Бензинові двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ)

1. Бензинові двигуни: класифікація
2. Робочий цикл бензинового ДВС
3. Робочий цикл ДВС двухтактного
4. Переваги чотиритактних бензинових двигунів
5. Бензиновий ДВС: основні допоміжні системи
6. Загальні для більшості ДВС системи

Бензинові двигуни являють собою двигуни внутрішнього згоряння, суміш палива та повітря в циліндрах яких піддається попередньому стиску, після чого запалюється електричною іскрою.

Потужність в подібного типу двигунах регулюють дросельною заслінкою, що збільшує / зменшує потік повітря.

Один з видів дроселя - карбюраторних дросельна заслінка, що здійснює регулювання подачі паливної суміші в групу циліндрів бензинового двигуна внутрішнього згоряння. Виконуючий механізм представлений обертається по осі в трубі пластиною, дозирующей обсяг надходження регульованою середовища.

В машинах старше десяти років дросель управляється з салону водія за допомогою педалі. У більш сучасних авто - за допомогою електродвигуна, керованого «мізками» - ЕБУ, тобто, відсутня пряма механічна зв'язок педаль / дросельна заслінка. У блоці педалей обладнаний потенціометр, що варіює опір, залежне від положення педалі.

Бензинові двигуни: класифікація

• за способом утворення паливно-повітряної суміші: інжекторні і карбюраторні;
• по числу циклів роботи: чотирьох- і двотактні. Двотактні, при більшій потужності на відповідну одиницю об'єму, відрізняються меншим ККД. Найбільше застосування отримали там, де важливі малі габарити при малоефективною економії палива, наприклад, в моторизованих інструментах, моторних човнах невеликого водотоннажності, бензопилах і мотоциклах.

бензинові двигуни чотиритактні монтуються на переважна більшість транспортних засобів. Треба відзначити, що дизельні двигуни теж можуть ставитися до двох-або чотиритактним; при цьому двотактні дизелі багато в чому перевершують бензинові аналоги, але використовуються, в більшості, на великих судах (зрідка - на вантажівках і тепловозах);

• за кількістю робочих циліндрів: багатоциліндрові, двоциліндрові і одноциліндрові;
• по розташуванню циліндрів: ДВС вертикального і похилого однорядного розташування (рядний ДВС), V-подібного розташування (розташування циліндрової групи під кутом; якщо він становить 180 градусів, ДВС називають оппозітним), W-образного розташування (чотири ряди циліндрів під кутом і одним коленвалом ), зіркоподібні;
• способу охолодження: бензинові двигуни з повітряним або рідинним способом охолодження;
• по виду палива: багатопаливних і бензинові;
• за типом мастила: роздільний (масло в картері ДВС) і змішаний (масло змішується з горючою сумішшю);
• за ступенем стиснення: а) високого (Е = 12-18); б) низького (Е = 4-9) стиснення;
• за способом отримання циліндрами нової порції суміші: ДВС атмосферні (без наддуву), впуск паливної суміші або повітря в яких проводиться за рахунок створення розрідження під час всмоктуючого ходу поршня; ДВС з наддувом, впуск горючої суміші або повітря в яких здійснюється під тиском, що нагнітається турбокомпресором, для збільшення заряду повітря, а також отримання більшої потужності і ККД;
• по частоті обертання: швидкохідні, з підвищеною частотою обертання, тихохідні;
• за призначенням: ДВС авіаційні, суднові, стаціонарні, автотракторні, тепловози та ін.
  

