Бензиновые двигатели – это тип ДВС, в которых сжатое топливо поджигается искрой электрического происхождения. Мощность в них контролируется и управляется регулировкой потока воздуха.
Бензиновый двигатель по сравнению с дизельным имеет большую частоту вращения и объемную (литровую) мощность, а вибрации и шум – наоборот, ниже. Горючая смесь регулируется в основном количественно, отчего при малой и средней мощности (обычный режим работы для легкового автомобиля) действенное сжатие низкое. Поэтому наблюдается слабая эффективность сгорания и следующего за ним расширения – отсюда значительный расход топлива.
Получается, что при номинальной мощности коэффициент полезного действия такого двигателя ниже аналогичного показателя у дизеля на 20%. При частичных режимах эта разница достигает 40% и даже более. Этот факт был неоднократно подтвержден сравнительными и эксплуатационными тестами и испытаниями транспортных средств с обоими типами двигателей одинаковой мощности.
Если говорить о степени токсичности выделяемых отработанных газообразных веществ, то можно отметить, что благодаря усовершенствованию бензиновых двигателей в последнее десятилетие данный показатель стал значительно лучше. На это оказал влияние и управляемый поршневым процессором короткий прямой впрыск с помощью форсунок. В то же время, по мнению многих авторитетных специалистов из передовых автомобилестроительных компаний, в современных условиях высоких требований к мерам по защите экологии и окружающей среды бензиновые двигатели все же уступают дизелям – наиболее перспективным и отвечающим вышеназванным требованиям двигателям. Однако работы по обеспечению и совершенствованию экологичности первых не прекращаются.
Если в автомобиле установлен бензиновый двигатель, то с ним в норме происходит 4 рабочих такта:
Есть некоторые особенности эксплуатации и устройства бензинового двигателя. Проблемы, из-за которых может понадобиться ремонт бензиновых двигателей, - это низкокачественное топливо, несвоевременное или некачественное техническое обслуживание, большой пробег. Для ремонта необходимо обращаться в специализированные автосервисы, где работают опытные мастера в соответствии со всевозможными требованиями производителя и технологическими картами, которые регламентируют все ремонтные операции для каждого механизма или узла.
Подводя итоги, нужно указать преимущества, которыми характеризуется бензиновый двигатель. Прежде всего, это – большая мощность при одинаковом объеме. Это связано с высокой энергоотдачей потребляемого топлива – бензина или этанола. Кроме этого, бензиновый двигатель сам по себе имеет более простую конструкцию и его стоимость ниже, чем цена дизельного. Ну и, само собой, он тише работает, что особенно начинают ценить автолюбители, пересевшие с бензинового автомобиля на дизельный, поскольку не могут привыкнуть к громко работающему мотору.
fb.ru
Современный бензиновый двигатель входит в класс агрегатов внутреннего сгорания, где поджигание смеси происходит непосредственно в цилиндрах с помощью искры, образуемой электричеством. Мощность таких моторов регулируется подачей воздуха с помощью дроссельной заслонки.
Дроссельная заслонка карбюраторных автомобилей, регулирует объем подаваемой смеси в камеру сгорания. Все управление происходит напрямую от педали акселератора. Во всех современных автомобилях, выпускаемых последние годы, механическое управление заслонкой сменили на электронное. При нажатии на газ потенциометр подает сигнал на электронный блок управления, который, в свою очередь, управляет электродвигателем для перемещения заслонки.
Четырёхтактный двигатель
Каждый бензиновый двигатель проходит классификацию по следующим параметрам:
Каждый современный автомобиль с бензиновым двигателем, для подготовки горючей смеси использует карбюратор либо инжектор.
Двигателя бывают двухтактные и четырехтактные. Двухтактные при своих небольших размерах выдают больше мощности, но проигрывают по КПД. Поэтому для экономичности, четырехтактные двигатели используют на всех транспортных средствах, кроме мотоциклов.
Двигатель на бензине может быть одноцилиндровым, двухцилиндровым или многоцилиндровым. По их расположению двигателя бывают: рядными, V-образными, оппозитными и звездообразными. Устройство охлаждения используется жидкостное или воздушное.
Смазка происходит смешанным и раздельным типом. При смешанном, в топливо добавляется масло для бензиновых двигателей, тогда как в раздельном типе, масло заливается только в картер.
На многих автомобилях используют атмосферные двигателя, работа которых заключается в подаче горючей смеси до камеры сгорания, с помощью всасывающего хода поршня. Но есть еще и двигателя с наддувом. Они оборудованы турбокомпрессором, который создает давление для подачи горючей смеси в цилиндр. Благодаря наддуву, бензиновый двигатель получает дополнительную мощность и значительную экономию топлива.
Полный рабочий цикл проходит за четыре такта:
Рабочий цикл двухтактного двигателя происходит за один оборот коленчатого вала и включает в себя только два такта: сжатие и рабочий ход. Благодаря этому, бензиновый двигатель получает в 1,5 раза большую мощность при таком же объеме.
Основные преимущества 4-тактных агрегатов: большой ресурс; экономичность; меньший шум и выброс вредных веществ; отсутствие потребности добавления масла в топливо. Масло для бензиновых двигателей подбирается по классификациям в зависимости от его износа.
Инжекторный мотор
Работа карбюраторного мотора зависит от точного смешивания топлива подаваемого в карбюратор с воздухом.
