РазноеКомпрессия двс: Нормы компрессии в вашем автомобиле

Компрессия двс: Нормы компрессии в вашем автомобиле

Содержание

Что такое компрессия в ДВС и как ее измерять?

Компрессия – давление конца такта сжатия. Чтобы ее измерить, необходимо полностью выключить зажигание, и проводить замеры в нерабочем состоянии двигателя. По ней можно понять, можно ли обойтись заменой некоторых деталей, или же понадобится капитальный ремонт автомобиля.

Этот показатель измеряют, когда появляются проблемы с двигателем. Так можно понять, где искать неполадки. Можно бесконечно улучшать подачу бензина или зажигание, но при наличии поврежденного цилиндра проблему так не решить. Если вовремя измерить показатель – можно на ранних стадиях диагностировать разгерметизацию, и сэкономить время на поиске неисправностей. Если вы не знаете, как это сделать самостоятельно, то лучше обратиться в специализированный автосервис Опель в Москве.

Как замерять

Чтобы замерить показатель, вместо свечи устанавливается компрессометр. Выглядит он как манометр, который с одной стороны соединяется со штуцером, а с другой – с обратным клапаном.

В шланг подается воздух до тех пор, пока давление в нем и цилиндре не сравняется. После этого устройство фиксирует показатель.

Важные моменты, которые следует соблюдать при замере:

  • Замеры проводятся только при теплом двигателе, когда подача бензина отключена.
  • До проведения измерения выворачиваются свечи. Некоторые СТО делают это выборочно, но такой монтаж недопустим. Нужно выворачивать все свечи.
  • Аккумулятор должен быть с полной зарядкой, а стартер должен быть в рабочем состоянии.

Измерение следует проводить двумя способами – с открытой/закрытой дроссельной заслонкой. Каждый из выбранных способов позволяет найти определенный вид дефектов.

Причины снижения

Возможные причины, по которым снижается компрессия:

  • Дефекты, образовавшиеся в конкретных деталях. Цилиндры держат стабильное значение, но если они износились – показатели в них могут быть ниже нормы.
  • Сбои в работе газораспределительной системы. Показатели в цилиндрах будут колебаться и показывать низкое значение.
  • Поломка поршневых колец. Сигналом о поломке будет снижение компрессии. Поршневые канавки забиты продуктами горения и грязью.
  • Износ системы в целом. Такое бывает, когда явных проблем нет, но результат снижен. При внимательном осмотре цилиндры могут показаться изношенными.

У каждой из описанных ситуаций есть свое решение, причем обычно – даже без капремонта. Относитесь осторожно к механикам, которые предлагают вскрыть двигатель и починить его тут же. Современные модели не рассчитаны на чтобы, в их работу слишком часто вмешивались.

Снижение показателей в одном цилиндре

Вариантов неисправностей может быть несколько:

  • Перегорание клапанов.
  • Выход из строя поршневых перемычек.
  • Перегорание прокладок.

Двигатель работает неравномерно – детали разрушаются. Чтобы исправить неполадки – нужно заменить сгоревший клапан.

Записаться на диагностику автомобиля можно на сайте Опель.Ремонт-Лидер.ру!

Неисправности в двух цилиндрах

Если причина поломки – сбой настроек, то достаточно выполнить перерегулировку мотора. При корректировке регулировки фаз неисправность пропадет. В других ситуациях могут быть использованы следующие методы:

  • Чистка двигателя. Грязь из канавок можно вычистить благодаря современным технологичным средствам даже без разбора мотора.
  • Применение растворов с «лечебным» эффектом, которые позволяют избавиться от некоторых мелких дефектов.
  • Капремонт двигателя. Используется в крайних случаях.

Исправлять компрессию самостоятельно крайне не рекомендуется. Лучше обратиться в проверенный автосервис, где специалисты помогут исправить дефекты автомобиля.

Реклама

Низкая и высокая компрессия. Теория происхождения

24. 07.2019, Просмотров: 6537

Замер компрессии в цилиндрах автомобильного двигателя дает возможность узнать о состоянии цилиндро-поршневой группы, а также механизма газораспределительного механизма. От показателя компрессии зависит правильность и эффективность работы двигателя внутреннего сгорания. Однако, не всегда замер компрессии дает достоверные данные о состоянии ЦПГ.

Замерить компрессию просто: нужен компрессометр, который вкручивается в посадочное место свечей зажигания, или свечей накала, и при выкрученных свечах на всех цилиндрах, двигатель запускается, пока стрелка на манометре не перестанет повышаться. Компрессометр может показывать как повышенную, так и пониженную компрессию. Обо всем подробнее дальше.

Почему компрессия повышена

Завышенная компрессия — это не всегда показатель отличного состояния цилиндро-поршневой группы. Зачастую, недобросовестные перекупщики и продавцы автомобилей заливают масло в цилиндры, и компрессия вмиг может повысится на несколько килограмм. Основным признаком повышенной компрессии является наличие большого количества масла в цилиндре, и как следствие — изменение цвета выхлопа и высокий расход моторного масла.

Существует понятие, как “масляная” компрессия. Она проявляется при закоксовке поршневых колец, когда отложения продуктов угара масла уменьшают камеру сгорания, заполняют тепловой зазор между поршнем и цилиндром. При перегреве мотора также увеличивается компрессия, в силу того, что масло теряет свои свойства, становится более жидким и попадает в камеру сгорания.

Кстати, при наличии масла в цилиндре резьба свечей зажигания будет вся в масле. Это значит, что маслосъемные колпачки пришли в негодность. Но подтвердить диагноз можно только после замены прокладок свечных колодцев, исключив другую возможную причину наличия масла на свечах.

Как нормализовать повышенную компрессию

Не стоит изначально прибегать к капитальному ремонту двигателя, особенно при пробеге, явно меньшем, до положенного ресурса. Для раскоксовки колец и очистки нагара с клапанов существуют специальные присадки, которые эффективно справляются с подобными проблемами. Раскоксовку лучше производить двумя способами: залить очиститель клапанов в топливный бак, и залить раскоксовку в сами цилиндры, оставив двигатель на день без работы. В более тяжелых случаях приходится осуществлять капитальный ремонт с установкой новой поршневой группы и сопутствующих деталей.

Почему компрессия занижена

При недостаточной компрессии силовой агрегат ведет себя совсем по другому. Ухудшается запуск, нестабильный холостой ход, повышенный расход масла и топлива, динамика падает, повышается шум работы мотора. На бензиновых моторах при недостаточной компрессии заливает свечи зажигания, что еще больше ухудшает запуск двигателя. На дизельных же агрегатах немного поправляют ситуацию свечи накаливания, обеспечивая высокую температуру перед запуском двигателя.

Низкая компрессия всегда говорит о разгерметизации цилиндро-поршневой группы. Сюда можно отнести:

  • прогар клапана
  • прогар поршня
  • увеличение теплового зазора между поршнем и цилиндром
  • пробой прокладки головки блока цилиндров.

Часто, для выравнивания компрессии, прибегают к специальным средствам. Этот способ малоэффективен, так как работает в качестве герметика очень мало. Вопрос низкой компрессии решается только путем капитального ремонта.

Итак, замер компрессии компрессометром не покажет реального состояния двигателя. Достаточно всего залить масла в цилиндр — компрессия будет на нормальном уровне, а о повышенной компрессии, ошибочно, будут думать, что это хорошо. Как тогда определить реальное положение вещей?

Пневмотестер

Пневмотестер позволяет узнать состояние герметичности цилиндра. Его преимущество в том, что он может показать даже самые малые утечки и его процент, относительно подаваемого воздуха. Чтобы пневмотестер показал верное значение, в проверяемом цилиндре клапана должны быть закрыты. Принцип подключения такой же, через колодец свечи зажигания. На тестере установлено два манометра, один показывает количество подаваемого воздуха в атмосферах, а второй показывает, сколько процентов составляет утечка. Тем самым, такой тест дает возможность узнать реальное состояние цилиндро-поршневой группы, и никакое залитое масло в цилиндр не поможет, так как его выдавит в картер посредством высокого давления.

Как повышенная, так и пониженная компрессия одинаково вредить силовому агрегату. В случае с первым, увеличивается износ отдельных деталей двигателя, а во втором случае уже требуется капитальный ремонт. Сильные отличия компрессии от заводских значений говорит об одном — в двигателе есть неисправность. Ее можно попробовать устранить путем заливания чистящих жидкостей, но максимально эффективный способ — капитальный ремонт.

Компрессия в двигателе, какая должна быть

Люди, занимающиеся изучением устройства транспортных средств, оборудованных двигателем внутреннего сгорания, часто сталкиваются с понятиями и терминами, которые рядовому обывателю непонятны.

Работа силовой установки сопряжена с рядом физических процессов, а само устройство ДВС изобилует всевозможными обозначениями. Темой нашего сегодняшнего разговора станет понятие компрессии в двигателе. Поговорим о том, что это такое, а также есть ли разница в компрессии бензинового и дизельного моторов.

Компрессия и степень сжатия

Под понятием компрессии подразумевают показатель максимального давления внутри цилиндра, давления, создаваемого в верхней точке нахождения поршня (т.н. «мертвая точка»). Измеряется компрессия в следующих величинах:

  1.  В Паскалях (1 Ра = 1Н на кв.м).
  2.  В миллиметрах ртутного столбика.
  3.  В физических атмосферах, что соответствует показателю 360 мм.рт.ст.
  4.  В технических атмосферах, что соответствует 1 кгс./кв.см.
  5.  В барах.

Когда речь идет об автомеханике, то компрессия в ней измеряется обычно в атмосферах, реже – в микропаскалях (сокращенно – Мпа).

Чтобы детально разобраться с данным явлением, необходимо понимать устройство мотора, состоящего из клапана, блока цилиндров, поршней и поршневых колец, коленчатого вала и шатунов.  

Когда поршень поднимается на такте сжатия, клапаны находятся в закрытом положении. Топливная смесь возгорается, а давление в цилиндре находится на максимальной отметке. Цифра, отражающая показатель давления в этот момент времени, и есть компрессией.

Часты случаи, когда компрессию как понятие из физики путают со степенью сжатия, которая является математической величиной и отображает соотношение объема камеры сгорания и общего объема цилиндра. Ее, то есть степень сжатия, измеряют дробью, к примеру, 1:12 или 1:20 и пр. 

Как правило, компрессия и степень сжатия в ДВС одинаковы, но встречаются исключения, поэтому говорить о тождественности данных понятий нельзя. Существенно различаются показатели в турбированных и форсированных силовых установках. 

Значения компрессии в бензиновом и дизельном двигателях

Говоря о том, какая компрессия должна быть в двигателе, важно отметить, что это значение зависит от того, о каком именно моторе идет речь. Компрессия дизельного двигателя может варьироваться в пределах от 14 до 18 единиц, и это будет нормой, тогда как компрессия бензинового двигателя колеблется от 8 до 12.

А вот если говорить о степени сжатия, то на дизельных агрегатах она не может опускаться ниже 20:1, в случае с бензиновыми моторами нормой считается показатель в диапазоне 10:1 – 13:1. 

Влияние на компрессию оказывает множество факторов, в частности, герметичность соединения цилиндров и поршней, цилиндров и дроссельной заслонки, цилиндров и клапанов. Начинающих автолюбителей волнует вопрос о том, зачем выполнять проверку компрессии двигателя.

Ответ на него прост: это косвенный признак неисправности силовой установки, который может указывать на наличие серьезных проблем ее в работе. Если упустить момент, возможны серьезные последствия, вплоть до необходимости капитального ремонта ДВС. Измеряется компрессия специальными приборами – компрессометрами.

Причины падения компрессии

Если значения, полученные в результате проведения измерений, оказались ниже нормы, необходимо восстановить требуемое давление в цилиндрах. В противном случае проблема усугубиться, эксплуатация транспортного средства будет невозможной. 

Двигатель перестанет запускаться, его обороты во время работы начнут «прыгать», появятся посторонние шумы. Заметно снизится мощность силовой установки, возрастет расход топлива, повысится содержание в выхлопных газах вредных примесей. Кстати,  один из основных признаков низкой компрессии – это синий дым из выхлопной трубы, появляющийся в момент запуска двигателя. 

К наиболее распространенным причинам падения компрессии относят:

  •  Перегоревший поршень, клапан или прокладка на блоке цилиндра.
  •  Детали цилиндра заметно износились и требуют замены. 
  •  Разрушилось седло клапана. 

Первое, что надо сделать при обнаружении любого из описанных выше признаков – немедленно заехать на СТО, выполнить замеры и диагностику. Если предварительный «диагноз» подтвердился, необходимо заменить неисправные комплектующие и измерить компрессию повторно.  

Как измерить компрессию

Выше мы говорили о том, какая компрессия двигателя считается нормальной. Сейчас приведем несколько советов относительно самостоятельного выполнения соответствующих замеров. 

Напомним, что профессиональные мотористы измеряют данную величину с помощью специального прибора – компрессометра, который легко найти в свободной продаже. Итак, «вооружившись» упомянутым прибором, который фактически представляет собой обычный манометр с обратным клапаном, делаем следующее:

 проверяем заряд АКБ, ведь пока осуществляются замеры, мотор работает на аккумуляторе.
 Заблаговременно прогреваем двигатель, чтобы он достиг рабочей температуры (только так можно получить максимально точный результат).

Собственно процесс измерения состоит из таких этапов:

  •  Снятие проводов со всех свечей.
  •  Выкручивание свечи на каждом из цилиндров.
  •  Вытаскивание бензонасоса, если он электрический. (В случаях с обычным бензонасосом с него необходимо снять шланг, который подает топливо).
  •  Отключение электропровода с форсунок.

Можно начинать измерение. Лучше всего делать это с помощником, ведь один человек должен вращать двигатель, а второй – фиксировать результаты. Чтобы замеры были корректными, компрессометр необходимо подсоединить к тому цилиндру, который проверяется в конкретный момент времени.

