|
Двигатели внутреннего сгорания
Классификация двигателей внутреннего сгорания
По способу воспламенения рабочей смеси ДВС подразделяются на ДВС с воспламенением от искры (бензиновые двигатели) и ДВС
с воспламенением от сжатия (дизельные двигатели). При этом возможно как внешнее, так и внутреннее смесеобразование. Внешнее
смесеобразование может быть гомогенным, а также смесеобразованием с послойным распределением топливной смеси. Внутреннее
смесеобразование может быть гомогенным, а также смесеобразованием с послойным и смешанным образованием топливной смеси.
По способу реализации рабочего цикла ДВС подразделяются на четырёхтактные ДВС с наддувом и без наддува, двухтактные ДВС
с кривошипно-камерной продувкой, роторно-поршневые ДВС.
По расположению цилиндров ДВС подразделяются на ДВС с вертикальным расположением цилиндров (рядные), ДВС с горизонтальным
расположением цилиндров (рядные), а также ДВС с наклонным расположением цилиндров (рядные), ДВС V-образные (два ряда цилиндров),
ДВС с W-образным расположением цилиндров (многорядные), ДВС с оппозитным расположением цилиндров. Роторно-поршневые ДВС (два
ротора на коленчатом валу).
При этом применяется продольное и поперечное размещение ДВС на автомобиле.
Цикл Отто (четырехтактный ДВС) (Рис. 1)
V
u
- рабочий объем цилиндра (площадь цилиндра, умноженная на ход поршня);
V
c
- объем камеры сгорания;
V
h
- рабочий объем камеры сгорания.
Степень сжатия - это отношение рабочего объема цилиндра к объему камеры сгорания.
Рис. 1
Индикаторная диаграмма дизельного двигателя
На (Рис. 2): а - впрыск топлива, участок a-b - горение смеси.
Рис. 2
Цикл Миллера (пятитактный ДВС) (Рис. 3)
Рис. 3
Отличие цикла Миллера от цикла Отто состоит в том, что во втором такте на протяжении одной пятой хода поршня (во время
такта сжатия) через открытый впускной клапан горючая смесь продолжает поступать. При этом используется нагнетатель.
Преимущества: понижается рабочая температура двигателя, уменьшаются максимальные обороты, снижается степень сжатия и
соответственно повышается ресурс работы двигателя.
Характеристики автомобильного двигателя (Рис. 4)
Где:
п -
частота вращения коленчатого вала двигателя;
N
e
-
эффективная мощность;
М
е
-
крутящий момент двигателя;
(М
е
равен произведению окружной силы на маховике на радиус маховика: например, 1 кг • с означает, что
сила 1 кг приложена к концу рычага длиной 1 м);
g
e
—
удельный расход топлива;
рабочий объем камеры сгорания;
i
- количество цилиндров
(Литровая мощность - мощность, снимаемая с каждого литра )
Рис. 4
Фазы газораспределения за один рабочий цикл двигателя (4 такта) (Рис. 5)
Продолжительность открытия и закрытия клапанов называется фазами газораспределения. От правильности установки с помощью
привода распредвала фаз газораспределения, соответствующего функционирования механизма регулирования коэффициента перекрытия
(при наличии), регулировки тепловых зазоров клапанов, а также отсутствия дефектов профиля и взаимного расположения кулачков
распредвала зависят наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от отработавших газов. А это в свою
очередь влияет на мощность двигателя. Необходимо отметить, что на мощность ДВС также существенно влияют и смесеобразование,
и наличие соответствующего угла впрыска (в дизельных ДВС) или угла опережения зажигания (в бензиновых ДВС), наличие соответствующей
цикловой подачи топлива, механические потери в ДВС, трансмиссии, ходовой части, а также другие факторы.
При наличии в механизме газораспределения гидрокомпенсаторов регулировка тепловых зазоров клапанов не производится, так
как тепловые зазоры выбираются гидрокомпенсаторами.
Рис. 5
Такты четырехтактного двигателя
Первый такт - впуск смеси или воздуха.
Второй такт - сжатие смеси.
Третий такт - воспламенение смеси или рабочий ход.
Четвертый такт - выпуск отработанных газов.
Все такты проходят за два полных оборота коленчатого вала.
Такт впуска
При такте впуска поршень движется от ВМТ к НМТ, и при этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. В дизельных
двигателях в такте впуска цилиндр наполняется воздухом, а в бензиновых двигателях - горючей смесью.
Такт сжатия
При такте сжатия поршень движется от НМТ к ВМТ, и при этом впускной и выпускной клапаны закрыты. При вращении коленвала,
в тот момент, когда он не доходит определенный угол (угол поворота коленвала) до ВМТ, происходит воспламенение горючей смеси.
Этот угол зависит от частоты вращения ДВС и нагрузки, а также от конкретной конструкции двигателя и составляет от 5 до 25
градусов. У бензиновых двигателей этот угол называется углом опережения зажигания, а у дизельных двигателей углом впрыска.
Такт рабочего хода
После прохождения ВМТ начинается такт рабочего хода. При этом поршень движется от ВМТ к НМТ и оба клапана закрыты.
Такт выпуска отработанных газов
После прохождения НМТ начинается такт выпуска. При этом поршень движется от НМТ к ВМТ и выпускной клапан открыт.
Коэффициент перекрытия
Для лучшего наполнения и более полной очистки цилиндров ДВС фазы газораспределения спроектированы с учетом коэффициента
перекрытия, который в зависимости от конкретной конструкции двигателя составляет 16-45 градусов.
В конце такта выпуска (перед его окончанием) приоткрывается впускной клапан, причем при этом увеличивается скорость,
с которой отработанные газы устремляются к незакрытому выпускному клапану. В силу инерции отработанные газы не идут в приоткрытый
впускной клапан. В результате получается разряжение, улучшающее такт выпуска отработанных газов. Конструкция системы выпуска
ОГ также влияет на такт выпуска.
В некоторых конструкциях ДВС изменение коэффициента перекрытия дополнительно корректируется с помощью муфты, которая
поворачивает звёздочку привода распредвала относительно распредвала (при наличии конструкции ДВС с двумя распредвалами).
Причем проворачивается распредвал, обслуживающий впускные клапаны. Поворот звёздочки осуществляется за счёт масла, поступающего
из системы смазки ДВС. Электронный блок управления ДВС в зависимости от частоты вращения коленчатого вала выдаёт сигнал на
соответствующий электрогидравлический распределитель, который в свою очередь управляет муфтой, которая соединена со звездочкой.
Способы распыления топлива в дизельных двигателях (Рис. 6)
Рис. 6
A. Непосредственное распыление.
Б. Вихрекамерное распыление.
B. Форкамерное распыление.
При вышеуказанных способах распыления (при наличии рядного ТНВД, а также распределительных ТНВД, аксиально-поршневого
ТНВД, радиально-поршневого ТНВД) степень сжатия - от 15, рабочее давление открытия форсунки - от 20 мПа, давление впрыскиваемого
топлива - от 300 бар до 1000 бар.
При наличии насос-форсунки, столбикового насоса с отдельной форсункой и аккумуляторной системы давление впрыскиваемого
топлива достигает в зависимости от конкретной конструкции 2000 бар. Причем воспламенению смеси при запуске ДВС способствует
раскаленная до 800°С свеча накаливания (СН). При запуске двигателя спираль свечи нагревается от бортовой электросети. Также
способствуют воспламенению смеси нагретые стенки камеры сгорания.
Способы распыления топлива в бензиновых двигателях (Рис. 7)
Рис. 7
A. Центральный впрыск (моно).
Б. Распределённый впрыск (непрерывный или пульсирующий).
B. Форсунка с форкамерой.
Г. Форсунка с дополнительным распылением топлива.
Д. Прямой впрыск.
Е. Карбюратор.
Условия пуска четырехтактного двигателя
Соответствующее состояние системы зажигания.
Соответствующее состояние системы топливоснабжения.
Соответствующая компрессия в цилиндрах (15-24 - для дизельных ДВС и 8-10 - для бензиновых ДВС).
Соответствующая установка фаз газораспределения, причём при наличии тепловых зазоров клапанов -
их соответствующая регулировка, а также при наличии гидрокомпенсаторов - их соответствующее состояние.
Соответствующее состояние системы впуска, причём в том числе герметичность подключенных к впускному коллектору
систем и шлангов. Соответствующее состояние воздухоочистителя.
Соответствующее состояние системы выпуска (отсутствие противодавления в выпускном коллекторе и глушителе).
Соответствующее состояние топлива (испаряемость, фракционный состав, отсутствие загрязнений), а также соответствие
топлива сезону (соответственно зимнее или летнее топливо).
У дизельных двигателей соответствующее состояние систем предпускового подогрева. После окончания режима
предпускового подогрева ДВС лампа индикации гаснет и ДВС готов к запуску.
Соответствующее состояние системы предпускового подогрева у бензиновых двигателей. В некоторых конструкциях ДВС с
системой топливоснабжения бензином при наличии системы предпускового подогрева она должна быть исправна.
Соответствующие обороты прокрутки стартером коленчатого вала двигателя, а также отсутствие задевания вращающихся
элементов ДВС при его прокрутке о корпусные детали ДВС.
Соответствующая температура в моторном отсеке ДВС с карбюраторной системой топливоснабжения (наличие необогащенной,
например из-за температуры, превышающей 100-110 °С, топливной смеси).
|
