Давайте рассмотрим плюсы и минусы различных типов двигателей
У любых популярных на сегодняшний день двигателей есть свои плюсы и минусы. В нашем сообществе Tech мы собрали для всех автолюбителей полезную инструкцию на эту тему.
Какой двигатель мощнее: четырёхлитровый V6 или четырёхлитровый V8? Ответ не так уж и прост. Расположение цилиндров не всегда является показателем мощности двигателя. Немного изобретательности (и денег, естественно), и из простенького четырёхцилиндрового движка можно выжать мощность, которой позавидует любой V12. Так чем же определяется выбор расположения цилиндров? Ниже представлены достоинства и недостатки каждого из них.
1. Рядный четырехцилиндровый двигатель
Начнем с одного из самых распространенных двигателей. Причина его популярности в его простоте: один блок цилиндров, одна головка блока цилиндров, один привод клапанов. Вот всё, что вам нужно знать:
Достоинства:
— Компактность, позволяющая уместить двигатель практически в любой отсек
— Небольшой вес, благодаря наличию единственного выпускного коллектора
— Внешние поршни двигаются в противоположных направлениях относительно внутренних поршней, соответственно первичная балансировка на высоте.
— Двигатели этого типа легко поддаются ремонту, поскольку имеется лёгкий доступ к свечам зажигания и приводу клапанов
— Низкая стоимость
Недостатки:
— Вторичная балансировка оставляет желать лучшего
— Объем редко превышает 2.5 – 3.0 литра
— Более крупные четырехцилиндровые двигатели нуждаются в балансировочных валах, с целью сокращения уровня вибрации, вызванной плохой вторичной балансировкой
2. Горизонтальный оппозитный двигатель
С точки зрения производительности, более интересного варианта, чем этот, не найти. Такой двигатель отлично впишется в ваш гоночный автомобиль.
Достоинства
— Первичная и вторичная балансировки выполнены отлично. Двигатель работает очень мягко
— Меньшая нагрузка на коленчатый вал является следствием небольшой потери мощности инерции вращения
Недостатки
— Крупный размер
— Такие двигатели ранее использовались в Формуле 1, но не смотря на высокий КПД, от них пришлось отказаться, так как большой размер двигателя препятствовал прохождению воздушных потоков
— Сложная конструкция: два блока цилиндров и два привода клапанов
— Обслуживание усложняется тем, что двигатель установлен «впритык»
3. Рядный шестицилиндровый двигатель
Произведение инженерного искусства, рядный шестицилиндровый двигатель был создан путём добавления двух цилиндров к рядному четырёхцилиндровому движку. BMW обожает их, и именно такое расположение цилиндров было подарено небезызвестному монстру 2JZ. Что же такого особенного в этом двигателе?
Достоинства:
— Двигатель по природе своей сбалансирован
— Такое расположение и порядок работы цилиндров делает двигатель самым плавно работающим
— Низкая производственная стоимость, благодаря наличию единого блока цилиндров
— Простота в использовании
Недостатки:
— Установка может оказаться непростой из-за длины двигателя
— Не лучший вариант для переднего привода
— Высокий центр тяжести
— Низкая степень жесткости, вызванная длиной двигателя
4. V6
Если разрезать рядный шестицилиндровый движок пополам, и соединить получившееся в виде буквы V – вы получите тот самый, знаменитый V6. Пожалуй, самое популярное расположение цилиндров с использованием шести свечей зажигания. К тому же, на данный момент именно такие двигатели используются в F1. Почему же?
Достоинства:
— Компактный двигатель, подходящий как для переднего, так и для заднего привода
— Поддерживает больший объем, чем четырёхцилиндровые двигатели, соответственно, имеет больше мощности
— Высокая прочность
— Формула 1 предпочла именно его для сезона 2014 года
Недостатки:
— Две головки блока цилиндров, следственно дороже, сложнее и тяжелее
— Высокий центр тяжести
— Цена выше, чем на рядные движки
— Вторичная балансировка требует дополнительной нагрузки на коленчатый вал
— Два выпускных коллектора добавляют двигателю веса.
5. V8
Если добавить по одному цилиндру в каждый блок V6, то вы получите легенду американских маслкаров – V8. Он может тихо мурлыкать, или зверски рычать. Чем же так популярны эти двигатели?
Достоинства:
— Компактность
— Хорошая балансировка, которая, впрочем, зависит от типа коленвала и порядка работы цилиндров
— Высокая прочность
— Поддержка высокого объема
Недостатки:
— Как и у V6, большой вес
— Дополнительная инерция вращения и трение (большее количество подвижных деталей)
— Высокая стоимость и сложная конструкция
— Высокий центр тяжести
— Обычно устанавливается только на полноприводные автомобили.
Расскажите нам в комментариях, какой двигатель установлен в вашем автомобиле, что вам в нем нравится, и что раздражает.
Плюсы и минусы двигателя внутреннего сгорания
Человечество уже несколько сотен лет пользуется двигателями внутреннего возгорания. Они приводят в движение машины, автобусы, мотоциклы, трактора и многую другую технику. ДВС пришел к нам на смену паровому двигателю.
Основная специфика этих устройств заключается в том, что возгорание происходит прямо внутри рабочей камеры, в результате чего, энергия горения превращается в механические силы. Суть работы таких двигателей в том, что внутри цилиндров, под давлением, возникает горение топливно-воздушной смеси, которая воспламеняется различными способами.
Классификация двигателей внутреннего сгорания
- Поршневые. В агрегатах такого типа, полученная от горения энергия превращается в механическую при помощи кривошипно-шатунного механизма.
- Карбюраторные. В этом случае топливная смесь возникает внутри карбюратора, далее попадает в цилиндр. Воспламенение осуществляется за счет свечей.
- Инжекторные. Эти двигатели снабжены электронным устройством. Топливо впрыскивается в коллектор через форсунки.
- Дизельные. Топливно-воздушная смесь в них воспламеняется без использования искр от свечей.
- Роторные. В таких моторах энергия трансформируется в механическую работу при помощи кручения ротора газами.
- Газотурбинные. Ротор таких двигателей снабжен клиновидными лопатками, приводящими в действие вал турбины.
Плюсы двигателя внутреннего сгорания
- Малый вес мотора. В большинстве случаев подобные устройства не занимают много места, и весят достаточно легко. К тому же, объем топливных баков, также может располагаться в сравнительно маленьких пространствах.
- На одной заправке имеется возможность проехать большие расстояния. Это особенно актуально для водителей автобусов или дальнобойщиков. Постоянные остановки на дозаправку могли бы значительно отягощать и без того нелегкую работу водителей.
- Высокая мощность. Сегодня двигатели внутреннего сгорания могут обладать огромным запасом лошадиных сил. Все зависит от стоимости. Если у вас имеются крупные финансы, вы сможете купить себе монстра среди рядовых автомобилей. Но и прокормить его будет непросто. Бензин, в прямом смысле, начнет вылетать в трубу, что естественно, обойдется собственнику в копеечку.
- Простота в использовании. Разобраться в устройстве моторов сегодня может любой желающий, если приложит к этому некоторые усилия. Большинство из них имеют одинаковые системы, поняв, из чего состоит один двигатель, вы с легкостью сможете разобраться в любом другом.
- Возможность быстрой заправки. Количество заправочных станций сейчас настолько велико, что водителям не приходится опасаться за обсохший бак. Они расположены практически в любом населенном пункте, а длительность заправки не превышает 10 минут.
- Доступность. Автомобили с двигателями внутреннего сгорания перестали быть редкостью. Они прочно вошли в нашу жизнь. Автосалоны предлагают потребителям любые машины на вкус и цвет. На вторичном рынке их стоимость настолько низкая, что их приобретают даже студенты и школьники.
- Большой ресурс работы. Современные моторы могут проработать без капитального ремонта десятки лет. К слову сказать, что надежность агрегатов потихоньку снижается, и все же остается на должном уровне вот уже многие годы.
Минусы
- Безусловным минусом ДВС является высокая степень выбросов, вырабатывающихся во время езды. Главная проблема лежит в том, что топливо сгорает не полностью. На передвижение машины уходит лишь 15% горючего материала, остальное вылетает в воздух, в результате не достигшей совершенства камеры сгорания топлива. Отработанные газы включают в себя сотни вредных компонентов, тяжелых металлов и производных углеводорода.
- Всегда требуется наличие коробки переключения передач. Это устройство необходимо для того, чтобы менять передаточное число, регулирующее количество оборотов двигателя, которые в свою очередь передают энергию на колеса, и те начинают вращаться либо быстрее, либо медленнее.
- Необходимость смены масла каждые 10 000 км пробега. Это обусловлено загрязнением жидкости, попадающими в двигатель мелкими частицами, а также при появлении рабочих отходов от поршней и коленвала.
- Высокая стоимость топлива. Цена за литр бензина или солярки неуклонно растет вверх. Такими темпами передвижение на автомобилях с ДВС будет большой роскошью. Выходом из данной ситуации может послужить установка газового оборудования, так как цена на газ сейчас в 2 раза меньше стоимости бензина, и пока что остается примерно на отметке в 23 рубля, в зависимости от региона.
- Ограниченный ресурс дешевых моторов. Производители двигателей низкой стоимости используют некачественные детали, имеющие большой износ. Хотя, при наличии современных смазок, время работы можно значительно повысить. Главное вовремя менять жидкости и прочие расходные материалы.
- Низкий коэффициент полезного действия. Данный показатель отражает эффективность работы двигателя относительно вырабатываемой энергии в механические силы. Его выражают в процентах. В отличие от электрических моторов, КПД которых может достигать 95%, КПД двигателей внутреннего сгорания не обладает такими показателями. Потери полезного действия происходят в результате неполного сгорания топлива, расходов на тепло, а также потери на прочее оборудование, такое как кондиционер, помпа, генератор.
Современные двигатели шагнули далеко вперед от своих предшествующих собратьев. На сегодняшний день им нет конкурентов. Возможно, если люди не придумают чего-то в корне нового, такие моторы просуществуют в нашем мире еще не одно десятилетие. Как бы хотелось, чтоб ДВС жили вечно, но их существование закончится вместе с нефтью, и придет эра электрических двигателей.
Но, несмотря на то, что ДВС заслужили всеобщую любовь, они могут стать причиной глобального экологического кризиса. Выбросы, создаваемые в атмосферу миллионами автомобилей, поднимают реальную угрозу нашей планете.
Похожие записи
Преимущества и недостатки бензиновых двигателей
Традиционно популярностью у отечественных автовладельцев пользуются автомобили с бензиновыми двигателями, что объясняется рядом преимуществ таких силовых агрегатов. Поговорим подробнее о недостатках и преимуществах таких бензиновых двигателей, что и позволит правильно подобрать автомобиль и в последующем с легкостью использовать машину с минимальными эксплуатационными расходами.
По статистике, в России на долю бензиновых двигателей приходится около 80% всех продаж новых автомобилей, что свидетельствуют о популярности силовых агрегатов данного типа. Такие двигатели отличаются простотой в обслуживании, они неприхотливы к качеству топлива, отличаются простой конструкции и наделяют автомобиль великолепными динамическими показателями.
Преимущества бензиновых двигателей
Одним из преимуществ силовых агрегатов данного типа являются их отличные динамические характеристики. При одинаковом объеме с атмосферных и надувных двигателей можно получить большую мощность, нежели с дизельных моторов. Причём бензиновые двигатели одновременно показывают отличную динамику и уверенно разгоняют автомобиль даже на высоких скоростях.
Если в недавнем прошлом по показателям топливной экономичности такие бензиновые моторы существенно проигрывали дизелю, то в последние годы за счет использования технологии турбонаддува расход топлива на таких моторах существенно снизился. В свою очередь, это снижает расходы автовладельца на эксплуатацию автомобиля.
Также отметим значительное упрощение сервисного обслуживания таких автомобилей, соответственно автовладельцу не требуется часто посещать ремонтные мастерские, менять масло и проводить другие регламентные работы. Тогда как на дизельных автомобилях потребуется проводить обслуживание машины с меньшим межсервисным интервалом, что несколько увеличивает расходы автовладельца, снижая удобство эксплуатации таких автомобилей.
Простота конструкции дизельного двигателя также является одним из преимуществ данной технологии. Даже с использованием турбонаддува бензиновые моторы не такие сложные, как дизеля, соответственно, они надежнее и проще в ремонте. Автовладельцу не потребуется ломать голову, как и где проводить ремонт техники, и какие его могут ожидать поломки при неправильной эксплуатации автомобиля.
В силу особенностей своей конструкции такие моторы отличаются минимальным уровнем шума во время работы, а также практически полным отсутствием вибраций и детонации. Соответственно, существенно повышается удобство использования автомобилем, а автопроизводитель избавлен от необходимости использования большого количества шумоизоляционных материалов, что увеличивает вес авто и приводит к росту затрат на производство.
Бензиновые двигатели не столь требовательны к качеству топлива, как-то бывает с дизельными моторами. Однако отметим, что не следует думать, что можно заливать в бензобак некачественный бензин, и мотор переварит такое топливо. В том случае, если автовладелец заливает в машину откровенный суррогат, то в скором времени топливная система потребует дорогостоящего и сложного ремонта.
Отсутствуют проблемы с эксплуатацией в зимнее время года. Подобная проблема характерна для дизельных автомобилей, а вот бензиновые двигатели с легкостью заводятся даже в самый сильный мороз. Известно, что у бензина температура замерзания топлива значительно ниже, чем у дизеля, соответственно даже в самый сильный мороз ваш автомобиль не замёрзнет, и вы сможете с легкостью завести машину.
Немаловажен тот факт, что изначально автомобили с бензиновыми двигателями дешевле, нежели модели с дизелем. Поэтому у вас имеется возможность приобрести такую машину по меньшей цене, сэкономив на ее покупке.
Отметим и распространенность подобной техники, что упрощает поиск ремонтных мастерских и специалистов, которые будут выполнять обслуживание техники. Если при владении дизельным автомобилем у нас могут появиться определенные проблемы с выбором СТО, где вы будет выполнять сервис и ремонт вашего автомобиля, то с бензиновым двигателем подобные сложности практически полностью отсутствуют.
Недостатки бензиновых двигателей
Как у любой другой технологии, у дизельных двигателей имеются свои определенные недостатки. Следует сказать, что отчасти такие минусы можно решить правильным выбором автомобиля и последующим грамотным обслуживанием техники.
В бензиновых моторах воспламенение топлива выполняется за счет использования высоковольтных катушек и свечей зажигания. Не редкость ситуации, когда система зажигания выходит из строя, требуя квалифицированного и дорогостоящего ремонта.
Также говоря о недостатках двигателей данного типа можем отметить их ограниченные рабочие диапазоны. Атмосферные бензиновые моторы, которые не оснащаются турбонаддувом, выдают максимум своего крутящего момента на высоких оборотах. Соответственно, для быстрого разгона двигатель следует держать на повышенных оборотах, что неизменно приводит к износу различных подвижных элементов.
Также можем отметить повышенную взрывоопасность топлива. Как известно, бензин — это горючая и взрывоопасная смесь, поэтому работоспособности электропроводки и топливных насосов, находящихся внутри бензобака, следует уделить максимум внимания. Впрочем, на исправных и правильно обслуженных автомобилях подобная проблема практически не актуальна.
В отдельных случаях владельцы бензиновых автомобилей могут столкнуться с проблемой неприятного запаха топлива в салоне авто. В особенности такой запах доставляет неприятности при ремонте и замене бензонасоса, что осуществляется из салона. А вот на дизельных двигателях подобные неприятности с запахом практически не беспокоят автовладельцев.
Заключение
Бензиновые двигатели — это современные силовые агрегаты, которые имеют определенные преимущества и недостатки. В этой статье мы рассказали вам о плюсах и минусах данной технологии, что и позволит с легкостью подобрать автомобиль, в последующем сократив расходы на его эксплуатацию.
07.11.2017
Бензиновый двигатель — достоинства и недостатки
Сегодня большинство машин имеют бензиновый двигатель, поэтому очень важно знать о нем некоторые нюансы при эксплуатации, а также понимать его плюсы и минусы. Все эти знания помогут правильно его эксплуатировать, обслуживать и проводить ремонт, в случае необходимости.
Конструкционные особенности бензинового двигателя
Большинство автолюбителей предпочитают бензиновый двигатель, так как данный агрегат дешевле, проще и имеет сравнительно меньшую массу. Все это следствие его конструктивных особенностей. Двигатель приводится в движение за счет сгорания топливно-воздушной смеси, воспламеняющейся посредством искры от свечей зажигания. В камере сгорания появляется сравнительно невысокая степень сжатия, которая имеет значение равное от 8 — 12 единиц. Отсутствие повышенных нагрузок позволяет облегчить двигатель т.к. не нужен такой запас прочности, как у дизельного собрата.
Как в бензиновых так и дизельных двигателях может использоваться турбонаддув. Это позволяет расширить диапазон, в котором он работает, увеличивает мощность и поднимает тягу. Но, автомобиль с турбонаддувом дороже в обслуживании, эксплуатации и ремонте.
Бензиновый двигатель под капотом автомобиляОдним из направлений повышения эффективности, над которым работают специалисты автомобилестроения, есть оптимизация камеры сгорания с повышением степени сжатия. Все улучшения в этой области привели к тому, что двигатели стали более чувствительными к топливу, любая неисправность, которая появляется в газораспределительном механизме, грозит капитальным ремонтом головки блока цилиндров и это в лучшем случае, а в худшем и самого мотора. Это связано с отказом от цепей из металла в пользу ремней на приводе. Считается, что бензиновый двигатель эффективно преобразует не больше 20..30% энергии от сгорания топлива, тогда как дизель — 30..40%, а с турбонаддувом и интеркулером это значение может достигать 50%.
Двигатель, который работает на дизеле, немного превосходит бензиновый в тяговых характеристиках — за счет его особенностей в конструкции, а именно в отсутствии дроссельной заслонки. Мощность регулируется ограничением подачи топлива. Поэтому, давление в двигателе не изменяется и обеспечивает хорошие тяговые свойства как на низах, так и на высоких оборотах, но нагрузка на детали мотора в дизеле значительно выше.
Подробнее об устройстве бензинового двигателя вы узнаете из этого видео:
Особенности конструкции бензинового двигателя предоставляют большие возможности для его совершенствования. Его очень легко перевести на альтернативное топливо(пропан-бутан или метан). При этом мотор становится битопливным, т.е. он легко переключается на другое топливо и обратно. А вот дизельный двигатель не получится использовать на двух топливах одновременно, потому что сразу изменяется принцип зажигания.
Что касается эксплуатации…
Максимальная мощность развивается на высоких оборотах, что делает автомобиль относительно быстрым даже без турбонаддува. Но есть и минус таких двигателей — это слабая тяга при маленьких оборотах, которая делает движение трудным при большом уклоне дороги и высокой нагрузке. Поэтому приходится начинать движение на высоких оборотах, а это плохо сказывается на механизме сцепления. Второй минус — с нагрузкой заметно растет и расход бензина.
На расход топлива следует обратить внимание. Если работа двигателя будет оптимальной, то он будет минимальным, но из-за загруженности дорог экономить в городе практически невозможно.
Но у бензина есть свои плюсы, и один из них заключается в том, что даже при очень низких температурах топливо не нуждается в дополнительных присадках. А вот с дизельным все по другому. А еще, бензиновый легче запускается зимой, и требует меньшего времени на разогрев.
Также важный фактор это шум и вибрации мотора. И здесь, несомненно вырывается вперед бензиновый двигатель. А в дизельном двигателе воспламенение протекает под большим давлением, что значительно повышает вибрации, в результате чего и появляется рокот, который нельзя заглушить ни хорошей шумоизоляцией, ни демпферами.
Сравнение дизельного и бензинового двигателейС точки зрения безопасности, бензомотор более пожаро- и взрывоопасен и требует более внимательного отношения к герметичности топливной системы и состоянию электрооборудования.
Что касается требования к качеству топлива, то бензиновый, более неприхотлив и , как правило, легко работает на топливе с более низким октановым числом. А вот дизельный двигатель всегда требует качественного топлива во избежание засорения топливного насоса и форсунок. Так же, дизель более требователен к состоянию и качеству фильтров и своевременности их замены, соответственно вынуждает автовладельца чаще обращаться в сервис.
Одно из возможных преимуществ ДТ — это цена на топливо, но соотношение цен отличается и сильно зависит от того в какой стране вы живете и где эксплуатируете авто.
Резюме
Преимущества бензинового двигателя:
- Проще конструкция
- Легче по весу
- Двигатель дешевле
- Возможность эксплуатации на высоких оборотах
- Проще в сервисном обслуживании
- Меньше шума
- Легче заводится при низких температурах
- Менее требователен к качеству топлива
- Более широкие возможности для переоборудования на газ
Недостатки:
- Выше пожаро- и взрывоопасность
- Более требователен к качеству масел
- Хуже тяга на низах
- Выше расход топлива с ростом нагрузки
Учитывая все особенности бензинового и дизельного двигателей можно сделать вывод, что у обоих имеются как плюсы,так и минусы. Если коротко — для легковых машин больше подойдет бензин, для внедорожников и коммерческого транспорта часто выбирают дизель. Какой двигатель вам подойдет больше — это зависит от ваших потребностей и условий эксплуатации.
2. Преимущества и недостатки дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями
— Работа на тяжелых сортах топлива. Дизели работают на тяжёлом топливе (дизельное топливо), которое, дешевле легкого топлива (бензина), применяемого в карбюраторных двигателях;
— высокая эксплуатационная экономичность. Дизели расходуют топлива на единицу мощности значительно меньше, чем карбюраторные двигатели. Вследствие лучшего использования тепла в дизеле его термический коэффициент полезного действия выше, чем у карбюраторного двигателя. В результате выше и экономический коэффициент полезного действия дизеля.
Так, экономический коэффициент полезного действия современных дизелей достигает 37-38%. При этом из-за недостаточной освоенности теплового процесса дизеля эти значения не являются предельными. Для карбюраторного двигателя экономический коэффициент полезного действия достигает 27-28%, и эти значения для существующих конструкций являются почти предельными.
Для дизелей с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания удельный расход топлива составляет в среднем 170- 180 г/э. л. с. ч. (для отдельных двигателей до 165 г/э. л. с. ч.), в то время как у карбюраторных двигателей 240-290 г/э. л. с. ч.
Эти данные относятся к максимальным мощностям; при работе на эксплуатационных мощностях разница в удельном расходе топлива еще больше. Удельные расходы топлива для дизельного и карбюраторного двигателей в зависимости от нагрузки при рассмотрении эксплуатационного расхода топлива транспортных двигателей на единицу пути преимущества дизеля еще более заметны.
Например, при конкурсных испытаниях дизельных двигателей, были получены следующие данные по расходу топлива на 100 км пути. Из них следует, что по сравнению с карбюраторными двигателями расход топлива у автомобильных дизелей на единицу пути ниже в среднем на 40%.
Более высокая эксплуатационная экономичность дизельных двигателей имеет большое значение для всех типов транспортных машин, так как в результате снижения расхода топлива возрастает радиус действия машины при той же ёмкости топливных баков и снижается стоимость эксплуатации.