Далее педаль акселератора нужно выжать до максимума – это обеспечит полное открытие дроссельной заслонки. Проворачивается ключ зажигания, начинает вращаться стартер. Действовать нужно до тех пор, пока фиксируемые прибором значения не перестанут расти, они и станут реальной компрессией мотора. 

По завершению измерений полученные показатели нужно сравнить с нормой (она указана в инструкции по эксплуатации транспортного средства). Если цифры одинаковы, либо они рознятся несущественно, причина неисправности кроется в чем-то другом.

Как восстановить компрессию

Если компрессия низкая, чаще всего причина кроется в потере герметичности, и в такой ситуации важно определить, где произошла утечка. Для этого в цилиндр, на который пали подозрения, вливают около 50 мл. масла и повторно проводят измерения. Если данные остались прежними, значит, воздух выходит выше, возможно, в камере сгорания. Если же результат иной, причина неисправности кроется в залегших поршневых кольцах. 

При заметных различиях между имеющейся величиной и той, которая является нормой для конкретного мотора, не обойтись без капитального ремонта. При небольшой разнице компрессию повышают специальными присадками. Если они помогли – отлично, если нет, придется доверить автомобиль опытным мотористам. 

Примечательно, что многое зависит от того, упало ли давление в одном или во всех цилиндрах сразу. В первом случае можно обойтись без ремонта, а всего лишь очистить от налета камеру сгорания. Когда компрессия у пала во всех цилиндрах, машине прямая дорога на СТО.

Заключение

Несмотря на то, что само понятие компрессии кажется сложным, на самом деле речь идет о давлении в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

За этим показателем нужно следить, периодически проводя соответствующие замеры. Выполнить измерения целесообразно и при малейших подозрениях на неисправность – это позволит своевременно обнаружить проблему и устранить ее с минимумом усилий.

Как восстановить заводскую компрессию двигателя без дорогого ремонта

Поиск запроса «компрессия в двигателе» по информационным материалам и форуму

Основы двигателя внутреннего сгорания | Департамент энергетики

Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают непревзойденную управляемость и долговечность, и более 250 миллионов транспортных средств в Соединенных Штатах полагаются на них. Наряду с бензином или дизельным топливом они также могут использовать возобновляемые или альтернативные виды топлива (например, природный газ, пропан, биодизель или этанол). Их также можно комбинировать с гибридными электрическими трансмиссиями для увеличения экономии топлива или подключаемыми гибридными электрическими системами для расширения диапазона гибридных электромобилей.

Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Горение, также известное как горение, представляет собой основной химический процесс высвобождения энергии из топливно-воздушной смеси. В двигателе внутреннего сгорания (ДВС) воспламенение и сгорание топлива происходит внутри самого двигателя. Затем двигатель частично преобразует энергию сгорания в работу. Двигатель состоит из неподвижного цилиндра и подвижного поршня. Расширяющиеся газы сгорания толкают поршень, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал.В конечном счете, через систему шестерен в трансмиссии это движение приводит в движение колеса автомобиля.

В настоящее время производятся два типа двигателей внутреннего сгорания: бензиновый двигатель с искровым зажиганием и дизельный двигатель с воспламенением от сжатия. Большинство из них являются двигателями с четырехтактным циклом, что означает, что для завершения цикла необходимо четыре хода поршня. Цикл включает в себя четыре отдельных процесса: впуск, сжатие, сгорание и рабочий ход и выпуск.

Бензиновые двигатели с искровым зажиганием и дизельные двигатели с воспламенением от сжатия различаются по способу подачи и воспламенения топлива.В двигателе с искровым зажиганием топливо смешивается с воздухом, а затем всасывается в цилиндр в процессе впуска. После того, как поршень сжимает топливно-воздушную смесь, искра воспламеняет ее, вызывая сгорание. Расширение продуктов сгорания толкает поршень во время рабочего такта. В дизельном двигателе в двигатель всасывается только воздух, а затем сжимается. Затем дизельные двигатели распыляют топливо в горячий сжатый воздух с подходящей, отмеренной скоростью, вызывая его воспламенение.

Улучшение двигателей внутреннего сгорания

За последние 30 лет исследования и разработки помогли производителям снизить выбросы ДВС загрязняющих веществ, таких как оксиды азота (NOx) и твердые частицы (ТЧ), более чем на 99%, чтобы соответствовать стандартам выбросов EPA. .Исследования также привели к улучшению характеристик ДВС (мощности и времени разгона от 0 до 60 миль в час) и эффективности, что помогло производителям сохранить или увеличить экономию топлива.

Узнайте больше о наших передовых исследованиях и разработках двигателей внутреннего сгорания, направленных на повышение энергоэффективности двигателей внутреннего сгорания с минимальными выбросами.

Границы | Двигатели с воспламенением от сжатия — революционная технология, которая открыла границы цивилизации по всему миру от промышленной революции до двадцать первого века

Введение и краткая история двигателей с воспламенением от сжатия

С тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания, который в конечном итоге будет носить его имя, воспламенение от сжатия использовалось как эффективное и действенное средство для инициирования сгорания в двигателях.Дизель использовал растительные масла для изобретения своего нового двигателя, поскольку в то время не было нефтяной инфраструктуры для топлива. Высокая степень сжатия для создания давления и температуры, необходимых для самовоспламенения, была отличительной чертой двигателя с воспламенением от сжатия. Также требовался механизм прямого впрыска топлива в камеру сгорания. Со временем инфраструктура нефтяных дистиллятов стала доступной для таких видов топлива, как бензин (для поддержки двигателей с искровым зажиганием), керосин и мазут (отопление домов) и, конечно же, дизельное топливо (Heywood, 1988).

Преимущества использования воспламенения от сжатия и прямого впрыска топлива в камеру сгорания проявились в течение следующих нескольких десятилетий его развития. Двигатель с воспламенением от сжатия по своей природе нуждается в высокой степени сжатия, чтобы создать необходимые условия для самовоспламенения. Высокая степень сжатия является одной из конструктивных характеристик для повышения эффективности. Кроме того, воспламенение от сжатия не требовало дросселирования для управления выходной мощностью двигателя. Непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания обеспечивал высокую устойчивость к детонации, что ограничивало степень сжатия и, в конечном счете, КПД двигателей с искровым зажиганием. Дополнительным преимуществом является то, что двигатели с воспламенением от сжатия без каких-либо ограничений по детонации могут значительно повышать давление на впуске за счет турбонаддува, что еще больше увеличивает эффективность и удельную мощность.

На этом пути было встречено и преодолено множество технологических препятствий, таких как возможность изготовления поршней и головок цилиндров, которые могли бы надежно обеспечивать высокие степени сжатия, необходимые для самовоспламенения дизельного топлива, форкамеры, которые могли бы использовать доступные форсунки с относительно низким давлением. в полную камеру сгорания с высокой степенью сжатия, новая технология впрыска топлива с очень высоким давлением топлива, чтобы устранить необходимость в форкамерах и обеспечить прямой впрыск в камеру сгорания, и, наконец, электронное управление и приводы для обеспечения гораздо более точного подачи топлива, воздуха , а также средства контроля выбросов для удовлетворения строгих требований регулирования выбросов.

Текущее состояние двигателей с воспламенением от сжатия

Двигатели с воспламенением от сжатия

используются в различных коммерческих и бытовых приложениях по всему миру, приводя в действие такие устройства, как большие корабли, локомотивы, грузовые автомобили, строительное и сельскохозяйственное оборудование, электрогенераторы и даже автомобили. Почти исключительно в этих приложениях для сжигания используется дизельное топливо. Дизельный двигатель зависит от легкости самовоспламенения топлива, которую инженеры по химическим свойствам называют цетановым числом / индексом — эмпирически полученным показателем, который описывает легкость самовоспламенения топлива.Биодизель также используется во многих областях, особенно в сельской местности и в развивающихся странах. Биодизель обычно изготавливают из растительных масел, которые были химически обработаны для удаления продуктов глицерина, оставляя метиловый (или этиловый) эфир жирной кислоты (МЭЖК). Биодизель пытается имитировать свойства дизельного топлива, и, хотя его можно использовать в качестве чистого заменителя топлива, его обычно используют в качестве смешивающего агента с нефтяным дизельным топливом.

Существует два основных подхода к двигателю с воспламенением от сжатия: двухтактный и четырехтактный.Очень большие двигатели CI (в частности, судовые и локомотивные) обычно бывают двухтактными, в первую очередь потому, что скорость двигателя ограничена низким числом оборотов в минуту (об/мин). Двухтактные двигатели CI должны иметь внешний источник подачи воздуха, такой как турбокомпрессор или нагнетатель (или их гибрид в некоторых случаях), потому что воздух нагнетается в цилиндр через отверстия в гильзе цилиндра. На рис. 1 показана эта конфигурация. Выхлоп выбрасывается либо через другой набор отверстий (версия с искровым зажиганием), либо через тарельчатые клапаны в головке блока цилиндров (см. рис. 1).Впускные воздушные отверстия в гильзе цилиндра открываются, когда поршень опускается ниже них в такте рабочего хода, пропуская сжатый холодный воздух в цилиндр. Когда поршень движется к НМТ в рабочем такте, выпускные клапаны в головке цилиндров начинают открываться, и горячий выхлоп начинает выходить из цилиндра через расположенные сверху выпускные клапаны. По мере того, как поршень продолжает двигаться к НМТ, впускные отверстия в гильзе цилиндра открываются, позволяя свежему воздуху поступать в цилиндр, что вытесняет последние выхлопные газы через верхние выпускные клапаны.Этот процесс продувки продолжается до тех пор, пока выпускные клапаны не закроются (иногда около положения поршня в НМТ). Впускные отверстия все еще открыты, поэтому свежий воздух поступает в цилиндр от нагнетателя до тех пор, пока поршень не пройдет верхнюю часть впускных отверстий на гильзе, задерживая воздух в цилиндре. Затем этот воздух нагревается и сжимается до тех пор, пока поршень не окажется вблизи ВМТ. Топливная форсунка создает струю под высоким давлением в горячий сжатый воздух, вызывая самовоспламенение и сгорание. Затем цикл начинается заново.

С другой стороны, четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия работает путем впуска воздуха из впускного коллектора в цилиндр во время такта впуска, от ВМТ до НМТ (см. ВМТ при сжатии воздуха до повышенных температуры и давления. Форсунка впрыскивает топливо в камеру сгорания, происходит воспламенение, и поршень под высоким давлением толкается вниз из-за сгорания в так называемом рабочем такте.Наконец, выпускные клапаны открываются, поршень возвращается в ВМТ и вытесняет продукты сгорания отработавших газов в такте выпуска. Затем цикл повторяется отсюда.

Независимо от того, является ли двигатель двухтактным или четырехтактным, цель состоит в том, чтобы создать воздух под высоким давлением и высокой температурой ближе к концу части цикла сжатия. Затем впрыскиваемое топливо подвергается воздействию воздуха высокого давления и высокой температуры и очень быстро самовоспламеняется. Задержка между впрыском топлива и самовоспламенением называется задержкой зажигания и обычно составляет несколько углов поворота коленчатого вала.Топливо продолжает впрыскиваться в виде струи, которая имеет зону реакции на периферии струи, и реакция контролируется диффузией воздуха в зону реакции в сочетании с диффузией топлива наружу в зону реакции. Этот процесс диффузии происходит за миллисекунды, в то время как реальные реакции происходят в микросекундном масштабе, поэтому гидромеханика диффузии контролирует скорость реакции.

Значительные исследовательские усилия были потрачены на изучение путей повышения эффективности, характеристик выбросов, надежности и выходной мощности двигателей CI.Производственные компании, университеты и исследовательские лаборатории предоставили свой опыт, оборудование и средства для развития технологии двигателей CI. Некоторые из этих достижений включают в себя непосредственный впрыск (DI) для устранения необходимости в форкамерах и снижения теплопередачи, оптическую диагностику для изучения образования загрязняющих веществ в цилиндрах, расширенные возможности вычислительного моделирования для прогнозирования и оптимизации характеристик двигателя CI, значительные усилия для понимания химического состава топлива и состав для адаптации работы двигателя CI к местному доступному топливу.По мере того, как инженеры и ученые продолжают применять свой опыт для фундаментального изучения технологии двигателей CI, нет никаких сомнений в том, что будут достигнуты дополнительные успехи.

Чем CI Engine отличается от SI Engine?

Есть несколько причин, по которым двигатели CI так популярны в коммерческих и промышленных приложениях. Одной из важных причин является то, что топливная экономичность двигателей CI выше, чем у двигателей SI. Природа воспламенения от сжатия обеспечивает несколько важных факторов, которые обеспечивают высокую эффективность использования топлива.Одним из факторов является высокая степень сжатия (Gill et al., 1954). Поскольку двигатели CI полагаются на топливо, впрыскиваемое в цилиндр, и смешивание этого топлива с воздухом, детонация в двигателе исключена. Детонация двигателя является одним из основных ограничений более высокой степени сжатия в двигателях SI. Вторым фактором является устранение необходимости в дросселировании двигателя для управления выходной мощностью. Опять же, поскольку топливо впрыскивается и смешивается непосредственно в камере сгорания, мощность двигателя с воспламенением можно регулировать, просто регулируя количество впрыскиваемого топлива, в отличие от двигателей с воспламенением, в которых топливо и воздух предварительно смешиваются и практически гомогенны при постоянной смеси. соотношение (Heisler, 1999).Это означает, что для поддержания постоянного соотношения смеси при уменьшении количества топлива необходимо уменьшить количество воздуха в той же пропорции. Это управление воздухом осуществляется с помощью дросселя или ограничения впуска, что создает значительные газообменные или «накачивающие» потери. Третий фактор – теплопередача. Двигатели CI могут работать на обедненной топливной смеси, что означает, что двигатель потребляет все топливо, но не весь кислород, присутствующий в камере сгорания. Это, как правило, приводит к более низким температурам в цилиндрах и, как следствие, к более низкому отводу тепла охлаждающей жидкости двигателя и выхлопу двигателя, а также к более высокой эффективности.В качестве дополнительного преимущества гамма или отношение удельных теплоемкостей C p / C v выше для двигателей, работающих на обедненной смеси, чем для двигателей, работающих по стехиометрии. Меньшая часть тепловой энергии, генерируемой реакциями горения, теряется в состояниях возбуждения более крупных трехатомных частиц (пары CO 2 и H 2 O). Это означает, что больше тепловой энергии доступно для повышения давления и температуры рабочей жидкости, что создает работу, которую можно извлечь (Foster, 2013).

