Avto505.ru

Авто 505
13 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Четырехкратный двигатель внутреннего сгорания

Рабочий цикл четырехтактного двигателя — как это работает

  • Рабочий цикл четырехтактного двигателя — как это работает
  • Рабочий цикл четырехтактного двигателя
  • Двухтактный двигатель – особенности работы
  • Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

В числе процессов, характеризующих работу мощных и производительных машин и механизмов, следует отметить рабочий цикл четырехтактного двигателя. Это совокупность процессов, повторяющихся в определенной последовательности, во время которых цилиндр наполняется рабочей смесью, после чего происходит ее сжатие и воспламенение. Газы, образовавшиеся при сгорании, расширяются, а затем – удаляются из цилиндра.

  • Рабочий цикл четырехтактного двигателя
  • Двухтактный двигатель – особенности работы
  • Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

Такт впуска

Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр. От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска он имеет температуру 75—125 °С.

Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который для высокооборотных карбюраторных двигателей находится в пределах 0,65—0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия

После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. Впускной клапан закрывается, а выпускной закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышаются. В зависимости от степени сжатия давление в конце такта сжатия может составлять 0,8—1,5 МПа, а температура газов 300— 450 °С.

Такт расширения, или рабочий ход

В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

Такт выпуска

Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от н.м.т. к в.м.т. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной трубопровод. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105—0,120 МПа, а температура газов в начале такта выпуска составляет 750— 900 °С, понижаясь к его концу до 500—600 °С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью.

Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения свежего заряда отработавшими газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре, к массе свежей горючей смеси. Для современных карбюраторных двигателей коэффициент остаточных газов находится в пределах 0,06—0,12. По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Двухтактный двигатель – особенности работы

Весь цикл работы двухтактного двигателя происходит за один оборот коленвала. Это позволяет на выходе получать приблизительно в 1,4-1,8 раз большую мощность, с того же рабочего объема, имея те же самые обороты двигателя. Разумеется, коэффициент полезного действия у таких агрегатов значительно ниже, чем у тех же 4 тактных моделей. Это используется при создании тяжелых и низкооборотных двигателей судов. Здесь они напрямую соединяются с гребным валом. Нашли свое применение такие модели и в мотоциклах.

Это так же приводит к тому, что модели, работающие в 2 такта, очень сильно греются. Здесь выделятся большая тепловая энергия. В некоторых случаях приходится подключать к ним дополнительное охлаждение, чтобы агрегат всегда находился в работоспособном состоянии. Однако, можно выделить и плюс подобной технологии. Ввиду того, что работа поршня ограничивается 2 тактами, он совершает гораздо меньше движений за единицу времени, поэтому потери на трение минимальны. Это напрямую отражается на износе основных рабочих деталях двухтактного двигателя.

Еще одной актуальной проблемой для данной модели является тот факт, что постоянно нужно искать компромисс между потерями свежего заряда и качеством продувки. Да, принцип работы заставляет ведущих инженеров и техников трудится над созданием универсальной системы, которая бы сводила к минимуму потери. 4 тактный двигатель вытесняет отработанные газы в тот момент, когда его поршень находится в верхней мертвой точке. Здесь ситуация коренным образом меняется. Вся отработка вылетает в трубу в тот момент, когда цилиндр практически полностью свободен, то есть этот процесс захватывает его объем полностью. Качество обдува играет в этом очень важную роль.

Читать еще:  Снятие головки приора 16 клапанов

Именно поэтому не всегда удается разделить свежую рабочую смесь от выхлопных газов. В любом случае они будут смешиваться. Особенно отчетливо такая проблема выделяется у карбюраторных моделей моторов, которые напрямую подают готовое к работе горючее в цилиндр. Естественно, в данном случае стоит говорить о большем количестве используемого воздуха. Отсюда возникает необходимость применения сложных по структуре и составу воздушных фильтров. 4 тактный двигатель обделен этим недостатком.

Принцип работы данной модели двигателя говорит о том, что его применение может быть ограничено ввиду особенностей конструкции и большого количества потерь. Однако от 2 тактов еще никто не отказывается, создавая все больше устройств на его основе. Стоит отметить, что сегодня на рынке представлено множество различных механизмов, которые используют как 4 тактный двигатель внутреннего сгорания, так и двухтактный. Кстати, тот экземпляр, о котором мы решили поговорить сегодня, может иметь не только простейшее строение, в некоторых механизмах используются достаточно сложные его варианты.

Рабочий цикл двухтактного двигателя – достоинства и недостатки

Самое главное преимущество двухтактных двигателей – более высокая, по сравнению с четырехтактными, литровая мощность. Дело здесь в том, что при равном количестве цилиндров и количестве оборотов коленчатого вала в минуту, каждый цилиндр совершает рабочий ход вдвое чаще. При этом, за счет того, что фактический рабочий ход двухтактного двигателя короче (он укорочен за счет процессов газообмена), реально объем двигателя увеличивается на 50-60%.

Не менее важное преимущество – компактность. Благодаря этому качеству двухтактные двигатели нашли широкое применение не только в небольших транспортных средствах наподобие снегоходов, но и в садовой технике, а также инструментах (к примеру, в бензопилах). Кроме того, отсутствие газораспределительного механизма заметно делает конструкцию проще и дешевле в производстве. Есть у двухтактных ДВС и существенные недостатки. Они расходуют больше топлива впустую, так как при открытии выпускного окна в систему выхлопа попадает часть несгоревшей смеси. Система смазки классического двухтактного мотора крайне примитивна – бензин смешивается с маслом заранее, и оба эти вещества попадают в камеру сгорания одновременно. Обусловлено это тем, что организовать масляную ванну в картере невозможно – картер участвует в процессе газообмена.

В результате масло, не пошедшее на смазывания стенок цилиндра, сгорает вместе с топливом. Ресурс двухтактного двигателя также значительно меньше, главным образом, за счет высоких оборотов коленвала. По этой причине в двигателях этого типа применяется только специальное высококачественное масло, разработанное для применения в двухтактных двигателях. Экологические параметры также оставляют желать лучшего: в выхлопе, из-за особенностей газораспределения, содержится большое количество СО и СН.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем над поршневой полости уменьшается. Рабочая смесь сжимается. Сжатие сопровождается повышением давления и температуры. Степень сжатия регламентируется детонационной стойкостью топлива. В конце такта давление составляет 1,2—1,7 МПа, а температура — 600—700 К.

В начале такта при сгорании рабочей смеси, которая ооспл а меняется от искровою разряда свечи зажигания, выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура и давление. Вследствие давления газон поршень перемешается от ВМТ к НМТ. Газы расширяются и совершают полезную работу. В начале расширения давление газов составляет 4—6 МПа, температура — 2500—2800 К. В конце расширения давление н цилиндре составляет 0,3—0.5 МПа, температура — 1100-1800 К.

Изобретение позволяет увеличить удельную мощность двигателя путем увеличения массы свежего заряда в цилиндре. Способ осуществляется следующим образом. Во время впуска, когда открывается впускной клапан 7 и поршень 2, опускаясь, создает разрежение, в цилиндр 1 всасывается горючая смесь или свежий воздух, после чего впускной клапан 7 закрывается. В начале сжатия открывается дополнительный впускной клапан 10 и осуществляется дозарядка цилиндра 1 свежим зарядом от источника сжатого газа. На ходе расширения открывается выпускной клапан 8 и осуществляется выпуск отработавших газов из цилиндра 1. Для продувки цилиндра 1 и очистки его от отработавших газов из цилиндра 1. Для продувки цилиндра 1 и очистки его от отработавших газов открывается дополнительный впускной клапан 10. Открытие впускного клапана 7 осуществляется после закрытия выпускного клапана 8 и дополнительного впускного клапана 10, а повторное открытие дополнительного впускного клапана 10 осуществляется после закрытия впускного клапана 7. 4 ил.

Читать еще:  Как проверить новый аккумулятор автомобиля

СПОСОБ ПИТАНИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем выпуска отработавших газов из цилиндра через выпускной клапан, первоначального открытия дополнительного впускного клапана и подачи через него от источника сжатого газа свежего заряда на продувку цилиндра, закрытия выпускного клапана и дополнительного впускного клапана, заполнения цилиндра свежим зарядом, повторного открытия дополнительного впускного клапана, дозарядки цилиндра через дополнительный впускной клапан и закрытия впускного клапана и дополнительного впускного клапана, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной мощности путем увеличения массы свежего заряда в цилиндре при сокращении расхода сжатого воздуха, заполнение цилиндра свежим зарядом через впускной клапан производят после закрытия выпускного клапана, а повторное открытие дополнительного впускного клапана производят после закрытия впускного клапана.

Гибриды обходятся дешевле старых «атмосферников»

Любая ностальгия по старым десятицилиндровым моторам с их дешевизной и простотой неизбежно сталкивается с суровой реальностью. Например, ее с лихвой можно отыскать в откровениях четырехкратного чемпиона мира Алена Проста, владевшего конюшней «Формулы-1» с 1997 по 2001 год.

«Я знал, как управлять командой. Но у меня был бюджет в 40 млн евро, 30 из которых уходили в «Пежо» за двигатели, а в 2001 году наступил кризис. Из-за этого я не мог пригласить в команду специалистов, с которыми хотел работать — они требовали в три-четыре раза больше, чем мы были способны заплатить. В то же время мы не получали абсолютно никакой поддержки от «Пежо» – хотя за год использовали 40 моторов».

Сорок далеко не лучших (а значит, и не самых дорогих) французских двигателей прошло через конюшню-аутсайдер всего за сезон. Страшно даже представить, во сколько обходились агрегаты «Мерседес» или «БМВ» тех лет.

Однако при таком уровне затрат «Прост» за весь период своего существования трижды побывал на подиуме и 16 раз набрал очки, так что команду нельзя обвинить в бездарном разбазаривании денег. Нехитрые подсчеты раскрывают космический размер относительных затрат на двигатели в виде 75 процентов бюджета. На разработку болида и зарплату пилотов с прочим персоналом оставалось всего 10 млн евро — в то время как один мотор хоть и обходился «всего» в 750 000, но серьезно проигрывал конкурентам и не окупал ни единого потраченного цента.

Для сравнения, комплект современных силовых установок для двух болидов на весь сезон, по словам президента ФИА Жана Тодта, стоит 18 млн евро. То есть примерно по 2,25 млн за штуку — ведь по регламенту в 2017 году можно было использовать четыре двигателя за год без штрафов (и, понятное дело, дополнительных расходов). Да, в пересчете на один экземпляр современные агрегаты выходят втрое дороже, но и в пять раз эффективнее — а эффективность затрат всегда была важна для «Формулы-1».

В то же время самый маленький бюджет в 2017 году по данным издания Autosport находился на уровне 110 млн евро — то есть теперь главные бедняки серии тратят на двигатели лишь 16,3 процента бюджета (а «Прост» тратил бы 45 процентов). То есть у команд объективно появилось больше средств на разработку болидов и приглашение талантливых гонщиков. Обвинения в дороговизне современных двигателей выглядят просто смешно и лицемерно — особенно по сравнению со «старыми добрыми временами».

Формула будущего: что такое гонки электромобилей в Африке

По проспекту короля Мухаммеда VI в Марракеше идут министр экологии Франции Сеголен Руаяль, князь Монако Альбер, певец Эйкон и четырехкратный чемпион гоночной серии INDYCAR Дарио Франкитти. Все эти люди слушают Алехандро Агага – руководителя первого в истории международного чемпионата по гонкам на электромобилях Формула-Е. Агаг проводит экскурсию, показывая боксы команд и машины, которые выглядят как Формула-1 на стероидах – похожие силуэтом, но более «злые» и аэродинамичные. До старта первой марокканской гонки Формулы-Е остается два часа.

Технологии напоказ

Все участники Формулы-Е используют идентичные шасси Spark и одинаковые литий-ионные батареи, которые поставляет подразделение команды Формулы-1 Williams. Силовые установки разрешено производить самостоятельно. Это правило привлекает в Формулу-Е автопроизводителей, имеющих наработки в электрокарах. Так, в текущем сезоне чемпионата заводские команды выставили Jaguar, Renault, Audi, Citroen, индийская компания Mahindra & Mahindra, а также китайский производитель электрокаров NextEV, люксовая марка спорткаров из Монако Venturi и даже американский стартап Faraday Future, который метит в конкуренты Tesla. Несложно подсчитать, что в Формуле-Е собралось в два раза больше автомобильных компаний, чем в Формуле-1 – и это без учета Mercedes-Benz, BMW и Ferrari, которые пока только обсуждают условия своего дебюта в электрическом первенстве.

Разумеется, все болиды Формулы-Е полностью работают на электричестве – никаких гибридов или других уловок, маскирующих двигатель внутреннего сгорания. Другое дело, что батареи, смонтированные в машинах, нужно как-то заряжать – и вот здесь на помощь приходят старые добрые дизельные генераторы, с помощью которых можно за два часа восстановить работоспособность истощенного электрокара.

Читать еще:  Комплект сцепления какой фирмы лучше

Скрипучее шоу

Трасса в Марракеше оказалась богата на подобные торможения: временный автодром для Формулы-Е проложили в районе Агдаль на юге города, который сейчас активно застраивается отелями. Туристический Марракеш – одно из самых «европейских» мест в Марокко, поэтому проведение здесь гоночного чемпионата кажется логичным: заезд легко встраивается в экскурсионную программу туристов, которые приехали посмотреть на дворец Эль-Бахия, Усыпальницу Саадитов и средневековый сад Менара.

Посещение гонки для болельщиков облегчает однодневный формат соревнований. Никаких гонок поддержки, долгих тренировок или пауз между заездами – все события на трассе спрессованы в один день. С самого начала заездов преимущество обозначили экс-пилоты Формулы-1 Себастьен Буэми и Жан-Эрик Вернь. Оба гонщика когда-то входили в программу поддержки молодых пилотов Red Bull и имели шанс попасть в чемпионскую команду, но затем потеряли свои места в конкуренции с более молодыми соперниками. Формула-Е дала Буэми и Верню возможность раскрыться: здесь пилоты выигрывают гонки и борются за титул.

Тем не менее, настоящим открытием марокканского этапа оказался Феликс Розенквист. До недавнего времени швед выступал в Формуле-3 и еще не успел сделать себе имя в международных соревнованиях – Формулу-Е можно назвать первым серьезным чемпионатом, до которого добрался Розенквист. Свою первую гонку в Гонконге Феликс завершил досрочно из-за аварии, поэтому только на трассе в Марракеше болельщики смогли увидеть, насколько он быстр.

Дебютант электрической серии выиграл квалификацию, а затем уверенно возглавил гонку. Справедливости ради стоит сказать, что Себастьен Буэми, занявший второе место в квалификации, получил штраф в пять позиций за пустой огнетушитель. Да, в каждом болиде Формуле-Е есть свой огнетушитель – и на случай пожара он должен быть заполнен пеной. Агрегат в машине Себастьена оказался бракованным. И хоть швейцарец и не получил из-за этого преимущества, судьи все равно отодвинули его на седьмую позицию на стартовой решетке. По ходу гонки Буэми зрелищно отыгрывался, совершил несколько ярких обгонов и вплотную подобрался к Розенквисту.

Судьбу гонки решила машина, которая досталась Феликсу на пит-стопе. Небольшая неисправность болида привела к тому, что литий-ионные батареи в электрокаре шведа не полностью восстанавливали заряд по итогам круга – и раз за разом у Розенквиста было чуть меньше мощности, чем у соперников. В результате Феликс упустил победу: сначала дебютанта прошел Буэми, а затем и британец Сэм Бёрд. Розенквист остался третьим и все равно стал лучшим новичком этого сезона – позади остались известные пилоты вроде чемпиона мира по кузовным гонкам WTCC Хосе-Марии Лопеса, многолетнего участника Формулы-1 Ника Хайдфельда и того же Жана-Эрика Верня.

Праздник, который всегда пустой

Зато зрительская зона, обустроенная для болельщиков, выигрывает виртуальное сражение с Формулой-1. В Марракеше болельщики могли не только поесть и купить атрибутику (чем обычно ограничиваются развлечения на Гран-при), но и опробовать трассу за рулем гоночного симулятора, посмотреть за трюками каскадеров на электробайках, а также разрисовать себе руки традиционным марокканским узором – местные умельцы с готовностью обучали всех желающих хитростям нанесения орнаментов из хны. В детской зоне можно было поиграть в бадминтон, футбол, оставить ребенка за столом для рисования или сыграть с ним в местную настольную игру, которая напоминает гибрид боулинга, нард и аэрохоккея.

Наконец, жемчужиной фан-зоны оказались два прототипа самодвижущихся электромобилей для гонок поддержки RoboRace. Электрокары стояли под навесом в зрительской зоне: редкие зрители с удовольствием фотографировались с футуристичными прототипами и даже не спрашивали, могут ли эти штуки ездить на самом деле. За час до основной гонки участник RoboRace вышел на старт: самоходный экипаж совершил несколько кругов без водителя, при этом руль, оставшийся в кабине, поворачивался вместе с колесами.

Спорт завтрашнего дня

Марокканский этап электросерии прошел одновременно с международным саммитом ООН по изменению климата COP22: в числе гостей конференции были президент США Барак Обама, канцлер Германии Ангела Меркель и другие мировые лидеры. Увы, на гонку Формулы-Е они не пришли – зато весь мир вместе с Организацией объединенных наций смог увидеть, что автогонки могут быть не только шумными и бензиновыми, но и вполне экологичными.

Наконец, у Формулы-Е постепенно появляются собственные звезды вроде Феликса Розенквиста – и это едва ли не важнее, чем политические и спонсорские успехи чемпионата. Возможно, от большого рывка Формулу-Е отделяет только нехватка по-настоящему харизматичных гонщиков. Все остальное у электрической серии уже есть.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector