Почти все о двигателях
Как и все двигатели внутреннего сгорания, двухтактный двигатель засоряет окружающую среду вредными выбросами. Однако по отношению к прочим своим собратьям он довольно прост конструктивно.
Почему же применение их на автомобилях всегда было довольно ограничено, а сегодня практически отсутствует? Объяснить это можно тем, что при высоких требованиях к экономичности топлива и чистоте отработавших газов, двухтактные двигатели становятся неконкурентоспособными. Для того, чтобы добиться приемлемой по отношению к четырёхтактному двигателю экономичности и токсичности, двухтактный должен быть дооборудован настолько, что его преимущество — простота конструкции — сводится к нулю.
Своё название этот тип двигателя получил из-за того, что рабочий процесс-процесс преобразования тепловой энергии сгоревшего топлива в крутящий момент — происходит за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре перемещения поршня вверх или вниз. К этим тактам относятся:
1. Впуск. При этом поршень идёт вниз, впускной клапан открыт, а цилиндр заполняется горючей смесью.
2. Сжатие. Поршень идёт вверх, оба клапана закрыты, горючая смесь сжимается.
3. Рабочий ход. В конце сжатия горючая смесь воспламеняется, топливо сгорает, а образовавшиеся при этом нагретые до высокой температуры газы с огромнейшей силой давят на поршень вниз, заставляя его совершать полезную работу. При этом поршень идёт сверху вниз при закрытых клапанах.
4. Выпуск. После рабочего хода пространство над поршнем занимают продукты сгорания — отработавшие газы. В конце рабочего хода открывается выпускной клапан, а движущийся вверх поршень очищает объем для нового рабочего цикла, выталкивая отработавшие газы через выпускной клапан наружу.
Помимо типов, перечисленных ранее, следует отметить другие разновидности двигателей, которые выпускаются реже, например, двигатель Ванкеля, двигатели с турбо наддувом и т.д. Двигатель Ванкеля — попытка избавить поршневой двигатель от одного из главных недостатков — возвратно — поступательного движения поршней. Ванкель заменил поршень на ротор — вращающуюся по сложной траектории деталь, передающую силу расширения газов в камере сгорания на эксцентриковый вал. Однако применение этих двигателей ограничено неудовлетворительными топливно-экономическими параметрами и малой долговечностью уплотнений камеры сгорания.
Казалось бы, что наиболее подходящим для автомобиля является электромотор, поскольку он легко настраивается на нагрузку. Если она повышается, а число оборотов снижается, мотор начинает сильнее потреблять ток и вырабатывает достаточно большой крутящий момент. После преодоления нагрузки частота вращения нарастает, сила тока и вращающий момент уменьшается. Они почти автоматически решают проблему привода автомобилей. Это упрощает передачу мощности, поскольку исключается такой узел как коробка передач. Однако питание электромотора происходит от аккумуляторной батареи. Достаточный запас энергии может предоставить только очень большая и тяжёлая аккумуляторная батарея. В настоящее время уже имеются примеры технического решения этой проблемы — достаточно ёмкий и лёгкий по массе аккумулятор сделать можно, но по цене и долговечности он не может конкурировать с бензином или дизельным топливом.
РАБОЧИЙ ОБЪЕМ двигателя — основной параметр, характеризующий его размеры. Это нечто вроде весовой категории для спортсмена. Рабочий объем определяется диаметром цилиндра и ходом поршня. Хотя увеличение рабочего объёма имеет своим результатом повышение МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ двигателя, значительно возрастают также вес двигателя, его цена и расход топлива. Чем больше число оборотов двигателя при данном объёме, тем лучше, так как мощность двигателя будет выше. Следовательно эти высокооборотистые двигатели более выгодны для автомобиля, поскольку имеют меньше габариты и вес. Повышение мощности двигателя достигается также за счёт увеличения степени сжатия. Чем выше СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ, тем выше максимальное давление, создаваемое после воспламенения горючей смеси и тем большим будет выход отработавших газов во время такта рабочего хода. В зависимости от уменьшения камеры сжатия уменьшается также теплопоглощающая поверхность камеры сгорания. Тем самым будут меньшими потери тепловой энергии через систему охлаждения
ВЫВОДЫ: — Автомобили высшего класса «люкс» оснащаются двигателями большого рабочего объёма с относительно невысокой степенью сжатия, поскольку соображения экономичности отступают на второй план по отношению к комфортности езды и бесшумной работе двигателя. — Эластичные двигатели лучше всего подходят для внедорожных автомобилей. Важными являются небольшое число оборотов при более высоком вращающем моменте, посколику таким образом исключается пробуксовывание задних колёс при езде в гору. — Автомобили для каждодневной езды оборудуются двигателями с меньшим рабочим объёмом и относительно высокой степенью сжатия, поскольку более важными являются экономичность и динамичные ходовые качества. Поэтому, эти автомобили оснащаются многоступенчатой трансмиссией. — Двигатели автомобилей спортивного типа (чисто спортивные машины, автомобили класса «Гран-туризмо», модели прототипы) могут сочетать в себе преимущества любых типов двигателя. Такой автомобиль может иметь двигатель, как с большим рабочим объёмом, так и с высокой степенью сжатия, что обеспечивает значительный прирост мощности.
ВПРЫСК В двигателях, в которых применяется эта система, топливо впрыскивается непосредственно во впускной тракт, находящийся перед впускным клапаном. Тем самым обеспечивается точное регулирование необходимого количества топлива. Впрыск топлива может контролироваться либо механическим устройством («Мерседес — Бенц 300 SL») либо электронным. Наиболее широкое применение получили системы электронного управления впрыском. С помощью этой системы сигналы датчиков преобразуются в электрические импульсы, регулирующие работу впрысковых форсунок. Благодаря системам электронного управления впрыском мощность двигателя по сравнению с таковой карбюраторного повышается в среднем на 10-15% при резком снижении токсичности.
ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Дизельный двигатель работает по принципу раздельной подачи воздуха и топлива в цилиндры, где образуется горючая смесь. У дизельного двигателя нет карбюратора. Его роль выполняет воздушная дроссельная заслонка. Во втором такте в цилиндре двигателя происходит значительное сжатия воздуха. При этом показатели давления повышаются до 55 Бар при температуре от 700 до 900С. В третьем такте в струю горячего воздуха под сильным давлением впрыскивается мелкораспыленное топливо. Так образуется самовоспламеняющаяся горючая воздушно-топливная смесь. Преимуществом дизельного двигателя является его высокая экономичность.
КАРБЮРАТОР В этой топливной системе процесс образования горючей воздушно-топливной смеси происходит в специальном устройстве-карбюраторе. Необходимое количество воздуха дозируется дроссельной заслонкой. Чем быстрее работает двигатель, тем больше он всасывает воздуха. Поток воздуха проходит через сужение в канале карбюратора. Это ускоряет воздушный поток, одновременно снижается давление. Под действием вакуума топливо всасывается в струю воздуха. Этот процесс требует тщательной регулировки и настройки.
ТУРБОНАДДУВ На одном валу находится компрессор и турбина. Энергия струи выхлопных газов через турбину приводит в действие компрессор. Диаметр турбины составляет примерно 60 мм. Скорость её вращения может превышать 100.000 об/мин. При таких параметрах компрессор создаёт поток воздуха, который под давлением заполняет рабочий объем цилиндров двигателя. При этом масса поступившего в двигатель воздуха может значительно превысить ту, которую мог бы всосать двигатель того же рабочего объёма, не имеющий наддува. То есть, при том же объёме цилиндров в них поступает больше горючей смеси, что позволяет повысить мощность без увеличения размеров и массы мотора. Особенно удобен турбонаддув на дизельных двигателях. Приемущество турбонаддува в том, что двигатель не теряет ни одной лошадиной силы на обеспечения работы компрессора. Кроме того, двигатели с турбонаддувом отличаются высокой эластичностью и шумоподавлением выхлопа. Из недостатков систем с турбонаддувом следует отметить реагирование с запаздыванием при ускорении автомобиля, поскольку требуется время на создание полного давления наддува. На низких оборотах низкая нагрузочная мощность. Ещё один недостаток — высокая цена используемых материалов.