Устройство инжекторного двигателя значительно отличается. Его работа зависит напрямую от форсунок, подающих топливо под давлением. За правильную дозировку отвечает электронный блок управления.
Массовое производство инжекторов для бензинового мотора, началось после повышения норм по выбросу вредных веществ. Благодаря точному впрыску топлива, за который отвечает программа ЭБУ, получилось достичь постоянства выхлопных газов. А стабильная работа двигателя с помощью катализатора помогла значительно уменьшить его шум.
Устройство системы зажигания бензинового мотора бывает бесконтактным, микропроцессорным или контактным. Бензиновый двигатель с контактной системой включает в себя:
Катушка зажигания
Работа бензинового агрегата с бесконтактной системой, зависит от того же оборудования, за исключением индукционного датчика, используемого вместо прерывателя. Устройство микропроцессорной системы зажигания оборудовано: датчиком положения коленчатого вала, блоком управления, коммутатором, катушками, свечами, датчиком температуры бензинового мотора. Стабильная работа инжекторного агрегата была достигнута при помощи добавленного датчика положения заслонки и датчика расхода воздуха.
Долговечная работа любого мотора зависит от его надежности. Поэтому для достижения максимальной надежности, было принято использовать индивидуальную катушку зажигания для каждой свечи отдельно. Этого правила поддерживаются как при сборке советских автомобилей, так и при комплектации современных японских агрегатов.
Последнее время, приняли использовать на один цилиндр по 2 клапана на впуск и выпуск. Раньше их было по одному, но за счет увеличения площади отверстий в головках, большой клапан перестал справляться со своевременным закрытием отверстия до начала следующего цикла. Эти изменения сразу сказались, и работа мотора стала нестабильной.
За точное управление дроссельной заслонкой стал отвечать электропривод вместо привычного тросика ведущего от педали акселератора. После появления электропривода, автомобили начали оснащать функцией «Cruise Control», которая очень полезна для дальних дистанций.
Среди систем, которые остались неизменными для большинства двигателей является:
Система охлаждения обычно применяется смешанная. За выпуск отработанных газов в атмосферу отвечает выпускной коллектор на пару с каталитическим конвертером и глушителем. Смазка всех современных автомобилей не имеет отдельного маслоблока и происходит за счет залитого через клапанную крышку масла, прямо в мотор. Запуск агрегата происходит с помощью стартера, который питается от аккумулятора.
autodont.ru
Сегодня автопроизводители нередко оснащают одну и ту же модель, как дизельным, так и бензиновым мотором. Причем разница в стоимости автомобилей, их основных характеристиках и других параметрах бывает несущественной. Поэтому многие покупатели задаются вопросом, что лучше выбрать, дизельный или бензиновый двигатель.
Споры между приверженцами одного «лагеря» и другого не утихают до сих пор, несмотря на то, что в последнее время разница между обеими силовыми установками минимизировалась. Но определенные отличия между данными моторами существуют.
В нижеприведенной статье будет рассмотрен вопрос, чем отличается дизельный двигатель от бензинового, ответ на который, возможно, упростит выбор нового автомобиля.
Чтобы понять, в чем заключаются отличия дизельного двигателя от бензинового агрегата, нужно, прежде всего, разобраться в принцах работы обоих моторов.
Важно понимать, что сравнение всех ДВС проводится, исходя из способа воспламенения топливной смеси в камерах сгорания.
Подобный подход считается наиболее правильным, когда рассматриваются плюсы и минусы дизеля и бензинового движка. Однако даже такой метод не всегда является правильным, так как некоторые покупатели автомобилей обращают внимание в первую очередь на уровень вредных выбросов или шумность силовой установки.
Принцип работы бензинового двигателя заключается в следующем:
В конце такта сжатия происходит формирование воздушно-топливной смеси, которая занимает весь объем свободного пространства в отдельном цилиндре. Температуры внутри последнего нередко поднимается до 500 градусов. В отличие от дизельного у большинства бензиновых моторов коэффициент сжатия достигает 9-10 единиц. В редких случаях этот показатель равен 11.
Из-за данного ограничения производителям моторов приходится дополнительно устанавливать свечу зажигания, при помощи которой происходит воспламенение топливной жидкости.
Для увеличения компрессии применяется бензин с большим октановым числом. Но избавиться от указанного ограничения этот подход не позволяет, так как одновременно с применением более качественного топлива необходимо добиться пропорционального соотношения в блоке цилиндра между смесью и воздуха. Превышение или, наоборот, недостаток объема бензина способствует ухудшению эксплуатационных характеристик мотора.
Чтобы добиться нужной пропорции, бензиновый двигатель дополнительно оснащается устройствами типа дозатора топлива или воздуха.
Дизельный мотор функционирует по иному принципу. В его цилиндрах коэффициент сжатия топливно-воздушной смеси достигает 15-25 единиц, а ее температура составляет 700-900 градусов. В итоге после поступления дизеля происходит его воспламенение без участия свечи зажигания.
Все сказанное свидетельствует в пользу того, что, отвечая на вопрос, какому двигателю, дизельному или бензиновому, лучше отдать предпочтение, покупателю автомобиля нужно определиться со следующим: что важнее, уровень мощности или показатель крутящего момента. При равном показателе объема отдача мотора, работающего на тяжелом топливе, будет меньшей. Однако он выдает гораздо больше крутящего момента, максимум которого достигается уже на низких оборотах.
Что это означает на практике? Хороший дизельный движок обеспечивает быстрое ускорение с места. Но благодаря тому, что бензиновая силовая установка при том же объеме развивает большую мощность, автомобиль с таким агрегатом выдает более высокую скорость.
Еще один важный показатель, который непосредственно влияет на выбор того или иного мотора: показатель КПД. В данном случае преимущества дизельного двигателя перед бензиновым выглядят более существенными. За счет того, что первый обеспечивает больший коэффициент сжатия, его показатель КПД превосходит возможности второго агрегата примерно на 40%.
То есть, сгорание топливной смеси в дизельном моторе происходит эффективнее, чем в бензиновом. Это обстоятельство оказывает прямое влияние на показатель экономичности силовых установок.
Разница в работе дизельного и бензинового моторов на максимальных оборотах практически незаметна. Однако автомобили эксплуатируются в таких условиях достаточно редко. Примерно 90% водителей большую часть времени ездят в так называемом городском режиме, который предъявляет довольно низкие требования к топливу.
Бензиновый мотор должен постоянно потреблять смесь, имеющую одинаковую степень обогащения. В результате на малых оборотах силовой агрегат расходует больше топлива. У дизельной установки объем потребляемого воздуха не будет отличаться в зависимости способа эксплуатации автомобиля. То есть, данный показатель является постоянным в любых условиях. Мощность дизеля регулируется за счет изменения объема поставляемого топлива.
Это означает, что при равных параметрах объема двигатели на тяжелом топливе расходуют на 10-30% меньше горючего, чем другие ДВС.
Важно отметить, что указанную разницу удается нивелировать за счет использования турбин и других устройств, дополняющих конструкцию бензиновых силовых установок.
Ввиду того, что при сгорании топлива внутри дизельных моторов температура повышается до больших значений, для этих силовых агрегатов необходима более объемная система охлаждения. В обычных условиях эксплуатации (даже при длительном стоянии в городских заторах) последняя сохраняет свою работоспособность. Но при возникновении внештатных ситуаций могут возникнуть достаточно серьезные проблемы с системой охлаждения.
Конструкция бензиновых двигателей предусматривает установку свечей зажигания, распределителей и других устройств и узлов, являющихся уязвимыми к воздействию внешней среды. Более того, системы впрыска и охлаждения требуют предварительной и правильной настройки. Все сказанное означает следующее: если во время запуска мотора тот не срабатывает, то на выявление проблемы может уйти немало времени.
Дизельные моторы функционируют без привязки к электронным схемам. Основная уязвимость в таких агрегатах кроется в топливном насосе и фильтре. При запуске установки, работающей на дизеле, стартер требует приложения большего усилия. Эта проблема нивелируется за счет использования более мощного аккумулятора. Однако такое решение приводит к возникновению следующего:
Запустить бензиновый ДВС при севшей батарее гораздо легче, чем осуществить эту операцию с дизелем.
При эксплуатации автомобиля в холодное время года необходимо учитывать одну важную особенность, которой обладает тяжелое топливо: при температурах ниже −15 градусов оно может начать кристаллизироваться, если в него не добавить специальные присадки. Последние делают жидкость более вязкой, что, в свою очередь, может негативно сказаться на топливном насосе.
Бензиновые моторы лучше переносят низкие температуры. Но при высоком уровне влажности они начинают работать с определенными проблемами. А при образовании небольших трещин в проводке свеча не дает необходимую искру, из-за чего она заливается бензином.
Так как при сгорании топлива внутри цилиндров дизельных моторов образуется высокое давление, такие силовые агрегаты создают больше шума и вибраций. Это обстоятельство может стать серьезным недостатком в автомобилях с плохой шумо- и виброизоляцией салона. Кроме того, некоторые автомобилисты любят слушать работающий мотор. Поэтому, возможно, высокий шум, создаваемый дизельным мотором, является скорее плюсом, чем минусом.
Что касается экологичности, то длительное время двигатели на тяжелом топливе считались наиболее опасными для окружающей среды. Но в последние десятилетия ситуация кардинально изменилась. Силовые установки на тяжелом топливе сегодня экологичнее бензиновых ДВС, так как в их выхлопе содержится меньше вредных соединений.
Также следует обратить внимание на уровень безопасности, обеспечиваемый той или иной установкой. Дизель в моторе испаряется менее интенсивно. Это означает, что опасность возгорания подобных двигателей значительно ниже.
В теории дизель является более эффективным в плане эксплуатации. Такие установки служат дольше, требуя лишь периодической смены масла и других расходных материалов. На практике же ситуация выглядит несколько иной.
В первую очередь это касается топливного насоса, так как на его работу оказывает влияние множество сторонних факторов. Кроме того, данный элемент стоит относительно дорого.
Ремонт дизельного двигателя требует наличие специализированного оборудования, доступного не на всех сервисных станциях. Также необходимо, чтобы автоцентры имели в штате грамотных сотрудников.
Ремонт бензиновых моторов обходится значительно дешевле. Некоторые компоненты таких ДВС обходятся на 80% дешевле, чем устранение неисправностей на дизельном агрегате.
Какой двигатель является наилучшим выбором: бензин или дизель? Ответить на этот вопрос сможет только покупатель автомобиля, так как часть преимуществ двигателя на тяжелом топливе нивелируется будущими условиями эксплуатации машины.
Чтобы было легче определиться с выбором, дизель или бензиновая установка, ниже приведена сравнительная таблица.
Дизель | Бензин |
| Максимальный крутящий момент на низких оборотах | Относительно большая мощность |
| Низкая стоимость топлива | Низкий уровень шума |
| Высокая влагостойкость | Способность перерабатывать некачественное топливо |
| Отсутствие свечей зажигания | Низкая стоимость компонентов |
| Длительный срок эксплуатации | Недорогое обслуживание |
| Экологичность | Сохраняет работоспособность при низких температурах |
| Плохая динамика при разгоне | Высокий уровень расхода топлива |
| Необходимость в частой замене масла и фильтров | — |
avtodvigateli.com
Бензиновые двигатели — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, посредством дроссельной заслонки.
Одним из видов дросселя является карбюраторная дроссельная заслонка, регулирующая поступление горючей смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Рабочий орган представляет собой пластину, закрепленную на вращающейся оси, помещённую в трубу, в которой протекает регулируемая среда. В автомобилях управление дросселем производится с места водителя, причём обычно предусматривается двойная система привода: от руки рычажком или кнопкой и от ноги педалью. Их обычно связывают между собой так, что при нажатии водителем на педаль кнопка ручного управления остаётся неподвижной, а при вытягивании кнопки ручного управления педаль опускается. Дальнейшее открывание дросселя можно производить педалью. При отпускании педали дроссель остаётся в положении, установленном ручным управлением.
См. также: Классификация автотракторных двигателей
Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.
1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степень сжатия . Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже. 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса бензовоздушной смеси успела воспламениться к моменту, когда поршень будет находиться в ВМТ (процесс воспламенения является медленным процессом относительно скорости работы поршневых систем современных двигателей). При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством центробежным вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель. В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. В этом случае используется датчик положения коленчатого вала, работающий обычно по емкостному принципу. 4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.
Рабочий цикл двухтактного двигателя В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи НМТ поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.
Более подробно цикл двигателя устроен следующим образом: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру. При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора. Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработавшие газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх свежая порция рабочей смеси засасывается в кривошипную камеру.
Можно заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако, полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза.
Важное преимущество двухтактных двигателей — отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала.
См. также: «Два такта и четыре. В чем отличия?»
В карбюраторных двигателях процесс приготовления горючей смеси происходит в карбюраторе — специальном устройстве, в котором топливо смешивается с потоком воздуха за счёт аэродинамических сил, вызываемых энергией потока воздуха, засасываемого двигателем.
В инжекторных двигателях впрыск топлива в воздушный поток осуществляют специальные форсунки, к которым топливо подаётся под давлением, а дозирование осуществляется электронным блоком управления — подачей импульса тока, открывающим форсунку или же, в более старых двигателях, специальной механической системой.
Одной из первых такие разработки внедрила в свои моторы корпорация OMC в 1997 году, выпустив двигатель, построенный с использованием технологии FICHT. В этой технологии ключевым фактором было использование специальных инжекторов, которые позволяли впрыскивать топливо непосредственно в камеру сгорания. Это революционное решение наряду с использованием современного бортового компьютера позволило точно дозировать топливо в тот момент, когда поршень при обратном движении перекроет все окна. Плюс в полость коленвала распыляется чистое масло, которое не смывается топливом — теперь его там нет! Топливо не смывает масло, что позволяет уменьшить его количество. Благодаря этому решению разработчики получили двухтактный двигатель с его совершенной динамикой разгона, великолепной кривой мощности и малым весом, но при этом имеющий уровни выброса и экономичности, как у карбюраторного четырехтактного двигателя.
Переход от классических карбюраторных двигателей к инжекторам произошёл в основном из-за возрастания требований к чистоте выхлопа (выпускных газов), и установке современных нейтрализаторов выхлопных газов (каталитических конвертеров или просто катализаторов). Именно система впрыска топлива, контролируемая программой блока управления, способна обеспечить постоянство состава выхлопных газов, идущих в катализатор. Постоянство же состава необходимо для нормальной работы катализатора, так как современный катализатор способен работать лишь в узком диапазоне данного состава, и требует строго определённого содержания кислорода. Именно поэтому в тех системах управления, где установлен катализатор, обязательным элементом является лямбда-зонд, он же кислородный датчик. Благодаря лямбда-зонду система управления, постоянно анализируя содержание кислорода в выхлопных газах, поддерживает точное соотношение кислорода, недоокисленных продуктов сгорания топлива, и оксидов азота, которое способен обезвредить катализатор. Дело в том, что современный катализатор вынужден не только окислять не полностью сгоревшие в двигателе остатки углеводородов и угарный газ, но и восстанавливать оксиды азота, а это — процесс, идущий совершенно в другом (с точки зрения химии) направлении. Желательно также ещё раз окислять окончательно весь поток газов. Это возможно лишь в пределах так называемого «каталитического окна», то есть узкого диапазона соотношения топлива и воздуха, когда катализатор способен выполнить свои функции. Соотношение топлива и воздуха в данном случае составляет примерно 1:14,7 по весу (зависит также от соотношения С к Н в бензине), и удерживается в коридоре приблизительно плюс-минус 5 %. Так как одной из труднейших задач является удержание нормативов по оксидам азота, дополнительно необходимо снижать интенсивность их синтеза в камере сгорания. Делается это в основном снижением температуры процесса горения с помощью добавления определённого количества выхлопных газов в камеру сгорания на некоторых критичных режимах (Система рециркуляции выхлопных газов).
Сайт о скутерах с 2х тактными двигателями
dic.academic.ru
Бензиновые двигатели — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, посредством дроссельной заслонки.
Одним из видов дросселя является карбюраторная дроссельная заслонка, регулирующая поступление горючей смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Рабочий орган представляет собой пластину, закрепленную на вращающейся оси, помещённую в трубу, в которой протекает регулируемая среда. В автомобилях управление дросселем производится с места водителя от ноги педалью. В современных автомобилях нет прямой механической связи между педалью акселератора и дроссельной заслонкой. Заслонка поворачивается с помощью электродвигателя, управляемого электронным блоком управления (ЭБУ). В педальном блоке находится потенциометр, изменяющий своё сопротивление в зависимости от положения педали.
См. также: Классификация автотракторных двигателей
Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.
1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степень сжатия . Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льшим октановым числом, которое дороже. 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса бензовоздушной смеси успела воспламениться к моменту, когда поршень будет находиться в ВМТ (процесс воспламенения является медленным процессом относительно скорости работы поршневых систем современных двигателей). При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством, центробежным вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель. В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. В этом случае используется датчик положения коленчатого вала, работающий обычно по индуктивному принципу. 4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.
Рабочий цикл двухтактного двигателя В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи нижней мёртвой точки поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра.
Более подробно цикл двигателя устроен следующим образом: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру. При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора. Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработавшие газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх свежая порция рабочей смеси засасывается в кривошипную камеру.
Можно заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако, полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза.
Важное преимущество двухтактных двигателей — отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала.
В карбюраторных двигателях процесс приготовления горючей смеси происходит в карбюраторе — специальном устройстве, в котором топливо смешивается с потоком воздуха за счёт аэродинамических сил, вызываемых энергией потока воздуха, засасываемого двигателем.
В инжекторных двигателях впрыск топлива в воздушный поток осуществляют специальные форсунки, к которым топливо подаётся под давлением, а дозирование осуществляется электронным блоком управления — подачей импульса тока, открывающим форсунку или же, в более старых двигателях, специальной механической системой.
Переход от классических карбюраторных двигателей к инжекторам произошёл в основном из-за возрастания требований к чистоте выхлопа (выпускных газов), и установке современных нейтрализаторов выхлопных газов (каталитических конвертеров или просто катализаторов). Именно система впрыска топлива, контролируемая программой блока управления, способна обеспечить постоянство состава выхлопных газов, идущих в катализатор. Постоянство же состава необходимо для нормальной работы катализатора, так как современный катализатор способен работать лишь в узком диапазоне данного состава, и требует строго определённого содержания кислорода. Именно поэтому в тех системах управления, где установлен катализатор, обязательным элементом является лямбда-зонд, он же кислородный датчик. Благодаря лямбда-зонду система управления, постоянно анализируя содержание кислорода в выхлопных газах, поддерживает точное соотношение кислорода, недоокисленных продуктов сгорания топлива, и оксидов азота, которое способен обезвредить катализатор. Дело в том, что современный катализатор вынужден не только окислять не полностью сгоревшие в двигателе остатки углеводородов и угарный газ, но и восстанавливать оксиды азота, а это — процесс, идущий совершенно в другом (с точки зрения химии) направлении. Желательно также ещё раз окислять окончательно весь поток газов. Это возможно лишь в пределах так называемого «каталитического окна», то есть узкого диапазона соотношения топлива и воздуха, когда катализатор способен выполнить свои функции. Соотношение топлива и воздуха в данном случае составляет примерно 1:14,7 по весу (зависит также от соотношения С к Н в бензине), и удерживается в коридоре приблизительно плюс-минус 5 %. Так как одной из труднейших задач является удержание нормативов по оксидам азота, дополнительно необходимо снижать интенсивность их синтеза в камере сгорания. Делается это в основном снижением температуры процесса горения с помощью добавления определённого количества выхлопных газов в камеру сгорания на некоторых критичных режимах (система рециркуляции выхлопных газов).
wikiredia.ru
Современный человек не представляет своей жизни без техники. Действительно, ручной труд уже давно заменен на машинный, а эра полной автоматизации не заставит долго себя ждать. Одной из главных и основных составляющих любой подвижной техники является двигатель, который работает как от электричества, так и различных видов топлива. Сегодня мы расскажем о том, из каких деталей состоит бензиновый двигатель внутреннего сгорания, о его принципе действия и особенностях.
Изобретение первого двигателя внутреннего сгорания малых оборотов ознаменовано именем Августа Отто. То, что ему удалось спроектировать, так же, как и сейчас, работало за счет расширения газов при достижении высокой температуры, но не обладало высокой надежностью. Двигатель имел мало деталей и составляющих, а потому принцип его работы оставался достаточно простым. 
Современные бензиновые двигатели четырехтактных и двухтактных типов значительно усовершенствованы по сравнению с тем, что было изобретено в прошлом столетии, и имеют сложное описание. Они имеют меньший расход топлива, большую степень сжатия газов и, наконец куда больший ресурс работы и надежность.
Начнем с рассмотрения механики современного ДВС автомобиля и деталей, которые составляют общий механизм и заставляют его работать. В основе двигателя, устанавливаемого на бензиновые машины, лежит такая деталь, как цилиндр. Он представляет из себя металлическую емкость небольшого объема, выполненную из закаленной стали и предназначенную для удержания газов.
Принцип работы этой детали в том, что здесь осуществляется сжатие газов до достаточно высокой степени и их сгорание при высоких температурах. Применение специальных сплавов позволяет достигать улучшенных динамических характеристик, большей долговечности и ресурса.
Цилиндр высокой степени сжатия также имеет в себе несколько деталей, принцип действия которой заключается в горении смеси топлива ее расширении при резком повышении температуры. Так, перемещаясь, поршень при очередном обороте приводит в движение кривошатунный механизм, распределительный и коленчатый вал.
Распределительный вал представляет собой металлическую деталь, выполненную в виде соединенного друг с другом набора кулачков. Принцип действия у валов четырехтактного и двухтактного двигателей одинаков, а различие состоит лишь в количестве самих кулачков и количестве производимых оборотов.
Распределительный клапан приводится в действие самим двигателем при помощи ременной передачи. Таким образом, частота вращения напрямую зависит от выбранного количества оборотов. Задача данной детали в том, чтобы постоянно воздействовать на клапана, осуществлять их своевременное открытие для выпуска выхлопных газов и обеспечение своевременного поступления смеси. Клапаны соединены друг с другом при помощи коромысла, поэтому распределительный вал достаточно быстро сменяет открытие впускных и выпускных форсунок.
Коленчатый вал автомобиля соединяется с карданным и при вращении передает крутящий момент, возникающий при высокой степени сжатия топлива и газов, ведущим колесам, совершающим очередной оборот. Отработавшая смесь тут же отправляется в выхлопную систему Коленвал соединен одновременно со всеми шатунами и осуществляет работу параллельно. Этот принцип действия сохранен как на двухтактных, так и четырехтактных двигателях, и распространен на все современные типы ДВС.
Итак, обобщим механику современного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Когда происходит впрыск топлива через клапан и систему форсунок, смесь загорается и достигает своей максимальной степени сжатия, увеличивая количество оборотов. После этого выхлопные газы через выпускные форсунки попадают в выпускной коллектор и отправляются в атмосферу, а новая порция смеси через ту же систему форсунок опять подается в цилиндр.
При этом открытием клапанов занимается распределительный вал за счет системы повернутых друг относительно друга на определенный угол кулачков, которые впускают свежую смесь и выпускают сгоревшую в выхлопную систему. Передает крутящий момент на колеса коленчатый вал, получающий свою энергию от шатунов, приводимых в движение и совершающих обороты за счет высокой степени сжатия газов.
Высокая температура, при которой достигается высокая степень сжатия, а также высокая частота вращения обоих валов, приводит к тому, что подавать свежую смесь в цилиндры необходимо достаточно оперативно. Кроме того, при должных характеристиках сама смесь должна приготавливаться в точно выверенных пропорциях, которые изменяются динамически при изменении режима работы четырехтактного или двухтактного ДВС.
Функцией приготовления смеси, или газа низкой температуры, в современных двигателях внутреннего сгорания занимается карбюратор, инжектор или система форсунок с электронным управлением. Карбюратор состоит из системы двух камер. При вращении коленчатого вала посредством ременной передачи приводится в действие бензонасос. Бензонасос осуществляет впрыск топлива через систему форсунок, называемую жиклерами.
Жиклеры, или форсунки, равномерно распределяют топливо в камере при впрыске. При этом по другой системе форсунок подается воздух, прошедший фильтрацию. Количество топлива и кислорода в пропорции изменяется вручную, при помощи специальной выдвижной клавиши, расположенной в салоне.
Карбюратор жестко привязан к приводу педали акселератора, поэтому при полном нажатии на педаль две заслонки открываются полностью, обеспечивая максимальную частоту вращения.
Еще одной системой, которая широко применяется на современных автомобилях, является инжектор. Если судить по отечественному автопрому, то первые подобные модели двигателей были использованы на ВАЗ 2106 последнего поколения и более молодых представителях линейки с усовершенствованной впускной и выхлопной системами.
Инжектор автомобиля устроен куда более сложно, чем карбюратор. Тем не менее, такая система впрыска близка к совершенству, поскольку решает большинство проблем карбюраторных четырехтактных и двухтактных двигателей. Так, при инжекторе больше не нужно вручную регулировать качество смеси топлива и воздуха, здесь все происходит автоматически. В этой же связи больше не возникает риска залить свечи или не завести машину в мороз. Смесь подбирается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую эффективность впуска.
Работу системы впрыска обеспечивает электромотор. Система управления электромотором постоянно получает данные о степени сжатия, температуре, частоте вращения валов и прочих жизненно важных характеристиках. Благодаря этой системе, на впрыск подается тщательно выверенная пропорция, благодаря чему удается достичь отличных характеристик.
Система непосредственного впрыска подает готовую смесь высокой степени сжатия в форсунки без каких-либо промежуточных инстанций. Здесь функционирует система электронных плат, которая постоянно следит за показателями четырехтактного мотора при вращении валов. Эта система применяется на всех современных двигателях, и большинство производителей пытаются перейти именно на такой принцип действия.
Еще один момент, который крайне важен при обсуждении двигателей внутреннего сгорания — это система зажигания. Благодаря ей, в двухтактном и четырехтактном двигателе постоянно происходит розжиг готовой смеси, что приводит к ее воспламенению, расширению и приведению в движение составных деталей, что нашло широкое применение в автомобильной промышленности.
Система зажигания современного автомобиля представляет собой достаточно сложную конструкцию, но тем не менее, понять принцип ее действия может даже новичок.
Так, в основе системы зажигания лежит аккумуляторная батарея. Именно с нее подается начальный импульс, который посредством определенной цепочки устройств усиливается и подается в цилиндр в виде искры.
Поступающий с аккумулятора автомобиля ток подается по проводам на стартер и катушку зажигания. Стартер обеспечивает вращение двигателя и впрыск свежей смеси, а ток, поступающий на катушку, усиливается в несколько раз. Таким образом, ток номиналом в 12 вольт проходит через классический трансформатор, дополнительно стабилизируется и усиливается, что позволяет произвести искру достаточной мощности.
После катушки зажигания по высоковольтным проводам ток поступает на распределитель-прерыватель. Это устройство предназначено для того, чтобы при вращении перераспределять ток зажигания между четырьмя цилиндрами, в зависимости от того, на каких из них на данный момент происходит впрыск смеси.
Усиленный ток распределяется между четырьмя мощными электродами, называемыми свечами зажигания. Таким образом, происходит старт двигателя автомобиля. Затем стартер перестает функционировать, и система переходит на питание от генератора, который обеспечивает заряд АКБ и постоянную искру на свечах.
Бензиновый двигатель современных автомоделей представляет собой достаточно сложное устройство, обладающее оптимальными характеристиками и высокой надежностью. Зная принципы его построения, несложно разобраться и в устройстве собственного автомобиля. Это позволит своевременно выявлять возникающие неполадки и производить несложный ремонт своими руками, что сэкономит уйму времени и средств.
portalmashin.ru
К концу XVIII века человечество осознало необходимость найти замену сложным и требующим слишком много внимания паровым машинам. Основную часть промышленного сектора в тот момент составляли небольшие предприятия и мастерские. Наиболее распространенными на производстве двигателями на тот момент громоздкие паровые машины. Они устраивали далеко не всех. Инженеры понимали, что для повышеня эффективности производства необходимы другие силовые установки - легко запускающиеся, малых размеров и мощности.
Предтечей появления двигателей внутреннего сгорания стало открытие светильного газа, сделанное на рубеже XVIII и XIX столетий французским инженером Ф. Лебоном.
Патент на способ его получения и использования он получил в 1799 году. Светильный газ стал настоящим прорывом в технике освещения.
А уже через 2 года Лебоном был получен следующий патент - на разработанную им конструкцию газового двигателя. Он состоял из камер смешения и двух компрессоров. Один из них накачивал в камеру сжатый воздух, другой – сжатый светильный газ из газогенератора. Эта смесь поступала в рабочий цилиндр и воспламенялась. Рабочие камеры располагались по обе стороны поршня и действовали попеременно.
Газовый двигатель стал первым шагом к созданию двигателя внутреннего сгорания. Но, к сожалению, разработки в этом направлении приостановились с трагической гибелью Лебона. Дальнейшие попытки многих изобретателей не привели к появлению газовой силовой установки, способной конкурировать с паровой.
Первым в мире двигателем внутреннего сгорания считается агрегат, запатентованный Жаном Этьеном Ленуаром в 1859 году.
Бельгийский инженер решил воспламенять газовую смесь с помощью электрической искры. Двигатель Ленуара был двойного действия. Воздух и газ поочередно подавались нижним золотником в полости цилиндров, расположенных по обе стороны поршня. За выпуск отработанных газов отвечал верхний золотник. Воздух и газ поступали к золотнику по отдельным каналам, при этом всасывание смеси в полость происходило только до половины хода. Потом впускное окно перекрывалось, и электрическая искра воспламеняла получившуюся смесь, заставляя ее расширяться и толкать поршень. Когда реакция заканчивалась, второй золотник выпускал отработанные газы. В это время в цилиндре, расположенном с другой стороны поршня, происходило воспламенение топливовоздушной смеси.
Чтобы избежать заклинивания поршня из-за термического расширеня, Ленуар дополнил свою конструкцию водяной системой охлаждения и системой смазки. Несмотря на низкий КПД (около 4%), сбои в системе зажигания, большой расход газа и смазки, двигатели Ленуара получили большое распространение и имели коммерческий успех.
В 1864 году появилась более совершенная газовая силовая установка, разработанная Августом Отто. Хотя он и отказался от электрического зажигания, предложенная им конструкция позволила добиться более полного расширения продуктов сгорания, а значит, и повысить КПД двигателя до 15%. Это превосходило показатели всех существовавших на тот момент устройств! К тому же, новый двигатель был экономичнее двигателя Ленуара в 5 раз.
Совершенствуя свое изобретение, Отто применил в конструкции кривошипно-шатунную передачу, заменившую зубчатую рейку. А вскоре, вместе с промышленником Лангеном, приступил к выпуску четырехтактных газовых двигателей. Этот цикл является основой работы ДВС и до сегодняшнего дня.
Использование светильного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания существенно ограничивало область их применения, поэтому активные поиски доступной альтернативы не прекращались. В 1872 году американцем Брайтоном был предложен «испарительный» карбюратор, в котором в качестве топлива применялся керосин. Но конструкция его была слишком несовершенна.
По настоящему работоспособный бензиновый двигатель появился только спустя 10 лет. Его разработал Готлиб Даймлер, бывший членом правления фирмы Отто. Он представил проект бензиновой силовой установки, применимой на транспорте, но идея была отвергнута его патроном. Поэтому в 1882 году Даймлер и Майбах уходят из фирмы «Отто и компания» и создают собственную мастерскую. Их цель была амбициозна: создать легкий, компактный и мощный двигатель, способный перемещать экипаж.
Первое детище Даймлера и Майбаха было стационарным. Процесс испарения бензина и система зажигания в нем были далеки от совершенства.
Простую и надежную систему предложил конструктор Д. Банки в 1893 году. Изобретенный им карбюратор стал прообразом современных. После этого прогресс в развитии ДВС начал стремительно набирать обороты. Увеличивались объем цилиндров и их количество. Широкое распространение получили 4-цилиндровые силовые установки, обеспечивающие равномерность вращения коленчатого вала.
В первый раз бензиновый двигатель был использован на велоколяске Карла Бенца. Немецкий автоконструктор построил ее в 1885 году. Трехколесная машина развивала скорость до 16 км/ч. А через 13 лет Карл Бенц создал уже четырехколесную велоколяску, мощностью 3 лошадиные силы, которая могла «мчаться» со скоростью 30 км/ч!
Первый - в привычном нам понимании - автомобиль с бензиновым двигателем увидел свет в 1895 году. Его создали французские инженеры Р. Панар и Э. Левассор. Машина имела кузов типа седан и оснащалась силовой установкой Даймлера, которая располагалась впереди и закрывалась крышкой капота. Крутящийся момент передавался на задние колеса с помощью корданового вала. Автомобиль имел стенки кузова, лобовое стекло, крышу, резиновые шины, коробку передач и рычаг переключения скоростей. Так началась эпоха автомобилей с бензиновыми двигателями. Среди пионеров построения таких самоходных экипажей были З. Маркус, А. Пежо, Братья Рено, Ф. У. Ленчестер, Г. Остин и Г. Форд.
Устройство и принцип работы современных бензиновых двигателей удобнее всего рассмотреть на примере одноцилиндровой четырехтактной установки, поскольку отличаются они только количеством цилиндров. Одноцилиндровый бензиновый двигатель состоит из: - глушителя; - пружины клапана; - карбюратора; - впускного клапана; - поршня; - свечи зажигания; - выпускного клапана; - шатуна; - маховика; - распределительного вала; - коленчатого вала.
Такт сжатия происходит при следующей половине оборота коленчатого вала. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ. Оба клапана в этот момент остаются закрытыми. Рабочая смесь сжимается, в цилиндре возрастает давление и температура.
Такт расширения по сути является рабочим ходом. После завершения сжатия рабочей смеси, происходит ее воспламенение от искры, создаваемой свечой. Процесс сгорания приводит к возрастанию температуры и давления (2,500 гр.С и 5 МПа). Поршень начинает двигаться вниз и воздействует на шатун, который толкает коленчатый вал, предавая ему вращательное движение. Полезная работа такта расширения заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Когда поршень приближается к НМТ, происходит открытие выпускного клапана, открывающего путь отработанным газам. Температура и давление в цилиндре падает (1,200 гр. С, 0,65 МПа).
Такт выпуска начинается с движением поршня в ВМТ. При этом выталкиваются отработанные газы в полностью открытый выпускной клапан. По окончании такта выпуска температура и давление в цилиндре падают (500 гр. С, 0,1 МПа). Но определенный процент отработанных газов остается в цилиндре и участвует в образовании рабочей смеси следующего такта.
Четыре такта работы двигателя повторяются циклически. Маховик, прикрепленный к коленчатому валу, способствует ровной и устойчивой работе установки.
Преимущества бензиновых ДВС - значительная мощности на единицу объема, большой ресурс, простота выхлопной системы.
Кроме того, следует отметить низкий уровень шума работы силовой установки и отсутствие необходимости в стартере. Бензиновые ДВС достигают больших оборотов и поэтому успешно применяются в небольших автомобилях и обеспечивают агрессивную динамику езды.
Недостатками бензиновых двигателей являются низкий КПД (до 30%), высокие требования к качеству топливной смеси и низкая эффективность на малых оборотов. В последнее время много нареканий звучит в адрес экологических показателей бензиновых ДВС. Высокое содержание в выхлопных газах окиси углерода пагубно влияет на окружающую среду.
Кроме этого, подобные двигатели укрепляют зависимость мирового автомобильного парка от, увы, небезграничных природных ресурсов. И, хотя, бензиновые ДВС далеко не полностью исчерпали свои потенциальные возможности, во всем мире ведутся активные поиски и разработки альтернативного топлива и источников энергии.
blamper.ru
