Двигатели внутреннего сгоранияx

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт нефти и газа
Кафедра Топливообеспечение и горюче-смазочных материалов
РЕФЕРАТ
По дисциплине: «Химмотология»
Тема работы: «Устройство двигателя внутреннего сгорания,
особенности конструкции и принцип работы инжекторного двигателя».
Преподаватель
___________
подпись, дата
Студент НБ 13-06 081311835 ___________
подпись, дата
Красноярск 2015
И.В. Надейкин
А.В. Ганчевский
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 3
1 История создания ДВС ............................................................................................ 4
2 Классификация ДВС ................................................................................................ 5
3 Типы ДВС ................................................................................................................. 6
4 Компоновка поршневых двигателей .................................................................... 10
5 Конструктивные параметры двигателей .............................................................. 12
6 Конструкция ДВС с навесным оборудованием на примере двигателя ЗМЗ-24Д
..................................................................................................................................... 13
7 Рабочий цикл четырехтактного ДВС ................................................................... 14
8 Принцип работы инжекторных ДВС ................................................................... 19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 22
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ............................................... 23
2
ВВЕДЕНИЕ
XX век - это мир техники. Могучие машины добывают из недр земли
миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают
миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов
изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили,
часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, телефон и радио соединяет
нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самолеты с большой скоростью
переносят нас через материки и океаны. А высоко над нами, за пределами
земной атмосферы, летают ракеты и искусственные Спутники Земли. Все это
действует не без помощи электричества.
Человек начал свое развитие с присвоения готовых продуктов природы.
Уже на первом этапе развития он стал применять искусственные орудия труда.
С развитием производства начинают складываться условия для
возникновения и развития машин. Сначала машины, как и орудия труда лишь
помогали человеку в его труде. Затем они стали постепенно заменять его.
В феодальный период истории впервые в качестве источника энергии
была использована сила водяного потока. Движение воды вращало водяное
колесо, которое в свою очередь приводило в действие различные механизмы. В
этот период появилось множество разнообразных технологических машин.
Однако широкое распространение этих машин часто тормозилось из-за
отсутствия рядом водяного потока. Нужно было искать новые источники
энергии, чтобы приводить в действие машины в любой точке земной
поверхности. Пробовали энергию ветра, но это оказалось малоэффективным.
Стали искать другой источник энергии. Долго трудились изобретатели,
много машин испытали - и вот, наконец , новый двигатель был построен . Это
был паровой двигатель. Он приводил в движение многочисленные машины и
станки на фабриках и заводах. В начале XIX века были изобретены первые
сухопутные паровые транспортные средства - паровозы.
Но паровые машины были сложными, громоздкими и дорогими
установками. Бурно развивающемуся механическому транспорту нужен был
другой двигатель - небольшой и дешевый. В 1860 г. француз Ленуар,
использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и
электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший
практическое применение двигатель внутреннего сгорания.
3
1 История создания ДВС
В 1807 г. французско-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де
Ривас (François Isaac de Rivaz) построил первый поршневой двигатель,
называемй часто машиной де Риваса (De Rivaz engine). Двигатель работал на
газообразном водороде, имея элементы конструкции, с тех пор вошедшие в
последующие прототипы ДВС: шатунно-поршневую группу и искровое
зажигание. Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был
сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822—1900) в
1860 году. Мощность составляла 8,8 кВт (11,97 л. с.). Двигатель представлял
собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия,
работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым
зажиганием от постороннего источника. КПД двигателя не превышал 4,65 %.
Несмотря на недостатки, двигатель Ленуара получил некоторое
распространение. Использовался как лодочный двигатель.
Познакомившись с двигателем Ленуара, выдающийся немецкий
конструктор Николаус Аугуст Отто (1832—1891) создал в 1863 двухтактный
атмосферный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель имел вертикальное
расположение цилиндра, зажигание открытым пламенем и КПД до 15 %.
Вытеснил двигатель Ленуара.
В
1876 г.
Николаус
Аугуст
Отто
построил
более
совершенный четырёхтактный газовый двигатель внутреннего сгорания.
В 1880-х годах Огнеслав Степанович Костович в России построил
первый бензиновый карбюраторный двигатель.
Немецкий инженер Рудольф Дизель стремился повысить эффективность
двигателя внутреннего сгорания и в 1897 предложилдвигатель с
воспламенением от сжатия. На заводе «Людвиг Нобель» Эммануила
Людвиговича Нобеля в Петербурге в 1898—1899Густав Васильевич
Тринклер усовершенствовал этот двигатель, использовав бескомпрессорное
распыливание топлива, что позволило применить в качестве топлива нефть. В
результате бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания высокого
сжатия
с
самовоспламенением стал
наиболее
экономичным
стационарным тепловым двигателем. В 1899 на заводе «Людвиг Нобель»
построили первый дизель в России и развернули массовое производство
дизелей. Этот первый дизель имел мощность 20 л. с., один цилиндр диаметром
260 мм, ход поршня 410 мм и частоту вращения 180 об/мин. В Европе
дизельный
двигатель,
усовершенствованный Густавом
Васильевичем
Тринклером, получил название «русский дизель» или «Тринклер-мотор».
Навсемирной выставке в Париже в 1900 двигатель Дизеля получил главный
приз. В 1902 Коломенский завод купил у Эммануила Людвиговича
Нобеля лицензию на производство дизелей и вскоре наладил массовое
производство.
4
2 Классификация ДВС
В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее
распространение поучили ДВС, в которых процесс сгорания топлива с
выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит
непосредственно в цилиндрах. В большинстве современных автомобилей
установлены двигатели внутреннего сгорания, которые классифицируются по
различным признакам:
1) По способу смесеобразования:
-Двигатели с внешним смесеобразованием, у которых горючая смесь
приготовляется вне цилиндров (карбюраторные и инжекторные);
-Двигатели с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь образуется
внутри цилиндров) – дизели.
2) По способу осуществления рабочего цикла:
- Двухтактные;
- Четырехтактные.
3) По числу цилиндров:
- Одноцилиндровые;
- Двухцилиндровые;
- Многоцилиндровые.
4) По расположению цилиндров:
- Рядные двигатели;
- V-образные двигатели;
- Оппозитные двигатели;
- Звездообразные.
5) По способу охлаждения:
- Двигатели с воздушным охлаждением;
- Двигатели с жидкостным охлаждением.
6) По виду применяемого топлива:
- Бензиновые;
- Дизельные;
- Газовые;
- Многотопливные
7) По степени сжатия:
- Двигатели низкого сжатия (Е = 4..9);
- Двигатели высокого сжатия (Е = 12..18).
8) По способу наполнения цилиндра свежим зарядом:
- Безнаддувные двигатели;
- Двигатели с наддувом.
9) По частоте вращения:
- Тихоходные;
- Повышенной частоты вращения;
- Быстроходные
5
3 Типы ДВС
Двигатель — устройство, преобразующее энергию сгорания топлива в
механическую работу. Практически все автомобильные двигатели работают по
циклу, состоящему из четырех тактов:
-впуск воздуха или его смеси с топливом;
сжатие
рабочей
смеси,
рабочий
ход
при
сгорании
рабочей
смеси;
выпуск
отработавших
газов.
Наибольшее распространение в автомобилях получили поршневые
двигатели — бензиновые и дизели.
Бензиновые двигатели имеют принудительное зажигание топливовоздушной смеси искровыми свечами (Рисунок 3.1). Различаются по типу
системы питания:
- в карбюраторных смешение бензина с воздухом начинается в
карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время
выпуск таких двигателей снижается из-за низкой экономичности и
несоответствия современным экологическим нормам;
- в впрысковых двигателях топливо может подаваться одним инжектором
(форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или
несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра
(распределенный впрыск). В них возможно некоторое увеличение
максимальной мощности и снижение расхода бензина и токсичности
отработавших газов за счет более точной дозировки топлива электронной
системой управления двигателем;
- двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру
сгорания, который подается в цилиндр несколькими порциями, что
оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных
смесях, соответственно уменьшается расход топлива и выброс вредных
веществ.
6
Рисунок 3.1 – Разрез бензинового ДВС
Дизели — двигатели, в которых воспламенение смеси топлива с воздухом
происходит от повышения ее температуры при сжатии (Рисунок 3.2). По
сравнению с бензиновыми эти двигатели обладают лучшей экономичностью
(на 15-20%) благодаря большей (в два и более раз) степени сжатия (см. ниже),
улучшающей процессы горения топливо-воздушной смеси. Достоинством
дизелей является отсутствие дроссельной заслонки, которая создает
сопротивление движению воздуха на впуске и увеличивает расход топлива.
Максимальный крутящий момент дизели развивают на меньшей частоте
вращения коленчатого вала (в обиходе — "тяговиты на низах").
Дизели устаревших конструкций обладали по сравнению с бензиновыми
двигателями и рядом недостатков:
- большей массой и стоимостью при одинаковой мощности из-за высокой
степени сжатия (в 1,5-2 раза больше), увеличивавшей давление в цилиндрах и
нагрузки на детали, что заставляло изготавливать более прочные элементы
двигателя, увеличивая их габариты и вес;
- большей шумностью из-за особенностей процесса горения топлива в
цилиндрах;
- меньшими максимальными оборотами коленвала из-за более высокой
массы деталей, вызывавшей большие инерционные нагрузки. По этой же
7
причине дизели, как правило, менее приемисты — медленнее набирают
обороты.
Рисунок 3.2 – Разрез дизельного ДВС
Роторно-поршневой двигатель (Ванкеля) — в нем ротор-поршень
совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых
двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории (Рисунок 3.3).
Благодаря этому он обладает хорошей приемистостью — быстро набирает
обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за
конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает
только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры
сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие
экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание.
8
Рисунок 3.3– Роторно-поршневой ДВС
Гибридная силовая установка представляет собой комбинацию
поршневого двигателя (как правило, дизеля), электродвигателя, генератора и
тяговых (тяговая аккумуляторная батарея, в отличие от стартерной, рассчитана
на разряд большими токами (50-100 А) в течение 30-60 минут) аккумуляторных
батарей (Рисунок 3.4). Работа этой установки происходит в различных режимах
в зависимости от характера движения автомобиля. При интенсивном разгоне
вместе работают поршневой и электрический двигатели. Во время торможения
двигателем за счет энергии замедления генератор заряжает аккумуляторные
батареи. При движении в городском цикле может работать только
электродвигатель. Все это позволяет, сохраняя (или даже улучшая) динамику
разгона, значительно повысить экономичность и снизить выброс вредных
веществ.
Рисунок 3.4 – Гибридная силовая установка
9
4 Компоновка поршневых двигателей
Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с
их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное
количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.
Рядный двигатель (Рисунок 4.1) — компоновка, при которой все
цилиндры находятся в одной плоскости. Применяется для небольшого
количества цилиндров (2, 3, 4, 5 и 6). Рядный шестицилиндровый двигатель
легче всего поддается уравновешиванию (снижению вибраций), но обладает
значительной длиной.
Рисунок 4.1 – Рядное расположение цилиндров ДВС
V-образный двигатель (Рисунок 4.2) — цилиндры у него расположены в
двух плоскостях, как бы образуя латинскую букву V. Угол между этими
плоскостями называют углом развала. Наиболее часто такое размещение
цилиндров применяется для шести- и восьмицилиндровых двигателей и
обозначается V6 и V8 соответственно. Такая компоновка позволяет уменьшить
длину двигателя, но увеличивает его ширину.
Рисунок 4.2 – V-образное расположение цилиндров ДВС
10
Оппозитный двигатель (Рисунок 4.3) имеет угол развала 180°, благодаря
этому у него высота агрегата наименьшая среди всех компоновок.
Рисунок 4.3 – Оппозитный ДВС
VR-двигатель (Рисунок 4.4) обладает небольшим углом развала (порядка
15°), что позволяет уменьшить как продольный, так и поперечный размеры
агрегата.
Рисунок 4.4 – VR-образное расположение цилиндров ДВС
W-двигатель имеет два варианта компоновки — три ряда цилиндров с
большим углом развала (Рисунок 4.5) или как бы две VR-компоновки.
Обеспечивает хорошую компактность даже при большом количестве
цилиндров. В настоящее время серийно выпускают W8 и W12.
11
Рисунок 4.4 – W-образное расположение цилиндров ДВС
5 Конструктивные параметры двигателей
Любой двигатель характеризуется следующими конструктивно
заданными параметрами (Рисунок 5), практически неизменными в процессе
эксплуатации автомобиля.
Рисунок 5 – Объемы поршневых ДВС
Объем камеры сгорания (Vk) — объем полости цилиндра и углубления в
головке над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке — крайнем
положении
на
наибольшем
удалении
от
коленвала.
Рабочий объем цилиндра (Vp) — пространство, которое освобождает
поршень при движении от верхней (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ).
12
Последняя является крайним положением поршня на наименьшем удалении от
коленчатого вала.
Полный объем цилиндра (Vo) — равен сумме рабочего объема и объема
камеры сгорания.
Рабочий объем двигателя (литраж) складывается из рабочих объемов всех
цилиндров.
Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры
сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный
объем при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю. Для
бензиновых двигателей определяет октановое число применяемого топлива.
6 Конструкция ДВС с навесным оборудованием на примере
двигателя ЗМЗ-24Д
Двигатели 24Д и 24-01 выпускаются на Заволжском моторном заводе им.
50-летия СССР по чертежам, разработанным Горьковским автозаводом на базе
двигателя автомобиля ГАЗ-21(Рисунок 6).
Двигатели
четырехтактные,
карбюраторные,
верхнеклапанные,
четырехцилиндровые, с жидкостным охлаждением. Ход поршня у этих
двигателей равен диаметру цилиндра и составляет 92 мм. Сравнительно малый
ход поршня обусловил его малую среднюю скорость, вследствие чего путь
поршня на 1 км пробега автомобиля также мал. Это обеспечило малый износ
цилиндро-поршневой группы и высокую долговечность узла.
Рисунок 5 – ЗМЗ-24Д
1. Выпускной патрубок охлаждающей рубашки. 2. Шланг от фильтра к
карбюратору. 3. Карбюратор. 4. Крышка маслоналивной горловины. 5. Трубка к
13
вакуумному регулятору распределителя зажигания. 6. Наконечник провода
свечи. 7. Провод от распределителя к свече зажигания. 8. Распределитель
зажигания. 9. Указатель уровня масла. 10. Вытяжная труба вентиляции
картера. 11. Бензиновый
насос. 12. Электромагнитное
тяговое
реле
стартера. 13. Стартер. 14. Сектор
заслонки
подогрева
смеси. 15. Штифт
установки
зажигания. 16. Генератор. 17. Тяга
управления
сливным
краном. 18. Кран для слива охлаждающей жидкости. 19. Кран отопителя
кузова. 20. Кронштейн передней подушки опоры двигателя. 21. Разрезная
коническая втулка. 22.Поперечина передней подвески автомобиля. 23. Кран
масляного
радиатора. 24. Предохранительный
клапан
масляного
радиатора. 25. Рычаг для ручной подкачки бензина. 26. Кронштейн крепления
подушки передней опоры двигателя к блоку. 27.Датчик сигнальной лампы
аварийного давления масла. 28. Сливная пробка масляного фильтра. 29. Датчик
указателя давления масла. 30. Масляный фильтр. 31. Шланг от бензинового
насоса к фильтру тонкой очистки топлива. 32. Фильтр тонкой очистки
топлива. 33. Впускной патрубок насоса охлаждающей жидкости.
7 Рабочий цикл четырехтактного ДВС
Двигатель, рабочий цикл которого осуществляется за четыре такта, или за
два оборота коленчатого вала, называется четырехтактным. Рабочий цикл в
таком двигателе происходит следующим образом.
Первый такт – впуск (Рисунок 7.1).
В начале первого такта поршень находится в положении, близком к ВМТ.
Впуск начинается с момента открытия впускного отверстия, за 10–30° до ВМТ.
Камера сгорания заполнена продуктами сгорания от предыдущего
процесса, давление которых несколько больше атмосферного. При вращении
коленчатого вала шатун перемещает поршень к НМТ, а распределительный
механизм полностью открывает впускной клапан и соединяет надпоршневое
пространство цилиндра двигателя с впускным трубопроводом. В начальный
момент впуска клапан только начинает подниматься, и впускное отверстие
представляет собой круглую узкую щель высотой в несколько десятых долей
миллиметра. Поэтому в этот момент впуска горючая смесь (или воздух) в
цилиндр почти не проходит. Однако опережение открытия впускного отверстия
необходимо для того, чтобы к моменту начала опускания поршня после
прохода им ВМТ оно было бы открыто как можно больше и не затрудняло бы
поступления воздуха или смеси в цилиндр. В результате движения поршня к
НМТ цилиндр заполняется свежим зарядом (воздухом или горючей смесью).
При этом вследствие сопротивления впускной системы и впускных
клапанов давление в цилиндре становится на 0.01–0.03 МПа меньше давления
во впускном трубопроводе.
Такт впуска состоит из впуска газов, происходящего при ускорении
движения опускающегося поршня, и впуска при замедлении его движения.
14
Впуск при ускорении движения поршня начинается в момент начала
опускания поршня и заканчивается в момент достижения поршнем
максимальной скорости приблизительно при 80° поворота вала после ВМТ. В
начале опускания поршня вследствие малого открытия впускного отверстия в
цилиндр проходит мало воздуха или смеси, а поэтому остаточные газы,
оставшиеся в камере сгорания от предшествующего цикла, расширяются и
давление в цилиндре падает. При опускании поршня горючая смесь или воздух,
находившаяся в покое во впускном трубопроводе или двигавшаяся в нем с
небольшой скоростью, начинает проходить в цилиндр с постепенно
увеличивающейся скоростью, заполняя объем, освобождаемый поршнем. По
мере опускания поршня его скорость постепенно увеличивается и достигает
максимума при повороте коленчатого вала примерно на 80°. При этом впускное
отверстие открывается все больше и больше и горючая смесь (или воздух) в
цилиндр проходит в больших количествах.
Впуск при замедленном движении поршня начинается с момента
достижения поршнем наибольшей скорости и оканчивается НМТ, когда
скорость его равна нулю. По мере уменьшения скорости поршня скорость
смеси (или воздуха), проходящей в цилиндр, несколько уменьшается, однако в
НМТ она не равна нулю. При замедленном движении поршня горючая смесь
(или воздух) поступает в цилиндр за счет увеличения объема цилиндра,
освобождаемого поршнем, а также за счет своей силы инерции. При этом
давление в цилиндре постепенно повышается и в НМТ может даже превышать
давление во впускном трубопроводе.
Давление во впускном трубопроводе может быть близким к
атмосферному в двигателях без наддува или выше него в зависимости от
степени наддува (0.13–0.45 МПа) в двигателях с наддувом.
Впуск окончится в момент закрытия впускного отверстия (40–60°) после
НМТ. Задержка закрытия впускного клапана происходит при постепенно
поднимающемся поршне, т.е. уменьшающемся объеме газов в цилиндре.
Следовательно, смесь (или воздух) поступает в цилиндр за счет ранее
созданного разрежения или инерции потока газа, накопленной в процессе
течения струи в цилиндр.
При малых числах оборотов вала, например при пуске двигателя, сила
инерции газов во впускном трубопроводе почти полностью отсутствует,
поэтому во время задержки впуска будет идти обратный выброс смеси (или
воздуха), поступившей в цилиндр ранее во время основного впуска.
При средних числах оборотов инерция газов больше, поэтому в самом
начале подъема поршня происходит дозарядка. Однако по мере подъема
поршня давление газов в цилиндре увеличится и начавшаяся дозарядка может
перейти в обратный выброс.
При больших числах оборотов сила инерции газов во впускном
трубопроводе близка к максимуму, поэтому происходит интенсивная дозарядка
цилиндра, а обратный выброс не наступает.
15
Рисунок 7.1 – Первый такт – впуск.
Второй такт – сжатие (Рисунок 7.2).
При движении поршня от НМТ к ВМТ производится сжатие
поступившего в цилиндр заряда.
Давление и температура газов при этом повышаются, и при некотором
перемещении поршня от НМТ давление в цилиндре становится одинаковым с
давлением впуска (точка т на индикаторной диаграмме). После закрытия
клапана при дальнейшем перемещении поршня давление и температура в
цилиндре продолжают повышаться. Значение давления в конце сжатия (точка
с) будет зависеть от степени сжатия, герметичности рабочей полости,
теплоотдачи в стенки, а также от величины начального давления сжатия.
На воспламенение и процесс сгорания топлива как при внешнем, так и
при внутреннем смесеобразовании требуется некоторое время, хотя и очень
незначительное. Для наилучшего использования теплоты, выделяющейся при
сгорании, необходимо, чтобы сгорание топлива заканчивалось при положении
поршня, возможно близком к ВМТ. Поэтому воспламенение рабочей смеси от
электрической искры в двигателях с внешним смесеобразованием и впрыск
топлива в цилиндр двигателей с внутренним смесеобразованием обычно
производятся до прихода поршня в ВМТ.
Таким образом, во время второго такта в цилиндре в основном
производится сжатие заряда. Кроме того, в начале такта продолжается зарядка
цилиндра, а в конце начинается сгорание топлива.
16
Рисунок 7.2 – Второй такт – сжатие.
Третий такт – сгорание и расширение (Рисунок 7.3).
Третий такт происходит при ходе поршня от ВМТ к НМТ. В начале такта
интенсивно сгорает топливо, поступившее в цилиндр и подготовленное к этому
в конце второго такта.
Вследствие выделения большого количества теплоты температура и
давление в цилиндре резко повышаются, несмотря на некоторое увеличение
внутри цилиндрового объема.
Под действием давления происходит дальнейшее перемещение поршня к
НМТ и расширение газов. Во время расширения газы совершают полезную
работу, поэтому третий такт называют также рабочим ходом.
17
Рисунок 7.3 – Третий такт – сгорание и расширение.
Четвертый такт – выпуск (Рисунок 7.4).
Во время четвертого такта происходит очистка цилиндра от выпускных
газов. Поршень, перемещаясь от НМТ к ВМТ, вытесняет газы из цилиндра
через открытый выпускной клапан. В четырехтактных двигателях открывают
выпускное отверстие на 40–80° до прихода поршня в НМТ и закрывают его
через 20-40° после прохода поршнем ВМТ. Таким образом, продолжительность
очистки цилиндра от отработавших газов составляет в разных двигателях от
240 до 300° угла поворота коленчатого вала.
Процесс выпуска можно разделить на предварение выпуска,
происходящее при опускающемся поршне от момента открытия выпускного
отверстия до НМТ, т. е. в течение 40–80°, и основной выпуск, происходящий
при перемещении поршня от НМТ до закрытия выпускного отверстия, т. е. в
течение 200–220° поворота коленчатого вала.
Во время предварения выпуска поршень опускается, и удалять из
цилиндра отработавшие газы не может.
Однако в начале предварения выпуска давление в цилиндре значительно
выше, чем в выпускном коллекторе. Поэтому отработавшие газы за счет
собственного
избыточного
давления
с
критическими
скоростями
выбрасываются из цилиндра. Истечение газов с такими большими скоростями
сопровождается звуковым эффектом, для поглощения которого устанавливают
глушители. Критическая скорость истечения отработавших газов при
температурах 800 –1200 К составляет 500–600 м/сек.
При подходе поршня к НМТ давление и температура газа в цилиндре
понижаются и скорость истечения отработавших газов падает. Когда поршень
подойдет к НМТ, давление в цилиндре понизится. При этом критическое
истечение окончится и начнется основной выпуск. Истечение газов во время
18
основного выпуска происходит с меньшими скоростями, достигающими в
конце выпуска 60–160 м/сек. Таким образом, предварение выпуска менее
продолжительно, скорости газов очень велики, а основной выпуск примерно в
три раза продолжительнее, но газы в это время выводят из цилиндра с
меньшими скоростями. Поэтому количества газов, выходящих из цилиндра во
время предварения выпуска и основного выпуска, примерно одинаковы.
Рисунок 7.4 – Четвертый такт – выпуск.
8 Принцип работы инжекторных ДВС
Инжекторные двигатели пришли на смену карбюраторным ДВС, так как
являются более экономичными и в меньшей степени загрязняют окружающую
среду. Карбюратор не может обеспечивать настолько точное дозирование
горючей смеси и момент впрыска топливной смеси, так как это делает
электронный инжектор.
Принцип работы инжекторного двигателя состоит в следующем. В
современных инжекторных двигателях у каждого цилиндра есть своя форсунка.
Все форсунки соединены в одну систему трубопроводом – так называемой
топливной рампой (Рисунок 8.1). Топливо в систему подается при помощи
электрического топливного насоса, который создает избыточное давление
внутри системы.
19
Рисунок 8.1 – Рампа инжектора.
Количество топлива, которое впрыскивается в цилиндр, момент открытия
форсунки – все это определяет электронная система, которая учитывает
одновременно множество факторов. И на основе анализа поступающих данных,
она корректирует работу форсунки.
Система, которая анализирует ситуацию, называется контроллер.
Контроллер связан с датчиками, которые дают информацию о разных
параметрах,
которые
важны
для
режима
работы
двигателя.
На разных моделях автомобилей количество датчиков может изменяться,
однако, основные датчики установлены на всех инжекторных двигателях и
считывают информацию о:
- Частоте вращения и положении коленвала;
- Массовом расходе воздуха, ДВС;
- Температуре жидкости охлаждения;
- Положении дроссельной заслонки;
- Детонации в двигателе;
- Напряжении в бортовой электросети;
- Скорости автомобиля.
Для того чтобы двигатель работал в оптимальном режиме система должна
обеспечить правильный момент подачи топлива в цилиндры, правильное
количество топлива. Система должна составить оптимальную пропорцию
бензина и воздуха, доставить эту смесь в цилиндры и вовремя подать искру. Но
перед этим система определяет момент, когда искра должна появиться в
цилиндрах. Многие действия выполняются исполнительными механизмами, но
некоторые выполняют датчики-контролеры.
Как только контроллер получает определенную информацию, он
начинает управлять следующими системами:
- Подача топлива (бензонасос и форсунки);
- Система зажигания;
- Система регулировки холостого хода;
- Система улавливания бензиновых паров;
20
- Вентилятор системы охлаждения;
- Системой диагностики.
Принцип работы инжекторного двигателя состоит в том, что инжекторная
система способна мгновенно корректировать параметры подачи топлива в
зависимости от режимов работы мотора. Именно этим обеспечивается
экономичность ДВС. Значительно упрощается запуск двигателя в любых
погодных условиях и температурах воздуха.
Система не требует ручной регулировки параметров впрыска топлива, что
исключает ошибку при регулировках. Точная регулировка состава топливной
смеси обеспечивает почти полное сгорание топлива, что делает инжекторные
двигатели, более «чистыми» с экологической точки зрения.
Однако у ДВС с инжектором есть и недостатки:
- Двигатели с инжектором более дорогостоящие;
- Многие элементы системы не ремонтируются, а подлежат замене;
- Двигатели с инжекторами более чувствительны к некачественному
топливу;
- Стоимость ремонта значительно выше, чем у карбюраторных
двигателей.
Рисунок 8.2 – Современный инжекторный ДВС.
21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В нынешнее время может показаться, что ДВС уходят понемногу в
прошлое, их все больше затемняет электродвигатель со своими «зелеными»
технологиями. Электрическая розетка стала символом прогресса. Стенды
большинства автокомпаний на прошедшем в январе Детройтском автосалоне
буквально били током, а любое упоминание о старом добром ДВС звучало
дурным тоном. Так что же – двигатель внутреннего сгорания вскоре прекратит
свое существование? По-крайней мере там же, в Детройте, представитель
Toyota Коеи Сага на вопрос репортеров о том, когда ДВС, наконец, выйдет из
игры, простодушно ответил: «Никогда! Когда кончится нефть, человечество
будет заправлять его водородом».
22
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Курасов, В. С. Теория двигателей внутреннего сгорания : учебник / В. С.
Курасов. – Краснодар:, 2013. – 129 с.
Алексеев, В. П. Двигатели внутреннего сгорания : учебник / В. П.
Алексеев, В. Ф. Воронин, Л. В. Греков. – Москва : Машиностроение, 1990. –
284 с.
Бениович, В. С. Ротопоршневые двигатели : учебник / В. С. Бениович. –
Москва:, 1998. – 151 с.
Устройство автомобиля [Электронный ресурс]: примеры // Принцип
работы двигателя внутреннего сгорания – Москва, 2015. – Режим доступа:
http://www.autology.jimdo.com
Auto news [Электронный ресурс]: примеры // Двигатели внутреннего
сгорания
–
Москва,
2015.
–
Режим
доступа:
http://www.russtuning.ru/tipi_dvigatelei.php.
23