях, но основные узлы и компоненты очень похожи между собой.

Итак, двигатель внутреннего сгорания состоит из таких конструктивных узлов.

Каждая их этих частей постепенно развивается и совершенствуется в зависимости от запросов времени. Стремление к росту мощности сменилось поиском самых надежных и долговечных решений, затем на первое место вышла экономия топлива, а сегодня – забота о природе.

Рабочий цикл мотора

Как было сказано выше, цикл состоит из четырех тактов. Во время первого такта кулачок распредвала толкает впускной клапан, открывая его, поршень начинает двигаться из крайнего верхнего положения вниз. При этом в цилиндре создается разрежение, благодаря которому в цилиндр поступает готовая рабочая смесь, либо воздух, если двигатель внутреннего сгорания оснащен системой непосредственного впрыска топлива (в таком случае горючее смешивается с воздухом непосредственно в камере сгорания).

Поршень через шатун сообщает движение коленчатому валу, поворачивая его на 180 градусов к моменту достижения крайнего нижнего положения.

Во время второго такта – сжатия – впускной клапан (или клапаны) закрывается, поршень меняет направление движения на противоположное, сжимая и нагревая рабочую смесь или воздух. По окончанию такта, системой зажигания на свечу подается электрический разряд, и образуется искра, поджигающая сжатую топливно-воздушную смесь.

Принцип воспламенения горючего у дизельного ДВС иной: в завершении такта сжатия, через форсунку, в камеру сгорания впрыскивается мелкораспыленное дизтопливо, где оно смешивается с нагретым воздухом, и происходит самовоспламенение получившейся смеси. Необходимо отметить, что по этой причине степень сжатия дизеля намного выше.

Коленвал тем временем повернулся еще на 180 градусов, сделав один полный оборот.

Третий такт именуется рабочим ходом. Образующиеся во время сгорания топлива газы, расширяясь, толкают поршень в крайнее нижнее положение. Поршень передает энергию коленвалу через шатун и поворачивает его еще на пол-оборота.

По достижении нижней мертвой точки начинается заключительный такт – выпуск. В начале данного такта кулачок распределительного вала толкает и открывает выпускной клапан, поршень движется вверх и выгоняет отработавшие газы из цилиндра.

ДВС, устанавливаемые на современные автомобили, имеют не один цилиндр, а несколько. Для равномерной работы мотора в один и тот же момент времени в разных цилиндрах выполняются разные такты, и каждые пол-оборота коленвала как минимум в одном цилиндре происходит рабочий ход (исключение составляют 2- и 3-цилиндровые моторы). Благодаря этому удается избавиться от лишних вибраций, уравновешивая силы, действующие на коленвал и обеспечить ровную работу ДВС. Шатунные шейки расположены на валу под равными углами относительно друг друга.

Из соображений компактности многоцилиндровые моторы делают не рядными, а V-образными или оппозитными (визитная карточка фирмы Subaru). Это позволяет сэкономить немало пространства под капотом.

Принцип работы двигателя

Во всех ДВС, какой бы конструкции они ни были, используется один и тот же принцип работы. Это преобразование энергии теплового расширения при сгорании топлива сначала в прямолинейное, а затем во вращательное движение.

Принцип работы четырехтактного двигателя

Четырехтактные двигатели используются во всех автомобилях, крупной технике, авиации. Это так называемый классический вид ДВС, которому конструкторы уделяют всё свое внимание. Условно работу каждого цилиндра в ЦПГ можно разделить на 4 этапа (такта). Это впуск, сжатие, сгорание, выпуск. На видео, ниже, наглядно показано работу 4-тактного двигателя в 3Д анимации.

Классификация двигателей

Поскольку ДВС растут и совершенствуются уже более 100 лет, набралось довольно много их разновидностей. Классифицируют двигатели по разным признакам и свойствам.

По рабочему циклу

Это уже известное нам деление двигателей на двухтактные и четырехтактные.

По типу конструкции

Есть два основных типа ДВС: поршневой и роторный.

По количеству цилиндров

В ЦПГ двигателя может устанавливаться от 1 до 16 цилиндров, для легковых автомобилей это обычно 3-8. Как правило, конструкторы предпочитают четное количество цилиндров, чтобы уравновесить циклы их работы. Самое известное исключение из правил – двигатель Ecoboost, разработанный концерном Ford, во многих моделях которого ставится как раз три цилиндра.

По расположению цилиндров

Компоновка ЦПГ не всегда рядная (хоть рядный двигатель – самый простой в ремонте и обслуживании). В зависимости от фантазии инженеров, двигатели делятся на несколько типов компоновки:

В легковых автомобилях используются рядные, V-, VR-, W- и U-образные двигатели, а в некоторых моделях и оппозитные. А вот радиальные применяются в авиационной технике.

По типу топлива

Классика жанра здесь – бензиновые и дизельные двигатели. Набирают популярность газовые, постепенно совершенствуются гибридные и водородные.

По принципу работы ГРМ

Ключевой элемент газораспределительного механизма – распредвал, объединенный с коленвалом двигателя с помощью ремня или цепи ГРМ. Распредвал за счет своей конструкции регулирует работу клапанов, и вся система работает синхронно с частотой оборотов двигателя. Обрыв ремня ГРМ – почти всегда путь на капремонт.

В зависимости от компоновки ЦПГ в двигателе может стоять 1 распредвал, если двигатель рядный, или 2-4 распредвала, если это V-образная компоновка.

Однако стандартная система ГРМ перестала отвечать современным требованиям к мощности и экономичности двигателей. И теперь, кроме стандартной механической системы, есть адаптивные системы, такие как Honda i-VTEC, VTEC-E и DOHC, Toyota VVT-i, Mitsubishi MIVEC, разработки компаний Volkswagen и Eco-Motors, а также пневматическая система ГРМ, установленная на Koenigsegg Regera и в перспективе добавляющая 30% мощности двигателю.

По принципу подачи воздуха

Еще одна классификация, которая часто встречается в обиходе: деление двигателей на атмосферные и турбированные.

Турбированные двигатели имеют свои преимущества и недостатки: с одной стороны, чем больше воздуха, тем больше мощности может развить двигатель. С другой – эффект турбоямы способен серьезно попортить нервы любителю спортивной езды. Да и лишний узел – лишнее слабое место, так что турбированные двигатели (или битурбо, как называют мотор с двумя турбинами) нравятся далеко не всем. Иногда хорошо собранный а любой наддув.

Преимущества роторного двигателя

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-х цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-х цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти . Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.

Неспешность

В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.

Малые габариты + высокая мощность

Компактность системы вместе с высоким КПД (сравнительно с обычным ДВС) позволяет из миниатюрного 1,3-литрового мотора выдавать порядка 200-250 л. с. Правда, вместе с главным недостатком конструкции в виде высокого расхода топлива.

Недостатки роторных моторов

Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:

• Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.
• Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
• Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.
• Роторные двигатели в силу конструкции ограничены в ресурсе — в среднем это порядка 60-80 тыс. км

Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.

Антикоррозийная обработка кузова своими руками

Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л.с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб, однако проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.

Преимущества и недостатки ДВС

Какой же основной недостаток у ДВС?

Так что, если раньше сосед дядя Вася перебирал двигатель своей «копейки» самостоятельно, но на новеньких современных машинах вряд ли кто-то полезет в тонкую систему ДВС без специального оборудования и инструментов.

И, наконец, нефтяная эра сама по себе отходит в прошлое. Не зря же растут требования к экологической безопасности транспорта, а заодно и эффективность солнечных батарей. Да, бензиновые и дизельные моторы еще не скоро исчезнут с улиц, но уже Европа борется за внедрение электромобилей, благодаря которым человечество когда-нибудь забудет слово «бензиновый смог».

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Как устроен и как работает двигатель внутреннего сгорания? Как пользоваться двигателем внутреннего сгорания

Прежде, чем рассматривать вопрос, как работает двигатель автомобиля
, необходимо хотя бы в общих чертах разбираться в его устройстве. В любом автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, работа которого основана на преобразовании тепловой энергии в механическую. Заглянем глубже в этот механизм.

Как устроен двигатель автомобиля – изучаем схему устройства

Классическое устройство двигателя включает в себя цилиндр и картер, закрытый в нижней части поддоном. Внутри цилиндра находится с различными кольцами, который перемещается в определенной последовательности. Он имеет форму стакана, в его верхней части располагается днище. Чтобы окончательно понять, как устроен двигатель автомобиля, необходимо знать, что поршень с помощью поршневого пальца и шатуна связывается с коленчатым валом.

Для плавного и мягкого вращения используются коренные и шатунные вкладыши, играющие роль подшипников. В состав коленчатого вала входят щеки, а также коренные и шатунные шейки. Все эти детали, собранные вместе, называются кривошипно-шатунным механизмом, который преобразует возвратно-поступательное перемещение поршня в круговое вращение .

Верхняя часть цилиндра закрывается головкой, где расположены впускной и выпускной клапаны. Они открываются и закрываются в соответствии с перемещением поршня и движением коленчатого вала. Чтобы точно представить, как работает двигатель автомобиля, видео в нашей библиотеке следует изучить также подробно, как и статью. А пока мы попытаемся выразить его действие на словах.

Как работает двигатель автомобиля – кратко о сложных процессах

Итак, граница перемещения поршня имеет два крайних положения – верхнюю и нижнюю мертвые точки. В первом случае поршень находится на максимальном удалении от коленчатого вала, а второй вариант представляет собой наименьшее расстояние между поршнем и коленчатым валом. Для того чтобы обеспечить прохождение поршня через мертвые точки без остановок используется маховик, изготовленный в форме диска.

Важным параметром у двигателей внутреннего сгорания является степень сжатия, напрямую влияющая на его мощность и экономичность.

Чтобы правильно понять принцип работы двигателя автомобиля, необходимо знать, что в его основе лежит использование работы газов, расширенных в процессе нагревания, в результате чего и обеспечивается перемещение поршня между верхней и нижней мертвыми точками. При верхнем положении поршня происходит сгорание топлива, поступившего в цилиндр и смешанного с воздухом. В результате температура газов и их давление значительно возрастает.

Газы совершают полезную работу, благодаря которой поршень перемещается вниз. Далее через кривошипно-шатунный механизм действие передается на трансмиссию, а затем на автомобильные колеса. Отработанные продукты удаляются из цилиндра через систему выхлопа, а на их место поступает новая порция топлива. Весь процесс, от подачи топлива до вывода отработанных газов, называется рабочим циклом двигателя.

Принцип работы двигателя автомобиля – различия в моделях

Существует несколько основных видов двигателей внутреннего сгорания. Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Расположенные в один ряд, они составляют в целом определенный рабочий объем. Но постепенно некоторые производители отошли от такой технологии изготовления к более компактному варианту.

Много моделей используют конструкцию V-образного двигателя. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Во многих конструкциях количество цилиндров составляет от 6 до 12 и более. Это позволяет значительно сократить линейный размер двигателя и уменьшить его длину.

На современных тракторах и автомобилях в основном применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Внутри этих двигателей сгорает горючая смесь (смесь топлива с воздухом в определенных соотношениях и количествах). Часть выделяющейся при этом теплоты преобразуется в механическую работу.

Классификация двигателей

Поршневые двигатели классифицируют по следующим признакам:

• по способу воспламенения горючей смеси — от сжатия (дизели) и от электрической искры
• по способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные и газовые) и внутренним (дизели) смесеобразованием
• по способу осуществления рабочего цикла — четырех- и двухтактные;
• по виду применяемого топлива — работающие на жидком (бензин или дизельное топливо), газообразном (сжатый или сжиженный газ) топливе и мно­готопливные
• по числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровые и т. д.)
• по расположению цилиндров — однорядные, или линейные (цилиндры расположены в один ряд), и двухрядные, или V-образные (один ряд цилиндров размещен под углом к другому)

На тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют четырехтактные многоцилиндровые дизели, на автомобилях легковых, малой и средней грузоподъемности — четырехтактные многоцилиндровые карбюра­торные и дизельные двигатели, а также двигатели, работающие на сжатом и сжиженном газе.

Основные механизмы и системы двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из:

• корпусных деталей
• кривошипно-шатунного механизма
• газораспределительного механизма
• системы питания
• системы охлаждения
• смазочной системы
• системы зажигания и пуска
• регулятора частоты вращения

Устройство четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя показано на рисунке:

Рисунок. Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя:
1 — шестерни приводи распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — пружина; 5 — выпускная труба; 6 — впускная труба; 7 — карбюратор; 8 — выпускной кла­пан; 9 — провод к свече; 10 — искровая зажигательная свеча; 11 — впускной клапан; 12 — го­ловка цилиндра; 13 — цилиндр: 14 — водяная рубашка; 15 — поршень; 16 — поршневой палец; 17 — шатун; 18 — маховик; 19 — коленчатый вал; 20 — резервуар для масла (поддон картера).

Кривошипно-шатунный механизм
(КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение ко­ленчатого вала и наоборот.

Механизм газораспределения
(ГРМ) предназначен для своевременного соединения надпоршневого объема с системой впуска свежего заряда и вы­пуска из цилиндра продуктов сгорания (отработавших газов) в определенные промежутки времени.

Система питания
служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (в карбюраторном и газовом двигателях) или наполнения ци­линдра воздухом и подачи в него топлива под высоким давлением (в дизеле). Кроме того, эта система отводит наружу выхлопные газы.

Система охлаждения
необходима для поддержания оптимального теп­лового режима двигателя. Вещество, отводящее от деталей двигателя избы­ток теплоты, — теплоноситель может быть жидкостью или воздухом.

Смазочная система
предназначена для подвода смазочного материала (моторного масла) к поверхностям трения с целью их разделения, охлажде­ния, защиты от коррозии и вымывания продуктов изнашивания.

Система зажигания
служит для своевременного зажигания рабочей смеси электрической искрой в цилиндрах карбюраторного и газового двига­телей.

Система пуска
— это комплекс взаимодействующих механизмов и сис­тем, обеспечивающих устойчивое начало протекания рабочего цикла в ци­линдрах двигателя.

Регулятор частоты вращения
— это автоматически действующий меха­низм, предназначенный для изменения подачи топлива или горючей смеси в зависимости от нагрузки двигателя.

У дизеля в отличие от карбюраторного и газового двигателей нет сис­темы зажигания и в системе питания вместо карбюратора или смесителя ус­тановлена топливная аппаратура (топливный насос высокого давления, топ­ливопроводы высокого давления и форсунки).

Не будет преувеличением сказать, что большинство самодвижущихся устройств сегодня оснащены двигателями внутреннего сгорания разнообразных конструкций, использующими различные принципиальные схемы работы. Во всяком случае, если говорить об автомобильном транспорте. В данной статье мы рассмотрим более подробно ДВС. Что это такое, как работает данный агрегат, в чем его плюсы и минусы, вы узнаете, прочитав ее.

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

Главный принцип работы ДВС основан на том, что топливо (твердое, жидкое или газообразное) сгорает в специально выделенном рабочем объеме внутри самого агрегата, преобразуя тепловую энергию в механическую.

Рабочая смесь, поступающая в цилиндры такого двигателя, подвергается сжатию. После ее воспламенения при помощи специальных устройств возникает избыточное давление газов, заставляющих поршни цилиндров возвращаться в исходное положение. Так создается постоянный рабочий цикл, преобразующий при помощи специальных механизмов кинетическую энергию в крутящий момент.

На сегодняшний день устройство ДВС может иметь три основных вида:

• часто называемый легким;
• четырехтактный силовой агрегат, позволяющий добиться более высоких показателей мощности и значений КПД;
• обладающие повышенными мощностными характеристиками.

Помимо этого существуют и другие модификации основных схем, позволяющие улучшить те или иные свойства силовых установок данного вида.

Преимущества двигателей внутреннего сгорания

В отличие от силовых агрегатов, предусматривающих наличие внешних камер, ДВС обладает значительными преимуществами. Главными из них являются:

• гораздо более компактные размеры;
• более высокие показатели мощности;
• оптимальные значения КПД.

Необходимо заметить, говоря о ДВС, что это такое устройство, которое в подавляющем большинстве случаев позволяет использовать различные виды топлива. Это может быть бензин, дизельное топливо, природный или керосин и даже обычная древесина.

Такой универсализм принес данной принципиальной схеме двигателя заслуженную популярность, повсеместное распространение и поистине мировое лидерство.

Краткий исторический экскурс

Принято считать, что двигатель внутреннего сгорания ведет отсчет своей истории с момента создания французом де Ривасом в 1807 году поршневого агрегата, использовавшего в качестве топлива водород в газообразном агрегатном состоянии. И хотя с тех пор устройство ДВС подверглось значительным изменениям и модификациям, основные идеи этого изобретения продолжают использоваться и в наши дни.

Первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания увидел свет в 1876 году в Германии. В середине 80-х годов XIX столетия в России был разработан карбюратор, позволявший дозировать подачу бензина в цилиндры мотора.

А в самом конце позапрошлого века знаменитый немецкий инженер предложил идею воспламенения горючей смеси под давлением, что существенно повышало мощностные характеристики ДВС и показатели КПД агрегатов подобного вида, которые до этого оставляли желать много лучшего. С тех пор развитие двигателей внутреннего сгорания шло в основном по пути улучшения, модернизации и внедрения разнообразных улучшений.

Основные виды и типы ДВС

Тем не менее более чем 100-летняя история агрегатов данного вида позволила разработать несколько основных видов силовых установок с внутренним сгоранием топлива. Они отличаются между собой не только составом используемой рабочей смеси, но и конструктивными особенностями.

Бензиновые двигатели

Как явствует из названия, агрегаты данной группы используют в качестве топлива различные виды бензина.

В свою очередь, такие силовые установки принято подразделять на две большие группы:

• Карбюраторные. В таких устройствах топливная смесь перед поступлением в цилиндры обогащается воздушными массами в специальном устройстве (карбюраторе). После чего происходит ее воспламенение при помощи электрической искры. Среди наиболее ярких представителей данного типа можно назвать модели ВАЗ, ДВС которых очень долгое время был исключительно карбюраторного типа.
• Инжекторные. Это более сложная система, в которой впрыск топлива в цилиндры осуществляется посредством специального коллектора и форсунок. Он может происходить как механическим способом, так и посредством специального электронного устройства. Наиболее продуктивными считаются системы прямого непосредственного впрыска «Коммон Рейл». Устанавливаются почти на все современные автомобили.

Инжекторные бензиновые двигатели принято считать более экономичными и обеспечивающими более высокий КПД. Однако стоимость таких агрегатов намного выше, а обслуживание и эксплуатация — заметно сложнее.

Дизельные двигатели

На заре существования агрегатов подобного вида очень часто можно было слышать шутку о ДВС, что это такое устройство, которое ест бензин, как лошадь, а движется намного медленнее. С изобретением дизельного двигателя эта шутка частично потеряла свою актуальность. Главным образом потому, что дизель способен работать на топливе гораздо более низкого качества. А значит, и на гораздо более дешевом, нежели бензин.

Главным принципиальным отличием внутреннего сгорания является отсутствие принудительного воспламенения топливной смеси. Солярка впрыскивается в цилиндры специальными форсунками, а отдельные капли топлива воспламеняются из-за силы давления поршня. Наряду с преимуществами дизельный двигатель обладает и целым рядом недостатков. Среди них можно выделить следующие:

• гораздо меньшая мощность по сравнению с бензиновыми силовыми установками;
• большими габаритами и весовыми характеристиками;
• сложностями с запуском при экстремальных погодных и климатических условиях;
• недостаточной тяговитостью и склонностью к неоправданным потерям мощности, особенно на сравнительно высоких оборотах.

Кроме того, ремонт ДВС дизельного типа, как правило, гораздо более сложен и затратен, нежели регулировка или восстановление работоспособности бензинового агрегата.

Газовые двигатели

Несмотря на дешевизну природного газа, используемого в качестве топлива, устройство ДВС, работающих на газе, несоизмеримо сложнее, что ведет к существенному удорожанию агрегата в целом, его монтажа и эксплуатации в частности.

На силовых установках подобного типа сжиженный или природный газ поступает в цилиндры через систему специальных редукторов, коллекторов и форсунок. Воспламенение топливной смеси происходит так же, как и в карбюраторных бензиновых установках, — при помощи электрической искры, исходящей от свечи зажигания.

Комбинированные типы двигателей внутреннего сгорания

Мало кто знает о комбинированных системах ДВС. Что это такое и где применяется?

Речь идет, конечно же, не о современных гибридных автомобилях, способных работать как на горючем, так и от электрического мотора. Комбинированными двигателями внутреннего сгорания принято называть такие агрегаты, которые объединяют в себе элементы различных принципов топливных систем. Наиболее ярким представителем семейства таких двигателей являются газодизельные установки. В них топливная смесь поступает в блок ДВС практически так же, как и в газовых агрегатах. Но поджиг горючего производится не при помощи электроразряда от свечи, а запальной порцией солярки, как это происходит в обычном дизельном моторе.

Обслуживание и ремонт двигателей внутреннего сгорания

Несмотря на достаточно широкое разнообразие модификаций, все двигатели внутреннего сгорания имеют аналогичные принципиальные конструкции и схемы. Тем не менее, для того чтобы качественно осуществлять обслуживание и ремонт ДВС, необходимо досконально знать его устройство, понимать принципы работы и уметь определять неполадки. Для этого, безусловно, необходимо тщательно изучить конструкцию двигателей внутреннего сгорания различных типов, уяснить для себя назначение тех или иных деталей, узлов, механизмов и систем. Дело это непростое, но очень увлекательное! А главное, нужное.

Специально для пытливых умов, которые желают самостоятельно постичь все таинства и секреты практически любого транспортного средства, примерная принципиальная схема ДВС представлена на фото выше.

Итак, мы выяснили, что собой представляет данный силовой агрегат.

Двигатель внутреннего сгорания — один из ключевых элементов конструкции транспортного средства. Он представляет собой внушительный агрегат, принцип работы двигателя внутреннего сгорания основывается на изменении энергии для действия определенных частей агрегата.

Существует три вида двигателей, встречаемых в транспортных средствах:

• поршневой
• роторно-поршневой
• газотурбинный

Большой популярностью пользуется первый вариант моторов. На некоторые модели автомобилей устанавливают так поршневые двигатели с четырьмя тактами. Вызвана такая популярность тем, что подобные агрегаты стоят дешевле, имеют небольшой вес и подходят для использования практически во всех машинах вне зависимости от производства.

Если говорить простыми словами, то двигатель автомобиля — это особый механизм, способный изменить энергию тепла, превратив ее в механическую энергию, благодаря чему удается обеспечить работу множества элементов конструкции автомобиля, а также его систем.

Изучить принцип действия мотора не составит труда. Например, поршневые ДВС делятся на двух- и четырехтактные агрегаты. Четырехтактными двигатели называют потому, что в одном рабочем цикле элемента поршень двигается четыре раза (такта). Подробнее о том, что представляют собой такты, написано далее.

Устройство мотора

Прежде, чем разбираться с принципом работы, стоит сначала понять, как устроен силовой агрегат и что входит в его конструкцию. Так как поршневые считаются наиболее востребованными, рассматриваться будет именно такое устройство. К основным деталям следует отнести:

1. Цилиндры, образующие отдельный блок
2. Головку блока с ГРМ
3. Кривошипно-шатунный механизм

Последний приводит в движение коленчатый вал, заставляя его вращаться. Механизм передает валу энергию, получаемую от двигающегося поршня, который в несколько тактов меняет свое положение. Движение поршня регулирует энергия тепла, возникающая в результате горения топлива.

Невозможно представить и организовать движение силового агрегата без установленных в нем механизмов. Так, например, ГРМ меняет положение клапанов, за счет чего удается обеспечить регулярную подачу топлива, впуская и выпуская определенные составы. Система поступления новых газов и выхода отработавших налажена.

Работа двигателя возможна только при одновременной работе всех включенных в конструкцию деталей, механизмов и других элементов. Также вместе с ними должны бесперебойно действовать следующие системы:

• зажигания, основная роль которой заключается в воспламенении топлива,
• содержащего также воздух;
• впускная, регулирующая своевременную подачу воздуха внутрь цилиндра;
• топливная, благодаря которой удается обеспечить подачу топлива для сгорания и дальнейшей работы транспорта;
• система смазки, снижающая износ трущихся деталей конструкции во время их работы;
• выхлопная, посредством действия которой удается удалить отработавшие газы, в результате чего снижается их токсичность.

Также работает система охлаждения, регулирующая температуру внутри агрегата и следящая за тем, чтобы она была оптимальной.

Рабочий цикл ДВС

Основной цикл мотора подразумевает выполнение четырех основных тактов. Именно о них и пойдет речь дальше по тексту.

Первый такт: впуск

Начальный — движение кулачков, которые являются частью конструкции распределительного вала. Они меняют воздействуют на клапан впуска, заставляя его открыться.

Далее, вслед за открывшимся клапаном, с места двигается поршень. Деталь постепенно перемещается из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Воздух внутри цилиндра в связи с уменьшением пространства поршнем становится более разреженным, благодаря чему становится возможным поступление подготовленной рабочей смеси.

После этого поршень начинает действовать на коленвал через шатун, вследствие чего вал поворачивается на 180 градусов. Сам поршень уже достигает своего критического нижнего положения, и на этом моменте начинается второй такт.

Второй такт: сжатие

Он подразумевает дальнейшее сжатие смеси, находящейся внутри цилиндра. Клапан впуска закрывается, и поршень меняет свое направление, двигаясь вверх. Воздух в связи с уменьшением пространства начинает сжиматься, а рабочая смесь — нагреваться. Когда второй такт подходит к концу, в действие приходит система зажигания. Ее основное назначение — подача на свечу заряда электричества для образования искры. Именно эта искра поджигает сжатую смесь из топлива и воздуха, приводя к ее воспламенению.

Отдельно стоит рассмотреть, как зажигается топливо у дизельного ДВС. Как только завершается сжатие, начинает поступать мелкораспыленное дизельное топливо через форсунку внутрь камеры. Впоследствии горючее вещество перемешивается с воздухом внутри, благодаря чему происходит воспламенение.

Что касается карбюраторного двигателя со стандартным топливом, то на втором такте коленчатый вал успевает сделать полный оборот.

Третий такт: рабочий ход

Третий такт называется рабочим ходом. Газы, оставшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень, перемещая его вниз. Полученная деталью энергия передается коленвалу, и тот снова поворачивается, но уже на половину оборота.

Четвертый такт: выпуск

Четвертый такт — выпуск оставшихся газов. Когда такт только начинается, кулачок меняет положение на этот раз выпускного клапана, открывая его. Это способствует началу движения поршня наверх, вследствие чего из цилиндра начинают выходить отработавшие газы.

Интересно, что на современных моделях транспортных средств ДВС оборудованы не одним цилиндром, а несколькими. Благодаря их слаженной работе обеспечивается более качественная работа мотора и систем машины. При этом в каждом цилиндре единовременно выполняются разные такты. Так, например, в одном цилиндре вовсю идет рабочий ход, а во втором — коленчатый вал еще только совершает оборот. Подобная конструкция также:

• избавляет от ненужных вибраций;
• уравновешивает силы, которые действуют на работу коленвала;
• организует ровную работу мотора.

Ввиду компактности двигатели с несколькими цилиндрами изготавливают не рядными, а V-образными. Также существует форма оппозитных двигателей, которые часто можно встретить на автомобилях производства Subaru. Такое решение позволяет сэкономить много места под капотом.

Как работает двухтактный мотор

Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.

Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.

Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.

Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.

Преимущества и недостатки

Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.

Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.

Двигатель автомобиля может выглядеть как большая запутанная мешанина металлических частей, трубок и проводов для непосвященных. В то же время двигатель — это «сердце» почти любого автомобиля — 95% всех машин работают на двигателе внутреннего сгорания.

В этой статье мы обсудим работу двигателя внутреннего сгорания: его общий принцип, изучим конкретные элементы и фазы работы двигателя, узнаем, как именно потенциальная топлива преобразуется во вращательную силу, и постараемся ответить на следующие вопросы: как работает двигатель внутреннего сгорания, какие бывают двигатели и их типы и что означают те или иные параметры и характеристики двигателя? И, как всегда, всё это просто и доступно, как дважды два.

Главная цель бензинового двигателя автомобиля заключается в преобразовании бензина в движение, чтобы Ваш автомобиль мог двигаться. В настоящее время самый простой способ создать движение от бензина — это попросту сжечь его внутри двигателя. Таким образом, автомобильный «движок» является двигателем внутреннего сгорания — т.е. сгорание бензина происходит внутри него.

Существуют различные виды двигателей внутреннего сгорания. Дизельные двигатели являются одной из форм, а газотурбинные — совсем другой. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Ну, как Вы заметите, раз существует двигатель внутреннего сгорания, то должен существовать и двигатель внешнего сгорания. Паровой двигатель в старомодных поездах и пароходах как раз таки и является лучшим примером двигателя внешнего сгорания. Топливо (уголь, дерево, масло, любое другое) в паровой машине горит вне двигателя для создания пара, и пар создаёт движение внутри двигателя. Разумеется, двигатель внутреннего сгорания является намного более эффективным (как минимум потребляет гораздо меньше топлива на километр пути автомобиля), чем внешнего сгорания, кроме того, двигатель внутреннего сгорания намного меньше по размерам, чем эквивалентный по мощности двигатель внешнего сгорания. Это объясняет, почему мы не видим ни одного автомобиля, похожего на паровоз.

А теперь давайте посмотрим более подробно, как же работает двигатель внутреннего сгорания.

Давайте рассмотрим принцип, лежащий в любом возвратно-поступательном движении двигателя внутреннего сгорания: если Вы поместите небольшое количество высокоэнергичного топлива (например, бензина) в небольшое закрытое пространство и зажжёте его (это топливо), то выделится невероятное количество энергии в виде расширяющегося газа. Вы можете использовать эту энергию, к примеру, для приведения в движение картофелины. В этом случае энергия преобразуется в движение этой картофелины. Например, если Вы в трубу, у которой один конец плотно закрыт, а другой — открыт, нальёте немного бензина, а затем засунете картофелину и подожжёте бензин, то его взрыв спровоцирует приведение в движение этой картофелины за счёт выдавливания её взрывающимся бензином, таким образом, картофелина подлетит высоко в небо, если Вы направите трубу вверх. Это мы кратко описали принцип действия старинной пушки. Но Вы также можете использовать такую энергию бензина в более интересных целях. Например, если Вы можете создать цикл взрывов бензина в сотни раз в минуту, и если Вы сможете использовать эту энергию в полезных целях, то знайте, что у Вас уже есть ядро ​​для двигателя автомобиля!