Однако у движка CI есть и несколько недостатков, о которых стоит упомянуть. Двигатель CI должен быть спроектирован так, чтобы быть очень прочным, чтобы выдерживать повышенное давление и температуру, создаваемые высокой степенью сжатия и повышенным давлением на впуске. Это создает конструкции двигателей с высокой инерцией вращения и, следовательно, ограничивает максимальную скорость двигателя. Это также увеличивает стоимость, поскольку все оборудование должно быть очень прочным. Еще одним недостатком двигателей CI является сигнатура выбросов.Использование диффузионно-регулируемого сгорания означает, что между топливом и воздухом существует значительное расслоение, в отличие от гомогенности смесей бензина и воздуха в двигателях SI. Это расслоение создает твердые частицы (PM) и оксиды азота (NO x ). Было обнаружено, что эти нежелательные продукты горения ХИ опасны для здоровья и окружающей среды. По сути, у традиционного двигателя CI нет проблемы с эффективностью, у него есть проблема с выбросами.

Как насчет биотоплива?

Большая часть текущей и прогнозируемой работы по двигателям с воспламенением, по-видимому, сосредоточена на использовании альтернативных видов топлива или даже нескольких видов топлива, чтобы сохранить высокую эффективность (возможно, даже улучшить ее), но при этом значительно снизить характер вредных выбросов и производство парниковых газов. Биотопливо является одним из популярных подходов, особенно в развивающихся странах, для решения проблемы парниковых газов и стоимости импорта нефти.Биотопливо, как правило, изготавливается из растительного масла определенного типа и подвергается химической обработке для создания продукта, который во многих отношениях имитирует нефтяное дизельное топливо. Таким образом использовалось несколько видов сырья, в зависимости от местных условий выращивания и культур, которые хорошо растут в этих условиях. Соевые бобы, рапс, пальмовое масло, ятрофа, масло каранджи и многие другие перерабатываются в качестве топлива. Как правило, биотопливо этого типа подразделяют на категории: масла, полученные из съедобных растений, и масла, полученные из несъедобных растений.С химической точки зрения топливо, полученное из съедобных растений, легче и дешевле перерабатывать в топливо. Однако это также может создать проблему «еда или топливо» в местной экономике. Несъедобное биотопливо растительного происхождения сложнее и дороже перерабатывать, но, как правило, удается избежать проблемы «пища или топливо». Одной из проблем традиционного биодизельного топлива является то, что само топливо содержит кислород как часть своей структуры. Это насыщенное кислородом топливо будет иметь значительно меньшее содержание энергии по сравнению с нефтяным дизельным топливом.Снижение содержания энергии обычно составляет порядка 7–8% по объему по сравнению с нефтяным дизельным топливом. Это приводит к большему объему потребляемого топлива при том же количестве отдаваемой энергии. Более поздняя работа была проведена в отношении получения водорослей или водорослевого топлива, которое может дать гораздо больший выход, чем традиционное биотопливо (Frashure et al., 2009). Другой недавней темой исследований является создание «возобновляемого» дизельного топлива путем гидротермальной или другой обработки материала биомассы для извлечения длинноцепочечных углеводородов, подобных нефтяному дизельному топливу (Aatola et al., 2008). Возобновляемое дизельное топливо, как правило, не насыщается кислородом, поэтому содержание энергии, как правило, такое же, как у нефтяного дизельного топлива. Тем не менее, другой подход к созданию дизельного топлива как из возобновляемых, так и из невозобновляемых источников использует процесс, называемый Фишером-Тропшем (FT), названный так в честь немецких изобретателей этого процесса в 1930-х годах. Топливо FT получают из метана, газифицированного угля или газифицированной биомассы для создания углеводородов с длинной цепью, подходящих для использования в качестве топлива. Для этого типа топлива используется несколько сокращений, в зависимости от исходного сырья.Газ-жидкость (GTL), уголь-жидкость (CTL) и биомасса-жидкость (BTL) — вот лишь некоторые из этих аббревиатур. Процесс FT позволяет получать дизельное топливо довольно высокого качества – с высоким цетановым числом, низкой вязкостью, без серы и с высоким содержанием энергии – но этот процесс также сложен и дорог, по крайней мере, в настоящее время (Agarwal, 2004).

Что такое современное состояние двигателей CI?

Двигатели

CI используются во всем мире в качестве источников движущей и стационарной энергии. По мере того, как развивающиеся страны, такие как Индия и Китай, увеличивают свой спрос на транспорт и электроэнергию для удовлетворения экономического спроса, возникают серьезные вопросы относительно будущего двигателей CI в условиях все более строгих экологических норм, регулирования выбросов парниковых газов и спроса на ископаемое топливо. .Существуют ли стратегии, которые позволят механизму непрерывной интеграции развиваться для удовлетворения текущих и будущих потребностей рынка?

Используя традиционное дизельное топливо, инженеры добились значительных успехов в повышении эффективности и сокращении выбросов за счет применения передовых технологий впрыска, таких как насосы высокого давления Common Rail, топливные форсунки с пьезоприводом, современные турбомашины и рекуперация отработанного тепла (термоэлектрики и т. д.), и почти устранение серы в дизельном топливе. Топливо теперь можно гораздо точнее дозировать в камеру сгорания, чтобы процессы сгорания были более плавными и менее загрязняющими окружающую среду.Использование рециркуляции отработавших газов (EGR) позволило инженерам снизить концентрацию кислорода во всасываемом воздухе, обеспечив более низкие пиковые температуры сгорания со значительным снижением NO на x . В настоящее время в современных двигателях с прямым впрыском используются достижения в области доочистки выхлопных газов, такие как сажевые фильтры (DPF), катализаторы deNO x (как селективное каталитическое восстановление, так и ловушка обедненной смеси) и катализаторы окисления дизельных двигателей (DOC).

Текущая усовершенствованная работа по сгоранию открыла захватывающие возможности для повышения эффективности двигателя с воспламенением, а также для значительного улучшения характеристик выбросов.По мере развития исследований было показано, что возможно улучшение некоторого предварительного смешивания топлива и воздуха при сохранении возможности контролировать выходную мощность за счет подачи топлива (без дросселирования) и сохранения высокой степени сжатия. Для достижения этих целей использовались различные стратегии. Одним из них является использование двойного топлива, широко известного как воспламенение от сжатия с регулируемой реактивностью (RCCI). В RCCI низкореакционное топливо (такое как бензин, этанол и т.п.) впрыскивается в камеру сгорания в качестве основного источника энергии и очень небольшое количество высокореактивного топлива (такое как дизельное топливо, биодизель и т.). Это не только обеспечивает возможность работы двигателя на обедненной смеси, что снижает пиковые температуры сгорания и повышает эффективность, но также обеспечивает правильную стратегию зажигания, позволяющую избежать пропусков зажигания и сохранить высокую надежность. RCCI в исследовательских двигателях продемонстрировал возможность достижения очень высокого уровня эффективности (в первую очередь за счет еще большего снижения теплопередачи, чем при традиционном сгорании дизельного топлива) и надежности управления. Основным недостатком RCCI является необходимость наличия двух форсунок на цилиндр (по одной на каждый вид топлива) и необходимость использования либо двух отдельных видов топлива, либо наличия присадки, повышающей реактивность низкореактивного топлива (Curran et al. , 2013).

Еще одна захватывающая возможность в мире двигателей с воспламенением — это использование топлива с довольно низкой реактивностью (бензин, нафта и т. д.) по сравнению с дизельным топливом, но все же использование архитектуры двигателя с воспламенением от сжатия и использование длительной задержки воспламенения этих видов топлива для обеспечения некоторый уровень предварительного смешивания при сохранении достаточной стратификации для обеспечения контроля нагрузки (Kalghatgi et al., 2007). Воспламенение от сжатия бензина (GCI) или воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI) пытаются достичь той же цели, что и RCCI, использующие двойное топливо, но сделать это путем точного расслоения одного топлива.Этот контроль воспламенения может быть довольно сложным по сравнению с RCCI, поскольку он зависит от постоянно меняющихся характеристик местного смешения топлива и воздуха, а не от положительного добавления высокореактивного топлива в определенное время. Преимущество в том, что требуется только одно топливо и одна форсунка на цилиндр.

В каждом из случаев для RCCI и PPCI цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточное предварительное смешивание, чтобы уровни PM были низкими, и чтобы работало сгорание на бедной или разбавленной смеси, достаточном для поддержания пиковых температур сгорания ниже 2000K, избегая теплового NO x производство.Надежность этих новых подходов к горению и воспламенению является проблемой, к которой стремятся несколько исследовательских организаций по всему миру (Johansson et al., 2014; Sellnau et al., 2014).

Какое будущее ждет двигатели CI?

По крайней мере, по состоянию на 2015 год двигатели CI занимают доминирующее положение на рынках коммерческих автомобилей и внедорожников. Поскольку во всем мире к выбросам парниковых газов и качеству воздуха предъявляются все более строгие нормативные требования, двигатели CI будут продолжать развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям. Сочетание высокой удельной энергии жидкого топлива в сочетании с высокой удельной мощностью двигателей с воспламенением и очень низкой стоимостью производства будет по-прежнему делать двигатели с воспламенением популярным решением для производства движущей и стационарной энергии. В этой области ведутся захватывающие исследования по повышению эффективности, сокращению выбросов, совершенствованию технологии последующей обработки для контроля выбросов, и был достигнут огромный прогресс. Однако необходим еще больший прогресс, поскольку население мира превышает 7 миллиардов человек, а спрос на электроэнергию в развивающихся странах стремительно растет.То, как мы решим транспортные и энергетические проблемы в ближайшие несколько десятилетий, задаст тон нашей способности как общества поддерживать как пригодную для жизни среду, так и уровень жизни, приемлемый для постоянно растущего населения во всем мире.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Представленная рукопись была создана компанией UChicago Argonne, LLC, оператором Аргоннской национальной лаборатории («Аргонн»).Argonne, научная лаборатория Министерства энергетики США, работает по контракту № DE-AC02-06Ch21357. Правительство США сохраняет за собой и другими лицами, действующими от его имени, оплаченную неисключительную, безотзывную всемирную лицензию в указанной статье на воспроизведение, подготовку производных работ, распространение копий среди публики, а также публичное исполнение и публичную демонстрацию, посредством или от имени правительства. Это не влияет на права других лиц на повторную публикацию и повторное распространение на условиях CC-BY (www.Creativecommons.org). Автор хотел бы отметить финансовую поддержку Департамента энергетики Управления транспортных технологий, программы Advanced Engine Combustion Program, которой руководит г-н Gurpreet Singh.

Каталожные номера

Аатола, Х., Ларми, М. , Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) как возобновляемое дизельное топливо: компромисс между NOx, выбросами твердых частиц и потреблением топлива двигателем большой мощности . Технический документ SAE 2008-01-2500.Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Академия Google

Агарвал, А. К. (2004). Разработка и характеристика биодизеля из непищевых растительных масел индийского происхождения . САЕ 2004-28-0079. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Академия Google

Карран, С., Хэнсон, Р., Вагнер, Р., и Рейц, Р. (2013). Картирование эффективности и выбросов RCCI в двигателе малой грузоподъемности .Технический документ SAE 2013-01-0289. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Академия Google

Фрашуре, Д., Крамлич, Дж., и Мешер, А. (2009). Технико-экономический анализ добычи масла из промышленных водорослей . Технический документ SAE 2009-01-3235. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Академия Google

Гилл П., Смит Дж. и Зиурис Э. (1954). Основы двигателей внутреннего сгорания , 4-е изд.Аннаполис, Мэриленд: Военно-морской институт США.

Академия Google

Хейслер, Х. (1999). Технология транспортных средств и двигателей , 2-е изд. Уоррендейл, Пенсильвания: SAE International.

Академия Google

Хейвуд, Дж. (1988). Основы двигателя внутреннего сгорания . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc.

Академия Google

Калгатги, Г. Т., Рисберг, П., и Ангстрем, Х. Э. (2007). Частично предварительно смешанное самовоспламенение бензина для достижения низкого дымообразования и низкого содержания NOx при высокой нагрузке в двигателе с воспламенением от сжатия и сравнение с дизельным топливом .Технический документ SAE 2007-01-0006. Уоррендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Академия Google

Селлнау, М., Фостер, М., Хойер, К., Мур, В., Синнамон, Дж., и Хастед, Х. (2014). Разработка бензинового двигателя с воспламенением от сжатия с непосредственным впрыском (GDCI). Международный SAE. J. Двигатели 7, 835–851. дои: 10.4271/2014-01-1300

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Описание работы двигателей с воспламенением от сжатия

Дизельные двигатели — рабочие лошадки как в промышленности, так и в производительности. Но чтобы по-настоящему оценить их, важно понять, как они работают.

Дизельные двигатели

являются основными силовыми установками промышленности. Для тяжелых условий эксплуатации, требующих высокого крутящего момента, долговечности и превосходной топливной экономичности, повсеместно используются дизельные двигатели. Автомобильные, морские и железнодорожные перевозки в значительной степени зависят от дизельных двигателей, а не от двигателей, работающих на бензине. Даже многие электростанции вырабатывают электроэнергию с помощью больших дизельных двигателей. И, конечно же, почти вся тяжелая строительная, сельскохозяйственная и горнодобывающая техника работает на дизельном топливе.Мировая торговля эффективно работает на дизельном топливе. Несмотря на внешнее сходство, критические различия отличают дизельные и бензиновые двигатели друг от друга и определяют, какой тип двигателя лучше всего подходит для любого конкретного применения, включая грузовики и автомобили.

В отличие от обычного бензинового двигателя, в дизельном двигателе топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр во время рабочего такта, которое затем сгорает из-за высокой температуры цилиндра.

Дизельные и бензиновые двигатели являются двигателями внутреннего сгорания (ДВС).Топливо и воздух объединяются и сжигаются внутри двигателя для получения энергии. Как и бензиновый двигатель, дизельный двигатель имеет цилиндры, коленчатый вал, шатуны и поршни для передачи энергии топлива от линейного движения к вращательному. Основное различие заключается в способе воспламенения топливно-воздушной смеси. Бензиновые двигатели относятся к двигателям с искровым зажиганием, а дизельные двигатели — к двигателям с воспламенением от сжатия.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания Циклы

  • Впуск
  • Сжатие
  • Горение (расширение)
  • Выхлоп

Эти циклы в основном одинаковы для обоих типов двигателей, за исключением цикла сгорания, когда бензиновый двигатель инициируется от искры, а дизельный двигатель от сжатия.Это различие играет ключевую роль в превосходстве дизельного двигателя в условиях, требующих высокой эффективности и высокого крутящего момента при хорошей экономии топлива.

ГОРЕНИЕ

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания всасывает предварительно смешанное топливо и воздух через систему впуска, сжимает его в каждом цилиндре с помощью поршня и воспламеняет смесь с помощью свечи зажигания. Топливо добавляется во время такта впуска, чтобы создать желаемую воздушно-топливную смесь, готовую к сгоранию. Последующий цикл сгорания расширяет горящую смесь и повышает давление в цилиндре, чтобы толкнуть поршень вниз и создать крутящий момент.

В дизельном двигателе воздух и топливо предварительно не смешиваются. Воздух подается в цилиндры и сжимается поршнем до гораздо более высокого давления, чем в бензиновом двигателе; до 25:1 в некоторых случаях. Это механическое или адиабатическое сжатие перегревает воздух до 400° и более. В этот момент топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух, что приводит к мгновенному воспламенению. Создается более высокое давление в цилиндре, создавая больший крутящий момент для привода автомобиля.

Деталь, которой нет в дизельном двигателе.В отличие от бензиновых двигателей, которым требуется триггерное событие — сильный электрический разряд — для инициирования сгорания, дизельные двигатели полагаются исключительно на температуру сжатого воздуха в верхней мертвой точке.

КАЧЕСТВО СМЕСИ

Дизельные двигатели

обеспечивают более высокий уровень эффективности по нескольким причинам. Одна веская причина заключается в том, что более высокое давление в цилиндре во время впрыска топлива создает гораздо более плотную смесь, которая дает более сильный удар; плотность смеси имеет первостепенное значение для создания мощности.Более высокая степень сжатия также приводит к более полному сгоранию топлива, высвобождая больше энергии, поскольку дизельное топливо дает более высокую плотность энергии. Кроме того, уникальная способность дизеля впрыскивать топливо в течение более длинного такта рабочего хода помогает создать более высокое среднее давление в цилиндре, чем у сопоставимого бензинового двигателя. Дизельное топливо также содержит смазывающий компонент, который помогает уменьшить трение в цилиндрах.

Камера сгорания в головке поршня дизельного двигателя представляет собой неглубокую камеру с центральным конусом, способствующим распределению смеси из топлива под высоким давлением, впрыскиваемого непосредственно над ней.«В высокопроизводительных приложениях сочетание угла впрыска и конструкции тарелки имеет решающее значение», — отмечает Дж. Дж. Циммерман из Diamond Pistons. «Большая часть нашего инженерного времени уходит на эту конкретную арену, поскольку именно здесь выигрываются или проигрываются гонки».

Хотя инициирование сгорания отличается от типичного бензинового двигателя, принципиальное отличие также существует в конструкции камеры сгорания для оптимизации распыления топлива. Большинство бензиновых двигателей имеют камеру сгорания в головке блока цилиндров, но в дизельном двигателе камера сгорания находится в центре днища поршня.Поршень дизельного двигателя имеет контурное углубление или чашу в центре днища поршня, где происходит сгорание. В центре чаши конусообразный выступ находится прямо под топливной форсункой.

Конус и захваченная поршневая камера под головкой блока цилиндров способствуют оптимизированному распылению топлива в камере сгорания высокого давления. Эта форма камеры «конус в короне» обычно называется конструкцией «мексиканской шляпы» (сомбреро), и она почти универсальна для дизельных поршней.Высокоэффективная камера в центре поршня концентрирует большую часть силы, создаваемой циклом расширения (сгорания), и направляет ее прямо вниз по шатуну к коленчатому валу.

Сменные поршни из кованого сплава 2618 Diamond Pistons для двигателей Cummins, Duramax и Power Stroke (на фото) заполняют нишу для высокопроизводительных ремонтников, которым нужны высококачественные сменные поршни, соответствующие степени сжатия OEM, с полным поршневым покрытием и штифтами из инструментальной стали DLC h23.

Еще одно отличие заключается в том, что дизельный двигатель дросселируется за счет подачи топлива, а бензиновый двигатель дросселируется за счет подачи воздуха. Поскольку поток воздуха не дросселируется, дизельный двигатель также не создает вакуум. Подача топлива осуществляется непосредственным впрыском в цилиндр, направленным прямо в верхнюю часть поршня. Это имеет большое значение для качества топливной смеси и последующей эффективности сгорания.

Непосредственный впрыск делает процесс сгорания более простым и эффективным.Дизельные двигатели работают при значительно более обедненной смеси воздух-топливо, чем бензиновые двигатели, обычно от 25:1 до 40:1 по сравнению с нормальным бензиновым диапазоном от 12:1 до 15:1. Современные дизельные двигатели с непосредственным впрыском топлива впрыскивают топливо под давлением, приближающимся (или, в некоторых случаях, превышающим) 30 000 фунтов на квадратный дюйм. Это обеспечивает наилучшее возможное распыление не только для эффективного сжигания, но и для сжигания с низким уровнем отходящего тепла. А обедненные смеси являются ключевой причиной того, почему дизели настолько экономичны.

ГРМ

Еще одно интересное различие между дизельными и бензиновыми двигателями — синхронизация форсунок и синхронизация зажигания. В бензиновых двигателях синхронизация зажигания относится к моменту, когда сгорание инициируется свечой зажигания. В дизельном двигателе синхронизация относится к началу впрыска топлива, которое рассчитано на использование точки максимального сжатия смеси.

Хотя в основном они используются в грузовиках, дизельные двигатели нашли широкое применение в драгкарах. 6,8-литровый двигатель Райана Милликена ’66 ​​Nova с двигателем Cummins — это автомобиль с радиальными шинами, который доказывает многогранность дизельного топлива. В двигателе используются алмазные поршни и турбонаддув Massive Garrett GTX5533R, что позволяет совершать дымные заезды на четверть мили.

ТУРБОНАДДУВ

Дизельные двигатели

требуют более прочных компонентов, прежде всего из-за более высокого давления в цилиндрах и высокого крутящего момента. Давление в цилиндрах увеличивается до 3600 фунтов на квадратный дюйм в современных двигателях с турбонаддувом и более 8000 фунтов на квадратный дюйм в высокопроизводительных двигателях. Для 4-дюймового отверстия это может составлять 45 000 фунтов давления, толкающего поршень вниз. Следовательно, блок двигателя, коленчатый вал, шатуны, поршни, головки цилиндров и клапаны значительно прочнее, чем у бензинового двигателя.Поскольку они предназначены для работы под высоким давлением, большая часть дизельных двигателей оснащена турбонаддувом.

Турбокомпрессоры

идеально подходят для дизелей, поскольку они перенаправляют отработанные выхлопные газы для эффективного наддува двигателя, который уже предназначен для работы при высоком давлении в цилиндрах. Термический КПД дизельного двигателя эффективно улучшается за счет турбонаддува, поскольку он существенно увеличивает объем воздуха, поступающего в двигатель, что позволяет впрыскивать больше топлива.Топливо создает энергию, но для ее разблокировки требуется воздух.

Отношение крутящего момента к мощности дизельных двигателей обычно составляет около 2:1, но многие промышленные двигатели достигают соотношения 3:1 или 4:1, в отличие от типичного соотношения 1:1, генерируемого бензиновым двигателем. Дизели эффективны по крутящему моменту, потому что они создают высокое давление в цилиндре за счет очень эффективного сгорания и применяют его к длинному ходу коленчатого вала, что увеличивает рычаг. Турбокомпрессор добавляет совершенно новый фактор к уравнению крутящего момента, поскольку он снижает насосные потери во время такта впуска и резко увеличивает давление в цилиндре в такте рабочего хода.Дизели любят давление наддува. Давление наддува дизельных двигателей нередко в два, три или более раз превышает давление наддува, обычно используемое в бензиновых двигателях.

На внутреннем дизельном рынке доминируют двигатели GM Duramax, Dodge Cummins и Ford PowerStroke.

УПРАВЛЕНИЕ ВПРЫСКОМ

Среди других распространенных методов настройки удлинение события впрыска и его более раннее начало создает большее давление в цилиндре. Множественные события впрыска (пилотный впрыск) за цикл питания теперь также являются обычным явлением.Таким образом, сгорание инициируется и усиливается дополнительными впрысками во время каждого цикла. Это максимально использует преимущества более высоких уровней наддува с эффективностью сгорания для создания более высокого давления в цилиндрах.

По своей природе процесс сгорания в дизельном двигателе имеет тенденцию сопротивляться плавности и однородности, в первую очередь из-за колебаний нагрузки и температуры. Важнейшей целью ужесточения контроля над процессом впрыска является уменьшение колебаний сгорания от цикла к циклу. Современные датчики и система управления двигателем помогают сгладить ситуацию, а современные дизели работают тише и мощнее, чем когда-либо.Системы управления и система впрыска Common Rail под более высоким давлением теперь могут осуществлять до трех впрысков за один акт сгорания, и они могут варьировать каждый впрыск с большим или меньшим количеством топлива и более высоким или более низким давлением в зависимости от того, что необходимо для оптимального сгорания.

Diamond предлагает поршни для популярных дизелей в кованых конфигурациях 2618. Они также предлагают термическое покрытие и покрытие юбки и поршневые пальцы из инструментальной стали.

ДОСТИЖЕНИЯ ПОРШНЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Все это делает поршень ответственным за повышение давления сгорания.В то время как дизели обычно имеют очень надежную конструкцию, поршень — это игрок, которому необходимо постоянно усиливать свою игру.

Diamond Pistons представляет полную линейку сменных кованых алюминиевых поршней для всех распространенных дизельных платформ последних моделей. Из них основными игроками являются Dodge Cummins, GM Duramax и Ford Power Stroke. Эти поршни поддерживают рынок восстановления дизельных двигателей благодаря стандартным и увеличенным поршням из сплава 2618, которые имеют твердое анодирование и поставляются с DLC (алмазоподобным покрытием) поршневыми пальцами из инструментальной стали h23 — большой шаг в обеспечении высококачественных поршней для соревнований и гоночных дизельных двигателей. Приложения.

Рынок дизельного топлива стремительно развивается уже более десяти лет. OEM-производители и энтузиасты развивают эту технологию с бешеной скоростью. Diamond быстро реагирует на растущий рыночный спрос, чтобы убедиться, что они могут поставлять поршни, которые удовлетворят все потребности клиентов.

Двигатель внутреннего сгорания — Энциклопедия Нового Света

Четырехтактный цикл (или цикл Отто)
1. впуск
2. сжатие
3. мощность
4. выпуск

Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, в котором сгорание топлива происходит в замкнутом пространстве, называемом камерой сгорания.Эта экзотермическая реакция топлива с окислителем создает газы высокой температуры и давления, которые могут расширяться. Отличительной чертой двигателя внутреннего сгорания является то, что полезная работа выполняется расширяющимися горячими газами, непосредственно вызывающими движение, например, воздействуя на поршни, роторы или даже за счет давления и перемещения всего двигателя.

Это отличается от двигателей внешнего сгорания, таких как паровые двигатели, которые используют процесс сгорания для нагрева отдельной рабочей жидкости, обычно воды или пара, которая затем, в свою очередь, работает, например, путем нажатия на паровой поршень.

Термин Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) почти всегда используется для обозначения поршневых двигателей, двигателей Ванкеля и аналогичных конструкций, в которых сгорание прерывистое. Однако двигатели непрерывного сгорания, такие как реактивные двигатели, большинство ракет и многие газовые турбины, также являются двигателями внутреннего сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания в основном используются на транспорте. Несколько других применений предназначены для любой портативной ситуации, когда вам нужен неэлектрический двигатель.Самым большим применением в этой ситуации был бы двигатель внутреннего сгорания, приводящий в действие электрический генератор. Таким образом, вы можете использовать стандартные электроинструменты с приводом от двигателя внутреннего сгорания.

Преимуществом этих является портативность. Использовать этот тип двигателя в транспортных средствах удобнее, чем на электричестве. Даже в случае гибридных автомобилей они по-прежнему используют двигатель внутреннего сгорания для зарядки аккумулятора. Недостатком является загрязнение, которое они выделяют. Не только очевидное загрязнение воздуха, но и загрязнение сломанными или устаревшими двигателями и отработанными деталями, такими как масло или резиновые изделия, которые необходимо выбросить.Еще одним фактором является шумовое загрязнение, многие двигатели внутреннего сгорания очень громкие. Некоторые из них настолько громкие, что люди нуждаются в средствах защиты органов слуха, чтобы не повредить уши. Еще один минус — размер. Очень нецелесообразно иметь маленькие двигатели, которые могут иметь любую мощность. Электродвигатели для этого гораздо практичнее. Вот почему более вероятно увидеть газовый электрогенератор в районе, где нет электричества для питания небольших предметов.

История

Демонстрация непрямого или всасывающего принципа внутреннего сгорания.Это может не соответствовать определению двигателя, потому что процесс не повторяется. Ранние двигатели внутреннего сгорания использовались для питания сельскохозяйственного оборудования, подобного этим моделям.

Первые двигатели внутреннего сгорания не имели компрессии, а работали на той воздушно-топливной смеси, которую можно было всосать или вдуть во время первой части такта впуска. Наиболее существенное различие между современными двигателями внутреннего сгорания и ранними конструкциями заключается в использовании сжатия и, в частности, внутрицилиндрового сжатия.

  • 1509: Леонардо да Винчи описал двигатель без сжатия. (Его описание может не подразумевать, что идея исходила от него или что она была построена на самом деле.)
  • 1673: Кристиан Гюйгенс описал двигатель без сжатия. [1]
  • 1780-е годы: Алессандро Вольта построил игрушечный электрический пистолет, в котором электрическая искра взрывала смесь воздуха и водорода, выбивая пробку из конца пистолета.
  • Семнадцатый век: английский изобретатель сэр Сэмюэл Морланд использовал порох для привода водяных насосов.
  • 1794: Роберт Стрит построил двигатель без сжатия, принцип работы которого доминировал почти столетие.
  • 1806: Швейцарский инженер Франсуа Исаак де Риваз построил двигатель внутреннего сгорания, работающий на смеси водорода и кислорода.
  • 1823: Сэмюэл Браун запатентовал первый промышленный двигатель внутреннего сгорания. Он был без сжатия и основан на том, что Харденберг называет «циклом Леонардо», который, как следует из этого названия, в то время уже устарел.Как и сегодня, раннее крупное финансирование в области, где стандарты еще не были установлены, досталось лучшим шоуменам раньше, чем лучшим работникам.
  • 1824: Французский физик Сади Карно создал термодинамическую теорию идеализированных тепловых двигателей. Это научно установило необходимость сжатия для увеличения разницы между верхней и нижней рабочими температурами, но неясно, знали ли об этом конструкторы двигателей до того, как сжатие уже стало широко использоваться.Это могло ввести в заблуждение дизайнеров, которые пытались подражать циклу Карно бесполезными способами.
  • 18:26 1 апреля: Американец Сэмюэл Мори получил патент на «газовый или паровой двигатель» без сжатия.
  • 1838: Уильяму Барнету был выдан патент (англ.). Это было первое зарегистрированное предположение о компрессии в цилиндре. Он, по-видимому, не осознавал его преимуществ, но его цикл был бы большим достижением, если бы он был достаточно развит.
  • 1854: Итальянцы Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи запатентовали в Лондоне первый работающий экономичный двигатель внутреннего сгорания (pt.номер 1072), но в производство с ним не пошёл. По концепции он был похож на успешный непрямой двигатель Отто Лангена, но не так хорошо проработан в деталях.
  • 1860: Жан Жозеф Этьен Ленуар (1822-1900) создал газовый двигатель внутреннего сгорания, очень похожий по внешнему виду на горизонтальный паровой лучевой двигатель двойного действия, с цилиндрами, поршнями, шатунами и маховиком, в котором газ в основном место пара. Это был первый серийный двигатель внутреннего сгорания.Его первый двигатель с компрессией развалился на части.
  • 1862: Николаус Отто разработал свободнопоршневой двигатель непрямого действия без сжатия, чья большая эффективность завоевала поддержку Langen, а затем и большей части рынка, который в то время был в основном для небольших стационарных двигателей, работающих на зажигательном газе.
  • 1870: В Вене Зигфрид Маркус поместил на тележку первый передвижной бензиновый двигатель.
  • 1876: Николаус Отто в сотрудничестве с Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом разработал практичный четырехтактный двигатель (цикл Отто).Однако немецкие суды не получили его патент на все двигатели с компрессией в цилиндре или даже на четырехтактный цикл, и после этого решения компрессия в цилиндре стала универсальной.
  • 1879: Карл Бенц, работая независимо, получил патент на свой двигатель внутреннего сгорания, надежный двухтактный газовый двигатель, основанный на конструкции четырехтактного двигателя Николауса Отто. Позже Бенц разработал и построил свой собственный четырехтактный двигатель, который использовался в его автомобилях, ставших первыми серийными автомобилями.
  • 1882: Джеймс Аткинсон изобрел циклический двигатель Аткинсона. Двигатель Аткинсона имел одну фазу мощности на оборот вместе с различными объемами впуска и расширения, что делало его более эффективным, чем цикл Отто.
  • 1891: Герберт Акройд Стюарт оформляет свои права на лизинг нефтяных двигателей в Хорнсби из Англии для производства двигателей. Они строят первые двигатели с холодным пуском и воспламенением от сжатия. В 1892 году они устанавливают первые на водонасосной станции. Экспериментальная версия с более высоким давлением обеспечивает самоподдерживающееся воспламенение только за счет сжатия в том же году.
  • 1892: Рудольф Дизель разрабатывает свой двигатель типа тепловой машины Карно, работающий на угольной пыли.
  • 1893 23 февраля: Рудольф Дизель получил патент на дизельный двигатель.
  • 1896: Карл Бенц изобрел оппозитный двигатель, также известный как горизонтально-оппозитный двигатель, в котором соответствующие поршни достигают верхней мертвой точки одновременно, таким образом уравновешивая друг друга по импульсу.
  • 19:00: Рудольф Дизель продемонстрировал дизельный двигатель на выставке Exposition Universelle (Всемирная выставка) 1900 года, использующей арахисовое масло (биодизель).
  • 1900: Вильгельм Майбах разработал двигатель, построенный в Daimler Motoren Gesellschaft, в соответствии со спецификациями Эмиля Еллинека, который потребовал, чтобы двигатель был назван Daimler-Mercedes в честь его дочери. В 1902 году автомобили с этим двигателем были запущены в производство компанией DMG.

Приложения

Двигатели внутреннего сгорания чаще всего используются для мобильных двигателей в автомобилях, оборудовании и другой переносной технике. В мобильных сценариях внутреннее сгорание является предпочтительным, поскольку оно может обеспечить высокое отношение мощности к весу вместе с превосходной плотностью энергии топлива.Эти двигатели появились почти во всех автомобилях, мотоциклах, лодках, а также в самых разных самолетах и ​​локомотивах. Там, где требуется очень большая мощность, например, в реактивных самолетах, вертолетах и ​​больших кораблях, они появляются в основном в виде турбин. Они также используются для электрических генераторов и в промышленности.

Операция

Все двигатели внутреннего сгорания зависят от экзотермического химического процесса сгорания: реакции топлива, обычно с воздухом, хотя могут использоваться и другие окислители, такие как закись азота.

Наиболее распространенное используемое сегодня топливо состоит из углеводородов и производится в основном из нефти. К ним относятся виды топлива, известные как дизельное топливо, бензин и нефтяной газ, а также редкое использование пропана. Большинство двигателей внутреннего сгорания, предназначенных для бензина, могут работать на природном газе или сжиженных нефтяных газах без серьезных модификаций, за исключением компонентов подачи топлива. Также можно использовать жидкое и газообразное биотопливо, такое как этанол и биодизель, форма дизельного топлива, которое производится из сельскохозяйственных культур, дающих триглицериды, таких как соевое масло.Некоторые из них также могут работать на газообразном водороде.

Все двигатели внутреннего сгорания должны иметь метод обеспечения воспламенения в цилиндрах для создания сгорания. В двигателях используется либо электрический метод, либо система воспламенения от сжатия.

Процесс зажигания бензина

Электрические/бензиновые системы зажигания (которые также могут работать на других видах топлива, как упоминалось ранее) обычно полагаются на комбинацию свинцово-кислотной батареи и индукционной катушки, чтобы обеспечить электрическую искру высокого напряжения для воспламенения воздушно-топливной смеси в цилиндры двигателя.Эту батарею можно заряжать во время работы с помощью устройства, вырабатывающего электричество, например, генератора переменного тока или генератора, приводимого в движение двигателем. Бензиновые двигатели всасывают смесь воздуха и бензина и сжимают ее до давления менее 170 фунтов на квадратный дюйм, а для воспламенения смеси используется свеча зажигания, когда она сжимается головкой поршня в каждом цилиндре.

Процесс зажигания дизельного двигателя

Системы воспламенения от сжатия, такие как дизельный двигатель и двигатели HCCI (воспламенение от сжатия с однородным зарядом), полагаются исключительно на тепло и давление, создаваемые двигателем в процессе сжатия для воспламенения. Возникающая компрессия обычно более чем в три раза выше, чем у бензинового двигателя. Дизельные двигатели всасывают только воздух, и незадолго до пикового сжатия небольшое количество дизельного топлива впрыскивается в цилиндр через топливную форсунку, которая позволяет топливу мгновенно воспламеняться. Двигатели типа HCCI будут потреблять как воздух, так и топливо, но по-прежнему будут полагаться на процесс самовоспламенения без посторонней помощи из-за более высокого давления и тепла. Вот почему дизельные двигатели и двигатели HCCI также более подвержены проблемам с холодным запуском, хотя после запуска они будут работать так же хорошо в холодную погоду.У большинства дизелей также есть аккумуляторная батарея и системы зарядки, однако эта система является вторичной и добавляется производителями как роскошь для облегчения запуска, включения и выключения топлива, что также может выполняться с помощью переключателя или механического устройства, а также для запуска вспомогательных электрических компонентов и аксессуаров. . Однако большинство современных дизелей полагаются на электрические системы, которые также контролируют процесс сгорания для повышения эффективности и снижения выбросов.

Энергия

После успешного воспламенения и сгорания продукты сгорания, горячие газы, имеют больше доступной энергии, чем исходная сжатая топливно-воздушная смесь (которая имеет более высокую химическую энергию).Доступная энергия проявляется в виде высокой температуры и давления, которые могут быть преобразованы двигателем в работу. В поршневом двигателе газообразные продукты высокого давления внутри цилиндров приводят в движение поршни двигателя.

После удаления доступной энергии оставшиеся горячие газы удаляются (часто путем открытия клапана или открытия выпускного отверстия), что позволяет поршню вернуться в предыдущее положение (ВМТ). Затем поршень может перейти к следующей фазе своего цикла, который варьируется в зависимости от двигателя.Любое тепло, не переведенное в работу, обычно считается отходами и удаляется из двигателя воздушной или жидкостной системой охлаждения.

Запчасти

Иллюстрация нескольких ключевых компонентов типичного четырехтактного двигателя.

Детали двигателя различаются в зависимости от типа двигателя. Для четырехтактного двигателя ключевыми частями двигателя являются коленчатый вал (фиолетовый), один или несколько распределительных валов (красный и синий) и клапаны. Для двухтактного двигателя вместо системы клапанов может быть просто выпускной патрубок и впускной патрубок для топлива.В обоих типах двигателей есть один или несколько цилиндров (серый и зеленый), и для каждого цилиндра есть свеча зажигания (темно-серый), поршень (желтый) и кривошип (фиолетовый). Однократное движение поршня вверх или вниз по цилиндру называется тактом, а ход вниз, который происходит непосредственно после воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндре, называется рабочим тактом.

Двигатель Ванкеля имеет треугольный ротор, который вращается в эпитрохоидальной камере (в форме восьмерки) вокруг эксцентрикового вала.Четыре фазы работы (впуск, сжатие, мощность, выпуск) происходят в разных местах, а не в одном месте, как в поршневом двигателе.

В двигателе Bourke используется пара поршней, встроенных в кулисный механизм, который передает возвратно-поступательное усилие через специально разработанный подшипниковый узел для поворота кривошипно-шатунного механизма. Впуск, сжатие, мощность и выпуск происходят при каждом ходе этого хомута.

Классификация

Существует широкий спектр двигателей внутреннего сгорания, соответствующих их разнообразным областям применения.Точно так же существует широкий спектр способов классификации двигателей внутреннего сгорания, некоторые из которых перечислены ниже.

Хотя термины иногда вызывают путаницу, реальной разницы между «двигателем» и «мотором» нет. Когда-то слово «двигатель» (от латыни через старофранцузское, ingenium, «способность») означало любую машину. «Мотор» (от латинского мотор, «двигатель») — это любая машина, производящая механическую энергию. Традиционно электродвигатели не называют «двигателями», но двигатели внутреннего сгорания часто называют «двигателями».(Электродвигатель относится к локомотиву, работающему на электричестве.)

При этом следует понимать, что обычное использование часто диктует определения. Многие люди рассматривают двигатели как те вещи, которые генерируют свою энергию изнутри, а двигатели требуют внешнего источника энергии для выполнения своей работы. Очевидно, что корни слов действительно указывают на реальное различие. Кроме того, как и во многих определениях, корневое слово объясняет только начало слова, а не его текущее употребление.Конечно, можно утверждать, что так обстоит дело со словами мотор и двигатель.

Принцип работы

Поршневой:

  • Двигатель на сырой нефти
  • Двухтактный цикл
  • Четырехтактный цикл
  • Двигатель с горячей лампой
  • Тарельчатые клапаны
  • Манжетный клапан
  • Цикл Аткинсона
  • Предлагаемый
  • Улучшения
  • Управляемый двигатель внутреннего сгорания

Роторный:

  • Продемонстрировано:
  • Предлагаем:
    • Орбитальный двигатель
    • Квазитурбина
    • Роторный двигатель с циклом Аткинсона
    • Тороидальный двигатель

Непрерывное горение:

  • Газовая турбина
  • Реактивный двигатель
  • Ракетный двигатель

Цикл двигателя

Двухтактный

Двигатели, основанные на двухтактном цикле, используют два такта (один вверх, один вниз) на каждый рабочий такт.Поскольку нет специальных тактов впуска или выпуска, необходимо использовать альтернативные методы для продувки цилиндров. Наиболее распространенным методом в двухтактных двигателях с искровым зажиганием является использование движения поршня вниз для создания давления в картере свежего заряда, который затем продувается через цилиндр через отверстия в стенках цилиндра. Двухтактные двигатели с искровым зажиганием маленькие и легкие (для своей выходной мощности) и очень простые механически. Общие области применения включают снегоходы, газонокосилки, машины для уборки сорняков, цепные пилы, водные мотоциклы, мопеды, подвесные моторы и некоторые мотоциклы.К сожалению, они также, как правило, громче, менее эффективны и гораздо больше загрязняют окружающую среду, чем их четырехтактные аналоги, и они плохо масштабируются до больших размеров. Интересно, что самые большие двигатели с воспламенением от сжатия являются двухтактными и используются в некоторых локомотивах и больших кораблях. Эти двигатели используют принудительную индукцию для продувки цилиндров. двухтактные двигатели менее экономичны, чем двигатели других типов, потому что неизрасходованное топливо, распыляемое в камеру сгорания, может иногда выходить из выхлопного канала вместе с ранее израсходованным топливом.Без специальной обработки выхлопных газов это также приведет к очень высокому уровню загрязнения, что потребует от многих небольших двигателей, таких как газонокосилки, использовать четырехтактные двигатели, а в некоторых юрисдикциях — двухтактные двигатели меньшего размера должны быть оснащены каталитическими нейтрализаторами.

Четырехтактный

Двигатели, основанные на четырехтактном цикле или цикле Отто, имеют один рабочий такт на каждые четыре такта (вверх-вниз-вверх-вниз) и используются в автомобилях, больших лодках и многих легких самолетах. Как правило, они тише, эффективнее и больше, чем их двухтактные аналоги.Существует ряд вариаций этих циклов, в первую очередь циклы Аткинсона и Миллера. В большинстве дизельных двигателей грузовых автомобилей и автомобилей используется четырехтактный цикл, но с системой воспламенения с подогревом от сжатия. Этот вариант называется дизельным циклом.

Пятитактный

Двигатели, основанные на пятитактном цикле, являются вариантом четырехтактного цикла. Обычно четыре цикла: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Пятый цикл, добавленный Delautour [2] , — это охлаждение.Двигатели, работающие по пятитактному циклу, на 30 процентов более эффективны, чем эквивалентный четырехтактный двигатель.

Бурк двигатель

В этом двигателе два диаметрально противоположных цилиндра соединены с кривошипом с помощью шатунной шейки, проходящей через общий кулисный механизм. Цилиндры и поршни сконструированы таким образом, что, как и в обычном двухтактном цикле, за один оборот приходится два рабочих такта. Однако, в отличие от обычного двухтактного двигателя, сгоревшие газы и поступающий свежий воздух не смешиваются в цилиндрах, что способствует более чистой и эффективной работе.Кривошипный механизм также имеет низкую боковую тягу и, таким образом, значительно снижает трение между поршнями и стенками цилиндра. Фаза сгорания двигателя Бурка более точно соответствует сгоранию при постоянном объеме, чем четырехтактный или двухтактный цикл. В нем также используется меньше движущихся частей, поэтому он должен преодолевать меньшее трение, чем два других возвратно-поступательных типа. Кроме того, его более высокая степень расширения также означает, что используется больше тепла от фазы сгорания, чем используется в четырехтактных или двухтактных циклах.

Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым двигателем

Это также цилиндровые двигатели, которые могут быть однотактными или двухтактными, но вместо коленчатого вала и поршневых штоков используют две соединенные шестерни, концентрические кулачки, вращающиеся в противоположных направлениях, для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Эти кулачки практически нейтрализуют боковые силы, которые в противном случае оказывались бы на цилиндры поршнями, значительно повышая механический КПД. Профили выступов кулачка (всегда нечетные и не менее трех) определяют ход поршня в зависимости от передаваемого крутящего момента.В этом двигателе есть два цилиндра, которые расположены на 180 градусов друг от друга для каждой пары кулачков, вращающихся в противоположных направлениях. Для однотактных версий на пару цилиндров приходится столько же циклов, сколько кулачков на каждом кулачке, и вдвое больше для двухтактных агрегатов.

Ванкель

Двигатель Ванкеля работает с тем же разделением фаз, что и четырехтактный двигатель (но без хода поршня, его правильнее было бы назвать четырехфазным двигателем), поскольку фазы происходят в разных местах двигателя.Этот двигатель обеспечивает три «такта» мощности на оборот на ротор, что дает ему в среднем большее отношение мощности к весу, чем поршневые двигатели. Этот тип двигателя используется в современной Mazda RX8 и более ранней RX7, а также в других моделях.

Газовая турбина

В газотурбинных циклах (особенно в реактивных двигателях) вместо использования одного и того же поршня для сжатия и последующего расширения газов используются отдельные компрессоры и газовые турбины; дающий постоянную мощность. По сути, всасываемый газ (обычно воздух) сжимается, а затем сгорает с топливом, что значительно повышает температуру и объем.Затем больший объем горячего газа из камеры сгорания подается через газовую турбину, которая затем легко приводит в действие компрессор.

Вышедшие из употребления методы

В некоторых старых двигателях внутреннего сгорания без сжатия: В первой части хода поршня вниз всасывалась или вдувалась топливно-воздушная смесь. На остальной части хода поршня вниз впускной клапан закрывался и топливовоздушная смесь воспламенялась. При движении поршня вверх выпускной клапан был открыт. Это была попытка имитировать работу поршневого парового двигателя.

Типы топлива и окислителя

Используемые виды топлива включают уайт-спирит (североамериканский термин: бензин, британский термин: бензин), автогаз (сжиженный нефтяной газ), сжатый природный газ, водород, дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, свалочный газ, биодизель, биобутанол, арахисовое масло и другие растительные масла. , биоэтанол, биометанол (метиловый или древесный спирт) и другое биотопливо. Даже псевдоожиженные металлические порошки и взрывчатые вещества нашли некоторое применение. Двигатели, которые используют газы в качестве топлива, называются газовыми двигателями, а те, которые используют жидкие углеводороды, называются масляными двигателями.Однако бензиновые двигатели, к сожалению, также часто в просторечии называют «газовыми двигателями».

Основные ограничения для топлива заключаются в том, что топливо должно легко транспортироваться через топливную систему в камеру сгорания и что топливо выделяет достаточно энергии в виде тепла при сгорании, чтобы сделать использование двигателя практичным.

Окислитель обычно представляет собой воздух, и его преимущество заключается в том, что он не хранится внутри транспортного средства, что увеличивает удельную мощность.Однако воздух можно сжимать и перевозить на борту транспортного средства. Некоторые подводные лодки предназначены для перевозки чистого кислорода или перекиси водорода, что делает их независимыми от воздуха. Некоторые гоночные автомобили используют закись азота в качестве окислителя. Другие химические вещества, такие как хлор или фтор, использовались в экспериментах; но большинство непрактично.

Дизельные двигатели обычно тяжелее, шумнее и мощнее при более низких скоростях, чем бензиновые двигатели. Они также более экономичны в большинстве случаев и используются в тяжелых дорожных транспортных средствах, некоторых автомобилях (все чаще из-за их более высокой топливной экономичности по сравнению с бензиновыми двигателями), кораблях, железнодорожных локомотивах и легких самолетах.Бензиновые двигатели используются в большинстве других дорожных транспортных средств, включая большинство автомобилей, мотоциклов и мопедов. Обратите внимание, что в Европе сложные автомобили с дизельным двигателем стали широко распространены с 1990-х годов, составляя около 40 процентов рынка. Как бензиновые, так и дизельные двигатели производят значительные выбросы. Существуют также двигатели, работающие на водороде, метаноле, этаноле, сжиженном нефтяном газе (СНГ) и биодизеле. Двигатели, работающие на парафине и тракторном масле (ТВО), больше не видны.

Водород

Некоторые предполагают, что в будущем такое топливо может заменить водород.Кроме того, с внедрением технологии водородных топливных элементов использование двигателей внутреннего сгорания может быть прекращено. Преимущество водорода в том, что при его сгорании образуется только вода. Это отличается от сжигания ископаемого топлива, при котором выделяется двуокись углерода, основная причина глобального потепления, угарный газ в результате неполного сгорания и другие местные и атмосферные загрязнители, такие как двуокись серы и оксиды азота, вызывающие проблемы с дыханием в городах, кислотные дожди. и проблемы с озоном.Однако свободный водород в качестве топлива не встречается в природе, при его сжигании выделяется меньше энергии, чем требуется для производства водорода в первую очередь самым простым и распространенным методом — электролизом. Хотя существует несколько способов получения свободного водорода, они требуют преобразования в настоящее время горючих молекул в водород, поэтому водород не решает ни одного энергетического кризиса, более того, он решает только проблему портативности и некоторые проблемы загрязнения. Большим недостатком водорода во многих ситуациях является его хранение.Жидкий водород имеет чрезвычайно низкую плотность — в 14 раз меньше плотности воды и требует обширной изоляции, в то время как газообразный водород требует очень тяжелых резервуаров. Хотя водород имеет более высокую удельную энергию, объемный запас энергии по-прежнему примерно в пять раз ниже, чем у бензина, даже в сжиженном состоянии. (Процесс «Водород по требованию», разработанный Стивеном Амендолой, создает водород по мере необходимости, но у него есть другие проблемы, такие как относительно дорогое сырье.) Другие виды топлива, более безопасные для окружающей среды, включают биотопливо.Они не могут дать чистого прироста углекислого газа.

Одноцилиндровый бензиновый двигатель (ок. 1910 г.).

Цилиндры

Двигатели внутреннего сгорания могут содержать любое количество цилиндров, обычно от одного до двенадцати, хотя использовалось до 36 (Lycoming R-7755). Наличие большего количества цилиндров в двигателе дает два потенциальных преимущества: во-первых, двигатель может иметь больший рабочий объем с меньшими отдельными совершающими возвратно-поступательное движение массами (то есть масса каждого поршня может быть меньше), что обеспечивает более плавную работу двигателя (поскольку двигатель имеет тенденцию вибрация в результате движения поршней вверх и вниз).Во-вторых, при большем рабочем объеме и большем количестве поршней может быть сожжено больше топлива и может быть больше событий сгорания (то есть больше рабочих тактов) за заданный период времени, а это означает, что такой двигатель может генерировать больший крутящий момент, чем аналогичный двигатель. с меньшим количеством цилиндров. Недостатком большего количества поршней является то, что в целом двигатель будет весить больше и создавать большее внутреннее трение, поскольку большее количество поршней трется о внутреннюю часть цилиндров. Это имеет тенденцию снижать эффективность использования топлива и лишать двигатель части его мощности.Для высокопроизводительных бензиновых двигателей, использующих современные материалы и технологии (таких как двигатели, применяемые в современных автомобилях), по-видимому, существует точка разрыва около 10 или 12 цилиндров, после чего добавление цилиндров становится общим ущербом для производительности и эффективности, хотя и есть исключения. такие как двигатель W16 от Volkswagen существуют.

  • Большинство автомобильных двигателей имеют от четырех до восьми цилиндров, в некоторых высокопроизводительных автомобилях их десять, двенадцать или даже шестнадцать, а в некоторых очень маленьких автомобилях и грузовиках — два или три.В предыдущие годы некоторые довольно большие автомобили, такие как DKW и Saab 92, имели двухцилиндровые двухтактные двигатели.
  • Радиальные авиадвигатели, ныне устаревшие, имели от трех до 28 цилиндров, например Pratt & Whitney R-4360. Ряд содержит нечетное количество цилиндров, поэтому четное число указывает на двух- или четырехрядный двигатель. Самым крупным из них был Lycoming R-7755 с 36 цилиндрами (четыре ряда по девять цилиндров), но он так и не был запущен в производство.
  • Мотоциклы
  • обычно имеют от одного до четырех цилиндров, а некоторые высокопроизводительные модели имеют шесть (хотя существуют некоторые «новинки» с 8, 10 и 12).
  • Снегоходы обычно имеют два цилиндра. У некоторых более крупных (не обязательно высокопроизводительных, но и туристических машин) их четыре.
  • Небольшие переносные приборы, такие как бензопилы, генераторы и бытовые газонокосилки, чаще всего имеют один цилиндр, хотя существуют цепные пилы с двумя цилиндрами.

Система зажигания

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по системе зажигания. Точка в цикле, в которой воспламеняется смесь топлива и окислителя, напрямую влияет на эффективность и мощность ДВС.Для типичного 4-тактного автомобильного двигателя максимальное давление горючей смеси должно достигаться, когда коленчатый вал находится в положении 90 градусов после ВМТ (верхней мертвой точки). Скорость фронта пламени напрямую зависит от степени сжатия, температуры топливной смеси и октанового или цетанового числа топлива. Современные системы зажигания предназначены для воспламенения смеси в нужное время, чтобы фронт пламени не соприкасался с опускающейся головкой поршня. Если фронт пламени соприкасается с поршнем, возникает порозовение или стук.Более обедненные смеси и более низкое давление смеси сгорают медленнее, что требует более опережающего опережения зажигания. Сегодня в большинстве двигателей для зажигания используется электрическая или компрессионная система подогрева. Однако исторически использовались системы с внешним пламенем и горячими трубами. Никола Тесла получил один из первых патентов на механическую систему зажигания в патенте США 609250 (PDF) «Электрический воспламенитель для газовых двигателей» 16 августа 1898 года.

Топливные системы

Топливо сгорает быстрее и полнее, когда большая площадь его поверхности соприкасается с кислородом.Для того чтобы двигатель работал эффективно, топливо должно испаряться в поступающий воздух в виде так называемой топливно-воздушной смеси. Существует два широко используемых метода испарения топлива в воздух: один — карбюратор, а другой — впрыск топлива.

Часто в более простых поршневых двигателях для подачи топлива в цилиндр используется карбюратор. Однако точный контроль правильного количества топлива, подаваемого в двигатель, невозможен. Карбюраторы в настоящее время являются наиболее распространенным устройством для смешивания топлива, используемым в газонокосилках и других небольших двигателях.До середины 1980-х карбюраторы также были распространены в автомобилях.

Более крупные бензиновые двигатели, например, используемые в автомобилях, в основном перешли на системы впрыска топлива. Дизельные двигатели всегда используют впрыск топлива.

