Технологии выживания ДВС | Автокомпоненты. Бизнес. Технологии. Сервис
Смогут ли бензиновые и дизельные двигатели выжить в электрифицированном мире идеального будущего? На самом деле, если на них не наложат прямой тотальный запрет, запросто! Причем не просто выжить, но и благодаря передовым технологиям обеспечить достаточно высокий уровень экологической нейтральности.
Не торопитесь хоронить
Перевозка людей и грузов имеет первостепенное значение для развития современного общества. В настоящее время окружающий нас автотранспорт почти полностью приводится в действие двигателями внутреннего сгорания, использующими жидкое топливо, из-за их приемлемой стоимости, удобства и доступности. Это около 1,2 миллиарда легковых автомобилей и почти 380 миллионов автомобилей большой грузоподъемности (данные цифры постоянно растут). Кроме того, стационарные двигатели внутреннего сгорания (например, генераторы) повсеместно используются в промышленности и на предприятиях по производству электроэнергии, что также способствует повышению уровня жизни во всем мире.
По оценкам экспертов, двигатели внутреннего сгорания (ДВС), работающие на ископаемом топливе, производят более 25% мировой энергии (около 3000 из 13 000 миллионов тонн нефтяного эквивалента в год) и при этом производят около 10% глобальной эмиссии парниковых газов. Суточная потребность в жидком топливе превышает 11 миллиардов литров.
Все альтернативы, будь то альтернативы двигателям внутреннего сгорания или жидкому топливу на нефтяной основе, сталкиваются с очень серьезными препятствиями на пути к быстрому внедрению. Но крайне поверхностное изучение проблематики вопроса выбросов привело к тому, что западное общество в основной своей массе поверило в желательность и неизбежность смерти ДВС. Например, многие люди считают, что большая часть мировых выбросов парниковых газов производится легковыми и грузовыми автомобилями, что является в высшей степени неверным.
Однако, если отрешиться от политической конъюнктуры и вдумчиво взвесить все имеющиеся обстоятельства с технологической точки зрения, можно прийти к закономерному выводу: двигатели внутреннего сгорания не исчезнут полностью в ближайшее время, если они вообще исчезнут когда-нибудь. Ведь множество вполне конкретных транспортных задач и/или условий эксплуатации просто не подходят для электрических силовых установок на батареях или топливных элементах.
Бесспорно, прогресс альтернативных силовых приводов в автомобилестроении, произошедший в последние несколько лет, впечатляет. Накопители энергии, системы трансмиссии и технологии топливных элементов, похоже, готовы занять значительное место на рынке мобильности. Но было бы ошибкой полагать, что такие технологии полностью отменят опыт и наработки прошлого, – скорее всего, в обозримом будущем двигатель внутреннего сгорания продолжит оставаться неотъемлемой частью индустрии грузо- и пассажироперевозок.
Тем не менее это не означает, что все будет по-прежнему. ДВС претерпевает значительную эволюцию, поскольку новые стандарты экономии топлива и выбросов в секторах малой и большой грузоподъемности активно стимулируют разработку новых технологий в беспрецедентном масштабе, все ближе и ближе подбираясь к теоретическим пределам принципов внутреннего сгорания. В сочетании с продолжающимися исследованиями фундаментальных процессов, внедрением высокопроизводительных вычислений и передовых производственных технологий во всей отрасли генерируемые инженерами инновационные решения открывают превосходные возможности для создания двигателей с чрезвычайно высокой эффективностью.
В распоряжении компетентных специалистов-двигателестроителей уже есть немало разнообразных ноу-хау, позволяющих извлекать еще больше энергии буквально из каждой молекулы топлива, производя при этом еще меньше вредных выбросов. Основные из них мы и хотим привести в своем обзоре. Технологии расположены в порядке сложности и стоимости реализации.
Топлива с октановым числом 98
Сконструировать двигатель, работающий со сжатием 15:1 или выше, в принципе несложно. А это значительно улучшит его термодинамический КПД и удельную мощность, позволяя дополнительно уменьшить размеры агрегата. Для такого двигателя будет необходимо топливо с более высоким октановым числом, а показатель RON 98 представляет собой золотую середину, выше которой производство/очистка горючего потребует больше энергии, что резко снижает эффективность его использования, приводя к росту стоимости и выбросов CO2.
Рациональное отключение цилиндров
Согласитесь, далеко не всегда мы используем двигатель на полную мощность. Все эти продолжительные ускорения или буксировки тяжелых трейлеров, требующие максимальных энергетических показателей на выходе, для подавляющего большинства автомобилистов – лишь краткие эпизоды в повседневной эксплуатационной практике. Поэтому нет никакой необходимости в том, чтобы все цилиндры работали постоянно.
Исходя из того, что деактивация цилиндров способна значительно повысить эффективность работы двигателей (особенно наиболее мощных) в менее экстремальных дорожных ситуациях, инженеры уже сравнительно давно начали конструировать агрегаты, оснащенные подобной функцией. Однако наиболее заметные результаты были достигнуты лишь совсем недавно. В частности, система динамического управления подачей топлива может отключать один или несколько цилиндров в 5,3- и 6,2-литровых V-образных «восьмерках» GM, чтобы повысить экономию топлива почти на 20%.
В настоящее время Tula Technologies и Eaton предлагают аналогичные системы для дальнемагистральных дизельных двигателей, в которых и меньшая выгода от топливной экономичности (в среднем 1,5–4,0%) приносит огромные дивиденды по выбросам NOx за счет стабилизации температуры выхлопных газов на уровне, необходимом для поддержания наиболее продуктивной работы катализаторов.
Инновационные нагнетатели
Мощность двигателя ограничена количеством воздуха, которое он может «проглотить», поэтому более века назад были разработаны нагнетатели с приводом от коленчатого вала и турбонагнетатели с приводом от выхлопных газов. Электрические нагнетатели, использующие рекуперативную энергию, в частности, на двигателях Volvo Drive E и Mercedes M256; добавление мотора/генератора к турбонагнетателю устраняет отставание по мощности и позволяет концентрировать оптимальные количества энергии во время движения.
Еще два интересных варианта компрессоров с кривошипно-шатунным приводом: центробежный нагнетатель Torotrak V-Charge и нагнетатель типа Lysholm от Hansen Engine. В первом используется бесступенчатый трансмиссионный привод, чтобы быстро подбирать скорость в соответствии с потребностями. Второй оснащен специальным окном, которое открывается или закрывается в зависимости от потребности в давлении воздуха, тем самым минимизируя потери для обеспечения эффективности турбонаддува.
Необычные системы зажигания
Поскольку для сгорания топлива требуется время, обычные свечи зажигания срабатывают, когда поршень уже движется вверх, что делает первоначальное сгорание контрпродуктивным. Схемы одновременного воспламенения большего количества смеси обеспечивают более быстрое сгорание, что позволяет ему в основном происходить при ходе вниз. Ford разработал лазеры ближнего инфракрасного диапазона для зажигания нескольких точек в камере сгорания, но стоимость и надежность такой системы пока не вызывают особого оптимизма с точки зрения массового производства.
Встраиваемая свеча зажигания Transient Plasma, скажем так, впрыскивает порции низкотемпературной плазмы, способной быстро и «холодно» воспламенить ультраобедненные смеси для повышения экономии топлива на 15–20% и значительного снижения выбросов NOx.
Даже новую форкамерную систему Twin-Combustion от Maserati можно квалифицировать как ускоритель зажигания.
Переменная степень сжатия
Концепция переменной степени сжатия подразумевает высокую компрессию для экономного движения в крейсерском режиме со стабильной скоростью и низкую, когда турбонаддув переходит в фазу нагнетания. Первым автопроизводителем, поставившим данную технологию на поток, стал Nissan/Infiniti со своим 2,0-литровым VC-Turbo. С помощью хитро сконструированных поршневых шатунов этот двигатель может прямо на ходу плавно изменять степень сжатия от 8:1 до 14:1.
Однако эксплуатационные характеристики и производительность Nissan/Infiniti VC-Turbo пока не сильно впечатляют экспертов. Да и пользователей тоже. Технология требует доработки во многих отношениях.
Ее прямым развитием является прототип FEV, использующий более простую схему с эксцентриковым шатуном – давление масла, подаваемое через коленчатый вал, приводит во вращение эксцентриковый подшипник в конце поршня. Тем самым степень сжатия изменяется в более узком диапазоне с 8:1 до 12:1, но при этом точно сокращает потребление топлива на 8–10%.
Хотя, конечно, всегда следует помнить, что более высокая степень сжатия (17:1) улучшает характеристики холодного пуска, снижает выбросы углеводородов и повышает переносимость топлива с низким цетановым числом, а более низкая компрессия (14:1) снижает выбросы твердых частиц и позволяет усилить турбонаддув в условиях эксплуатации с высокой нагрузкой.
Компрессионное воспламенение
Экономичность дизеля с эмиссией бензинового двигателя! Это дихотомическое обещание технологии HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition – компрессионное воспламенение однородной смеси), способной спонтанно воспламенять обедненные бензиновые смеси путем сжатия. GM, Mercedes и Hyundai внедряли многообещающие программы HCCI, но только Mazda запустила HCCI в массовое производство. Ну, как бы запустила. SkyactivX все-таки иногда использует свечи зажигания и все еще считается слишком дорогим удовольствием для продажи во многих странах мира, в том числе и в Северной Америке.
В идеале двигатель HCCI сжигает бензин, но использует воспламенение только от сжатия, как и дизельный двигатель, а не свечу зажигания. Теоретически это обеспечивает эффективность дизеля без образования сажи и высоких выбросов оксидов азота (NOx). Однако для этого требуется гораздо более точный контроль температуры на впуске, а также момента зажигания.
Компания Nautilus Engineering предложила концепцию HCCI, включающую небольшой поршень наверху основного поршня, который входит в свой собственный цилиндр с более высокой степенью сжатия в верхней части хода, чтобы инициировать воспламенение от сжатия. Однако нам неизвестно о каких-либо OEM-контрактах, заключенных компанией.
Более совершенный вариант – воспламенение от сжатия с предварительным смешиванием смеси (PCCI – Pre-mix Сharge Сompression Ignition). По идее, это золотая середина между воспламенением от сжатия дизельного двигателя и HCCI, потому что сначала впрыскивается меньшее количество топлива, чтобы позволить ему лучше смешаться с воздухом в камере сгорания, а затем большее. Такое решение обеспечивает более четкий контроль времени зажигания, чем HCCI, но также может создавать очаги несгоревших побочных продуктов, что плохо сказывается на выбросах. Кроме того, двигатели PCCI имеют довольно узкий рабочий диапазон с высоким потенциалом детонации при полностью открытой дроссельной заслонке.
Третий вариант – воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI – Reactivity-Controlled Compression Ignition). В этой технологии используются два вида топлива: топливо с низкой реактивностью (например, бензин), которое впрыскивается через специальный порт, и топливо с высокой реактивностью (например, дизельное топливо), впрыскиваемое напрямую. Этот метод приводит к значительному повышению эффективности, но по-прежнему характеризуется довольно высокими выбросами. Сложность использования одновременно двух видов топлива также может сделать его коммерчески нереализуемым.
Системы рекуперации отработанной энергии
Двигатели внутреннего сгорания, как известно, выделяют много тепла и вибрации; почему бы не использовать их для выработки термоэлектрической или пьезоэлектрической энергии? Предложенная BMW система Turbosteamer и многие другие отказались от реализации таких концепций по причине их высокой стоимости и веса.
Твердотельные термоэлектрические генераторы могут превращать тепло, как правило, от компонентов системы выхлопа и самого выхлопа непосредственно в электричество. (Осуществимость производства требует повышения эффективности необходимых материалов по сравнению с сегодняшним уровнем примерно на 5%.) Исследователи из Университета Дьюка предлагают использовать пьезоэлектрические кристаллы, подобные кристаллам, расширяющимся под действием напряжения, для приведения в действие форсунок прямого впрыска для выработки энергии при вибрации.
Совершенно новые концепции двигателей
Любая принципиально новая конструкция двигателя внутреннего сгорания сталкивается с огромной промышленной инерцией. Особенно сейчас, когда все грезят электроприводом. Тем не менее несколько интересных и необычных идей не стоит сбрасывать со счетов.
Achates Power недавно получила еще один грант в размере 5 миллионов долларов от армии США для продолжения разработки своего (вы только вдумайтесь, как это звучит) трехцилиндрового двухтактного двигателя с шестью оппозитными поршнями и двумя коленчатыми валами. Как сообщается пресс-службой компании, 4,9-литровый прототип с супер- и турбонаддувом мощностью 275 л.с. по эффективности превосходит 6,7-литровый турбодизель Power Stroke в Ford F-Series на 20%.
Scuderi и Primavis предложили двигатели с разделенным циклом, которые выполняют циклы впуска/сжатия и сгорания/выпуска в отдельных цилиндрах, каждый из которых предназначен для выполнения своих конкретных задач. Благодаря этому ощутимо снижается температура. К сожалению, Scuderi столкнулась с юридическими проблемами со своими инвесторами. А Primavis переориентировала свой крошечный двухтактный двигатель на электротранспорт – с его помощью предполагается повысить запас хода электромобилей. Впрочем, как бы ни изменилась ситуация, оба проекта кажутся экспертам вполне жизнеспособными и с научной точки зрения достаточно обоснованными.
Концепцией LiquidPiston X-1 также заинтересовались служивые люди. Говоря простыми словами, она представляет собой роторный двигатель Ванкеля, вывернутый наизнанку и всего с двумя движущимися частями – вместо треугольного ротора внутри корпуса, выполненного в форме ореха у X-Engine, орехообразный ротор внутри треугольного корпуса. Но на выходе – просто исключительная по своим показателям удельная мощность.
Конструкция X-Engine сочетает высокую степень сжатия и прямой впрыск дизельного двигателя с процессом сгорания при постоянном объеме цикла Отто и способностью к чрезмерному расширению цикла Аткинсона. При этом, по словам разработчиков, полностью решаются все проблемы смазки и уплотнения, присущие роторному двигателю Ванкеля.
Ну и здесь же нельзя не упомянуть концепцию вращающейся турбины внутреннего сгорания Astron Aerospace, в которой намешано вообще что-то невообразимое: работа с разделенным циклом, HCCI, сверхдлинный цикл расширения и множество других замечательных идей. Она также все еще находится в активной разработке, обеспечивая впечатляющую мощность, крутящий момент и эффективность.
Зеленое топливо: сжигание без выбросов углерода
Биотопливо: использование зеленой энергии для производства топлива из растений, которые вытягивают CO2 из атмосферы, теоретически не добавляет нового CO2 в наш «парник». Но функционирование ДВС на чистом этаноле, сделанном из кукурузы, обычно не засчитывается в плюс экологии, потому что земля, используемая для выращивания этой кукурузы, как правило, конвертировала одно и то же количество CO2, независимо от того, становились ли ее плоды топливом или кукурузным сиропом с высоким содержанием фруктозы. Таким образом, в данном случае однозначно декларировать сокращения выбросов оксида углерода не вполне корректно.
Но помимо описанного известны и другие процессы изготовления биотоплива. В частности, из целлюлозного сырья, такого как стебли кукурузы, трава мискантус или других культур, посаженных там, где до этого ничего не выращивалось и не могло быть собрано. Кроме того, существует множество процессов для преобразования целлюлозных материалов или даже мусора в этанол, метанол или бутанол. Но, к сожалению, все они слишком дороги, чтобы конкурировать с дешевым бензином.
Прямое улавливание углерода: было предложено несколько схем для извлечения CO2 из воздуха и его гидрогенизации с образованием углеводородного топлива. Prometheus Fuels планирует производить бензин из CO2, а партнерство Audi/Sunfire намеревается изготавливать дизельное топливо из «голубой нефти», полученной путем использования экологически чистой электроэнергии для соединения углерода, выделенного из CO2, с водородом из воды. Компания Carbon Engineering планирует начать выпуск так называемого синтетического горючего в промышленных масштабах к 2022 году. И ReactWell надеется объединить разработанный в Национальной лаборатории Окриджа процесс трансформации CO2 непосредственно в этанол с собственным процессом его преобразования в сырую бионефть, которую затем можно перерабатывать в различные углеводородные топлива.
Что же в итоге? В итоге, как несложно посчитать, комплексное использование описанных выше технологий способно дать нам до 70% экономии топлива и до 50% сокращения эмиссии вредных веществ по сравнению с актуальными на данный момент показателями. Вот только какими с точки зрения ремонтопригодности станут оснащенные ими двигатели? Впрочем, это уже вопрос хоть из смежной, но все же другой области и разбираться с ним станут специалисты иного профиля.
Рабочий цикл двигателя: что это такое
Существует несколько различных типов двигателей, при этом на колесном, гусеничном, водном и даже иногда воздушном транспорте (грузовые и легковые авто, спецтехника, моторные лодки, самолеты и т.п.), нередко можно встретить двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Двигатели внутреннего сгорания бывают бензиновыми и дизельными, также могут успешно работать на газу и даже на водороде (водородный двигатель внутреннего сгорания). Еще моторы отличаются по конструкции, компоновке, бывают двухтактными и четырехтактными.
Так или иначе, широкое распространение силовой агрегат данного типа получил благодаря своей автономности, универсальности, а также целому ряду других преимуществ. При этом агрегаты имеют много различных параметров и характеристик, среди которых стоит отдельно выделить рабочий цикл. Далее мы поговорим о том, что означает рабочий цикл автомобильного двигателя внутреннего сгорания.
Содержание статьи
- Рабочий цикл ДВС: что нужно знать
- Как работает четырехтактный бензиновый двигатель
- Работа четырехтактного дизельного ДВС
- Синхронная работа нескольких цилиндров
Рабочий цикл ДВС: что нужно знать
Если рассматривать принцип работы двигателя внутреннего сгорания, топливо в таких агрегатах сгорает в закрытой камере (камера сгорания), куда подается готовая топливно-воздушная смесь или воздух и топливо по отдельности (дизельные агрегаты и моторы с прямым впрыском).
Работа такого мотора основана на том, что во время сгорания топлива происходит расширение газов. Указанные газы становятся причиной роста давления в цилиндре, благодаря чему поршень получает «толчок». Затем энергия, переданная на поршень, преобразуется в механическую работу. Давайте рассмотрим принцип работы двигателя, а также рабочие циклы более подробно.
Итак, рабочий цикл двигателя – последовательно повторяющиеся процессы, которые протекают в цилиндрах в рамках трансформации тепловой энергии топлива в полезную механическую работу. Если один рабочий цикл совершается за 2 хода поршня, когда коленчатый вал делает один оборот, такой двигатель является двухтактным.
Двигатели, которые устанавливаются на автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу (четырехтактный двигатель). Это значит, рабочий цикл совершается за два оборота коленвала и четыре хода поршня. Работу такого ДВС можно разделить на такты: такт впуска, такт сжатия, такт рабочего хода, такт выпуска.
Как работает четырехтактный бензиновый двигатель
Чтобы было понятнее, начнем с того, что когда поршень в цилиндре во время работы ДВС начинает занимать крайние положения (максимально приближен или удален по отношению к оси коленчатого вала), эти положения принято называть ВМТ и НМТ. ВМТ означает верхняя мертвая точка, тогда как НМТ значит нижняя мертвая точка. Теперь вернемся к тактам.
- На такте впуска коленчатый вал двигателя делает первую половину оборота, при этом поршень из ВМТ движется в НМТ. В этот момент открыт впускной клапан, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз в цилиндре образуется разрежение, в результате чего в цилиндр «засасывается» топливно-воздушная смесь через открытый впускной клапан. Рабочая смесь состоит из воздуха и распыленного топлива (в некоторых двигателях на такте впуска поступает только воздух).
- Следующим тактом является сжатие. После того, как произойдет наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью, коленвал начинает совершать вторую половину оборота.
- К тому времени, когда поршень подойдет к концу такта сжатия (практически дойдет до ВМТ), смесь в бензиновых двигателях воспламеняется от внешнего источника (электрическая искра на свече зажигания). Затем топливный заряд сгорает, в результате в цилиндре резко повышается температура и давление. В этот момент поршень уже перемещается обратно из ВМТ в нижнюю мертвую точку, принимая на себя энергию расширяющихся газов.
Далее от поршня через шатун энергия передается на КШМ, позволяя вращать коленчатый вал двигателя. Коленвал в это время делает третий по счету полуоборот, а движение поршня из ВМТ в НМТ называется рабочим ходом поршня.
- После того, как поршень почти дойдет до НМТ в конце рабочего хода, происходит открытие выпускного клапана. После этого давление в цилиндре снижается, несколько падает и температура. Затем начинается такт выпуска. В это время коленчатый вал совершает последний полуоборот, при этом поршень снова поднимается из НМТ в ВМТ, буквально «выталкивая» отработавшие газы из цилиндра через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор.
Работа четырехтактного дизельного ДВС
Хотя дизель конструктивно похож на бензиновый мотор, в дизельных двигателях изначально сжимается только воздух, после чего прямо в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо. При этом воспламенение такой смеси происходит самостоятельно (под большим давлением, а также в результате контакта с нагретым от сильного сжатия воздухом).
Простыми словами, воздух сначала сжимается и нагревается, в среднем, до 650 градусов по Цельсию. В самом конце такта сжатия в камеру сгорания топливная форсунка впрыскивает солярку, затем смесь дизтоплива и воздуха самовоспламеняется.
С учетом данной особенности на такте впуска (поршень движется из ВМТ в НМТ), за счет разряжения в цилиндр подается воздух через открытый впускной клапан. Давление и температура воздуха в этот момент имеют низкие показатели.
Затем начинается сжатие, поршень поднимается из НМТ в верхнюю мертвую точку. Как и в случае с бензиновым мотором, впускной и выпускной клапаны полностью закрыты, что позволяет поршню сильно сжать воздух.
Обратите внимание, для дизельного двигателя очень важно, чтобы температура сжатого воздуха была достаточной для воспламенения топлива. По этой причине степень сжатия в дизельных ДВС намного выше, чем в бензиновых. Далее, когда поршень практически доходит до ВМТ, происходит топливный впрыск (момент впрыска дизельного двигателя).
Если учесть, что давление воздуха в цилиндре высокое (необходимо для его нагрева), дизельное топливо в момент впрыска должно также подаваться под очень высоким давлением. Фактически, форсунке нужно «продавить» солярку в камеру сгорания, в которой уже находится сильно сжатый поршнем и горячий воздух.
Для решения этой задачи многие системы питания дизельного двигателя имеют ТНВД (топливный насос высокого давления). Также в схеме могут быть использованы насос-форсунки (форсунка и насос объединены в одно устройство). Еще существуют варианты, когда питание двигателя реализовано при помощи так называемого «аккумулятора» высокого давления. Речь идет о системах Common Rail.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое крутящий момент и мощность двигателя. Из этой статьи вы подробно узнаете о данных характеристиках, в чем измеряется мощность и момент двигателя, как эти показатели зависят друг от друга и т.д.
После воспламенения заряда происходит расширение газов и начинается рабочий ход поршня. Температура в результате горения смеси повышается, происходит увеличение давления. Указанное давление газов «толкает» поршень, происходит рабочий ход. Завершающим этапом становится выпуск, когда поршень после совершения рабочего хода снова поднимается из НМТ в ВМТ. Затем весь описанный выше процесс (рабочий цикл двигателя) повторяется.
com/embed/AMwvcPELG2o» allowfullscreen=»allowfullscreen»>Синхронная работа нескольких цилиндров
Выше были описан принцип работы ДВС, при этом рассматривались процессы в одном цилиндре. Однако, как известно, большинство двигателей являются многоцилиндровыми. Для того чтобы добиться ровной и синхронной работы всех цилиндров, рабочий ход поршня в каждом отдельном цилиндре должен происходить через равный промежуток времени (одинаковые углы поворота коленвала).
При этом последовательность, с которой чередуются одинаковые такты в разных цилиндрах, принято называть порядком работы ДВС (например, 1-2-4-3). На практике это выглядит таким образом, что после рабочего хода в цилиндре 1, далее рабочий ход происходит во втором, четвертом, а уже затем в третьем цилиндре.
В зависимости от компоновки двигателя и его конструктивных особенностей последовательность (порядок работы) может быть разной. Дело в том, что двигатели бывают не только рядными, но и V-образными.
Рекомендуем также прочитать статью о КПД дизельного двигателя. Из этой статьи вы узнаете о данном параметре и от чего зависит КПД, а также почему дизельные моторы имеют КПД выше по сравнению с бензиновыми ДВС.
Во втором случае такая компоновка позволяет разместить цилиндры под углом, при этом становится возможным увеличить общее количество цилиндров без увеличения самой длины блока цилиндра двигателя. Такое решение позволяет разместить мощный многоцилиндровый ДВС под капотом не только большого внедорожника или грузовика, но и легкового авто.
Двигатель внутреннего сгорания — Простая англоязычная Википедия, бесплатная энциклопедия Пожалуйста, помогите
исправить их или обсудите эти проблемы на странице обсуждения .Английский язык, используемый в этой статье или разделе , может быть не всем легко понять . Вы можете помочь Википедии, прочитав Wikipedia:Как писать страницы на простом английском, а затем упростив статью. |
Эта статья не имеет источников . Вы можете помочь Википедии, найдя хорошие источники и добавив их. (февраль 2022 г.) |
Анимация, демонстрирующая работу четырехтактного двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель, в котором сгорание или сжигание топлива происходит внутри. Это отличается от двигателей внешнего сгорания, где огонь находится вне двигателя, например, в паровом двигателе.
Существует много видов двигателей внутреннего сгорания, но этот термин часто означает машину, которую изобрел Никлаус Отто. [ источник? ] В этом виде огонь вызывает повышение давления внутри герметичной коробки (цилиндра).
Давление толкает стержень, прикрепленный к колесу. Стержень толкает колесо и заставляет его вращаться. Прялка крепится к другим колесам, например четырем колесам автомобиля, с помощью ремня или цепи. Двигатель очень мощный и может заставить двигаться все колеса.Может быть много конфигураций двигателей внутреннего сгорания, таких как однопоршневой двигатель, рядный двигатель, плоский двигатель, двигатель V, двигатель VR, двигатель W, двигатель X, двигатель U, двигатель H, горизонтальный двигатель K, двигатель с оппозитным поршнем, дельта-двигатель, двигатель Ванкеля или роторный двигатель и радиальный двигатель, который обычно используется в самолетах.
Общие макеты[изменить | изменить источник]
Наиболее распространенными макетами среди этих движков являются макет V и встроенный макет. В V-образном двигателе поршни расположены в форме буквы V, если смотреть на них спереди. Могут быть двухцилиндровые двигатели V с 2 поршнями, двигатели V3, двигатели V4, двигатели V6, двигатели V8, двигатели V10, двигатели V12, двигатели V14, двигатели V16, двигатели V18, двигатели V20 и двигатели V24.
W, X, U, H, Horizontal K, Delta и двигатели с оппозитными поршнями имеют разные конфигурации. В двигателе W поршни выровнены в форме буквы W, если смотреть спереди. Bugatti Chiron, один из самых быстрых автомобилей в мире, оснащен двигателем W. Поршни в X выровнены, чтобы выглядеть как X спереди. В двигателе U есть 2 рядных двигателя с отдельными коленчатыми валами и общим выходным валом. Если смотреть на блок двигателя спереди, он напоминает U-образную форму. Двигатели H — это двигатели U, за исключением того, что к нижней части существующих рядных двигателей от двигателя U прикреплены еще 2 рядных двигателя.
Компоновку H и U можно настроить вертикально или горизонтально. В дельта-двигателях поршни расположены в форме треугольника. Однако на цилиндр / камеру сгорания приходится 2 поршня, поэтому минимальное количество поршней в треугольном двигателе равно 6. Горизонтальные двигатели K состоят из 2 плоских поршней, обращенных друг против друга внизу, и V-образного двигателя над ними, что делает их выглядят как горизонтальная буква К. В двигателях с оппозитными поршнями также по 2 поршня на цилиндр. Их можно выровнять по вертикали или по горизонтали. Когда в двигателе всего 2 поршня, его также можно назвать оппозитным двигателем.Радиальные двигатели[изменить | изменить источник]
Радиальные двигатели обычно используются в самолетах, но редко используются в автомобилях. Примером этого являются Porsche 356 и пикап Plymouth 1939 года. Поршни в радиальном двигателе расположены в форме звезды. При наличии нескольких комплектов поршней двигатели можно ставить рядом друг с другом.
Роторные двигатели/двигатели Ванкеля работают так же, как и поршневые двигатели, за исключением того, что у них нет поршня, а вместо этого имеется ротор, который также проходит через 4 основных этапа работы двигателя (впуск, сжатие, сгорание и выпуск).
Помимо множества компоновок двигателя, двигатель состоит из множества различных частей. Некоторые из них включают поршни, распределительные валы, коленчатые валы, зубчатые ремни, клапаны и многое другое. Все части двигателя должны быть полностью функциональными, чтобы он работал, и все части играют отдельную роль. Двигатель работает, сначала посылая энергию от автомобильного аккумулятора на катушку зажигания, которая затем вызывает искру двигателя. Затем искра воспламеняет сгорание в цилиндрах, и сгорание запускает двигатель.
В автомобиле могут быть бензиновые или дизельные двигатели. В бензиновых или бензиновых двигателях требуется система зажигания для сжигания топливно-воздушной смеси. Однако в дизельных двигателях для сжигания топлива не требуется система зажигания, вместо этого они используют другой тип топлива, называемый дизельным, аналогичный мазуту, и топливо сжигается за счет экстремального сжатия.
Механика[изменить | изменить источник]
Автомобиль запускается с помощью мощного электродвигателя, называемого стартером. Автомобиль запускается с помощью ключа, который подключен к соленоиду стартера (устройству, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию или движение), и когда ключ поворачивается в положение запуска, выключатель зажигания проверяет, что ключ принадлежит автомобилю, обычно используя систему иммобилайзера, а затем подключает цепь, подавая питание на реле стартера. Затем он посылает 2 разряда электричества в соленоид, причем больший разряд исходит непосредственно от аккумуляторной батареи в автомобиле, а другой — от зажигания. Магнитное поле, создаваемое соленоидом, соединяет две металлические контактные точки (металл является проводником электричества), одна из которых является плунжером соленоида, которые вместе передают электричество на стартер. Плунжер также входит в зацепление с вилкой, которая толкает шестерню (соединенную со стартером) для автоматического включения маховика, запуская двигатель.
Для получения дополнительной мощности требуется больше воздуха, чтобы увеличить энергию, выделяемую на единицу топлива. Здесь должна иметь место принудительная индукция. Есть несколько способов создания принудительной индукции, таких как турбокомпрессоры и нагнетатели. Турбокомпрессоры полагаются на объем и скорость выхлопа, чтобы вращать колесо турбины в середине турбонагнетателя. Турбокомпрессоры должны потреблять меньше энергии от двигателя, чем нагнетатели, и поэтому плохо реагируют на педаль газа. Эту задержку также можно назвать турболагом. Турбокомпрессоры меньшего размера быстро раскручиваются и обеспечивают большее давление наддува при более низких оборотах двигателя, но страдают при более высоких оборотах. Наоборот, большие турбонагнетатели могут выдавать больше мощности на более высоких оборотах, но имеют меньшую приемистость. В автомобиле может быть много турбокомпрессоров, но чаще всего их 1 и 2. С другой стороны, нагнетатели почти не имеют времени задержки, поскольку компрессор постоянно вращается пропорционально частоте вращения двигателя.
При использовании принудительной индукции резко повышается температура воздуха. Для охлаждения воздуха при более высоких температурах нужен интеркулер. Интеркулер охлаждает воздух перед поступлением в цилиндр (камеру сгорания) с помощью воздуха или воды. Когда горячий воздух поступает в камеру сгорания, он снижает эффективность использования топлива, поскольку теплый воздух содержит меньше кислорода, чем холодный воздух. Промежуточный охладитель воздух-воздух использует холодный воздух снаружи для охлаждения горячего воздуха, поступающего в промежуточный охладитель. Чем больше площадь поверхности интеркулера, тем холоднее может быть воздух. Существует 2 типа промежуточного охладителя воздух-воздух: стержневой и пластинчатый промежуточный охладитель и трубчатый и ребристый промежуточный охладитель. Стержневые и пластинчатые промежуточные охладители могут охлаждать воздух до более низкой температуры, но трубчатые и ребристые промежуточные охладители могут стоить меньше, а также иметь меньший вес. В промежуточных охладителях воздух-вода вместо использования воздуха снаружи используется охлаждающая жидкость для охлаждения проходящего через него воздуха, а затем используется радиатор для охлаждения охлаждающей жидкости. Промежуточные охладители воздух-вода сложнее, тяжелее и дороже, чем промежуточные охладители воздух-вода, но могут быть более эффективными, чем они.
Автомобильный аккумулятор используется для питания важных электрических компонентов, таких как компоненты, используемые для запуска автомобиля и стабилизации напряжения, поддерживающего работу двигателя путем преобразования химической энергии в электрическую.
Все электрические аксессуары в автомобиле управляются и питаются от генератора переменного тока, который преобразует часть механической энергии двигателя в электрическую энергию. Генератор также заряжает внутренний аккумулятор автомобиля. Однако генератор питается от ремня ГРМ, который перемещается только после запуска автомобиля, поэтому его нельзя использовать для запуска автомобиля, поэтому необходим аккумулятор. Генератор работает с ремнем ГРМ, который опирается на шкив, прикрепленный к генератору, который движется после запуска автомобиля. Когда ремень ГРМ вращает шкив, он вращает вал вращателя, прикрепленный к шкиву, который вращает магниты вокруг катушки. Вращающиеся магниты отвечают за создание тока, известного как переменный ток (AC), вокруг катушки, который затем направляется на выпрямитель генератора переменного тока, который преобразует переменный ток в другой ток, называемый постоянным током (DC). Постоянный ток используется для питания автомобиля и его электрических систем.
Внутренний компьютер автомобиля, также известный как электрический блок управления (ECU), решает многие вопросы, некоторые из которых включают впрыск топлива, требования к выхлопной системе и реакцию дроссельной заслонки, а для бензиновых двигателей он также может контролировать момент свечи зажигания для воспламенения смеси. воздуха и топлива в цилиндре. В основном он питается от генератора переменного тока, но перед запуском автомобиля он должен питаться от аккумулятора, поскольку он определяет впрыск топлива и момент зажигания, которые являются одним из ключевых факторов при запуске автомобиля. Внутренняя батарея автомобиля также работает как устройство защиты от перенапряжений (защищая ЭБУ от скачков напряжения переменного тока, которые обычно длятся от 1 до 30 микросекунд и могут достигать более 1000 вольт) для ЭБУ.
Автомобили также могут иметь шестерни. Все передачи контролируются коробкой передач. Они могут быть ручной, автоматической или бесступенчатой трансмиссией (CVT). Передаточные числа
Во впускном коллекторе автомобиль получает кислород для сжигания топлива.
Выхлоп в автомобиле – это пары, выходящие из трубы или труб (обычно в задней части автомобиля, но могут быть и по бокам)
Двигатели нуждаются в масле, чтобы сделать их скользкими, иначе движущиеся части будут тереться друг о друга и слипаться. Детали автомобильного двигателя измеряются с точностью до 0,01 миллиметра, и некоторые детали двигателя очень плотно прилегают друг к другу.
Большинство дорожных транспортных средств сегодня используют двигатель внутреннего сгорания, и большинство из них используют четырехтактный двигатель.
Газовые турбины — это двигатели внутреннего сгорания, которые работают непрерывно, а не тактами. Ракетные и артиллерийские двигатели — это двигатели внутреннего сгорания, но они не вращают колеса.
Двигатель внутреннего сгорания — Простая англоязычная Википедия, свободная энциклопедия Помогите пожалуйста
исправьте их или обсудите эти проблемы на странице обсуждения .Английский язык, используемый в этой статье или разделе , может быть не всем легко понять . Вы можете помочь Википедии, прочитав Wikipedia:Как писать страницы на простом английском, а затем упростив статью. (февраль 2022 г.) |
Эта статья не имеет источников . Вы можете помочь Википедии, найдя хорошие источники и добавив их. (февраль 2022 г.) |
Анимация, демонстрирующая работу четырехтактного двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания представляет собой двигатель, в котором сгорание или сжигание топлива происходит внутри. Это отличается от двигателей внешнего сгорания, где огонь находится вне двигателя, например, в паровом двигателе.
Существует много видов двигателей внутреннего сгорания, но этот термин часто означает машину, которую изобрел Никлаус Отто. [ источник? ] В этом виде огонь вызывает повышение давления внутри герметичной коробки (цилиндра). Давление толкает стержень, прикрепленный к колесу. Стержень толкает колесо и заставляет его вращаться. Прялка крепится к другим колесам, например четырем колесам автомобиля, с помощью ремня или цепи. Двигатель очень мощный и может заставить двигаться все колеса.
Может быть много конфигураций двигателей внутреннего сгорания, таких как однопоршневой двигатель, рядный двигатель, плоский двигатель, двигатель V, двигатель VR, двигатель W, двигатель X, двигатель U, двигатель H, горизонтальный двигатель K, двигатель с оппозитным поршнем, дельта-двигатель, двигатель Ванкеля или роторный двигатель и радиальный двигатель, который обычно используется в самолетах.
Общие макеты[изменить | изменить источник]
Наиболее распространенными макетами среди этих движков являются макет V и встроенный макет. В V-образном двигателе поршни расположены в форме буквы V, если смотреть на них спереди. Могут быть двухцилиндровые двигатели V с 2 поршнями, двигатели V3, двигатели V4, двигатели V6, двигатели V8, двигатели V10, двигатели V12, двигатели V14, двигатели V16, двигатели V18, двигатели V20 и двигатели V24. Компоновка VR такая же, как и V-образная, за исключением того, что угол между V-образной формой меньше, что делает общий привод более плавным. В рядных двигателях поршни выровнены по прямой линии. Могут быть рядные 1 двигатели, также называемые одинарными поршневыми двигателями, вплоть до рядных 14, которые в основном использовались в старых моделях автомобилей. Плоские двигатели такие же, как и рядные, но выровнены горизонтально.
W, X, U, H, Horizontal K, Delta и двигатели с оппозитными поршнями имеют разные конфигурации. В двигателе W поршни выровнены в форме буквы W, если смотреть спереди. Bugatti Chiron, один из самых быстрых автомобилей в мире, оснащен двигателем W. Поршни в X выровнены, чтобы выглядеть как X спереди. В двигателе U есть 2 рядных двигателя с отдельными коленчатыми валами и общим выходным валом. Если смотреть на блок двигателя спереди, он напоминает U-образную форму. Двигатели H — это двигатели U, за исключением того, что к нижней части существующих рядных двигателей от двигателя U прикреплены еще 2 рядных двигателя. Компоновку H и U можно настроить вертикально или горизонтально. В дельта-двигателях поршни расположены в форме треугольника. Однако на цилиндр / камеру сгорания приходится 2 поршня, поэтому минимальное количество поршней в треугольном двигателе равно 6. Горизонтальные двигатели K состоят из 2 плоских поршней, обращенных друг против друга внизу, и V-образного двигателя над ними, что делает их выглядят как горизонтальная буква К. В двигателях с оппозитными поршнями также по 2 поршня на цилиндр. Их можно выровнять по вертикали или по горизонтали. Когда в двигателе всего 2 поршня, его также можно назвать оппозитным двигателем.
Радиальные двигатели[изменить | изменить источник]
Радиальные двигатели обычно используются в самолетах, но редко используются в автомобилях. Примером этого являются Porsche 356 и пикап Plymouth 1939 года. Поршни в радиальном двигателе расположены в форме звезды. При наличии нескольких комплектов поршней двигатели можно ставить рядом друг с другом.
Роторные двигатели/двигатели Ванкеля работают так же, как и поршневые двигатели, за исключением того, что у них нет поршня, а вместо этого имеется ротор, который также проходит через 4 основных этапа работы двигателя (впуск, сжатие, сгорание и выпуск).
Помимо множества компоновок двигателя, двигатель состоит из множества различных частей. Некоторые из них включают поршни, распределительные валы, коленчатые валы, зубчатые ремни, клапаны и многое другое. Все части двигателя должны быть полностью функциональными, чтобы он работал, и все части играют отдельную роль. Двигатель работает, сначала посылая энергию от автомобильного аккумулятора на катушку зажигания, которая затем вызывает искру двигателя. Затем искра воспламеняет сгорание в цилиндрах, и сгорание запускает двигатель.
В автомобиле могут быть бензиновые или дизельные двигатели. В бензиновых или бензиновых двигателях требуется система зажигания для сжигания топливно-воздушной смеси. Однако в дизельных двигателях для сжигания топлива не требуется система зажигания, вместо этого они используют другой тип топлива, называемый дизельным, аналогичный мазуту, и топливо сжигается за счет экстремального сжатия.
Механика[изменить | изменить источник]
Автомобиль запускается с помощью мощного электродвигателя, называемого стартером. Автомобиль запускается с помощью ключа, который подключен к соленоиду стартера (устройству, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию или движение), и когда ключ поворачивается в положение запуска, выключатель зажигания проверяет, что ключ принадлежит автомобилю, обычно используя систему иммобилайзера, а затем подключает цепь, подавая питание на реле стартера. Затем он посылает 2 разряда электричества в соленоид, причем больший разряд исходит непосредственно от аккумуляторной батареи в автомобиле, а другой — от зажигания. Магнитное поле, создаваемое соленоидом, соединяет две металлические контактные точки (металл является проводником электричества), одна из которых является плунжером соленоида, которые вместе передают электричество на стартер. Плунжер также входит в зацепление с вилкой, которая толкает шестерню (соединенную со стартером) для автоматического включения маховика, запуская двигатель.
Для получения дополнительной мощности требуется больше воздуха, чтобы увеличить энергию, выделяемую на единицу топлива. Здесь должна иметь место принудительная индукция. Есть несколько способов создания принудительной индукции, таких как турбокомпрессоры и нагнетатели. Турбокомпрессоры полагаются на объем и скорость выхлопа, чтобы вращать колесо турбины в середине турбонагнетателя. Турбокомпрессоры должны потреблять меньше энергии от двигателя, чем нагнетатели, и поэтому плохо реагируют на педаль газа. Эту задержку также можно назвать турболагом. Турбокомпрессоры меньшего размера быстро раскручиваются и обеспечивают большее давление наддува при более низких оборотах двигателя, но страдают при более высоких оборотах. Наоборот, большие турбонагнетатели могут выдавать больше мощности на более высоких оборотах, но имеют меньшую приемистость. В автомобиле может быть много турбокомпрессоров, но чаще всего их 1 и 2. С другой стороны, нагнетатели почти не имеют времени задержки, поскольку компрессор постоянно вращается пропорционально частоте вращения двигателя. Однако для их работы требуется крутящий момент от двигателя. Некоторыми распространенными типами нагнетателей являются нагнетатель типа Рутса, нагнетатель винтового типа и нагнетатель центробежного типа. В нагнетателе типа Рутса на двух постоянно вращающихся барабанах расположены лопасти, которые нагнетают воздух во впускное отверстие. Нагнетатель типа Рутса представляет собой объемное устройство объемного типа и поэтому имеет то преимущество, что обеспечивает одинаковую степень сжатия при любой частоте вращения двигателя. Нагнетатель винтового типа, как и нагнетатель типа Рутса, представляет собой объемное устройство. Они состоят из 2 винтов, которые сжимают воздух и более эффективны, чем нагнетатели Рутса, поскольку они создают более холодный воздух на выходе, чем нагнетатель Рутса, но их сложнее изготовить. Нагнетатель центробежного типа не является объемным устройством. Хотя это похоже на турбокомпрессор, они очень разные, поскольку источником энергии центробежного нагнетателя является мощность коленчатого вала двигателя, тогда как турбокомпрессор использует выхлопные газы для вращения компрессора.
При использовании принудительной индукции резко повышается температура воздуха. Для охлаждения воздуха при более высоких температурах нужен интеркулер. Интеркулер охлаждает воздух перед поступлением в цилиндр (камеру сгорания) с помощью воздуха или воды. Когда горячий воздух поступает в камеру сгорания, он снижает эффективность использования топлива, поскольку теплый воздух содержит меньше кислорода, чем холодный воздух. Промежуточный охладитель воздух-воздух использует холодный воздух снаружи для охлаждения горячего воздуха, поступающего в промежуточный охладитель. Чем больше площадь поверхности интеркулера, тем холоднее может быть воздух. Существует 2 типа промежуточного охладителя воздух-воздух: стержневой и пластинчатый промежуточный охладитель и трубчатый и ребристый промежуточный охладитель. Стержневые и пластинчатые промежуточные охладители могут охлаждать воздух до более низкой температуры, но трубчатые и ребристые промежуточные охладители могут стоить меньше, а также иметь меньший вес. В промежуточных охладителях воздух-вода вместо использования воздуха снаружи используется охлаждающая жидкость для охлаждения проходящего через него воздуха, а затем используется радиатор для охлаждения охлаждающей жидкости. Промежуточные охладители воздух-вода сложнее, тяжелее и дороже, чем промежуточные охладители воздух-вода, но могут быть более эффективными, чем они.
Автомобильный аккумулятор используется для питания важных электрических компонентов, таких как компоненты, используемые для запуска автомобиля и стабилизации напряжения, поддерживающего работу двигателя путем преобразования химической энергии в электрическую.
Все электрические аксессуары в автомобиле управляются и питаются от генератора переменного тока, который преобразует часть механической энергии двигателя в электрическую энергию. Генератор также заряжает внутренний аккумулятор автомобиля. Однако генератор питается от ремня ГРМ, который перемещается только после запуска автомобиля, поэтому его нельзя использовать для запуска автомобиля, поэтому необходим аккумулятор. Генератор работает с ремнем ГРМ, который опирается на шкив, прикрепленный к генератору, который движется после запуска автомобиля. Когда ремень ГРМ вращает шкив, он вращает вал вращателя, прикрепленный к шкиву, который вращает магниты вокруг катушки. Вращающиеся магниты отвечают за создание тока, известного как переменный ток (AC), вокруг катушки, который затем направляется на выпрямитель генератора переменного тока, который преобразует переменный ток в другой ток, называемый постоянным током (DC). Постоянный ток используется для питания автомобиля и его электрических систем.
Внутренний компьютер автомобиля, также известный как электрический блок управления (ECU), решает многие вопросы, некоторые из которых включают впрыск топлива, требования к выхлопной системе и реакцию дроссельной заслонки, а для бензиновых двигателей он также может контролировать момент свечи зажигания для воспламенения смеси. воздуха и топлива в цилиндре. В основном он питается от генератора переменного тока, но перед запуском автомобиля он должен питаться от аккумулятора, поскольку он определяет впрыск топлива и момент зажигания, которые являются одним из ключевых факторов при запуске автомобиля. Внутренняя батарея автомобиля также работает как устройство защиты от перенапряжений (защищая ЭБУ от скачков напряжения переменного тока, которые обычно длятся от 1 до 30 микросекунд и могут достигать более 1000 вольт) для ЭБУ.
Автомобили также могут иметь шестерни. Все передачи контролируются коробкой передач. Они могут быть ручной, автоматической или бесступенчатой трансмиссией (CVT).