Почти все автомобили в настоящее время используют то, что называется четырёхтактным циклом сгорания
для преобразования бензина в движение. Четырёхтактный цикл также известен как цикл Отто — в честь Николая Отто, который изобрел его в 1867 году. Итак, вот они, эти 4 такта работы двигателя:

1. Такт впуска топлива
2. Такт сжатия топлива
3. Такт сгорания топлива
4. Такт выпуска отработавших газов

Вроде бы уже всё понятно из этого, не так ли? Вы можете посмотреть ниже на рисунке, что элемент, который называется поршень, заменяет картошку в описанной нами ранее «картофельной пушке». Поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Только не пугайтесь новых терминов — их, на самом деле не так много в принципе работы двигателя!

На рисунке буквами обозначены следующие элементы двигателя:

A — Распределительный вал
B — Крышка клапанов
C — Выпускной клапан
D — Выхлопное отверстие
E — Головка цилиндра
F — Полость для охлаждающей жидкости
G — Блок двигателя
H — Маслосборник
I — Поддон двигателя
J — Свеча зажигания
K — Впускной клапан
L — Впускное отверстие
M — Поршень
N — Шатун
O — Подшипник шатуна
P — Коленчатый вал

Вот что происходит, когда двигатель проходит свой ​​полный четырёхтактный цикл:

1. Начальное положение поршня — в самом верху, в этот момент открывается впускной клапан, и поршень движется вниз, таким образом, засасывая в цилиндр приготовленную смесь бензина и воздуха. Это такт впуска. Всего лишь крошечная капля бензина должна смешаться с воздухом, чтобы всё это работало.
2. Когда поршень достигает своей нижней точки, то впускной клапан закрывается, а поршень начинает перемещаться обратно вверх (бензин оказывается в «западне»), сжимая эту смесь из топлива и воздуха. Сжатие впоследствии сделает взрыв мощнее.
3. Когда поршень достигает верхней точки своего хода, свеча зажигания испускает искру, порождённую напряжением более десятка тысяч Вольт, чтобы зажечь бензин. Происходит детонация, и бензин в цилиндре взрывается, с невероятной силой толкая поршень вниз.
4. После того, как поршень снова достигает дна своего хода, настаёт очередь открываться выпускному клапану. Затем поршень движется вверх (это происходит уже по инерции) и отработавшая смесь бензина и воздуха выходит через выхлопное отверстие из цилиндра, чтобы отправиться в своё путешествие до выхлопной трубы и далее в верхние слои атмосферы.

Теперь, когда клапан снова в самом верху, двигатель готов к следующему циклу, так что он всасывает следующую порцию смеси воздуха и бензина, чтобы ещё сильнее раскрутить коленчатый вал, который, собственно и передаёт своё кручение далее через трансмиссию к колёсам. Теперь посмотрите ниже, как работает двигатель во всех своих четырёх тактах.

Более наглядно работу двигателя внутреннего сгорания Вы можете увидеть на двух анимациях ниже:

Как работает двигатель — анимация

Обратите внимание, что движение, которое создаётся работой двигателя внутреннего сгорания, является вращением, в то время как движение, создаваемое «картофельной пушкой», является линейным (прямым). В двигателе линейное движение поршней преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Вращательное движение нам нужно, потому что мы планируем повернуть наши колёса автомобиля.

Теперь давайте посмотрим на все части, которые работают вместе в дружной команде, чтобы это произошло, начиная с цилиндров!

Ядром двигателя является цилиндр с поршнем, который двигается вверх и вниз внутри цилиндра. Двигатель, описанный выше, имеет один цилиндр. Казалось бы, что ещё нужно для автомобиля?! А вот и нет, автомобилю для комфортной езды на нём нужны по меньшей мере ещё 3 таких цилиндра с поршнями и всеми необходимыми этой парочке атрибутами (клапанами, шатунами и так далее), а вот один цилиндр подойдёт разве что для большинства газонокосилок. Посмотрите — ниже на анимации Вы увидите работу 4-хцилиндрового двигателя:

Типы двигателей

Автомобили чаще всего имеют четыре, шесть, восемь и даже десять, двенадцать и шестнадцать цилиндров (последние три варианта устанавливают, в основном на спортивные автомобили и болиды). В многоцилиндровом двигателе все цилиндры, как правило, расположены одним из трёх способов:

• Рядный
• V-образный
• Оппозитный

Вот они — все три типа расположения цилиндров в двигателе:

Рядное расположение 4-х цилиндров

Оппозитное расположение 4-х цилиндров

V-образное расположение 6 цилиндров

Различные конфигурации имеют разные преимущества и недостатки с точки зрения вибрации, стоимости производства и характеристик формы. Эти преимущества и недостатки делают их более подходящими для использования некоторых конкретных транспортных средств. Так, 4-хцилиндровые двигатели редко имеет смысл делать V-образными, таким образом, они обычно рядные; а 8-цилиндровые двигатели делают чаще с V-образным расположением цилиндров.

Теперь давайте наглядно посмотрим, как работает система впрыска топлива, масло и другие узлы в двигателе:

Давайте рассмотрим некоторые ключевые детали двигателя более подробно:

А теперь внимание! На основе всего прочитанного посмотрим на полный цикл работы двигателя со всеми его элементами:

Полный цикл работы двигателя

Почему двигатель не работает?

Допустим, Вы выходите утром к машине и начинаете её заводить, но она не заводится . Что может быть не так? Теперь, когда Вы знаете, как работает двигатель, можно понять основные вещи, которые могут помешать двигателю завестись. Три фундаментальные вещи могут случиться:

• Плохая топливная смесь
• Отсутствие сжатия
• Отсутствие искры

Да, есть ещё тысячи незначительных вещей, которые могут создать проблемы, но указанная «большая тройка» является чаще всего следствием или причиной одной из них. На основе простого представления о работе двигателя мы можем составить краткий список того, как эти проблемы влияют на двигатель.

Плохая топливная смесь может быть следствием одной из причин:

• У Вас попросту закончился в баке бензин, и двигатель пытается завестись от воздуха.
• Воздухозаборник может быть забит, поэтому в двигатель поступает топливо, но ему не хватает воздуха, чтобы сдетонировать.
• Топливная система может поставлять слишком много или слишком мало топлива в смесь, а это означает, что горение не происходит должным образом.
• В топливе могут быть примеси (а для российского качества бензина это особенно актуально), которые мешают топливу полноценно гореть.

Отсутствие сжатия — если заряд воздуха и топлива не могут быть сжаты должным образом, процесс сгорания не будет работать как следует. Отсутствие сжатия может происходить по следующим причинам:

• Поршневые кольца изношены (позволяя воздуху и топливу течь мимо поршня при сжатии)
• Впускные или выпускные клапаны не герметизируются должным образом, снова открывая течь во время сжатия
• Появилось отверстие в цилиндре.

Отсутствие искры может быть по ряду причин:

• Если свечи зажигания или провод, идущий к ним, изношены, искра будет слабой.
• Если провод повредился или попросту отсутствует или если система, которая посылает искру по проводу, не работает должным образом.
• Если искра происходит либо слишком рано или слишком поздно в цикле, топливо не будет зажжено в нужное время, и это может вызвать всевозможные проблемы.

И вот ещё ряд причин, по которым двигатель может не работать, и здесь мы затронем некоторые детали за пределами двигателя:

• Если аккумулятор мёртв, Вы не сможете прокрутить двигатель, чтобы запустить его.
• Если подшипники, которые позволяют коленчатому валу свободно вращаться, изношены, коленчатый вал не сможет провернуться, поэтому двигатель не сможет работать.
• Если клапаны не открываются и не закрываются в нужное время или не работают вообще, воздух не сможет войти, а выхлопы — выйти, поэтому двигатель опять-таки не сможет работать.
• Если кто-то из хулиганских побуждений засунул картошку в выхлопную трубу, выпускные газы не смогут выйти из цилиндра, и двигатель снова не будет работать.
• Если в двигателе недостаточно масла, то поршень не сможет двигаться вверх и вниз свободно в цилиндре, что затруднит или сделает невозможным нормальную работу двигателя.

В правильно работающем двигателе все эти факторы находятся в пределах допуска. Как Вы можете видеть, двигатель имеет ряд систем, которые помогают ему сделать свою работу преобразования топлива в движение безупречной. Мы же рассмотрим различные подсистемы, используемые в двигателях, в следующих разделах.

Большинство подсистем двигателя может быть реализована с использованием различных технологий, и лучшие технологии могут значительно повысить производительность двигателя. Вот почему развитие автомобилестроения продолжается высочайшими темпами, ведь конкуренция среди автоконцернов достаточно велика, чтобы вкладывать большие деньги в каждую дополнительно выжатую лошадиную силу из двигателя при том же объёме. Давайте посмотрим на различные подсистемы, используемые в современных двигателях, начиная с работы клапанов в двигателе.

Как работают клапаны?

Система клапанов состоит из, собственно, клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Система открытия и закрытия их называется распределительным валом
. Распределительный вал имеет специальные детали на своей оси, которые движут клапаны вверх и вниз, как показано на рисунке ниже.

Большинство современных двигателей имеют то, что называют накладными кулачками
. Это означает, что вал расположен над клапанами, как Вы видите на рисунке. Старые двигатели используют распределительный вал, расположенный в картере возле коленчатого вала. Распределительный вал, крутясь, двигает кулачок выступом вниз таким образом, чтобы он продавливал клапан вниз, создавая зазор для прохода топлива или выпуска отработавших газов. Ремень ГРМ или цепной привод приводится в движение коленчатым валом и передаёт кручение от него к распределительному валу так, что клапаны находятся в синхронизации с поршнями. Распределительный вал всегда крутится в один-два раза медленнее коленчатого вала. Многие высокопроизводительные двигатели имеют четыре клапана на цилиндр (два для приёма топлива внутрь и два для вытяжки отработавшей смеси).

Как работает система зажигания?

Система зажигания производит заряд высокого напряжения и передаёт его к свечам зажигания с помощью проводов зажигания. Заряд сначала проходит к катушке зажигания (эдакому дистрибьютору, который распределяет подачу искры по цилиндрам в определённое время), которую Вы можете легко найти под капотом большинства автомобилей. Катушка зажигания имеет один провод, идущий в центре и четыре, шесть, восемь проводов или больше в зависимости от количества цилиндров, которые выходят из него. Эти провода зажигания отправляют заряд к каждой свече зажигания. Двигатель получает такую искру по времени таким образом, что только один цилиндр получает искру от распределителя в один момент времени. Такой подход обеспечивает максимальную гладкость работы двигателя.

Как работает охлаждение?

Система охлаждения в большинстве автомобилей состоит из радиатора и водяного насоса. Вода циркулирует через проходы (каналы) вокруг цилиндров, а затем проходит через радиатор, чтобы тот её максимально охладил. Однако, существуют такие модели автомобилей (в первую очередь Volkswagen Beetle (Жук)), а также большинство мотоциклов и газонокосилок, которые имеют двигатель с воздушным охлаждением. Вы вероятно, видел такие двигатели с воздушным охлаждением, сбоку которых расположены эдакие плавники — ребристая поверхность, украшающие снаружи каждый цилиндр, чтобы помочь рассеять тепло.

Воздушное охлаждение делает двигатель легче, но горячее, и как правило, уменьшается срок службы двигателя и общая производительность. Так что теперь Вы знаете, как и почему Ваш двигатель остаётся не перегретым.

Как работает пусковая система?

Повышение производительности Вашего двигателя является большим делом, но важнее то, что именно происходит, когда Вы поворачиваете ключ, чтобы запустить его ! Пусковая система состоит из стартера с электродвигателем. Когда Вы поворачиваете ключ зажигания, стартер крутит двигатель на несколько оборотов, чтобы процесс горения начал свою работу, и остановить его смог только поворот ключа в обратную сторону, когда перестаёт подаваться искра в цилиндры, и двигатель, таким образом, глохнет.

Стартер же имеет мощный электродвигатель, который вращает холодный двигатель внутреннего сгорания. Стартер — это всегда довольно мощный и, следовательно, «кушающий» ресурсы аккумулятора двигатель, ведь должен преодолеть:

• Всё внутреннее трение, вызванное поршневыми кольцами и усугубляющееся холодным непрогретым маслом.
• Давление сжатия любого цилиндра (цилиндров), которое происходит в процессе такта сжатия.
• Сопротивление, оказываемое открытием и закрытием клапанов распределительным валом.
• Все иные процессы, непосредственно связанные с двигателем, в том числе сопротивление водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

Мы видим, что стартеру необходимо очень много энергии. Автомобиль чаще всего использует 12-вольтовую электрическую систему, и сотни ампер электричества должны поступать в стартер.

Как работает впрыск и смазочная система?

Когда дело доходит ежедневного обслуживания автомобиля, Ваша первая забота, вероятно, состоит в проверке количества бензина в Вашем автомобиле. А как бензин попадает из топливного бака в цилиндры? Топливная система двигателя высасывает бензин из бака с помощью топливного насоса, который находится в баке, и смешивает его с воздухом так, чтобы надлежащая смесь воздуха и топлива могла протекать в цилиндры. Топливо поставляется в одном из трёх распространённых способов: карбюратор, впрыск топлива и система непосредственного впрыска топлива.

Карбюраторы на сегодняшний день сильно устарели, и их не помещают в новые модели автомобилей. В инжекторном двигателе нужное количество топлива впрыскивается индивидуально в каждый цилиндр либо прямо в впускной клапан (впрыск топлива) или непосредственно в цилиндр (непосредственный впрыск топлива).

Масло также играет важную роль. Идеально и правильно смазанная система гарантирует, что каждая подвижная часть в двигателе получает масло так, что она может легко перемещаться. Две главные части, нуждающиеся в масле — это поршень (а, точнее, его кольца) и любые подшипники, которые позволяют таким элементам, как коленчатый и другие валы, свободно вращаться. В большинстве автомобилей масло всасывается из масляного поддона масляным насосом, проходит через масляный фильтр для удаления частиц грязи, а затем брызгается под высоким давлением на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает в отстойник, где снова собирается, и цикл повторяется.

Система выпуска отработавших газов

Теперь, когда мы знаем о ряде вещей, которые мы положили (налили) в свой ​​автомобиль, давайте посмотрим на другие вещи, которые выходят из него. Система выпуска включает в себя выхлопную трубу и глушитель. Без глушителя Вы бы услышали звук тысяч маленьких взрывов из своей ​​выхлопной трубы. Глушитель гасит звук. Выхлопная система также включает в себя каталитический нейтрализатор, который использует катализатор и кислород, чтобы сжечь всё неиспользованное топливо и некоторые другие химические веществ в выхлопных газах. Таким образом, Ваш автомобиль соответствует определённым евростандартам по уровню загрязнения воздуха.

Что ещё есть, кроме всего вышеперечисленного в автомобиле? Электрическая система состоит из аккумулятора и генератора . Генератор подключен к двигателю ремнём и вырабатывает электроэнергию для зарядки аккумулятора. Аккумулятор выдаёт 12-вольтовый заряд электрической энергии, доступной ко всему в машине, нуждающемуся в электроэнергии (системе зажигания, магнитоле,

Конструкция измерительного устройства для анализа крутящего момента двигателя внутреннего сгорания

Заголовки статей

Расчет характеристик объема топлива самолета и мультисенсорная технология моделирования измерения объема топлива

стр. 927

Классификация отобранных эфирных масел из семейства Zingiberaceae с использованием методов E-Nose и дискриминантного факторного анализа (DFA): начальное исследование

стр. 932

Томографическое исследование композитов, армированных волокном, после испытаний на усталость

стр.937

Идентификация дефектов при ультразвуковом контроле сварных соединений трением на основе теории фракталов

стр.942

Конструкция измерительного устройства для анализа крутящего момента двигателя внутреннего сгорания.

стр.947

Разработка устройства для удаления изоциануровой кислоты из воды

стр. 952

Лазерно-инерционный 3D-сканер, использующий геометрический инвариант для построения местности

стр. 957

Интеллектуальная диагностика асинхронной машины для обнаружения и классификации неисправностей с использованием вейвлета и нечеткого вывода

стр. 964

Обнаружение повреждений в конструкциях с использованием электромеханического импеданса и анализа методом конечных элементов

стр. 971

Главная Прикладная механика и материалы Прикладная механика и материалы Vols. 799-800 Конструкция измерительного устройства для анализа…

Обзор статьи

Аннотация:

Эту статью можно разделить на две части, первая из которых посвящена существенному анализу проблемы измерения крутящего момента, а вторая посвящена проектированию и созданию собственного измерительного устройства. Цель этой статьи — указать каждый вариант измерения и выбрать лучший из них для желаемых требований. Разработанное измерительное устройство будет использоваться для анализа крутящего момента в диссертации.

Доступ через ваше учреждение

* — Автор, ответственный за переписку

использованная литература

[1]
www. электронная автоматизация. ч.

[2]
www. Кистлер. ком.

[3]
www. авл. ком.

[4]
Томаш Петр; Механический завод по производству автомобилей, Дипломная практика, Либерец (2014).

[5]
Попелка Йозеф; Návrh zařízení pro analýzu průběhu momentu mezi motorem a prevodovým ústrojim automobilu, Zavěrečná zpráva; Либерец (2013).

[6]
Винклар Иржи; semestrální práce, Projekt II, Либерец, 6. 12. (2010).

[7]
Попелка Йозеф; Metody metěření točivého momentu spalovacích motorů, Гаррахов (2015).

Цитируется

49 CFR § 173.220 — Двигатели внутреннего сгорания, транспортные средства, машины, содержащие двигатели внутреннего сгорания, оборудование или машины с батарейным питанием, оборудование или машины с питанием от топливных элементов. | CFR | Закон США

§ 173.220 Двигатели внутреннего сгорания, транспортные средства, машины, содержащие двигатели внутреннего сгорания, оборудование или машины с батарейным питанием, оборудование или машины с питанием от топливных элементов.

(а) Применимость. Двигатель внутреннего сгорания, самоходное транспортное средство, оборудование, содержащее двигатель внутреннего сгорания, которые не отгружаются под пунктом ООН 3363 «Опасные грузы в машинах или устройствах», транспортное средство или оборудование, работающие от аккумуляторной батареи, или транспортное средство, работающее на топливных элементах, или оборудование или любое их сочетание подпадают под действие требований настоящей главы при перевозке в качестве груза на транспортном средстве, судне или самолете, если:

(1) Транспортное средство, двигатель или оборудование содержат жидкое или газообразное топливо. Транспортные средства, двигатели или механизмы могут считаться не содержащими топлива, если компоненты двигателя и любые топливопроводы полностью слиты, достаточно очищены от остатков и паров для устранения любой потенциальной опасности, а двигатель, удерживаемый в любом положении, не будет выпускать любое жидкое топливо;

(2) Топливный бак содержит жидкое или газообразное топливо. Топливный бак может считаться не содержащим топлива, если топливный бак и топливопроводы полностью опорожнены, в достаточной степени очищены от остатков и продуты парами для устранения любой потенциальной опасности;

(3) Оснащен жидкостной батареей (включая непроливаемую), натриевой или литиевой батареей; или же

(4) За исключением случаев, предусмотренных в параграфе (f)(1) настоящего раздела, он содержит другие опасные материалы, подпадающие под действие требований настоящего подраздела.

(b) Требования. Если иное не оговорено в параграфе (b)(4) настоящего раздела, к транспортным средствам, двигателям и оборудованию предъявляются следующие требования:

(1) Легковоспламеняющееся жидкое топливо и топливо, загрязняющее морскую среду.

(i) Топливный бак, содержащий легковоспламеняющееся жидкое топливо, должен быть слит и надежно закрыт, за исключением того, что до 500 мл (17 унций) остаточного топлива может оставаться в баке, компонентах двигателя или топливопроводах при условии, что они надежно закрыты для предотвращения утечки топлива во время транспортировки. Самоходные транспортные средства, заправленные дизельным топливом, освобождаются от требования о сливе топливных баков при условии, что внутри бака оставлено достаточно свободного места для расширения топлива без утечек, а пробки баков надежно закрыты.

(ii) Двигатели и машины, работающие на жидком топливе, отвечающие определению загрязнителя морской среды (см. § 171.8 настоящего подраздела) и не отвечающие классификационным критериям любого другого класса или категории, перевозимые судном, подпадают под действие требований § 176.906 этот подраздел.

(2) Легковоспламеняющееся сжиженное или сжатое газовое топливо.

(i) При перевозке автомобильным, железнодорожным или морским транспортом топливные баки и топливные системы, содержащие легковоспламеняющееся сжиженное или сжатое газовое топливо, должны быть надежно закрыты. Для перевозки судном требования §§ 176.78(k), 176.905 и 176.906 настоящего подраздела.

(ii) Для перевозки воздушным транспортом:

(A) Транспортные средства, машины, оборудование или баллоны, работающие на легковоспламеняющемся газе, должны быть полностью освобождены от горючего газа. Линии от сосудов к газовым регуляторам и сами газовые регуляторы также должны быть очищены от всех следов горючего газа. Для обеспечения выполнения этих условий газовые запорные краны должны оставаться открытыми, а соединения линий с газовыми регуляторами должны оставаться отсоединенными при передаче автомобиля оператору. Запорная арматура должна быть закрыта, а линии пересоединены на газовых регуляторах перед погрузкой транспортного средства на борт воздушного судна; или альтернативно;

(B) Транспортные средства, машины или оборудование, работающие на легковоспламеняющемся газе, которые имеют баллоны (топливные баки), оборудованные клапанами с электроприводом, могут перевозиться при следующих условиях:

(1) Клапаны должны быть в закрытом положении, а в случае клапанов с электроприводом питание этих клапанов должно быть отключено;

(2) После закрытия клапанов транспортное средство, оборудование или механизмы должны эксплуатироваться до остановки из-за нехватки топлива перед погрузкой на борт воздушного судна;

(3) Ни в одной части закрытой системы давление не должно превышать 5% от максимально допустимого рабочего давления системы или 290 фунтов на кв. дюйм (2000 кПа), в зависимости от того, что меньше; а также

(4) В системе не должно быть остатков сжиженного газа, включая топливный бак.

(C) Если транспортное средство приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, работающим на легковоспламеняющейся жидкости и горючем газе, требования параграфов (b)(1) настоящего раздела также должны выполняться.

(3) Кузова грузовиков или прицепы на платформах — работающие на легковоспламеняющейся жидкости или газе. Кузова или прицепы с автоматическим отопительным или холодильным оборудованием типа ЛВЖ могут перевозиться с заправленными топливными баками и оборудованием в рабочем или нерабочем состоянии при использовании для перевозки других грузов и погрузке на платформы в составе совместного железнодорожного и автомобильного движения. , при условии, что оборудование и подача топлива соответствуют требованиям § 177.834(l) настоящего подраздела.

(4) Модальные исключения. Горючее жидкое топливо объемом более 500 мл (17 унций) может оставаться в топливном баке двигателей самоходных транспортных средств и механизмов только при соблюдении следующих условий:

(i) При транспортировке автомобильным или железнодорожным транспортом топливные баки должны быть надежно закрыты.

(ii) При перевозке на судне отгрузка должна соответствовать § 176.905 этой подглавы для самоходных транспортных средств и § 176.906 этой подглавы для двигателей и механизмов.

(iii) Для перевозки воздушным транспортом, при перевозке на воздушном судне, спроектированном или модифицированном для перевозки транспортных средств, при соблюдении всех следующих условий:

(A) Разрешение на эксплуатацию этого типа было дано соответствующим органом правительства страны, в которой зарегистрировано воздушное судно;

(B) Каждое транспортное средство закреплено в вертикальном положении;

(C) Каждый топливный бак заполняется таким образом и только до такой степени, чтобы исключалась утечка топлива при погрузке, разгрузке и транспортировке; а также

(D) Каждое помещение или отсек, в котором перевозится самоходное транспортное средство, должным образом вентилируется для предотвращения скопления паров топлива.

(c) Работает от батареи или устанавливается. Аккумуляторы должны быть надежно установлены, а мокрые аккумуляторы должны быть закреплены в вертикальном положении. Батареи должны быть защищены от опасного выделения тепла, коротких замыканий и повреждения клемм в соответствии с § 173.159(a) и утечки; или должны быть удалены и упакованы отдельно в соответствии с § 173.159. Транспортные средства, машины или оборудование с батарейным питанием, включая инвалидные коляски с батарейным питанием и средства передвижения, не подпадают под действие каких-либо других требований этой подглавы, за исключением § 173.21, при транспортировке по железной дороге, шоссе или морю. В тех случаях, когда возможно перемещение транспортного средства не в вертикальном положении, транспортное средство должно быть закреплено в прочной жесткой внешней упаковке. Транспортное средство должно быть закреплено с помощью средств, способных зафиксировать транспортное средство во внешней упаковке, чтобы предотвратить любое смещение во время перевозки, которое могло бы изменить ориентацию или привести к повреждению транспортного средства.

(d) Литиевые батареи. За исключением случаев, предусмотренных в § 172.102, специальное положение A101 этого подраздела, транспортные средства, двигатели и механизмы, работающие от литий-металлических батарей, которые перевозятся с установленными этими батареями, запрещены на борту пассажирских самолетов. Литиевые батареи, содержащиеся в транспортных средствах, двигателях или механическом оборудовании, должны быть надежно закреплены в держателе батареи транспортного средства, двигателя или механического оборудования и защищены таким образом, чтобы предотвратить повреждение и короткое замыкание (например, с помощью не- токопроводящие колпачки, полностью закрывающие клеммы). За исключением транспортных средств, двигателей или механизмов, перевозимых автомобильным, железнодорожным или морским транспортом с надежно установленными прототипами или малосерийными литиевыми батареями, каждая литиевая батарея должна относиться к типу, успешно прошедшему все испытания согласно Руководству ООН по испытаниям и критериям (IBR). , см. § 171.7 этого подраздела), как указано в § 173.185, если только это не одобрено заместителем администратора. В тех случаях, когда возможно перемещение транспортного средства не в вертикальном положении, транспортное средство должно быть закреплено в прочной жесткой внешней упаковке. Транспортное средство должно быть закреплено с помощью средств, способных зафиксировать транспортное средство во внешней упаковке, чтобы предотвратить любое смещение во время перевозки, которое могло бы изменить ориентацию или привести к повреждению транспортного средства. Если литиевая батарея снята с транспортного средства и упакована отдельно от транспортного средства в ту же наружную тару, упаковка должна быть отправлена ​​как «UN 3481, Ионно-литиевые батареи, упакованные с оборудованием» или «UN 3091, Литий-металлические батареи, упакованные с оборудованием» и подготовленные в соответствии с требованиями, указанными в § 173.185.

e) Топливные элементы. Топливный элемент должен быть закреплен и защищен таким образом, чтобы предотвратить повреждение топливного элемента. Оборудование (кроме транспортных средств, двигателей или механического оборудования), такое как бытовые электронные устройства, содержащие топливные элементы (картриджи топливных элементов), должно описываться как «картриджи топливных элементов, содержащиеся в оборудовании» и перевозиться в соответствии с § 173.230. В тех случаях, когда возможно перемещение транспортного средства не в вертикальном положении, транспортное средство должно быть закреплено в прочной жесткой внешней упаковке. Транспортное средство должно быть закреплено с помощью средств, способных зафиксировать транспортное средство во внешней упаковке, чтобы предотвратить любое смещение во время перевозки, которое могло бы изменить ориентацию или привести к повреждению транспортного средства.

(f) Другие опасные материалы.

(1) Предметы, содержащие опасные материалы, такие как огнетушители, аккумуляторы сжатого газа, предохранительные устройства и другие опасные материалы, являющиеся неотъемлемыми компонентами автомобиля, двигателя или механического оборудования и необходимые для работы транспортного средства, двигателя или механического оборудования, а также для безопасности его оператора или пассажиров, должны быть надежно установлены в автомобиле, двигателе или механическом оборудовании. В остальном такие предметы не подпадают под действие требований настоящего подраздела. Оборудование (кроме транспортных средств, двигателей или механического оборудования), такое как бытовые электронные устройства, содержащие литиевые батареи, должно описываться как «литий-металлические батареи, содержащиеся в оборудовании» или «ионно-литиевые батареи, содержащиеся в оборудовании», в зависимости от обстоятельств, и перевозиться в в соответствии с § 173.185 и применимыми специальными положениями. Оборудование (кроме транспортных средств, двигателей или механического оборудования), такое как бытовые электронные устройства, содержащие топливные элементы (картриджи топливных элементов), должно описываться как «картриджи топливных элементов, содержащиеся в оборудовании» и перевозиться в соответствии с § 173.230.

(2) Другие опасные материалы должны быть упакованы и транспортированы в соответствии с требованиями настоящего подраздела.

(g) Дополнительные требования к двигателям внутреннего сгорания и транспортным средствам с определенным электронным оборудованием при перевозке воздушным или морским транспортом. Когда двигатель внутреннего сгорания, не установленный на транспортном средстве или оборудовании, предлагается для перевозки воздушным или морским транспортом, все топливные, охлаждающие или гидравлические системы, оставшиеся в двигателе, должны быть слиты, насколько это практически возможно, и все отсоединенные жидкостные трубопроводы, которые ранее содержали жидкость должна быть закрыта герметичными крышками, которые надежно удерживаются. При предъявлении к перевозке воздушным транспортом транспортных средств, оснащенных противоугонными устройствами, установленными средствами радиосвязи или навигационными системами, такие устройства, оборудование или системы должны быть отключены.

(h) Исключения. За исключением случаев, предусмотренных в параграфе (f)(2) настоящего раздела, поставки, осуществляемые в соответствии с положениями настоящего раздела:

(1) Не подпадают под действие каких-либо иных требований настоящей подгруппы для перевозки автомобильным или железнодорожным транспортом;

(2) Не подпадают под действие подразделов D, E и F (маркировка, маркировка и табло соответственно) части 172 настоящего подраздела или § 172. 604 настоящего подраздела (номер телефона службы экстренной помощи) для перевозки воздушным транспортом . Для перевозки воздушным транспортом положения § 173.159(b)(2) если применимо, положения § 173.230(f), если применимо, другие применимые требования этой подглавы, включая погрузочные документы, информацию о действиях в чрезвычайных ситуациях, уведомление командира воздушного судна, общие требования к упаковке и должны быть соблюдены требования, указанные в § 173.27; а также

(3) За исключением перевозки морским транспортом; см. § 176.905 этой подглавы для транспортных средств и § 176.906 этой подглавы для двигателей и механизмов.

[82 FR 15882, 30 марта 2017 г., в редакции 85 FR 27886, 11 мая 2020 г.; 85 ФР 83399, Dec. 21, 2020]

Патент США на устройство управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания. Патент (Патент № 10,557,435, выдан 11 февраля 2020 г.)

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ 35 США § 119 к заявке на патент Японии № 2017-210070, поданной 31 октября 2017 г. , озаглавленной «Устройство управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания». Содержание этой заявки полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к устройству управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания, которое непосредственно впрыскивает топливо под давлением из клапана впрыска топлива в цилиндр и регулирует давление топлива, подаваемого к клапану впрыска топлива, чтобы целевое давление топлива.

ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

В случае, когда используется описанный выше клапан впрыска топлива с непосредственным впрыском, обычно топливо подается под высоким давлением с помощью топливного насоса, а управление с обратной связью выполняется так, чтобы давление топлива (далее просто называемое «давление топлива»), подаваемое на клапан впрыска топлива, становится заданным давлением топлива, установленным в соответствии с фактической скоростью вращения и нагрузкой двигателя внутреннего сгорания. Между тем, клапан впрыска топлива имеет период открытия клапана нижнего предела, и период открытия клапана клапана впрыска топлива не может быть сделан короче периода открытия клапана нижнего предела из-за характеристик открытия клапана клапана впрыска топлива. Соответственно, в случае, когда нагрузка и установленное в соответствии с нагрузкой целевое давление топлива быстро уменьшаются, например, при торможении двигателя внутреннего сгорания и когда фактическое давление топлива плохо следует целевому давлению топлива и не соответствует уменьшается быстро, существует вероятность того, что количество впрыскиваемого топлива превышает требуемое количество топлива, и топливо впрыскивается избыточно в состоянии, когда период открытия клапана впрыска топлива установлен на нижний предел периода открытия клапана. В дальнейшем это явление именуется как «залипание величины расхода инжекторного клапана на нижнем пределе».

Например, устройство, описанное в публикации нерассмотренной заявки на патент Японии № 2007-154686, известно как обычное устройство управления впрыском топлива, предназначенное для преодоления такой проблемы. В этом устройстве количество впрыскиваемого топлива рассчитывается в соответствии с частотой вращения двигателя внутреннего сгорания и количеством работы педали акселератора, целевое давление топлива рассчитывается в соответствии с количеством впрыскиваемого топлива и числом оборотов. скорости двигателя внутреннего сгорания, а управление с обратной связью осуществляется таким образом, что фактическое давление топлива становится заданным давлением топлива. В устройстве управления впрыском топлива, описанном в публикации нерассмотренной заявки на патент Японии № 2016-156317, прогнозируется изменение нагрузки двигателя внутреннего сгорания, и работа наддува топливного насоса прекращается, когда прогнозируется снижение нагрузки.

Изобретатели обнаружили, что в устройстве, описанном в публикации нерассмотренной заявки на патент Японии № 2007-154686, целевое давление топлива устанавливается в соответствии с количеством операций с педалью акселератора, и поэтому возможно быстро уменьшить фактическое давление топлива в соответствии с заданным давлением топлива при торможении. Однако, например, в случае, когда быстрое замедление выполняется в середине состояния ускорения, фактическое давление топлива уже регулируется до высокого давления топлива в соответствии с заданным давлением топлива в состоянии ускорения, и, следовательно, фактическое давление топлива не может быть быстро уменьшено до желаемого давления, даже если целевое давление топлива снижается из этого состояния во время замедления. Это приводит к риску возникновения вышеупомянутого заедания расхода форсунки на нижнем пределе.

Изобретатели обнаружили, что в устройстве, описанном в публикации нерассмотренной заявки на патент Японии № 2016-156317, работа наддува топливного насоса останавливается, когда прогнозируется снижение нагрузки двигателя внутреннего сгорания, и поэтому возможно для быстрого снижения давления топлива при торможении. Однако давление топлива нельзя контролировать, так как работа топливного насоса наддува полностью остановлена, и, следовательно, существует вероятность того, что давление топлива упадет больше, чем необходимо. В таком случае существует риск невозможности обеспечить давление топлива, необходимое для повторного ускорения после замедления.

Таким образом, предпочтительно предусмотреть устройство управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания, которое может быстро снижать давление топлива на нужную величину в соответствии с нагрузкой двигателя внутреннего сгорания во время замедления даже в случае, когда замедление выполняется в середине ускоренного состояния, тем самым предотвращая застревание величины потока инжекторного клапана на нижнем пределе.

РЕЗЮМЕ

Устройство управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения представляет собой устройство управления впрыском топлива для двигателя внутреннего сгорания, которое непосредственно впрыскивает топливо под давлением из клапана 9 впрыска топлива.0154 10 в цилиндр 3 a и контролирует до целевого давления топлива PFCMD давление топлива PF, которое является давлением топлива, подаваемого на клапан впрыска топлива 10 , устройство управления впрыском топлива, включая: a блок получения целевой нагрузки (блок ECU 2 в соответствии с вариантом осуществления (то же самое относится и к этому разделу), этап 51 на фиг. 9), который получает целевую нагрузку (целевой объем всасываемого воздуха GAIRCMD), который является целевым нагрузки двигателя внутреннего сгорания 3 ; блок установки первого целевого давления топлива (ЭБУ 2 , этап 17 на фиг. 4, фиг. 9), который устанавливает первое целевое давление топлива (целевое давление топлива PFCMD 1 во время раннего сброса давления) на основе полученной целевой нагрузки; блок регистрации фактической нагрузки (датчик расхода воздуха 42 ), который регистрирует фактическую нагрузку (фактический объем всасываемого воздуха GAIRACT) двигателя внутреннего сгорания 3 ; второй блок установки целевого давления топлива (ЭБУ 2 , этап 11 на фиг. 4, фиг. 5) который устанавливает второе целевое давление топлива (целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии) на основе полученной фактической нагрузки; и блок управления давлением топлива (ЭБУ 2 , этапы 18 , 15 и 19 на фиг. 4), который выполняет контроль целевого давления топлива во время замедления (режим раннего сброса давления) для установки более низкого давления. первого целевого давления топлива и второго целевого давления топлива в качестве целевого давления топлива PFCMD при торможении двигателя внутреннего сгорания 3 .

Двигатель внутреннего сгорания, к которому применяется настоящее изобретение, представляет собой двигатель с непосредственным впрыском, который впрыскивает топливо под давлением непосредственно из клапана впрыска топлива в цилиндр. В этом устройстве управления впрыском топлива давление топлива (давление топлива), подаваемое на клапан впрыска топлива, регулируется до целевого давления топлива, и целевое давление топлива устанавливается следующим образом. Сначала получают целевую нагрузку, которая является целевой нагрузкой двигателя внутреннего сгорания, и устанавливают первое целевое давление топлива на основе полученной целевой нагрузки. Кроме того, получают фактическую нагрузку двигателя внутреннего сгорания и устанавливают второе целевое давление топлива на основе полученной фактической нагрузки. Во время замедления двигателя внутреннего сгорания выполняется управление целевым давлением топлива во время замедления для установки в качестве конечного целевого давления топлива более низкого из первого целевого давления топлива и второго целевого давления топлива.

Целевая нагрузка двигателя внутреннего сгорания устанавливается в хорошем ответе на основе рабочего состояния двигателя внутреннего сгорания, тогда как фактическая нагрузка, контролируемая при использовании целевой нагрузки в качестве целевой, изменяется позже, чем целевая нагрузка. Соответственно, во время замедления первое целевое давление топлива, установленное на основе целевой нагрузки, обычно уменьшается быстрее, чем второе целевое давление топлива, установленное на основе фактической нагрузки. В этом случае, согласно настоящему раскрытию, например, целевое давление топлива устанавливается равным более низкому первому целевому давлению топлива, и фактическое давление топлива соответственно быстро уменьшается. Это позволяет предотвратить застревание расхода клапана впрыска на нижнем пределе во время замедления.

Соотношение, согласно которому первое целевое давление топлива выше, чем второе целевое давление топлива, иногда устанавливается на начальном этапе торможения в случае, когда состояние ускорения переключается на замедление в середине ускорения или в случае, когда стационарное отклонение между целевой нагрузкой и фактической нагрузкой, например, из-за ошибки измерения фактической нагрузки. В таком случае, согласно настоящему раскрытию, например, целевое давление топлива устанавливается равным более низкому второму целевому давлению топлива. Это позволяет более быстро уменьшить фактическое давление топлива, чем в случае, когда целевое давление топлива установлено равным первому целевому давлению топлива. Обратите внимание, что «получение», увиденное в «получении целевой нагрузки» и «получении фактической нагрузки» в первом аспекте, включает в себя прямое обнаружение с использованием датчика и оценку или настройку на основе другого типа параметра.

Во втором аспекте устройство управления впрыском топлива в соответствии с первым аспектом дополнительно включает в себя блок определения замедления (ECU 2 , этап 13 на фиг. 4, фиг. 7), который определяет состояние замедления двигателя. двигатель внутреннего сгорания 3 на основе величины уменьшения (значения уменьшения положения акселератора ΔAP) степени открытия педали акселератора (положения акселератора AP) или величины уменьшения требуемого крутящего момента TRQ, требуемого для двигатель внутреннего сгорания 3 , при этом блок управления давлением топлива выполняет целевое управление давлением топлива во время торможения в случае, когда определено, что двигатель внутреннего сгорания 3 находится в состоянии замедления, и устанавливает целевое давление топлива PFCMD на второе целевое значение давление топлива в случае, когда определено, что двигатель внутреннего сгорания 3 не находится в состоянии замедления (этапы 14 , 15 , 18 и 19 на фиг. 4).

В соответствии с этой конфигурацией, в случае, когда определено, что двигатель внутреннего сгорания находится в состоянии замедления, выполняется управление целевым давлением топлива во время замедления, в котором более низкое одно из первого целевого давления топлива и второго целевого давления давление топлива устанавливается как целевое давление топлива. Между тем, в случае, когда определено, что двигатель внутреннего сгорания не находится в состоянии замедления, целевое давление топлива устанавливается равным второму целевому давлению топлива. Второе заданное давление топлива, устанавливаемое исходя из фактической нагрузки двигателя внутреннего сгорания, изменяется плавно и стабильно по сравнению с первым заданным давлением топлива, устанавливаемым исходя из заданной нагрузки. Соответственно, во время работы, отличной от замедления, при которой отсутствует риск возникновения прилипания величины расхода клапана впрыска к нижнему пределу, может выполняться устойчивое управление давлением топлива на основе фактической нагрузки при использовании второго целевого давления топлива в качестве целевое давление топлива.

Кроме того, в соответствии с этой конфигурацией состояние замедления определяется на основе величины уменьшения степени открытия педали акселератора или величины уменьшения требуемого крутящего момента, требуемого для двигателя внутреннего сгорания. В первом случае можно точно определить состояние замедления, прямо отражая намерение водителя снизить скорость. Между тем, в последнем случае состояние замедления может быть определено более точно на основе величины снижения нагрузки двигателя внутреннего сгорания, отражающей снижение нагрузки на вспомогательную машину, снижение крутящего момента во время переключения передач, или т.п. Таким образом, можно более надлежащим образом предотвращать застревание величины потока нагнетательного клапана на нижнем пределе.

В третьем аспекте устройство управления впрыском топлива в соответствии с первым аспектом или вторым аспектом устроено таким образом, что блок управления давлением топлива завершает управление целевым давлением топлива во время замедления и устанавливает целевое давление топлива PFCMD на второе целевое значение топлива. давления в случае, когда первое целевое давление топлива и второе целевое давление топлива совпадают друг с другом во время управления целевым давлением топлива во время торможения и когда прошел заданный период после начала управления целевым давлением топлива во время замедления (этапы 9от 0154 20 до 22 и 15 на РИС. 4, фиг. 12).

В соответствии с этой конфигурацией контроль целевого давления топлива во время торможения завершается, и целевое давление топлива устанавливается равным второму целевому давлению топлива при условии, что первое целевое давление топлива и второе целевое давление топлива соответствуют друг другу во время целевого контроль давления топлива при торможении. В случае, когда операция замедления продолжается в течение длительного периода времени, второе целевое давление топлива, которое уменьшается позже, соответствует первому целевому давлению топлива. Это означает, что ранняя разгерметизация была достигнута при первом целевом давлении топлива. Соответственно, в этом случае управление целевым давлением топлива во время замедления завершается, и целевое давление топлива устанавливается равным второму целевому давлению топлива. Таким образом, можно переключиться на стабильное регулирование давления топлива в зависимости от фактической нагрузки.

Кроме того, в случае, когда повторное ускорение выполняется в середине замедления, первое целевое давление топлива, установленное на основе целевой нагрузки, смещается из состояния, в котором первое целевое давление топлива ниже второго целевого давления топлива. в состояние, в котором первое целевое давление топлива равно второму целевому давлению топлива, а затем в состояние, в котором первое целевое давление топлива выше, чем второе целевое давление топлива, и, таким образом, связь между первым целевым давлением топлива и вторым целевым давлением целевое давление топлива меняется на противоположное. В таком случае, согласно настоящему раскрытию, условие, согласно которому первое целевое давление топлива и второе целевое давление топлива совпадают друг с другом, выполняется в середине обращения зависимости. Соответственно, управление целевым давлением топлива во время замедления завершается, и целевое давление топлива устанавливается равным второму целевому давлению топлива. Таким образом, можно переключиться на стабильное регулирование давления топлива в зависимости от фактической нагрузки.

Кроме того, согласно настоящему раскрытию, управление целевым давлением топлива во время замедления завершается не только при первом условии, что первое целевое давление топлива и второе целевое давление топлива совпадают друг с другом, но также и при втором условии, что заданное период истек после начала регулирования целевого давления топлива во время торможения. Это позволяет с уверенностью избежать ситуации, при которой управление заданным давлением топлива во время торможения завершается мгновенно, когда устанавливается первое условие, в случае, когда первое заданное давление топлива и второе заданное давление топлива не были отклонены. друг от друга еще на начальном этапе регулирования целевого давления топлива во время замедления или в случае, когда взаимосвязь, заключающаяся в том, что первое целевое давление топлива ниже, чем второе целевое давление топлива, устанавливается сразу после переключения на замедление в середине ускорения.

В четвертом аспекте устройство управления впрыском топлива в соответствии с любым из аспектов с первого по третий дополнительно включает в себя первый блок ограничения (защита верхнего предела давления топлива PFLMTGD, ECU 2 , этапы 53 и 55 на фиг. 9), который ограничивает первое целевое давление топлива, так что количество впрыска топлива клапана 10 впрыска топлива, управляемого на основе первого целевого давления топлива, не становится ниже, чем верхний предел объема потока клапан впрыска топлива 10 .

Клапан впрыска топлива с непосредственным впрыском имеет верхний предел периода открытия клапана. Период открытия клапана не может быть больше, чем период открытия клапана верхнего предела, из-за таких ограничений, как время впрыска и период впрыска, особенно в состоянии высокой нагрузки и высокой скорости вращения. Соответственно, в случае, когда фактическое давление топлива снижается больше, чем необходимо, на начальном этапе замедления из-за целевого управления давлением топлива во время замедления, существует вероятность того, что количество впрыскиваемого топлива станет меньше, чем запрошенное количество топлива, т. е. , возникает нехватка топлива (далее это явление упоминается как «залипание величины потока впрыскивающего клапана на верхнем пределе») в состоянии, когда период открытия клапана впрыска топлива установлен равным верхнему предельному периоду открытия клапана.

Между тем, согласно настоящему раскрытию, первое целевое давление топлива ограничивается таким образом, чтобы объем впрыска топлива, регулируемый на основе первого целевого давления топлива, не становился меньше, чем верхний предел объема потока клапана впрыска топлива. . Это позволяет с уверенностью предотвратить застревание величины потока инжекторного клапана на верхнем пределе.

В пятом аспекте устройство управления впрыском топлива в соответствии с любым из аспектов с первого по четвертый дополнительно включает в себя блок определения давления топлива (датчик 9 давления топлива0154 41 ), который определяет давление топлива PF; блок управления с обратной связью (ECU 2 , этап 2 на фиг. 3), который выполняет управление с обратной связью, так что обнаруженное давление PF топлива становится целевым давлением PFCMD топлива; и второй блок ограничения (защита давления топлива PFU/SGD для предотвращения U/S, ECU 2 , этапы 54 и 55 на фиг. 9), который ограничивает первое целевое давление топлива таким образом, что чрезмерное снижение давления топлива PF относительно целевого давления топлива PFCMD, вызванного управлением с обратной связью, избегают.

В соответствии с этой конфигурацией осуществляется управление с обратной связью, так что обнаруженное давление топлива становится целевым давлением топлива, а первое целевое давление топлива ограничивается таким образом, чтобы чрезмерное снижение давления топлива относительно целевого давления топлива посредством управления с обратной связью предотвращается. Это позволяет избежать чрезмерного снижения (недорегулирования) фактического давления топлива по отношению к целевому давлению топлива при управлении с обратной связью и чрезмерного увеличения (выброса), которое происходит в ответ на недорегулирование, особенно на начальном этапе замедления. Следовательно, можно осуществлять стабильное управление с обратной связью. В приведенном выше пояснении примерного варианта осуществления конкретные элементы с их ссылочными номерами указаны с использованием скобок. Эти конкретные элементы представлены просто как примеры для облегчения понимания и, таким образом, не должны интерпретироваться как какое-либо ограничение прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Преимущества раскрытия станут очевидными из следующего описания в сочетании со следующими чертежами.

РИС. 1 схематически показано устройство управления впрыском топлива согласно варианту осуществления вместе с двигателем внутреннего сгорания.

РИС. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую устройство управления впрыском топлива.

РИС. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую основной поток процесса управления давлением топлива.

РИС. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процесс установки целевого давления топлива в процессе управления давлением топлива.

РИС. 5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процесс вычисления целевого давления топлива во время нормального состояния в процессе установки целевого давления топлива.

РИС. 6 иллюстрирует карту целевого давления топлива, используемую для вычисления целевого давления топлива в нормальном состоянии, базового целевого давления топлива и т.п.

РИС. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процесс определения условия для запуска режима раннего сброса давления в процессе установки целевого давления топлива.

РИС. 8 иллюстрирует карту значений оценки, используемую в процессе определения условия для запуска режима раннего сброса давления.

РИС. 9 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процесс вычисления целевого давления топлива во время раннего сброса давления в процессе установки целевого давления топлива.

РИС. 10 иллюстрирует карту давления топлива для защиты верхнего предела, используемую в процессе вычисления целевого давления топлива во время ранней разгерметизации.

РИС. 11 иллюстрирует карту давления топлива в системе предотвращения U/S, используемую в процессе вычисления целевого давления топлива во время ранней разгерметизации.

РИС. 12 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процесс определения условия окончания режима раннего сброса давления в процессе установки целевого давления топлива.

РИС. 13A-13C представляют собой временные диаграммы, иллюстрирующие пример работы, получаемой посредством управления давлением топлива согласно варианту осуществления.

РИС. 14A-14C представляют собой временные диаграммы, иллюстрирующие другой пример работы, получаемой посредством управления давлением топлива согласно варианту осуществления.

РИС. 15A-15C представляют собой временные диаграммы, иллюстрирующие другой пример работы, получаемой посредством управления давлением топлива согласно варианту осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Предпочтительный вариант осуществления подробно описан ниже со ссылкой на чертежи. Как показано на фиг. 1 и 2, устройство 1 управления впрыском топлива, к которому применяется настоящее раскрытие, включает в себя электронный блок управления (ECU) 2 и выполняет различные виды процессов управления, включая управление впрыском топлива двигателя внутреннего сгорания (далее упоминается как «двигатель») 3 .

Двигатель 3 представляет собой, например, бензиновый двигатель с четырьмя цилиндрами 3 a (показан только один цилиндр 3 a ) и установлен в качестве источника энергии в транспортном средстве (не проиллюстрировано). Впускная труба 4 и выпускная труба 5 соединены с каждым цилиндром 3 и , а впускной клапан 6 и выпускной клапан 7 , предусмотренные на впускном и выпускном отверстиях, приводятся в действие. впускным распределительным валом 8 и выпускной распредвал 9 соответственно.

Клапан впрыска топлива (далее «форсунка») 10 расположен в центре головки блока цилиндров 3 b каждого цилиндра 3 a и свеча зажигания

554 11

прикрепляется рядом с форсункой 10 таким образом, чтобы форсунка 10 и свеча зажигания 11 были обращены к камере сгорания 3 C. То есть двигатель 3 представляет собой двигатель с непосредственным впрыском, который впрыскивает топливо непосредственно из форсунки 10 в камеру сгорания 3 C цилиндра 3 a . Открытие-закрытие форсунки 10 и момент зажигания свечи зажигания 11 контролируются ЭБУ 2 .

Каждая форсунка 10 соединена с топливным баком 14 через короткую трубку подачи топлива 10 a , напорная трубка 12 и трубка подачи топлива 13 . Насос низкого давления 15 установлен в самом верхнем положении топливопровода 13 , а насос высокого давления 16 установлен в середине топливопровода 13 .

Насос низкого давления 15 с электрическим приводом нагнетает топливо в топливный бак 14 под заданным низким давлением, а затем подает топливо к насосу высокого давления 16 сбоку через трубку подачи топлива 13 под управлением ЭБУ 2 .

Насос высокого давления 16 представляет собой механический привод, который приводится в действие приводом насоса (не показан), который составляет одно целое с распределительным валом выпускных клапанов 9 , а насос высокого давления 16 дополнительно нагнетает давление топливо подается от насоса низкого давления 15 под высоким давлением, а затем выбрасывает топливо в сторону нагнетательного трубопровода 12 через топливоподающий трубопровод 13 . Топливо под высоким давлением, накопленное в нагнетательной трубке 12 , подается к форсунке 10 через короткую трубку подачи топлива 10 a , а затем впрыскивается в камеру сгорания 3 C путем открытия форсунки. 10 .

Насос высокого давления 16 включает предохранительный клапан 16 a (см. рис. 2). Клапан контроля разлива 16 a представляет собой электромагнитный клапан и управляет разливом для подачи топлива в насос высокого давления 16 для обратного потока на сторону низкого давления. Более конкретно, количество пролитого топлива регулируется путем управления моментом закрытия клапана 16 и контроля пролива с помощью ЭБУ 2 и, таким образом, количеством выброса топлива в нагнетательный трубопровод 12 и давление топлива (далее «давление топлива») PF в нагнетательном трубопроводе 12 контролируются.

В зависимости от комплектации количество впрыска топлива форсунки 10 контролируется в соответствии с периодом открытия форсунки 10 , управляемой ЭБУ 2 и давлением топлива PF. Давление топлива PF, накопленное в напорной трубе 12 , не может регулироваться в сторону более низкого давления, если только топливо не впрыскивается из форсунки 10 . Датчик 41 давления топлива, который определяет давление топлива PF, установлен в нагнетательной трубе 12 , а сигнал обнаружения, указывающий давление топлива PF, подается в ECU 9.0154 2 .

Дроссельный клапан 21 установлен во впускной трубе 4 , а дроссельный клапан 21 соединен с приводом TH 22 . Степень открытия дроссельной заслонки 21 контролируется ЭБУ 2 через привод ТН 22 , а количество всасываемого воздуха GAIR, подаваемого в камеру сгорания 3 c через дроссельную заслонку 21 управляется. Датчик расхода воздуха 42 , который определяет количество всасываемого воздуха, GAIR расположен на входной стороне впускной трубы 4 относительно дроссельной заслонки 21 , и сигнал обнаружения, указывающий на количество всасываемого воздуха, GAIR подается на ECU 2 . Далее количество всасываемого воздуха GAIR, определяемое датчиком расхода воздуха 42 , называется «фактическое количество всасываемого воздуха GAIRACT», чтобы его можно было отличить от целевого количества всасываемого воздуха GAIRCMD, которое будет описано позже.

Коленчатый вал 3 d двигателя 3 снабжен датчиком угла поворота коленчатого вала 43 . Датчик 43 угла поворота коленчатого вала подает на ЭБУ 2 сигнал CRK, который представляет собой импульсный сигнал в соответствии с вращением коленчатого вала 3 d для каждого заданного угла поворота коленчатого вала (например, 30°). ECU 2 вычисляет скорость вращения (далее именуемую «частота вращения двигателя») NE двигателя 3 на основе сигнала CRK.

Кроме того, как показано на РИС. 2, ECU 2 получает от датчика 44 положения акселератора сигнал обнаружения, указывающий положение AP акселератора, которое представляет собой величину нажатия на педаль акселератора (не показана) транспортного средства, и получает от водного датчик температуры 45 , сигнал обнаружения, указывающий температуру (далее именуемую «температура воды в двигателе») TW охлаждающей воды для охлаждения корпуса двигателя 3 .

ECU 2 представляет собой микрокомпьютер, состоящий из ЦП, ОЗУ, ПЗУ, интерфейса ввода/вывода (каждый из которых не показан) и т.п. ЭБУ 2 выполняет различные виды управления двигателем, такие как управление впрыском топлива форсунки 10 , управление опережением зажигания свечи зажигания 11 и управление количеством всасываемого воздуха дроссельной заслонки 21 , например, в соответствии с программой управления, хранящейся в ПЗУ, например, в ответ на сигналы обнаружения, поступающие от вышеупомянутых различных видов датчиков 41 до 45 .

В частности, в настоящем варианте осуществления ECU 2 выполняет управление давлением топлива для установки целевого давления топлива PFCMD и регулирования давления топлива PF до целевого давления топлива PFCMD. В настоящем варианте осуществления ECU 2 соответствует блоку получения целевой нагрузки, первому блоку задания целевого давления топлива, второму блоку задания целевого давления топлива, блоку управления давлением топлива, блоку определения замедления, первому блоку ограничения, блок управления с обратной связью и второй блок ограничения.

РИС. 3 иллюстрирует основной поток процесса управления давлением топлива. Этот процесс повторяется в заданном цикле. В этом процессе сначала выполняется процесс установки целевого давления топлива на этапе 1 (проиллюстрирован как «S 1 », то же самое относится к следующим этапам). Этот процесс предназначен для установки целевого давления топлива PFCMD, которое является целевым значением давления топлива PF, например, в соответствии с фактическим количеством всасываемого воздуха GAIRACT или целевым количеством всасываемого воздуха GAIRCMD, и подробности этого процесса будут описаны ниже. потом.

Затем выполняется процесс управления давлением топлива с обратной связью (этап 2 ), и процесс управления давлением топлива завершается. В этом процессе осуществляется управление с обратной связью через насос высокого давления 16 , так что давление топлива PF, определенное датчиком давления топлива 41 , становится заданным целевым давлением топлива PFCMD.

РИС. 4 иллюстрирует основной поток процесса установки целевого давления топлива. Процесс установки целевого давления топлива включает в себя режим раннего сброса давления для раннего сброса давления топлива PF, особенно во время замедления двигателя 9.0154 3 . В настоящем варианте осуществления режим раннего сброса давления соответствует целевому управлению давлением топлива во время замедления согласно настоящему раскрытию.

В этом процессе сначала на этапе 11 вычисляется (устанавливается) целевое давление топлива PFCMD 2 во время нормального состояния. Целевое давление топлива PFCMD 2 при нормальном состоянии используется в качестве целевого давления топлива PFCMD при нормальной работе двигателя 3 , отличной от режима раннего сброса давления. Кроме того, целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии используется для определения целевого давления топлива PFCMD в режиме раннего сброса давления путем сравнения с целевым давлением топлива PFCMD 1 во время раннего сброса давления, как описано ниже.

Целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии рассчитывается на этапе 31 процесса расчета, показанного на фиг. 5. В частности, значение карты PFCMD ищется в соответствии со скоростью вращения двигателя NE, фактическим количеством всасываемого воздуха GAIRACT, которое представляет собой количество всасываемого воздуха GAIR, и температурой TW водяного пара двигателя, которые были обнаружены с помощью целевого значения. карта давления топлива, показанная на фиг. 6, а значение карты PFCMD рассчитывается как целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии. Таким образом, целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном режиме устанавливается на основе фактического количества всасываемого воздуха GAIRACT.

См. РИС. 4 снова. На этапе 12 , который следует за этапом 11 , определяется, равен ли флаг режима раннего сброса давления F_DP «1». В случае НЕТ на этапе 12 , то есть во время состояния, отличного от режима раннего сброса давления, выполняется этап 13 , на котором выполняется процесс определения условия для запуска режима раннего сброса давления.

РИС. 7 иллюстрирует подпрограмму процесса. В этом процессе сначала, на этапе 41 , вычисляется разница между предыдущим значением AP(n-1) и текущим значением AP(n) обнаруженного положения акселератора как величина ΔAP уменьшения положения акселератора. Затем вычисляется оценочное значение APJUD путем поиска карты оценочных значений, показанной на фиг. 8 в соответствии с частотой вращения двигателя NE и фактическим количеством всасываемого воздуха GAIRACT (шаг 42 ).

Затем определяется, превышает ли величина ΔAP уменьшения положения акселератора оценочное значение APJUD (этап 43 ). В случае НЕТ на шаге 43 , т. е. в случае, когда ΔAP равно или меньше, чем APJUD, скорость снижения нагрузки двигателя 3 низкая, и отсутствует риск возникновения заедание расхода инжекторного клапана на нижнем пределе. Таким образом, установлено, что условие запуска режима ранней разгерметизации не установлено. Соответственно, флаг условия запуска режима раннего сброса давления F_DPSTRT устанавливается в «0» (шаг 9).0154 44 ), и этот процесс завершен.

При этом в случае ДА на шаге 43 , т. е. в случае, когда ΔAP больше APJUD, скорость снижения нагрузки двигателя 3 высока, и существует риск возникновения заедания расхода инжекторного клапана на нижнем пределе. Таким образом, установлено, что условие для запуска режима ранней разгерметизации установлено. Соответственно, флаг состояния запуска режима раннего сброса давления F_DPSTRT устанавливается в «1» (Шаг 45 ), и этот процесс завершен.

См. РИС. 4 снова. На этапе 14 , который следует за этапом 13 , определяется, равно ли условие запуска режима раннего сброса давления F_DPSTRT «1». В случае НЕТ на этапе 14 , т. е. в случае, когда условие для запуска режима раннего сброса давления не было установлено, целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии, рассчитанное на этапе 11 , равно установить в качестве целевого давления топлива PFCMD (Шаг 15 ), и этот процесс завершен.

В случае ДА на шаге 14 , т. е. в случае, когда установлено условие запуска режима раннего сброса давления, определяется, что режим раннего сброса давления запущен, и флаг режима раннего сброса давления F_DP установлено значение «1» (Шаг 16 ). Затем на шаге 17 9 выполняется процесс расчета целевого давления топлива PFCMD 1 в режиме раннего сброса давления.0155 .

РИС. 9 иллюстрирует подпрограмму процесса. В этом процессе сначала на этапе 51 вычисляется целевое количество всасываемого воздуха GAIRCMD. В частности, целевое количество всасываемого воздуха GAIRCMD вычисляется путем поиска на заданной карте (не показана) в соответствии со скоростью вращения двигателя NE и запрошенным крутящим моментом TRQ, запрошенным для двигателя 3 . Запрошенный крутящий момент TRQ вычисляется таким образом, чтобы он был почти пропорционален положению AP акселератора в соответствии со скоростью NE вращения двигателя и положением AP акселератора путем поиска по заданной карте (не показана).