Двигатели, работающие на газе (СНГ), используют либо системы впрыска топлива, либо карбюраторы с открытым или закрытым контуром.

В других двигателях внутреннего сгорания, таких как реактивные двигатели, используются горелки, а в ракетных двигателях используются различные идеи, включая ударные струи, сдвиг газа/жидкости, предварительные горелки и многие другие идеи.

Конфигурация двигателя

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по их конфигурации, которая влияет на их физический размер и плавность хода (более плавные двигатели производят меньшую вибрацию). Общие конфигурации включают прямую или встроенную конфигурацию, более компактную V-образную конфигурацию и более широкую, но более гладкую плоскую или оппозитную конфигурацию. Авиационные двигатели также могут иметь радиальную конфигурацию, обеспечивающую более эффективное охлаждение. Также использовались более необычные конфигурации, такие как «H», «U», «X» или «W».

Конфигурации с несколькими коленчатыми валами вообще не обязательно нуждаются в головке цилиндра, но вместо этого могут иметь поршень на каждом конце цилиндра, что называется конструкцией с оппозитным поршнем. Эта конструкция использовалась в дизельном авиационном двигателе Junkers Jumo 205 с двумя коленчатыми валами, по одному на каждом конце одного ряда цилиндров, и, что наиболее примечательно, в дизельных двигателях Napier Deltic, в которых использовались три коленчатых вала для обслуживания трех рядов двухсторонних цилиндров. цилиндры расположены равносторонним треугольником с коленчатыми валами по углам.Он также использовался в однорядных локомотивных двигателях и продолжает использоваться в судовых двигателях, как для силовых установок, так и для вспомогательных генераторов. Роторный двигатель Gnome, использовавшийся в нескольких ранних самолетах, имел неподвижный коленчатый вал и ряд радиально расположенных цилиндров, вращающихся вокруг него.

Объем двигателя

Рабочий объем двигателя представляет собой смещение или рабочий объем поршней двигателя. Обычно он измеряется в литрах (л) или кубических дюймах (т.е. или дюйма³) для двигателей большего размера и в кубических сантиметрах (сокращенно см3) для двигателей меньшего размера.Двигатели с большей мощностью обычно более мощные и обеспечивают больший крутящий момент при более низких оборотах, но также потребляют больше топлива.

Помимо разработки двигателя с большим количеством цилиндров, есть два способа увеличить мощность двигателя. Во-первых, это удлинение хода, а во-вторых, увеличение диаметра поршня. В любом случае может потребоваться дополнительная регулировка подачи топлива в двигатель для обеспечения оптимальной производительности.

Указанная мощность двигателя может быть больше вопросом маркетинга, чем инженерии.Morris Minor 1000, Morris 1100 и Austin-Healey Sprite Mark II были оснащены двигателем BMC A-Series с одинаковым ходом поршня и диаметром цилиндра в соответствии с их спецификациями и были произведены одним и тем же производителем. Однако объем двигателя был указан как 1000 куб.см, 1100 куб.см и 1098 куб.см соответственно в литературе по продажам и на значках автомобилей.

Системы смазки

Используется несколько различных типов систем смазки. Простые двухтактные двигатели смазываются маслом, смешанным с топливом или впрыскиваемым в всасывающий поток в виде распыления.Ранние низкоскоростные стационарные и морские двигатели смазывались под действием силы тяжести из небольших камер, подобных тем, которые использовались в то время в паровых двигателях, с пополнением их по мере необходимости тендером двигателя. Поскольку двигатели были адаптированы для использования в автомобилях и самолетах, потребность в высоком соотношении мощности к весу привела к увеличению скорости, более высоким температурам и большему давлению на подшипники, что, в свою очередь, требовало смазки под давлением подшипников кривошипа и шатунных шеек при условии либо за счет прямой смазки от насоса, либо косвенно за счет струи масла, направленной на приемные чашки на концах шатуна, что имело то преимущество, что обеспечивало более высокое давление при увеличении скорости двигателя.

Загрязнение двигателя

Как правило, двигатели внутреннего сгорания, особенно поршневые двигатели внутреннего сгорания, производят умеренно высокие уровни загрязнения из-за неполного сгорания углеродсодержащего топлива, что приводит к образованию угарного газа и некоторого количества сажи, а также оксидов азота и серы и некоторого количества несгоревших углеводородов в зависимости от условий эксплуатации и соотношение топливо/воздух. Основными причинами этого являются необходимость работы бензиновых двигателей, близких к стехиометрическому соотношению, чтобы добиться сгорания (топливо сгорало бы более полно в избытке воздуха) и «гашение» пламени относительно холодными стенками цилиндра.

Дизельные двигатели производят широкий спектр загрязняющих веществ, включая аэрозоли, состоящие из множества мелких частиц (PM10), которые, как считается, глубоко проникают в легкие человека. Двигатели, работающие на сжиженном нефтяном газе (СНГ), имеют очень низкий уровень выбросов, поскольку сжиженный нефтяной газ сгорает очень чисто и не содержит серы или свинца.

  • Многие виды топлива содержат серу, что приводит к образованию оксидов серы (SOx) в выхлопных газах, вызывая кислотные дожди.
  • Высокая температура горения приводит к увеличению содержания оксидов азота (NOx), которые опасны как для растений, так и для животных.
  • Чистое производство двуокиси углерода не является необходимой характеристикой двигателей, но, поскольку большинство двигателей работают на ископаемом топливе, это обычно происходит. Если двигатели работают на биомассе, то чистого углекислого газа не образуется, поскольку растущие растения поглощают столько же или больше углекислого газа во время роста.
  • Водородные двигатели должны производить только воду, но при использовании воздуха в качестве окислителя также образуются оксиды азота.

Эффективность двигателя внутреннего сгорания

КПД различных типов двигателей внутреннего сгорания различается.Общепризнанно, что большинство двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, даже при наличии турбонагнетателей и средств повышения эффективности запаса имеют механический КПД около 20 процентов. Большинство двигателей внутреннего сгорания тратят около 36 процентов энергии бензина в виде тепла, отводимого в систему охлаждения, и еще 38 процентов через выхлопные газы. Остальное, около шести процентов, теряется из-за трения. Большинство инженеров не смогли успешно использовать потраченную энергию для какой-либо значимой цели, хотя существуют различные дополнительные устройства и системы, которые могут значительно повысить эффективность сгорания.

Система впрыска водородного топлива, или HFI, представляет собой дополнительную систему двигателя, которая, как известно, улучшает топливную экономичность двигателей внутреннего сгорания за счет впрыска водорода для улучшения сгорания во впускной коллектор. Можно увидеть экономию топлива от 15 до 50 процентов. Небольшое количество водорода, добавляемого во впускной воздушно-топливный заряд, увеличивает октановое число комбинированного топливного заряда и увеличивает скорость пламени, что позволяет двигателю работать с более опережающим опережением зажигания, более высокой степенью сжатия и более бедной смесью воздуха. топливной смеси, чем это возможно в противном случае.Результатом является меньшее загрязнение окружающей среды при большей мощности и повышении эффективности. Некоторые системы HFI используют встроенный электролизер для производства используемого водорода. Также можно использовать небольшой резервуар с водородом под давлением, но этот метод требует повторного заполнения.

Также обсуждались новые типы двигателей внутреннего сгорания, такие как двигатель с разделенным циклом Scuderi, которые используют высокое давление сжатия, превышающее 2000 фунтов на квадратный дюйм, и сгорают после верхней мертвой точки (самая высокая и наиболее сжатая точка в ход поршня внутреннего сгорания).Ожидается, что такие двигатели достигнут КПД до 50-55%.

Примечания

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

  • Харденберг, Хорст О. 1999. Средневековье двигателя внутреннего сгорания . Уоррендейл, Пенсильвания: SAE International Publishing. ISBN 0768003911.
  • Хейвуд, Джон. 1988. Основы двигателя внутреннего сгорания. Нью-Йорк: McGraw-Hill Science/Engineering/Math. ISBN 007028637X.
  • Стоун, Ричард. 1999. Введение в двигатели внутреннего сгорания . Уоррендейл, Пенсильвания: SAE International Publishing. ISBN 0768004950.
  • Тейлор, Чарльз Файет. 1985. Двигатель внутреннего сгорания в теории и на практике . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 0262700263.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 4 марта 2018 г.

  • Знакомство с автомобильными двигателями — изображения в разрезе и хороший обзор двигателя внутреннего сгорания
  • Библия о топливе и двигателе — хороший ресурс по различным типам двигателей и видам топлива
  • youtube — Анимация компонентов 4-цилиндрового двигателя
  • .
  • youtube — Анимация внутренних движущихся частей 4-цилиндрового двигателя

Кредиты

New World Encyclopedia автора и редактора переписали и дополнили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно осуществляться в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Дизельные двигатели против бензиновых двигателей или: Компрессионные двигатели против искровых двигателей

Дизельные двигатели против бензиновых двигателей, различия между ними многочисленны и значительны. Самая большая разница между дизельными и бензиновыми двигателями заключается в процессе воспламенения топлива. Внутри соответствующих цилиндров бензиновые и дизельные двигатели воспламеняют топливо совершенно по-разному.

Дизель — это двигатели с воспламенением от сжатия. Компрессионные двигатели воспламеняют топливо точно так же, как ударник воспламеняет порох.Компрессионные двигатели — двигатели, которые сжигают дизельное топливо и мазут — воспламеняют топливо, подвергая его воздействию чрезвычайно высоких температур, возникающих при сжатии газа. В случае двигателей с компрессионным двигателем воздух представляет собой сжатый газ, выделяющий тепло.

Бензиновые двигатели

, напротив, работают с искровым зажиганием. Бензиновые двигатели с искровым зажиганием воспламеняют топливо, подвергая его воздействию искры. Двигатель с искровым зажиганием воспламеняет топливо так же, как турист зажигает костер пламенем. Зажигание искрой сродни поджиганию спички.Проще говоря, искровые двигатели подвергают топливо воздействию пламени, чтобы воспламенить его. Компрессионные двигатели подвергают топливо воздействию тепла.

«Самое существенное отличие заключается в способе воспламенения топлива в камере сгорания. Либо двигатель предназначен для работы исключительно на природном газе, что требует от него, в отличие от дизеля, использования свечей зажигания для зажигания, либо он работает на двух видах топлива, сочетая природный газ с небольшим количеством дизельного топлива, которое сжимается в камеру сгорания до тех пор, пока она не воспламенится, процесс, известный как прямой впрыск под высоким давлением или HPDI.

Бензиновые и дизельные двигатели Дальние родственники

Из-за разницы в том, как искровые и компрессионные двигатели воспламеняют топливо, дизельные двигатели и бензиновые двигатели различаются на фундаментальном уровне. Бензиновый двигатель имеет больше общего с двигателем, работающим на природном газе или пропане, чем с дизельным двигателем с компрессионным двигателем.

Бензиновые и дизельные двигатели не только работают по-разному, но также существуют различия в отношении эффективности использования топлива и выбросов.Различия, наиболее важные для потребителей, заключаются в том, что дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые двигатели сопоставимого размера. Для всех, а не только для потребителей транспортных средств и водителей, важен тот факт, что дизельные двигатели меньше загрязняют окружающую среду и производят меньше токсичных выбросов, чем бензиновые двигатели. Как объясняет TheConversation.com: «Итак, хотя дизельное топливо содержит немного больше углерода (2,68 кг CO₂/литр), чем бензин (2,31 кг CO₂/литр), общие выбросы CO₂ дизельного автомобиля, как правило, ниже. При использовании это в среднем составляет около 200 г CO₂/км для бензина и 120 г CO₂/км для дизельного топлива.

Четырехтактные двигатели: искровой и компрессорный

Существует два основных типа двигателей внутреннего сгорания: искровые и компрессионные. Причем из двух типов подавляющее большинство — это четырехтактные двигатели. Несмотря на то, что существуют двухтактные двигатели, большинство из них имеют небольшие размеры и генерируют гораздо меньше энергии, чем четырехтактные. Двигатели внутреннего сгорания, используемые почти во всех легковых автомобилях, пикапах, грузовиках, полуприцепах и тяжелой технике, представляют собой четырехтактные двигатели.

Цикл четырехтактного двигателя

Как следует из названия, четырехтактный двигатель внутреннего сгорания имеет четыре стадии цикла.Первая стадия – такт впуска. Второй этап – этап сжатия. Третья стадия — это сгорание и рабочий ход. И, последний этап — такт выпуска.

«Четырехтактный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором используются четыре отдельных хода поршня (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск) для выполнения одного рабочего цикла. Поршень совершает два полных прохода в цилиндре за один рабочий цикл. Рабочий цикл требует двух оборотов (720°) коленчатого вала.Четырехтактный двигатель является наиболее распространенным типом малогабаритного двигателя. Четырехтактный двигатель выполняет пять тактов за один рабочий цикл, включая такты впуска, сжатия, воспламенения, мощности и такта выпуска».

1) Такт впуска искрового четырехтактного двигателя

Во время такта впуска поршень опускается на дно цилиндра. Когда поршень опускается, внутри цилиндра создается вакуум. В традиционных двигателях с искровым зажиганием вакуум всасывал топливно-воздушную смесь из карбюратора в цилиндр.С другой стороны, современные двигатели с искровым зажиганием впрыскивают топливно-воздушную смесь в цилиндры.

После достижения нижней мертвой точки — в этот момент цилиндр заполнен воздушно-топливной смесью — поршень начинает второй такт цикла из четырех частей, первый ход вверх. Первый ход вверх — такт сжатия.

Такт впуска четырехтактного двигателя, работающего от сжатия

В четырехтактном двигателе с воспламенением от сжатия, как и в двигателе с искровым зажиганием, поршень опускается и создает пустоту в цилиндре.Что касается действия поршней, двигатели сжатия и двигатели с искровым зажиганием одинаковы во время такта впуска. Однако, в отличие от двигателя с искровым зажиганием, во время такта впуска цилиндр заполняет только воздух.

В двигателе с компрессионным двигателем топливно-воздушная смесь не всасывается и не впрыскивается в цилиндр во время такта впуска. В двигателе сжатия добавление топлива происходит в конце первого такта сжатия.

2) Такт сжатия искрового четырехтактного двигателя

Вторым этапом как искровых, так и компрессорных двигателей является такт сжатия.Во время такта сжатия поршень толкается к верхней части цилиндра двигателя. Когда поршень движется к верхней части цилиндра, газ внутри цилиндра сжимается.

При сжатии газа — воздуха, паров воды, паров топлива и т. д. — выделяется тепло. Чем больше давление газа, тем больше тепла выделяется при сжатии. Но в искровом двигателе тепло, выделяемое при сжатии газа, не воспламеняет топливо. Вместо этого, как раз перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки, свеча зажигания искрит.

Такт сжатия двигателя, работающего от сжатия

В дизельном двигателе или двигателе, работающем на жидком топливе, такт сжатия воспламеняет топливо. Когда поршень поднимается, воздух внутри цилиндра нагревается в результате сжатия. Как только тепла становится достаточно для воспламенения топлива, форсунки впрыскивают топливо в верхнюю часть головки цилиндров, и оно начинает гореть. Как и в искровом двигателе, расширение топлива при его сгорании внутри цилиндра толкает поршень вниз.

3) Такт сгорания, также известный как Рабочий ход искрового четырехтактного двигателя

При воспламенении двигателя внутреннего сгорания, вопреки распространенному заблуждению, топливо внутри цилиндров не взрывается. Топливо внутри цилиндров двигателя внутреннего сгорания сгорает, хотя и очень быстро. И в идеале топливо сгорает равномерно. В такте сгорания двигателя внутреннего сгорания топливо воспламеняется в заранее определенном месте.

В искровом двигателе искра воспламеняет топливо, пламя распространяется, и топливо расширяется при воспламенении.Расширение горящего топлива толкает поршень вниз, и цилиндр наполняется по мере сгорания топлива.

Рабочий ход четырехтактного двигателя, работающего от сжатия

В двигателе с воспламенением от сжатия тепло, выделяемое при сжатии воздуха в цилиндре, нагревает внутреннюю часть цилиндра. «Такт сжатия начинается, когда поршень движется вверх по цилиндру, сжимая захваченный воздух. Давление повышается от 32 бар до 50 бар, а температура достигает 600 градусов по Цельсию.[Впрыск дизельного топлива или мазута] начинается где-то вблизи ВМТ такта сжатия, топливо распыляется в горячий воздух, воспламеняется и сгорает контролируемым образом за счет теплоты сжатия, что приводит к рабочему такту»

Как и в искровом двигателе, сгорание топлива в двигателе с компрессионным двигателем приводит поршень вниз. И цилиндр наполняется выхлопными газами.

4) Такт выпуска четырехтактных двигателей с искровым и компрессионным двигателем

Такт выпуска в двигателях с искровым и компрессионным двигателем одинаков.Как только поршень достигает нижней мертвой точки и цилиндр заполняется выхлопными газами, поршень поднимается обратно вверх, вытесняя выбросы из выпускного коллектора.

После завершения такта выпуска четырехтактный цикл завершается, и процесс начинается снова.

Почему двигатели сжатия не могут работать на бензине

Бензин не подходит для питания двигателя с компрессионным двигателем. «Автомобильные инженеры потратили десятилетия, пытаясь построить [бензиновый компрессионный] двигатель, потому что дизель обеспечивает лучшую экономию топлива, чем бензиновые двигатели», — объясняет Wired.ком. Бензин не имеет ни достаточной плотности энергии, ни достаточного сопротивления сжатию для работы двигателя с компрессией.

Проблема с тем фактом, что бензин не может питать компрессионный двигатель, заключается в том, что существует прямая зависимость между степенью сжатия и эффективностью использования топлива: «Автомобильные инженеры могут улучшить эффективность использования топлива и экономию топлива, разрабатывая двигатели с высокой степенью сжатия. Чем выше коэффициент, тем сильнее сжат воздух в цилиндре. При сжатии воздуха получается более мощный взрыв топливовоздушной смеси, и расходуется больше топлива.

По сравнению с дизельным топливом бензин является легким высоколетучим топливом. Максимальная степень сжатия бензина, которую может поддерживать до самовоспламенения, составляет от 8:1 до 10:1. Дизельные двигатели с компрессией имеют степень сжатия от 18:1 до 25:1. Во многих случаях степень сжатия даже выше.

Важность сопротивления сжатию для топливной экономичности

По той же причине бензин не может питать компрессионный двигатель, бензиновые двигатели менее экономичны, чем дизельные двигатели.Причиной является сопротивление сжатию. Сопротивление сжатию является одним из двух наиболее важных факторов эффективности использования топлива. Другое дело плотность энергии топлива.

Диапазон степени сжатия двигателя определяет его тепловой КПД. Тепловой КПД — это количество энергии, поступающей в двигатель, по сравнению с количеством этой энергии, которое двигатель преобразует в механическую работу. Это расход энергии против выхода энергии.

Увеличение степени сжатия двигателя увеличивает его тепловой КПД.Причина в том, что чем выше степень сжатия, тем больше тепла выделяется при сжатии газа. В случае двигателей внутреннего сгорания сжатый газ представляет собой воздух или воздушно-топливную смесь.

Дизель имеет потенциал для большей экономии топлива

Самым ограничивающим фактором в отношении экономии бензинового топлива является сам бензин. Так как бензин не особенно богат энергией, а бензин имеет низкое сопротивление сжатию, технологии мало что могут сделать для повышения эффективности использования топлива бензиновыми автомобилями.Дизель, с другой стороны, ограничен технологиями. Технология дизельных двигателей до сих пор не использует в полной мере высокий энергетический потенциал дизеля. Дизельные двигатели также не в полной мере используют тот факт, что дизель имеет очень высокое сопротивление сжатию.

И есть еще третье качество дизельного топлива, которое современным технологиям еще предстоит решить, а именно потенциал насыщения кислородом. На сегодняшний день самая большая проблема с дизельным топливом заключается в том, что дизель настолько плотный и энергоемкий, что его трудно насыщать кислородом. Сгорание топлива – это окисление углеводородов.Углеводороды не будут окисляться, если они не насыщены кислородом. А плотность дизельного топлива затрудняет его насыщение кислородом.

Существуют средства повышения оксигенации дизельного топлива и повышения эффективности использования топлива. Rentar Fuel Catalyst — это топливный катализатор для вторичного рынка, предназначенный для предварительного сгорания, который увеличивает потенциал оксигенации дизельного топлива.

Топливный катализатор Rentar

Из-за длины и размера углеводородов в дизельном топливе они связываются вместе в кластеры.Почему молекулы углеводородов собираются вместе, молекулы внутри кластеров не подвергаются воздействию кислорода. В результате углеводороды в середине топливного кластера либо остаются несгоревшими, либо частично сгорают.

Углеводородные кластеры являются результатом положительных и отрицательных зарядов, присущих молекулам. «Большинство видов топлива для двигателя внутреннего сгорания жидкие, топливо не сгорает, пока не испарится и не смешается с воздухом. Большая часть выбросов автотранспорта состоит из несгоревших углеводородов, угарного газа и оксидов азота.Как правило, топливо для двигателя внутреннего сгорания представляет собой соединение молекул. Каждая молекула состоит из нескольких атомов, состоящих из нескольких ядер и электронов, которые вращаются вокруг своего ядра. Магнитные движения уже существуют в их молекулах, и поэтому они уже имеют положительные и отрицательные электрические заряды».

Топливный катализатор Rentar нейтрализует молекулярные заряды, которые сближают молекулы углеводородов. Как только заряды, объединяющие углеводороды, нейтрализуются, молекулы углеводородов расходятся.Разделенные молекулы углеводородов имеют открытую площадь поверхности, необходимую для оксигенации.

Полевые и лабораторные испытания доказали, что Rentar снижает расход топлива на 3-8 процентов. Экономия топлива для внедорожников еще больше. А Rentar Fuel Catalyst снижает выбросы от 15 до 55 процентов, в зависимости от типа выбросов.

Новая стратегия внутреннего сжигания аммиака – Ассоциация аммиачной энергетики

Из всех устройств, которые могут преобразовывать химическую энергию аммиака в электричество, газовые турбины и топливные элементы, по-видимому, получают львиную долю усилий по разработке, опережая те, которые посвящены двигателям внутреннего сгорания (ДВС), работающим на аммиаке.Проведенный в прошлом году обзор Ammonia Energy выявил ряд организаций, имеющих опыт работы над технологией A-ICE, но отчетов о прогрессе не поступало.

Таким образом, это была хорошая новость, когда представитель недавно нанятой группы появился на тематической конференции Nh4 Energy+ в начале этого месяца и выступил с докладом об инновационной «стратегии сжигания» A-ICE. Донгын Ли с факультета машиностроения Сеульского национального университета (СНУ) представил документ под названием «Разработка новой стратегии сгорания для двигателя внутреннего сгорания, работающего на чистом аммиаке», от имени своих соавторов, Хёнгын Мин, Хюньхо Пак, и Хан Хо Сон.

В последующем электронном письме Сун, доцент SNU, сказал, что отправной точкой группы стала программа «AmVeh» Корейского института энергетических исследований (KIER). Команда KIER сообщила на топливной конференции Nh4 2014, что они успешно использовали двухтопливные смеси как в двигателях с искровым зажиганием, так и в двигателях с воспламенением от сжатия. Хотя группа смогла продемонстрировать использование аммиачно-бензиновой смеси в работающем транспортном средстве (AmVeh), они заявили, что «конечная цель исследования — внедрить методологию воспламенения аммиачно-воздушной смеси и обеспечить полное сгорание без любое использование традиционных видов топлива.

Команда SNU решила принять этот вызов. Они пришли к выводу, что CI будет лучшим способом решения проблемы конкретного профиля горения аммиака. Поскольку несколько групп предшествовали им на пути CI, они знали, что двигатель CI на аммиаке «обычно требует такой высокой степени сжатия, как 50: 1». (Обычные двигатели CI имеют степень сжатия ниже 20: 1.) Обдумывание этой проблемы привело к ключевому приему в их «стратегии сгорания»:

Небольшое количество аммиака впрыскивается в цилиндр во время процесса впуска или раннего такта сжатия.Впрыскиваемый аммиак образует гомогенную смесь с воздухом, и самовоспламенение предварительно смешанной обедненной аммиачно-воздушной смеси происходит ближе к концу такта сжатия. Самовоспламенение увеличивает давление и температуру внутри цилиндра настолько, чтобы сжечь основной впрыск аммиака, как в обычном дизельном двигателе.
Ли и др., Разработка новой стратегии сгорания для двигателя внутреннего сгорания, работающего на чистом аммиаке, 01.11.2017

В своей презентации Ли описал методологию, которую команда использует для проверки этого подхода.Он основан на нововведении в автомобильной промышленности под названием «квазиразмерное моделирование», которое включает в себя как моделирующие, так и физические модули. В первом случае можно исследовать кинетику химических реакций; пространственная динамика впрыскиваемого топлива может быть отображена в последнем. Параметры модели по умолчанию были взяты из серийного дизельного двигателя Hyundai, особая конструкция которого позволяет реализовать повышенную степень сжатия.

Первоначальные исследования группы были сосредоточены на количестве аммиака в предварительном впрыске и времени основного впрыска по сравнению с пилотным впрыском.Квазиразмерная модель позволяла тестировать различные значения параметров и в конечном итоге привела к выводу, что стратегия сгорания SNU будет поддерживать стабильную работу двигателя со степенью сжатия всего 35: 1.

Проект SNU называется «Двигатель Nh4 с воспламенением от сверхвысокого сжатия». Экстремальное сжатие включает в себя ряд последовательных компромиссов. Положительной стороной является эффективное преобразование химической энергии, заключенной в топливе, в кинетическую энергию.Действительно, в своем электронном письме Сонг сказал, что ключевой мотивацией проекта является «теоретически обоснованная… возможность достижения высокой эффективности в двигателе внутреннего сгорания с экстремальной степенью сжатия».

С другой стороны, образование оксида азота (NO) усугубляется повышенным давлением, а также температурой. Чтобы оценить масштаб этой проблемы, команда оценила кинетику реакции на четырех различных фазах цикла сгорания. Они наблюдали всплеск концентрации NO при повышении температуры, создаваемом пилотным впрыском, за которым следовало снижение, когда аммиак в основном впрыске поступал в цилиндр.Вывод, по словам Ли, заключается в том, что NO действительно можно контролировать с помощью точной регулировки количества материала, подаваемого при пилотной и основной инъекциях. Однако другой компромисс заключается в том, что минимизация образования NO сужает окно для начала основного события закачки, но, что особенно важно, не закрывает его полностью.

Другим последствием экстремального сжатия является появление чрезмерных механических сил. Сонг сказал, что одним из текущих направлений деятельности команды является строительство стенда для физических испытаний двигателя, который может имитировать эффект «чрезвычайно высокой степени сжатия в кривошипно-ползунковом типе (т.е. типичный тип поршень-шатун-кривошип) двигателя внутреннего сгорания».

Сонг сказал, что основным вариантом использования, на который нацелена команда, является выработка электроэнергии в системе хранения возобновляемой энергии:

«Наш подход в первую очередь направлен на использование чистого аммиака для производства электроэнергии в предлагаемом двигателе очень эффективным образом без помощи какого-либо стимулятора горения, и наше предложение состоит в том, что этот аммиак происходит из водорода, производимого регенеративными источниками энергии. , таких как солнечная или ветровая, для облегчения хранения и транспортировки энергии.Мы пытаемся избежать повторного преобразования этого аммиака, хранящего водород, в водород перед тем, как использовать его в устройстве преобразования энергии для производства электроэнергии (как предлагали некоторые исследователи), поскольку такое дополнительное преобразование аммиака в водород также может привести к дополнительным потерям доступной энергии».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.