— работа с воспламенением от сжатия. Для работы дизелей не требуется постороннего источника тепла для воспламенения топлива в цилиндре, так как топливо самовоспламеняется, попадая в среду сжатого и нагревшегося воздуха.
В отличие от карбюраторных двигателей в дизелях не имеется электрической системы зажигания. В карбюраторных двигателях эта система является одним из главных источников неполадок в работе. Ввиду устранения ее в дизелях повышается надёжность их работы, упрощаются уход и эксплуатация двигателя.
— уменьшенный отвод тепла в систему охлаждения. Эффективность цикла Дизеля, большое теплоиспользование и большая степень расширения уменьшают отдачу тепла в охлаждающую систему. Поэтому систему охлаждения для дизеля легче осуществить более надёжной, что уменьшает возможность перегрева двигателя в эксплуатации.
— надежность и независимость работы отдельных цилиндров. В карбюраторных двигателях карбюратор не обеспечивает удовлетворительной работы двигателя на всех режимах и равномерное питание всех цилиндров горючей смесью вследствие различных законов движения воздуха и жидкости (топлива). Установка нескольких карбюраторов усложняет конструкцию двигателя, а также его эксплуатацию и регулировку.
Засорение жиклеров карбюратора вызывает перебои в работе двигателя. Низкая температура окружающего воздуха затрудняет в карбюраторных двигателях подачу рабочей смеси и приводит к плохому смесеобразованию; в результате требуется подогрев рабочей смеси.
В дизеле каждый цилиндр фактически имеет отдельную топливоподающую систему.
Эта система обеспечивает равномерное распределение топлива по цилиндрам с точностью от 1 до 3% и допускает изменение подачи топлива только в зависимости от режима работы дизеля.
Распыл топлива под большим давлением обеспечивает надёжное смесеобразование и уменьшает возможность засорения элементов топливной аппаратуры (форсунок). В итоге топливная система дизеля работает более надёжно, что чрезвычайно важно для эксплуатации.
— высокая приемистость и тяговые качества. Двигатель дизеля имеет более высокую приёмистость, чем карбюраторные двигатели, что повышает эксплуатационные качества автомобилей. Это объясняется тем, что дизель обладает свойством более быстро набирать обороты от минимальных до максимальных и что у него быстрее по сравнению с карбюраторным двигателем нарастает эффективное давление в цилиндре.
Эти выводы подтверждаются многочисленными опытами, которые устанавливают зависимость нарастания числа оборотов и среднего эффективного давления по времени.
Кроме того, у карбюраторного двигателя при разгоне наблюдается временное падение эффективного давления, что объясняется ‘захлебыванием’ карбюратора, т. е. неустановившимся процессом смесеобразования, в результате чего удлиняется время разгона машины.
Результаты конкурсных испытаний дизелей, показали, что автомашины с двигателями Дизеля развивают большую скорость при движении на подъём и имеют неизменное по величине ускорение на всём протяжении разгона. У автомобилей с бензиновым двигателем при увеличении скорости ускорение уменьшается.
Пределы изменения скоростей, при которых автомобилю сообщаются максимальные ускорения, и величина ускорений для автомашин с дизелями значительно больше, чем для автомашин с карбюраторными двигателями.
— топливо для дизелей имеет высокую температуру воспламенения и малую летучесть, вследствие этого его значительно легче транспортировать и хранить.
Недостатки дизельного двигателя
— экологические показатели дизельных моторов значительно уступали до последнего времени моторам бензиновым
— высокая стоимость
— хуже динамика разгона
— больший шум и вибрация;
— чувствительная топливная система, особенно к нашему топливу
— затрудненный пуск при низких температурах
— не терпит высоких оборотов, и как следствие высоких скоростей
— большая масса, меньшая литровая мощность
— чаще замена масла и фильтров, масло необходимо более высокого качества
— для запуска дизельного двигателя необходим аккумулятор большей емкости, следовательно, больше и стоимость
— сложность в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью
Преимущества карбюраторного двигателя :
— по сравнению с другими двигателями внутреннего сгорания работают при более высоких числах оборотов
— простота конструкции
— низкий уровень шума и вибраций
— большая литровая мощность
— при одинаковой мощности вес в 2 раза меньше облегченного дизеля
— дешевле в приобретении
— всегда обеспечен запчастями из-за повсеместного применения
— возможность диагностики и ремонта без привлечения дорогостоящего оборудования и специалистов
Недостатки карбюраторного двигателя
— больший чем у дизеля расход топлива
— наличие системы зажигания
— наибольшая мощность достигается в небольшом диапазоне оборотов, например с 3500 до 4000, правда у новых бензиновых двигателей диапазон более широкий и ровный, за счет изменения фаз газораспределения, применения непосредственного впрыска и т.п.
Применение классических дизелей целесообразно в следующих областях:
— грузовой автотранспорт;
— тяжелые коммерческие микроавтобусы;
— разгонный и коммерческий автотранспорт с большими пробегами;
— тяжелые джипы при внедорожной эксплуатации;
— северный транспорт;
— трактора.
В настоящее время инжекторные системы подачи топлива в большинстве случаев заменили карбюраторы. Это связано с преимуществом инжектора, который может без обслуживания и регулировок длительное время (сотни тысяч километров пробега) сохранять выхлоп автомобиля в рамках современных экологических требований и обеспечивать более качественное, по сравнению с карбюратором, приготовление требуемой горючей смеси на всех режимах двигателя. Карбюратор применяется на старых автомобилях ВАЗ-2106, ВАЗ-2103, ВАЗ-2130, Москвич-2140, ГАЗ-66.
V образный двигатель: особенности, достоинства и недостатки
В общем случае v образный двигатель – это обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), цилиндры которого конструктивно расположены друг против друга под определенным углом. Как и любой другой мотор, он во многом определяет конструкцию автомобиля.
Немного истории
Впервые ДВС, имеющий практическое применение, был построен немецкими инженерами Г. Даймлером и В. Майбахом в 1883 году. Этот одноцилиндровый силовой агрегат объемом 462 куб. см. развивал мощность 1,1 л. с. Однако этой мощности было недостаточно и в дальнейшем ее наращивание осуществлялось путем увеличения рабочего объема цилиндра. Но этот процесс не мог продолжаться бесконечно, поэтому конструкторы начали постепенно увеличивать количество цилиндров.
Так появились рядные двух- четырех- шести- и даже восьмицилиндровые двигатели. Правда, увеличение количества установленных в один ряд цилиндров более 6-ти значительно увеличивало габаритные размеры подкапотного пространства автомобиля. Кроме большой длины рядные моторы имеют и другие недостатки, например:
- большой вес;
- ограничение мощности;
- недостаточную сбалансированность и др.
В настоящее время разработкой рядных силовых агрегатов занимаются все ведущие производители автомобилей. Связано это с тем, что они просты как в изготовлении, так и в процессе эксплуатации. Отличаются они и высокой ремонтопригодностью.
Понимая, что расположение цилиндров в один ряд – это временное решение, тот же В. Майбах в 1889 году изобрел и запатентовал v образный двигатель. Однако первые такие ДВС начали изготавливать только начиная с 1905 года, причем не в Германии, а в США и Франции.
Особенности конструкции
Конструктивно v образный двигатель значительно сложнее стандартного рядного мотора. Ведь они оснащаются двумя головками блока цилиндров (ГБЦ) и имеют более сложные механизмы газораспределения (ГРМ) и впрыска топлива.
Большое значение в конструкции v образных двигателей играет угол размещения цилиндров относительно друг друга. В процессе эволюции создавались различные конструкции, в которых углы развала цилиндров изменялись от 1 до 180 градусов.
В результате многочисленных экспериментов разработчики пришли к выводу, что наиболее оптимальными являются углы 45, 60 и 90 градусов. Именно эти углы развала цилиндров имеет большинство современных v образных силовых агрегатов.
Основным достоинством v образных моторов является их компактность. При этом, их несколько увеличенная ширина существенного значения на размеры подкапотного пространства автомобиля не оказывает.
Разные углы развала цилиндров используются в различных силовых агрегатах. Некоторые их конфигурации сбалансированы очень хорошо, другие требуют использования дополнительных механизмов. Так, например, v образные двигатели с оптимальным углом развала, такие как:
- v 16 – прекрасно уравновешены и обеспечивают равномерную работу всех цилиндров;
- v 12 (состоящий как-бы из 2-х шестицилиндровых силовых агрегатов) – независимо от угла развала цилиндров отлично уравновешен;
- v 10 и v 8 – требуют наличия противовесов на коленчатом валу;
- v 2, v 4, v 6 – отличаются повышенной вибрацией и требуют дополнительной балансировки.
Достоинства и недостатки
Широкое распространение v образные двигатели получили, в первую очередь, благодаря возможности получения максимального крутящего момента. Достигается это за счет того, что в отличие от рядного мотора (R двигатель), в котором силы, направленные на коленчатый вал, ориентированы перпендикулярно, в v образном силовом агрегате они действуют по касательной с двух сторон. При этом достигается максимальное ускорение коленчатого вала, так как инерция, создаваемая при работе, значительно выше той, которая используется в R-образных моторах.
Кроме того, v образный двигатель имеет большую жесткость коленчатого вала, что :
- повышает прочность всей конструкции силового агрегата;
- увеличивает срок службы мотора;
- позволяет динамично работать как на низких, так и на высоких (предельных) оборотах.
Силовые агрегаты с v-образным расположением цилиндров не свободны от недостатков. Среди них отмечают:
- высокую стоимость;
- большой уровень вибраций;
- сложности при балансировке и др.
Однако в настоящее время разработчики владеют соответствующими конструкторскими решениями и технологическими возможностями, позволяющими минимизировать влияние этих недостатков и улучшить ряд технических характеристик этих моторов.
Несмотря на то, что с момента изобретения v образных силовых агрегатов прошло более 100 лет, их потенциал полностью еще не раскрыт. Будущее автомобилестроения несомненно связано именно с этими моторами. Поэтому в этом направлении и работают сейчас многочисленные коллективы разработчиков, стараясь, чтобы их производство стало более технологичным и менее затратным.
Перспективные разработки
Наиболее распространенным среди v образных силовых агрегатов является двигатель v6.
Однако именно он отличается высоким уровнем вибраций и требует достаточно трудоемкой балансировки. В настоящее время существует несколько направлений, в которых эволюционируют двигатели v 6:
- Оппозитные силовые агрегаты
Оппозитный мотор – это v образный мотор, у которого угол развала цилиндров составляет 180 градусов. Такая конструкция позволяет значительно снизить центр тяжести и, что особенно важно, взаимно нейтрализовать вибрацию поршней, сделав рабочие характеристики мотора более плавными. Лидером этого направления моторостроения является компания Fuji Heavy Indastries Ltd., которая уже много лет разрабатывает такие двигатели для автомобилей марки Subaru. Оппозитная компоновка позволяет придать блоку цилиндров очень высокую прочность и жесткость, однако значительно усложняет ремонт мотора.
Для справки: оппозитные силовые агрегаты устанавливаются практически на все автомобили Subaru начиная с 1963 года.
- VR образные моторы
Разработка VR образных силовых агрегатов – еще одно направление, по которому развиваются v-образные двигатели. Конструктивно такие моторы представляют собой симбиоз v образного и рядного силового агрегата и отличаются от обычных малым углом развала цилиндров (15 градусов) и наличием одной ГБЦ, которая накрывает оба ряда цилиндров.
Такая компоновка позволяет получить компактный силовой агрегат, который меньше по длине, чем рядный 6-ти цилиндровый мотор и ширине, чем обычный двигатель v6.
Для справки: моторы VR 6 устанавливались на автомобили компании Volkswagen (Passat, Golf, Sharan и др.). Они имели заводские обозначения ААА (объем 2,8 л., мощность 174 л. с.) и ABV (объем 2,9 л., мощность 192 л. с.).
СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ
Сравнение характеристик двигателей внутреннего сгорания
в
- Руководитель:
Половникова Л.Б.
Тобольск, 2014
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Нередко два одинаковых внешне автомобиля абсолютно по-разному ведут себя в эксплуатации. И тут у многих автомобилистов возникает принципиальный вопрос: какой тип двигателя — бензиновый или дизельный — предпочесть. Бензин вроде бы привычнее, с другой стороны, цены на стелах АЗС на дизельное топливо выглядят привлекательнее. Чем дизельный двигатель лучше бензинового? На этот вопрос мы попытались найти ответ в своей работе.
Цель работы: сбор, оформление и представление информации в сравнении ДВС дизельного и карбюраторного.
Задачи:
Изучить историю и принцип работы ДВС с использованием разных средств информации.
Подобрать анимации по принципу работы ДВС.
Провести анализ собранных фактов, сравнить преимущества и недостатки.
Сделать выводы.
Подготовить доклад на научную конференцию.
Проектным продуктом будет: отчет о собранной информации и электронная презентация с элементами анимации и видео.
Основная часть
Понятие о тепловых двигателях. Классификация двигателей внутреннего сгорания
Двигателями называют машины, преобразующие один из видов энергии (тепловой, электрической, гидравлической и др.) в механическую работу. Тепловые двигатели преобразуют в механическую работу тепловую энергию. К ним относятся паровые машины, паровые и газовые турбины и ДВС.
В ДВС рабочее тело получается непосредственно в цилиндрах двигателя, что существенно снижает тепловые потери. Поэтому ДВС отличается от других тепловых двигателей не только большей экономичностью, но и простотой конструкции и компактностью.
Современные ДВС классифицируют по следующим основным признакам:
По способу осуществления рабочего цикла – двухтактные или четырёхтактные. В двухтактных двигателях рабочий цикл завершается за один оборот коленчатого вала (или за два хода поршня), а в четырёхтактных – за два оборота коленчатого вала (или за четыре хода поршня).
По способу действия – простого и двойного действия.
В двигателях простого действия рабочий цикл совершается в верхней части цилиндра – над поршнем (см рис. 2, а, б), в двигателях двойного действия рабочий цикл происходит попеременно в верхней и нижней частях цилиндра. Дизели двойного действия широкого распространения не получили, так как сложны по конструкции и в эксплуатации. В настоящее время используются дизели с противоположно движущимися поршнями (рис в-е), у которых в каждом цилиндре работают два поршня, движущихся навстречу друг другу и образующих при этом в центре цилиндра между днищами поршней одну общую камеру сгорания. От верхнего и нижнего поршней мощность может передаваться на один нижний коленчатый вал или на отдельные нижний и верхний коленчатые валы. Обычно от верхнего поршня мощность передается через зубчатую передачу на нижний вал, который соединен с электрогенератором.
По роду применяемого топлива – работающее на легком топливе (бензине, керосине, лигроине, газойле, солярном масле, дизельном топливе), на тяжелом (моторном мазуте), на газообразном (природном или генераторном газе), на смешанном (при работе на газообразном топливе для воспламенения используется жидкое топливо).
По способу наполнения рабочего цилиндра свежим зарядом – дизели без наддува и с наддувом. У дизелей без наддува воздух всасывается рабочим поршнем (в четырехтактном двигателе) или поступает из продувочного насоса двухтактного дизеля при давлении, превышающем атмосферное на (14,7/39,2) * 10 в 3 степени Н/м в квадрате (0,15-0,40 кгс/см в квадрате).
Рис.1.1 Классификация двигателей по способу действия
У дизелей с наддувом воздух подается в цилиндр принудительно, под давлением из продувочного сжатия воздуха в цилиндре, и с принудительным воспламенением горючей смеси от электрической искры (карбюраторные и газовые двигатели).
По способу смесеобразования – с внутренним и с внешним смесеобразованием. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизели) топливо подается в цилиндр в распыленном виде и смешивается внутри него с воздухом. У двигателей с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые двигатели) смесь легкого или газообразного топлива с воздухом подготовляется для подачи в рабочий цилиндр двигателя.
По конструктивному исполнению – тронковые и крейцкопфные. В тронковых двигателях нормальная составляющая N силы давления p газов на поршень воспринимается боковой поверхностью цилиндра. Чтобы давление на эту поверхность было допустимым увеличивают длину направляющей части поршня – тронка. В крейцкопфных двигателях роль направляющей выполняют ползуны крейцкопфа, перемещаемые по параллелям дизеля. Современные четырехтактные дизели выполняются преимущественно тронковыми, а двухтактные – крейцкопфные.
По расположению цилиндров в одной – однорядные с расположением цилиндром в одной плоскости и многорядные с параллельным, V, W и X – образными и другим расположением цилиндров
По числу цилиндров – одноцилиндровые и многоцилиндровые (рис.1.2)
Рис.1.2 Классификация двигателей по расположению цилиндров
История создания, принцип работы
Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания
Четырёхтактный двигатель впервые был запатентован англичанином Алфоном Дэ-Рош в 1861 году. До этого около 1854-1857 годов 2 итальянца: Евгенио Барсанте и Феличе Мототци изобрели двигатель который по имеющийся информации мог быть очень похож на четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания, однако тот патент был утерян. Первым человеком, реально построившим четырёхтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Вот почему четырёхтактный принцип известен в основном как цикл Отто. А четырёхтактный двигатель использующий свечи зажигания в системе зажигания часто называется двигателем Отто.
Общее устройство и работа ДВС. Почти на всех современных автомобилях в качестве силовой установки применяется двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
Рис 2.1.1 Внешний вид двигателя внутреннего сгорания
В основе работы каждого ДВС лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании топливной смеси, именуемой в дальнейшем рабочей. При этом горит не само топливо. Горят только его пары, смешанные с воздухом, которые и являются рабочей смесью для ДВС. Если поджечь эту смесь, она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А если поместить смесь в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на эту стенку будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку.
Заметим, что в ДВС из каждых 10 литров топлива только около 2 литров используется на полезную работу, остальные 8 литров сгорают впустую. То есть КПД ДВС составляет всего 20 %. ДВС, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также из следующих систем:
Основные детали ДВС:
головка блока цилиндров;
цилиндры;
поршни;
поршневые кольца;
поршневые пальцы;
шатуны;
коленчатый вал;
маховик;
распределительный вал с кулачками;
клапаны;
свечи зажигания.
Большинство современных автомобилей малого и среднего класса оснащены четырехцилиндровыми двигателями. Существуют моторы и большего объема — с восьмью и даже двенадцатью цилиндрами (рис. 2.1.2). Чем больше объем двигателя, тем он мощнее и тем выше потребление топлива. Принцип работы ДВС проще всего рассматривать на примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра с внутренней зеркальной поверхностью, к которому прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень цилиндрической формы — стакан, состоящий из головки и юбки (рис. 2.1.3). На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность пространства над поршнем, не давая возможности газам, образующимся при работе двигателя, проникать под поршень. Кроме того, поршневые кольца не допускают попадания масла в пространство над поршнем (масло предназначено для смазки внутренней поверхности цилиндра). Иными словами, эти кольца играют роль уплотнителей и делятся на два вида: компрессионные (те, которые не пропускают газы) и маслосъемные (препятствующие попаданию масла в камеру сгорания)
.
Рис. 2.1.2 Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки: а — четырехцилиндровые; б — шестицилиндровые; в — двенадцати цилиндровые (α — угол развала)
Смесь бензина с воздухом, приготовленная карбюратором или инжектором, попадает в цилиндр, где сжимается поршнем и поджигается искрой от свечи зажигания. Сгорая и расширяясь, она заставляет поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия превращается в механическую.
Рис.2.1.3. Поршень с шатуном: 1 — шатун в сборе; 2 — крышка шатуна;3 — вкладыш шатуна; 4 — гайка болта; 5 — болт крышки шатуна; 6 — шатун; 7 — втулка шатуна; 8 — стопорные кольца; 9 — палец поршня; 10 — поршень; 11 — маслосъемное кольцо; 12, 13 — компрессионные кольца
Далее следует преобразование хода поршня во вращение вала. Для этого поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя
Рис 2.1.4 Коленчатый вал с маховиком: 1 — коленчатый вал; 2 — вкладыш шатунного подшипника; 3 — упорные полукольца; 4 — маховик; 5 — шайба болтов крепления маховика; 6 — вкладыши первого, второго, четвертого и пятого коренных подшипников; 7 — вкладыш центрального (третьего) подшипника
В результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно через шатун происходит вращение коленчатого вала.
Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется самое верхнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вверх и готов начать движение вниз). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вниз и готов начать движение вверх) называют нижней мертвой точкой (НМТ). А расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня. Когда поршень перемещается 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 — это камера сгорания. А объем над цилиндром, когда он находится в НМТ, называют рабочим объемом цилиндра. В свою очередь, рабочий объем всех цилиндров двигателя в сумме, выраженный в литрах, называется рабочим объемом двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания в момент нахождения поршня в НМТ.
Важной характеристикой ДВС является его степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр топливовоздушная смесь при перемещении поршня 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, а также существенно влияет на токсичность отработавших газов. Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (используется чаще). При этом 1 л. с. равна примерно 0,735 кВт. Работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре топливовоздушной смеси.
В бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания в дизельных — от сжатия.
Рис.2.1.5 Свеча зажигания
При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно: в момент сгорания горючей смеси резко ускоряется, а все остальное время замедляется. Для повышения равномерности вращения на коленчатом валу, выходящем наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск — маховик (см. рис. 2.1.4 ). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются. А сейчас поговорим немного подробнее о работе одноцилиндрового двигателя. Повторим, первое действие — попадание внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливовоздушной смеси, которую приготовил карбюратор или инжектор.
Этот процесс называется тактом впуска (первый такт). Заполнение цилиндра двигателя топливовоздушной смесью происходит, когда поршень из верхнего положения движется в нижнее. При этом к цилиндру двигателя подведены два канала: впускной и выпускной. Горючая смесь впускается через первый канал, а продукты ее сгорания выходят через второй. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: клапан — это подобие гвоздя с большой круглой шляпкой, перевернутый шляпкой вниз, которой закрывается вход из канала в цилиндр. При этом шляпка прижимается к кромке канала мощной пружиной и закупоривает его. Если нажать на клапан (тот самый гвоздь), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала откроется (рис. 2.1.6).
Первый такт — впуск Во время этого такта поршень перемещается из ВМТ в НМТ. При этом впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью до тех пор, пока поршень не окажется в НМТ, то есть его дальнейшее движение вниз станет невозможным. Из ранее сказанного мы с вами уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а, следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот. Так вот, за первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) колен вал проворачивается на пол-оборота.
Второй такт — сжатие. После того как топливовоздушная смесь, приготовленная карбюратором или инжектором, попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан, она становится рабочей.
Теперь наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и деваться ей стало некуда: впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. В этот момент поршень начинает движение снизу-вверх (от НМТ к ВМТ) и пытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра (см. рис. 2.1.6). Однако, стереть в порошок эту смесь ему не удастся, поскольку преступить черту ВМТ поршень не может, а внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, находящимся в ВМТ, всегда оставалось пусть не очень большое, но свободное пространство — камера сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а температура достигает 450–500 °С.
Третий такт — рабочий ход Третий такт — самый ответственный момент, когда тепловая энергия превращается в механическую. В начале третьего такта (а на самом деле в конце такта сжатия) горючая смесь воспламеняется с помощью искры свечи зажигания
Рис.2.1.6 Процесс работы четырехтактного двигателя
Давление от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает двигаться вниз (от ВМТ к НМТ). При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Рабочая смесь сгорает с выделением большого количества тепла, 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.
Рис. 2.1.7 Искра между электродами свечи
Обратите внимание, что главная цель создания самого двигателя — это как раз и есть третий такт (рабочий ход). Поэтому остальные такты называют вспомогательными.
Четвертый такт — выпуск во время этого процесса 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). Далее через систему выпуска отработавших газов, наиболее известная часть которой — глушитель, отработавшие газы уходят в атмосферу
Рис. 2.1.8Фрагмент глушителя
Все четыре такта периодически повторяются в цилиндре двигателя, тем самым обеспечивая его непрерывную работу, и называются рабочим циклом. Рабочий цикл дизельного двигателя имеет некоторые отличия от рабочего цикла бензинового. В нем во время такта впуска в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух. Во время такта сжатия он сжимается и нагревается. В конце первого такта, когда поршень приближается к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство — форсунку, ввернутую в верхнюю часть головки цилиндра, — под большим давлением впрыскивается дизельное топливо. Соприкасаясь с раскаленным воздухом, частицы топлива быстро сгорают. При этом выделяется большое количество тепла и температура в цилиндре повышается до 1700–2000 °С, а давление — до 7–8 МПа. Под действием давления газов поршень перемещается вниз, и происходит рабочий ход. Такт выпуска дизельного двигателя аналогичен такту выпуска бензинового двигателя. Вспомогательные такты (первый, второй и четвертый) совершаются за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя — маховика, о котором также шла речь выше. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах двигателя при его пуске, а также позволяет ему преодолевать кратковременные перегрузки, например, при движении автомобиля с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Во время третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал передает запас инерции маховику. Инерция помогает ему осуществлять вспомогательные такты рабочего цикла двигателя. Из этого следует, что при тактах впуска, сжатия и выпуска поршень ходит в цилиндре именно за счет энергии, отдаваемой маховиком. В многоцилиндровом двигателе порядок работы цилиндров устанавливается таким образом, чтобы рабочий ход хотя бы одного поршня помогал осуществлять вспомогательные такты и плюс ко всему вращал маховик. А теперь подведем итоги: 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 или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала. Порядок работы цилиндров четырехцилиндрового двигателя: 1-3-4-2. Пятицилиндрового, как правило, — 1-2-4-3-5.
Дизельный ДВС
Дизельный двигатель был создан великим инженером-изобретателем Рудольфом Дизелем в 1897 году. В 1890 году он выдвинул теорию «экономичного термического двигателя», которая предполагала изобретение эффективного мотора по принципу воспламенения от сжатия в цилиндрах. Первый патент на изобретение Дизель получил в 1893 году. В качестве топлива ученый предполагал использовать каменноугольную пыль, однако, из-за ряда существенных недостатков это стало невозможным. Реальным видом топлива явились тяжелые нефтяные фракции.
До Рудольфа Дизеля идеи создания силового агрегата с подобным принципом работы были высказаны инженером Экройдом Стюардом, однако, патент вследствие выдвинутой теории получил Дизель. Именно поэтому мы и называем такие моторы «дизелями», «дизельными двигателями». В 1898 году инженер Путиловского завода Санкт-Петербурга Густав Тринклер построил нефтяной двигатель высокого давления, он был бескомпрессорным (современный вид — с форкамерой). Как оказалось, он имеет более простую конструкцию и оказался надежнее своего аналога. Однако, основой для современных моторов с воспламенением от сжатия явилось все же изобретение Рудольфа Дизеля.
Первые несколько десятилетий дизели устанавливались лишь на морские суда. На автомобильном транспорте они стали применяться с более усовершенствованными системой впрыска топлива, скоростью вращения.
Первые испытания сконструированного образца дизельного двигателя случились в 1893 году, однако, они не увенчались успехом, а сам изобретатель в ходе эксперимента из-за произошедшей аварии едва не погиб. В последующие несколько лет Дизель построил еще несколько моделей, которые работали на мазуте и керосине.
В начале 1900-х годов дизельный двигатель был установлен на корабле, а через какое-то время — и на локомотиве. В 20-е гг. инженером из Германии Робертом Бошем был модернизирован топливный насос высокого давления двигателя, теперь вместо воздушного компрессора применялась гидравлическая система нагнетания и впрыска топлива, которая позволяла увеличить скорость вращения. Популярность такого механизма очень быстро росла и уже к 50-м гг. большинство грузового и пассажирского транспорта оснащалось таким видом движков. Они оказались более экономичными, а также приемлемыми с точки зрения экологии (выбрасывали меньшее количество токсичных веществ).
Принцип работы дизельного двигателя немного отличается от принципа работы бензинового. Отличие это состоит в том, что смесеобразование происходит уже внутри самого цилиндра, у бензинового же двигателя приготовление смеси происходит снаружи. В цилиндр она подается уже готовой. Существенным отличием является воспламенение рабочей смеси. В бензиновом двигателе воспламенение происходит от свечи зажигания, а в дизельном происходит самовоспламенение.
Теперь разберем рабочие циклы четырехтактного дизельного двигателя:
Такт впуска.1 – впускной клапан. 2 – выпускной клапан. 3 – топливная форсунка.
За первый такт, поршень перемещается от верхней мертвой точки ВМТ к нижней НМТ. Впускной клапан 1 открыт, выпускной 2 закрыт. За счет создаваемого разрежения в цилиндре, вовнутрь устремляется порция воздуха.
Такт сжатия. На этом этапе, оба клапана как впускной, так и выпускной закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая воздух. Давление в камере достигает 5 МПа, а температура воздуха за счет сжатия возрастает до 700 градусов Цельсия.
Такт расширение. Рабочий ход.
При достижении поршнем верхней мертвой точки (при максимальном давлении в цилиндре), через форсунку, под высоким давлением, создаваемым топливным насосом закачивается порция топлива. Форсунка распыляет топливо, которое смешиваясь с горячим воздухом самовоспламеняется. В результате горения, температура в камере резко повышается до 1800 градусов Цельсия, вместе с ней в разы увеличивается и давление 11 МПа. Поршень, передвигаясь от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки, совершает полезную работу. В конце такта температура падает до 700 — 800 градусов, давление снижается до 0.3 – 0.5 МПа.
Такт выпуска.
Выпускной клапан 2 открывается, и поршень выталкивает отработанные газы. Температура и давление опускаются до 500 градусов и 0.1 МПа.
Далее рабочие циклы повторяются.
2.3. Сравнение дизельного и четырехтактного ДВС
Какой двигатель выбрать — бензиновый или дизельный??? Однозначно ответить на этот вопрос невозможно. Рассмотрим факторы, от которых зависит принятие правильного решения.
Если автомобиль оборудован дизельным двигателем, то в процессе эксплуатации будут значительно сэкономлены средства за счет более низкой стоимости топлива и его меньшего расхода. Чем объясняется меньший расход топлива? У дизельного двигателя легкового автомобиля степень сжатия находится в пределах 20—22 единицы по сравнению с 9 -10 у бензиновых двигателей, что обеспечивает более высокий КПД. Кроме того, у дизеля регулирование рабочей смеси в основном качественное, т.е. вне зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки в цилиндры подается практически одинаковое количество воздуха, а количество используемого топлива увеличивается с нагрузкой. Но даже при полной мощности масса впрыскиваемого топлива в 1,5— 1,7 раза меньше, чем у бензинового двигателя такого же рабочего объема. Это означает, что действительная степень сжатия, т. е. давление и температура конца сжатия, не зависит от нагрузки, а рабочая смесь по сравнению с бензиновым двигателем всегда очень бедная. Эти факторы обеспечивают дизелю высокую эффективность сгорания и последующего расширения и на частичных нагрузочных режимах. В условиях эксплуатации стабильность мощностных показателей и расхода топлива зависит в первую очередь от сопротивления воздухоочистителя, которое влияет на наполнение цилиндров воздухом (в том числе и двигателей с турбонаддувом), угла опережения впрыска топлива, давления начала подъема иглы форсунки (давления начала впрыска), качества распыла топлива форсунками, а также от характера (закона) подачи топлива топливным насосом высокого давления. Следует отметить, что стабильность регулировочных параметров системы подачи топлива у дизельных двигателей выше, чем у бензиновых. Однако в процессе эксплуатации нужно строго контролировать качество очистки воздуха и топлива, а также исключить возможность перегрева двигателя, что незамедлительно повлияет на работу форсунок и поршневой группы.
Дизельные двигатели более долговечны, чем бензиновые, что объясняется более прочным и жестким выполнением блока цилиндров, коленчатого вала, деталей цилиндро-поршневой группы, головки блока цилиндров и применением дизельного топлива, которое в отличие от бензина в известной степени также является смазочным материалом. К недостаткам дизельных Двигателей следует отнести большую массу, меньшую литровую мощность, повышенный шум из-за высокого давления сгорания и затрудненный пуск при отрицательных температурах окружающего воздуха, особенно у автомобилей прошедших 100 000 км и более. В процессе эксплуатации изнашиваются плунжерные пары топливного насоса высокого давления, нарушается герметичность посадки иглы форсунки, что приводит на низких оборотах при пуске (70—90 оборотов в минуту) к плохому распылению шва. В то же время в результате появившегося износа цилиндропоршневой группы на такой частоте вращения заметно увеличивается прорыв сжимаемого воздуха в картер, а значит, давление и температура не достигают значений, необходимых для воспламенения распыленного топлива. Тем не менее существуют достаточно простые устройства, которые резко улучшают запуск дизелей при низких температурах, в том числе теплообменное устройство, устанавливаемое на период зимней эксплуатации во впускной коллектор. Опыт эксплуатации дизельных двигателей позволяет сделать вывод, что рассмотренные выше изменения, которые происходят в топливной аппаратуре и цилиндропоршневой группе, почти не вызывают снижения мощности и увеличения расхода топлива. Двигатели подвергаются ремонту, главным образом, из-за повышения расхода смазочного масла, что можно легко определить по доливу и появлению голубого дыма, который образуется из-за сгорания масла.
Бензиновые двигатели имеют более высокую частоту вращения, большую литровую мощность, шум и вибрации более низкие. Регулирование горючей смеси в них, главным образом, количественное. Поэтому на малой и средней мощностях (двигатели легковых автомобилей работают в основном в этих режимах), действительная степень сжатия — низкая, т. е. в результате дросселирования на впуске и частичного наполнения цилиндра вместо давления сжатия, например, 2,5 МПа на полной мощности, смесь сжимается до 1,0 МПа. Отсюда — низкая эффективность сгорания и последующего расширения, а значит, и большой расход топлива.
Таким образом, если при номинальных мощностях эффективный КПД бензинового двигателя на 20% ниже, чем у дизеля, то на частичных режимах разрыв увеличивается до 40% и более. Это подтверждается многочисленными сравнительными эксплуатационными испытаниями автомобилей с дизельными и бензиновыми двигателями одинаковой мощности. Снижение расхода топлива на 100 км пути в зависимости от условий движения (в городе или на магистралях) составляет 25—50%. Что касается токсичности отработанных газов, то проведенное за последнее десятилетие усовершенствование бензиновых двигателей, включая управляемый поршневым процессором прямой впрыск форсунками, значительно улучшило этот показатель. Однако многие специалисты ведущих автомобильных компаний, например фирмы Volkswagen, считают, что в условиях повышенных требований к защите окружающей среды и расходу топлива дизели остаются наиболее перспективными двигателями.
Преимущества дизельных ДВС:
— экономичность, расход топлива при том же объеме и мощности меньше на 15-25%;
-меньшая стоимость топлива;
— хорошая тяга на низких оборотах, дизельный двигатель удобен для джипов и грузовиков особенно на бездорожье;
— отсутствие свечей зажигания, проводов, трамблёров.
Преимущества бензиновых ДВС
— низкий уровень шума и вибраций;
— большая литровая мощность;
— способен работать на высоких оборотах, без последствий для двигателя.
Недостатки дизельных ДВС
— низкая динамика разгона больший шум и вибрация;
— чувствительная топливная система, особенно к нашему топливу, может не завестись при сильном морозе;
— не терпит высоких оборотов, и как следствие высоких скоростей;
— большая масса, меньшая литровая мощность;
— чаще замена масла и фильтров, масло необходимо более высокого качества;
— для запуска дизельного двигателя необходим аккумулятор большей емкости, следовательно, больше и стоимость.
Недостатки бензиновых ДВС
— больший чем у дизеля расход топлива;
— наличие системы зажигания;
— наибольшая мощность достигается в небольшом диапазоне оборотов например с 3500 до 4000, правда у новых бензиновых двигателей диапазон более широкий и ровный, за счет изменения фаз газораспределения, применения непосредственного впрыска.
Заключение
Так что же все-таки лучше, бензиновый или дизельный двигатель? Вечный вопрос и проблема выбора образовала из общей массы автолюбителей два противостоящих друг другу лагеря, которые не щадя своих сил, убеждают своих знакомых и друзей, тех, кто еще не приобрел автомобиль, но собирается это сделать в правильности того или иного выбора. У каждого двигателя имеются как свои преимущества, так и недостатки. Подведем итоги.
Дизель
ПреимуществаНедостатки
Долговечность
Не справляется с плохим качеством российского диз. топлива
Надежность
Трудности в заводке в холодное время года
Не скорый износ агрегатов цилиндро-поршнейвой группы
Частая замена масла, фильтров, постоянная замерка компрессии в цилиндрах из-за плохого топлива
Топливо служит также в качестве смазочного материала для агрегатов двигателя
Шум
Экологичнее бензиновых
Выхлоп и сопровождающийся неприятный запах
Экономичность, низкий уровень потребления
Слабая мощность мотора, низкие обороты
Дорогой в ремонте и обслуживании
Не каждый мастер возьмется за ремонт
Бензин
ПреимуществаНедостатки
Высокая мощность, высокие обороты
Малоприятный запах выхлопов
Переносит некачественное топливо более живо
Уровень долговечности существенно ниже
Не так дорог в обслуживании, более доступные запчасти
Отсутствие особых проблем при заводке в холода
Большое количество станций сервиса
Вопрос о выборе ДВС остается актуальным на сегодняшний день. Право выбора за автомобилистами.
Библиографический список:
Ваншейдт, В.А. Дизели [Текст]: Справочник. – Изд., 3-е, перераб. и допол. В.А. Ваншейдт, Н.Н. Иванченко – Л., «Машиностроение» , 1977. – 480 с.
Кане, А.Б. Судовые двигатели внутреннего сгорания [Текст]: Учебник.-3-е изд./ Кане А.Б – Л: Судостроение, 1982 .– 288 с.
Кузнецов, А.С. Ремонт двигателя внутреннего сгорания [Текст]: учеб. пособие/ А.С. Кузнецов – М: Издательский центр «Академия», 2011. – 64 с.
Сайт для автомобилистов. Режим доступа http://diesel-ural.ru
Сайт для автомобилистов. Режим доступа : http://www.autopeople.ru
Трофименко, А.С. Автослесарь. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей [Текст]: учебное пособие/ А.С. Трофименко – Ростов н/Д: Феникс, 2002. – 576 с.