Затем вычисляется (задается) базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS, которое является базовым значением целевого давления топлива PFCMD 1 во время раннего сброса давления (этап 52 ). В частности, значение карты PFCMD ищется в соответствии со скоростью NE вращения двигателя, целевым количеством всасываемого воздуха GAIRCMD, которое представляет собой количество всасываемого воздуха GAIR, и температурой TW водяного пара двигателя с использованием карты целевого давления топлива на фиг. 6, а значение карты PFCMD рассчитывается как базовое целевое давление топлива PFCMD 1 БС.

Как описано выше, целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии рассчитывается на основе фактического количества всасываемого воздуха GAIRACT, тогда как базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS рассчитывается на основе целевое количество всасываемого воздуха GAIRCMD, а также целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии и базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS рассчитываются с использованием карты целевого давления топлива на фиг. 6.

Затем вычисляется верхний предел давления топлива PFLMTGD (этап 53 ). Защитный верхний предел давления топлива PFMTGD соответствует верхнему пределу давления топлива (далее именуемого «верхний предел давления топлива»), который соответствует верхнему предельному расходу во время возникновения заедания расхода инжекторного клапана до верхнего предела. предел. То есть, когда давление PF топлива становится ниже верхнего предельного предохранительного давления топлива PFLMTGD, происходит прилипание величины потока инжекционного клапана к верхнему пределу. Защитное давление топлива верхнего предела PFMTGD вычисляется путем поиска карты давления топлива защитного верхнего предела, показанной на фиг. 10 в соответствии со скоростью вращения двигателя NE, фактическим количеством всасываемого воздуха GAIRACT и температурой TW водяного пара двигателя.

Затем вычисляется давление топлива PFU/SGD для защиты от U/S (этап 54 ). Когда целевое давление топлива PFCMD становится ниже давления топлива PFU/SGD предохранителя U/S, возникает недорегулирование (U/S), т. е. давление топлива PF с обратной связью, управляемое в соответствии с целевым давлением топлива PFCMD, чрезмерно уменьшается по сравнению с целевое давление топлива PFCMD. Давление топлива PFU/SGD в системе предотвращения U/S вычисляется путем поиска карты давления топлива в системе предотвращения U/S, показанной на фиг. 11 в соответствии со скоростью вращения двигателя NE, фактическим количеством всасываемого воздуха GAIRACT и температурой TW водяного пара двигателя.

Далее, максимальное значение из основного целевого давления топлива PFCMD 1 BS, верхнего предела давления топлива PFMTGD и давления топлива PFU/SGD, рассчитанного на шагах 52 — 54 , равно рассчитывается как целевое давление топлива PFCMD 1 во время раннего сброса давления (этап 55 ), и этот процесс завершается.

В соответствии с этапом 55 , в случае, если базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS является самым высоким среди трех параметров давления топлива, базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS устанавливается как целевое давление топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации. В случае, когда верхний предел давления топлива PFCMD 1 предохранителя является самым высоким, целевое давление топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации ограничивается верхним пределом давления топлива PFMTGD. В случае, когда давление топлива PFU/SGD защиты предотвращения U/S является самым высоким, целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации ограничивается предохранителем U/S предохранителем давления топлива PFU/SGD.

См. РИС. 4 снова. На этапе 18 , который следует за этапом 17 , определяется, является ли целевое давление топлива PFCMD 1 во время раннего сброса давления, рассчитанное на этапе 17 , ниже целевого давления топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии. . В случае НЕТ на шаге 18 , в случае, когда PFCMD 1 равен или превышает PFCMD 2 , выполняется этап 15 , на котором целевое давление топлива PFCMD устанавливается равным целевому давлению топлива PFCMD 2 во время нормального состояния.

Между тем, в случае ДА на этапе 18 , т. е. в случае, когда PFCMD 1 ниже, чем PFCMD 2 , целевое давление топлива PFCMD устанавливается равным целевому давлению топлива PFCMD 1 во время ранний сброс давления (этап 19 ), и этот процесс завершен. Как описано выше, в режиме ранней разгерметизации более низкое из значений целевого давления топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации и целевом давлении топлива PFCMD 2 при нормальном состоянии устанавливается как целевое давление топлива PFCMD.

При запуске режима раннего сброса давления результатом шага 12 является ДА, как описано выше. В этом случае выполняется этап 20 , на котором выполняется процесс определения условия окончания режима раннего сброса давления.

РИС. 12 иллюстрирует подпрограмму процесса. В этом процессе сначала на шаге 61 определяется, истек ли заданный период после запуска режима раннего сброса давления. В случае НЕТ на этапе 61 выполняется этап 62 , на котором определяется, находится ли двигатель 3 в режиме отключения подачи топлива (F/C), при котором подача топлива прекращается. В случае НЕТ на шаге 62 , т. е. в случае, когда двигатель 3 не находится в режиме отсечки топлива, определяется, что условие окончания режима ранней разгерметизации не установлено, досрочная разгерметизация флаг условия окончания режима F_DPEND установлен в «0» (Шаг 63 ), и этот процесс завершен.

Между тем, в случае ДА на шаге 62 , т. е. в случае, когда двигатель 3 перешел в режим отключения подачи топлива во время замедления, определяется, что условие окончания режима раннего сброса давления было выполнено. установлен, флаг условия завершения режима раннего сброса давления F_DPEND устанавливается в «1» (этап 64 ), и этот процесс завершается. Причина, по которой режим ранней разгерметизации завершается в соответствии с переходом на режим отсечки топлива, заключается в том, что впрыск топлива из форсунки 10 останавливается во время операции отсечки топлива, а насос высокого давления 16 сконфигурирован таким образом, что управление снижением давления топлива PF невозможно без впрыска топлива.

Между тем, в случае ДА на шаге 61 , т. е. в случае, когда заданный период истек после начала режима раннего сброса давления, пороговое значение PFCMD 1 л на стороне низкого давления и высокое — пороговое значение стороны нагнетания PFCMD 1 H рассчитываются на этапах 65 и 66 соответственно. Пороговые значения стороны низкого давления/стороны высокого давления PFCMD 1 L/H определяют ширину стационарного отклонения между целевым давлением топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии и целевым давлением топлива PFCMD 1 в начале разгерметизация, которая может возникнуть из-за стационарной ошибки между фактическим количеством всасываемого воздуха GAIRACT и заданным количеством всасываемого воздуха GAIRCMD, что вызвано, например, ошибкой обнаружения датчика давления топлива 41 .

В частности, пороговое значение PFCMD 1 L на стороне низкого давления вычисляется путем поиска карты целевого давления топлива на фиг. 6, используя в качестве значения GAIR значение (=GAIRCMD-ΔGAIRAC), полученное путем вычитания заданного значения ΔGAIRAC, указывающего стационарную ошибку, из целевого количества всасываемого воздуха GAIRCMD. Аналогично, пороговое значение PFCMD 1 H стороны высокого давления вычисляется путем поиска карты целевого давления топлива на фиг. 6, используя в качестве значения GAIR значение (=GAIRCMD+ΔGAIRAC), полученное путем добавления заданного значения ΔGAIRAC к целевому количеству всасываемого воздуха GAIRCMD.

Затем определяется, находится ли целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии в диапазоне, определяемом пороговыми значениями стороны низкого давления/стороны высокого давления PFCMD 1 л/ч (этап 67 ). В случае ДА на шаге 67 целевое давление топлива PFCMD 1 во время раннего сброса давления и целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии считаются соответствующими друг другу даже с учетом стационарного отклонения между целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации и целевом давлении топлива PFCMD 2 при нормальном состоянии определяется, что условие окончания режима ранней разгерметизации установлено, и выполняется Шаг 64 .

Между тем, в случае НЕТ на этапе 67 , т. е. в случае, когда целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии не находится в диапазоне, определяемом стороной низкого давления/стороной высокого давления пороговые значения PFCMD 1 л/ч определяется, что целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации и целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии не соответствуют друг другу, а Шаг 62 и последующие шаги являются выполняется, в котором определяется, установлено ли условие окончания режима раннего сброса давления в соответствии с тем, находится ли двигатель 3 в режиме отключения подачи топлива.

Далее со ссылкой на фиг. с 13 по 15 . ИНЖИР. 13 показан пример базовой операции, в которой базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS устанавливается в качестве целевого давления топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации без ограничения верхним пределом давления топлива PFLMTGD и U /S защита от давления топлива PFU/SGD.

Как показано на РИС. 13A, когда положение AP акселератора уменьшается из-за отпускания педали акселератора и двигатель 3 переключается в режим замедления, устанавливается условие для запуска режима раннего сброса давления, и начинается режим раннего сброса давления. Целевое количество всасываемого воздуха GAIRCMD, установленное в соответствии с положением AP акселератора, быстро уменьшается в ответ на положение AP акселератора (фиг. 13B), и базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS, рассчитанный на основе целевого количества всасываемого воздуха GAIRCMD, также быстро уменьшается (фиг. 13C).

Между тем, фактическое количество всасываемого воздуха GAIRACT, которое контролируется при использовании целевого количества всасываемого воздуха GAIRCMD в качестве целевого, постепенно уменьшается с относительно большой задержкой от целевого количества всасываемого воздуха GAIRCMD и целевого давления топлива PFCMD 2 во время нормального состояния, рассчитанного на основе фактического количества всасываемого воздуха GAIRACT, также постепенно уменьшается (фиг. 13В и 13С). Пунктирная линия на фиг. 13C указывает нижнее предельное значение давления топлива (далее именуемое «нижнее предельное давление топлива») PFLMTL, при котором происходит прилипание величины потока инжекционного клапана к нижнему пределу.

Согласно приведенному выше соотношению, в случае, когда базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS (= целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации) ниже целевого давления топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии устанавливается, и в результате этапа 18 на фиг. 4 является ДА, базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS устанавливается в качестве целевого давления топлива PFCMD. В результате, как показано на фиг. 13C, фактическое давление топлива (далее именуемое «первое фактическое давление топлива PFACT 1 ”) с обратной связью при использовании базового целевого давления топлива PFCMD 1 BS в качестве целевого быстро снижается и ниже нижнего предела давления топлива PFLMTL даже в конечной фазе торможения. Это предотвращает застревание величины потока инжекционного клапана на нижнем пределе.

РИС. 13C иллюстрирует в качестве сравнительного примера фактическое давление топлива (далее именуемое «второе фактическое давление топлива PFACT 2 »), полученное в случае, когда целевое давление топлива PFCMD установлено равным целевому давлению топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии. В этом случае второе фактическое давление топлива PFACT 2 снижается более плавно, чем первое фактическое давление топлива PFACT 1 , и превышает нижний предел давления топлива PFLMTL на конечном этапе торможения. В результате происходит заедание величины расхода инжекторного клапана на нижнем пределе.

РИС. 14 иллюстрирует пример работы, выполняемой в случае, когда целевое давление топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации ограничено верхним предельным защитным давлением топлива PFMTGD. Верхнее предельное давление топлива PFMTGD обозначено тонкой пунктирной линией в левой части фиг. 14С.

В этом примере в начальный период (от t 1 до t 3 ) замедления устанавливается взаимосвязь, согласно которой базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS ниже верхнего предела защитного давления топлива PFMTGD, и в других интервалах устанавливается обратная зависимость. В соответствии с этими взаимосвязями и процессом на этапах , 55, на фиг. 9, целевое давление топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации устанавливается равным верхнему предельному защитному давлению топлива PFMTGD в начальном интервале, как показано на фиг. 14С. При этом в остальных интервалах целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации устанавливается в базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS, а базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS устанавливается в качестве целевого давления топлива PFCMD, поскольку оно является базовым целевым давлением топлива PFCMD 1 BS ниже целевого давления топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии.

В результате фактическое давление топлива PFACT, управляемое с обратной связью при использовании целевого давления топлива PFCMD в качестве целевого, постепенно снижается, не становясь ниже верхнего предельного давления топлива PFMTGD на начальном этапе торможения. Это предотвращает застревание величины потока инжекторного клапана на верхнем пределе.

На фиг. 14C показано первое фактическое давление топлива PFACT 1 , полученное в случае, когда базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS установлено в качестве целевого давления топлива PFCMD, поскольку оно не ограничено верхним пределом защитного давления топлива PFLMTGD. толстой пунктирной линией в качестве сравнительного примера. При этом на начальном этапе торможения первое фактическое давление топлива PFACT 1 быстро уменьшается, что соответствует базовому целевому давлению топлива PFCMD 1 БС и ниже верхнего предела ограждения давления топлива PFLMTGD (от t 2 до t 3 ). В результате происходит заедание величины расхода инжекторного клапана на верхнем пределе.

РИС. 15 иллюстрирует пример работы, выполняемой в случае, когда целевое давление топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации ограничено давлением топлива PFU/SGD защиты предотвращения U/S. Давление топлива PFU/SGD предохранителя U/S показано тонкой пунктирной линией в левой части фиг. 15С.

В данном примере в начальном интервале торможения устанавливается зависимость, что базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS ниже давления топлива предохранителя U/S PFU/SGD, а в остальных устанавливается обратная зависимость интервалы. В соответствии с этими взаимосвязями и процессом на этапах , 55, на фиг. 9, целевое давление топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации устанавливается равным давлению топлива PFU/SGD защиты от U/S в начальном интервале, как показано на фиг. 15С. Между тем, в другом интервале целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации устанавливается на базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS, а целевое давление топлива PFCMD 1 BS устанавливается на целевое давление топлива PFCMD, как это было с момента целевого давления топлива PFCMD 1 BS ниже целевого давления топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии.

В результате фактическое давление топлива PFACT, управляемое с обратной связью при использовании целевого давления топлива PFCMD в качестве целевого, не снижается чрезмерно (не проявляет занижения) по отношению к целевому давлению топлива PFCMD и уменьшается при следовании целевому топливу. напорная ПФКМД скважина.

На фиг. 15C, первое фактическое давление топлива PFACT 1 , полученное в случае, когда базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS используется в качестве целевого давления топлива PFCMD, как оно есть, без ограничений по давлению топлива PFU с защитой от U/S. /SGD обозначен жирной пунктирной линией в качестве сравнительного примера. В этом случае первое фактическое давление топлива PFACT 1 , которое хорошо следует базовому целевому давлению топлива PFCMD 1 BS, демонстрирует недорегулирование и чрезмерное увеличение (перерегулирование) в качестве реакции на недорегулирование на начальном этапе замедление. Кроме того, первое фактическое давление топлива PFACT 1 превышает нижний предел давления топлива PFLMTL на конечном этапе торможения. В результате происходит заедание величины расхода инжекторного клапана на нижнем пределе.

Как описано выше, согласно настоящему варианту осуществления, целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации рассчитывается на основе целевого количества всасываемого воздуха GAIRCMD, целевое давление топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии равно рассчитывается исходя из фактического количества всасываемого воздуха GAIRACT и меньшего из целевого давления топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации и целевом давлении топлива PFCMD 2 устанавливается как конечное целевое давление топлива PFCMD при торможении двигателя 3 . В результате в нормальном состоянии замедления целевое давление топлива PFCMD устанавливается равным более низкому целевому давлению топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации, и фактическое давление PF топлива быстро уменьшается соответственно. Это позволяет предотвратить застревание расхода клапана впрыска на нижнем пределе во время замедления.

Кроме того, в случае, когда замедление выполняется в середине ускоренного состояния или в случае, когда имеется стационарное отклонение между заданным количеством всасываемого воздуха GAIRCMD и фактическим количеством всасываемого воздуха GAIRACT, например, из-за ошибка обнаружения датчика расхода воздуха 42 , целевое давление топлива PFCMD устанавливается равным целевому давлению топлива PFCMD 2 во время нормального состояния, когда отношение к целевому давлению топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации выше целевого давления топлива PFCMD 2 при нормальном состоянии устанавливается на начальном этапе торможения. Следовательно, можно более быстро уменьшить фактическое давление топлива PF.

Кроме того, в случае, когда определено, что двигатель 3 не находится в состоянии замедления, целевое давление топлива PFCMD устанавливается равным целевому давлению топлива PFCMD 2 во время нормального состояния. Это позволяет выполнять стабильное управление давлением топлива на основе фактического количества всасываемого воздуха GAIRACT при использовании стабильного целевого давления топлива PFCMD 9.0154 2 при нормальном состоянии в качестве целевого давления топлива PFCMD при работе, отличной от торможения, при которой отсутствует риск возникновения заедания форсунки на величину расхода до нижнего предела. Кроме того, поскольку состояние замедления определяется на основе величины ΔAP уменьшения положения акселератора, процесс определения может выполняться точно, при этом непосредственно отражая намерение водителя снизить скорость.

Кроме того, в случае, когда целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации и целевом давлении топлива PFCMD 2 при нормальном состоянии совпадают друг с другом в режиме ранней разгерметизации, режим ранней разгерметизации завершен, и целевое давление топлива PFCMD устанавливается равным целевому давлению топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии. Это позволяет закончить режим ранней разгерметизации в нужный момент времени в случае, когда досрочная разгерметизация осуществляется по целевому давлению топлива PFCMD 1 при преждевременной разгерметизации в результате продолжения операции торможения или в случае, когда повторное ускорение выполняется в середине торможения. Кроме того, поскольку целевое давление топлива PFCMD устанавливается равным целевому давлению топлива PFCMD 2 в нормальном состоянии после завершения режима ранней разгерметизации, можно переключиться на стабильное управление давлением топлива на основе фактического количества всасываемого воздуха GAIRACT. .

Кроме того, режим ранней разгерметизации завершается не только при первом условии, что целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации и целевое давление топлива PFCMD 2 при нормальном состоянии совпадают, но также и при втором условии, что после запуска режима ранней разгерметизации прошел заданный период времени. Это позволяет с уверенностью избежать ситуации, когда режим ранней разгерметизации завершается моментально при установлении первого условия, в случае, когда целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации и целевое давление топлива PFCMD 2 при нормальном состоянии еще не отклонились друг от друга в начальной стадии режима ранней разгерметизации или в случае, когда зависимость целевого давления топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации ниже целевого давления топлива PFCMD 2 во время нормального состояния устанавливается сразу после переключения на замедление в середине разгона.

Кроме того, применив верхний предел давления топлива PFMTGD к целевому давлению топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации и, таким образом, ограничивая целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации, можно с уверенностью избежать заедания расхода форсунки на верхнем пределе. Кроме того, применяя предохранительное давление топлива PFU/SGD для предотвращения U/S к целевому давлению топлива PFCMD 1 во время раннего сброса давления и, таким образом, ограничивая целевое давление топлива PFCMD 1 во время раннего сброса давления, можно избежать недорегулирования и перерегулирования. это происходит в ответ на недорегулирование в случае, когда давление топлива PF регулируется по обратной связи до целевого давления топлива PFCMD, что позволяет выполнять стабильное управление с обратной связью.

Настоящее раскрытие не ограничено описанным выше вариантом осуществления и может быть изменено различными способами. Например, хотя количество всасываемого воздуха GAIR используется в качестве нагрузки двигателя 3 в варианте осуществления, настоящее раскрытие не ограничивается этим и любыми другими соответствующими параметрами, указывающими на нагрузку, такими как требуемый крутящий момент. Можно использовать TRQ, положение акселератора AP, давление на впуске или степень открытия дроссельной заслонки 21 .

Кроме того, хотя условие для запуска режима раннего сброса давления определяется на основе величины уменьшения положения акселератора ΔAP в варианте осуществления, условие для запуска режима раннего сброса давления может быть определено на основе величины снижения другого параметра нагрузки двигателя 3 , например, на основе величины снижения требуемого крутящего момента TRQ. В этом случае можно более точно определить состояние замедления на основе величины уменьшения нагрузки двигателя 9.0154 3 , отражая снижение нагрузки на вспомогательную машину, снижение крутящего момента во время переключения передач и т.п., тем самым делая возможным более правильное предотвращение прилипания величины потока впрыскивающего клапана к нижнему пределу.

В варианте осуществления целевое давление топлива PFCMD 1 во время ранней разгерметизации ограничивается защитным устройством с помощью предохранителя U/S предохранителя давления топлива PFU/SGD для предотвращения недорегулирования в управлении с обратной связью. Такое недорегулирование в основном происходит, когда целевое давление топлива PFCMD быстро уменьшается, а фактическое давление PF топлива точно соответствует целевому давлению топлива PFCMD. Соответственно, целевое давление топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации может быть ограничен за счет уменьшения скорости снижения заданного давления топлива PFCMD 1 при ранней разгерметизации.

Кроме того, хотя базовое целевое давление топлива PFCMD 1 BS и целевое давление топлива PFCMD 2 во время нормального состояния рассчитываются с использованием общей карты целевого давления топлива в варианте осуществления, карты, которые отличаются входом-выходом отношение может быть создано и использовано для базового целевого давления топлива PFCMD 1 BS и целевое давление топлива PFCMD 2 при нормальном состоянии соответственно. Кроме того, хотя температура TW воды в двигателе используется в качестве входного температурного параметра для карты целевого давления топлива в варианте осуществления, также возможно использовать любой из соответствующих температурных параметров, таких как температура топлива.

Кроме того, хотя вариант осуществления является примером, в котором настоящее раскрытие применяется к бензиновому двигателю с непосредственным впрыском для транспортного средства, настоящее раскрытие не ограничивается этим и может быть применено к дизельному двигателю или может быть применено к двигатель для судового движителя, такой как подвесной двигатель, в котором коленчатый вал расположен вертикально, или любой другой промышленный двигатель внутреннего сгорания. Кроме того, детали конфигурации могут быть изменены соответствующим образом в рамках объема настоящего раскрытия. Хотя конкретная форма осуществления была описана выше и проиллюстрирована на прилагаемых чертежах для более ясного понимания, приведенное выше описание сделано в качестве примера, а не как ограничение объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения. Объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения. Различные модификации, очевидные для специалиста в данной области техники, могут быть выполнены без отклонения от объема изобретения. Прилагаемая формула изобретения распространяется на такие модификации.

Не сбрасывайте со счетов двигатель внутреннего сгорания для грузовых автомобилей — Fuel Smarts

Новое поколение технологий двигателей внутреннего сгорания, таких как гибрид Hyliion, работающий на природном газе и электричестве, призвано трансформировать стремление грузовых автомобилей к сокращению выбросов углерода.

Фото: Hyliion

За последние несколько лет производители грузовиков и двигателей вызвали много шума вокруг разработки трансмиссий с нулевым уровнем выбросов для достижения целей в области климата и устойчивого развития. Традиционные OEM-производители и технологические стартапы в стране и за рубежом теперь предлагают силовые агрегаты с аккумуляторной батареей, чтобы обеспечить коммерческий парк жизнеспособной альтернативой грузовикам с дизельным и бензиновым двигателем, и многие из них уже разрабатывают электрические силовые агрегаты на водородных топливных элементах. Что ж.

О проверенном временем двигателе внутреннего сгорания практически не упоминалось. Некоторые производители грузовиков объявили, что они переводят свои инвестиции в исследования и разработки с ДВС на ZEV. Если ДВС вообще упоминались, то обычно это означало, что дизельные и бензиновые двигатели будут оставаться важными в грузовых автомобилях в течение многих лет при постепенном переходе к нулевым выбросам.

В этом году, однако, вновь обратили внимание на конструкции двигателей внутреннего сгорания, которые работают на альтернативных видах топлива с низким содержанием углерода. Автопарки, обеспокоенные жизнеспособностью аккумуляторных батарей или технологий топливных элементов, в ближайшем будущем получат больше вариантов экологически чистого горения для питания своих грузовиков.

Будущее, не зависящее от топлива

Давайте вернемся на десятилетие назад, когда двигатели, работающие на природном газе, были любимцем «зеленых» грузоперевозок. Cummins и Westport Fuel Systems в 2001 году создали совместное предприятие для исследования, разработки и производства двигателей, работающих на природном газе, для грузовых автомобилей. Две компании поделились исследованиями и разработками двигателей. Но основная коммерческая договоренность заключалась в том, что Westport поставлял технологию управления подачей топлива в верхнюю часть двигателя, «голову» двигателя, а Cummins поставляла нижнюю «блочную» часть двигателя.

Получившиеся в результате двигатели Cummins-Westport работали достаточно хорошо во многих автопарках, хотя по сравнению с дизелями было заметно снижение дальности хода и мощности. Это произошло в основном из-за более низкого содержания британских термальных единиц в сжатом или сжиженном природном газе. БТЕ по сути являются способом измерения содержания энергии (или мощности) в топливе. Дизельное топливо имеет более высокое содержание BTU, чем почти любой другой вид автомобильного топлива на планете, а это означает, что меньшее количество топлива может производить больше энергии, которая может быть преобразована в крутящий момент, мощность и запас хода автомобиля.

Но это были только газовые двигатели первого поколения. По словам Пунита Джавара, генерального директора глобального газового бизнеса Cummins, во время разработки происходило нечто гораздо более важное.

«У нас есть более чем 30-летний опыт исследований двигателей, работающих на природном газе, — говорит он. «За это время мы многое узнали о том, как головка двигателя управляет этими очень сложными и различными тепловыми условиями, чтобы лучше контролировать и оптимизировать процесс сгорания для многих различных типов альтернативных видов топлива, а не только для природного газа».

Cummins и Westport в прошлом году распустили совместное предприятие. В дальнейшем Cummins заявила, что сосредоточится на разработке двигателей, работающих на природном газе и других альтернативных видах топлива. Ранее в этом году компания объявила о разработке новой линейки двигателей, не зависящих от топлива.

Тем временем Westport сосредоточил свое внимание на разработке системы прямого впрыска водорода под высоким давлением, которая позволит двигателям сжигать жидкий водород с небольшим количеством дизельного топлива, используемого в качестве пилотного топлива для инициирования сгорания.

Внезапно появилось несколько различных видов экологически чистого альтернативного топлива для использования в грузовиках. А благодаря новым передовым технологиям головок двигателя и топливных форсунок они будут работать так же, как дизельные, с точки зрения крутящего момента и мощности, хотя ограничения по запасу хода могут оставаться проблемой.

«Новая платформа Cummins, не зависящая от топлива, включает в себя ряд версий двигателей, которые являются производными от общего базового двигателя, — говорит Джавар. «Это означает, что они имеют высокую степень общности деталей. Под прокладкой головки каждого двигателя будут в основном одинаковые компоненты, а над прокладкой головки будут разные компоненты для разных типов топлива. Это позволяет масштабировать производство, которое ранее было невозможно для этих новых типов топлива».

Помимо природного газа и водорода, новая платформа двигателей Cummins также будет предлагать пропановые и бензиновые версии двигателей для автомобилей средней грузоподъемности.

Кроме того, Джавар добавляет, двигатели на природном газе и водороде являются двумя ключевыми технологиями, которые, по мнению Cummins, способны обеспечить транспортный сектор топливом с низким содержанием углерода и без него. Более того, отмечает он, новые двигатели и топливо с ДВС перспективны для грузоперевозок из-за их низкой стоимости, производительности, сравнимой с устаревшими дизельными двигателями, и экологических преимуществ.

ClearFlame сосредоточит свою новую технологию двигателя на альтернативном топливе на этаноле, который, по словам компании, является единственным чистым топливом с национальной инфраструктурой наравне с дизельным топливом и бензином.

Фото: ClearFlame Engine Technologies

Преобразование, а не разрушение

Результатом всего этого, по словам Джулии Блюмрайтер, главного технического директора и соучредителя ClearFlame Engine Technologies, является то, что базовая технология дизельных двигателей может быть сконфигурирован для работы на любом разумном альтернативном топливе и при этом ведет себя как дизельный грузовик.

«Внезапно нам не нужно беспокоиться о времени зарядки аккумуляторов, — объясняет она. «Нам не нужно беспокоиться о практичности или весе специализированных топливных баков или больших аккумуляторных батарей. У нас есть производительность дизельного топлива по запросу, без ограничения диапазона или веса. Итак, что мы действительно имеем здесь, так это переход автопарков на новые виды топлива с использованием проверенной технологии ДВС, а не сбой, когда им приходится переходить на совершенно новые типы технологий трансмиссии».

Несмотря на то, что инфраструктура для заправки природным газом многочисленна по сравнению с электричеством и водородом, она все еще не соответствует уровню дизельного топлива, говорит Томас Хили, генеральный директор и основатель компании Hyliion, которая производит гибридную трансмиссию на электричестве и природном газе.

«Флоты должны будут подумать о том, какая часть их работы лучше всего подходит для природного газа, и исходя из этого оценить потребности в инфраструктуре», — говорит Хили. «Однако важно помнить, что у автопарков есть многочисленные поставщики высококачественного природного газа, которые готовы помочь им с этой задачей. С природным газом гораздо проще и быстрее создать заправочную инфраструктуру за забором, чем с другими альтернативами».

Генеральный директор и соучредитель ClearFlame Б. Дж. Джонсон согласен с тем, что проблемы с инфраструктурой будут сохраняться еще долгое время, ограничивая доступность некоторых видов топлива. Вот почему компания ClearFlame решила сосредоточить свои технологии двигателей на этаноле, экологически чистом альтернативном топливе с хорошо зарекомендовавшей себя национальной инфраструктурой поддержки.

«Этанол — единственное альтернативное топливо, которое в настоящее время соответствует национальной инфраструктуре наравне с бензином и дизельным топливом», — говорит он.

Новые силовые установки, направленные на повышение производительности грузовиков при одновременном снижении выбросов, по-прежнему, вероятно, преобразят грузовики с двигателями внутреннего сгорания в будущем, говорит Хили.

Компания Hyllion, которая работала над гибридными приводными системами с несколькими OEM-производителями, включая Daimler Truck North America, недавно подписала соглашение с Cummins об оптимизации своего двигателя, работающего на природном газе, в качестве генератора для трансмиссии Hypertruck ERX.

Hyliion Hypertruck ERX — электрическая силовая установка для полуприцепа с увеличенным запасом хода, использующая бортовую энергию для подзарядки батарей. Система предлагает 75 миль электрического диапазона, чтобы претендовать на кредиты в соответствии с предстоящими мандатами ZEV Калифорнийского совета по воздушным ресурсам, и может достигать 1000 миль полного диапазона с помощью генератора. ISX12N Cummins будет оптимизирован для Hyliion Hypertruck ERX, чтобы он мог использовать для заправки существующие 700 заправочных станций в Северной Америке.

«Очевидно, мы считаем, что гибридные силовые агрегаты — это отличный способ для автопарков помочь удовлетворить потребности грузоотправителей и регулирующих органов сегодня, не дожидаясь инфраструктуры завтрашнего дня», — говорит Хили.