Многоцилиндровые двс: Многоцилиндровые двигатели
Работа многоцилиндрового двигателя | Двигатель автомобиля

Во время работы двигателя на его механизмы действуют значительные силы давления газов в цилиндре, силы инерции неравномерно движущихся деталей кривошипно-шатунного механизма, а также центробежные силы, возникающие вследствие вращения деталей. Эти силы непостоянны по величине и направлению своего действия, поэтому они вызывают неравномерную работу двигателя.

При неравномерной работе двигателя его механизмы работают с переменной нагрузкой, вследствие чего происходит интенсивный износ деталей. Особенно велика неравномерность работы одноцилиндрового четырехтактного двигателя.

Для достижения равномерности работы двигателя или устанавливают на коленчатом валу тяжелый маховик, или выполняют его многоцилиндровым.

Маховик накапливает энергию во время рабочего хода и отдает ее при совершении вспомогательных тактов. Но тяжелый маховик применяется только для стационарных двигателей, работающих, как правило, на постоянном режиме. Тяжелый маховик вследствие значительной инерции не обеспечивает необходимой автомобильному двигателю приемистости, т.е. способности двигателя быстро развивать и уменьшать обороты. Поэтому в автомобильных двигателях равномерность работы достигается не увеличением веса маховика, а за счет выполнения двигателя многоцилиндровым. В многоцилиндровом двигателе такты рабочего хода равномерно чередуются в отдельных цилиндрах, вследствие чего в значительной мере уравновешиваются силы инерции, возникающие в кривошипно-шатунном механизме при работе двигателя.

Для обеспечения наибольшей равномерности работы многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы такты рабочего хода в различных цилиндрах чередовались через равные промежутки времени и в определенной последовательности. Эта последовательность повторения одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы цилиндров двигателя.

Рис. Таблица чередования тактов четырехцилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1—2—4—3 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)

Однако не при любом порядке обеспечивается хорошая работа двигателя. Необходимо, чтобы очередные такты рабочего хода следовали в цилиндрах, наиболее удаленных одни от другого. В этом случае нагрузка на коренные подшипники коленчатого вала будет распределяться более равномерно; кроме того, отработавшие газы из цилиндра, в котором начинается выпуск, не будут попадать через выпускной трубопровод в цилиндр, в котором выпуск еще не закончился.

Наиболее удобными порядками работы автомобильных двигателей являются: для четырехцилиндрового — 1—2—4—3 и 1—3—4—2, для шестицилиндрового — 1—5—3—6—2—4 и для восьмицилиндрового — 1—5—4—2—6—3—7—8.

Порядок работы цилиндров обычно изображается в виде таблицы чередования тактов.

Рассмотрим, как происходит работа четырехтактного четырехцилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1—2—4—3. Так как рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала (720°), а число рабочих ходов, происходящих за это время, равно четырем, то для правильного чередования рабочих ходов кривошипы коленчатого вала смещены один относительно другого на 180° (720°: 4), т.е. на пол-оборота коленчатого вала, и находятся, таким образом, в одной плоскости.

Во время работы двигателя поршни в первом и четвертом цилиндрах при первом полуобороте первого оборота коленчатого вала перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, в первом цилиндре происходит рабочий ход, в четвертом цилиндре — такт впуска. Во втором и третьем цилиндрах поршни перемещаются в это время к верхней мертвой точке, во втором цилиндре происходит такт сжатия, а в третьем — такт выпуска.

Во время второго полуоборота первого оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, в первом цилиндре происходит такт выпуска, а в четвертом — такт сжатия. Поршни второго и третьего цилиндров в это время перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, во втором цилиндре происходит рабочий ход, в третьем — такт впуска.

Во время первого полуоборота второго оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемешаются от верхней мертвой точки к нижней, в первом цилиндре происходит такт впуска, в четвертом — рабочий ход. Поршни второго и третьего цилиндров в это время перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, во втором цилиндре происходит такт выпуска, в третьем такт сжатия.

Во время второго полуоборота второго оборота коленчатого вала поршни в первом и четвертом цилиндрах перемещаются от нижней мертвой точки к верхней, в первом цилиндре происходит такт сжатия, в четвертом —такт выпуска. Поршни во втором и третьем цилиндрах перемещаются от верхней мертвой точки к нижней, во втором цилиндре происходит такт впуска, в третьем — рабочий ход.

Четырехцилиндровый четырехтактный двигатель с порядком работы цилиндров 1—3—4—2 отличается от двигателя с порядком работы 1—2—4—3 лишь конструкцией распределительного механизма, которая определяет несколько иную последовательность открытия и закрытия клапанов и чередования тактов.

Оба порядка работы цилиндров, принятые для отечественных четырехтактных четырехцилиндровых двигателей, полностью равноценны и по равномерности, и по качеству работы двигателей. На отечественных автомобилях широко используются шестицилиндровые двигатели, у которых цилиндры расположены в один ряд. Такие двигатели называются рядными в отличие от двигателей, цилиндры которых расположены в два ряда под некоторым углом один к другому.

В шестицилиндровом рядном двигателе коленчатый вал имеет шесть кривошипов. Так как рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала (720°), а количество рабочих ходов за это время равно шести, то для правильного чередования рабочих ходов кривошипы коленчатого вала смещены один относительно другого на 120° (720°: 6), т. е. на одну треть оборота вала.

Для однорядных шестицилиндровых двигателей применяется следующее расположение кривошипов: 1—6 — вверх, 2—5 — налево, 3—4 — направо, если смотреть со стороны переднего конца вала.

При вращении коленчатого вала поршни в шестицилиндровом двигателе проходят через мертвые точки не все одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а только попарно. Поэтому и такты во всех цилиндрах начинаются и кончаются также не одновременно, а смещены в одной паре цилиндров относительно другой на 60°.

Перекрытие тактов и порядок чередования рабочих ходов в шестицилиндровом четырехтактном двигателе показаны в таблице на рисунке.

Рис. Таблица чередования тактов шестицилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы 1—5—3—6—2—4 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)

Особенностью двухтактных дизелей является то, что их рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала (360°). Поэтому и взаимное расположение кривошипов коленчатых валов имеет свои особенности: в четырехцилиндровом двигателе кривошипы смещены один относительно другого на 90° (360°: 4), в шестицилиндровом — на 60° (360°: 6).

Рис. Таблица чередования тактов шестицилиндрового двухтактного дизеля с порядком работы 1—5—3—6—2—4 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)

Перекрытие тактов и порядок чередования рабочих ходов в двухтактном шестицилиндровом дизеле показаны в таблице на рисунке.

В настоящее время на автомобилях широкое применение получили восьмицилиндровые V-образные двигатели. Цилиндры у этих двигателей располагаются в два ряда, чаще всего под углом 90°. Коленчатый вал таких двигателей имеет четыре кривошипа, смещенных один относительно другого на 90°. На каждую шейку кривошипа опираются одновременно по два шатуна.

В восьмицилиндровом двигателе за рабочий цикл (720°) совершается восемь рабочих ходов; их чередование, следовательно, происходит через 90° (720°: 8). Порядок работы цилиндров и чередование тактов в восьмицнлиндровом двигателе показаны в таблице на рисунке.

Рис. Таблица чередования тактов восьмицилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1—5—4—2—0—3—7—8 (цифры в графе «Положение кривошипов коленчатого вала» обозначают порядковые номера цилиндров)

В многоцилиндровых двигателях вследствие непрерывного чередования рабочих ходов и перекрытия их одного другим обеспечивается более плавное и равномерное вращение коленчатого вала. Многоцилиндровые двигатели работают более устойчиво, без толчков и сотрясений, присущих одноцилиндровым двигателям.

Работа многоцилиндровых двигателей | Двигатель автомобиля

Коленчатый вал одноцилиндрового двигателя вращается неравномерно: ускоренно — во время такта расширения и замедленно — в других тактах. При сгорании заряда горючей смеси, необходимого для получения нужной мощности, на детали кривошипно-шатунного механизма действует ударная нагрузка, что увеличивает их износ и вызывает колебания всего двигателя.

При движении поршня, шатуна и коленчатого вала возникают значительные силы инерции, которые достаточно сложно уравновесить. Кроме того, для такого двигателя характерна плохая приемистость, т. е. способность быстро увеличивать частоту вращения коленчатого вала при увеличении количества сгораемого топлива.

Чтобы устранить недостатки одноцилиндровых двигателей, на тракторах и автомобилях устанавливают многоцилиндровые двигатели, т. е. такие, у которых несколько одноцилиндровых двигателей объединены в один. Коленчатый вал этих двигателей вращается более равномерно.

Расположение цилиндров таких двигателей может быть одно- или двухрядным. Цилиндры большинства однорядных двигателей размещают вертикально, двухрядных — под углом друг к другу. Двухрядные двигатели могут быть V — образные (угол между цилиндрами меньше 180°) и оппозитные (угол между цилиндрами равен 180°).

Схемы расположения цилиндров двигателя

Рисунок. Схемы расположения цилиндров двигателя: а — однорядное; б — двухрядное V — образное; в — двухрядное оппозитное

Отечественные двигатели имеют различное число цилиндров — от 2 до 12. В много цилиндровых двигателях такты расширения осуществляются в определенной последовательности, в соответствии с порядком работы, который зависит от расположения цилиндров, взаимного положения кривошипов коленчатого вала и последовательности открытия и закрытия клапанов механизма газораспределения.

Рассмотрим работу многоцилиндровых двигателей на примере четырехцилиндрового однорядного двигателя.

Этот двигатель можно представить как соединенные вместе четыре одноцилиндровых двигателя с одним общим коленчатым валом, кривошипы (колена) которого расположены в одной плоскости. Два крайних колена направлены в одну сторону, а два средних — в противоположную (под углом 180°).

Работа четырехцилиндрового четырехтактного двигателя

Рисунок. Работа четырехцилиндрового четырехтактного двигателя (порядок работы 1-3-4-2)

В этом случае поршни движутся в цилиндрах в одном направлении попарно. Если в первом и четвертом цилиндрах поршни опускаются, то во втором и третьем — поднимаются (и наоборот).

Работа многоцилиндрового двигателя — Студопедия

Контрольные вопросы

1. Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания.

2. Основные механизмы двигателя, системы и их назначение.

3. Основные определения, принятые для двигателей.

 

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ

 

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в его цилиндре происходит периодически повторяющийся ряд изменений состояния рабочего тела (газа).

 

Рабочий цикл двигателя – комплекс последовательных процессов (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск), в результате которых энергия топлива преобразуется в механическую работу.

 

Такт – часть рабочего цикла, происходящая за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. условно принимаем, что такт происходит за один ход поршня.

 

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня или за два оборота коленчатого вала, называют четырехтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, считают двухтактными.

 

Рабочий цикл четырехтактного дизеля.В отличие от карбюраторного двигателя вцилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

 

Такт впуска.Поршень5 (рис.6.2,а)движется от в.м.т.к н.м.т.,впускной клапан1открыт, в цилиндр 4 поступает воздух. Давление в конце такта 0,08…0,09 МПа, температура воздуха 320…340 К.

 

Такт сжатия. Оба клапана закрыты.Поршень5движется от н.м.т.к в.м.т. (рис.6.2 б), сжимая воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…18) давление воздуха в конце этого такта достигает 3,5…4,0 МПа, а температура (750…950 К) превышает температуру самовоспламенения топлива. При положении поршня, близком к в. м. т., в цилиндр через форсунку 2 начинается впрыскивание жидкого топлива, подаваемого насосом 6 высокого давления. Устройство форсунки обеспечивает тонкое распыливание топлива в сжатом воздухе.



 

Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и остаточными газами, образуя рабочую смесь. Большая часть топлива воспламеняется и сгорает. Давление газов достигает 5,5…9,0 МПа, температура – 1900…2400 К.

 

Такт расширения. Оба клапана закрыты.Поршень5под давлением расширяющихсягазов движется от в.м.т. к н.м.т. (рис. 6.2, в). В начале такта расширения сгорает остальная часть топлива. К концу такта расширения давление газов уменьшается до

0,2…0,3 МПа, температура – до 900…1200 К.



 

Такт выпуска. Выпускной клапан3открывается.Поршень5движется от н.м.т.кв.м.т. (рис. 6.2, г) и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы из цилиндра в атмосферу. К концу такта давление газов 0,11…0,12 МПа, температура 650…900 К.

Далее рабочий цикл повторяется.

В течение рабочего цикла описанных двигателей только в такте расширения поршень перемещается под давлением газов и посредством шатуна приводит во вращательное движение коленчатый вал. При выполнении остальных тактов – выпуска, впуска и сжатия – поршень нужно перемещать, вращая коленчатый вал. Это подготовительные такты, которые осуществляются за счет кинетической энергии, накопленной маховиком в такте расширения. Маховик, обладающий значительной массой, крепят на конце коленчатого вала.

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определение рабочего цикла двигателя.

2. Поясните рабочий цикл карбюраторного четырехтактного двигателя.

3. Поясните рабочий цикл четырехтактного дизеля.

 

ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ И МЕХАНИЗМЫ ДВИГАТЕЛЯ

 

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя.Двухтактные двигателивыполняются с внешним и внутренним смесеобразованием. Простейший из них – одноцилиндровый двигатель с внешним смесеобразованием, у которого кривошипная камера выполняет роль предварительного компрессора. Такие двигатели называют двигателями с кривошипно-камерной продувкой (рис. 7.1). В нем одновременно происходит два процесса: один – над поршнем, а второй – под поршнем. При движении

 

н.м.т. над поршнем происходит горение рабочей смеси (рабочий ход), а под поршнем

 

– сжатие. При приближении к нижней мертвой точке открываются выпускные и продувочные окна, надпоршневое пространство соединяется с атмосферой и кривошипной камерой, в результате происходит выпуск газов, а цилиндр продувается и заполняется свежей смесью из кривошипной камеры. Этим заканчивается первый такт.

 

Рисунок 7.1 Схема устройства и работы двухтактного двигателя:

 

1 – канал, идущий из кривошипной камеры; 2 – продувочное окно; 3 – поршень; 4 – цилиндр; 5 – свеча; 6 – выпускное окно; 7 – впускное окно; 8 — карбюратор; 9 — кривошипная камера.

 

Второй такт происходит при движении поршня к в.м.т.: над поршнем – сжатие, а объем кривошипной камеры увеличивается и заполняется свежим зарядом, т.е. там происходит впуск.

 

Эти двигатели имеют невысокую степень сжатия, и горючая смесь в них воспламеняется от искры, как и в четырехтактных карбюраторных двигателях.

 

Применение двухтактного цикла в многоцилиндровых двигателях возможно только при наличии дополнительного компрессора (нагнетателя), необходимого для продувки и заполнения цилиндров.

 

По двухтактному циклу могут работать и дизели, но так как у них воспламенение топлива происходит от высокой температуры сжатого воздуха, то степень сжатия в этом случае должна быть примерно вдвое больше, чем у карбюраторного двигателя, и топливо должно впрыскиваться форсунками, а не всасываться.

Двухтактного дизеля с принудительной прямоточной продувкой. При рабочем ходе поршня вблизи н.м.т. открываются выпускные клапаны 3 и продувочные окна 4, цилиндр очищается от продуктов сгорания и заполняется свежим зарядом воздуха.

 

начале хода поршня к в.м.т. закрываются продувочные окна и клапан, происходит сжатие воздуха до 3,0…4,0 МПа.

 

Около в. м. т. в цилиндр впрыскивается топливо, где оно воспламеняется и горит. Рабочий ход поршня – как и в четырехтактных двигателях.

 

Работа многоцилиндрового двигателя

 

Для уменьшения массы и габаритов, снижения неравномерности частоты вращения коленчатого вала и уменьшения необходимой массы маховика на тракторах и автомобилях применяют многоцилиндровые двигатели.

 

Большинство тракторных двигателей – четырехцилиндровые. Они имеют удовлетворительную уравновешенность инерционных сил, а рабочие такты отдельных цилиндров происходят в них равномерно через 180 °.

 

Рабочие процессы в цилиндрах в зависимости от расположения кулачков на распределительном (кулачковом) валу могут происходить с порядком 1–3–4–2 или 1–2– 4–3. На тракторных дизелях, как правило, применяют первый из указанных порядков работы.

 

Шести- и восьмицилиндровые двигатели выполняют с пространственной схемой коленчатого вала, при которой его колена развернуты на 90°.

 

При этом порядок работы восьмицилиндрового двигателя типа ЗИЛ-130 будет 1–5– 4–2–6–3–7–8. Цилиндры нумеруются от вентилятора к маховику, и в правом ряду имеют меньшие номера (1, 2, 3 и 4).

 

двенадцатицилиндрового двигателя ЯМЗ-240Б развал цилиндров равен 75°, а порядок работы цилиндров выражается следующим рядом цифр: 1–12–5–8–3–10–6–7– 2–11–4–9.

 

Двигатели различной мощности и с разным числом цилиндров можно сравнивать, используя следующие показатели: удельную мощность, т. е. мощность, приходящуюся на 1 кг массы двигателя, литровую мощность, снимаемую с 1 л рабочего объема, удельный расход топлива на единицу мощности.

 

Кривошипно-шатунный механизм–основной рабочий механизм поршневогодвигателя. Он участвует в совершении рабочего цикла двигателя и преобразует возвратно-поступательное движение поршня, воспринимающего силу давления расширяющихся газов, во вращательное движение коленчатого вала. Элементы кривошипно-шатунного механизма условно можно разделить на две группы: неподвижные и подвижные.

 

К неподвижным элементам механизма относятся цилиндры, головки цилиндров, картер с подшипниками коленчатого вала и связующие детали. Все это образует корпус двигателя. Подвижные элементы механизма: поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатуны с подшипниками, коленчатый вал с маховиком и гасителем крутильных колебаний.

 

Гаситель крутильныхколебаний(демпфер)применяют в высокооборотныхмногоцилиндровых двигателях для гашения крутильных колебаний и частичного поглощения энергии, вносимой возбуждающим моментом в систему коленчатого вала при резонансе. Его обычно устанавливают на переднем конце коленчатого вала.

 

Крепление двигателя на раме трактора и автомобиля.Несмотря на сравнительнохорошую уравновешенность современных тракторных и автомобильных двигателей, во время их работы все же возникают вибрации, которые не должны передаваться на раму или полураму, а через них – на корпус мобильной машины. Поэтому крепление (подвеска) двигателя должно быть таким, чтобы уменьшить передачу вибраций машины и предотвратить появление напряжений в блок-картере в случае возникновения перекосов в раме или полураме при движении мобильной машины по неровной дороге. Двигатели крепят к рамам или полурамам в трех, четырех или пяти точках. Наибольшее распространение получила трехточечная подвеска, так как она снижает монтажные напряжения и возникающие напряжения при деформации лонжеронов рамы.

 

Упругие элементы подвески обычно выполняют в виде резиновых амортизаторов, привулканизированных к каркасу. Для максимального поглощения энергии колебаний силового агрегата их изготавливают из специальной резины с большими потерями на гистерезис. Резиновые амортизаторы, находящиеся под опорами, снижают ударные нагрузки на двигатель при движении машины и уменьшают вибрацию, воспринимаемую от двигателей рамой или полурамой. Кроме того, опоры удерживают двигатель от продольного смещения при выключении сцепления, резком разгоне или торможении машины.

 

На тракторах МТЗ-80 и МТЗ-82 двигатель крепят следующим образом: заднюю часть блок-картер а через лист жестко связывают с корпусными деталями трактора; переднюю подвеску выполняют в виде упругого резинометаллического амортизатора, установленного между крышкой распределительных шестерен и передней шарнирной опорой, закрепленной на переднем брусе полурамы.

 

Назначение и общее устройство механизма газораспределения.Механизмгазораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндры двигателя свежего заряда и для выпуска отработавших газов. В зависимости от типа органов, с помощью которых цилиндр двигателя сообщается с окружающей средой, механизмы газораспределения делятся на золотниковые, комбинированные и клапанные.

 

Золотниковые механизмы газораспределения, несмотря на некоторые преимущества (возможность обеспечения больших проходных сечений впускных и выпускных отверстий, лучшие условия охлаждения, меньшая шумность работы), в поршневых двигателях широкого распространения не получили. Практически золотниковый принцип газораспределения используется лишь в двухтактных двигателях с контурными и прямоточно-щелевыми схемами продувки, где полость цилиндра сообщается с окружающей средой через окна в его стенке, открываемые и закрываемые поршнем.

 

Комбинированные механизмы газораспределения применяются с прямоточной клапанно-щелевой продувкой. Свежий заряд поступает в цилиндр через окна в его стенке, а отработавшие газы удаляются при помощи клапанов (ЯМЗ-204 и ЯМЗ-206).

 

Клапанные механизмы – основной тип механизмов газораспределения, применяемых в современных тракторных и автомобильных двигателях. Как правило, они характеризуются простотой конструкции, малой стоимостью изготовления и ремонта, совершенством уплотнения рабочей полости цилиндра и надежностью работы. Если клапаны расположены в блок-картере и открываются при движении вверх (в направлении от коленчатого вала), то их называют нижними (боковыми) клапанами в отличие от верхних (подвесных) клапанов, которые установлены на головке цилиндров и открываются при движении вниз (в направлении к коленчатому валу).

 

Сравнение этих двух механизмов показывает, что механизм с нижним (боковым) расположением клапанов состоит из меньшего числа деталей, но образует вытянутую

щелевидную форму камеры сгорания, а механизм с верхним расположением клапанов усложнен по устройству, но обеспечивает хорошую компактность камеры сгорания.

 

21 Порядок работы многоцилиндрового двигателя

Порядок
работы многоцилиндрового двигателя

зависит
от типа двигателя (расположения
цилинд­ров) и от количества цилиндров
в нем.

Чтобы
многоцилиндровый двигатель работал
равномерно, такты расширения должны
следовать через равные углы поворота
коленчатого вала (т. е. через равные
промежутки времени). Для определения
этого угла продолжительность цикла,
выраженную в градусах поворота коленчатого
вала, делят на число цилиндров. Например,
в четырехцилиндровом четырехтактном
двигателе такт расширения (рабочий ход)
происходит через 180° (720 : 4) по отношению
к предыдущему, т. е. через половину
оборота коленчатого вала. Другие такты
этого двигателя чередуются также через
180°. Поэтому шатунные шейки коленчатого
вала у четырех цилиндровых двигателей
расположены под углом 180° одна к другой,
т. е. лежат в одной плоскости. Шатунные
шейки первого и четвертого цилиндров
направлены в одну сторону, а шатунные
шейки второго и третьего цилиндров —
в противоположную сторону. Такая форма
коленчатого вала обеспечивает равномерное
чередование рабочих ходов и хорошую
уравновешенность двигателя, так как
все поршни одновременно приходят в
крайнее положение (два поршня вниз и
два вверх).

Последовательность
чередования одноименных тактов в
цилиндрах называют порядком работы
двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых
отечественных     тракторных 
   двигателей 1—3—4—2. Это
означает, что после рабочего хода в
первом цилиндре следующий рабочий ход
происходит в третьем, затем в четвертом
и, наконец, во втором цилиндре. Определенная
последовательность соблюдается и в
других многоцилиндровых двигателях.

При
выборе порядка работы двигателя
конструкторы стремятся равномернее
распределить нагрузку на коленчатый
вал.

Одноименные
такты у четырехтактного шестицилиндрового
двигателя совершаются через поворот
коленчатого вала на 120°. Поэтому шатунные
шейки расположены попарно в трех
плоскостях под углом 120°. У четырехтактного
восьмицилиндрового двигателя одноименные
такты происходят через 90° поворота
коленчатого вала и его шатунные шейки
расположены крестообразно под углом
90° одна к другой.

В
восьмицилиндровом четырехтактном
двигателе за два оборота коленчатого
вала совершается восемь рабочих ходов,
что способствует его равномерному
вращению.

Порядок
работы восьмицилиндровых четырехтактных
двигателей 1— 5—4—2—6—3—7—8, а
шестицилиндровых 1—4—2—5—3—6.

Зная
порядок работы цилиндров двигателя,
можно правильно распределить провода
по свечам зажигания, присоединить
топливопроводы к форсункам и отрегулировать
клапаны.

22 Силы и моменты, действующие в кмш одноцилиндрового двигателя

При
такте «сгорание—расширение» сила Р1,
приложенная к поршневому пальцу,
слагается из двух сил:

  • силы
    P давления газов на поршень

  • силы
    инерции Pи (сила инерции переменна по
    величине и направлению)

Суммарную
силу P1 разложить на можно две силы: силу
S, направленную вдоль оси шатуна, и силу
N, прижимающую поршень к стенкам цилиндра.

Силу
S перенесем в центр шатунной шейки, а к
центру коленчатого вала приложим две
равные силе S и параллельные ей силы S1
и S2. Тогда совместное действие сил S1 и
S создаст (на плече R) крутящий момент,
приводящий во вращение коленчатый вал,
а сила S2 нагрузит коренные подшипники
и через них будет передаваться на картер
двигателя.

Разложим
силу S2 на две перпендикулярно направленные
силы N1 и Р2. Сила N1 численно равна силе
N, но направлена в противоположную
сторону; совместное действие сил N и N1
образует момент Nl, который стремится
опрокинуть двигатель
в сторону, обратную вращению коленчатого
вала. Сила P2 численно равная силе Р1,
действует вниз, а сила Р действует на
головку цилиндра вверх, т.е. в противоположную
сторону. Разность между силами Р и P1
представляет собой силу инерции
поступательно движущихся масс Ри.
Наибольшей величины эта сила достигает
в момент изменения направления движения
поршня.

Вращающиеся
массы шатунной шейки, щек кривошипа и
нижней части шатуна создают центробежную
силу Рц, направленную по радиусу кривошипа
в от сторону центра вращения.

Таким
образом, в кривошипно-шатунном механизме
одноцилиндрового двигателя, кроме
крутящего момента, возникающего на
коленчатом валу, действует ряд
неуравновешенных моментов и сил, как
то:

  • реактивный,
    или опрокидывающий, момент Nl, воспринимаемый
    опорами двигателя через картер

  • сила
    инерции поступательно движущихся масс
    Ри, направленная по оси цилиндра

  • центробежная
    сила вращающихся масс Рц, направленная
    по кривошипу вала

Боковая
сила N достигает наибольшей величины
при расширении газов, когда поршень
прижимается к левой стенке цилиндра,
чем и объясняется ее обычно больший
износ.

Многоцилиндровый двигатель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Многоцилиндровый двигатель

Cтраница 1

Многоцилиндровые двигатели имеют еще преимущество перед одноцилиндровыми в том, что применение нескольких цилиндров малого диаметра вместо одного большого благодаря уменьшению движущихся масс кривошипно-шатунного механизма позволяет повысить число оборотов двигателя, а следовательно, и его мощность.
 [1]

Многоцилиндровые двигатели обычно бывают с двухрядным расположением цилиндров — поровну в каждом ряду. Чтобы упростить формулу для определения эффективной мощности двигателя парциальным методом, величину п целесообразно принять равной половине числа цилиндров двигателя.
 [2]

Многоцилиндровые двигатели преимущественно применяются на тракторах, автомобилях, комбайнах, а также как стационарные двигатели.
 [3]

Многорядные многоцилиндровые двигатели с V-образным, Х — образ-ным, Н — образным или звездообразным расположением цилиндров, выполненные по схемам А, Б и В, с общим картером, но с отдельной для каждого-цилиндра кривошипной камерой, используемой в качестве продувочного насоса, и отдельным коленчатым валом. Все коленчатые валы связаны между собой при помощи специальных устройств.
 [4]

Пуск многоцилиндровых двигателей или газомоторных компрессоров, у которых пусковые клапаны установлены на всех крышках цилиндров, осуществляется с любого положения кривошипов коленчатого вала: как бы ни были расположены кривошипы коленчатого вала один из поршней будет находиться за в. При этом сжатый воздух приводит в движение поршень, а следовательно, и коленчатый вал и связанный с ним распределительный валик.
 [6]

Цилиндры многоцилиндрового двигателя должны быть так расположены и сгруппированы, чтобы собранный двигатель имел возможно большую жесткость и как можно меньшие габаритные размеры.
 [7]

Насос многоцилиндрового двигателя должен обеспечивать: а) равномерную подачу топлива во все цилиндры; б) одинаковый для всех цилиндров угол опережения подачи топлива и в) одинаковую длительность впрыска.
 [8]

Для многоцилиндровых двигателей ( 1Ц — 8 — г — 12) эти формулы дают несколько преувеличенные результаты, и мощность стартера может быть уменьшена.
 [9]

У многоцилиндровых двигателей, отличающихся высокой равномерностью работы, маховики делают небольшого размера и веса по сравнению с двигателями с малым числом цилиндров.
 [10]

Цилиндры многоцилиндровых двигателей отливают из серого чугуна или алюминиевого сплава в виде целой детали — блока цилиндров. Как одно целое с блоком цилиндров отливают верхнюю часть картера двигателя.
 [11]

У многоцилиндровых двигателей все цилиндры объединены и отлиты вместе в виде так называемого блока цилиндров. В этом случае крышка цилиндров является также общей и называется головкой блока.
 [12]

У многоцилиндровых двигателей с водяным охлаждением основной частью остова является корпус, объединяющий в общий блок все цилиндры. Он называется блоком цилиндров или блок-картером. Конструкция блок-картера должна обладать прочностью, жесткостью, удобством монтажа механизмов и приборов, расположенных внутри или снаружи блока. Все эти требования обеспечиваются в большей или меньшей степени его коробчатой формой, наличием ребер, люков, а также применением в качестве материала для его изготовления различных чугунов.
 [14]

Для многоцилиндровых двигателей, поскольку их кривошипно-шат унные механизмы жестко связаны между собой общим коленчатым валом и кар

Работа многоцилиндрового двигателя — Студопедия

Несмотря на наличие маховика, коленчатый вал одноцилиндрового двигателя вращается неравномерно: ускоренно во время такта расширения и замедленно при остальных. Сгорание заряда горючей смеси, необходимого для получения нужной мощности, создает резкую, ударную нагрузку на детали кривошипно-шатунного механизма, что увеличивает их износ и вызывает колебания всего двигателя. Кроме того, одноцилиндровый двигатель имеет плохую приемистость, то есть способность быстро увеличивать частоту вращения коленчатого вала.

Чтобы устранить эти недостатки, на автомобили, как правило, устанавливают многоцилиндровые двигатели, то есть такие, в которых несколько одинаковых по размерам цилиндров объединены в одном двигателе. В многоцилиндровом двигателе такт расширения повторяется чаще, чем в одноцилиндровом. Это обусловливает более равномерное вращение коленчатого вала такого двигателя и позволяет уменьшить размеры его маховика.

Чтобы многоцилиндровый двигатель работал наиболее равномерно, такты расширения должны следовать через равные промежутки времени, или равные углы поворота коленчатого вала. Для определения этого угла нужно продолжительность цикла, выраженную в градусах поворота коленчатого вала, разделить на число цилиндров двигателя. В четырехтактном четырехцилиндровом двигателе такт расширения в цилиндре происходит через 180° (720° : 4) по отношению к предыдущему, то есть через половину оборота коленчатого вала. Таким образом, за каждые два оборота коленчатого вала (за рабочий цикл) такты расширения совершатся во всех четырех цилиндрах.



Последовательность чередования тактов расширения в цилиндрах двигателя называется порядком работы цилиндров двигателя.

Рис. 11
 
Схема расположения цилиндров двигателя:
а – однорядное; б – двухрядное V-образное;
в – двухрядное оппозитное

Порядок работы зависит от расположения цилиндров, взаимного положения кривошипов коленчатого вала и последовательности открытия и закрытия клапанов механизма газораспределения.

Расположение цилиндров многоцилиндровых двигателей может быть однорядным или двухрядным (рис.11). В большинстве однорядных двигателей цилиндры располагаются вертикально (рис.11, а), а в двухрядных — под углом друг к другу. Если в двигателях с двухрядным расположением цилиндров угол между цилиндрами меньше 180°, их называют V-образными (рис.11, б), когда же угол равен 180°, двигатели называют оппозитными (рис.11, в).

Многоцилиндровые двигатели имеют различное (обычно четное) число цилиндров — от двух до шестнадцати.

Двигатели с однорядным расположением цилиндров обладают большими габаритами и массой, нежели двигатели с двухрядным V-образным расположением цилиндров.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

В данной статье мы расскажем об устройстве двигателя, его компонентах, о том, как они работают вместе, какие могут возникнуть неполадки и как увеличить производительность.

 

Содержание статьи

 


  1. Введение

  2. Внутреннее сгорание

  3. Устройство двигателя

  4. Неполадки двигателя

  5. Клапанный механизм и система зажигания двигателя

  6. Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя

  7. Читайте также » Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя

  8. Увеличение мощности двигателя

  9. Часто задаваемые вопросы по двигателям

  10. Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?

  11. Узнать больше

  12. Читайте также Статьи про все типы двигателей


 

 

Бензиновый автомобильный двигатель предназначен для преобразования энергии бензинового топлива для движения автомобиля. В настоящий момент самым простым способом привести автомобиль в движение является сгорание бензина в двигателе. В связи с тем, что двигатель автомобиля является двигателем внутреннего сгорания, сгорание топлива происходит внутри двигателя.

 

На заметку:

 


  • Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

  • Также существуют и двигатели внешнего сгорания. Паровые двигатели в поездах старого образца и пароходах являются наглядным примером двигателей внешнего сгорания. В паровых двигателях топливо (уголь, дрова, масло и т.д.) сгорает вне двигателя для получения пара, который уже приводит двигатель в движение. Внутреннее сгорание является более эффективным (расход топлива на 1км значительно ниже) чем внешнее сгорание, помимо этого размеры двигателей внутреннего сгорания намного меньше двигателей внешнего сгорания. Именно поэтому нам не встречаются автомобили Ford или GM на паровых двигателях.


 

Внутреннее сгорание

 

Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если поместить небольшой объем высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшой закрытый сосуд и воспламенить, то в результате высвободится огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Этой энергии хватит для запуска картофелины на 1510м. В данном случае энергия используется для движения картофелины. Данную энергию можно использовать в более интересных целях. Например, если у Вас получится создать цикл, который позволит производить взрывы с частотой несколько сотен раз в минуту, и если Вам удастся эффективно использовать данную энергию, то Вы получите основную часть автомобильного двигателя!

 


 


Рисунок 1

 

На сегодняшний день практически во всех автомобилях используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования энергии топлива в механическую энергию. Четырехтактный принцип работы также называют Цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867г. Все четыре такта представлены на рисунке 1. Эти такты:

 


  • Такт впуска

  • Такт сжатия

  • Рабочий такт

  • Такт выпуска


 

На рисунке видно, что в картофельной пушке картофелина заменена устройством, которое называется поршень. При помощи шатуна поршень соединяется с коленчатым валом. При вращении коленвала создается эффект «перезарядки пушки». Во время цикла в двигателе происходят следующие процессы:

 


  1. Поршень начинает движение сверху, впускной клапан открывается, поршень движется вниз для наполнения цилиндра воздухом и бензином. Это такт впуска. На данном этапе для смеси топлива и воздуха требуется лишь небольшое количество бензина. (Часть 1 рисунка)

  2. Затем поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. Сжатие способствует более мощному взрыву. (Часть 2 рисунка)

  3. Как только поршень достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет топливо. Происходит взрыв бензина, при этом поршень движется вниз. (Часть 3 рисунка)

  4. Как только поршень достигает нижней точки хода, открывается выпускной клапан для вывода продуктов сгорания по выхлопной трубе. (Часть 4 рисунка)


 

Теперь двигатель готов к началу следующего цикла, происходит впуск топлива и воздуха.

Обратите внимание, что движение, получаемое в результате работы двигателя внутреннего сгорания, является вращательным, в то время как движение, производимое картофельной пушкой — линейное (прямая линия). В двигателе линейное движение поршней переводится во вращательное движение при помощи коленвала. Вращательное движение идеально подходит для вращения колес автомобиля.

 

В следующем разделе мы предлагаем рассмотреть детали, которые обеспечивают работу двигателя, начиная с цилиндров.

 

 

Устройство двигателя

 

Цилиндр является самой важной частью двигателя, поршень совершает поступательные движения в цилиндре. Вышеописанный двигатель имеет один цилиндр. Такой двигатель типичен для газонокосилок, однако в автомобильные двигатели имеют более одного цилиндра (обычно четыре, шесть или восемь). В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены в одном из трех порядков: линейно, V-образно или оппозитно (т.н. двигатель с горизонтальными противолежащими цилиндрами или оппозитный двигатель).

 



Рисунок 2. Линейное расположение — Цилиндры расположены линейно в один ряд.

 



Рисунок 3. V-образное — Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу.

 



Рисунок 4. Оппозитное — Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя.

 

Говоря об управляемости, затратах на производство и характеристиках формы, необходимо отметить, что различные конфигурации имеют свои преимущества и недостатки. Благодаря этим преимуществам и недостаткам определенные типы двигателей подходят для определенных автомобилей.

 

Давайте более подробно рассмотрим основные детали двигателя.

 

Свеча зажигания

Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания. Для правильной работы двигателя искра должна подаваться в строго определенный момент.

 

Клапаны

Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и воздуха и выпуска выхлопа. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время тактов сжатия и сгорания для обеспечения герметичности камеры сгорания.

 

Поршень

Поршень — это металлическая деталь цилиндрической формы, которая движется вверх и вниз внутри цилиндра.

 

Поршневые кольца

Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Кольца используются для двух целей:

 


  • Они препятствуют попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта.

  • Они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания, где оно может сгореть.


 

Большинство автомобилей, которые «жгут масло» и требуют его добавления каждые 1000 км, имеют старые двигатели, поршневые кольца которых уже не могут обеспечивать надлежащее уплотнение.

 

Шатун

Шатун соединяет поршень и коленвал. Он может вращаться с обеих сторон для изменения угла во время движения поршня и вращения коленвала.

 

Коленвал

Коленвал преобразует поступательное движение поршней во вращательное как рычаг «чертика из табакерки».

 

Картер

Картер окружает коленвал. В нем находится некоторое количество масла, которое собирается в нижней части картера (поддоне картера).

 

Далее мы узнаем о неполадках двигателя.

 

 

Неполадки двигателя

 

Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится… Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на «большой тройке». Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:

 

Плохая топливная смесь — Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:

 


  • У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.

  • У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.

  • Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.

  • Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.


 

Недостаточная компрессия — Если топливно-воздушная смесь не будет сжата надлежащим образом, процесс сгорания будет проходить неправильно. Недостаточная компрессия может быть вызвана рядом причин:

 


  • Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).

  • Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.

  • В цилиндре имеются повреждения.


 

Наиболее часто повреждение цилиндра происходит в его верхней части (на которой установлены клапаны, свеча зажигания и которая называется головка цилиндра) крепится к самому цилиндру. Обычно головка цилиндра крепится к самому цилиндру при помощи болтового соединения с использованием тонкой прокладки, которая обеспечивает качественное уплотнение.. При повреждении прокладки, между цилиндром и его головкой образуются небольшие отверстия, в результате чего происходят протечки.

 

Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта

 

Отсутствие искры — Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:

 


  • При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.

  • При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.

  • Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.


 

Могут возникнуть и другие неполадки. Например:

 


  • Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.

  • Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.

  • Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.

  • Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.

  • Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.

  • В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.


 

Как Вы видите, в двигателе имеется несколько систем, которые обеспечивают преобразование энергии топлива в механическую энергию. В следующих разделах мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в двигателях.

 

 

Клапанный механизм и система зажигания двигателя

 

Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.

 

Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.

 



Рисунок 5. Распредвал

 

В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана. Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название «двухраспредвальный вид головки». Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает распредвал».

 

Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает автомобильная система зажигания».

 


 




Рисунок 6. Система зажигания

 

В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

 

 

Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя

 

В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения

 

Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

 

Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает турбокомпрессор».

 

Увеличение мощности двигателя — это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:

 


  • Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами

  • Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия

  • Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом

  • А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.


 

В связи с тем, что требуется большое количество энергии и в автомобилях используется 12-вольтная электросистема, на стартер должен поступать ток в несколько сотен ампер. Соленоид стартера — это большой электронный переключатель, который может выдержать ток такой силы. При повороте ключа зажигания, он запускает соленоид для подачи питания на стартер.

 

В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

 

Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя

 

Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.

 


  • При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.

  • В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).


 

Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».

 

Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.

 

Выхлопная система автомобиля Porsche 911

 

Теперь, когда Вы уже кое-что знаете о том, что заливается в автомобиль, давайте рассмотрим, что же из него выходит. Выхлопная система состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если глушитель не установлен, то Вы сможете услышать звуки тысяч небольших взрывов, доносящихся из выхлопной трубы. Глушитель заглушает эти звуки. Выхлопная система также включает в себя и каталитический дожигатель выхлопных газов. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает каталитический дожигатель выхлопных газов».

 

В большинстве современных автомобилей система понижения токсичности выхлопа состоит из каталитического дожигателя выхлопных газов, и набора датчиков и приводов и компьютера, который отслеживает и регулирует происходящие процессы. Например, каталитический дожигатель использует катализатор и кислород для сжигания неотработанного топлива и некоторых других химических веществ, содержащихся в выхлопе. Датчик кислорода отвечает за количество кислорода в выхлопе, достаточное для работы катализатора, при необходимости датчик производит дополнительную регулировку.

 

Что еще помимо бензина питает Ваш автомобиль? Электросистема состоит из аккумулятора и генератора. Генератор соединяется с двигателем при помощи ремня и генерирует ток для зарядки аккумулятора. Аккумулятор подает 12 вольт на все системы, которым требуется электропитание (система зажигания, радио, фары, стеклоочистители, электрические стеклоподъёмники и сиденья с электрическим приводом регулировки, компьютеры и т.д.).

 

Теперь, когда Вы все узнали про подсистемы двигателя, мы расскажем о том, как увеличить мощность двигателя.

 

 

Увеличение мощности двигателя

 

Прочитав данную статью, Вы увидите, что существует множество способов увеличения показателей Вашего двигателя. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со следующими параметрами для увеличения мощности двигателя или снижения расхода топлива.

 

Увеличение рабочего объема — Большой рабочий объем способствует увеличению мощности, т.к. при каждом обороте двигателя сгорает больше топлива. Увеличить рабочий объем можно, установив большие или дополнительные цилиндры. Практика показывает, что не имеет смысла устанавливать более 12 цилиндров.

 

Увеличение степени сжатия — Увеличение степени сжатия способствует увеличению мощности. Однако, чем сильнее происходит сжатие топливно-воздушной смеси, тем выше вероятность ее самовозгорания (еще до срабатывания свечи зажигания). Высокооктановый бензин предотвращает раннее сгорание топлива. Именно по этой причине мощные автомобили необходимо заправлять высокооктановым бензином — в их двигателях используется более высокая степень сжатия для увеличения мощности.

Увеличение объема подаваемой смеси — При увеличении подачи воздуха (и, соответственно, топлива), не изменяя размер цилиндра, можно увеличить мощность (точно также, как при увеличении размера цилиндра). Турбокомпрессоры и компрессоры наддува повышают давление поступающего воздуха, благодаря чему в цилиндр можно подать больше воздуха. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает турбокомпрессор».

 

Охлаждение поступающего воздуха — При сжатии воздуха, его температура повышается. Поэтому лучше обеспечивать подачу более холодного воздуха в цилиндр, т.к. чем выше температура воздуха, тем меньше его расширение при сгорании. По этой причине во многих двигателях с наддувом и турбонаддувом используются охладители воздуха. Охладитель воздуха — это специальный радиатор, по которому сжатый воздух проходит для охлаждения перед подачей в цилиндр. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система охлаждения».

 

Облегчение подачи воздуха  — При движении поршня вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух впускных клапанов на каждый цилиндр. В некоторых современных автомобилях используются полированные впускные коллекторы для снижения сопротивления воздуха. Установка больших воздушных фильтров также может улучшить подачу воздуха.

 

Облегчение выпуска выхлопа — При выпуске выхлопа из цилиндра, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух выпускных клапанов на каждый цилиндр (автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на каждый цилиндр, что увеличивает мощность двигателя — когда Вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у него 4 цилиндра и 16 клапанов, это означает, что в двигателе установлено по четыре клапана на каждый цилиндр). Если выхлопная труба слишком узкая или сопротивление воздуха в глушителе слишком высокое, то это может создать противодавление, что также снизит мощность. В высокоэффективных выхлопных системах используются выпускные коллекторы, широкие выхлопные трубы и глушители для предотвращения образования противодавления в выхлопной системе. Поэтому, когда Вы слышите, что в автомобиле установлена «раздельная система выпуска», это значит, что для улучшения выпуска отработанных газов используется две выхлопных трубы вместо одной.

 

Снижение массы — Чем легче детали, тем эффективнее работает двигатель. Каждый раз, когда поршень меняет направления движения, он затрачивает энергию на то, чтобы прекратить движение в одну сторону и начать в другую. Чем легче поршень, тем меньше энергии ему требуется.

 

Впрыск топлива — Система впрыска топлива обеспечивает очень точное дозирование топлива для каждого цилиндра. Благодаря этому увеличивается мощность и снижается расход топлива. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает система впрыска топлива».

 

  

Часто задаваемые вопросы по двигателям

 

Ниже приведены наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей, а также ответы на них:

 


  • Чем отличаются бензиновые и дизельные двигатели? В дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания. Дизельное топливо подается в цилиндр, возгорание происходит под действием тепла и давления во время такта сжатия. Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина, поэтому дизельный двигатель рассчитан на больший пробег. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает дизельный двигатель».


 


  • Чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? В большинстве бензопил и лодочных моторов используются двухтактные двигатели. В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны, а свеча зажигания дает искру каждый раз, когда поршень находится в верхней точке хода. Через отверстие в нижней части стенки цилиндра происходит впуск топлива и воздуха. Когда поршень движется вверх, сжимая смесь, свеча зажигания дает искру для начала процесса сгорания, отработанные газы выходят через другое отверстие в стенке цилиндра. В двухтактных двигателях необходимо смешивать масло с бензином, т.к. отверстия в стенках цилиндров не допускают использование уплотнительных колец для герметизации камеры сгорания. В общем, двухтактные двигатели являются достаточно мощными для своих размеров, т.к. в них на один поворот двигателя происходит в два раза больше циклов сгорания. Однако, двухтактный двигатель расходует больше бензина и сжигает большое количество масла, соответственно, он наносит больший вред экологии. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает двухтактный двигатель».


 


  • В этой статье Вы упоминали паровые двигатели — существуют ли какие-либо преимущества паровых двигателей или других двигателей внешнего сгорания? Единственное преимущество паровых двигателей заключается в том, что в качестве топлива можно использовать все, что горит. Например, в паровом двигателе в качестве топлива можно использовать уголь, газеты, дрова, в то время как для работы двигателя внутреннего сгорания требуется очищенное высококачественное жидкое или газообразное топливо. Для получения более подробной информации читайте статью «Как работает паровой двигатель».


 


  • Используются ли в автомобильных двигателях какие-либо другие циклы помимо цикла Отто? Как говорилось ранее, в двухтактных и дизельных двигателях используются другие циклы работы. В двигателе автомобиля Mazda Millenia используется модифицированный цикл Отто, который называется цикл Миллера. В газотурбинных двигателях используется цикл Брайтона. В дизельных ротационных двигателях Ванкеля используется цикл Отто, однако он происходит совершенно по-другому в отличие от четырехтактных поршневых двигателей.


 


  • Зачем нужно устанавливать восемь цилиндров? Почему нельзя установить один большой цилиндр с таким же рабочим объемом, как у восьми цилиндров? По ряду причин в 4.0л двигателе используется восемь цилиндров объемом пол-литра каждый, а не один большой 4-литровый цилиндр. Основная причина — это равномерность работы. V-образный восьмицилиндровый двигатель работает более равномерно, т.к. в нем происходит восемь взрывов с равными интервалами вместо одного сильного взрыва. Другая причина — это начальный крутящий момент. Когда Вы заводите V-образный восьмицилиндровый двигатель, Вам необходимы только два цилиндра (1л) во время их тактов сжатия, если использовать один большой цилиндр, то придется производить сжатие 4 литров.


 

Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?

 

Количество цилиндров в двигателе играет важную роль в его мощности. Каждый цилиндр имеет поршень, который движется внутри него, эти поршни соединены с коленвалом и вращают его. Чем больше используется поршней, тем больше происходит сгораний топлива в определенный момент времени. Это означает, что за меньшее время может быть выработано больше мощности.

 

4-цилиндровые двигатели обычно имеют «прямое» или «линейное» расположение цилиндров, в то время как в 6-цилиндровых двигателях используется более компактное V-образное расположение, поэтому они и называются V-образные 6-цилиндровые двигатели. Американские производители автомобилей остановили свой выбор на V-образных 6-цилиндровых двигателях, т.к. являются более мощными и тихими, оставаясь при этом достаточно легкими и компактными для установки в автомобили.

 

4-цилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров автомобиля Lotus Elise

 

Исторически сложилось так, что американские автовладельцы отвернулись от 4-цилиндровых двигателей, считая их медленными, слабыми, работающими неравномерно и дающими слабое ускорение. Однако, когда такие японские производители автомобилей, как Honda и Toyota стали устанавливать мощные 4-цилиндровые двигатели в 1980-х и 90-х, американцы по достоинству оценили эти компактные двигатели. Даже, несмотря на то, что такие японские автомобили, как Toyota Camry имели огромный успех по сравнению с  аналогичными моделями американских производителей, в США продолжался выпуск автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями, т.к. считалось, что американцам необходимы мощные автомобили. На сегодняшний день, в связи с ростом цен на бензин и обострившейся экологической ситуацией, Детройт переходит на 4-цилиндровые двигатели благодаря их низкому расходу топлива и меньшим выбросам в атмосферу.

 

3,8л V-образный 6-цилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Nissan GT-R.

 

Что касается будущего 6-цилиндровых двигателей, то за последние годы были максимально устранены различия между 4-цилиндровыми и 6-цилиндровыми двигателями. Для того, чтобы соответствовать требованиям низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов, производители приложили много усилий по улучшению работы 6-цилиндровых двигателей. Большинство современных автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями соответствуют стандартам расхода топлива уровня выхлопов, установленных для компактных 4-цилиндровых двигателей. Таким образом, различия в эффективности и мощности этих двух типов двигателей ослабевают, и принятие решения о покупке 4-цилиндрового или 6-цилиндрового двигателя сводится к их стоимости. Что касается моделей автомобильных, доступных с обоими типами двигателей, конфигурация с 4-цилиндровым двигателем стоит дешевле до $1000 по сравнению с 6-цилиндровым. Таким образом, независимо от мощности автомобиля, 4-цилиндровый двигатель поможет Вам сэкономить.

 

И, напоследок: Не стоит пытаться установить 6-цилиндровый двигатель на автомобиль, в котором изначально стоял 4-цилиндровый. Переоборудование автомобиля с 4-цилиндровым двигателем для установки 6-цилиндрового может обойтись Вам дороже, чем покупка нового автомобиля.

 

 

Источник:  https://auto.howstuffworks.com/

Пластмассовые детали для двигателей внутреннего сгорания — ScienceDaily

Усилия по производству более легких транспортных средств обязательно включают в себя детали двигателя, такие как корпус цилиндра, который может потерять до 20 процентов своего веса, если он будет сделан из армированного волокном пластика, а не из алюминия — без дополнительных затрат. Такие литые детали подходят даже для массового производства.

Очевидно, что автомобили должны стать легче, чтобы уменьшить расход топлива. Для большинства автомобильных дизайнеров это главным образом означает части кузова, но система трансмиссии, которая включает двигатель, также учитывает большую часть веса транспортного средства.До сих пор автопроизводители полагались на алюминий, чтобы уменьшить вес компонентов двигателя, таких как блок цилиндров. В будущем производители автомобилей смогут добиться дальнейшего снижения веса, разработав блоки цилиндров, в которых определенные детали изготовлены из армированных волокном пластиков. Экспериментальный двигатель, разработанный проектной группой Fraunhofer для новых систем привода (NAS), которая является частью Института химических технологий Фраунгофера в сотрудничестве с SBHPP, подразделением высокопроизводительных пластмасс Sumitomo Bakelite Co.ООО, Япония, демонстрирует этот принцип.

«Мы использовали армированный волокнами композитный материал для изготовления корпуса цилиндра для одноцилиндрового исследовательского двигателя», — сообщает доктор Ларс-Фредрик Берг, руководитель проекта и руководитель исследовательской области «Легкая конструкция силового агрегата» проекта Fraunhofer. Группа для новых систем привода. «Корпус цилиндра весит примерно на 20 процентов меньше, чем эквивалентный алюминиевый компонент, и стоит столько же». Это кажется очевидным решением, но для его решения потребовалось немало технических проблем, поскольку используемые материалы должны выдерживать экстремальные температуры, высокое давление и вибрации без нанесения ущерба.То, что пластмассы обладали этими качествами, было признано еще в 1980-х годах, но в то время было возможно производить детали этого типа только в небольшом объеме и прилагая большие усилия в виде ручного труда — бесполезного для автомобильная промышленность, в которой блоки цилиндров производятся серийно в миллионах единиц.

Итак, что сделали исследователи, чтобы гарантировать, что их двигатель будет достаточно надежным? «Сначала мы рассмотрели конструкцию двигателя и определили области, подверженные высоким тепловым и механическим нагрузкам.Здесь мы используем металлические вставки для усиления их износостойкости », — объясняет Берг. Одним из примеров является гильза цилиндра, внутри которой поршень перемещается вверх и вниз миллионы раз в течение срока службы автомобиля. Исследователи также изменили геометрию этих деталей, чтобы убедитесь, что пластик подвергается как можно меньшему нагреву.

Фенольная смола, армированная стекловолокном

Характеристики пластика также играют важную роль. Он должен быть достаточно твердым и жестким, а также устойчивым к воздействию масла, бензина и гликоля в охлаждающей воде.Он также должен демонстрировать хорошую адгезию к металлическим вставкам и не иметь более высокого коэффициента теплового расширения, чем металл, иначе вставки отделятся от подложки. Команда Берга использует фенольный композит, армированный стекловолокном, разработанный SBHPP, который отвечает всем этим требованиям и содержит 55 процентов волокон и 45 процентов смолы. Более легкая, но более дорогая альтернатива — использовать композит, армированный углеродным волокном, — выбор зависит от того, хочет ли автопроизводитель оптимизировать двигатель с точки зрения затрат или веса.

Исследователи производят эти компоненты из гранулированных термореактивных пластмасс, используя процесс литья под давлением. Расплавленный композитный материал, в котором стеклянные волокна уже смешаны со смолой, затвердевает в форме, в которую он был впрыснут. Ученые проанализировали процесс, используя компьютерное моделирование, чтобы определить лучший метод впрыскивания материала с целью оптимизации производительности готового продукта. Процесс совместим со сценариями массового производства, и производственные затраты значительно ниже, чем у алюминиевых деталей двигателя, не в последнюю очередь потому, что устраняются многочисленные операции отделки.

Прототип этого двигателя будет представлен в этом году на Ганноверской выставке Messe, которая состоится 13-17 апреля (выставка в павильоне 2, стенд C16). Тестовые запуски нового двигателя были успешно завершены. «Мы доказали, что он способен работать с теми же характеристиками, что и обычные двигатели», — говорит Берг. Кроме того, он обещает предложить дополнительные преимущества, такие как более низкий уровень шума при работе, по сравнению с двигателями, опирающимися исключительно на металлические детали. Исходные данные также указывают на то, что количество тепла, излучаемого в окружающую среду, ниже, чем количество, выделяемое двигателями на основе алюминия.Ученые намерены продолжить свои исследования, разработав многоцилиндровый двигатель на основе пластмассы, включая подшипники коленчатого вала.

История Источник:

Материалы предоставлены Fraunhofer-Gesellschaft . Примечание: содержимое может быть отредактировано по стилю и длине.

,

многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания — Перевод на немецкий — примеры английский


Эти примеры могут содержать грубые слова, основанные на вашем поиске.


Эти примеры могут содержать разговорные слова на основе вашего поиска.

Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

mehrzylindrige Brennkraftmaschine

mehrzylindrigen Brennkraftmaschine

Mehrzylinderverbrennungsmotor

Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern

mehrzylindrigen Verbrennungsmotor

Mehr-Zylinder-Verbrennungsmotor

Multizylinderverbrennungsmotor

Mehrzylindriger Verbrennungsmotor

Mehrzylinderbrennkraftmaschine mit

Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern

mehrzylindrische Brennkraftmaschine

Другие переводы

Способ управления прямой связью многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания и система управления относительным впрыском прямой подачи топлива

Изобретение относится к катушке зажигания для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания , имеющего, по меньшей мере, один блок (11) катушек, который легко монтировать даже в условиях ограниченной установки.

Es it eine Zündspulenanordnung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit mindestens einer Spuleneinheit (11) zu verwirklichen, также как и ранее.

Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с системой впуска воздуха и системой выпускного коллектора имеет устройство возврата выхлопных газов для снижения выбросов загрязняющих веществ.

3. Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания с водяным охлаждением по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что нижняя часть (18) корпуса термостата отлита как одно целое вместе с корпусом (12) насоса в верхней части (картера) картера. 2).

Wassergekühlte, mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dun Unterteil (18) из термостата, посвященный цезамменам и эйему Pumpengehäuse (12), получающих образование (12) из ​​Курбского университета.

Устройство для увеличения тормозного усилия многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания двигателя транспортного средства при торможении двигателем

В многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания , по меньшей мере, с одним выпускным клапаном и одним впускным клапаном на цилиндр, приводной распредвал и выпускной распредвал предусмотрены для приведения в действие клапана.

Bei einr mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit mindestens einem Auslaßventil и einem Einlaßventil pro Zylinder ist zur Ventilbetätigung eine Einlaßnockenwelle und eine Auslaßnockenwelle vorgesehen.

3. Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что нагнетатель расположен между блоком (11) цилиндров двигателя и маховиком (15), установленным на коленчатом валу (13).

Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lader zwischen dem Motorzylinderblock (11) and einem auf der Kurbelwelle (13) angeordneten Schwungrad (15) angeordnet ist.

3. Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания по любому из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть неподвижного корпуса (20) нагнетателя объединена с блоком (11) цилиндров.

Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des feststehenden Gehäuses (20) объединяются в единую систему с указанием правонарушений.

5. Индукционный воздушный контур многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания по п.5, отличающийся тем, что топливная рампа (116) выполнена в указанной единственной пластиковой детали и сливается с указанным каждым из средств бегунка в соответствующем воздухе. выход из него.

Luftansaugsystem für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennstoffleiste (116), которая является независимым специалистом по изучению прав человека.

Блок (10) всасывающей трубы для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания имеет трубчатый впускной распределитель (12), по меньшей мере, с длинными всасывающими трубами (13), проходящими от указанного распределителя и ведущими к отдельным цилиндрам.

Eine Saugrohranlage (10) за 9003 Mehrzylinder-Brennkraftmaschine weist einen rohrförmigen Ansaugverteiler (12) на втором месте Saugrohre (13) в нескольких цветах от Zylindern führen.

Способ диагностики эффективности каталитического устройства в выхлопной системе многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания

3. Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что ось (А) дифференциального механизма (80, 80А) расположена ниже, чем горизонтальная плоскость (В), содержащая ось коленвала ( 26).

Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A) des Diffrentials (80,80A) триангулярно, как и все горизонты Эбене (B), умереть в Achse der Kurbelwell (26).

Описание относится к расположению датчика для идентификации цилиндров в многоцилиндровом двигателе внутреннего сгорания с детектором коленчатого вала с инкрементным диском с эталонной маркировкой и датчиком распределительного вала с длинными и короткими сегментами и короткими и длинными промежутками между сегментами.

Es wird eine Geberanordnung zur Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine angegeben, mit einem Kurbelwellengeber и einer Inkrementscheibe mit Bezugsmarke und einem Nockenwenwen ang w w w Se Se Se Se Se Se Se Se Se Se Se Se Se

Устройство впрыска топлива для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один насос (14) высокого давления и инжектор (16) для каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine weist wenigstens eine Hochdruckpumpe (14) и ювелирные изделия einem Injektor (16) для женщин Zylinder der Brennkraftmaschine auf.

Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания , имеющий несколько катализаторов в системе выхлопных газов

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ НА ХОЛОСТОЙ ХОДУ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ МНОГОЦИЛИНДРА И ИХ УСТАНОВКИ СИГНАЛОВ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

. Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания по п.1 или 2, отличающийся тем, что масляные всасывающие насосы (22а-22d) приводятся в действие общим валом (32).

Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölabsaugpumpen (22a bis 22d) durch eine gemeinsame Welle (32) angetrieben sind.

Многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания по п.8, отличающийся тем, что ротор центробежного сепаратора (56) и подающее колесо (80) водяного насоса (76) приводятся в действие общим валом (58).

Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Zentrifugalabscheiders (56) и das Förderrad (80) der Wasserpumpe (76), durch eine gemeinsame Welle (58) angetrieben sind.

Двигатель внутреннего сгорания Мульти-цилиндрового по п.8 или 9, отличающемуся тем, что термостат (88) для управления контуром охлаждения двигателя внутреннего сгорания, также проведен во второй опорной трубе (20).

Mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Термостат (88) для плавания в Бреннкрафтмашине и в Цюрихтене (20).

Распределительный вал для многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания .

,

двухтопливного сгорания | IntechOpen

1. Введение

Потребности в энергии в транспортном секторе растут из-за растущего населения, и одновременно экономическая политика направлена ​​на повышение эффективности и сокращение выбросов вредных загрязнителей, включая оксиды азота (NOx), несгоревшие углеводороды (UHC) и твердые частицы. (ВЕЧЕРА). Это вызвало большой интерес к электрификации транспортных средств, а также к более чистым и более эффективным двигателям. Несмотря на рост электрификации и гибридизации транспортных средств, ограничения по стоимости и плотности энергии батарей по-прежнему вызывают проблемы.Таким образом, прогнозируется, что двигатели внутреннего сгорания все еще будут приводить в действие 60% автомобилей малой грузоподъемности в 2050 году [1], и рынок тяжелой техники, вероятно, будет в основном оснащен двигателями в обозримом будущем.

Для соблюдения строгих норм выбросов и эффективного энергопотребления необходимы чистые и высокоэффективные двигатели. Разнообразные стратегии были исследованы с целью повышения эффективности современных двигателей. К ним относятся такие технологии, как переменное время газораспределения, которые направлены на снижение потерь при перекачке, связанные с процессом газообмена, и турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, которые стремятся использовать энергию выхлопных газов для повышения плотности мощности двигателей.Кроме того, были внедрены более совершенные системы впрыска топлива, чтобы впрыскивать топливо при более высоких давлениях и тем самым способствовать смешиванию топлива и воздуха. Улучшенное смешивание увеличит эффективность сгорания, а также уменьшит выброс твердых частиц. Более сложные системы впрыска топлива также могут использоваться для разработки стратегий сжигания двухтопливного топлива.

Было продемонстрировано, что стратегии сгорания двухтопливного топлива выгодны как для двигателей с искровым зажиганием (SI), так и для двигателей с воспламенением от сжатия (CI).На двигателях SI двухтопливные технологии могут быть использованы для борьбы с детонацией. Стук обычно происходит в условиях высокой температуры и высокого давления в цилиндре, при которых топливовоздушная смесь автоматически воспламеняется, создавая ударные волны давления в цилиндре. Стук может значительно повредить двигатель и наиболее распространен при высоких нагрузках, когда эффективность достигает своего пика. Таким образом, высокая эффективность двигателя с бензиновым топливом часто ограничивается детонацией. В условиях высокой нагрузки фазировка сгорания двигателя часто задерживается до неоптимального времени, чтобы избежать детонации.Хотя это позволяет избежать вредного преждевременного сгорания, оно также приводит к снижению эффективности.

Альтернативно, также можно предотвратить детонацию, используя топливо с более высоким октановым числом (обычно описываемое октановым числом исследования (RON), октановым числом двигателя (MON) или индексом антидетонации (AKI)). Топливо с высоким октановым числом сможет работать при оптимальной фазе сгорания даже при высоких нагрузках, но будет более дорогим. Если в двухтопливных двигателях используются высокооктановые топлива, они могут использовать технологию, известную как «октан по требованию».Стратегии использования октана по требованию часто реализуются на двигателях с двухтопливной способностью с использованием одновременно топлива с низким и высоким RON [2, 3, 4, 5]. Благодаря возможности использования двух видов топлива, сопротивление детонации топливной смеси можно изменять в режиме реального времени, чтобы избежать детонации при сохранении оптимальной фазы сгорания. Такие способы также позволяют минимизировать стоимость топлива, поскольку менее дорогостоящее топливо с низким RON может использоваться в более низких условиях эксплуатации, а топливо с высоким RON может использоваться только в подверженных ударам условиях.

В двигателях CI исторически использовались двухтопливные методы впрыска топлива для дооснащения старых дизельных двигателей более дешевым топливом. В дополнение к использованию альтернативного источника питания, реализация также позволила снизить выбросы ТЧ. Совсем недавно использовались двухтопливные методы впрыска топлива, чтобы стимулировать использование менее реактивного топлива и содействовать более продвинутым стратегиям сгорания. Некоторые двухтопливные режимы сгорания показали большие перспективы и работают с высокой эффективностью и низким выходом загрязняющих веществ.Это часто достигается в широком рабочем диапазоне за счет одновременного использования двух видов топлива с различной реакционной способностью для ускорения предварительного смешивания топлива или создания стратификации реакционной способности смеси в цилиндрах [6, 7].

Несмотря на то, что эти двухтопливные режимы сгорания являются многообещающими, в настоящее время они не используются во многих серийных транспортных средствах из-за множества проблем, включая трудности с регулированием фазировки сгорания и стабильностью сгорания с помощью более сложной стратегии сгорания, а также принятия потребителем и инфраструктуры. ограничения.В настоящее время большинство этих двухтопливных стратегий сгорания изучаются в строго контролируемых лабораторных условиях на одноцилиндровых двигателях. После изъятия из лаборатории и применения на многоцилиндровых двигателях вариации сгорания и проблемы фазирования начинают доминировать [8, 9, 10]. Одной из таких проблем является возникновение более значительных изменений от цилиндра к цилиндру, которые могут привести к непоследовательному производству энергии и потенциально повредить состояние двигателя. Кроме того, в двигателях CI во многих стратегиях сгорания двухтопливного топлива используется более предварительно смешанное сгорание, и поэтому время возникновения события сгорания контролируется химической кинетикой.Это усложняет правильное определение времени сгорания. Для уменьшения этих вариаций сгорания и обеспечения оптимальной фазировки сгорания требуются более совершенные методологии управления.

Двухтопливные двигатели могут быть высокоэффективными и чистыми, но их использование также может быть ограничено потребителями и проблемами инфраструктуры. Пользователи должны будут заполнить два топливных бака и получить доступ к необходимому топливу в достаточно широком регионе. В этой главе будут обсуждаться технологические разработки, которые привели к современным двухтопливным двигателям, а также достижения, достигнутые в двухтопливных двигателях CI и SI.

2. Обзор технологий

Концепция двухтопливного двигателя существует почти столько же, сколько бензиновый (Otto) и дизельный двигатели. После разработки двигателя Николауса Отто с искровым зажиганием стремление повысить тепловой КПД за счет увеличения степени сжатия двигателя привело к разработке двигателя Рудольфа Дизеля с воспламенением от сжатия. Впоследствии интерес к более эффективному контролю зажигания и регулированию сгорания привел к тому, что сам Рудольф Дизель предложил стратегию сжигания с двумя видами топлива и запатентовал свое изобретение в 1901 году [11].Сегодня эта идея была использована для стимулирования использования газообразного топлива, такого как природный газ, в дизельных двигателях и для разработки передовых стратегий сгорания, которые используют возможность динамической оптимизации свойств топливной смеси (путем контроля соотношения между впрыскиваемого топлива) в зависимости от условий эксплуатации. Такие реализации стратегии сжигания двухтопливного топлива обещают значительное повышение эффективности использования топлива, а также снижение токсичных выбросов. Тем не менее, большинство преимуществ, связанных с сжиганием двухтопливного топлива, были в основном изучены в академических и исследовательских учреждениях в строго регулируемых условиях; технология в настоящее время все еще сталкивается с серьезными проблемами и ограниченным признанием, что ограничивает ее проникновение на рынок.

Цель этого раздела — дать обзор развития двухтопливных двигателей, в частности, проанализировать историю развития технологии и обсудить примеры современных и прошлых двухтопливных двигателей в производстве. В следующих разделах будут обсуждаться текущие исследования двухтопливных двигателей и их ожидаемая роль в ближайшем и отдаленном будущем.

2.1. Краткая история

В заявке на патент, поданной 6 апреля 1898 г., Рудольф Дизель предлагает, что «если данная смесь сжимается до степени ниже точки воспламенения, но выше точки воспламенения второй или вспомогательной горючей смеси, то впрыскивание этого последнего в первую сжатую смесь вызовет немедленное воспламенение вторичного топлива и постепенное сгорание первой смеси, причем сгорание после воспламенения зависит от впрыска воспламеняющейся или вторичной горючей смеси »[11].Этот патент, озаглавленный «Способ зажигания и регулирование горения для двигателей внутреннего сгорания 9009», был принят в 1901 году и является одной из первых попыток ввести и успешно поджечь менее реактивное газообразное топливо в 4-тактном двигателе внутреннего сгорания с использованием второго топлива. Точно так же сегодня способность зажигать предварительно смешанный заряд (например, воздух и топливо с низкой реакционной способностью, такой как природный газ) с использованием вторичного топлива с высокой реакционной способностью (такого как дизельное топливо) или взаимозаменяемо работающий только на топливе с высокой реакционной способностью является одной из важных характеристика стратегии сжигания двухтопливного топлива.

В течение нескольких лет двухтопливный двигатель коммерчески не использовался из-за его механической сложности и грубого хода, вызванного самовоспламенением и детонацией. Первый коммерческий двухтопливный двигатель был выпущен только в 1939 году компанией National Gas and Oil Engine Co. в Великобритании. Двигатель, работающий на городском газе или других видах газообразного топлива, был относительно прост в эксплуатации и в основном использовался в некоторых районах, где требовалось дешевое стационарное производство электроэнергии [12]. Во время Второй мировой войны нехватка жидкого топлива вызвала дальнейший интерес к двухтопливным двигателям со стороны ученых из Великобритании, Германии и Италии.Некоторые автомобили с дизельными двигателями были успешно переведены на двухтопливные, и было также изучено возможное применение двухтопливных двигателей в гражданской и военной областях. В это время в обычных дизельных двигателях использовались различные виды газообразного топлива, такие как угольный газ, канализационный газ или метан [13]. После Второй мировой войны, по экономическим и экологическим причинам, двухтопливные двигатели получили дальнейшее развитие и использовались в очень широком диапазоне применений: от стационарной энергетики до автомобильного и морского транспорта, включая дальние и короткие грузовые автомобили и автобусы [12 ].

В 1949 году Крукс, инженер The Cooper-Bessemer Corporation — одного из главных производителей двигателей во время Второй мировой войны, представил экспериментальную работу с двухтопливным двигателем, который, как утверждается, привел к созданию наиболее эффективного двигателя, известного из тепловых КПД 40% при полной нагрузке. Он также подчеркивает, что двухтопливный двигатель привел к «чрезвычайно экономичному источнику энергии, имеющему чрезвычайно низкую стоимость обслуживания» [14]. Потенциал использования относительно дешевых газообразных топливных ресурсов и одновременная выгода от высокой тепловой эффективности способствовали переводу обычного двигателя с воспламенением от сжатия на работу с двумя видами топлива.Тем не менее, важные ограничения все еще сохраняются: (1) при высоких нагрузках выходная мощность и эффективность были ограничены началом самовоспламенения и детонации с наиболее распространенным газообразным топливом, (2) процесс сгорания в двухтопливном двигателе очень чувствителен к тип, состав и концентрация используемого газообразного топлива, и (3) при работе с малой нагрузкой двухтопливный двигатель проявляет большую степень циклических изменений рабочих параметров, таких как пиковое давление в цилиндре, крутящий момент и задержка зажигания [13 ].

По-прежнему проводится большое исследование для понимания и преодоления проблем, связанных с эксплуатацией двухтопливных двигателей. Многообещающее начинание состоит в успешном использовании преимуществ двухтопливного двигателя в автомобильной промышленности.

2.2. Двухтопливное в современном автомобильном производстве

В книге, озаглавленной «Двухтопливный двигатель», опубликованной в 1987 г. Гази А. Карим, который ранее провел несколько исследований [15, 16, 17, 18, 19, 20], посвященных тема двухтопливных двигателей предполагает, что, хотя двухтопливный двигатель использовался в широком спектре стационарных применений для производства энергии, когенерации, сжатия газов и работы насосов; внедрение в мобильных приложениях «остается областью срочных долгосрочных исследований, которые могут иметь потенциал для широкого открытия рынка двухтопливных двигателей и увеличения эксплуатации ресурсов газообразного топлива, особенно в транспортном секторе» [21].

Действительно, применение двухтопливной технологии было более благоприятным в стационарных и тяжелых условиях эксплуатации, чем в мобильных и легких условиях. Тем не менее, подходящее долгосрочное исследование, предложенное Каримом для транспортного сектора, все еще продолжается. В последнее время усилия по диверсификации энергетических ресурсов транспортной отрасли побудили исследователей и производителей двигателей изучить возможности использования стратегии сжигания двойного топлива.Кроме того, введенные правительством нормативы в отношении выбросов отработавших газов и целевых показателей эффективности использования топлива способствовали поиску инновационных технологий двигателей, включая новые реализации концепции двухтопливных двигателей.

В последние годы исследовательская группа из Университета Висконсин-Мэдисон предложила реализовать стратегию сжигания двухтопливного топлива для снижения выбросов оксида азота (NOx) и твердых частиц (ТЧ) [6, 7, 10, 22]. , Стратегия сгорания под названием «Реактивное контролируемое воспламенение от сжатия (RCCI)» обещает значительное снижение выбросов загрязняющих веществ, а также впечатляющий прирост эффективности использования топлива.RCCI использует смешивание топлива в цилиндрах, по крайней мере, с двумя видами топлива с различной реактивностью и несколькими впрысками для контроля реактивности топлива в цилиндрах, чтобы оптимизировать фазировку сгорания, продолжительность и величину. Процесс включает в себя введение топлива с низкой реакционной способностью в цилиндр для создания хорошо смешанного заряда топлива с низкой реакционной способностью, воздуха и рециркулирующих выхлопных газов. Топливо с высокой реакционной способностью впрыскивается до того, как воспламенение предварительно смешанного топлива происходит путем однократного или многократного впрыскивания непосредственно в камеру сгорания [22].

Kokjohn et al. [6] сравнил производительность обычного дизельного сгорания и двухтопливного сгорания RCCI. Их исследование показало, что реализация стратегии сжигания двойного топлива позволила снизить выбросы NOx на три порядка, уменьшить сажу в шесть раз и увеличить общую указанную эффективность на 16,4%. Сплиттер и соавт. [7] продемонстрировали на двухтопливном двигателе RCCI, что оптимизация расслоения топлива в цилиндрах с двумя видами топлива с большой разницей в реактивности достигла валовой указанной тепловой эффективности около 60%.Кроме того, они показали с помощью имитационных исследований, что стратегия сжигания двухтопливного топлива отклоняет меньшее количество тепла и что ~ 94% максимальной эффективности цикла может быть достигнуто при одновременном получении сверхнизких выбросов NOx и ТЧ.

Подобные мотивы для повышения теплового кпд двигателей привели к реализации двухтопливной стратегии и в двигателях с легким искровым зажиганием. Первоначально предложенный в качестве концепции двигателя в 2005 году Cohn et al. [3], двухтопливный двигатель с искровым зажиганием имел две системы впрыска топлива — одну для обычного бензина, а другую для этанола.Двигатель будет стимулировать использование альтернативных видов топлива, таких как этанол, уменьшая зависимость от ископаемого топлива, и это была альтернативная стратегия подавления детонации, которая учитывает более высокую нагрузку и более высокую эффективность операций. Топливо с высоким октановым числом, такое как этанол, используется вместе с обычным топливом, бензином, для динамической регулировки устойчивости топливной смеси к самовоспламенению в зависимости от условий эксплуатации.

Исследования Cohn et al. [3] предположил, что сгорание двухтопливного топлива может потенциально повысить КПД двигателя СИ примерно на 30%.Подобные исследования Daniel et al. [4] продемонстрировали, что двойной впрыск продемонстрировал преимущества для указанной эффективности и выбросов при почти всех нагрузках по сравнению со стратегией прямого впрыска (GDI) с одним топливным бензином. Кроме того, Chang et al. [77] показали, что при использовании двухтопливной системы впрыска может быть достигнуто максимальное эквивалентное снижение СО2 до 900% 2 , равное 30%. Многочисленные исследования, такие как [23, 24, 25], продолжают изучать преимущества, которые могут быть достигнуты благодаря внедрению двухтопливного сгорания в современных автомобильных двигателях.

В следующих разделах применение и преимущества двухтопливного сгорания отдельно обсуждаются для двигателей с воспламенением от сжатия и с искровым зажиганием, после чего следуют заключительные замечания.

3. Двухтопливные двигатели с воспламенением от сжатия

Дизельные двигатели или двигатели с воспламенением от сжатия доминируют на рынках средней и большой грузоподъемности из-за их более высокой эффективности и возможностей получения высокого крутящего момента. Такие двигатели требуют более реактивного топлива, которое будет самовоспламеняться при высоких давлениях и температурах.Это ограничивает топлива, которые могут быть использованы на двигателях CI. Двухтопливные двигатели позволяют использовать меньше реактивного топлива, поскольку они могут использовать второе более реактивное топливо для зажигания. Кроме того, концепции двухтопливного топлива также были исследованы как способ снижения выбросов двигателя. Обычное сгорание дизельного топлива контролируется диффузией и обычно сопровождается выбросами оксидов азота (NO x ) и твердых частиц (ТЧ) [26]. Выбросы оксида азота являются результатом высоких температур в цилиндрах, которые способствуют сочетанию азота (поступающего со свежим воздухом) с избытком кислорода [27].В то же время твердые частицы или сажа образуются в богатых топливом регионах при агломерации углеводородов [27, 28]. Таким образом, высокие локальные коэффициенты эквивалентности могут привести к образованию сажи, а высокие локальные температуры могут привести к образованию NOx, как показано на рисунке 1. Во избежание этих проблемных областей многие двухтопливные двигатели с дизельным двигателем большой мощности пытаются работать в условиях которые способствуют предварительному смешиванию топлива и воздуха и / или достигают расслоения в цилиндрах для достижения высокой эффективности и низких выбросов.Благодаря более сгоранию с предварительным смешиванием можно почти полностью исключить богатые области, в которых будет производиться ТЧ, и достичь более короткой продолжительности сгорания, что снижает местные температуры и, следовательно, выбросы NO x [6, 7, 29, 30, 31, 32, 33 ].

Рисунок 1.

Выбросы в зависимости от местной температуры в зависимости от местного коэффициента эквивалентности.

Таким образом, двухтопливные двигатели используются на рынке сверхмощных двигателей по двум основным причинам:

  1. Как способ использования более легкодоступного, но менее реактивного топлива в качестве основного источника энергии и использования топлива с высокой реакционной способностью. начать горение.

  2. В качестве способа введения топлива с различной реактивностью и создания более сложного режима сгорания, который может быть более эффективным и производить меньше NO x и PM.

3.1. Обычные двухтопливные двигатели с воспламенением от сжатия

Поскольку мир стремится стать менее зависимым от обычного дизельного топлива и бензина, растет интерес к использованию топлива, такого как природный газ, в двигателях. Некоторые из этих видов топлива менее реактивны, чем обычное дизельное топливо, и, следовательно, их сложнее использовать в двигателях с воспламенением от сжатия, где необходимо самовоспламенение топлива.Двухтопливные системы являются одним из способов использования менее реактивного топлива в двигателях большой мощности [34, 35, 36, 37, 38]. Одним из таких видов топлива является природный газ, и он будет рассмотрен здесь в качестве примера преимуществ и проблем этого типа работы двигателя.

Природный газ труднее поджечь, чем обычное моторное топливо, поэтому его легче интегрировать в двигатели с искровым зажиганием. В двигателях большой мощности природный газ нуждается в источнике воспламенения, поэтому он, как правило, впрыскивается в порт, а дизель впрыскивается напрямую и служит пилотом.Топливо, которое впрыскивается через порт, предварительно смешивается с воздухом и, как правило, проявляет быстрое сгорание, в котором преобладает химическая кинетика реакции сгорания, но топливо, которое впрыскивается напрямую и должно смешиваться с воздухом, имеет тенденцию к более длительному сгоранию. в нем преобладает время, необходимое для адекватного смешивания воздуха и топлива. Поскольку двухтопливные двигатели имеют топливо, которое впрыскивается через порт, и топливо, которое впрыскивается напрямую, они часто демонстрируют двухступенчатый процесс сгорания. Часть сгорания, которая происходит в предварительно смешанной противрежим диффузии будет сильно зависеть от количества каждого используемого топлива [39]. Хотя это усложняет процесс сгорания, впрыск двойного топлива может обеспечить стабильное сгорание менее реактивного топлива, такого как природный газ, в двигателях с ХИ. Тем не менее, при работе в этом режиме снижение экономии топлива составило около 10% [34].

Мало того, что экономия топлива или эффективность влияют, но выбросы также изменяются при сжигании двухтопливного топлива. В двухтопливных двигателях, работающих на природном газе и дизельном топливе, наблюдалось снижение NOx и PM до 60% [34].Однако эти выбросы зависят от используемого топлива, а также от количества каждого используемого топлива. Например, было показано, что выбросы твердых частиц и распределение частиц по размеру сильно зависят от свойств топлива с прямым впрыском и уровня замещения природного газа. Топливо с прямым впрыском с более низкой плотностью и вязкостью и более высокой летучестью дает меньшее количество твердых частиц [40]. Однако более высокие темпы замещения природного газа могут повышать уровень сажи, поскольку они уменьшают местную доступность кислорода [41].

Как и во многих двигателях, работающих на природном газе, обычно встречаются более высокие выбросы CO и UHC. Различные скорости замещения природного газа были исследованы в [42] и показали, что только низкие количества природного газа могут использоваться при низких нагрузках из-за ограничений выбросов, но более высокие фракции природного газа могут использоваться при высоких нагрузках. Прямой впрыск обоих видов топлива [43], более высокое давление впрыска топлива и адаптированные блоки управления двигателем [44, 45] были реализованы, чтобы избежать этих ограничений выбросов.Системы вторичной очистки, включая дизельные катализаторы окисления [35], а также сажевые фильтры для дизельных двигателей и системы каталитического восстановления с селективным выделением мочевины [46], также были внедрены в двухтопливных двигателях для снижения выбросов. Однако, чтобы обеспечить эффективное использование больших количеств природного газа, вероятно, необходимы более совершенные методы сжигания и методы оптимизации [47, 48].

Большинство традиционных исследований двухтопливных двигателей были сосредоточены на природном газе, но этот подход использования дизельного топлива в качестве пилотного топлива также может быть использован с различными видами топлива, которые недостаточно реактивны, чтобы использоваться в качестве единственного топлива на двигатель с воспламенением от сжатия.Концепции двойного топлива также были изучены с комбинациями топлива, включая метанол и дизельное топливо [49], биогаз и биодизель и биогаз и дизельное топливо [50].

3.2. Усовершенствованные двухтопливные двигатели с воспламенением от сжатия

Чтобы повысить эффективность двигателей, было проведено много исследований более сложных режимов сгорания. Многие из этих передовых стратегий сгорания пытались предварительно смешать топливо и воздух для достижения более эффективного и чистого сгорания, но их можно было использовать только в более низких диапазонах крутящего момента [51, 52].Одна из стратегий расширения рабочей области этих более продвинутых технологий состоит в том, чтобы одновременно использовать два топлива с различной реактивностью, чтобы дополнительно увеличить период задержки сгорания и способствовать предварительному смешиванию в более высоких рабочих зонах [53]. Эта стратегия известна как управляемое реактивом воспламенение от сжатия (RCCI). В RCCI топливо с низкой реакционной способностью, такое как бензин, впрыскивается отдельно от топлива с высокой реакционной способностью дизельного типа. Количества каждого соответствующего топлива могут быть изменены так, что событие сгорания может быть отложено, чтобы обеспечить адекватное время смешивания, и может быть достигнута желаемая форма события сгорания.Недавняя работа в RCCI показала, что свойства топлива, которые отличаются от свойств обычных топлив, могут быть использованы для формирования процесса сгорания и повышения КПД двигателя от 45% до почти 60% [6, 7] в этом режиме. Несмотря на то, что преимущества в эффективности могут быть значительными, высокие выбросы CO и UHC, а также высокие темпы роста давления могут по-прежнему ограничивать использование RCCI.

3.2.1. Управляемое реактивом воспламенение от сжатия

Горение RCCI-типа было первоначально изучено в Университете Висконсин-Мэдисон с использованием бензина в качестве топлива с низкой реакционной способностью, впрыскиваемого через порт, и дизеля в качестве топлива с высокой инжекцией прямого впрыска [7].Используя два топлива с различными свойствами, можно добиться стратификации реакционной способности смеси в цилиндрах, что приведет к более длительным задержкам зажигания и увеличенному времени предварительного смешивания. Было показано, что дизельное топливо с более низкой реакционной способностью выгодно в этих рабочих условиях, поскольку оно увеличивает локальный градиент реактивности [54, 55]. В таких режимах более реактивные компоненты топлива потребляются с большей скоростью, и более медленное горение составляет большую часть выбросов UHC [56].

Использование альтернативных видов топлива, таких как этанол и природный газ, в таких условиях эксплуатации типа RCCI также показало многообещающие результаты и, по-видимому, лучше использует преимущества этих альтернатив. Исследования, проведенные Navistar, Аргоннской национальной лабораторией и Wisconsin Engine Research, показали, что использование E85 в качестве топлива с низкой реакционной способностью может обеспечить более высокие нагрузки и эффективность при использовании RCCI. В то время как более традиционные двухтопливные бензиновые и дизельные двигатели достигли BMEP 11,6 бар, а тепловой КПД (BTE) — 43.6%, использование E85 с дизельным двигателем позволило расширить BMEP до 19 бар с BTE 45,1% [57]. Более поздние исследования, проведенные RWTH Aachen University и FEV GmbH, показали, что при использовании дизеля и этанола, более высокие количества этанола могут быть использованы в условиях более низкой нагрузки и обеспечат более стабильное сгорание и более низкие выбросы UHC. Однако, поскольку нагрузка увеличивалась, требовалось большее количество дизельного топлива, чтобы поддерживать скорость нарастания давления в цилиндре до приемлемого уровня [58].

Некоторым из этих вредных воздействий на выбросы CO и UHC можно противодействовать с помощью более сложных стратегий впрыска топлива [59].Например, в более поздней работе исследовалось использование портового впрыска этанола с многоимпульсным прямым впрыском дизеля. Двойной пилотный впрыск позволил снизить выбросы UHC и CO в условиях RCCI [60]. Также было показано, что другие методы, такие как использование более высоких давлений впрыска, могут повысить эффективность и обеспечить дальнейшее снижение выбросов NOx, CO, UHC и PM [61].

3.2.2. Проблемы с управляемым реактивом воспламенением от сжатия

Хотя методы RCCI являются многообещающими, эти режимы страдают от нескольких технических проблем.Во-первых, колебания от цикла к циклу и от цилиндра к цилиндру могут быть более значительными, чем при обычном сгорании дизельного топлива [62, 63]. Поскольку смешивание топлива и воздуха имеет решающее значение и в этих режимах обычно используется большое количество рециркулируемого выхлопного газа, небольшие изменения в количестве топлива в цилиндре и газовой смеси могут привести к значительным изменениям в процессе сгорания. Борьба с такими изменениями, вероятно, потребует более сложных стратегий управления и дополнительных датчиков двигателя [62].

Во-вторых, управление поэтапным сгоранием этих режимов является сложной задачей, поскольку процесс сгорания контролируется химической кинетикой и не запускается напрямую в результате впрыска.Методы управления должны пытаться поддерживать оптимальную фазировку сгорания, обеспечивая при этом, чтобы скорость нарастания давления и колебания сгорания не превышали допустимых пределов путем мониторинга соотношения топливной смеси [64] и времени прямого впрыска [65]. Успешное использование RCCI может также потребовать переключения между традиционным сгоранием дизеля при более низкой нагрузке и двухтопливной работой при более высокой нагрузке [65]. Промежуточные режимы, такие как «предварительное смешанное сгорание с двойным топливом» и «частично предварительно смешанное воспламенение от сжатия», могут обеспечить чистые и эффективные стратегии промежуточного сгорания, которые могут использоваться сами по себе или при переходе от обычного дизельного сжигания к RCCI [66].

Как обсуждалось ранее, выбросы UHC и CO часто выше в режимах RCCI. Предполагается, что это связано с тем, что локальные коэффициенты эквивалентности могут упасть ниже предела воспламеняемости природного газа и привести к выбросам несгоревших углеводородов [67], но могут потребовать разработки новых систем последующей обработки для этих двигателей. Признание потребителей также является проблемой для двухтопливных двигателей. Поскольку пользователи могут не захотеть заполнять два топливных бака, Splitter et al. исследовали метод включения RCCI с использованием бензина и цетановой добавки, улучшающей ди-трет-дутилпероид (DTBP) [22].В этом исследовании использовался порт, в который вводили бензин в качестве топлива с низкой реакционной способностью, но в качестве топлива с высокой реактивностью использовался бензин, смешанный с различными количествами DTBP. Пиковый валовой ITE составил 57%, а выбросы были аналогичны стандартным уровням RCCI для двух видов топлива.

4. Двухтопливные двигатели с искровым зажиганием

Реализация стратегий двухтопливного сгорания на двигателях средней и большой грузоподъемности в основном обсуждалась в предыдущем разделе. Такое использование двухтопливных стратегий сгорания обычно ограничивается двигателями с воспламенением от сжатия, где дизельное топливо является обычным топливом.Тем не менее, в последние годы легкие двигатели с искровым зажиганием также были оснащены двухтопливной системой сгорания. В этом разделе будет обсуждаться внедрение и использование двухтопливного сгорания на двигателях SI малой грузоподъемности.

В двигателях SI также используется стратегия сжигания двухтопливного топлива для содействия использованию альтернативных видов топлива, таких как этанол и метанол. Существует все больше и больше законодательных актов, навязываемых правительством, поощряющих использование биотоплива на транспорте [68].Действующее законодательство требует, чтобы к 2020 году страны-члены ЕС соответствовали минимальному целевому показателю 10% по использованию альтернативных видов топлива (биотоплива или других возобновляемых видов топлива) в транспорте [69]. В США налоговые льготы использовались для стимулирования использования этанола в бензине [70], чтобы повторить успех, наблюдаемый в Бразилии [71]. Стремление извлечь выгоду из стимулов или соответствовать законодательству побудило производителей двигателей изучить возможность применения двухтопливного сгорания на двигателях с искровым зажиганием с использованием биотоплива и других возобновляемых видов топлива.

Кроме того, одним из основных мотивов внедрения двухтопливного сгорания в двигателях SI также является разработка более совершенных методов контроля детонации двигателя. Стук двигателя, непреднамеренное самовоспламенение топлива в локализованных областях высокого давления и температуры внутри цилиндра [72, 73], может привести к значительному повреждению двигателя и является одним из главных препятствий в двигателях SI. Традиционный подход к предотвращению детонации в двигателях с искровым зажиганием (SI) состоит в задержке фазировки сгорания путем замедления времени зажигания [74].Событие сгорания, возникающее позже в ходе сгорания (дальше от верхней мертвой точки), имеет более низкую тенденцию к детонации, поскольку давление и температура сгорания ниже. Однако задержка поэтапного сгорания также снижает эффективность использования топлива, поскольку при позднем сгорании можно извлечь меньше работы [75].

Стратегия сгорания двухтопливного двигателя обеспечивает двигателям SI альтернативный способ избежать детонации без ущерба для эффективности использования топлива. Склонность топлива к самовоспламенению зависит не только от условий в цилиндрах, но и от сопротивления детонации (октановое число) топлива.Таким образом, повышение октанового числа топлива помогает избежать детонации без ущерба для эффективности использования топлива. Двигатели с двухтопливными возможностями могут использовать топливо с низким и высоким RON одновременно, чтобы оптимизировать сопротивление детонации топливной смеси, контролируя пропорцию каждого впрыскиваемого топлива. Во многих исследованиях изучалась реализация двухтопливной стратегии подавления детонации [2, 3, 4, 5, 72, 73, 74, 75].

Исследования Cohn et al. [3] и Bromberg et al. [76] в Массачусетском технологическом институте предложили концепцию двигателя с повышенным содержанием этанола, которая обеспечивает подавление детонации двигателя при высоком давлении с помощью прямого впрыска этанола.Их исследования показывают, что внедрение системы вторичного впрыска топлива может позволить двигателю работать на более высоких уровнях турбонаддува и потенциально может повысить эффективность цикла привода примерно на 30%. Даниэль и др. [4] реализовали двухтопливную стратегию для уменьшения детонации на одноцилиндровом двигателе исследования СИ. Исследование показывает, что стратегия двойного впрыска (с использованием либо этанола, либо метанола в качестве топлива с высоким RON) показала преимущества для указанной эффективности и выбросов (HC, CO, CO 2 ) при почти всех нагрузках по сравнению с одним непосредственным впрыском бензина. (GDI) стратегия.Кроме того, Chang et al. [77] провели оценку выбросов парниковых газов по схеме «скважина к колесам» (W-t-W), чтобы оценить общие выгоды от выбросов двухтопливной системы, снижающей удар. Их исследование показало, что с помощью системы с двойным впрыском топлива можно достичь максимального снижения эквивалентной концентрации CO 2 на 30% по массе.

Двухтопливная конфигурация SI обеспечивает три основных преимущества: (1) двигатель может быть дополнительно уменьшен в размерах и работать в условиях высокого давления (2) сопротивление детонации топлива можно регулировать в зависимости от рабочей точки, поддерживая оптимальную фазировку сгорания (максимизируя двигатель эффективность), и (3) рабочие точки с низкой склонностью к детонации могут работать на низкооктановом топливе, исключая потери RON, что обычно приводит к удешевлению топлива и снижению выбросов CO 2 [5, 77].Команда из Saudi Aramco в сотрудничестве с IFP Energies nouvelles продемонстрировала эти преимущества на серийном пассажирском транспортном средстве [23, 78, 79]. Двухтопливная технология определяется как «возможность повысить топливную эффективность, используя октан только тогда, когда он вам нужен». Исследователи отмечают, что эта технология позволит повысить эффективность использования топлива при одновременном снижении общих потребностей в энергии для производства бензинового топлива в будущем [79]. Исследователи из Aramco Fuel Research Center (AFRC) определяют разработку серийного автомобиля как только начало и намечают ближайшую цель перехода от транспортного средства с двумя баками с двумя различными видами топлива к одному, в котором используется только одно топливо, и обработайте его бортовой системой обновления топлива.

Подобно усилиям Saudi Aramco, в настоящее время растет интерес к использованию преимуществ стратегии двойного сгорания топлива на обычных двигателях SI. Исследование, проведенное в Массачусетском технологическом институте Джо и соавт. [24] исследует использование двухтопливного топлива для легкового автомобиля и грузовика средней грузоподъемности. Их имитационные исследования в сочетании с экспериментальными испытаниями показывают, что можно добиться значительного повышения эффективности торможения двигателем: 30% для цикла вождения городского динамометра (UDDS) и 15% для цикла US06.Исследования Marchitto et al. в Istituto Motori, CNR [25] продемонстрировали, что впрыск этанола в качестве вторичного топлива в порт показал значительное увеличение теплового кпд (~ 10%) и значительное уменьшение количества выбросов частиц, а также массы частиц (60–80%).

Двухтопливное сжигание обеспечивает многообещающий путь для повышения теплового кпд двигателей с искровым зажиганием. Возможность использовать альтернативные виды топлива, такие как этанол и метанол, а также способность подавлять детонацию без ущерба для термической эффективности, вызвала интерес к этой технологии.Тем не менее, проблемы, связанные с несколькими резервуарами и несколькими видами топлива, требуют от исследователей поиска путей, которые сделают технологию более доступной для повседневных потребителей.

5. Заключение

С момента появления стратегии сжигания двухтопливного топлива в качестве инструмента для лучшего контроля сгорания его применение стало наиболее важным в стационарных и тяжелых условиях эксплуатации. Интеграция двухтопливного сгорания в транспортной отрасли обещает большие преимущества как с точки зрения повышения эффективности использования топлива, так и снижения токсичных выбросов.Значительные усилия предпринимаются для внедрения этой технологии в автомобильной промышленности для двигателей большой мощности, а также для средних и легких двигателей. Текущие исследования по сжиганию двухтопливных топлив обещают поощрение путей, которые позволят использовать более легкодоступное газообразное топливо и возобновляемое топливо. Наблюдаемые преимущества как для двигателей с воспламенением от сжатия, так и для двигателей с искровым зажиганием требуют дальнейших инвестиций, исследований и усилий по более эффективному использованию этих преимуществ в более широком масштабе.

В двигателях с воспламенением от сжатия (CI) двухтопливное сгорание представляет собой эффективный подход к управлению моментом сгорания и расширению ограничений нагрузки двигателя.Это достигается за счет впрыскивания топлива как с высокой реакционной способностью, так и с низкой реакционной способностью, путем регулирования концентрации одного относительно другого и, тем самым, оптимизации реактивности топливной смеси (по циклам) для различных рабочих условий. В двигателях с искровым зажиганием (SI) оптимизация октанового числа топлива представляет альтернативный подход во избежание ненормального сгорания (детонация двигателя из-за самовоспламенения). Обычный двигатель SI использует задержку зажигания во избежание детонации, что приводит к снижению эффективности и увеличению выбросов.При использовании двухтопливных технологий сгорания два топлива с высоким и низким октановым числом могут использоваться для регулировки октанового числа топливной смеси по мере необходимости, чтобы избежать детонации, не жертвуя эффективностью двигателя.

Хотя работа на двух видах топлива имеет много потенциальных преимуществ, реализация этих стратегий на двигателях CI и SI также сопряжена с серьезными проблемами. Эти проблемы усугубляются, когда двухтопливное сгорание осуществляется в сочетании с другими передовыми стратегиями сгорания, включая изменение фаз газораспределения и высокую циркуляцию EGR.Основные проблемы включают увеличение вариаций сгорания и трудности в правильной настройке топливной смеси для эффективного контроля времени сгорания (в двигателях CI) и эффективного контроля детонации (в двигателях SI). Несмотря на то, что технология успешно используется в стационарных приложениях, реализация двухтопливной стратегии в мобильных приложениях, особенно в транспортном секторе, все еще сталкивается с ограниченными проблемами. Помимо технических проблем, связанных с двухтопливным двигателем, основной проблемой его интеграции в автомобильную промышленность является социальное сопротивление требованию иметь и заполнять два топливных бака.Для того чтобы технологии успешно проникли на автомобильный рынок, преимущества в плане повышения эффективности использования топлива и снижения токсичных выбросов должны явно перевешивать технические и социальные проблемы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *