Экономичность ракетного двигателя

Наряду с мощностью важнейшей характеристикой каждого двигателя является его экономичность. Если речь идет о тепловом двигателе, то экономичность его определяется расходом топлива на единицу мощности, т. е. на 1 л. с. Экономичный двигатель на 1 л. с. будет расходовать меньше топлива, чем неэкономичный, т. е. его работа будет обходиться дешевле. Этим и объясняется термин «экономичный».

Однако для авиации экономичность двигателя имеет гораздо большее значение, чем просто стоимость его эксплоатации. На самолете, как и на других летательных аппаратах (ракетах и др.), запас топлива, естественно, ограничен; он определяется объемом топливных баков или весом топлива. Очевидно, что более экономичный двигатель, расходующий меньше топлива при той же мощности, будет работать при том же запасе топлива большее время, чем менее экономичной. Вследствие этого самолет с более экономичным двигателем будет иметь большую дальность полета.

Таким образом в авиации экономичность двигателя — это дальность полета.

Нетрудно видеть, что экономичность ракетного, как и всякого реактивного двигателя, зависит от скорости полета, так как в зависимости от скорости меняется мощность двигателя. Это также отличает реактивные двигатели от обычных, поршневых авиационных двигателей, у которых экономичность, как и мощность, от скорости полета не зависит (при неизменном режиме работы двигателя).

Так как с ростом скорости полета мощность ракетного двигателя растет, то ракетный двигатель становится экономичным только при больших скоростях полета. При малых скоростях полета, когда мощность мала, расход топлива на 1 л. с. у ракетного двигателя становится очень большим, двигатель работает неэкономично[5].

В этом заключается одна из причин того, что реактивные двигатели получили распространение в авиации только тогда, когда скорость полета самолетов стала большой, достигнув 600–700 км/час. При меньших скоростях полета реактивные двигатели значительно уступают по экономичности поршневым авиационным двигателям и не могут с ними конкурировать.

Зависимость экономичности от скорости полета имеет место для всех двигателей прямой реакции, а не только ракетных. Правда, в случае воздушно-реактивных двигателей эта зависимость количественно несколько иная, чем для ракетных двигателей.

Однако ракетные двигатели по экономичности значительно уступают большинству воздушно-реактивных двигателей. С одной стороны, это объясняется тем, что при существующих в настоящее время скоростях полета самолетов потеря скоростной энергии с отходящими газами у ракетных двигателей гораздо больше, так как скорость истечения газов у них значительно выше. С другой стороны, увеличенный расход топлива ракетного двигателя неизбежно вытекает из самой сути его как двигателя, создающего реактивную тягу благодаря отбрасыванию «собственной» массы. Практически это означает, что горение топлива в ракетном двигателе происходит без участия атмосферного кислорода, т. е. в состав топлива ракетного двигателя должны входить как горючее, так и окислитель — кислород или кислородсодержащее вещество.

Обычные горючие — бензин, керосин, спирт и др. — требуют для своего сгорания в несколько раз больше окислителя, чем весит само горючее. Вследствие этого расход топлива (горючее плюс окислитель) на 1 кг тяги в ракетном двигателе значительно, обычно в 10–20 раз, больше, чем расход топлива в воздушно-реактивных двигателях, использующих (да еще с большим избытком) для сжигания горючего кислород атмосферы.

Мощность и экономичность дизеля

За один цикл в цилиндре совершается полезная работа, соответствующая на индикаторной диаграмме (рис. 4.8) площади, ограниченной линиями сжатия, сгорания и расширения. Площадь же, ограниченная линиями впуска и выпуска, обычно из-за ее малой величины не учитывается. Площадь индикаторной диаграммы можно заменить равновеликим по площади прямоугольником 1-2-3-4 с тем же основанием. Тогда высота этого прямоугольника будет условным, постоянным в течение хода давлением. Его так и называют средним индикаторным давлением. Среднее индикаторное давление р, — это такое условное постоянное давление, которое, действуя на протяжении одного хода поршня, совершает работу, равную индикаторной работе 1_, за весь цикл.

Рис. 4.8. Определение характеристик цикла по индикаторной диаграмме

Полезная работа газов в цилиндре, называемая индикаторной работой, за цикл будет равна Ь1=УнРы Дж. Так как р, = 1_,/11„ Па, то, другими словами, р,- есть работа газов за цикл, отнесенная к единице рабочего объема цилиндра. Мощность 1V,-, развиваемая газами в цилиндрах двигателя, называется индикаторной. Если измерить ее в кВт, то р, V* пг А/,= , , (4.1)

где р, — среднее индикаторное давление, Па; п — частота вращения, об/мин; Ун — рабочий объем, м3; т — тактность (число тактов за цикл) двигателя (для четырехтактного т = 4, для двухтактного т = 2); г — число цилиндров двигателя.

Индикаторная мощность, развиваемая газами в цилиндрах двигателя, при передаче на коленчатый вал двигателя частично затрачивается на трение поршней в цилиндрах, трение в подшипниках и на работу топливных, масляных и водяных насосов, воздушного нагнетателя и других агрегатов и узлов, размещенных на двигателе, обслуживающих его и имеющих привод от его коленчатого вала.

Эти затраты работы называются механическими потерями Ь№ и соответствующая им мощность — мощностью механических потерь Л/„. Если представить работу потерь в виде 1-м = Улрм, то величину р„ можно назвать средним давлением механических потерь (см. рис. 4.8).

Мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, называется эффективной мощностью. Она равна Л/е = Лг,- — Л/„. При определении Л/е вводят понятие о среднем эффективном давлении ре.

Эффективная работа за цикл Ье = = 1; — и = (р1—рм)Уи = РеУи, откуда ре = р1 — рм.

Среднее эффективное давление представляет собой условное постоянное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода поршня, совершает работу, равную эффективной работе за цикл. Иными словами, это эффективная работа за цикл, отнесенная к объему цилиндра (ре — Ье//н) ■ Среднее эффективное давление характеризует полезную работу двигателя с учетом не только тепловых потерь (они учитываются р,), но и механических.

Эффективная мощность Ые подсчи-тывается так же, как и индикаторная, но вместо среднего индикаторного давления р,- в формулу подставляется значение среднего эффективного давления ре.

Анализ формулы мощности двигателя (4.1) позволяет дать сравнительную оценку двух- и четырехтактных дизелей.

В двухтактном двигателе по сравнению с четырехтактным при одинаковых размерах цилиндров и равной скорости вращения за одно и то же время происходит вдвое больше рабочих циклов и теоретически может быть получена вдвое большая мощность. В действительности же из-за недоиспользования части хода поршня, занятой окнами, затрат мощности на продувку и несовершенство очистки цилиндра от газов мощность двухтактного цикла при одинаковых параметрах процесса превышает мощность четырехтактного не в 2, а примерно в 1,5-1,7 раза.

Читать еще: Эао 31п двигатель схема подключения

Наряду с повышенной мощностью двухтактные двигатели имеют большую равномерность вращения коленчатого вала и более простой газораспределительный механизм. Благодаря указанным преимуществам на тепловозах широко применяют двухтактные двигатели. Однако форсирование мощности при ограниченных габаритах легче осуществить в четырехтактном цикле из-за возможности использовать простую схему турбо-наддува и меньшей теплонапряжен-ности дизеля. У четырехтактных дизелей с наддувом удалось получить лучшие параметры теплового процесса и больший к.п.д., а значит, и меньший расход топлива, чем у двухтактных.

По этим причинам на современных и перспективных мощных тепловозах предусматривается использование четырехтактных дизелей.

Индикаторный, механический и эффективный к.п.д. Отношение количества теплоты, преобразованного в работу газов в цилиндре двигателя, к количеству теплоты, введенному в двигатель с топливом, называется индикаторным к.п.д. двигателя н,-.

Если на 1 кВт в 1 ч расходуется кг, топлива, а теплота сгорания топлива 0_п, кДж/кг, то количество теплоты, введенной в цилиндр в расчете на 1 кВт в 1 ч, равно giQн, кДж. Работа 1 кВт в 1 ч эквивалентна 3600 кДж. Тогда и,==,?600 . Зна-чения индикаторного к.п.д. дизелей находятся в пределах 0,44-0,50. Отношение эффективной мощности к индикаторной называется механическим к.п.д.: г|м = Ые/’М. Для современных дизелей г)„ = 0,80-^-0,88. Механический к.п.д. обычно увеличивается с повышением нагрузки двигателя.

Отношение количества теплоты, эквивалентного эффективной работе дизеля, к количеству теплоты, подведенному с топливом, называется эффективным к.п.д. дизеля и обозначается У]/.

где — удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт-ч).

При оптимальной нагрузке дизеля ^ = 0,394-0,43.

Эффективный, индикаторный и механический к.п.д. связаны между собой: г|(.= Г1,Г|м.

Для оценки эффективности работы д.в.с. часто вместо к.п.д. двигателя используют величину удельного эффективного расхода топлива т. е. расхода топлива на единицу его полезной (эффективной) работы [в кг/(кВт-ч) или кг/(л.с.-ч)]. Удельный расход определяется экспериментально при испытаниях двигателя: измеряется общий расход топлива в дизелем за единицу времени (кг/ч) при работе с постоянной мощностью Ые (кВт). Тогда я ч) или кг/(л.с.-ч)].

Современные тепловозные дизели на расчетных режимах имеют удельные расходы топлива ge на уровне 200-220 г/(кВт-ч) [150-160 г/(л.с.-ч.)].

В чем принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового

Казалось бы, в обоих типах моторов, кинетическая энергия управляемого взрыва топливной смеси преобразуется в крутящий момент, приводящий в движение автомобиль.

На самом деле, создание движущей силы из калорий топлива, это единственное, что их объединяет. Так в чем же отличие дизельного двигателя от бензинового? Наш материал поможет разобраться.

Отличия в работе двигателей

С точки зрения механики, моторы одинаковы. Цилиндр, поршень, шатун и коленвал. Главное отличие в топливе, точнее – в способе его воспламенения. Именно от этого отталкиваются при разработке остальных технологий.

Свойства топлива определяют следующие характеристики:

Мощность двигателя. При одинаковом объеме цилиндров, у дизеля меньше лошадиных сил. Однако это не сильно влияет на общие впечатления от езды.
Крутящий момент. Несмотря на высокую мощность, бензиновый мотор не может обеспечить такую тягу как ДВС, работающий на тяжелом топливе. Это компенсирует недостаток мощности дизеля.
Экономичность. В отличие от бензинового двигателя, дизельный мотор потребляет до 30% меньше топлива. В ряде случаев это становится решающим фактором при покупке.
Экология. Современные нормы Евро 5 и 6 практически уравнивают различные моторы в степени воздействия на окружающую среду. Тем не менее, при сгорании солярки выделяется намного меньше токсичных и синтетических веществ. Иными словами, дизельный мотор имеет более «природный» выхлоп. Если такое определение подходит к ситуации.

Если свести работу разных типов двигателя к потребительским качествам, получается, что дизель экономичнее и тяговитей бензинового. Оппонент может похвастать разгонной динамикой и высокой скоростью.

Рабочий цикл дизельного двигателя

Схема работы дизельного двигателя
Для примера возьмем четырехтактный мотор (двухтактные системы в современном автомобилестроении не применяются). Турбину не рассматриваем, в качестве системы впрыска солярки возьмем топливный насос высокого давления.

Впуск – поршень движется вниз. открывается впускной клапан (из может быть два), в камеру сгорания поступает свежий холодный воздух, насыщенный кислородом. После достижения поршнем нижней мертвой точки (НМТ), закрываются все клапана.
Сжатие – поршень движется вверх, сжимая воздух в герметичной камере сгорания. При сжатии. воздух сильно нагревается, в некоторых случаях до температуры 600°С — 700°С. Когда поршень займет верхнюю мертвую точку (ВМТ), с помощью форсунки происходит дозированное впрыскивание дизельного топлива. Принципиальный вопрос – создание высокого давления.
Рабочий ход — Солярка вспыхивает от температуры воздуха, и начинается интенсивное горение, практически взрыв. Поршень интенсивно двигается к НМТ. Этим циклом характеризуются показатели работы моторов: коленвал вращается с высоким крутящим моментом, что характерно именно для дизеля.
Выпуск — разница дизельного и бензинового двигателя на этом цикле работы невелика. Открываются выпускные клапана и происходит очищение камеры сгорания от отработанных газов.

В чем принципиальная разница? Отличаются способы образования топливно-воздушной смеси. У дизеля топливо впрыскивается в цилиндр, уже заполненный воздухом. Бензиновая смесь формируется во впускном коллекторе, после чего подается в камеру сгорания.

Демонстрация работы дизельного двигателя — видео

Система на тяжелом топливе работает просто, точек возникновения неисправности гораздо меньше. Однако стоимость дизельного насоса высокого давления нивелирует преимущества. рис 2

Какой двигатель эффективней- Дизель или бензин?

Дизельные двигатели продолжают совершенствоваться в экологическом плане, постепенно доказывая специалистам и экологам что уровень вредных веществ в выхлопе может быть почти таким же, как и в бензиновых автомобилях. Но пока что бензиновые двигатели по-прежнему считаются более экологичными по сравнению с дизельными. Но есть в этих дизельных моторах неоспоримое преимущество, которое заключается в следующем, по сравнению с теми же бензиновыми моторами они намного экономичнее.

Действительно, в большинстве случаев дизельные двигатели значительно превосходят бензиновые агрегаты по топливной эффективности.

Это объясняется особенностью температуры самовоспламенения дизельного топлива в камере сгорания. Температурой самовоспламенения считается такая температура, при которой соотношение в смеси кислорода с топливом приводит к самовоспламенению топливной смеси.

В бензиновых же моторах наоборот, там важно, чтобы температура в соотношении бензин-кислород в камере сгорания не приводила к самовоспламенению бензина во время сжатия, поскольку это может привести к воспламенению топлива до подачи искры свечами зажигания. Это может привести к повреждению двигателя.

Чтобы этого не происходило бензиновые моторы имеют довольно низкие коэффициенты сжатия (такт сжатия, это когда определенное количество кислорода и бензина попадают в камеру сгорания). Это необходимо для того, чтобы во время сжатия резко не повышалась температура воздуха.

Поскольку дизельные моторы во время такта сжатия (впуска) не имеют внутри камеры сгорания дизельного топлива, то они могут сжимать всасываемый кислород намного сильнее, чем бензиновые двигатели. В результате такого сильного сжатия воздух в камере сгорания очень сильно нагревается и после чего в камеру сгорания попадает само дизельное топливо, которое в итоге самовоспламеняется.

Другим преимуществом эффективности дизельного двигателя является отсутствие в нем дроссельной заслонки. Когда вы нажимаете педаль газа в бензиновом автомобиле, это позволяет открывать впускные клапана в двигателе, что в свою очередь позволяет большому количеству воздуха попадать в мотор.

Соответственно получается, чем больше кислорода, тем больше энергии образуется в результате воспламенения топлива, которое в этом случае также начинает подаваться в повышенном объеме. Стоит здесь отметить, что этот процесс контролирует компьютер, который и определяет необходимое количество топлива.

В дизельных же моторах дроссельные клапана не нужны. При нажатии педали газа компьютер сам определяет, какое количество топлива необходимо подать в камеру сгорания.

В результате этого при работе дизельного мотора теряется совсем немного топлива в отличии от тех же бензиновых моторов, которые сжигают бензина зря на много больше.

Принцип работы бензинового мотора

Аналогичный пример – четырехтактный атмосферный двигатель с обычной системой впрыска топлива.

Схема работы бензинового двигателя

Впуск – подготовленная топливно-воздушная смесь через открытый клапан поступает в камеру сгорания. Поршень движется к ЕМТ, создавая разрежение. После заполнения, впускной клапан закрывается, камера становится герметичной.
Сжатие – поршень движется вверх, сжимая подготовленную смесь. При достижении им верхней мертвой точки (ВМТ), срабатывает свеча зажигания, и топливная смесь воспламеняется.
Под давлением сгорающих газов, поршень устремляется к НМТ, передавая крутящий момент на коленвал. Клапана остаются закрытыми.
Выпуск – поршень устремляется вверх, одновременно открывается выпускной клапан. Отработанные газы вырываются наружу, освобождая место для топливной смеси.

Читать еще: Что такое объемный кпд двигателя

Общий принцип эксплуатации такой же – зажечь топливную смесь в ограниченном герметичном объеме. Однако, благодаря отличиям солярки от бензина, с точки зрения термодинамики мы получаем совершенно иную картину.

Температура сгорания у бензина выше, энергии отдается больше. Но она распределяется более равномерно. Поэтому теряется крутящий момент, но прибавляются лошадиные силы.

Ключевые отличия дизельного и бензинового двигателей сравнение

Дизельные, как и их близкие родственники, бензиновые двигатели, имеют схожий принцип работы и являются двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Это означает, что топливо смешивается с воздухом, когда оно поступает в двигатель, и эта смесь сжимается внутри цилиндров мотора. В какой-то момент топливо воспламеняется (сгорает), приводя поршень в действие и поворачивая коленчатый вал, который соединён с трансмиссией транспортного средства, и в конечном итоге поворачивает колёса. Затем поршень в цилиндре движется вверх, выталкивая сгоревшие газы из двигателя и из выхлопной трубы в качестве выхлопа. Этот цикл повторяется несколько раз в секунду.

Чем больше цилиндров имеет двигатель, тем более плавно он работает и тем больше мощность, которую он может производить, поскольку циклы сгорания происходят очень близко друг к другу. Однако, чем больше цилиндров у двигателя, тем сложнее и механически неэффективнее становится двигатель. Конфигурация цилиндров также влияет на производительность, вибрацию и другие факторы. Эта разница касается обоих вариантов.

Основное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как топливо воспламеняется внутри механизма. В бензиновом двигателе воздух и топливо сжимаются, и в критический момент цикла свеча зажигания воспламеняет смесь. Но в дизеле нет свечей зажигания. Когда дизтопливо и воздух достаточно сжаты, экстремальное сжатие генерирует нужное количество тепла, чтобы смесь самовозгоралась. Это называется «воспламенением от сжатия» и является основой работы мотора. Когда бензиновый двигатель имеет воспламенение от сжатия, мы часто называем это «детонацией», и это может испортить двигатель. Но они созданы для того, чтобы воспользоваться этим эффектом.

Поскольку дизельные моторы используют воспламенение от сжатия, которое может быстро разрушить бензиновый мотор, они очень крепкие. И они, как правило, надёжны и не требуют особого ухода. Раньше это переводилось в тонну веса, но с современными методами производства штраф за вес был значительно уменьшен, и масса устройства теперь в целом соответствует бензиновым моделям.

Кроме того, дизельный двигатель проще, чем бензиновый, поскольку в нём нет свечей зажигания и необходимой для них электрической системы. Теперь автомобили и внедорожники могут работать на дизеле и иметь характеристики, более схожие с бензиновым двигателем, но с увеличенным пробегом и надёжностью дизеля. В целом, дизель будет превосходить бензиновый по количеству километров или часов, которые он может проработать, прежде чем понадобится капитальный ремонт, поэтому счета на ремонт меньше и, как правило, реже для дизельного двигателя.

Эксплуатационные отличия

Обслуживание дизельного и бензинового двигателей отличается как по стоимости, так и по времени проведения ТО. Бензиновые моторы ремонтировать дешевле, хотя ломаются они не реже, чем дизельные.

Для моторов, работающих на солярке, требуются более качественные комплектующие и расходные материалы. Система питания более капризна, и чувствительна к качеству топлива. Чаще производится и замена масла, это также удорожает регламентные работы.

Однако экономия топлива в процессе эксплуатации нивелирует затраты. Основной недостаток дизеля – шумность и резковатый звук. Это не всем нравится.

Бензиновые моторы более понятны и просты в обслуживании, хотя современные экологические системы делают ремонт и обслуживание все более дорогим. Ресурс ДВС на легком топливе ниже.

Это связано не с нагрузками (они на бензиновом моторе не такие высокие), а с запасом прочности деталей. Для дизельного мотора аппаратная часть более прочная, поскольку вибрации и нагрузки выше. В результате владелец получает так называемую избыточную прочность, и мотор «ходит» без поломок дольше.

Сравнение процесса работы дизельного двигателя и бензинового — демонстрационное видео

Что говорит статистика

Диаграмма: статистика покупки дизельных, бензиновых и электрических автомобилей за 2021 год
Узнать, какой двигатель лучше: дизельный или бензиновый можно, если довериться статистике, собранной и обработанной в рамках реализации транспортных средств. Так, процент продаж машин с дизелем равен 7%. Электромобили — 2%. И аж 91% принадлежит продажам машин, оснащенных агрегатом, функционирующем на традиционном бензине.

Почему разница в продажах так велика? Из-за того, что транспортные средства, оборудованные силовым агрегатом, функционирующем на дизельном горючем, значительно дороже авто, оснащенных бензиновым мотором. Вторая причина — выбор машин, работающих на бензине, в РФ значительно больше, чем дизельных авто.

Бензиновый двигатель: устройство,принцип работы,виды ,фото,видео.

Бензиновый двигатель – особый вид поршневого ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в котором воспламенение ТС (смеси топлива и воздуха) в цилиндрах осуществляется принудительно при помощи электрической искры, а в качестве топлива используется бензин.

Виды бензиновых двигателей

Современные бензиновые двигатели можно классифицировать по нескольким категориям.

По количеству цилиндров – с одним цилиндром, двумя цилиндрами и несколькими цилиндрами.
По расположению цилиндров:
- рядные двигатели (цилиндры расположены строго в ряд наклонным или вертикальным способом);
- V-образные двигатели (цилиндры расположены под углом);
- W-образные двигатели (цилиндры располагаются в четыре ряда под углом с коленвалом)
- оппозитные двигатели (цилиндры расположены под углом 180 градусов)
По способу получения топливной смеси – инжекторные, карбюраторные.
По типу смазки — раздельные (масло находится только в картере), смешанные (масло смешивается с топливом).
По методу охлаждения — охлаждение жидкостью, охлаждение воздухом.
По типу циклов – двухтактные, четырехтактные.
По типу подачи воздушной смеси в цилиндры — с наддувом, без наддува.

Устройство бензо двигателя

Бензиновый двигатель относится к классу двигателей внутреннего сгорания, в которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь в цилиндрах поджигается при помощи искры. Управление мощностью в такого рода двигателях происходит посредством регулирования потока воздуха, попадающего в них, с помощью дроссельной заслонки.

Дроссельная заслонка (дроссель, дроссельный клапан) – это устройство, проходное сечение которого значительно меньше сечения подводящего трубопровода. Это устройство служит для регулирования количества подаваемого в камеру сгорания двигателя топливо-воздушной смеси.

Карбюраторная дроссельная заслонка является одним из видов дросселя: ее задача заключается в регулировании поступления горючей смеси в цилиндр двигателя (рис. 13).

Здесь рабочим органом является пластина, закрепленная на вращающейся оси, которая помещена в трубу, в которой протекает регулируемая среда. Этот механизм в просторечии принято именовать «газом».

Управление дросселем в автомобиле происходит с места водителя, при этом обычно предусматриваются два возможных способа привода: от руки рычажком или кнопкой (такой способ используется, например, в автомобилях для инвалидов) либо (что более распространено) с помощью педали, нажимаемой ногой водителя.

Рисунок 13. Дроссельная заслонка

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Существует определенная классификация бензиновых двигателей по различным параметрам.

✓ По способу смесеобразования. Существуют двигатели с внешним смесеобразованием, в которых данный процесс происходит вне цилиндра, и двигатели с внутренним смесеобразованием, в которых процесс происходит соответственно внутри цилиндра – это двигатели с непосредственным впрыском.

✓ По способу осуществления рабочего цикла выделяют двигатели четырехтактные и двухтактные. И у тех, и у других существуют свои преимущества и недостатки. Так, например, двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объема по сравнению с четырехтактными, однако коэффициент полезного действия (КПД) у них ниже. Двухтактные двигатели используются в основном там, где на первом месте стоит проблема малого размера двигателя, а не эффективность и высокая мощность – в мотоциклах, небольших автомобилях и т. д. Четырехтактные двигатели более распространены и используются в абсолютном большинстве транспортных средств.

✓ По числу цилиндров бывают одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые двигатели.

✓ По расположению цилиндров выделяют двигатели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд (так называемые «рядные» двигатели); V-образные с расположением цилиндров под углом (если они расположены под углом 180°, то это двигатель с противолежащими цилиндрами – оппозитный двигатель).

✓ По типу охлаждения существуют двигатели воздушного (в основном устаревшие модели) и жидкостного охлаждения.

✓ По типу смазки существуют раздельный (когда масло находится в картере) и смешанный (когда масло смешивается с топливом) типы.

✓ По способу приготовления рабочей смеси. По этому параметру выделяются карбюраторные и инжекторные двигатели.

Читать еще: Двигатель верадо 300 расход топлива

В настоящее время последние постепенно вытесняют первые.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как уже следует из самого названия, рабочий цикл четырехтактного двигателя основывается на четырех этапах – тактах.

Первым из этих этапов является впуск. Он характеризуется тем, что в течение этого такта происходит опускание поршня из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ).

Впуск происходит за счет того, что кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, через который в цилиндр засасывается свежая порция воздушно-топливной смеси (рис. 14).

Рисунок 14. Принцип работы четырехтактного двигателя

Вторым тактом является сжатие. На этом этапе поршень, наоборот, проходит путь из НМТ в ВМТ; при этом рабочая смесь, полученная на первом этапе, сжимается. В этот момент происходит резкое повышение температуры рабочей жидкости. Главнейшим параметром на данном этапе является степень сжатия. Важность его определяется тем, что, чем выше степень сжатия, тем выше экономичность двигателя. Стоит однако подчеркнуть, что для двигателя с большой степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом, а оно всегда стоит дороже.

На третьем этапе во время рабочего хода поршня происходит сгорание топлива и расширение рабочей смеси.

Под степенью сжатия понимается отношение рабочего объема двигателя в НМТ к объему камеры сгорания в ВМТ.

С помощью искры от свечи зажигания поджигается топливовоздушная смесь, причем это происходит незадолго до конца цикла сжатия. В процессе прохождения поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает. Под воздействием тепла, выработанного при сгорании топлива, рабочая смесь расширяется и толкает поршень. Здесь одним из важнейших параметров является угол опережения зажигания, под которым понимается степень недоворота коленчатого вала до ВМТ в момент поджигания смеси. Дело в том, что давление газов должно достигнуть максимальной величины именно в тот момент, когда поршень находится в ВМТ, для чего и необходимо опережение зажигания.

Для регулировки угла опережения в современных двигателях используется электроника, в то время как в старых образцах это происходит с помощью механики.

В целом все это приводит к поставленной задаче – максимально эффективному использованию сгоревшего топлива. А учитывая то обстоятельство, что сгорание топлива занимает практически фиксированное время, то для повышения эффективности двигателя необходимо увеличить угол опережения зажигания при повышении оборотов.

Выпуск – четвертый такт. Работа на данном этапе происходит следующим образом: после выхода рабочего цикла из НМТ открывается выпускной клапан, в этот момент движущийся вверх поршень выталкивает отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл повторяется снова.

Однако стоит иметь в виду, что для начала следующего процесса (например, впуска) не обязательно должен быть полностью завершен предшествующий процесс (например, выпуск).

Подобное положение, когда открытыми оказываются одновременно оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Более того, такое положение бывает специально предусмотрено и может служить для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью и лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

К преимуществам четырехтактного двигателя можно отнести следующие характеристики: большой ресурс, большая (по сравнению с другими двигателями) экономичность, более чистый выхлоп, меньший шум, к тому же не требуется выхлопная система.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В отличие от четырехтактного двигателя рабочий цикл двухтактного происходит в течение одного оборота коленчатого вала.

Из четырех тактов предыдущего двигателя в данном случае присутствуют только два – сжатие и расширение. Два других цикла – впуск и выпуск – заменены в таком двигателе процессом продувки цилиндра вблизи НМТ поршня. В этот момент свежая струя рабочей смеси вытесняет отработанные газы из цилиндра.

Если остановиться на этом подробнее, то рабочий цикл двухтактного двигателя выглядит следующим образом.

В то время когда поршень двигается вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно с этим поршень, движущийся вверх, создает разрежение в кривошипной камере (рис. 15).

Рисунок 15. Двухтактный двигатель: 1 – выпускной клапан; 2 – форсунка; 3 – продувочный насос; 4 – продувочные (впускные) окна

Под воздействием создаваемого разрежения клапан впускного коллектора открывается и свежая порция топливовоздушной смеси (обычно с добавлением масла) засасывается в кривошипную камеру.

В ходе движения поршня вниз повышается давление в кривошипной камере и клапан закрывается. Сам же процесс сгорания и расширения рабочей смеси происходит точно так же, как и в четырехтактном двигателе. Однако в момент движения поршня вниз открывается так называемое впускное окно (т. е. поршень перестает перекрывать его). Через это окно выхлопные газы, все еще находящиеся под большим давлением, устремляются в выпускной коллектор. Через некоторое время таким же образом поршень открывает впускное окно, которое расположено со стороны впускного коллек тора.

В это время свежая смесь выталкивается из кривошипной камеры идущим вниз поршнем и попадает в рабочую камеру двигателя, где окончательно вытесняет отработанные газы. Часть рабочей смеси при этом выбрасывается в выпускной коллектор. Во время движения поршня вверх часть свежей смеси, которая была вытолкнута из выпускного коллектора, засасывается обратно в кривошипную камеру.

При одинаковом объеме цилиндра двухтактный двигатель должен иметь почти в два раза большую мощность, чем четырехтактный. Однако это потенциальное преимущество далеко не всегда возможно полностью реализовать. Прежде всего это затрудняется недостаточной эффективностью продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Но все-таки при одинаковом литраже двухтактный двигатель мощнее в 1,5 или 1,8 раза.

Неотъемлемое преимущество двухтактного двигателя перед четырехтактным заключается в его компактных габаритах из-за отсутствия громоздкой системы клапанов и распределительного вала. К преимуществам двухтактного двигателя можно также отнести отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения, большую мощность в пересчете на 1 л рабочего объема, простоту и дешевизну изготовления.

Преимущества и недостатки бензинового и дизельного двигателя

Если судить о преимуществах и недостатках бензинового и дизельного двигателя, то можно сразу сказать, что каждый из этих видов имеет свои плюсы и минусы, по которым нельзя назвать один двигатель лучше другого. И поэтому выбор одного из варианта двигателя зависит от конкретных потребностей и предпочтений автолюбителя. Итак, рассмотрим отдельно основные плюсы и минусы каждого из двигателей: К основным плюсам бензинового двигателя относительно дизельного можно отнести более удобную эксплуатацию – не требует перехода на зимнее топливо, более низкий уровень шума, большую экологичность, а так же большую удельную мощность объема, то есть достижение большей мощности при малых объемах двигателя.

Рассуждая о плюсах дизельного двигателя можно выделить его экономичность, которая достигается за счет более низкой цены на дизель, относительно бензина и более низкого потребления топлива. Нельзя не отметить, что к плюсам двигателя этого вида можно отнести более высокий крутящий момент, чем у бензинового двигателя, что очень полезно для грузовых автомобилей. А так же меньшую пожароопасность, благодаря тому, что дизельное топливо подвержено меньшей способности к возгоранию.

Карбюраторные и инжекторные двигатели.

Приготовление горючей смеси в карбюраторных двигателях происходит в специальном устройстве – карбюраторе, в котором осуществляется процесс смешивания топлива с потоком воздуха, за счет искусственной конвекции, создаваемой аэродинамическими силами потока воздуха, засасываемого двигателем.

В инжекторных двигателях процесс смесеобразования организован иначе. Топливо впрыскивается в воздушный поток, через специальные форсунки. Дозируется подача топлива электронным блоком управления, или (в более старых автомобилях) механической системой.

Первые инжекторные двигатели появились в 1997 году. Их внедрению способствовала корпорация OMC, которая выпустила двигатель, сконструированный с использованием технологии FICHT. Ключевым фактором этой технологии было использование специальных инжекторов, которые позволяли впрыскивать топливо сразу в камеру сгорания. Это революционное решение, в купе с использованием современного бортового компьютера, сделало возможным точное дозирование топлива, при перемещении поршня. В полость коленчатого вала впрыскивается чистое масло, без примесей топлива. Благодаря новой технологии конструкторам удалось изобрести двухтактный двигатель, который не уступал по экономичности карбюраторному четырехтактному двигателю, а также был компактным и легким.

Из-за новых стандартов на чистоту выхлопа, автомобильным производителям пришлось перейти от классических карбюраторных двигателей к инжекторным, а также установить современные нейтрализаторы выхлопных газов. Для функционирования катализатора необходим постоянный состав выхлопного газа, который поддерживается системой впрыска топлива. Обязательной составляющей катализатора является датчик содержания кислорода, благодаря которому отслеживается точное соотношение кислорода, недоокисленных продуктов сгорания топлива и оксидов азота, которые сможет нейтрализовать катализатор.

0 0 голоса

Рейтинг статьи

Экономичность ракетного двигателя