Робочий цикл бензинового ДВС

Робочий цикл чотиритактного бензинового двигуна

1. Впуск. Протягом даного такту здійснюється опускання поршня від ВМТ (верхньої мертвої точки) до НМТ (нижній мертвій точці). Кулачки распредвала виробляють відкривання впускного клапана, через який відбувається всмоктування свіжої порції паливно-повітряної суміші.
2. Стиснення. Проводиться хід поршня від НМТ до ВМТ, під час якого стискається робоча суміш. Її температура значно зростає. Відношення обсягу камери в ВМТ до робочого об'єму циліндра в НМТ називається ступенем стиснення. Даний параметр дуже важливий: чим він вищий, тим більш економічний двигун. Але ДВС більшому ступені стиснення вимагає більшого октанового числа палива, яке застосовується, стоїть дорожче.
3. Згоряння з розширенням (робочий поршневий хід). Перед закінченням циклу стиснення горюча суміш запалюється іскрою свічки запалювання. По дорозі поршня від ВМТ до НМТ паливна суміш згорає - відбувається розширення робочої суміші, що штовхає поршень. Кутом випередження запалювання називають ступінь «недоворота» клонували бензинового двигуна внутрішнього згоряння до ВМТ під час підпалювання паливної суміші. Випередження запалювання потрібно для того, щоб встигла спалахнути основна маса бензоповітряної суміші до того, як поршень переміститься до ВМТ. Таким чином максимально використовується енергія згорілого палива. Паливо в циліндрі горить практично фіксований проміжок часу, тому підвищення ефективності ДВС досягається збільшенням кута випередження запалювання під час підвищення оборотів. У двигунах старого типу регулювання ця здійснювалася механічним пристроєм - впливає на переривник відцентровим вакуумним регулятором. Більш сучасні ДВС оснащені для цієї мети електронікою (функціонує за ємкісному принципом датчик положення коленвала).
4. Випуск. Після проходження НМТ робочого циклу поршнем? відбувається відкриття випускного клапана, що рухається вгору поршень видавлює продукти відпрацювання (гази) з циліндра ДВС. При досягненні верхньої мертвої точки поршнем, випускний клапан знову закривається - цикл починається спочатку. Потрібно пам'ятати про можливість здійснення наступного процесу ще до закінчення попереднього (наприклад, випуску). Перекриттям клапанів називається положення, при якому обидва клапана - впускний і випускний - відкриті.
   

Перекриття необхідно для кращого заповнення горючою сумішшю циліндрів, а також високоефективної очистки циліндрових дзеркал і порожнин від продуктів згоряння.

Робочий цикл ДВС двухтактного

У двотактному бензиновому двигуні робочий цикл здійснюється під час одного обороту коленвала. Від циклу чотиритактного ДВС залишається лише стиснення і розширення. Випуск і впуск замінюються продувкою робочого циліндра біля НМТ поршня, коли свіжа паливна суміш зганяє продукти горіння з циліндра.

Цикл, при більш детальному його розгляді, представлений наступними етапами: при висхідному русі поршня робоча суміш стискається.
Одночасно з цим, що рухається вгору поршень в кривошипно камері виробляє розрідження, яке відкриває клапан колектора впускного, через який в кривошипну камеру всмоктується свіжа горюча суміш (як правило, з доданим маслом). Наступне за цим рух поршня вниз створюється підвищення тиску суміші, клапан закривається. Далі процеси підпалу, згоряння і розширення суміші йдуть так, як і в чотиритактному бензиновому двигуна.

Але є особливість: під час низхідного руху поршня, приблизно в 60 ° від НМТ, відбувається відкриття випускного вікна (поршень його більше не перекриває). Через нього вихлопні гази, під досить високим тиском, проникають в випускний колектор. Через деякий час відкривається також вікно впускний, що розташоване на стороні впускного колектора. Виштовхується йде вниз поршнем свіжа суміш з кривошипно камери переміщується в робочий циліндровий об'єм, витісняючи з нього повністю гази відпрацювали. Частина робочої суміші в цей момент може потрапити в випускний колектор. При переміщенні поршня вгору порція свіжої робочої суміші всмоктується в кривошипну камеру.

Ймовірно в такому випадку припустити, що двотактний бензиновий двигун внутрішнього згоряння при такому ж циліндровому обсязі повинен мати потужність в майже два рази більшою. Але повної реалізації цієї переваги не відбувається в силу нестачі ефективності продувки, якщо порівнювати з нормальним випуском і впуском. При рівному з чотиритактним ДВС обсязі, двотактний має потужність від 1,5 до 1,8 рази більшою.
Одним з найважливіших переваг двотактного бензинового двигуна внутрішнього згоряння є відсутність громіздких систем распредвала і клапанів.

Переваги чотиритактних бензинових двигунів

• більший ресурс,
• більш чистий вихлоп,
• велика економічність,
• відсутність потреби в складній системі вихлопу,
• не вимагають додавання до палива масла,
• менший шум.

Переваги двотактних бензинових ДВС

• Не мають громіздких газорозподільної і мастильної систем,
• велика потужність на аналогічний з четирехтактнимі робочий об'єм,
• більш прості і дешеві у виготовленні,
• відсутня клапанний блок і распредвал.

Інжекторниє і карбюраторні бензинові ДВС

Процес приготування паливної суміші в бензиновому двигуні карбюраторного типу здійснюється в карбюраторі - пристрої, змішує паливо з повітрям.
У ДВС інжекторних впорскування палива в потік повітря проводиться форсунками, паливо до яких подається під тиском, дозування здійснюється ЕБУ (електронним блоком управління). У старіших ДВС - механічно, в нових - імпульсною подачею струму, що відкриває форсунку.
Перехід від карбюраторних бензинових двигунів до інжекторним стався, здебільшого, через зростаючих вимог до чистоти випускних газів, а також установці нейтралізаторів вихлопу сучасного типу (каталізаторів або каталітичних конвертерів). Відрізняються інжекторні ДВС постійністю складу відпрацьованих газів, що надходять в каталізатор. Останній може працювати в дуже вузьких діапазонах складу, вимагаючи певного вмісту кисню.

Тому в даних системах потрібна наявність лямбда-зонда (кисневого датчика). Саме завдяки йому виробляється постійний аналіз змісту у вихлопних газах кисню, продуктів недоокислених при згорянні, оксидів азоту.

Сучасний каталізатор не тільки окисляє чадний газ і вуглеводні, в повному обсязі згорілі, а й здійснює відновлення оксидів азоту - хімічний процес, що йде в принципово іншому напрямку. Існує необхідність в повторному окисленні всього потоку газів. Можливо це лише в межах «каталітичного вікна», т. Е., Вузького діапазону співвідношень повітря / паливо, в яких каталізатор може виконати свою функцію.

Співвідношення пального до повітря в цьому випадку становить приблизно 1: 14,7 за вагою, утримуючись при цьому в діапазоні плюс / мінус п'ять відсотків. Оскільки найбільш складним завданням є утримання допустимої по оксидам азоту норми, потрібно додатково знижувати інтенсивність синтезу їх в камері згоряння. Проводиться це, переважно, зниженням температури горіння за допомогою додавання обмеженої кількості відпрацьованих газів в камеру згоряння при деяких критичних режимах.

Бензиновий ДВС: основні допоміжні системи

Специфічні для ДВС бензинового типу системи
Система запалювання - виробляє своєчасне займання паливної суміші. Може бути контактною, мікропроцесорної або безконтактної.
Контактна складається з: свічок, вимикача запалювання, розподільника, котушки.
Безконтактна включає обладнання аналогічне, тільки місце переривника займає датчик Холла або індукційний.
Мікропроцесорна система управляється блоком-комп'ютером, включає датчик положення коленвала, свічки, комутатор, блок управління запаленням, котушки, температурний датчик двигуна.
В інжекторі до даної системи додає датчики положення дросельної заслінки і масової витрати повітря.
Система приготування суміші паливно-повітряної - інжектор або карбюратор.
Ряд особливостей сучасних бензинових двигунів
Щоб підвищити надійність процесу, використовують індивідуальну для кожної свічки котушку запалювання. Використовують по два впускних і випускних клапани на циліндр замість одного випускного і одного впускного. Пов'язано це зі збільшенням в голівках циліндрів сумарною площі клапанних отворів. При використанні одного клапана великої площі при високих оборотах клапанні заслінки не справляються з своєчасним закриттям отвори до початку наступного циклу в силу відносно великий своєї маси. Має місце так зване «зависання» навколо певної позиції заслінок, через що клапан постійно знаходиться у відкритому положенні.
Застосування пружин більшої жорсткості проблеми не вирішує. Управління дросельною заслінкою проводиться в цьому випадку електроприводом, замість троса акселераторной педалі (наприклад, в ДВС ЗМЗ-405.24, а також у багатьох сучасних двигунах іноземних виробників, особливо тих, які обладнані системою cruise control).

Загальні для більшості ДВС системи

• Система охолодження
  Система випуску вихлопних газів. Включає каталітичний конвертер, глушник і колектор випускний.
  
• Система мастила - може бути з окремим маслобаком (найчастіше в авіації), як і без нього: масло заливають в горловину на клапанної кришці ДВС.
  
• Система запуску ДВС. Щоб приготувати до роботи двигун, необхідно зробити хоча б один оборот коленвала для виробництва в одному з циліндрів тактів впуску і стиснення. Для запуску двотактних бензинових ДВС малої потужності можливо вжити мускульну силу людини, так, наприклад, працює в мотоциклі кікстартер.
  

Сподобалася стаття? Поділися з колегою: