Автопортал || Авто - статьи

Сельскохозяйственная техника
Чтение RSS

Типи і параметри ДВС

  1. типи двигунів
  2. Компонування поршневих двигунів
  3. Конструктивні параметри двигунів
  4. показники двигунів
  5. характеристики двигунів

Автомобільні поршневі двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) мають безліч показників - потужність, крутний момент, витрата палива, викид шкідливих речовин і т. Д., Які багато в чому залежать від їх конструктивних параметрів.

Зміст статті

типи двигунів

Двигун - пристрій, що перетворює енергію згоряння палива в механічну роботу. Практично всі автомобільні двигуни працюють по циклу, що складається з чотирьох тактів:

  • впуск повітря або його суміші з паливом;
  • стиснення робочої суміші,
  • робочий хід при згоранні робочої суміші;
  • випуск відпрацьованих газів.

Найбільшого поширення в автомобілях набули поршневі двигуни - бензинові і дизелі.

Бензинові двигуни мають примусове запалювання паливо-повітряної суміші іскровими свічками. Розрізняються за типом системи живлення:

  • в карбюраторних змішення бензину з повітрям починається в карбюраторі і продовжується у впускному трубопроводі. В даний час випуск таких двигунів знижується через низьку економічності і невідповідності сучасним екологічним нормам;
  • в вприськових двигунах паливо може подаватися одним інжектором (форсункою) в загальний впускний трубопровід (центральний, моновприск) або декількома інжекторами перед впускними клапанами кожного циліндра (розподілене уприскування). У них можливе деяке збільшення максимальної потужності і зниження витрати бензину і токсичності відпрацьованих газів за рахунок більш точного дозування палива електронною системою управління двигуном;
  • двигуни з безпосереднім уприскуванням бензину в камеру згоряння, який подається в циліндр декількома порціями, що оптимізує процес згорання, дозволяє двигуну працювати на збіднених сумішах, відповідно зменшується витрата палива і викид шкідливих речовин.

Дизелі - двигуни, в яких займання суміші палива з повітрям походить від підвищення її температури при стисненні. У порівнянні з бензиновими ці двигуни володіють кращою економічністю (на 15-20%) завдяки більшій (в два і більше разів) ступеня стиснення (див. Нижче), яка поліпшує процеси горіння паливо-повітряної суміші. Перевагою дизелів є відсутність дросельної заслінки, яка створює опір руху повітря на впуску і збільшує витрату палива. Максимальний крутний момент (див. Нижче) дизелі розвивають на меншій частоті обертання колінчастого вала (в побуті - "тяговитости на низах").

Дизелі застарілих конструкцій володіли порівняно з бензиновими двигунами і низку недоліків:

  • більшою масою і вартістю при однаковій потужності через високий ступінь стиснення (в 1,5-2 рази більше), збільшувала тиск в циліндрах і навантаження на деталі, що змушувало виготовляти міцніші елементи двигуна, збільшуючи їх габарити і вага;
  • більшої гучністю через особливості процесу горіння палива в циліндрах;
  • меншими максимальними оборотами коленвала через більш високої маси деталей, що викликала великі інерційні навантаження. З цієї ж причини дизелі, як правило, менш приемистостью - повільніше набирають обертів.

Роторно-поршневий двигун (Ванкеля) - в ньому ротор-поршень робить не зворотно-поступальний рух, як в бензинових двигунах і дизелях, а обертається по певній траєкторії. Завдяки цьому він володіє хорошою приемистостью - швидко набирає обертів, забезпечуючи автомобілю хорошу динаміку розгону. Через конструктивних особливостей ступінь стиснення обмежена, тому працює тільки на бензині і володіє гіршою економічністю через форми камери згоряння. Раніше його недоліком був менший ресурс, а тепер і невисокі екологічні показники, яким зараз приділяється велика увага.

Гібридна силова установка являє собою комбінацію поршневого двигуна (як правило, дизеля), електродвигуна, генератора і тягових (тягова акумуляторна батарея, на відміну від стартерной, розрахована на розряд великими струмами (50-100 А) протягом 30-60 хвилин) акумуляторних батарей . Робота цієї установки відбувається в різних режимах в залежності від характеру руху автомобіля. При інтенсивному розгоні разом працюють поршневий і електричний двигуни. Під час гальмування двигуном за рахунок енергії уповільнення генератор заряджає акумуляторні батареї. При русі в міському циклі може працювати тільки електродвигун. Все це дозволяє, зберігаючи (або навіть покращуючи) динаміку розгону, значно підвищити економічність і знизити викид шкідливих речовин.

Компонування поршневих двигунів

Значна різноманітність компоновок поршневих двигунів пов'язано з їх розміщенням в автомобілі і необхідністю вмістити певну кількість циліндрів в обмеженому обсязі моторного відсіку.

Значна різноманітність компоновок поршневих двигунів пов'язано з їх розміщенням в автомобілі і необхідністю вмістити певну кількість циліндрів в обмеженому обсязі моторного відсіку

рядний двигун рядний двигун   V-подібний двигун V-подібний двигун

Рядний двигун (рис. 1, а) - компоновка, при якій всі циліндри знаходяться в одній площині. Застосовується для невеликої кількості циліндрів (2, 3, 4, 5 і 6). Рядний шестициліндровий двигун найлегше піддається врівноваження (зниження вібрацій), але має значну довжиною.

V-подібний двигун (рис. 1, б) - циліндри у нього розташовані в двох площинах, як би утворюючи латинську букву V. Кут між цими площинами називають кутом розвалу. Найбільш часто таке розміщення циліндрів застосовується для шести- і восьмициліндрових двигунів і позначається V6 і V8 відповідно. Така компоновка дозволяє зменшити довжину двигуна, але збільшує його ширину.

Така компоновка дозволяє зменшити довжину двигуна, але збільшує його ширину

опозитний двигун опозитний двигун   VR-двигун VR-двигун

Опозитний двигун (рис. 1, в) має кут розвалу 180 °, завдяки цьому у нього висота агрегату найменша серед всіх компоновок.

VR-двигун (рис. 1, г) володіє невеликим кутом розвалу (близько 15 °), що дозволяє зменшити як подовжній, так і поперечний розміри агрегату.

1, г) володіє невеликим кутом розвалу (близько 15 °), що дозволяє зменшити як подовжній, так і поперечний розміри агрегату

W-двигун W-двигун   W-двигун W-двигун

W-двигун має два варіанти компонування - три ряди циліндрів з великим кутом розвалу (рис. 1, д) або як би дві VR-компонування (рис. 1, е) .Обеспечівает хорошу компактність навіть при великій кількості циліндрів. В даний час серійно випускають W8 і W12.

Конструктивні параметри двигунів

Будь-двигун характеризується наступними конструктивно заданими параметрами (рис. 2), практично незмінними в процесі експлуатації автомобіля.

2), практично незмінними в процесі експлуатації автомобіля

Конструктивні параметри двигунів

Обсяг камери згоряння - об'єм порожнини циліндра і поглиблення в голівці над поршнем, що знаходиться у верхній мертвій точці - крайньому положенні на найбільшій відстані від коленвала.

Робочий об'єм циліндра - простір, яке звільняє поршень при русі від верхньої до нижньої мертвої точки. Остання є крайнім положенням поршня на мінімальному видаленні від коленвала.

Повний обсяг циліндра - дорівнює сумі робочого об'єму та об'єму камери згоряння.

Робочий об'єм двигуна (літраж) складається з робочих обсягів усіх циліндрів.

Ступінь стиснення - відношення повного обсягу циліндра до об'єму камери згоряння. Цей параметр показує, у скільки разів зменшується повний обсяг при переміщенні поршня з нижньої мертвої точки у верхню. Для бензинових двигунів визначає октанове число палива, яке застосовується.

показники двигунів

Сили, що діють в циліндрі

Показниками двигуна називають величини, що характеризують його роботу. Крім конструктивних параметрів, вони залежать від особливостей і налаштувань систем харчування і запалювання, ступеня зносу деталей і ін.

Тиск в кінці такту стиснення (компресія) є показником технічного стану (зношеності) циліндро-поршневої групи і клапанів.

Крутний момент на колінчастому валу двигуна визначає силу тяги на колесах: чим він більший, тим краще динаміка розгону автомобіля. Дорівнює добутку сили на плече (рис. 3) і вимірюється в Н · м (Ньютон на метр), раніше в кгс.м (кілограм-сила на метр).

Крутний момент збільшується з ростом:

  • робочого об'єму. Тому двигуни, яким необхідний значний крутний момент, мають більший обсяг;
  • тиску газів, що горять в циліндрах, яке обмежене детонацією (вибухове горіння бензо-повітряної суміші, що супроводжується характерним дзвінким звуком. Помилково називається "стуком поршневих пальців") або зростанням навантажень в дизелях.

Максимальний крутний момент двигун розвиває при певних оборотах (див. Нижче), вони разом з його величиною вказуються в технічній документації.

Потужність двигуна - величина, що показує, яку роботу він робить в одиницю часу, вимірюється в кВт (раніше в кінських силах). Одна кінська сила (к.с.) приблизно дорівнює 0,74 кВт. Потужність дорівнює добутку крутного моменту на кутову швидкість коленвала (число оборотів в хвилину, помножене на певний коефіцієнт).

Двигуни більшої потужності виробники отримують збільшенням:

  • робочого об'єму, що, в свою чергу, призводить до зростання габаритів двигуна і обмеження допустимих максимальних обертів через значні сил інерції збільшилися деталей;
  • оборотів колінчастого вала, число яких обмежено інерційними силами і збільшенням зносу деталей. Високооборотний двигун однакової потужності (за інших рівних умов - конструкції двигуна, технології виготовлення, що застосовуються матеріалах і т.д.) з низькообертовий володіє меншим терміном служби, так як в середньому для одного і того ж пробігу його колінчастий вал буде здійснювати більше обертів;
  • тиску в циліндрі шляхом підвищення ступеня стиснення або наддувом повітря за допомогою турбо- або механічних нагнітачів. Для застосування наддуву ступінь стиснення вимушено зменшують для запобігання детонації (у бензинових двигунів) і зниження жорсткості роботи (підвищені навантаження в циліндро-поршневої групи дизеля, супроводжувані надмірним шумом) (у дизелів). Наддув дозволяє, наприклад, зберегти потужність при меншому робочому обсязі.

Номінальна потужність - гарантована виробником потужність при повній подачі палива на певних оборотах. Саме вона, а не максимальна потужність, вказується в технічній документації на двигун.

Питома витрата палива - це кількість палива, що витрачається двигуном на 1 кВт потужності, що розвивається за одну годину. Є показником досконалості конструкції двигуна: чим витрата нижче, тим ефективніше використовується енергія згорає в циліндрах палива.

характеристики двигунів

характеристики двигунів

При одних і тих же конструктивних параметрах у різних двигунів такі показники, як потужність, крутний момент і питома витрата палива, можуть відрізнятися. Це пов'язано з такими особливостями, як кількість клапанів на циліндр, фази газорозподілу і т. П. Тому для оцінки роботи двигуна на різних оборотах використовують характеристики - залежність його показників від режимів роботи. Характеристики визначаються дослідним шляхом на спеціальних стендах, так як теоретично вони розраховуються лише приблизно.

Як правило, в технічній документації до автомобіля наводяться зовнішні швидкісні характеристики двигуна (рис. 4), що визначають залежність потужності, крутного моменту і питомої витрати палива від числа оборотів коленвала при повній подачі палива. Вони дають уявлення про максимальних показниках двигуна.

Показники двигуна (спрощено) змінюються з наступних причин. Зі збільшенням числа оборотів коленвала росте крутний момент завдяки тому, що в циліндри надходить більше палива. Приблизно на середніх оборотах він досягає свого максимуму, а потім починає знижуватися. Це відбувається через те, що зі збільшенням швидкості обертання коленвала починають грати істотну роль інерційні сили, сили тертя, аеродинамічний опір впускних трубопроводів, яке погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом паливо-повітряної суміші, і т. П.

Швидке зростання крутного моменту двигуна вказує на хорошу динаміку розгону автомобіля завдяки інтенсивному збільшенню сили тяги на колесах. Чим довше величина моменту знаходиться в районі свого максимуму і не знижується, тим краще. Такий двигун більш пристосований до зміни дорожніх умов і рідше доведеться перемикати передачі.

Потужність зростає разом з обертовим моментом і навіть, коли він починає знижуватися, продовжує збільшуватися завдяки підвищенню оборотів. Після досягнення максимуму потужність починає знижуватися з тієї ж причини, по якій зменшується крутний момент. Обороти трохи вище максимальної потужності обмежують регулюючими пристроями, так як в цьому режимі значна частина палива витрачається не на вчинення корисної роботи, а на подолання сил інерції і тертя в двигуні. Максимальна потужність визначає максимальну швидкість автомобіля. В цьому режимі автомобіль не розганяється і двигун працює тільки на подолання сил опору руху - опору повітря, опору коченню і т. П.

Величина питомої витрати палива також змінюється в залежності від оборотів коленвала, що видно на характеристиці (див. Рис. 4). Питома витрата палива повинен знаходитися якомога довше поблизу мінімуму; це вказує на хорошу економічність двигуна. Мінімальний питома витрата, як правило, досягається трохи нижче середніх оборотів, на яких в основному і експлуатується автомобіль при русі в місті.

Пунктирною лінією на графіку показані більш оптимальні характеристики двигуна.