Чем отличаются карбюраторные и дизельные двигатели
Чем отличаются карбюраторные и дизельные двигатели
В качестве силовой установки на автомобилях используется двигатель внутреннего сгорания.
По виду применяемого топлива двигатели подразделяются на карбюраторные, дизельные и газовые.
Карбюраторные – это двигатели, работающие на жидком топливе (бензине), с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя, топливо перемешивается с воздухом в определенной пропорции с помощью карбюратора.
Карбюраторные поршневые двигатели.
К основным механизмам и системам карбюраторного поршневого двигателя относятся:
· система выпуска отработавших газов,
Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (смесь воздуха с бензином), а через выпускной клапан выходят отработавшие газы. Клапаны открываются при набегании кулачков вращающегося распределительного вала на рычаги. При сбегании же кулачков с рычагов, клапаны надежно закрываются под воздействием мощных пружин. Распределительный вал с кулачками приводится во вращение от коленчатого вала двигателя.
В резьбовое отверстие головки цилиндра ввернута свеча зажигания, которая электрической искрой, проскакивающей между ее электродами, воспламеняет рабочую смесь (это горючая смесь перемешанная с остатками выхлопных газов, о чем более подробно рассказано ранее).
Думаю, что после знакомства с основными деталями одноцилиндрового двигателя, вы уже начали догадываться о том, как он работает. Но давайте все-таки разберемся с тем, как происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала. Этим в двигателе занимается шатунно-поршневая группа.
Рис. 7 Ход поршня и объемы цилиндра двигателя
а) поршень в нижней мертвой точке
б) поршень в верхней мертвой точке
Полным объемом цилиндра является сумма объемов камеры сгорания и рабочего объема: Vп = VР + Vс.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.
На легковых автомобилях отечественного производства применяются четырехтактные двигатели, а на мотоциклах и моторных лодках – двухтактные. О путешествиях по водным просторам поговорим как-нибудь потом, а вот с четырьмя тактами работы автомобильного двигателя разберемся сейчас. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя состоит из следующих тактов:
· впуск горючей смеси,
· сжатие рабочей смеси,
· выпуск отработавших газов.
Рис. 8 Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск
Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 8а).
Горючей смесью называется смесь мелко распыленного бензина с воздухом в определенной пропорции. Приготовлением смеси в двигателе занимается карбюратор, о чем мы с вами поговорим чуть позже. А пока следует знать, что соотношение бензина к воздуху 1:15 считается оптимальным для обеспечения нормального процесса горения.
При такте впуска поршень от верхней мертвой точки перемещается к нижней мертвой точке. Объем над поршнем увеличивается. Цилиндр заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Иными словами, поршень всасывает горючую смесь.
Хочется посоветовать читателю, почаще включать свое воображение, сравнивая сложное с простым. Если вам удастся почувствовать, как бы ощутить на себе те процессы, которые протекают в двигателе, да и в автомобиле в целом, то многие из «секретов» машины станут для вас «открытой книгой».
Например, наверняка каждый из вас видел, как медицинская сестра, готовясь сделать укол, набирает шприцем лекарство из ампулы. За счет перемещения поршня шприца, над ним создается разряжение, которое и засасывает из ампулы то, что позже «вольется» в «мягкое место» пациента. Почти то же самое происходит и в цилиндре двигателя в процессе такта впуска.
Впуск смеси продолжается до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки. За первый такт работы двигателя кривошип коленчатого вала поворачивается на пол-оборота.
В процессе заполнения цилиндра горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов и меняет свое название, теперь эта смесь называется – рабочая.
Коленчатый вал при рабочем ходе поршня делает очередные пол-оборота.
Позднее мы вернемся к этим огромным цифрам, похожим на температуры в доменной печи. А пока следует отметить для себя, что процесс рабочего хода происходит за очень короткий промежуток времени, по сравнению с которым, удивленное «хлопание» ресницами ваших глаз после прочтения этого сюжета, длится целую вечность.
Главной особенностью работы дизельного двигателя является то, что топливо подается форсункой или насос-форсункой непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением в конце такта сжатия. Необходимость подачи топлива под большим давлением обусловлена тем, что степень сжатия у таких двигателей в несколько раз больше, чем у карбюраторных. И так как давление и температура в цилиндре дизельного двигателя очень высоки, то происходит самовоспламенение топлива. А это означает, что искусственно поджигать смесь не надо. Поэтому у дизельных двигателей отсутствуют не только свечи, но и вся система зажигания.
Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.
Инжекторный и карбюраторный двигатели — в чем отличие. Преимущества с недостатками дизелей и многое другое
Двигатель – самая важная часть автомобиля. Именно благодаря этому агрегату машина приводится в движение. Нет двигателя – машина превращается в обычную повозку. Телегу. Только в эту телегу лошадей не запрячь.
При помощи двигателя энергия сгорания топлива или энергия электрическая преобразуются в механическую энергию, которая необходима для движения.
Традиционно на автомобилях применяются двигатели внутреннего сгорания на бензине или дизельном топливе, используются также газовые двигатели, всё чаще начинают применять гибридные двигатели, которые представляют собой симбиоз двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Очень много разработок в области электрических двигателей. Однако, данный тип двигателя пока не получил широкого распространения.
Двигатели внутреннего сгорания
Бензиновые двигатели внутреннего сгорания
В цилиндрах таких двигателей сжатая воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой. Мощность двигателя регулируется путем регулирования потока воздуха, при помощи дроссельной заслонки.
В автомобилях, возраст которых составляет 10 лет и старше, управление дросселем осуществлялось путем нажатия на педаль газ. На современных автомобилях тоже нужно нажимать на газ, но только для того, чтобы послать сигнал ЭБУ (электронному блоку управления, «мозгам»), управляющему дроссельной заслонкой.
Виды бензиновых двигателей
Бензиновые двигатели могут быть карбюраторными и инжекторными. Бензиновые двигатели различаются по числу и расположению цилиндров, по способу охлаждения (воздушное и масляное охлаждение), по способу наполнения цилиндров воздухом (атмосферные, с наддувом, компрессорные) и другие.
Карбюраторные бензиновые двигатели
В карбюраторном двигателе горючая смесь приготавливается, собственно в карбюраторе. Основных видов карбюратора три:
Барботражный карбюратор
1 — дроссельная заслонка
Мембранно-игольчатый карбюратор создан как самостоятельная часть, элемент автомобиля. Устройство состоит из нескольких камер, которые разделены мембранами и соединенны штоком с иглой на конце, которая запирает седло клапана подачи бензина. Достоинством данного карбюратора является то, что его можно размещать в любом положении, относительно поверхности земли. Недостаток – сложность настройки. Обычно такой карбюратор устанавливается на газонокосилки, бензорезы и т.п. Но в качестве вспомогательного устройства, его можно обнаружить на автомобиле ЗИЛ-138.
Поплавковые карбюраторы составляют подавляющее большинство существующих в природе карбюраторов. Именно поплавковые карбюраторы устанавливаются на автомобили. Стоит заметить, что модификаций данного типа карбюратора огромное множество. Но, в обязательном порядке, в его состав входит поплавковая камера и смесительная камера.
Инжекторные двигатели
Инжекторная система впрыска топлива стала активно применяться в 80-х годах прошлого века. Инжекторные двигатели отличаются от карбюраторных тем, что в инжекторной системы происходит принудительный впрыск топлива во впускной коллектор или цилиндр.
В настоящее время в большинстве инжекторных двигателей используется электронная система впрыска. А происходит это так: в контроллер с датчиков собирается всевозможная информация, в том числе о положении коленвала, положении дросселя, скорости автомобиля, температуры охлаждающей жидкости и входящего воздуха. На основании этих данных контроллер подает сигналы форсункам, системе зажигания, регулятору холостого хода и другим системам.
Инжектор, по сравнению с карбюратором имеет ряд преимуществ:
Но есть и недостатки:
По большому счету, именно требования к понижению количества выброса вредных веществ, заставило автопроизводителей перейти от карбюратора к инжектору. Катализаторы, которые ставят на инжекторные автомобили, способны работать при достаточно узком диапазоне химического состава веществ, выходящих через выхлоп. А обеспечить такой диапазон может только современная система впрыска.
Особенности современных бензиновых двигателей
Во многих моделях современных автомобилей применяется для каждой свечи своя отдельная катушка зажигания. Особенно характерно это для японских автомобилей.
Чтобы решить проблему «зависания» заслонок, во многих «больших» двигателях используют по два впускных и выпускных клапана на цилиндр.
Как уже было отмечено, в большинстве современных автомобилей используется электронная педаль газа.
Дизельный двигатель
Как и бензиновый, дизельный двигатель является агрегатом внутреннего сгорания. Только в качестве топлива в таком двигателе можно использовать широкий диапазон жидкостей: от керосина и мазута до пальмового и рапсового масла.
Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя
1-й такт: открывается впускной клапан, «всасывая» в цилиндр воздух, после этого впускной клапан начинает закрываться, а выпускной – открываться.
2-й такт: поршень сживает воздух.
3-й такт: поршень двигается к верхней мертвой точке, в горячий воздух распыляется топливо, которое воспламеняется, а продукты сгорания двигают поршень вниз.
4-й такт: поршень идет вниз, продукты сгорания удаляются через выпускной клапан.
С некоторыми особенностями, но по такому принципу работают практически все ДВС с поршневой системой.
Особенности дизельного двигателя, топлива и автомобилей с дизельным двигателем:
Рекорды дизеля
В 2006 году автомобиль JCB Dieselmax, оснащенный дизельными двигателями развил скорость в 563 километра в час. Каждый из дизелей имел объем 5 литров и мощность 750 лошадиных сил.э
Самым большим дизельным двигателем является 14-ти цилиндровый судовой Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, рабочий объем которого более 25 литров, мощностью 108920 лошадиных сил.
Самый мощный «грузовой» дизель MTU 20V4000 устанавливается на карьерные самосвалы «Либхерр». Он имеет конфигурацию V20, объем – 95,4 литра и мощность 4023 лошадиных силы.
Самый большой «легковой» дизель устанавливается на Ауди Кью 7. Его рабочий объем – 6 литров, он имеет V-образную форму и 12 цилиндров. Мощность двигателя – 500 лошадиных сил.
Газовый двигатель
В газовом двигателе в качестве топлива используются углеводороды. Он тоже относится к ДВС.
Газовое топливо, как правило, закачивается в баллон, установленный на автомобиле, под высоким давлением. Газовый редуктор понижает давление газовой жидкости или паров до атмосферного, через форсунки смесь впрыскивается в двигатель, где воспламеняется при помощи искры.
Комбинированные ДВС
Данный тип двигателя называется так потому, что он представляет собой комбинацию поршневого и лопаточного устройств.
Наиболее распространен среди комбинированных – поршневой двигатель с турбонагнетателем. Принцип действия такой: в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины раскручивается её ротор, вал, а также ротор компрессора, нагнетающего кислород в двигатель. Таким образом, энергия выхлопных газов, которая без турбонагнетателя не использовалась бы, нашла свое применение.
Дополнительные системы, необходимые для ДВС
Двигатель автомобиля сравнивают с человеческим сердцем. Сердце не может функционировать без взаимодействия с другими органами в организме. Так и двигателю для нормальной работы нужно несколько дополнительных систем.
Конечно же, большинство двигателей не может работать без трансмиссии, потому что эффективен ДВС только в узком диапазоне оборотов. Впрочем, сейчас активно ведутся разработки по созданию гибридных двигателей, которые всегда должны работать в оптимальном режиме.
Двигателю нужны система зажигания, выхлопа и охлаждения. О последней стоит поговорить более подробно.
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания
Система охлаждения представляет собой набор устройств, которые подводят к конкретным элементам двигателя охлаждающую среду, отводящую от них в атмосферу лишнюю теплоту. Система охлаждения двигателя имеет целью поддержание температуры двигателя в рабочих параметрах.
Когда в цилиндре сгорает топливная смесь, температура достигает 2000 градусов. Охлаждающая жидкость обязана поддерживать температуру двигателя в пределах 80-90 градусов.
Система охлаждения двигателя может быть воздушной, жидкостной и гибридной.
Воздушное охлаждение
Воздушное охлаждение – самое простое из типов охлаждения двигателя. Оно может быть естественным и принудительным. Оно осуществляется путем установки развитого оребрения на внешней поверхности цилиндров. Такое охлаждение имеет значительные недостатки. Так воздух не может отводить значительные массы тепловой энергии. А некоторые участки двигателя подвергаются опасности локального перегрева. Воздушное охлаждение устанавливается на мопеды, мотоциклы, скутеры.
Принудительное воздушное охлаждение осуществляется путем установки вентиляторов, оребрения и помещения системы в защитный кожух. Здесь также существует опасность локального перегрева участков двигателя, которые недостаточно обдуваются воздухом. Кроме того, повышается уровень шума агрегата. В Советском союзе системой воздушного охлаждения был оснащен автомобиль Запорожец.
Дизельный грузовой автомобиль Татра до 2010 года оснащался системой принудительного воздушного охлаждения. Многие трактора, преимущественно легкие и средние используют аналогичную систему охлаждения.
Двигатель Lombardini 11LD 626-3NR — 4-х тактный трёхцилиндровый дизельный двигатель с горизонтальным расположением вала отбора мощности и воздушным охлаждением.
Жидкостное охлаждение
В данном типе систем охлаждения двигателей охлаждающая жидкость перемещается по замкнутому контуру. А тепло выдувается при помощи радиатора, установленного под капотом авто.
Жидкостная система охлаждения предусматривает следующие составные части:
Охлаждение масла
Очень часто, особенно в случаях с двигателями большой мощности, нуждается в охлаждении и масло. Масло охлаждается при помощи охлаждающей жидкости, или же при помощи воздуха, с использование отдельного радиатора.
Испарительная система охлаждения
При такой системе охлаждения охлаждающая жидкость или вода доводятся до кипения, в результате чего теплонагруженные элементы двигателя охлаждаются. Испарительная система охлаждения до сих пор применяется для понижения температуры мощных дизельных агрегатов в Китае.
История создания
Известно, что в 1807 году француз де Ривас сконструировал первый поршневой двигатель. Несмотря на то, что устройство, которое получило название «машина де Риваса», работала на сжиженном водороде, оно имело ряд признаков двигателя внутреннего сгорания. В частности, шатунно-поршневую группу, зажигание с искрой. Француз Ленуар в 1860 году сконструировал двухтактный газовый двигатель внутреннего сгорания. Мощность этого устройства составляла около 12 лошадиных сил, искра подавалась от внешнего источника, а коэффициент полезного действия не превышал 5 процентов. Между тем, двигатель Ленуара имел практическое применение. Его устанавливали некоторое время на лодки.
Немец Отто, изучив устройство Ленуара, построил в 1863 году атмосферный двухтактный одноцилиндровый двигатель, который имел КПД уже 15 процентов. При этом, топливо воспламенялось при помощи открытого пламени. В 1876 году все тот же Отто построил четырехтактный газовый ДВС.
А вот первый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания был сконструирован в России в 1880-х годах. Его создателем стал О.С. Костович.
В 1885 году Даймлер и Майбах создали карбюраторный бензиновый двигатель. Сдела двигатель был для мотоцикла. Но в 1886 году его установили на автомобиль.
В 1897 году Дизель усовершенствовал двигатель Даймлера-Майбаха, оснастив его зажиганием. Через год в России на заводе «Людвиг Нобель» Г. Тлинкер доработал двигатель Дизеля, превратив его в двигатель высокого сжатия с воспламенением. Но широкое применение данный двигатель получил не как силовой агрегат автомобиля, а как стационарный тепловой двигатель. Мощность устройства составляла около 20 лошадиных сил. Главным его преимуществом была экономичность.
В начале 20-го века Коломенский завод выкупил у «Людвиг Нобель» лицензию на выпуск «русских дизелей». В 1908 году главный инженер этого завода патентует двухтактный дизельный двигатель с двумя коленвалами и противоположно-движущимися поршнями.
Параллельно происходила разработка бензиновых двигателей. В США изобретатели Харт и Парр разработали двухцилиндровый бензиновый двигатель. Он имел мощность в 30 лошадиных сил.
Так наступила эра автомобилей, самолетов, теплоходов и тепловозов. Королем в этой эре выбрали двигатель внутреннего сгорания.
Устройство автомобилей
Что лучше – дизельный или бензиновый?
Часто можно услышать вопрос, – какой двигатель выгоднее и лучше – карбюраторный или дизельный? Давайте попробуем разобраться в этом непростом вопросе, и начнем со сравнения конструкций этих тепловых машин и анализа их принципиальных различий.
Основные отличия карбюраторных двигателей от дизельных заключаются в способе приготовления горючей смеси (смеси топлива с кислородом воздуха) и способе ее воспламенения. В карбюраторном двигателе горючая смесь, которая обычно представляет собой смесь бензина и воздуха, готовится вне цилиндров двигателя – во внешнем смесительном устройстве – карбюраторе (внешнее смесеобразование).
При открытом впускном клапане и ходе поршня к нижней мертвой токе (такт впуска) в цилиндре создается разрежение, при этом воздух засасывается через воздушный патрубок карбюратора. Перемещаясь по диффузорам карбюратора, воздух смешивается бензином, который подсасывается и распыляется из жиклеров, соединяющих поплавковую камеру с диффузорами (по принципу вакуумного пульверизатора). В таком виде готовая к воспламенению смесь поступает в цилиндр, где в процессе сжатия происходит ее окончательное перемешивание и разогрев.
Далее смесь воспламеняется от свечной искры и совершается такт рабочего хода.
В дизеле горючая смесь готовится непосредственно в цилиндрах двигателя (внутреннее смесеобразование) – сначала через впускной клапан в цилиндр поступает воздух, а затем, когда воздух сильно сжимается и раскаляется от сжатия, в цилиндр с помощью форсунки впрыскивается порция топлива. Воспламенение происходит без постороннего источника пламени (искры) и двигатель выполняет рабочий ход, т. е. совершает полезную механическую работу, используя тепловую энергию сгорающего топлива.
Степень сжатия в дизельных двигателях значительно выше степени сжатия в карбюраторных двигателях, благодаря чему и становится возможным самовоспламенение рабочей смеси.
Не следует путать два понятия – «рабочая смесь» и «горючая смесь». Горючая смесь – это смесь чистого воздуха и топлива, а в рабочей смеси, кроме того, присутствуют отработавшие газы, оставшиеся в цилиндре после его продувки через выпускной клапан. Т. е. в цилиндре воспламеняется не горючая, а рабочая смесь, так как отработавшие газы полностью удалить практически не возможно.
Исходя из анализа принципиальных различий между дизельным и карбюраторным двигателями, попробуем оценить их достоинства и недостатки, для объективного сравнения.
Преимущества и недостатки карбюраторного двигателя
К преимуществам карбюраторного двигателя по сравнению с дизелями можно отнести их следующие свойства:
Очевидным плюсом карбюраторных двигателей является более качественное смесеобразование, что благотворно сказывается на процессе сгорания топлива.
К недостаткам карбюраторных двигателей можно отнести следующие их свойства:
Существенным недостатком карбюраторных двигателей является относительно высокое сопротивление в диффузоре карбюратора, которое препятствует быстрому заполнению цилиндра горючей смесью. Избавиться от этого недостатка в значительной степени позволяют системы питания с впрыском бензина (инжекторные).
Токсичность продуктов сгорания бензина требует установки различных нейтрализаторов, которые увеличивают сопротивление выпускного тракта системы питания. Эти два фактора значительно снижают эффективность и экономичность работы карюбюраторного двигателя.
Дизельные двигатели менее подвержены влиянию сопротивления трактов впуска и выпуска, а использование турбонаддува позволяет значительно улучшить наполняемость цилиндров воздухом.
Преимущества и недостатки дизельного двигателя
К основным преимуществам дизеля по сравнению с карбюраторным двигателем можно отнести следующие свойства:
Недостатки дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями:
Особое положение занимают бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси. Эти двигатели в зависимости от организации процесса смесеобразования и конструкции могут сочетать в себе положительные свойства, как карбюраторных двигателей, так и дизелей.
Поскольку газовые двигатели тоже имеют на автомобилях достаточно широкое применение, рассмотрим свойства и этих тепловых машин внутреннего сгорания.
Преимущества и недостатки газовых двигателей
Двигатели, использующие для работы горючие газы (жидкие или газообразные) имеют ряд существенных достоинств:
Недостатки двигателей, работающих на газовом топливе:
Так что же, все-таки, лучше – дизель или бензиновый?
Отличие рабочего цикла дизельного двигателя от карбюраторного
Что лучше – дизельный или бензиновый?
Часто можно услышать вопрос, – какой двигатель выгоднее и лучше – карбюраторный или дизельный? Давайте попробуем разобраться в этом непростом вопросе, и начнем со сравнения конструкций этих тепловых машин и анализа их принципиальных различий.
Основные отличия карбюраторных двигателей от дизельных заключаются в способе приготовления горючей смеси (смеси топлива с кислородом воздуха) и способе ее воспламенения. В карбюраторном двигателе горючая смесь, которая обычно представляет собой смесь бензина и воздуха, готовится вне цилиндров двигателя – во внешнем смесительном устройстве – карбюраторе (внешнее смесеобразование). При открытом впускном клапане и ходе поршня к нижней мертвой токе (такт впуска) в цилиндре создается разрежение, при этом воздух засасывается через воздушный патрубок карбюратора. Перемещаясь по диффузорам карбюратора, воздух смешивается бензином, который подсасывается и распыляется из жиклеров, соединяющих поплавковую камеру с диффузорами (по принципу вакуумного пульверизатора). В таком виде готовая к воспламенению смесь поступает в цилиндр, где в процессе сжатия происходит ее окончательное перемешивание и разогрев. Далее смесь воспламеняется от свечной искры и совершается такт рабочего хода.
В дизеле горючая смесь готовится непосредственно в цилиндрах двигателя (внутреннее смесеобразование) – сначала через впускной клапан в цилиндр поступает воздух, а затем, когда воздух сильно сжимается и раскаляется от сжатия, в цилиндр с помощью форсунки впрыскивается порция топлива. Воспламенение происходит без постороннего источника пламени (искры) и двигатель выполняет рабочий ход, т. е. совершает полезную механическую работу, используя тепловую энергию сгорающего топлива. Степень сжатия в дизельных двигателях значительно выше степени сжатия в карбюраторных двигателях, благодаря чему и становится возможным самовоспламенение рабочей смеси.
Не следует путать два понятия – «рабочая смесь» и «горючая смесь». Горючая смесь – это смесь чистого воздуха и топлива, а в рабочей смеси, кроме того, присутствуют отработавшие газы, оставшиеся в цилиндре после его продувки через выпускной клапан. Т. е. в цилиндре воспламеняется не горючая, а рабочая смесь, так как отработавшие газы полностью удалить практически не возможно.
Исходя из анализа принципиальных различий между дизельным и карбюраторным двигателями, попробуем оценить их достоинства и недостатки, для объективного сравнения.
Преимущества и недостатки карбюраторного двигателя
К преимуществам карбюраторного двигателя по сравнению с дизелями можно отнести их следующие свойства:
Очевидным плюсом карбюраторных двигателей является более качественное смесеобразование, что благотворно сказывается на процессе сгорания топлива.
К недостаткам карбюраторных двигателей можно отнести следующие их свойства:
Существенным недостатком карбюраторных двигателей является относительно высокое сопротивление в диффузоре карбюратора, которое препятствует быстрому заполнению цилиндра горючей смесью. Избавиться от этого недостатка в значительной степени позволяют системы питания с впрыском бензина (инжекторные). Токсичность продуктов сгорания бензина требует установки различных нейтрализаторов, которые увеличивают сопротивление выпускного тракта системы питания. Эти два фактора значительно снижают эффективность и экономичность работы карюбюраторного двигателя. Дизельные двигатели менее подвержены влиянию сопротивления трактов впуска и выпуска, а использование турбонаддува позволяет значительно улучшить наполняемость цилиндров воздухом.
Преимущества и недостатки дизельного двигателя
К основным преимуществам дизеля по сравнению с карбюраторным двигателем можно отнести следующие свойства:
Недостатки дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями:
Особое положение занимают бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси. Эти двигатели в зависимости от организации процесса смесеобразования и конструкции могут сочетать в себе положительные свойства, как карбюраторных двигателей, так и дизелей.
Поскольку газовые двигатели тоже имеют на автомобилях достаточно широкое применение, рассмотрим свойства и этих тепловых машин внутреннего сгорания.
Преимущества и недостатки газовых двигателей
Двигатели, использующие для работы горючие газы (жидкие или газообразные) имеют ряд существенных достоинств:
Недостатки двигателей, работающих на газовом топливе:
Так что же, все-таки, лучше – дизель или бензиновый?
Карбюраторные поршневые двигатели
К составляющим карбюраторного поршневого двигателя относятся:
А теперь рассмотрим принцип работы на примере одноцилиндрового карбюраторного двигателя. Его устройство представлено на рисунке 1.1.
Рис. 1.1 Одноцилиндровый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания: а) «стакан» в «стакане»; б) поперечный разрез 1 — головка цилиндра; 2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — поршневые кольца; 5 — поршневой палец; 6 — шатун; 7 — коленчатый вал; 8 — маховик; 9 — кривошип; 10 — распределительный вал; 11 — кулачок распределительного вала; 12 — рычаг (коромысло); 13 — клапан; 14 — свеча зажигания
В цилиндре (2) со съемной головкой (1) находится поршень (3), в специальные канавки справа и слева помещены поршневые кольца (4). Кольца скользят по поверхности цилиндра, не давая образующимся газам вырваться вниз и препятствуя попаданию наверх масла.Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные и маслосъемные.
предотвращают порыв газов из камеры сгорания в картер. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннего диаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана. Вырез в поршневом кольце называют замком.
препятствуют проникновению масла из картера в камеру сгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра. Их устанавливают ниже уровня компрессионных. Они в отличии от компрессионных колец имеют сквозные прорези.
Поршневой палец (5) и шатун (6) соединяют поршень с кривошипом коленчатого вала (9). Он вращается в подшипниках, которые расположены в картере двигателя. На конце коленчатого вала (7) укреплен маховик (8).
Когда кулачки распределительного вала (11) находят на рычаги (12), клапаны (13) открываются. При этом, через впускной клапан проходит горючая смесь (бензин и воздух), а через выпускной выходят отработанные газы. Закрываются клапаны под воздействием пружин, когда кулачки сбегают с рычагов. В движении коленчатый вал и кулачки приводятся с помощью коленчатого вала.
Свеча зажигания (14) расположена в резьбовом отверстии головки цилиндра (1). Между ее электродами проскакивает искра и воспламеняет горючую смесь (см. выше).
Вот основные принципы работы одноцилиндрового карбюраторного двигателя.Также существуют показатели, которые используются для оценки двигателей (рисунок 1.2).
Рис. 1.2 Ход поршня и объемы цилиндра двигателя: а) поршень в нижней мертвой точке б) поршень в верхней мертвой точке
ВМТ и НМТ – верхняя и нижняя «мертвая» точка, соответственно. Эти показатели характеризуют положение поршня, при котором он удален от оси коленчатого вала. S
– ход поршня. Путь от одной «мертвой» точки до другой.
— объемом камеры сгорания. Это объем над поршнем, когда он находится в ВМТ.
Vр
— рабочий объем цилиндра. Тот объем, который освобождает поршень, перемещаясь от верхней «мертвой» точке к нижней.
Vп
– полный объем цилиндра. Показатель, который исчисляется суммированием объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра.
При сложении рабочих объемов всех цилиндров мы получаем рабочий объем двигателя. Мы рассмотрели работу двигателя с одним цилиндром, но современные машиностроительные заводы выпускают, как правило, двигатели с количеством цилиндров 4, 6, 8, 12.
Но бывают 1-цилиндровые (все с приставкой «мото», т.е. мотоциклы, мотоблоки и т.д.), 3- цилиндровые (например, ДАМАС, МАТИС, т.е. все ДЭУ), 5- цилиндровые (система «звездочка», применяемая в самолетах)
На рисунке 1.3 показано возможное расположение цилиндров.
Рис. 1.3 Расположение цилиндров двигателя.: 1 — рядное расположение цилиндров; 2 — V — образный двигатель; 3 — звездообразный двигатель; 4 — оппозитное расположение цилиндров двигателя; 5 — U — образный двигатель с шатуном прицепного типа (поршни движутся в одном направлении); 6 — двигатель с горизонтально расположенными цилиндрами и поршнями, движущимися в противоположных направлениях.
Карбюратор и инжектор. В чём разница? Сравнение с дизелем
Двигатель – самая важная часть автомобиля. Именно благодаря этому агрегату машина приводится в движение. Нет двигателя – машина превращается в обычную повозку. Телегу. Только в эту телегу лошадей не запрячь.
При помощи двигателя энергия сгорания топлива или энергия электрическая преобразуются в механическую энергию, которая необходима для движения.
Традиционно на автомобилях применяются двигатели внутреннего сгорания на бензине или дизельном топливе, используются также газовые двигатели, всё чаще начинают применять гибридные двигатели, которые представляют собой симбиоз двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Очень много разработок в области электрических двигателей. Однако, данный тип двигателя пока не получил широкого распространения.
Двигатели внутреннего сгорания
Бензиновые двигатели внутреннего сгорания
В цилиндрах таких двигателей сжатая воздушно-топливная смесь воспламеняется искрой. Мощность двигателя регулируется путем регулирования потока воздуха, при помощи дроссельной заслонки.
В автомобилях, возраст которых составляет 10 лет и старше, управление дросселем осуществлялось путем нажатия на педаль газ. На современных автомобилях тоже нужно нажимать на газ, но только для того, чтобы послать сигнал ЭБУ (электронному блоку управления, «мозгам»), управляющему дроссельной заслонкой.
Виды бензиновых двигателей
Бензиновые двигатели могут быть карбюраторными и инжекторными. Бензиновые двигатели различаются по числу и расположению цилиндров, по способу охлаждения (воздушное и масляное охлаждение), по способу наполнения цилиндров воздухом (атмосферные, с наддувом, компрессорные) и другие.
Карбюраторные бензиновые двигатели
В карбюраторном двигателе горючая смесь приготавливается, собственно в карбюраторе. Основных видов карбюратора три:
Барботражный карбюратор 1 — дроссельная заслонка
Мембранно-игольчатый карбюратор создан как самостоятельная часть, элемент автомобиля. Устройство состоит из нескольких камер, которые разделены мембранами и соединенны штоком с иглой на конце, которая запирает седло клапана подачи бензина. Достоинством данного карбюратора является то, что его можно размещать в любом положении, относительно поверхности земли. Недостаток – сложность настройки. Обычно такой карбюратор устанавливается на газонокосилки, бензорезы и т.п. Но в качестве вспомогательного устройства, его можно обнаружить на автомобиле ЗИЛ-138.
Поплавковые карбюраторы составляют подавляющее большинство существующих в природе карбюраторов. Именно поплавковые карбюраторы устанавливаются на автомобили. Стоит заметить, что модификаций данного типа карбюратора огромное множество. Но, в обязательном порядке, в его состав входит поплавковая камера и смесительная камера.
Бензиновые ДВС
Один из видов ДВС – бензиновые. В их цилиндрах находится заранее сжатая смесь из топлива и воздуха, которая впоследствии поджигается искрой от электричества. Изменять мощность в таких двигателях можно через регуляцию потока воздуха, в чем помогает дроссельная заслонка.
Наиболее популярными в автомобилях являются четырехтактные двигатели. Цикл их работы делится на четыре этапа: впуск, сжатие, сгорание и расширение, выпуск.
Двухтактный двигатель включает в себя лишь два этапа: сжатие и расширение. Вместо впуска и выпуска здесь выступает продувка цилиндра.
Несмотря на малые размеры и свою простоту, двухтактные двигатели серьезно уступают четырехтактными по нескольким пунктам:
Также бензиновые двигатели принято разделять на карбюраторные и инжекторные
Как происходит процесс сгорания топлива в дизельном двигателе?
Топливо подается форсункой в рабочий цилиндр тракторного двигателя в виде факела тонкораспыленных капель. Капли топлива попадают в среду сжатого и вследствие этого нагретого до высокой температуры воздуха. Это достигается высок
ой степенью сжатия (отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания), равной 16—22. Несмотря на то, что температура сжатого в цилиндре воздуха выше необходимой для воспламенения топлива, сгорание происходит с задержкой, связанной с подготовкой топлива к горению. Эта задержка приводит к скоплению в цилиндре некоторого количества распыленного топлива, которое продолжает подавать форсунка.
Далее топливо воспламеняется и быстро сгорает с резким возрастанием давления и те начинают сгорать почти сразу по выходе из форсунки. В этот последний период давление газов остается почти постоянным. В последнее время разработан принципиально новый процесс образования рабочей смеси в камере сгорания тракторного двигателя с уменьшили расход топлива. Он характеризуется тем, что в объеме камеры сгорания распыливается лишь незначительное количество (около 5%) топлива, а его основная часть подается форсункой на горячую стенку выемки в днище поршня. При этом форсунку устанавливают в головке цилиндром так, что направление факела распыленного топлива образует острый угол с поверхностью стенки, а в камере сгорания создается движение воздуха, направление которого совпадает с направлением движения частиц топлива. В таких условиях попадающее на стенку камеры сгорания топливо «растекается» по стенке, образуя тонкую (около 0,2 мм) пленку на большой площади.
Та небольшая часть топлива, которая отрывается от краев факела из-за трения о воздух и распыливается в объеме камеры сгорания, подготовится к воспламенению и воспламеняется так же, как и при чисто объемном смесеобразовании. Однако из-за малого количества воспламеняющегося топлива при этом не происходит резкого нарастания давления. Основная часть топлива, превращенная в пленку, постепенно испаряется со стенки, в парообразном состоянии поступает в зону горения и сгорает полностью, не вызывая большого повышения давления
Бензин
Сейчас производят только моторы с распределённым впрыском, но на дорогах ещё достаточно и других вариантов.
Не вдаваясь глубоко в подробности каждой системы, пройдёмся быстро по принципам работы.
Карбюратор
Это механическое устройство. Да, могут быть установлены электроклапаны и экономайзеры, но главный принцип механический.
В карбюраторе есть Камера с поплавком, где поддерживается строго определенный уровень топлива.
При движении поршня мотора вниз (на такте всасывания), происходит втягивание в цилиндр воздуха и бензина через распылитель.
Воздух смешивается с бензином в камере карбюратора и попадает в цилиндр.
На следующем такте (это сжатие), когда поршень дойдёт до верха, происходит воспламенение от электрической свечи зажигания.
Впрыск (инжектор)
Инжекторный системы могли иметь всего одну форсунку (моновпрыск).
Распыление происходит в полость впускного коллектора, для всех цилиндров, а дальше все, как в карбюраторной системе.
Управление работой форсунки осуществляет электронный блок, на основании показаний датчиков.
Сейчас на каждый цилиндр устанавливают по форсунке, она срабатывает в нужный момент на определенное время (впрыскивая расчетный объём топлива).
В электронных инжекторных системах блок управления контролирует много параметров:
Это не полный перечень параметров, только основные.
И несколько слов про машины на газу.
Бензиновые автомобили в основной массе можно переоборудовать для работы на газу (смесь пропана и бутана).
Также некоторые заводы выпускают заводские газовые модели.
Газовое оборудование устанавливают дополнительно к бензиновому и принцип работы аналогичен.
В холодное время года испаряемость газа хуже и прогрев автомобиля происходит на бензине и только потом система переходит на газ.
В этой статье не будем обсуждать, что выбрать бензин, дизель или газ. Это тема отдельной статьи.
По основным принципам работы всё, для понимания достаточно.
Дополнительные системы, необходимые для ДВС
Двигатель автомобиля сравнивают с человеческим сердцем. Сердце не может функционировать без взаимодействия с другими органами в организме. Так и двигателю для нормальной работы нужно несколько дополнительных систем.
Конечно же, большинство двигателей не может работать без трансмиссии, потому что эффективен ДВС только в узком диапазоне оборотов. Впрочем, сейчас активно ведутся разработки по созданию гибридных двигателей, которые всегда должны работать в оптимальном режиме.
Двигателю нужны система зажигания, выхлопа и охлаждения. О последней стоит поговорить более подробно.
Преимущества четырёхтактных двигателей:
Так же на зеркале поршня и стенках глушителя и выхлопной трубы образуется значительно меньше нагара. К тому же, в 2-тактном двигателе происходит выброс топливной смеси в выхлопную трубу, что объясняется его конструкцией.
Статьи по теме: 1. Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания; 2. Роторные двигатели с послойным распределением заряда; 3. Недымящий двигатель Кушуля; 4. Роторный двигатель внутреннего сгорания Лаптевых; 5. Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий от воспламенения распыленного топлива.
Как сгорает рабочая смесь в бензиновом двигателе?
Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания
Система охлаждения представляет собой набор устройств, которые подводят к конкретным элементам двигателя охлаждающую среду, отводящую от них в атмосферу лишнюю теплоту. Система охлаждения двигателя имеет целью поддержание температуры двигателя в рабочих параметрах.
Когда в цилиндре сгорает топливная смесь, температура достигает 2000 градусов. Охлаждающая жидкость обязана поддерживать температуру двигателя в пределах 80-90 градусов.
Система охлаждения двигателя может быть воздушной, жидкостной и гибридной.
Воздушное охлаждение
Воздушное охлаждение – самое простое из типов охлаждения двигателя. Оно может быть естественным и принудительным. Оно осуществляется путем установки развитого оребрения на внешней поверхности цилиндров. Такое охлаждение имеет значительные недостатки. Так воздух не может отводить значительные массы тепловой энергии. А некоторые участки двигателя подвергаются опасности локального перегрева. Воздушное охлаждение устанавливается на мопеды, мотоциклы, скутеры.
Принудительное воздушное охлаждение осуществляется путем установки вентиляторов, оребрения и помещения системы в защитный кожух. Здесь также существует опасность локального перегрева участков двигателя, которые недостаточно обдуваются воздухом. Кроме того, повышается уровень шума агрегата. В Советском союзе системой воздушного охлаждения был оснащен автомобиль Запорожец.
Дизельный грузовой автомобиль Татра до 2010 года оснащался системой принудительного воздушного охлаждения. Многие трактора, преимущественно легкие и средние используют аналогичную систему охлаждения.
Двигатель Lombardini 11LD 626-3NR — 4-х тактный трёхцилиндровый дизельный двигатель с горизонтальным расположением вала отбора мощности и воздушным охлаждением.
Жидкостное охлаждение
В данном типе систем охлаждения двигателей охлаждающая жидкость перемещается по замкнутому контуру. А тепло выдувается при помощи радиатора, установленного под капотом авто.
Жидкостная система охлаждения предусматривает следующие составные части:
Охлаждение масла
Очень часто, особенно в случаях с двигателями большой мощности, нуждается в охлаждении и масло. Масло охлаждается при помощи охлаждающей жидкости, или же при помощи воздуха, с использование отдельного радиатора.
Испарительная система охлаждения
При такой системе охлаждения охлаждающая жидкость или вода доводятся до кипения, в результате чего теплонагруженные элементы двигателя охлаждаются. Испарительная система охлаждения до сих пор применяется для понижения температуры мощных дизельных агрегатов в Китае.
Недостатки четырёхтактных двигателей:
Все холостые ходы (впуск, сжатие, выпуск) совершаются за счёт кинетической энергии, запасённой кривошипно шатунным механизмом и связанными с ним деталями во время рабочего хода, в процессе которого химическая энергия топлива превращается в механическую энергию движущихся частей двигателя. Поскольку сгорание происходит в доли секунд, то оно сопровождается быстрым увеличением нагрузки на крышку (головку) цилиндра, поршень и другие детали двигателя внутреннего сгорания. Наличие такой нагрузки неизбежно приводит к необходимости увеличить массу движущихся деталей (для повышения прочности), что в свою очередь сопровождается ростом инерционных нагрузок на движущиеся детали.
Уступают по мощности двухтактным.
К незначительным недостаткам, которые с лихвой окупаются достоинствами, можно отнести работы по регулировке теплового зазора клапанов и время разгона с места, которое несколько больше, чем у двухтактных. Специализированное, мощное оборудование для ремонта и обслуживания. Четырехтактные ДВС имеют большие размеры, их детали более объёмны, сложны. Для осуществления ремонта таких двигателей, необходимо использовать тяжелое гаражное оборудование: стенды-кантователи, стенды для ремонта ДВС, кран-манипулятор и т.д.
Работа многоцилиндровых двигателей
Коленчатый вал одноцилиндрового двигателя вращается неравномерно: ускоренно — во время такта расширения и замедленно — в других тактах. При сгорании заряда горючей смеси, необходимого для получения нужной мощности, на детали кри-вошипно-шатунного механизма действует ударная нагрузка, что увеличивает их износ и вызывает колебания всего двигателя.
При движении поршня, шатуна и коленчатого вала возникают значительные силы инерции, которые достаточно сложно уравновесить. Кроме того, для такого двигателя характерна плохая приемистость, т. е. способность быстро увеличивать частоту вращения коленчатого вала при увеличении количества сгораемого топлива.
Чтобы устранить недостатки одноцилиндровых двигателей, на тракторах и автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели, т. е. такие, у которых несколько одноцилиндровых двигателей объединены в один. Коленчатый вал этих двигателей вращается более равномерно.
Расположение цилиндров таких двигателей может быть одно-или двухрядным. Цилиндры большинства однорядных двигателей размещают вертикально, двухрядных — под углом друг к другу. Двухрядные двигатели (рис. 2.5) могут быть У-образные (угол между цилиндрами меньше 180°) и оппозитные (угол между цилиндрами равен 180°).
Отечественные двигатели имеют различное число цилиндров—от 2 до 12. В многоцилиндровых двигателях такты расширения осуществляются в определенной последовательности, в соответствии с порядком работы, который зависит от расположения цилиндров, взаимного положения кривошипов коленчатого вала и последовательности открытия и закрытия клапанов механизма газораспределения.
Рассмотрим работу многоцилиндровых двигателей на примере четырехцилиндрового однорядного двигателя (рис. 2.6).
Этот двигатель можно представить как соединенные вместе четыре одноцилиндровых двигателя с одним общим коленчатым валом, кривошипы (колена) которого расположены в одной плоскости. Два крайних колена направлены в одну сторону, а два средних —в противоположную (под углом 180°). В этом случае