Работа двигателя бензинового: Бензиновый двигатель: устройство,принцип работы,виды ,фото,видео.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания: принцип работы

В основе принципа работы любого двигателя внутреннего сгорания лежит воспламенение небольшого количества топлива, обязательно высокоэнергетического, в небольшом замкнутом пространстве. При этом выделяется большое количество энергии, в виде теплового расширения нагретых газов. Так как давление под поршнем равно нормальному атмосферному, а компрессия в цилиндре намного превышает его, то под действием разницы давлений поршень совершает движение.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания: принцип работы

Для того чтобы двигатель внутреннего сгорания постоянно производил полезную механическую энергию, камеру сгорания цилиндра необходимо циклично заполнять новыми дозами воздушно-топливной смеси. В результате, поршень приводит в действие коленчатый вал, который и придает движение колесам автомобиля.

Двигатели почти всех современных автомобилей являются четырёхтактными по своему циклу работы, и энергия, полученная от сжигания бензина, почти полностью преобразовывается в полезную. Цикл Отто, так называется подобный принцип, по имени Николауса Отто, изобретателя двигателя внутреннего сгорания (1867 год).

Схема работы бензинового двигателя внутреннего сгорания:

— такт впуска;

— такт сжатия;

— рабочий такт;

— такт выпуска.

Главным элементом двигателя внутреннего сгорания является поршень, который связан шатуном с коленчатым валом. Так называемый, кривошипно-шатунный механизм, преобразующий прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня в радиальное движение коленвала.

Ниже более подробно расписан рабочий цикл бензинового двигателя:

1. Такт впуска

Поршень опускается из верхней крайней точки в нижнюю крайнюю точку, при этом кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, и через него воздушно-топливная смесь поступает из карбюратора в камеру сгорания цилиндра. Когда поршень доходит до нижней мертвой точки, впускной клапан закрывается.

2. Такт сжатия

Поршень возвращается из нижней мертвой точки в верхнюю, сжимая топливную смесь. При этом существенно увеличивается температура смеси. Когда поршень доходит до верхней крайней точки, свеча зажигания воспламеняет сжатую рабочую смесь.

3. Рабочий такт

Воспламененная горючая смесь сгорает при высокой температуре, образовавшиеся газы моментально расширяются и толкают поршень вниз. Впускной и выпускной клапаны, во время этого такта, закрыты.

4. Такт выпуска

Коленвал продолжает вращаться по инерции, поршень идет в верхнюю мертвую точку. В то же время открывается клапан выпуска, и поршень вытесняет отработанные газы в выхлопную трубу. Когда он достигает верхней крайней точки, выпуск закрывается.

Следующий такт необязательно должен начинаться после окончания предыдущего. Такая ситуация, когда одновременно открыты оба клапана (впуска и выпуска), называется перекрытием клапанов. Это необходимо для эффективного наполнения цилиндра воздушно-топливным соединением, а также для более результативной очистки цилиндров от выхлопных газов. После этого рабочий цикл повторяется.

Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что поршень двигается прямолинейно, а движение, осуществляющееся при сгорании топливной смеси, — вращательное. Линейный ход поршней преобразовывается в поворотное движение, необходимое для работы колес автомобиля, при помощи коленчатого вала.

Ниже рассмотрены основные элементы двигателя, которые принимают участие в преобразовании тепловой энергии в механическую.

1. Свеча зажигания

Искровая свеча вырабатывает электрическую искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Для равномерной и бесперебойной работы поршня искра должна появляться в заданный момент времени.

2. Клапаны

Выпускные и впускные клапаны закрываются и открываются в заданный момент, впуская воздух в цилиндр и выпуская отработанные газы. Во время процесса горения топливной смеси оба клапана закрыты. Клапан выпуска открывается до достижения поршня крайней нижней точки и остается открытым до прохождения поршня к верхней крайней точке. К этому моменту впускной уже будет открыт.

3. Поршень

Образующиеся во время сгорания топливной смеси горячие газы выдавливают поршень, передавая энергию через шатун и палец коленвалу. Для сохранения компрессии в цилиндрах на поршень устанавливаются уплотняющие кольца, изготовленные из высокопрочного чугуна. Для повышения износостойкости поршневые кольца покрываются тонким слоем пористого хрома. К основным характеристикам колец относятся следующие показатели: высота, наружный диаметр, радиальная толщина, форма разреза в стыке и упругость. Внешний диаметр поршневого кольца должен соответствовать внутреннему диаметру цилиндра. В настоящее время применяются узкие кольца (высотой — 1,5-2 мм) и широкие (высотой — 2,5-3 мм). Первые более надежны при частом движении поршня. Радиальная толщина увеличивается с возрастанием диаметра цилиндра. Износ поршневых колец происходит, в среднем, через каждые 3 тысячи километров пробега.

4. Шатун

Шатун соединяет коленчатый вал с поршнем. Вращение шатуна является двухсторонним, это нужно для того, чтобы его угол мог изменяться в зависимости от местоположения поршня, обеспечивая движение коленвала. Обычно шатуны бывают стальными, иногда — алюминиевыми.

5. Коленчатый вал

Поворот коленчатого вала осуществляется вследствие вертикального хода поршня. Коленвал приводит в движение колеса автомобиля.

Современные двигатели внутреннего сгорания делятся на два типа: карбюраторные и инжекторные.

В карбюраторном двигателе процесс приготовления воздушно-топливной смеси происходит в специальном устройстве — карбюраторе. В нем, используя аэродинамическую силу, горючее смешивается с воздушным потоком, засасываемым двигателем.

В инжекторном типе двигателя топливо впрыскивается под давлением в поток воздуха при помощи специальных форсунок. Дозировка горючего происходит при помощи электронного блока управления, который открывает форсунку электрическими импульсами. В двигателях устаревшей конструкции, этот процесс происходит с использованием специфической механической системы. Последний тип почти полностью вытеснил устаревшие карбюраторные силовые агрегаты. Это произошло из-за современных экологических стандартов, которые устанавливают высокие нормы чистоты выхлопных газов. Что повлекло за собой внедрение новых эффективных нейтрализаторов выхлопа (каталитических конвертеров или катализаторов). Такие системы нейтрализации требуют постоянного состава отработанных газов, который могут обеспечить только инжекторные системы впрыска топлива, контролируемые электронным блоком управления. Нормальная работа катализатора обеспечивается исключительно при соблюдении стабильного состава выхлопных газов. Необходимостью этого является то, что он требует содержания определенных пропорций кислорода в отработанных газах. Для соблюдения подобных условий в таких системах катализации обязательно устанавливается кислородный датчик (лямбда-зонд), который анализирует процент содержания кислорода в выхлопных газах и контролирует точность пропорций оксида азота, несгоревших остатков топлива и углеводородов.

Основными вспомогательными системами являются:

Система зажигания. Отвечает за поджигание топливной смеси в нужный момент. Она бывает контактной, бесконтактной и микропроцессорной. Система контактного типа состоит из распределителя-прерывателя, катушки, выключателя зажигания и свечей. Бесконтактная система аналогична предыдущей, только вместо прерывателя стоит индукционный датчик. Управление системой зажигания микропроцессорного типа осуществляется специальным компьютерным блоком, в ее состав входит датчик положения коленвала, коммутатор, блок управления зажиганием, катушки, датчик температуры двигателя и свечи. В двигателях с инжекторной системой к ней добавляется еще датчик положения дроссельной заслонки и термоанемометрический датчик массового расхода воздуха.

Система запуска двигателя. Состоит из специального электромотора (стартера), подключенного к аккумулятору, или механического стартера, использующего физические усилия человека. Применение этой системы объясняется тем, что для запуска рабочего цикла двигателя необходимо, чтобы коленчатый вал произвел хотя бы один оборот.

Система выпуска выхлопных газов

. Обеспечивает своевременное удаление продуктов горения топливной смеси из цилиндров. Включает в себя выпускной коллектор, катализатор и глушитель.

Система приготовления воздушно-топливной смеси. Предназначена для приготовления и впрыска смеси горючего с воздухом, в камеру сгорания цилиндров двигателя. Может быть карбюраторной или инжекторной.

Система охлаждения. Современная система состоит из вентилятора, радиатора, термостата, расширительного бачка, жидкостного насоса, датчика температуры, рубашки и головки охлаждения блока цилиндров. Предназначена для создания и поддержания приемлемого температурного режима работы ДВС. Обеспечивает отвод тепла от цилиндров клапанной системы и поршневой группы. Может быть воздушной, жидкостной или гибридной.

Система смазки. Состоит из масляного фильтра, маслонасоса с маслоприемником, каналов в блоке и головках цилиндров для впрыска масла под высоким давлением, поддона картера. Предназначена для подачи автомобильного масла с целью уменьшения трения и охлаждения, к взаимодействующим деталям двигателя. Также циркуляция масла смывает нагар и продукты механического износа.

Источник: Авто Релиз.ру.

Содержание

Принцип работы двигателя

Двигатели внутреннего сгорания в зависимости от их конструктивных особенностей могут работать на бензине, дизельном топливе (соляре) и газе. Бензиновые двигатели являются самыми распространенными в мировом легковом автомобилестроении. Бензин получают методом перегонки нефти. Покупая его на автозаправочной станции, вы приобретаете только полуфабрикат для питания двигателя, который еще необходимо приготовить. Дело в том, что двигатель работает на смеси бензина с воздухом. Ее в строго определенных пропорциях готовит специальное устройство — карбюратор или инжектор. Причем происходит это вне цилиндров двигателя т.е. снаружи их.

Бензиновые и дизельные двигатели в зависимости от их конструктивных особенностей могут работать на бензине, дизельном топливе (соляре) и газе. Бензиновые двигатели являются самыми распространенными в мировом легковом автомобилестроении.

Бензин получают методом перегонки нефти. Покупая его на автозаправочной станции, вы приобретаете только полуфабрикат для питания двигателя, который еще необходимо приготовить. Дело в том, что двигатель работает на смеси бензина с воздухом. Ее в строго определенных пропорциях готовит специальное устройство — карбюратор или инжектор. Причем происходит это вне цилиндров двигателя т.е. снаружи их.

Карбюратор закрепляется в верхней части двигателя и в нем происходит подготовка смеси, а инжекторы готовят ее во впускном коллекторе. В любом из этих вариантов уже готовая смесь поступает в цилиндры двигателя. Поэтому бензиновые двигатели называют также двигателями с внешним смесеобразованием т.е. с приготовлением смеси вне цилиндров.

Топливная смесь

Обратите внимание на то, что за бензин вы платите деньги, а воздухом пользуетесь бесплатно. А ведь его по массе для приготовления необходимой смеси требуется значительно больше, чем бензина. В зависимости от их соотношения различают смеси богатые, в которых на одну часть бензина приходится менее 13 частей воздуха; обогащенные — в них соотношение бензин-воздух от 1:13 до 1:15, нормальные — 1:15 и бедные — 1:17.

То есть, чем больше бензина в смеси, тем она богаче, чем меньше — тем беднее. Двигателю на разных режимах работы требуется разная по составу смесь. Иногда вместо бензина в двигателях с внешним смесеобразованием используют газ (пропан-бутан).

Пропан-бутан — это не природный газ. Его получают из нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят в цистернах и баллонах под давлением. Для перевода бензинового двигателя на газ используется специальное оборудование. Смесь бензина или газа с воздухом, приготовленная снаружи двигателя, направляется в его цилиндры, где ее воспламеняют с помощью свечи зажигания. Такой процесс называют принудительным зажиганием, поскольку без искры, создаваемой свечей зажигания, смесь гореть не будет.

Дизели — двигатели, работающие на соляре (дизельном топливе). В отличие от бензиновых двигателей в них применяется воспламенение от сжатия (в дизелях отсутствуют свечи зажигания). Смесеобразование (смешивание соляра с воздухом) в дизельных двигателях происходит непосредственно внутри цилиндров. Это двигатели с внутренним смесеобразованием.

Гибридные двигатели

Наш рассказ о двигателях внутреннего сгорания будет неполным, если мы не упомянем так называемые гибридные моторы. Хотя в них двигатель внутреннего сгорания является лишь одним из элементов. Совсем недавно автомобили с гибридными двигателями казались какой-то экзотикой, а теперь практически все крупные автопроизводители уже стали устанавливать их на свои автомобили. Гибридные двигатели представляют собой сочетание двигателя внутреннего сгорания и электромотора, аккумулятор для которого подзаряжается во время движения. При различных режимах движения такие двигатели могут работать по отдельности или даже совместно. Этим процессом управляет электроника, и водитель и пассажиры не ощущают никаких рывков на переходных режимах.

И все же силовой (энергетической) установкой большинства современных автомобилей по-прежнему является двигатель внутреннего сгорания. О нем мы и будем говорить в дальнейшем. Его задача выдать механическую энергию в виде вращения выходящего из него вала. По аналогии электродвигатель преобразует электроэнергию во вращение вала. Топливо, находящееся в баке, потенциально несет тепловую энергию, которую двигатель внутреннего сгорания превратит в механическую.

Итак, двигатель внутреннего сгорания — это преобразователь тепловой энергии топлива в механическую.

Механизмы и системы двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также следующих пяти систем:

Cистемы питания
Cистемы зажигания
Cистемы охлаждения
Cистемы смазки
Cистемы выпуска отработавших газов

Общее устройство и рабочий цикл одноцилиндрового бензинового двигателя

Рассмотрим принцип работы простейшего одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра, к которому прикручена съемная головка.

В цилиндре находится поршень. Он имеет форму цилиндрического стакана, состоящего из головки и юбки. На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Их задача — обеспечить герметичность пространства над поршнем, не дав возможности газам, образующимся при работе двигателя, прорваться под поршень, а также не допустить попадания масла, смазывающего внутреннюю поверхность цилиндра, в пространство над поршнем. Эти кольца играют роль уплотнителей, причем те из них, которые не пропускают газы, назвали компрессионными, а оберегающие от масла — маслосъемными.

Цилиндр необходимо заправить топливной смесью бензина с воздухом, приготовленной карбюратором или инжектором, сжать ее поршнем и поджечь, а она, сгорая и расширяясь, заставит поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия топлива превратится в механическую. Теперь необходимо преобразовать перемещение поршня во вращение вала. Для этого использовали следующее механическое приспособление: поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединили с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя.

Нижняя и верхняя «мертвые» точки

В результате перемещение поршня в цилиндре сверху вниз и обратно легко преобразуется во вращение вала

Верхней мертвой точкой, сокращенно ВМТ, называют самое верхнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вверх и начинает движение вниз). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вниз и начинает движение вверх) называют нижней мертвой точкой, сокращенно НМТ.

Самое нижнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вниз и начинает движение вверх) называют нижней мертвой точкой, сокращенно НМТ. Расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня. При перемещении поршня сверху вниз (от ВМТ до НМТ) объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ называется камерой сгорания.

Объем, освобождаемый в цилиндре поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называют рабочим объемом цилиндра – Vp. Рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах, называется литражом двигателя.

Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания. Этот объем заключен над поршнем при его положении в НМТ.

Важной характеристикой двигателя является его степень сжатия. Она определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь при перемещении поршня снизу вверх (от НМТ к ВМТ). У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6-14, у дизельных — 14-24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, существенно влияет на токсичность отработавших газов.

Степерь сжатия

Мощность двигателя и рабочий цикл

Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (1 л.с. примерно равна 0,735 кВт)

Работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре смеси топлива и воздуха. Как уже говорилось, в бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания, в дизелях — от сжатия. Совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обеспечивающих его непрерывную работу, называется рабочим циклом.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов, каждый из которых происходит за один ход поршня (от ВМТ к НМТ или наоборот) или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала.

Коленчатный вал

При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно, он резко ускоряется в момент сгорания горючей смеси, а все остальное время замедляется. Для повышения равномерности вращения на валу коленчатого вала, выходящего наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск (маховик). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются. Теперь поговорим немного подробнее о работе такого двигателя.

Итак, первая задача — поместить внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливовоздушную смесь, которую, как вы помните, приготовил карбюратор или инжектор. Это действие называют тактом впуска (первый такт). Заполнение цилиндра двигателя топливовоздушной смесью очень похоже на заполнение шприца лекарством, поршень из верхнего положения движется в нижнее. Но в шприце лекарство набирается, а затем выпускается через один и тот же канал (иглу). В двигателе же горючая смесь впускается через один канал, а продукты ее сгорания — через другой, т.е. к цилиндру двигателя подведены сразу два канала: впускной и выпускной. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: представьте себе гвоздь с большой круглой шляпкой, перевернутый «вверх ногами» (шляпкой вниз). Эта круглая шляпка закрывает вход из канала в цилиндр. При этом она прижимается к кромке канала мощной пружиной и, как пробкой, закупоривает его. Если нажать на клапан (тот самый «гвоздь»), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала будет открыт.

Первый такт — такт ВПУСКА

Первый такт — впуск или, как иногда говорят, всасывание горючей смеси.

Во время этого такта поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю. Впускной клапан открыт, а выпускной надежно закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью.

Все это продолжается до того момента, пока поршень не окажется в нижней мертвой точке, т.е. его дальнейшее движение вниз окажется невозможным. Мы уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а следовательно, вращение коленчатого вала, и наоборот. За первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) он повернется на пол-оборота.

Второй такт — такт СЖАТИЯ

До сих пор топливовоздушную смесь, приготовленную инжектором или карбюратором, мы называли горючей. А вот сейчас (после того как она попала в цилиндр, смешалась с остатками ранее отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан) будем называть ее рабочей. Итак, наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и пути ее отхода оказались отрезанными, поскольку впускной и выпускной клапаны надежно закрыты.

Теперь поршень, начав движение снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней), попытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра. Однако «стереть в порошок» эту смесь ему не удастся. Вы же помните, что преступить черту верхней мертвой точки поршень не в силах. А внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, «застывшим» в верхней мертвой точке, всегда оставалось пусть и не очень большое, но свободное пространство. Напомним, что это пространство называют камерой сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8-1,2 МПа, а температура достигает 450-500 °С. Для того чтобы получить максимальную отдачу, хотелось бы сжать рабочую смесь как можно сильнее.

Представьте себе, что вы пальцем закрыли выходное отверстие обыкновенного велосипедного насоса и сжимаете воздух. Чем сильнее сожмете, тем с большей силой «выстрелит» вверх рукоятка насоса, связанная с поршнем. Однако степень сжатия рабочей смеси во время такта сжатия ограничивается свойствами применяемого бензина, в первую очередь его антидетонационной стойкостью, характеризуемой октановым числом (у бензинов оно изменяется от 66 до 98). Чем выше октановое число, тем больше антидетонационная стойкость топлива. Чем выше октановое число, тем дороже бензин. При чрезмерно высокой степени сжатия или низкой антидетонационной стойкости бензина может произойти детонационное (от сжатия) воспламенение смеси и нарушиться нормальная работа двигателя. В бак своего автомобиля вы должны заливать бензин с октановым числом, указанным заводом изготовителем.

Предположим, что вместо рекомендованного бензина с октановым числом 95 используется более дешевый бензин (например, 92 или 76). Тогда при поступлении в цилиндры двигателя смесь из такого бензина с воздухом взрывообразно самовоспламенится из-за недопустимой для нее степени сжатия. Причем произойдет это задолго до того момента, когда поршень в конце такта сжатия приблизится к верхней мертвой точке. Из-за произошедшего взрывного сгорания газы начнут давить на поршень, стремясь переместить его вниз, а коленчатый вал будет в это же время толкать поршень вверх. В результате такой нагрузки детали двигателя будут быстро выведены из строя. Кстати, нельзя, даже от очень большой щедрости, заливать бензин с октановым числом выше рекомендуемого. В противном случае его смесь с воздухом не будет сжата до необходимой величины, и, подожженная искрой свечи, будет медленно сгорать, причем этот процесс растянется и на такт выпуска. При этом догорание смеси в выпускном коллекторе приведет к прогару открытого в данный момент выпускного клапана (так как его часть, расположенная в выпускном коллекторе, не предназначена для такого воздействия) и. Последующему ремонту двигателя.

Третий такт — РАБОЧИЙ ХОД

Вот теперь мы подошли к самому главному моменту — превращению тепловой энергии в механическую. В начале третьего такта, даже с некоторым опережением (на самом деле в конце такта сжатия), горючая смесь воспламеняется с помощью электрической искры свечи зажигания.

Давление от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает движение вниз (от ВМТ к НМТ)

При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Смесь сгорает с выделением большого количества тепла. Из-за этого давление в цилиндре резко возрастает и поршень с большой силой перемещается вниз, приводя во вращение через шатун коленчатый вал. В момент сгорания температура в цилиндре повышается до 1800-2000 °С, а давление — до 2,5-3,0 МПа.

Обратите внимание, что только из-за третьего такта и создавался двигатель, хотя без остальных тактов он бы не состоялся. Поэтому все такты, кроме такта рабочего хода, иногда называют вспомогательными. А нам еще предстоит познакомиться с последним из вспомогательных тактов.

Четвертый такт — такт ВЫПУСКА

В течение этого такта впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. Поршень, перемещаясь снизу вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал (трубопровод) и далее через систему выпуска отработавших газов, наиболее известным представителем которой является глушитель, в атмосферу.

Все четыре такта, периодически повторяющиеся в рассмотренной последовательности в цилиндре двигателя, обеспечивают его непрерывную работу и называются рабочим циклом.

Рабочий цикл дизельного двигателя имеет некоторые отличия. При такте впуска по впускному трубопроводу в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух. Во время такта сжатия он сжимается и нагревается. В конце этого такта, когда поршень, двигаясь вверх, подходит к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство — форсунку, ввернутую в верхнюю часть головки цилиндра, под большим давлением впрыскивается мелкораспыленное дизельное топливо. Соприкасаясь с раскаленным воздухом, частицы топлива быстро сгорают. При этом выделяется большое количество тепла, в результате чего температура в цилиндре повышается до 1700-2000 °С, а давление — до 7-8 МПа.

Под действием давления газов поршень перемещается вниз — происходит рабочий ход. Такт выпуска у дизельного двигателя аналогичен одноименному такту бензинового двигателя. Как мы уже сказали, лишь во время третьего такта (рабочий ход) совершается полезная механическая работа. Остальные три такта — вспомогательные. Они совершаются за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя. Этот диск называют маховиком. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, маховик также способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах двигателя при его пуске, а также позволяет ему преодолевать кратковременные перегрузки, например, при трогании автомобиля с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя стартером (о том, как это происходит, мы поговорим несколько позже).

Во время третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал двигателя передает запас инерции маховику. Накопленная таким образом инерция помогает маховику осуществлять вспомогательные такты рабочего цикла двигателя. В результате при тактах впуска, сжатия и выпуска поршень перемещается в цилиндре именно за счет энергии, отдаваемой маховиком. В многоцилиндровом двигателе порядок работы цилиндров устанавливается так, что рабочий ход, совершаемый в данный момент хотя бы в одном цилиндре, помогает проведению вспомогательных тактов. Этому же способствует и инерция маховика.

Cистемы впрыска топлива бензиновых двигателей: виды,работа,фото

Первые системы впрыска были механическими (рис. 2.61), а не электронными, и некоторые из них (например, высокоэффективная система BOSCH) были чрезвычайно остроумными и хорошо работали. Впервые же система механического впрыска топлива была разработа на компанией Daimler Benz, а первый серийный автомобиль с впрыском бензина был выпу щен еще в 1954 г. Основными преимуществами системы впрыска по сравнению с карбюра торными системами являются следующие:

— отсутствие дополнительного сопротивления потоку воздуха на впуске, имеющему место в карбюраторе, что обеспечивает повышение наполнения цилиндров и литровой мощно сти двигателя;

— более точное распределение топлива по отдельным цилиндрам;

— значительно более высокая степень оптимизации состава горючей смеси на всех режи мах работы двигателя с учетом его состояния, что приводит к улучшению топливной эко номичности и снижению токсичности отработавших газов.

Хотя в конце концов оказалось, что лучше для этой цели использовать электронику, которая дает возможность сделать систему компактнее, надежнее и более адаптируемой к требовани ям различных двигателей. Некоторые из первых систем электронного впрыска представляли собой карбюратор, из которого удаляли все «пассивные» топливные системы и устанавливали одну или две форсунки. Такие системы получили название «центральный (одноточечный) впрыск» (рис. 2.62 и 2.64).

Рис. 2.62. Агрегат центрального (одноточечного) впрыска

Рис. 2.64. Схема системы центрального впрыска топлива: 1 — подача топлива;

Рис. 2.63. Электронный блок управления 2 — поступление воздуха; 3 — дроссельная четырехцилиндровым двигателем заслонка; 4 — впускной трубопровод; Valvetronic BMW 5 — форсунка; 6 — двигатель

В настоящее время наибольшее распространение получили системы распределенного (многоточечного) электронного впрыска. На изучении этих систем питания необходимо оста новиться более подробно.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ С ЭЛЕКТРОННЫМ РАСПРЕДЕЛЕННЫМ ВПРЫСКОМ БЕНЗИНА (ТИПА MOTRONIC)

В системе центрального впрыска подача смеси и ее распределение по цилиндрам осущест вляются внутри впускного коллектора (рис. 2.64).

Наиболее современная система распределенного впрыска топлива отличается тем, что во впускном тракте каждого цилиндра устанавливается отдельная форсунка, которая в опре деленный момент впрыскивает дозированную порцию бензина на впускной клапан соответ ствующего цилиндра. Бензин, поступивший

в цилиндр, испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь. Двига тели с такими системами питания обладают лучшей топливной экономичностью и пони женным содержанием вредных веществ в отработавших газах по сравнению с кар бюраторными двигателями.

Работой форсунок управляет электрон ный блок управления (ЭБУ) (рис. 2.63), пред ставляющий собой специальный компью тер, который получает и обрабатывает элект рические сигналы от системы датчиков, сравнивает их показания со значениями,

хранящимися в памяти компьютера, и выда ет управляющие электрические сигналы на электромагнитные клапаны форсунок и другие исполнительные устройства. Кроме того, ЭБУ постоянно проводит диагностику

Рис. 2.65. Схема системы распределенного впрыска топлива Motronic: 1 — подача топ лива; 2 — поступление воздуха; 3 — дрос сельная заслонка; 4 — впускной трубопро вод; 5 — форсунки; 6 — двигатель

системы впрыска топлива и при возникно вении неполадок в работе предупреждает водителя с помощью контрольной лампы, установленной в щитке приборов. Серьез ные неполадки записываются в памяти бло ка управления и могут быть считаны при проведении диагностики.

Система питания с распределенным впрыском имеет следующие составные части:

— система подачи и очистки топлива;

— система подачи и очистки воздуха;

— система улавливания и сжигания паров бензина;

— электронная часть с набором датчиков;

— система выпуска и дожигания отработав ших газов.

Система подачи топливасостоит из топ ливного бака, электрического бензонасоса, топливного фильтра, трубопроводов и топ ливной рампы, на которой установлены форсунки и регулятор давления топлива.

Рис. 2.66. Погружной электрический топливный насос; а — топливозаборник с насо сом; б — внешний вид насоса и насосная секция роторного типа топливного насоса с электрическим приводом; в — шестеренчатая; г — роликовая; д — пластинчатая; е — схема работы насосной секции роторного типа:1 — корпус; 2 — зона всасывания; 3 — ротор; 4 — зона нагнетания; 5 — направление вращения

Рис. 2.67. Топливная рампа пятицилиндрового двигателя с установленными на ней форсунками, регулятором давления и штуцером для контроля давления

Электробензонасос(обычно роликовый) может устанавливаться как внутри бензобака (рис. 2.66), так и снаружи. Бензонасос включается с помощью электромагнитного реле. Бен зин засасывается насосом из бака и одновременно омывает и охлаждает электродвигатель насоса. На выходе из насоса имеется обратный клапан, который не позволяет топливу выте кать из напорной магистрали при выключенном бензонасосе. Для ограничения давления служит предохранительный клапан.

Поступающее от бензонасоса топливо, под давлением не менее 280 кПа проходит через топливный фильтр тонкой очистки и поступает к топливной рампе. Фильтр имеет металлический корпус, заполненный бумажным фильтрующим элементом.

Рампа(рис.2.67) представляет собой полую конструкцию, к которой крепятся форсунки и регулятор давления. Рампа крепится болтами к впускному трубопроводу двигателя. На рампе также устанавливается штуцер, который служит для контроля давления топлива. Штуцер закрыт резьбовой пробкой для предохранения от загрязнения.

Форсунка(рис. 2.68) имеет металличес кий корпус, внутри которого расположен электромагнитный клапан, состоящий из электрической обмотки, стального сер дечника, пружины и запорной иглы. В верхней части форсунки расположен не большой сетчатый фильтр, предохраняю щий распылитель форсунки (имеющий очень маленькие отверстия) от загрязне ния. Резиновые кольца обеспечивают не обходимое уплотнение между рампой, форсункой и посадочным местом во впуск ном трубопроводе. Фиксация форсунки

на рампе осуществляется с помощью спе циального зажима. На корпусе форсунки имеются электрические контакты для под-

Рис. 2.68. Электромагнитные форсунки бензинового двигателя: слева — GM, справа — Bosch

Рис. 2.69. Регулятор давления топлива:1 — корпус; 2 — крышка; 3 — патрубок для вакуумного шланга; 4 — мембрана; 5 — кла пан; А — топливная полость; Б — вакуумная полость

Рис. 2.70. Пластмассовый впускной тру бопровод с ресивером и дроссельным патрубком

ключения электрического разъема. Регулирование количества топлива, впрыскиваемого форсункой, осуществляется изменением длины электрического импульса, подаваемого на контакты форсунки.

Регулятор давлениятоплива (рис. 2.69) служит для изменения давления в рампе, в за висимости от разрежения во впускном трубопроводе. В стальном корпусе регулятора распо ложен подпружиненный игольчатый клапан, соединенный с диафрагмой. На диафрагму, с од ной стороны воздействует давление топлива в рампе, а с другой разрежение во впускном трубопроводе. При увеличении разрежения, во время прикрытия дроссельной заслонки, клапан открывается, излишки топлива сливаются по сливному трубопроводу обратно в бак, а давление в рампе уменьшается.

В последнее время появились системы впрыска, в которых отсутствует регулятор давле ния топлива. Например, на рампе двигателя V8 автомобиля New Range Rover нет регулятора давления, и состав горючей смеси обеспечивается только работой форсунок, получающих сигналы от электронного блока.

Система подачи и очистки воздухасостоит из воздушного фильтра со сменным фильт рующим элементом, дроссельного патрубка с заслонкой и регулятором холостого хода, реси вера и выпускного трубопровода (рис. 2.70).

Ресивердолжен иметь достаточно большой объем, для того чтобы сглаживались пульса ции поступающего в цилиндры двигателя воздуха.

Дроссельный патрубокзакреплен на ресивере и служит для изменения количества воз духа, поступающего в цилиндры двигателя. Изменение количества воздуха осуществляется с помощью дроссельной заслонки, поворачиваемой в корпусе с помощью тросового приво да от педали «газа». На дроссельном патрубке установлены датчик положения дроссельной заслонки и регулятор холостого хода. В дроссельном патрубке имеются отверстия для забо ра разрежения, которое используется системой улавливания паров бензина.

В последнее время конструкторы систем впрыска начинают применять электропривод управления, когда между педалью «газа» и дроссельной заслонкой нет механической связи (рис. 2.71). В таких конструкциях на педали «газа» устанавливаются датчики ее положения, а дроссельная заслонка поворачивается шаговым электродвигателем с редуктором. Элект родвигатель поворачивает заслонку по сигналам компьютера, управляющего работой дви гателя. В таких конструкциях не только обеспечивается четкое выполнение команд водителя, но и имеется возможность влиять на работу двигателя, исправляя ошибки водителя, дейст вием электронных систем поддержания устойчивости автомобиля и других современных электронных систем обеспечения безопасности.

Рис. 2.71. Дроссельная заслонка с элект-Рис. 2.72. Индуктивные датчики положе- рическим приводом обеспечивает воз- ния коленчатого и распределительного можность управления двигателем по про- валов

Водам

Датчик положения дроссельной заслонки представляет собой потенциометр, ползунок которого соединен с осью дроссельной заслонки. При повороте дросселя, изменяется электри ческое сопротивление датчика и напряжение его питания, которое является выходным сигна лом для ЭБУ. В системах электропривода управления дроссельной заслонкой используется не меньше двух датчиков, чтобы компьютер мог определять направления перемещения заслонки.

Регулятор холостого хода служит для регулировки оборотов коленчатого вала двигателя на холостом ходу путем изменения количества воздуха, проходящего в обход закрытой дроссель ной заслонки. Регулятор состоит из шагового электродвигателя, управляемого ЭБУ, и конусного клапана. В современных системах, имеющих более мощные компьютеры управления работой двигателя, обходятся без регуляторов холостого хода. Компьютер, анализируя сигналы от много численных датчиков, управляет длительностью поступающих к форсункам импульсов электри ческого тока и работой двигателя на всех режимах, в том числе и на холостом ходу.

Между воздушным фильтром и патрубком впускного трубопровода устанавливается дат чик массового расхода топлива.Датчик изменяет частоту электрического сигнала, посту пающего к ЭБУ, в зависимости от количества воздуха, проходящего через патрубок. От этого датчика поступает к ЭБУ и электрический сигнал, соответствующий температуре поступаю щего воздуха. В первых системах электронного впрыска использовались датчики, оценива ющие объем поступающего воздуха. Во впускном патрубке устанавливалась заслонка, которая отклонялась на разную величину в зависимости от напора поступающего воздуха. С заслон кой был связан потенциометр, который изменял сопротивление в зависимости от величины поворота заслонки. Современные датчики массового расхода воздуха работают, используя принцип изменения электрического сопротивления нагретой проволоки или токопроводя- щей пленки при охлаждении ее поступающим потоком воздуха. Управляющий компьютер, получающий также сигналы от датчика температуры поступающего воздуха, может опреде лить массу поступившего в двигатель воздуха.

Для корректного управления работой системы распределенного впрыска электронному бло ку требуются сигналы и от других датчиков. К последним относятся: датчик температуры охлажда ющей жидкости, датчик положения и частоты вращения коленчатого вала, датчик скорости авто мобиля, датчик детонации, датчик концентрации кислорода (устанавливается в приемной трубе системы выпуска отработавших газов в варианте системы впрыска с обратной связью).

В качестве температурных датчиков в настоящее время в основном используются полупровод ники, изменяющие электрическое сопротивление при изменении температуры. Датчики положе ния и скорости вращения коленчатого вала обычно выполняются индуктивного типа (рис. 2.72). Они выдают импульсы электрического тока при вращении маховика с метками на нем.

Рис.2.73. Схема работы адсорбера:1 — всасываемый воздух; 2 — дроссельная заслонка; 3 — впускной коллектор двигателя; 4 — клапан продувки сосуда с активированным углем; 5 — сигнал от ECU; 6 — сосуд с активированным углем; 7 — окружающий воздух; 8 — топ ливные пары в топливном баке

Система питания с распределенным впрыском может быть последовательной или парал лельной. В параллельной системе впрыска, в зависимости от числа цилиндров двигателя, одновременно срабатывают несколько форсунок. В системе с последовательным впрыском в нужный момент времени срабатывает только одна, конкретная форсунка. Во втором слу чае ЭБУ должен получать информацию о моменте нахождения каждого поршня вблизи ВМТ в такте впуска. Для этого требуется не только датчик положения коленчатого вала, но и дат чик положения распределительного вала.На современных автомобилях, как правило, уста навливаются двигатели с последовательным впрыском.

Для улавливания паров бензина,который испаряется из топливного бака, во всех сис темах впрыска используются специальные адсорберы с активированным углем (рис. 2.73). Активированный уголь, находящийся в специальной емкости, соединенной трубопроводом с топливным баком, хорошо поглощает пары бензина. Для удаления бензина из адсорбера последний продувается воздухом и соединяется с впускным трубопроводом двигателя, Для того

чтобы работа двигателя при этом не нарушалась, продувка производится только на опреде ленных режимах работы двигателя, с помо щью специальных клапанов, которые откры ваются и закрываются по команде ЭБУ.

В системах впрыска с обратной связью ис пользуются датчики концентрации кислоро дав отработавших газах, которые устанавли ваются в выпускной системе с каталитиче ским нейтрализатором отработавших газов.

Каталитический нейтрализатор(рис. 2.74;

Рис. 2.74. Двухслойный трехкомпонент- ный каталитический нейтрализатор отра ботавших газов:1 — датчик концентрации кислорода для замкнутого контура управления; 2 — монолитный блок-носитель; 3 — мон тажный элемент в виде проволочной сетки; 4 — двухоболочковая теплоизоляция нейт рализатора

2.75) устанавливается в выпускной системе для уменьшения содержания вредных веществ в отработавших газах. Нейтрали затор содержит один восстановительный (родий) и два окислительных (платина и пал ладий) катализатора. Окислительные ката лизаторы способствуют окислению несго- ревших углеводородов (СН) в водяной пар,

Рис. 2.75. Внешний вид нейтрализатора

а окиси углерода (СО) в углекислый газ. Вос становительный катализатор восстанавли вает вредные оксиды азота NOx в безвредный азот. Так как эти нейтрализаторы снижают в отработавших газах содержание трех вред ных веществ, они называются трехкомпо- нентными.

Работа автомобильного двигателя на этилированном бензине приводит к выходу из строя дорогостоящего каталитического нейтрализатора. Поэтому в большинстве стран использование этилированного бен зина запрещено.

Трехкомпонентный каталитический нейт рализатор работает наиболее эффективно, если в двигатель подается смесь стехиомет- рического состава, т. е. при соотношении воздуха и топлива как 14,7:1 или коэффици енте избытка воздуха, равном единице. Ес ли воздуха в смеси слишком мало (т. е. мало кислорода), тогда СН и СО не полностью окислятся (сгорят) до безопасного побочного продукта. Если же воздуха слишком много, то не может быть обеспечено разложение N0X на кислород и азот. Поэтому появилось новое поколение двигателей, в которых со став смеси регулировался постоянно для получения точного соответствия коэффици ента избытка воздуха сс=1 с помощью дат чика концентрации кислорода (лямбда-зон да) (рис. 2.77), встраиваемого в выпускную систему.

Рис. 2.76. Зависимость эффективности действия нейтрализатора от коэффици ента избытка воздуха

Рис. 2.77. Устройство датчика концентра ции кислорода:1 — уплотнительное коль цо; 2 — металлический корпус с резьбой и шестигранником «под ключ»; 3 — керамичес кий изолятор; 4 — провода; 5 — уплотнитель- ная манжета проводов; 6 — токоподводя- щий контакт провода питания нагревателя; 7 — наружный защитный экран с отверсти ем для атмосферного воздуха; 8 — токо съемник электрического сигнала; 9 — элек трический нагреватель; 10 — керамический наконечник; 11 — защитный экран с отвер стием для отработавших газов

Этот датчик определяет количество кислорода в отработавших газах, а его электрический сигнал использует ЭБУ, который соответственно изменяет количество впрыскиваемого топ лива. Принцип действия датчика заключается в способности пропускать через себя ионы ки слорода. Если содержание кислорода на активных поверхностях датчика (одна из которой контактирует с атмосферой, а другая с отработавшими газами) значительно отличается, про исходит резкое изменение напряжения на выводах датчика. Иногда устанавливают два дат чика концентрации кислорода: один — до нейтрализатора, а другой — после.

Для того чтобы катализатор и датчик концентрации кислорода могли эффективно работать, они должны быть прогреты до определенной температуры. Минимальная температура, при ко торой задерживается 90 % вредных веществ, составляет порядка 300 «С. Необходимо также избегать перегрева нейтрализатора, поскольку это может привести к повреждению наполни теля и частично блокировать проход для газов. Если двигатель начинает работать с перебоя ми, то несгоревшее топливо догорает в катализаторе, резко увеличивая его температуру. Ино гда может быть достаточно нескольких минут работы двигателя с перебоями, чтобы полностью повредить нейтрализатор. Вот почему электронные системы современных двигателей должны выявлять пропуски в работе и предотвращать их, а также предупреждать водителя о серьезно сти этой проблемы. Иногда для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора после пу ска холодного двигателя применяют электрические нагреватели. Датчики концентрации кисло рода, применяющиеся в настоящее время, практически все имеют нагревательные элементы. В современных двигателях, с целью ограничения выбросов вредных веществ в атмосфе

ру во время прогрева двигателя, предварительные каталитические найтрализаторы устана вливают максимально близко к выпускному коллектору (рис. 2.78), чтобы обеспечить быст рый прогрев нейтрализатора до рабочей температуры. Кислородные датчики установлены до и после нейтрализатора.

Для улучшения экологических показателей работы двигателя необходимо не только со вершенствовать нейтрализаторы отработавших газов, но и улучшать процессы, протекаю щие в двигателе. Содержание углеводородов стало возможным снизить за счет уменьшения

«щелевых объемов», таких как зазор между поршнем и стенкой цилиндра над верхним ком прессионным кольцом и полостей вокруг седел клапанов.

Тщательное исследование потоков горючей смеси внутри цилиндра с помощью компью терной техники дало возможность обеспечить более полное сгорание и низкий уровень СО. Уровень NOx был уменьшен с помощью системы рециркуляции отработавших газов путем за бора части газа из выпускной системы и подачи его в поток воздуха на впуске. Эти меры и быстрый, точный контроль за работой двигателя на переходных режимах могут свести вредные выбросы к минимуму еще до катализатора. Для ускорения прогрева каталитическо го нейтрализатора и выхода его на рабочий режим используется также способ вторичной по дачи воздуха в выпускной коллектор с помощью специального электроприводного насоса.

Другим эффективным и распростра ненным способом нейтрализации вредных продуктов в отработавших газах является пламенное дожигание, которое основано на способности горючих составляющих отработавших газов (СО, СН, альдегиды) окисляться при высоких температурах. Отработавшие газы поступают в камеру дожигателя, имеющую эжектор, через ко торый поступает нагретый воздух из теп лообменника. Горение происходит в камере,

Рис. 2.78. Выпускной коллектор двигателяа для воспламенения служит запальная

с предварительным нейтрализатором свеча.

НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ВПРЫСК БЕНЗИНА

Первые системы впрыска бензина непосредственно в цилиндры двигателя появились еще в первой половине XX в. и использовались на авиационных двигателях. Попытки применения непосредственного впрыска в бензиновых двигателях автомобилей были прекращены в 40-е годы XIX в., потому что такие двигатели получались дорогостоящи ми, неэкономичными и сильно дымили на режимах большой мощности. Впрыскивание бензина непосредственно в цилиндры связано с определенными трудностями. Форсун ки для непосредственного впрыска бензина работают в более сложных условиях, чем те, что установлены во впускном трубопроводе. Головка блока, в которую должны уста навливаться такие форсунки, получается более сложной и дорогой. Время, отводимое на процесс смесеобразования при непосредственном впрыске, существенно уменьша ется, а значит, для хорошего смесеобразования необходимо подавать бензин под боль шим давлением.

Со всеми этими трудностями удалось справиться специалистам компании Mitsubishi, ко торая впервые применила систему непосредственного впрыска бензина на автомобильных двигателях. Первый серийный автомобиль Mitsubishi Galant с двигателем 1,8 GDI (Gasoline Direct Injection — непосредственный впрыск бензина) появился в 1996 г. (рис. 2.81). Сейчас двигатели с непосредственным впрыском бензина выпускают Peugeot-Citroen, Renault, Toyota, DaimlerChrysler и другие производители (рис. 2.79; 2.80; 2.84).

Преимущества системы непосредственного впрыска заключаются в основном в улуч шении топливной экономичности, а также и некоторого повышения мощности. Первое объясняется способностью двигателя с системой непосредственного впрыска работать

Рис. 2.79. Схема двигателя Volkswagen FSI с непосредственным впрыском бензина

Рис.2.80. В 2000 г. компания PSA Peugeot-Citroen представила свой двухлитровый че тырехцилиндровый двигатель HPI с непосредственным впрыском бензина, который мог работать на бедных смесях

на очень бедных смесях. Повышение мощности обусловлено в основном тем, что орга низация процесса подачи топлива в цилиндры двигателя позволяет повысить степень сжатия до 12,5 (в обычных двигателях, работающих на бензине, редко удается устано вить степень сжатия свыше 10 из-за наступления детонации).

В двигателе GDI топливный насос обеспечивает давление 5 МПа. Электро магнитная форсунка, установленная в го ловке блока цилиндров,впрыскивает бен зин непосредственно в цилиндр двигателя и может работать в двух режимах. В зави симости от подаваемого электрического сигнала она может впрыскивать топливо или мощным коническим факелом, или компактной струей (рис. 2.82). Днище поршня имеет специальную форму в виде сферической выемки (рис. 2.83). Такая форма позволяет закрутить поступающий воздух, направить впрыскиваемое топли во к свече зажигания, установленной по центру камеры сгорания. Впускной трубо провод расположен не сбоку, а вертикаль

Рис. 2.81. Двигатель Mitsubishi GDI — пер вый серийный двигатель с системой не посредственного впрыска бензина

но сверху. Он не имеет резких изгибов, и поэтому воздух поступает с высокой ско ростью.

Рис.2.82. Форсунка двигателя GDI может работать в двух режимах, обеспечивая мощ ный (а) или компактный (б) факел распыленного бензина

В работе двигателя с системой непосредственного впрыска можно выделить три различ ных режима:

1) режим работы на сверхбедных смесях;

2) режим работы на стехиометрической смеси;

3) режим резких ускорений с малых оборотов;

Первый режим используется в том случае, когда автомобиль движется без резких уско рений со скоростью порядка 100-120 км/ч. На этом режиме используется очень бедная горючая смесь с коэффициентом избытка воздуха более 2,7. В обычных условиях такая смесь не может воспламениться от искры, поэтому форсунка впрыскивает топливо ком пактным факелом в конце такта сжатия (как в дизеле). Сферическая выемка в поршне на правляет струю топлива к электродам свечи зажигания, где высокая концентрация паров бензина обеспечивает возможность воспламенения смеси.

Второй режим используется при движении автомобиля с высокой скоростью и при резких ускорениях, когда необходимо получить высокую мощность. Такой режим движе ния требует стехиометрического состава смеси. Смесь такого состава легко воспламеня ется, но у двигателя GDI повышена степень

сжатия, и для того чтобы не наступала де тонация, форсунка впрыскивает топливо мощным факелом. Мелко распыленное то пливо заполняет цилиндр и, испаряясь, ох лаждает поверхности цилиндра, снижая вероятность появления детонации.

Третий режим необходим для получения большого крутящего момента при резком нажатии педали «газа», когда двигатель ра

ботает на малых оборотах. Этот режим рабо ты двигателя отличается тем, что в течение одного цикла форсунка срабатывает два раза. Во время такта впуска в цилиндр для

Рис. 2.83. Поршень двигателя с непосред ственным впрыском бензина имеет спе циальную форму (процесс сгорания над поршнем)

4. Заказ № 1031.97

Рис. 2.84. Конструктивные особенности двигателя с непосредственным впрыском бен зина Audi 2.0 FSI

его охлаждения мощным факелом впрыскивается сверхбедная смесь (а=4,1). В конце такта сжатия форсунка еще раз впрыскивает топливо, но компактным факелом. При этом смесь в цилиндре обогащается и детонация не наступает.

По сравнению с обычным двигателем с системой питания с распределенным впры ском бензина, двигатель с системой GDI примерно на 10 % экономичнее и выбрасыва ет в атмосферу на 20 % меньше углекислого газа. Повышение мощности двигателя доходит до 10 %. Однако, как показала эксплуатация автомобилей с двигателями тако го типа, они очень чувствительны к содержанию серы в бензине.

Оригинальный процесс непосредственного впрыска бензина разработала компания Orbital. В этом процессе в цилиндры двигателя впрыскивается бензин, заранее смешанный с воздухом с помощью специальной форсунки. Форсунка компании Orbital состоит из двух жиклеров, топливного и воздушного.

Рис. 2.85. Работа форсунки Orbital

Воздух к воздушным жиклерам поступает в сжатом виде от специального компрессора при давлении 0,65 МПа. Давление топлива составляет 0,8 МПа. Сначала срабатывает топ ливный жиклер, а затем в нужный момент и воздушный, поэтому в цилиндр, мощным факе лом впрыскивается топливно-воздушная смесь в виде аэрозоля (рис. 2.85).

Форсунка, установленная в головке цилиндра рядом со свечой зажигания, впрыскивает топливно-воздушную струю непосредственно на электроды свечи зажигания, что обеспечи вает ее хорошее воспламенение.

Краткая история появления

Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю. Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.

Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал. Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя. Электронный блок управления стал контролировать количество впрыскиваемого топлива в цилиндры и процентное соотношение компонентов топливовоздушной смеси.

Виды систем впрыска бензиновых двигателей

Существует несколько основных видов систем впрыска топлива, которые отличаются способом образования топливовоздушной смеси.

Моновпрыск, или центральный впрыск

Схема работы системы моновпрыска

Схема с центральным впрыском предусматривает наличие одной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Такие системы впрыска можно найти только на старых легковых автомобилях. Она состоит из следующих элементов:

Регулятор давления – обеспечивает постоянную величину рабочего давления 0,1 МПа и предотвращает появление воздушных пробок в топливной системе.
Форсунка впрыска – осуществляет импульсную подачу бензина во впускной коллектор двигателя.
Дроссельная заслонка – выполняет регулирование объема подаваемого воздуха. Может иметь механический или электрический привод.
Блок управления – состоит из микропроцессора и блока памяти, который содержит эталонные данные характеристики впрыска топлива.
Датчики положения коленчатого вала двигателя, положения дроссельной заслонки, температуры и т.д.

Системы впрыска бензина с одной форсункой работают по следующей схеме:

Двигатель запущен.
Датчики считывают и передают информацию о состоянии системы в блок управления.
Полученные данные сравниваются с эталонной характеристикой, и, на основе этой информации, блок управления рассчитывает момент и длительность открытия форсунки.
На электромагнитную катушку направляется сигнал об открытии форсунки, что приводит к подаче топлива во впускной коллектор, где он смешивается с воздухом.
Смесь топлива и воздуха подается в цилиндры.

Распределенный впрыск (MPI)

Система с распределенным впрыском состоит из аналогичных элементов, но в такой конструкции предусмотрены отдельные форсунки для каждого цилиндра, которые могут открываться одновременно, попарно или по одной. Смешение воздуха и бензина происходит также во впускном коллекторе, но, в отличие от моновпрыска, подача топлива осуществляется только во впускные тракты соответствующих цилиндров.

Схема работы системы с распределенным впрыском

Управление осуществляется электроникой (KE-Jetronic, L-Jetronic). Это универсальные системы впрыска топлива Bosch, получившие широкое распространение.

Принцип действия распределенного впрыска:

В двигатель подается воздух.
При помощи ряда датчиков определяется объем воздуха, его температура, скорость вращения коленчатого вала, а также параметры положения дроссельной заслонки.
На основе полученных данных электронный блок управления определяет объем топлива, оптимальный для поступившего количества воздуха.
Подается сигнал, и соответствующие форсунки открываются на требуемый промежуток времени.

Непосредственный впрыск топлива (GDI)

Система предусматривает подачу бензина отдельными форсунками напрямую в камеры сгорания каждого цилиндра под высоким давлением, куда одновременно подается воздух. Эта система впрыска обеспечивает наиболее точную концентрацию топливовоздушной смеси, независимо от режима работы мотора. При этом смесь сгорает практически полностью, благодаря чему уменьшается объем вредных выбросов в атмосферу.

Схема работы системы непосредственного впрыска

Такая система впрыска имеет сложную конструкцию и восприимчива к качеству топлива, что делает ее дорогостоящей в производстве и эксплуатации. Поскольку форсунки работают в более агрессивных условиях, для корректной работы такой системы необходимо обеспечение высокого давления топлива, которое должно быть не менее 5 МПа.

Конструктивно система непосредственного впрыска включает в себя:

Топливный насос высокого давления.
Регулятор давления топлива.
Топливная рампа.
Предохранительный клапан (установлен на топливной рампе для защиты элементов системы от повышения давления больше допустимого уровня).
Датчик высокого давления.
Форсунки.

Электронная система впрыска такого типа от компании Bosch получила наименование MED-Motronic. Принцип ее действия зависит от вида смесеобразования:

Послойное – реализуется на малых и средних оборотах двигателя. Воздух подается в камеру сгорания на большой скорости. Топливо впрыскивается по направлению к свече зажигания и, смешиваясь на этом пути с воздухом, воспламеняется.
Стехиометрическое. При нажатии на педаль газа происходит открытие дроссельной заслонки и осуществляется впрыск топлива одновременно с подачей воздуха, после чего смесь воспламеняется и полностью сгорает.
Гомогенное. В цилиндрах провоцируется интенсивное движение воздуха, при этом на такте впуска происходит впрыск бензина.

Непосредственный впрыск топлива в бензиновом двигателе – наиболее перспективное направление в эволюции систем впрыска. Впервые он был реализован в 1996 году на легковых автомобилях Mitsubishi Galant, и сегодня его устанавливают на свои автомобили большинство крупнейших автопроизводителей.

PPT — работа бензинового двигателя PowerPoint Presentation, скачать бесплатно

глава 15 бензиновый двигатель Operational

РИСУНОК 15.1 Вращающийся узел для двигателя V-8, который имеет , восемь поршней и шатуны и один коленчатый вал.

РИСУНОК 15.2 Двигатель Ford с плоской головкой V-8. Эта конструкция двигателя использовалась компанией Ford Motor Company с 1932 по 1953 год. В конструкции с плоской головкой клапаны расположены рядом с цилиндрами (рядом с ними).

РИСУНОК 15.3 Головка цилиндров с четырьмя клапанами на цилиндр, два впускных клапана (больше) и два выпускных клапана (меньше).

РИСУНОК 15.4 Температура охлаждающей жидкости контролируется термостатом , который открывает и позволяет охлаждающей жидкости поступать в радиатор, когда температура достигает номинальной температуры термостата.

РИСУНОК 15.5 Типичная система смазки, показывающая масляный поддон , масляный насос, масляный фильтр и масляные каналы.

РИСУНОК 15.6 Движение поршня вниз втягивает воздушно-топливную смесь в цилиндр через впускной клапан на такте впуска. На такте сжатия смесь сжимается движением поршня вверх при закрытых обоих клапанах. Зажигание происходит в начале рабочего хода, и сгорание приводит поршень вниз для выработки энергии. Во время такта выпуска поршень, движущийся вверх, вытесняет сгоревшие газы из открытого выпускного клапана.

РИСУНОК 15.6 (продолжение).

РИСУНОК 15.7 Вырез двигателя, показывающий цилиндр, поршень , шатун и коленчатый вал.

РИСУНОК 15.8 Расположение цилиндров автомобильных двигателей.

РИСУНОК 15.9 Горизонтально противоположная конструкция двигателя помогает снизить центр тяжести автомобиля.

РИСУНОК 15.10 Двигатель, установленный в продольном направлении, приводит в движение задние колеса через коробку передач, карданный вал и дифференциал в сборе.

РИСУНОК 15.11 Два типа опор с передним приводом и передним приводом.

РИСУНОК 15.12 Вырез двигателя V-8 с верхним расположением клапанов (OHV) , показывающий подъемники, толкатели, роликовые коромысла и клапаны.

РИСУНОК 15.13 Для двигателей SOHC обычно требуются дополнительные компоненты , такие как коромысла, для работы всех клапанов. Двигатели DOHC часто управляют клапанами напрямую.

РИСУНОК 15.14 Двигатель DOHC использует распределительный вал для впускного клапана и отдельный распределительный вал для выпускных клапанов в каждой головке цилиндров.

РИСУНОК 15.15 Нагнетатель на Ford V-8.

РИСУНОК 15.16 Колесо турбины вращается расширяющимися отходящими газами .

РИСУНОК 15.17 Роторный двигатель работает в четырехтактном цикле , но использует ротор вместо поршня и коленчатого вала для достижения такта впуска, сжатия, мощности и выпуска.

РИСУНОК 15.18 Диаметр и ход поршней используются для расчета рабочего объема двигателя.

РИСУНОК 15.19 Расстояние между осевой линией шейки подшипника и осевой линией шатуна определяет ход двигателя. Эта фотография немного необычна, потому что она показывает V-6 с растоптанным коленчатым валом, который используется для выравнивания импульсов на двигателе V-6 под углом 90 °.

РИСУНОК 15.20 Коэффициент сжатия — это отношение общего объема цилиндра (когда поршень находится в нижней части своего хода) к зазору (когда поршень находится в верхней части своего хода).

РИСУНОК 15.21 Крутящий момент — это крутящая сила, равная расстоянию от точки поворота, умноженному на приложенную силу, выраженную в единицах, называемых фунт-фут (фунт-фут) или Ньютон-метр (Н-м).

PPT — работа с бензиновым двигателем PowerPoint Presentation, скачать бесплатно

14 Работа с бензиновым двигателем

РИСУНОК 14.1 Вращающийся узел для двигателя V-8, который имеет , восемь поршней и шатуны и один коленчатый вал.

РИСУНОК 14.2 Двигатель Ford с плоской головкой V-8. Этот дизайн двигателя использовался компанией Ford Motor с 1932 по 2953 год. В плоской конструкции клапаны расположены рядом с цилиндрами.

РИСУНОК 14.3 Головка цилиндров с четырьмя клапанами на цилиндр, двумя впускными клапанами (больше) и двумя выпускными клапанами (меньше).

РИСУНОК 14.4 Температура охлаждающей жидкости контролируется термостатом , который открывает и позволяет охлаждающей жидкости поступать в радиатор, когда температура достигает номинальной температуры термостата.

РИСУНОК 14.5 Типичная система смазки, показывающая масляный поддон , масляный насос, масляный фильтр и масляные каналы.

РИСУНОК 14.6 Движение поршня вниз втягивает воздушно-топливную смесь в цилиндр через впускной клапан на такте впуска. На такте сжатия смесь сжимается движением поршня вверх при закрытых обоих клапанах. Зажигание происходит в начале рабочего хода, и сгорание приводит поршень вниз для выработки энергии. Во время такта выпуска поршень, движущийся вверх, вытесняет сгоревшие газы из открытого выпускного клапана.

РИСУНОК 14.6 (продолжение) Движение поршня вниз направляет воздух-топливную смесь в цилиндр через впускной клапан на такте впуска. На такте сжатия смесь сжимается движением поршня вверх при закрытых обоих клапанах. Зажигание происходит в начале рабочего хода, и сгорание приводит поршень вниз для выработки энергии. Во время такта выпуска поршень, движущийся вверх, вытесняет сгоревшие газы из открытого выпускного клапана.

РИСУНОК 14.7 Вырез двигателя, показывающий цилиндр, поршень , шатун и коленчатый вал.

РИСУНОК 14.8 Расположение цилиндров автомобильного двигателя.

РИСУНОК 14.9 Горизонтально противоположная конструкция двигателя помогает снизить центр тяжести автомобиля.

РИСУНОК 14.10 Продольно установленный двигатель приводит в движение задние колеса через трансмиссию, карданный вал и дифференциал в сборе.

РИСУНОК 14.11 Два типа опор с передним приводом и передним приводом.

РИСУНОК 14.12 Вырез двигателя V-8 с верхним расположением клапанов (OHV) , показывающий подъемники, толкатели, роликовые коромысла и клапаны.

РИСУНОК 14.13 Для двигателей SOHC обычно требуются дополнительные компоненты , такие как коромысла, для работы всех клапанов. Двигатели DOHC часто управляют клапанами напрямую.

РИСУНОК 14.14 Двигатель DOHC использует распределительный вал для впускного клапана и отдельный распределительный вал для выпускных клапанов в каждой головке цилиндров.

РИСУНОК 14.15 Нагнетатель на Ford V-8.

РИСУНОК 14.16 Колесо турбины вращается расширяющимися выхлопными газами .

РИСУНОК 14.17 Роторный двигатель работает в четырехтактном цикле , но использует ротор вместо поршня и коленчатого вала для достижения такта впуска, сжатия, мощности и выпуска.

РИСУНОК 14.18 Диаметр и ход поршней используются для расчета рабочего объема двигателя.

РИСУНОК 14.19 Расстояние между осевой линией шейки подшипника и осевой линией шатуна определяет ход двигателя. Эта фотография немного необычна, потому что она показывает V-6 с растоптанным коленчатым валом, который используется для выравнивания импульсов на двигателе V-6 под углом 90 °.

РИСУНОК 14.20 Коэффициент сжатия — это отношение общего объема цилиндра (когда поршень находится в нижней части своего хода) к зазору (когда поршень находится в верхней части своего хода).

РИСУНОК 14.21 Крутящий момент — это крутящая сила, равная расстоянию от точки поворота, умноженному на приложенную силу, выраженную в единицах, называемых фунт-фут (фунт-фут) или Ньютон-метр (Н-м).

бензиновый двигатель | Британика

Бензиновый двигатель , любой из класса двигателей внутреннего сгорания, которые вырабатывают энергию при сжигании летучего жидкого топлива (бензин или смесь бензина, такого как этанол) с зажиганием, инициируемым электрической искрой. Бензиновые двигатели могут быть изготовлены в соответствии с требованиями практически любого возможного применения силовой установки, наиболее важными из которых являются пассажирские автомобили, небольшие грузовые автомобили и автобусы, самолеты общего назначения, подвесные и малые бортовые морские агрегаты, стационарные насосные установки среднего размера, осветительные установки, станки и электроинструменты.Четырехтактные бензиновые двигатели используются для подавляющего большинства автомобилей, легких грузовиков, мотоциклов среднего и большого размера и газонокосилок. Двухтактные бензиновые двигатели встречаются реже, но они используются для небольших подвесных судовых двигателей и во многих портативных инструментах для ландшафтного дизайна, таких как цепные пилы, ножницы для живой изгороди и воздуходувки.

Поперечное сечение V-образного двигателя. Encyclopædia Britannica, Inc.

Типы двигателей

Бензиновые двигатели могут быть сгруппированы в несколько типов в зависимости от нескольких критериев, включая их применение, метод управления топливом, зажигание, расположение поршня и цилиндра или ротора, число тактов за цикл, систему охлаждения, а также тип и расположение клапана.В этом разделе они описаны в контексте двух основных типов двигателей: поршневые и цилиндровые двигатели и роторные двигатели. В поршнево-цилиндровом двигателе давление, создаваемое сгоранием бензина, создает силу на головке поршня, которая перемещает длину цилиндра при возвратно-поступательном или возвратно-поступательном движении. Эта сила отталкивает поршень от головки цилиндра и выполняет работу. Роторный двигатель, также называемый двигателем Ванкеля, не имеет обычных цилиндров, оснащенных поршневыми поршнями.Вместо этого давление газа действует на поверхности ротора, заставляя ротор вращаться и, таким образом, выполнять работу.

бензиновых двигателей Бензиновые двигатели включают (A) двигатели с противоположным расположением поршней, (B) роторные двигатели Ванкеля, (C) рядные двигатели и (D) двигатели V-8. Encyclopædia Britannica, Inc.

Большинство бензиновых двигателей поршневого и цилиндрового типа. Основные компоненты поршнево-цилиндрового двигателя показаны на рисунке. Почти все двигатели этого типа следуют либо четырехтактному циклу, либо двухтактному циклу.

Типичное поршнево-цилиндровое расположение бензинового двигателя. Encyclopædia Britannica, Inc.

Четырехтактный цикл

Из различных методов восстановления энергии от процесса сгорания наиболее важным на сегодняшний день был четырехтактный цикл, концепция, впервые разработанная в конце 19-го века. Четырехтактный цикл показан на рисунке. При открытом впускном клапане поршень сначала опускается на такт впуска. Воспламеняющаяся смесь паров бензина и воздуха втягивается в цилиндр созданным таким образом парциальным вакуумом.Смесь сжимается при подъеме поршня на такте сжатия с закрытыми обоими клапанами. По мере приближения к концу хода заряд зажигается электрической искрой. Затем следует рабочий ход с обоими клапанами, которые все еще закрыты, и давление газа из-за расширения сгоревшего газа, нажимающего на головку поршня или на головку. Во время такта выпуска восходящий поршень нагнетает отработанные продукты сгорания через открытый выпускной клапан. Затем цикл повторяется. Таким образом, каждый цикл требует четырех ходов поршня — впуск, сжатие, мощность и выпуск — и двух оборотов коленчатого вала.

Двигатель внутреннего сгорания : четырехтактный цикл Двигатель внутреннего сгорания проходит четыре такта: впуск, сжатие, сгорание (мощность) и выпуск. Когда поршень движется во время каждого хода, он поворачивает коленчатый вал. Encyclopædia Britannica, Inc. Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Недостаток четырехтактного цикла состоит в том, что совершается только вдвое меньше рабочих тактов, чем в двухтактном цикле ( см. Ниже ), и от двигателя данного размера можно ожидать только половину такой мощности при заданная рабочая скорость.Четырехтактный цикл, однако, обеспечивает более положительную очистку от выхлопных газов (очистку) и перегрузку цилиндров, уменьшая потерю свежего заряда в выхлопе.

Глава 14 — Работа с бензиновым двигателем в Cypress College Продолжить с Google

Чтобы войти через Google, пожалуйста, включите всплывающие окна

Продолжить с Facebook

Чтобы войти через Google, пожалуйста, включите всплывающие окна

или

У вас нет аккаунта? Зарегистрироваться

Продолжить с Google

Чтобы зарегистрироваться в Google, пожалуйста, включите всплывающие окна