Характеристика холостого хода двигателя внутреннего сгорания

Особенности условий работы ДВС автомобилей, тракторов и ДСМ

Несмотря на общий принцип работы ДВС, они имеют специфические особенности с учётом их применения на объектах назначения и условий работы самого объекта. В этом отношении условия эксплуатации ДВС автомобилей и ДСМ не похожи на условия работы стационарных, судовых и тепловозных ДВС.

Для условий эксплуатации автомобильных ДВС характерны следующие особенности.

· Широкий диапазон нагрузок и частот вращения, а также их частая смена. Это приводит к частой работе на так называемых неустановившихся режимах (НУР), что выражается в быстрой смене скоростного и нагрузочного режимов. Число переключений передач составляет 400…600 на 100 км пробега даже при умеренной плотности движения. Доля неустановившихся режимов работы (НУР) в условиях городского движения автомобиля доходит до 50%; из них разгоны составляют до 50%. На этих режимах потребляется до 50 % топлива и выделяется 80% токсичных компонентов ОГ.

· Невысокая средняя нагрузка и частота вращения. Среднее значение крутящего момента на валу составляет М_{к ср} = (0,3…0,5) М_{к max}, а среднее значение частоты вращения n_ср = (0.5…0.7) n_ном, где М_{к max} и n_ном максимальное значение крутящего момента и номинальное значение частоты вращения. Это указывает на длительную работу на частичных нагрузках и на режимах холостого хода (ХХ).

Для условий эксплуатации ДВС тракторов и ДСМ также характерны широкий диапазон нагрузок и частая их смена. Но характер отличается от аналогичных условий автомобильных ДВС.

· Более высокая средняя нагрузка: по крутящему моменту М_{к ср} = (0,6…0,7) М_{к max},

· При эксплуатации на некоторых машинах частота вращения двигателя изменяется мало, что диктуется требованиями условий работы объекта назначения и обеспечивается работой регулятора.

· Частота смены внешней нагрузки, вызывающая необходимость адекватного изменения мощности самого двигателя лежит в пределах f = 0,10…10 Гц.

· Число включений различных вспомогательных механизмов, нагружающих двигатель, составляет до 1500 в час. Например, переключение передач 80 в час, число включений сцепления до 100 в час.

· Частые пуски двигателя (до 80 за 10 часов работы).

· Частый выход на режимы полной нагрузки (до 60…70% времени – работа на режиме полной нагрузки).

· Высокая запылённость воздуха в окружающей среде. Для условий работы автомобилей (исключая работу в карьерах) запылённость составляет 0,12 г/м 3 . Для условий работы бульдозеров, скреперов и грейдеров — 0,4…1,0 г/м 3 , т.е. в 4…8 раз выше.

Требования к ДВС автомобилей и ДСМ

Анализ условий работы ДВС автомобилей, тракторов и ДСМ позволяет сформулировать основные требования к ДВС подобного назначения.

1) Регулируемость – способность изменять мощность при изменении внешней нагрузки.

2) Быстрая адаптация к изменению внешней нагрузки или к изменению положения органа управления, т.е. высокие динамические свойства.

4) Высокие экологические показатели.

5) Высокая надёжность.

6) Быстрый запуск двигателя.

7) Минимальные габариты и масса

8) Простота обслуживания.

Необходимо отметить, что требования высокой экономичности, высоких экологических показателей и надёжности должны обеспечиваться в широком диапазоне его скоростных и нагрузочных режимов, а также при частой их смене.

Двигатели внутреннего сгорания, применяемые в качестве силовых установок для автомобилей, тракторов и ДСМ, в значительной мере удовлетворяют указанным требованиям.

Вместе с тем им присущи следующие недостатки.

1) Ограниченная агрегатная мощность, вызванная цикличностью рабочего процесса. Под эти показателем понимается отношение массы двигателя на единицу мощности. В настоящее время этот показатель 4…6 кг/кВт, (в начале века ХХ века 20…40 кг/кВт). По этому показателю они уступают газотурбинным двигателям.

2) Высокий уровень шума.

3) Высокая частота вращения при пуске двигателя.

4) Токсичность ОГ.

5) Наличие значительных вращающихся масс (ВМ) и возвратно-поступательно движущихся и масс (ВПДМ) является причиной неуравновешенности ДВС.

6) Неблагоприятная естественная тяговая характеристика ДВС, исключающая возможность его непосредственного соединения с колесами транспортной машины.

По всем этим показателям они уступают газотурбинным установкам (ГТД).

За 150 лет своего существования поршневые ДВС показали перспективность их конструкции и резервы их совершенствования.

Классификация ДВС

1) По способу осуществления рабочего цикла ДВС подразделяются на: 4-тактные

и 2-тактные, в которых рабочий цикл совершается соответственно за два оборота КВ и за один оборот КВ.

2) По способу регулирования мощности:

· ДВС с количественным регулированием, когда изменяется количество смеси при слабом изменении ее состава (качества).

· ДВС с качественным регулированием, когда изменяется состав смеси при слабом изменении ее количества.

3) По способу смесеобразования:

· с внешним смесеобразованием, когда смесь воздуха с топливом создаётся преимущественно вне цилиндра; подача топлива осуществляется во впускной воздушный тракт;

· с внутренним смесеобразованием, когда смесь топлива с воздухом создаётся непосредственно в цилиндре; соответственно подача топлива осуществляется непосредственно в цилиндр.

4).По способу воспламенения горючей смеси:

· с принудительным зажиганием (от искрового разряда);

· с воспламенением от сжатия (вследствие повышения температуры заряда при сжатии);

· газодизельные или бензодизельные.

4) По виду применяемого топлива: · легкого топлива (бензины); · тяжелого топлива (дизельное топливо); · газовые (сжиженный газ или сжатый природный газ); · многотопливные.

Под понятием двигатель с искровым зажиганием (ДсИЗ) понимается двигатель лёгкого топлива, с внешним смесеобразованием; с воспламенением от искры; с количественным регулированием.

Под понятием дизель понимается двигатель тяжёлого топлива; с внутренним смесеобразованием; с воспламенением от сжатия; с качественным регулированием.

5) По способу охлаждения в зависимости от вида внешнего теплоносителя различают двигатели: · с жидкостным охлаждением; · с воздушным охлаждением.

6. Действительный рабочий цикл: основные определения и конструктивные параметры ДВС

6.1. Основные определения

Действительным циклом ПДВС называется последовательность периодически повторяющихся процессов, осуществляемых с целью превращения части термохимической энергии топлива в механическую работу.

Рабочий цикл ПДВС состоит из 5 основных процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Все процессы в ДВС осуществляются при перемещении поршня в цилиндре двигателя, в результате чего изменяется объем надпоршневого пространства.

Преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Мёртвыми точками КШМ называют положение КШМ, при котором ось шатуна лежит в плоскости кривошипа КВ. При этих положениях сила, приложенная к поршню, не может вызвать вращательное движение КВ. Мёртвым точкам соответствуют крайние положения поршня в цилиндре.

Крайнее положение поршня, при котором его расстояние от оси КВ достигает максимума, называется верхней мёртвой точкой (ВМТ)..

Крайнее положение поршня, при котором его расстояние от оси КВ достигает минимума, называют нижней мёртвой точкой (НМТ).

Ход поршня S – расстояние между крайними его положениями в цилиндре, те. расстояние, которое проходит поршень при его движении между верхней и нижней мёртвыми точками. От величины хода поршня существенно зависит его средняя скорость с_п при перемещении поршня между мёртвыми точками, которая в значительной мере определяет износ двигателя. Величина скорости поршня зависит от значения хода поршня S (м) и частоты вращения коленчатого вала n (мин -1 ): c_п = S×n/30 м/с.

Часть рабочего цикла, осуществляемая при перемещении поршня между ВМТ и НМТ, называют тактом. Такту присваивается название процесса, который является по длительности доминирующим при данном перемещении поршня между мёртвыми точками.

В связи с этим различают такты: впуска, сжатия, расширения (или рабочего хода) и выпуска. При этом длительность процессов впуска и выпуска больше длительности соответствующих тактов. Напротив, длительность процессов сжатия и расширения меньше длительности соответствующих тактов.

В многоцилиндровых двигателях последовательность чередования одноимённых тактов в разных цилиндрах называется порядком работы двигателя. При этом нумерация цилиндров осуществляется со стороны, противоположной валу отбора мощности. Для двух рядных двигателей отсчёт сначала ведётся по правому блоку (если смотреть со стороны отбора мощности), а потом – по левому. От порядка работы цилиндров существенно зависит равномерность работы двигателя.

При перемещении поршня происходит изменение объём внутренней полости цилиндра.

Объём V_с внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объёмом сжатия или камерой сжатия (КС).

Объём V_а внутренней полости цилиндра при положении поршня в НМТ, называют полным объемом цилиндра.

Объём V_h, описываемый поршнем при его движении от ВМТ к НМТ, называют рабочим объемом цилиндра.

Отношение V_a/V_c = e называют степенью сжатия. Этот конструктивный параметр влияет на экономические показатели двигателя.

Величина рабочего объёма определяется как произведение хода поршня S на площадь поршня А: V_h = S×A = S×(p×D 2 /4), где D – диаметр цилиндра.

Диаметр цилиндра оказывает существенное влияние как на организацию рабочего процесса в двигателе, так и на динамические нагрузки. Известно, что масса поршня пропорциональна кубу диаметра цилиндра, т.е. m_п

D 3 . Это является причиной больших значений сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс.

Отношение хода поршня S к диаметру цилиндра D называется коэффициентом короткоходности K =S/D.

При совершении рабочего цикла в ДВС давление в цилиндре изменяется. Для анализа рабочих процессов в ДВС широко используется зависимость давления газов в цилиндре (р) от текущего объема надпоршневого пространства (V_х), освобождаемого поршнем. Эта зависимость р_г = f(V_х) называется индикаторной диаграммой. Учитывая, что объем Vх однозначно связан с перемещением поршня S_х. Индикаторная диаграмма может строиться в координатах р_г = f(S_х).

С помощью индикаторной диаграммы определяются газовые силы, действующие на детали КШМ.

Для реализации рабочего цикла необходимо заполнение цилиндра свежей смесью и освобождение цилиндра от продуктов сгорания. Эти функции выполняет механизм газораспределения (МГР), открывающий и закрывающий в необходимые моменты цикла впускные и выпускные клапаны.

Моменты начала открытия и конца закрытия впускных и выпускных клапанов относительно мёртвых точек, выраженные в градусах ПКВ, называют фазами газораспределения (ФГР).

Количества воздуха и топлива, поступившие в цилиндр за один рабочий цикл, называются соответственно цикловыми зарядами воздуха и топлива (G_ВЦ, G_ТЦ). Соотношение топлива и воздуха в цилиндре называют составом смеси.

Для, так называемого, полного сгорания 1 кг топлива минимально требуется l₀ кг количества воздуха ( l₀ = 14.9 кг в/кг т для бензинов и l₀ = 14,4 кг в/кг т — для дизельного топлива). Соответственно, количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания всего топлива, составит (l₀ ×G_тц).

Состав смеси в ДВС принято характеризовать коэффициентом избытка воздуха a, представляющим отношение действительного количества воздуха, оставшегося в цилиндре после закрытия впускного клапана (или поступившего в цилиндр) к теоретически необходимому для полного сгорания всего поданного топлива.

При a =1 в смеси содержится минимальное количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива (стехиометрическая смесь). В этом случае в продуктах сгорания углеводородного топлива содержатся только продукты полного окисления горючих компонентов топлива (СО₂, Н₂О) и азот (N₂), но и при этом отсутствует свободный кислород (О₂).

При a 1 воздуха, больше, чем необходимо для полного сгорания топлива (бедная смесь). Тогда к составу продуктов сгорания стехиометрической смеси добавляется свободный кислород (О₂).

Характер протекания процессов, формирующих рабочий цикл (РЦ), в значительной степени зависит от: · способа его организации в части газообмена; · способа организации смесеобразования и · способа воспламенения смеси.

Какие функции выполняет электромагнитный клапан холостого хода, как он работает и его характерные неисправности

Все автомобильные моторы внутреннего сгорания обязательно оснащаются системой холостого хода. Это актуально для инжекторных, карбюраторных и дизельных ДВС.

Эта система нужна для того, чтобы автомобильный двигатель в режиме так называемого холостого хода (ХХ) вёл себя стабильно. В таком состоянии установленная дроссельная заслонка будет находиться в полностью закрытом состоянии.

Система включает в себя несколько компонентов. Но одним из ключевых справедливо считается электромагнитный клапан. Он же ещё и регулятор холостого хода.

Для чего он нужен

Для начала здесь следует разобраться в том, что же это такое КХХ и зачем он в машине используется.

КХХ, то есть клапан холостого хода, отвечает за поступление топливовоздушной смеси в коллектор ДВС. При этом используется отдельный канал холостого хода, идущий в обход главной заслонки самого дросселя. Последняя находится под управлением педали газа.

В зависимости от того, о каком типе мотора идёт речь, клапан может регулировать подачу необходимого объёма воздуха или же топливной составляющей. Если это карбюратор или дизельный ДВС, тогда регулируется подача горючего. Если это бензиновый инжектор, тогда с помощью КХХ подаётся воздух в необходимом объёме.

Но мало просто знать про назначение этого клапана системы холостого хода. Также стоит разобраться в особенностях его работы.

Принцип работы

Далее на рассмотрении вопрос о том, как работает на автомобильных моторах клапан системы холостого хода, то есть регулятор ХХ.

Сам КХХ является электромеханическим исполнительным устройством, который контролируется и управляется ЭБУ двигателя. Последний подаёт электросигналы, за счёт которых клапан открывается или закрывается. При этом меняется диаметр проходного сечения каналов холостого хода, по которому во впускной коллектор поступает требуемый объём воздуха или же горючего для ДВС.

Чтобы разобрать принцип работы, на котором основано функционирование клапана регулятора холостого хода, стоит рассмотреть узел на разных типах двигателей.

Карбюратор

В карбюраторах, работающих на бензине, обязательно присутствует такой электромагнитный клапан. Он располагается в корпусе самого карбюратора и является составной частью экономайзера принудительного ХХ.

Управляется этот клапан через блок управления экономайзера, который находится в подкапотном пространстве. Включая зажигание, от блока подаётся питание к регулятору, он открывается и подаёт топливо в коллектор по каналу холостого хода. Отключая зажигание, питание клапана прекращается, а потому и перекрывается подача горючего.

Чтобы выбрать оптимальный объём топлива для подачи в канал ХХ, конструкцией карбюратора предусмотрен специальный винт регулировки.

Этот винт получил вполне логичное название и именуется как винт холостого хода.

Инжектор

У бензиновых инжекторов принцип работы регулятора ХХ несколько иной. Конструктивно он находится в корпусе заслонки дросселя и является частью системы электронного управления ДВС.

За работу клапана отвечает ЭБУ. Он фиксирует сигналы, поступающие от контролирующих установленных датчиков, обрабатывает данные и передаёт управляющие сигналы непосредственно на сам регулятор. За счёт команд от ЭБУ, РХХ может увеличивать или снижать объём воздуха, поступающего в коллектор мотора, тем самым поддерживая заданные обороты.

Дизель

В случае с дизелем электромагнитный клапан находится в корпусе ТНВД, то есть топливного насоса высокого давления. Как и в случае с инжектором, здесь предусмотрено соединение РХХ с ЭБУ ДВС.

Отличительной особенностью дизеля является регулировка подачи именно топлива, а не воздуха, для контроля оборотов мотора.

В остальном же принцип работы схож с бензиновым инжектором.

Разновидности РХХ

Внешне регулятор несколько напоминает электромотор с конической иглой в своей конструкции.

Различают 3 вида таких контроллеров.

• Соленоидные. Самые простые по своему устройству регуляторы. Когда подаётся напряжение, срабатывает внутренний сердечник на обмотке и помещается в специально предусмотренное гнездо, что позволяет сократить диаметр проходного канала. От этого уменьшается объём подачи воздуха или же топлива. Простая конструкция способствует снижению стоимости изделия. Работать такой регулятор может только в полностью открытом и закрытом положении.
• Шаговые. Эти РХХ состоят из обмотки и специального кольцевого магнита. Всего обмоток четыре. Управляющие сигналы от ЭБУ подаются на одну из обмоток, что способствует вращению ротора. Из-за этого сечение проходного канала плавно меняется от состояния полного открытия до полного закрытия, и наоборот.
• Роторные. Их принцип работы аналогичен соленоидным РХХ. Но здесь задачи сердечника выполняет ротор. Последний способен вращаться в разном направлении, меняя при этом размеры сечения канала.

В зависимости от типа мотора и его технических заводских характеристик, применяются различные виды регуляторов.

Диагностика устройства

Автомобилистов интересует, как проверить самостоятельно клапан холостого хода и его текущее состояние.

Для множества автолюбителей самостоятельная проверка этого клапана, компонента системы холостого хода, является вполне выполнимой задачей. Существует несколько методов диагностики состояния регулятора.

1. Внешний осмотр. Сначала проводится визуальный осмотр. Это позволяет определить наличие дефектов на корпусе, следов износа иглы, признаки нагара на поверхностях. Если есть отложения, их можно удалить с помощью средства для мытья карбюраторов. Наверняка при загрязнении РХХ окажется грязным и весь дроссельный узел. Поэтому почистить и его будет не лишним.
2. Диагностическое ПО. Некоторые автолюбители переходят на использование специальных диагностических программ. Помимо программного обеспечения, также требуется наличие адаптера для подключения к системе. Через меню софта выбирается положение контроллера и наблюдается его работа.
3. Состояние проводки. Не лишней будет тщательная проверка проводки, соединённой с РХХ. Здесь требуется задействовать мультиметр. Двигатель отключается, снимается разъём датчика. На мультиметре выбирается режим проверки напряжения с пределом от 0 до 20 В. При исправной работе прибор должен показывать около 12 В.
4. Сопротивления. Также проводится проверка сопротивления этого регулятора. Для этого с помощью того же мультиметра проверяются сопротивления между выводами, отключая клеммы датчика. Мультиметр включается в режим сопротивления, а пределы выставляются от 0 до 200 Ом. Выводы условно обозначены как A, B, C и D. При замерах сопротивления на A и C, как и на B и C, прибор должен отображать бесконечность. В остальных случаях нормой считается 50-55 Ом.
5. Проверка с дросселем. Довольно распространена среди автомобилистов и проверка с дроссельным узлом. Сложность метода в том, что придётся демонтировать полностью весь дроссельный узел непосредственно вместе с самим датчиком. Подключив разъём РХХ, включая и выключая зажигание, визуально наблюдайте за работой подозреваемого регулятора. Убедитесь, что игла ходит нормально, ход равномерный, посторонних звуков нет.

В большинстве случаев при выходе РХХ из строя проводится его замена на аналогичную деталь.

Признаки возникших неисправностей

РХХ не является самым уязвимым элементом двигателя, но его выход из строя вполне возможен.

Симптомы неисправностей РХХ во многом напоминают признаки поломки датчика положения заслонки дросселя.

Но РХХ относится к категории исполнительных автомобильных устройств, в связи с чем при его поломке или возникновении неисправностей на приборной панели лампочка Check не загорается.

О неисправностях регулятора можно узнать по таким симптомам:

• При холостых включённых оборотах ДВС мотор ведёт себя нестабильно. Иногда двигатель может самопроизвольно заглохнуть, если не поддерживать обороты с помощью газа.
• Без каких-либо причин обороты увеличиваются либо падают.
• При переключении любой передачи двигатель может полностью остановиться. Аналогичная ситуация способна произойти при старте с места.
• Когда происходит холодный пуск мотора, он работает не при повышенных оборотах.
• Включая фары или отопитель салона, обороты в режиме холостого хода падают.

В устранении неисправностей может помочь чистка регулятора либо же его полная замена. Самостоятельно почистить и затем промыть деталь не сложно, как и поменять элемент. Но в обоих случаях лучше сначала демонтировать контроллер.

Для этого двигатель выключается и снимается минусовая клемма с АКБ. Далее отключается разъём контакта регулятора, откручиваются крепёжные болты корпуса и демонтируется проблемный элемент.

Чистка помогает далеко не во всех ситуациях. Прежде чем устанавливать восстановленный или новый регулятор, уплотнительное кольцо фланца следует смазать с использованием моторного масла.

В случае с заменой РХХ обязательно требуется калибровка.

Откалибровать узел достаточно просто своими руками. Для этого необходимо:

• проверить расстояние от монтажной пластины до конца штока и убедиться, что оно не превышает 23 мм.;
• отключить минус от АКБ;
• установить новый клапан;
• вернуть на место минусовую клемму;
• включить зажигание на 5 секунд, но не заводить мотор;
• дождаться автоматической калибровки;
• отключить зажигание;
• полноценно запустить мотор и понаблюдать, как он работает на холостых.

Регулятор ХХ является важным компонентом любого двигателя. При этом его диагностика, замена и ремонт не должны вызывать особых сложностей даже у новичка.

Основные параметры и характеристики ДВС

Как это понятно из приведённых описаний циклов, действительные циклы ДВС не являются замкнутыми, а процессы подвода тепла совершаются по достаточно сложным законам, трудно поддающимся инже­нерному расчёту. Поэтому действительные циклы принято идеализировать путём замены реальных процессов некото­рыми условными простыми процессами, обеспечивающими термодинамические расчёты с достаточной для практики точностью.

Рис.30.Смешанный цикл в p-V диаграмме

Для современных ДВС наибольший интерес представляет так называемый смешанный цикл, который в виде p-Vдиа­граммы приведен на рис.30. Линиями обозначе­ны: а — с − адиабатное сжатие в цилиндре поршневого двигателя; c-z 1 − подвод тепла при постоянном объеме; z 1 -z − подвод тепла при постоянном давлении; z-b − адиабатное расширение в цилинд­ре двигателя; b-a − отвод тепла q₂ при постоянном объеме.

Для описания и расчётов цикла используют следующие безразмерные характеристики:

− степень повышения давления

− степень предварительного расширения

Среднестатистические значения величин и наиболее удачных двигателей приводятся в справочной литературе.

Известно, что площадь цикла на р-V диаграмме определяет индикаторную (без учёта внешних потерь энергии) работу L_i за цикл:

где работа продуктов сгорания в процессах расширения; работа на сжатие рабочего тела в процес­сах сжатия.

Конечно же индикаторная работа или мощность всегда меньше того количества энергии, которое получает­ся при сжигании топлива. Все процессы в цилиндре сопровождаются теплопотерями в окружающую среду, а также интенсивным движением газа, и значит потерями, вызываемыми внутренним трением.

Технические системы ДВС

Топливная система дизелей включает агрегаты и отдельные детали, обеспечива­ющие подготовку и подачу топлива в со­ответствующем количестве в определен­ный период рабочего цикла в цилиндры двигателя. В двигателях с принудитель­ным зажиганием система, предназначен­ная для приготовления горючей смеси оп­ределенного состава и подачи ее в цилинд­ры в необходимом количестве, называется системой питания. При этом своевремен­ное воспламенение рабочей смеси в ци­линдре обеспечивается системой зажига­ния.

Смазочная система включает агрегаты и отдельные детали, обеспечивающие под­готовку и надежный подвод масла ко всем трущимся, а также охлаждаемым маслом деталям на всех режимах работы двигателя.

Система охлаждения объединяет агре­гаты и отдельные детали, обеспечивающие отвод теплоты от теплонапряженных деталей двигателя, нагревающихся от соприкосновения с горячими газами (− 2500°С и более) или вследствие трения, и поддержание их рацио­нального температурного состояния на всех режимах работы двигателя.

Важную роль в поддержании невысокой средней температуры деталей играет охлаждение, которое обычно осуществляется по следующей схеме.

Система пуска включает агрегаты и от­дельные детали, создающие необходимую для начала работы двигателя частоту вра­щения коленчатого вала во всех предус­мотренных эксплуатационных условиях.

Система нейтрализации выпускных газов чаще всего предусматривает снижение концентрации токсичных веществ воздей­ствием на рабочий процесс и установку в выпускном трубопроводе ней­трализаторов и очистителей. В термических и каталитических ней­трализаторах происходят химические ре­акции, в результате чего уменьшается кон­центрация газовых компонентов токсич­ных веществ. Механические и водяные очистители применяют для очистки вы­пускных газов от механических частиц (сажи) и капелек масла. Последние ис­пользуются редко.

Система очистки воздуха от пыли включает воздушные фильтры, ко­торые при работе в условиях за­пыленности воздуха снижают износ деталей двигателя. Любой воздушный фильтр должен эффективно очищать воз­дух от пыли и обладать малым гидравличе­ским сопротивлением. По способу очистки воздуха фильтры делят на инерционные, фильтрующие и комбинированные.

Из других систем, применяющихся на современных двигателях, следует отметить систему регулирования и автоматизации, а также технической диагностики.

Комбинированные двигатели

Сочетание в одном силовом агрегате ДВС и газовой турбины образует так называемый комбинированный двигатель. Существует много схем комбинированных двигателей. Так, в схеме, показан­ной на рис. 7.2, выпускные газы из поршневого двигателя с высокой температурой и давлением расширяются в газовой турбине 2, приводящей в действие компрес­сор 3, который засасывает воздух из атмосферы и под определенным давлением подает его через охладитель 4 в цилиндры поршневой части 1.

Схема комбинированного двигателя

В охладителе пони­жается температура воздуха, вследствие чего возрастает его плотность.

Увеличение наполнения цилиндров двигателя воздухом путем повышения давления на впуске называют наддувом. При наддуве увеличивается свежий заряд, заполняющий цилиндр при впуске, по сравнению с зарядом воздуха в том же двигателе без наддува.

Энергия комбинированного двигателя передается потребителю через вал пор­шневой части или газовой турбины, а также обоими валами одновременно.

Поршневой ДВС и газовая турбина в составе комбинированного двигателя удач­но дополняют друг друга: в первом наиболее эффективно в механическую работу преобразуется теплота малых объемов газов при высоком давлении, а в газовой турбине наилучшим образом используется теплота больших объемов газа низ­кого давления.

Эксплуатация двигателей

Процесс эксплуатации ДВС включает операции пуска, выхода на номинальный режим, регулирования, диагностирования технического состояния и выполнения ремонтных работ.

Пуск двигателя как ясно из его принципа дейст­вия возможен только в том случае, если ко­ленчатый вал приводится во вращение вспомогательным устройством.

Наибольшее распространение имеют электрические системы пуска с питани­ем отаккумуляторной батареи. Они удобны в эксплуатации и требуют минимальных затрат на обслуживание.

Воздушный пуск применяют на дизелях средней и большой мощности. В системах воздушного пуска в цилиндры в такте расширения поступает сжатый воздух из пусковых баллонов и приводит в движение кривошипно-шатунный механизм.

Время подготовки двигателя к приему нагрузки после пуска связано с прогревом двигателя на режиме холостого хода. По условию на­дежности работа двигателей под нагруз­кой разрешается при температуре воды и масла не ниже 40. 45 °С.

4 тактный двигатель: подробно разбираем устройство и принцип работы, а так же отличие от двухтактного

Четырехтактный двигатель – самая распространенная модель двигателя внутреннего сгорания для автомобилей и не только. Двухтактные ДВС сегодня применяются, но сфера их использования ограничена некоторыми видами мототехники, микро- и малолитражных автомобилей, снегоходов, катеров и т. п. Широко применяется как бензиновый (обычно карбюраторный), так и дизельный тип. Часто такой двигатель бывает двухцилиндровый, его тип обычно инжекторный.

1. История четырехтактного двигателя
2. Устройство четырехтактного ДВС
3. Принцип работы
4. Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС
5. Рабочий цикл
6. Масло для четырехтактного двигателя
7. Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей
8. Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного
9. Индикаторная диаграмма 4 х тактного дизельного двигателя

История четырехтактного двигателя

Началом истории самого популярного ДВС считаются 70-е годы 19 века, тогда первую рабочую модель такого мотора представил немецкий инженер и предприниматель Николаус Отто. Его работы были основаны на трудах предшественников, пытавшихся найти альтернативу паровой машине.

В начале 19 века французский изобретатель Филипп Лебон создал агрегат, в котором благодаря его же открытиям, горючая смесь загоралась в цилиндре двигателя, а не в топке. В середине века в Бельгии был создан двухтактный двигатель внутреннего сгорания, который затем усовершенствовал Отто. Его четырехтактный движок обладал более высоким КПД, был экономичней и не превосходил предшественника по размерам.

Отто не оценил перспектив своего изобретения, и не прислушался к своему сотруднику – Готлибу Даймлеру, который предложил создать на основе четырехтактного двигателя автомобиль. Даймлер ушел из команды Отто и через несколько лет такой автомобиль все-таки создал. Попутно добавил в него несколько своих идей. Например – вставил в цилиндры трубки накаливания.
Во второй половине 19 века был изобретен карбюратор, а конце века к нему добавили форсунку.

С тех пор кардинально четырехтактный ДВС переделывать не пришлось. Основная сфера современных изобретений – газораспределительная система, конструктивные модификации – OHV, SV или OHC (аббревиатуры означают расположение клапанов и распредвала), а также варианты системы смазки («сухой» картер).

Устройство четырехтактного ДВС

Современный двигатель по сути не отличается от прототипов, поэтому проще всего его функционирование показать на примере одноцилиндрового ДВС.

Конструктивно он состоит из:

• Цилиндра.
• Поршня.
• Клапанов впуска и выпуска.
• Свечи зажигания.
• Коленчатого вала.
• Шатуна.

Принцип работы

Фазы газораспределения в четырехтактном ДВС

Фазы газораспределения – один из главных факторов эффективности мотора. Они напрямую влияют на его КПД. Основная проблема, связанная с ними, заключается в том, что при различных режимах смесь и выхлоп ведут себя по-разному.

ВАЖНО!Для холостого хода подойдут малые фазы (позднее открытие и раннее перекрытие клапанов). На высоких оборотах, наоборот, выгодно раннее время открытия клапанов, благодаря чему можно обработать больший объем газов.

В современной автомобильной промышленности эта проблема обычно решается с помощью специальной муфты, изменяющей угол распредвала при увеличении оборотов двигателя. Эта муфта называется фазовращателем, она управляется электронной системой и поворачивается гидравликой. Благодаря ей, при повышении оборотов обеспечивается раннее открытие клапанов, то есть – нужный темп наполняемости цилиндров.

Способов изменения фаз множество. Например, кулачок с измененным профилем, начинающий работать вместо основного при достижении заданного показателя высоких оборотов. Это позволяет добиться повышенной мощности.

Рабочий цикл

Последовательность тактов выглядит так:

• Такт впуска. За счет вращения коленвала поршень из самой верхней точки идет в самую нижнюю, кулачки распредвала открывают клапан на впуск. Через него всасывается смесь.
• Такт сжатия. Коленвал толкает поршень вверх, впускной клапан закрывается, выпускной остается закрытым. Температура и давление в цилиндре растут.
• Такт расширения. Перед завершением сжатия, свеча зажигания воспламеняет смесь. Топливо сгорает, смесь расширяется и двигает поршень. Связанный с поршнем шатун передает вращательный момент коленвалу. При расширении газы проделывают работу, поэтому ход коленвала называется рабочим. Угол «недоворота» коленвала, который еще не довел поршень до максимальной верхней точки называется углом опережения зажигания (фазой газораспределения). Это делается, чтобы смесь успевала сгореть к моменту достижения поршнем нижней точки. Для повышения эффективности ДВС надо регулировать угол при повышении оборотов. Эти углы регулируются электронной системой автомобиля.
• Такт выпуска. При достижении поршнем самой нижней точки, сила давления вытесняет выхлопные газы из цилиндра через открывшийся выпускной клапан. После достижения поршнем верхней точки выпускной клапан вновь закрывается, рабочий цикл повторяется.

Масло для четырехтактного двигателя

Масла делятся на два типа – для двигателей с воздушным и водяным охлаждением. Температура поршней в моторах с воздушным охлаждением гораздо выше, чем в случае с водяным, поэтому первые более требовательны к маслу.

Хотя в зимний период техника с воздушным охлаждением четырехтактного двигателя используется реже (в основном садовая и сельскохозяйственная техника, мотоциклы, моторные лодки и т.д используются летом), вопрос для ее владельцев стоит достаточно остро. Зимой актуально масло для квадроциклов, снегоходов и т.д.

Главное, и летом и зимой – это характеристики, позволяющие маслу сразу после запуска двигателя создать защитную пленку на механизмах. Это важно, даже если двигатель новый или бывший в употреблении, но в идеальном состоянии. Сравнительный анализ разных марок показывает, что масло может быть минеральным или синтетическим.

Разница между летними и зимними маслами определяется степенью вязкости и шириной диапазона температур, при которых конкретные марки масла можно применять. Число перед литерой W указывает на предел температуры, при которой масло густеет. Число после означает предельную температуру эффективного использования этого масла. Бывают всесезонные масла, например, 10w30. Аббревиатура SAE обозначает международный стандарт, по которому классифицируются моторные масла.

ВАЖНО! Зимние масла обладают самой низкой вязкостью, это SAE 0W, SAE 15W и другие. Летние более вязкие: SAE 20, SAE 30, SAE 50. Применяемое масло должно соответствовать показателям, указанным в спецификации к технике.

Высоковязкие масла, например, Sae 30 или Sae 40 ориентированы на летний период, а низковязкие (5W30 или близкие к нему) на зимний. Зимние масла летом будут ускоренно испаряться и не обеспечат смазку. Летние масла будут быстро густеть при низких температурах, осложняя работу мотора.

Понижающие редукторы для четырехтактных двигателей

Понижающий редуктор – устройство, которое должно понижать скорость с высокой с низким крутящим моментом до низкой с высоким крутящим моментом. Особенно они актуальны для сельскохозяйственной и садовой техники.

Среди самых популярных брендов, которые производят такие двигатели, обычно мощностью порядка 15лс – японская «Хонда» и китайский «Лифан» (есть модели с вариатором, автоматическим сцеплением). Также популярен американский производитель Briggs & Stratton, его двигатели используются в газонокосилках (бензотриммерах). Среди популярных двигателей с редукторами – «Чемпион» и его аналог, «Патриот Гарден».

ВАЖНО! Редукторы делятся на два типа: разборные и неразборные. Их действие одинаково. Второй вариант дешевле, но если возникнет неисправность, потребуется его замена. Разборный дороже, но в случае необходимости надо заменять только поломавшуюся запчасть. Обычно он ставится на сопоставимую по стоимости технику.

Чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного

Таким образом, четырехтактные двигатели дороже сопоставимых по объему двухтактных и сложнее в эксплуатации. В тоже время они имеют больший срок эксплуатации и более экономичны. Четырехцилиндровый 4 тактный двигатель часто ставится на автомобили и тракторы, на инвертор-генераторы.

ВАЖНО! При выборе двигателя стоит рассчитать планируемый срок его эксплуатации. Если это техника для сельскохозяйственных работ, хорошо будет сделать расчет – за какой срок вложения могут окупиться.