Лодочный мотор это двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором сгорание приготовленной горючей смеси и преобразование выделенной при этом теплоты в механическую работу происходит внутри замкнутой рабочей полости (в цилиндре) двигателя. Первый ДВС был сконструирован в 1860 году французским изобретателем ЭЛенуаром.

В настоящем Пособии рассматриваются вопросы, связанные с устройством и эксплуатацией на маломерных судах только отечественных стационарных двигателей и подвесных лодочных моторов. Сведения о двигателях и ПЛМ, разрабатываемых за рубежом, приводятся лишь для сведения или как представляющие интерес с точки зрения технических решений рассматриваемой проблемы.

Двигатели внутреннего сгорания условно классифицируются по месту установки, конструктивным и иным признакам. Так, по способу установки на маломерном судне они подразделяются на стационарные двигатели (на катерах) и подвесные лодочные моторы (на мотолодках), по способу преобразования энергии они могут быть поршневыми и беспоршневыми (газотурбинными, реактивными, комбинированными).

Как работает двигатель внутреннего сгорания автомобиля?

В поршневых ДВС сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую совершается внутри цилиндра, в газотурбинных — сгорание происходит в специальной камере, а энергия преобразуется из одного вида в другой на лопатках газовой турбины, у реактивных — за счет выброса струи отработанного газа из сопла специальной формы. Привлекают большое внимание конструкторов роторные двигатели (Ванкеля), которые по способу преобразования энергии являются поршневыми (РПД), но вместо поступательного движения поршней применяется вращающийся в корпусе с внутренней рабочей поверхностью в виде цилиндрической эпитрохоиды трехгранный ротор, выполняющий функции поршня.

Поскольку роторный двигатель находит применение на маломерных судах в настоящее время и может найти в перспективе — есть необходимость рассмотреть принцип его работы (рис. 53). При вращении все три вершины ротора постоянно касаются поверхности корпуса, образуя три отдельные седловидные камеры, которые четыре раза за один оборот ротора меняют свой объем.

Благодаря этому осуществляется работа двигателя по четырехтактному циклу, причем циклы рабочего процесса происходят одновременно во всех трех камерах со сдвигом в 120°. Однороторный РПД по сложности и количеству деталей вполне сравним с двухцилиндровым ДВС, но его детали конструктивно проще и надежнее.

Функционально однотипны и практически не имеют принципиальных различий с ним другие узлы и детали систем охлаждения, зажигания, выпуска отработавших газов и пускового механизма. РПД легче традиционных четырехтактных ДВС в среднем на 15 — 20%, обладает лучшими тяговыми характеристиками, меньшей чувствительностью к изменению октанового числа бензина и повышенным КПД. Один из типов отечественного РПД был создан в объединении Авто-ВАЗ, выпустившем партию ав­томобилей с роторными двига­телями ВАЗ-311. Но поскольку на большинстве отечественных маломерных судов все — таки применяются поршневые ДВС, именно они и станут основой для дальнейшего изучения. Поршневые двигатели внутреннего сгорания, применяемые в качестве силовых установок на маломерных судах подразделяются:

Принцип работы двигателя. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 3D

> по роду применяемого топлива: на жидкостные и газовые;

> по рабочему циклу: непрерывного действия, 2-х и 4-х

> способу смесеобразования и воспламенения топлива:

с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием смеси (карбюраторные с электрическим зажиганием смеси и газовые) и внутренним смесеобразованием и воспламенением топлива от соприкосновения с предварительно сжатым в цилиндре воздухом, имеющим t = 600 -700 «С (дизельные);

> по конструкции охлаждения: с жидкостным (вода, антифриз) охлаждением и воздушным;

>по конструкции газораспределительного механизма: верхнеклапанные и нижнеклапанные.

Несколько слов о преимуществах и недостатках тех или иных двигателей.

Преимущества карбюраторного двигателя, при одинаковой мощности вес в 2 раза меньше облегченно­го быстроходного дизеля, обладает меньшей шумностью и вибрацией, дешевле в приобретении, всегда обеспечен запчастями из-за повсеместного применения. Недостаток один — топливо — бензин — огне и взрывоопасен, значительно дороже дизельного топлива и двигатель его расходует в среднем на 40% больше.

Преимущества дизельного двигателя: более высокий эффективный КПД, чем у карбюраторных двигателей, отсутствие системы зажигания (принцип самовоспламенения рабочей смеси за счет повышения температуры воздуха при сильном сжатии), отсутствие карбюратора (вспрыск топлива непосредственно в цилиндр через форсунки), работа на дешевом (тяжелом) топливе и меньший удельный его расход по сравнению с карбюраторным. Недостатки: как правило, больший вес установки (за счет конструктивной необходимости усиления корпуса из-за высоких давления и температуры в цилиндрах), затрудненный пуск при низких температурах, необходимость тщательной фильтрации топлива, большая шумность.

Именно из-за большого веса подвесные дизели предназначаются для эксплуатации только на больших служебных, спасательных и рыболовецких судах. Прогресс в совершенствовании конструкции дизелей, применение современных материалов и технологий стирает их весовые и габаритные отличия, все более наглядным становится их экономическое преимущество. Справедливости ради необходимо сказать, что у современных дизельных двигателей сохранился один недостаток — высокая стоимость, поскольку высокооборотные дизеля (3000-4500 об/мин), применяющиеся на маломерных судах за рубежом по размерам, весовым и иным характеристикам практически не отличаются от бензиновых.

Преимущества подвесных лодочных моторов (рас. 54): удачное совмещение двигателя и сменного движителя в единой компактной конструкции, применяемой в качестве силовой установки на судах различного назначения с большим диапазоном мощности двигателя и водоизмещения судов, небольшой удельный вес (1-5 кг/л.с.), простота монтажа на судне и легкость обслуживания, относительная экономичность и достаточно большой моторесурс, экономия внутренних объемов корпуса за счет подвешивания на транце (или на борту — мотор-весло). Отечественные подвесные электромоторы (рис. 55) рассчитаны на питание от аккумуляторной батареи емкостью не менее 45 А/час, напряжением 12 В, имеют мощность до 750 W (1 л.с.), используются в 2-х режимах работы (экономическом и максимальном). Время непрерывной работы зависит от емкости используемой АБ и режима работы и состав­ляет 3,5 -15 часов, масса без источников питания 5—17 кг. Положительные свойства электромоторов: бесшумность работы, экологическая чистота, пожаробезопасность, простота конструкции и эксплуатации, высокая надежность. Отечественные электромоторы, поступающие в розничную продажу («Форель», «Снеток») могут использоваться на лодках длиной до 4м и водоизмещением не более 300 кг, при этом скорость будет в пределах 3-6 км/час. Как правило, электромоторы используются как дополнительное средство передвижения на воде непосредственно в районе рыбной ловли или охоты, куда лодка доставляется на буксире или под другим двигателем.

Основными двигателями внутреннего сгорания, применяемыми в качестве силовых установок на большинстве маломерных судов являются стационарные и подвесные, двух и четырехтактные поршневые карбюраторные ДВС, изучение устройства и эксплуатации которых и ляжет в основу вопросов, рассматриваемых в данном пособии.

Устройство большей части узлов, систем и механизмов стационарного четырехтактного карбюраторного двигателя и двухтактного подвесного лодочного мотора в этом разделе пособия рассматривается на примерах малолитражного двигателя М — 412 и ПЛМ «Вихрь» (без модификаций), с учетом того, что у всех двигателей устройство основных узлов принципиально аналогично и они отличаются только некоторыми конструктивными решениями.

В настоящее время существует пять типов механической установки, применяемой на маломерных судах:

> стационарный двигатель, работающий непосредственно на гребной вал;

> стационарный двигатель с угловой передачей на гребной вал;

> стационарный двигатель с поворотно-откидной колонкой (Z-образной передачей на винт);

> стационарный двигатель с водометным движителем;

> подвесной мотор в качестве главного двигателя для мотолодки.

В качестве стационарных двигателей на большинстве отечественных катеров применяются автомобильные двигатели общего назначения (рис. 56), конвертированные (от лат. converto — изменять) в судовые.

Так, серийной конверсией V-образного, восьмицилиндрового автомобильного двигателя ЗМЗ-53 стал судовой двигатель М8ЧСПУ-100, успешно применяющийся до сих пор на служебно-разъездных и прогулочных катерах, М652-У устанавливается на катерах при эксплуатации в морских и речных условиях, конвертирован из ГАЗ-652, М53 — ФУЛ из ЗМЗ 53Ф, М51-УМ из ГАЗ — 51, Москвич 412 — М-412Э и т.п. При конвертации коробка передач заменяется реверсивно — редукторной муфтой (реверс — редуктором); устройством, которое служит для изменения направления вращения гребного вала (передний, задний ход), уменьшения частоты вращения гребного вала. В системы охлаждения и смазки двигателя вводятся дополнительно водоводяной и водомасляный радиаторы (холодильники) с целью более эффективного выполнения этими системами своих функций. Одевается в рубашку водяного охлаждения выхлопной коллектор. Для подачи забортной воды в указанные системы и на охлаждение коллектора устанавливается насос забортной воды с фильтром, воздушный фильтр заменяется сетчатым пламегасителем, устанавливается датчик тахометра для измерения частоты вращения коленчатого вала, меняется способ крепления двигателя

Основные ТГД отечественных подвесных лодочных моторов

Основные показатели

Вихрь

Вихрь-М

Вихрь-30

Москва-М

Москва-12,5

Москва-25

Москва-30

Нептун-М

Нептун-23

Привет

Ветерок-8

Ветерок-12

Прибой

Салют

Число цилиндров

Диаметр цилиндра

55,2

61,7

61,7

61,7

Ход поршня, мм

60,6

60,6

34,4

Рабочий объем, см 3

Степень сжатия

6,5

7,5

6,5

7,1

7,1

6,5

5,7

Максимальная мощность л.с.

19,5

12,5

Число оборотов, об/мин.

Расход топлива, кг/ч

9,5

10,5

4,2

4.8

10,5

8,7

3,5

2,2

Магнето, тип

МГ-101.

МЛ-10-2С

MH-1

МЛ-10.2С

MH-1

МЛ-10-2С

MH-1

МГ-103

Свеча зажигания, тип

СИ-12

A7,5УС

А7.5 БС

СИ-12

СИ-12РТ

A7,5УС

СИ-12А

А11У

Карбюратор, тип

Поплавковый

K36H

К36Л

КЗЗБ п Нептун-23опл,

КЗЗБ

КЛМ-6

Попл

Вес мотора, кг

Дата добавления: 2018-11-26 ; просмотров: 663 ;

Источник: poznayka.org

Брат средневековой пушки: начало истории автомобильных двигателей

Современный автомобилист – в отличие от его «коллеги» еще полвека назад – зачастую весьма смутно представляет себе, как работает его автомобиль, что происходит под капотом и какие процессы при этом задействованы. Общие слова вроде и понятны – про рабочий объем, мощность и расход топлива. Но для многих это уже не столько технические показатели, сколько характеристика товара.

Да, любой автовладелец знает, на бензине или на дизеле он ездит, но для подавляющего большинства эта информация исключительно про то, из какой колонки заправляться. Интерес к двигателю уступает вниманию к всяким мультимедийным фишкам и опциям, возможности подключить смартфон или услышать голосовые подсказки навигации. А порой и просто заменен вопросом «через какое приложение каршеринга здесь удобнее взять автомобиль?».

Антон Борисенко

В рамках спецпроекта с брендом моторных масел G-Energy рассказываем об истории автомобильных двигателей. Первая часть — экскурс в историю двигателестроения. В будущих статьях мы поговорим о том, как появились современные двигатели, что из себя представляют гоночные агрегаты и какими будут двигатели будущего.

А ведь современный автомобильный двигатель – это одна из наиболее ярких иллюстраций технического прогресса за последние столетия, конкуренции успешных решений с гениальными, учета меняющегося мира и его требований. И вообще, как говорится, «во-первых, это просто красиво!» В этом цикле статей мы постараемся убедить вас, что это создание инженерной мысли действительно красивое в своем совершенстве, а история автомобильных двигателей – захватывающая и разносторонняя.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Мушкеты, скороварки и светильники

Многие будут удивлены, но одним из первых прообразов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) стала когда-то. средневековая пушка. Ну или какой-нибудь мушкет, если угодно. Ведь что такое по определению двигатель внутреннего сгорания? Это некое устройство, внутри которого происходит некое действие, преобразующее некую энергию в механическую работу.

Собственно этим ДВС и отличается, к примеру, от паровой машины (всем известного паровоза). Ведь там пар образуется «снаружи» и подается к поршням, заставляя их двигаться. То есть подобную силовую установку можно назвать двигателем внешнего сгорания. И основной недостаток такой схемы – огромные потери энергии.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

wikimedia.org
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

А в стрелковом оружии порох взрывается, выделяется энергия, силой расширяющихся газов выталкивается «поршень», в качестве которого выступает ядро или пуля. И именно на порохе пытались создать свой двигатель голландский физик Христиан Гюйгенс (весьма небезызвестный в истории науки персонаж) и французский изобретатель Дени Папен.

Была предпринята эта попытка еще в далеком 1690 году. Обеспечить стабильную и безопасную работу такого двигателя на практике не удалось: порох все-таки слишком опасен. Но позже Папен на основе этого изобретения сделал существенный шаг вперед – как раз в сторону паровой машины. И, кстати, скороварки – этот кухонный инструмент оставил человечеству именно он. А вот что использовать в качестве безопасного и стабильного топлива – этот вопрос повис перед учеными, инженерами и изобретателями на несколько веков.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Достаточно популярной идеей было использование газа (например, угольного). Первый газовый поршневой двигатель предложил в 1799 году британец Джон Барбер. На светильном газе работал двигатель Филиппа Лебона – первый из запатентованных (в 1801 году). Что, кстати, немудрено, ведь именно Лебон считается изобретателем газового освещения.

Вот только на практике реализовать свой патент двигателя француз не успел – ушел из жизни. Другая ветка изобретений основывалась на использовании в качестве топлива угольной пыли. Именно на ней работал Pyreolophore – лодочный двигатель братьев Ньепс, Жозефа Нисифора и Клода Феликса. В 1806 году десятилетний патент на него им выдал лично Наполеон Бонапарт.

Но конструкция этого механизма скорее была прообразом водометного, а то и реактивного двигателя. Зато именно братья Ньепс стали одними из первых, кто додумался заменить угольную пыль на нефть и оснастить двигатель простейшим, но впрыском топлива – он и стал прародителем современных систем впрыска.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Vostockphoto

В 1807 году Исаак де Риваз предложил идею двигателя, работавшего на водороде и имевшего ультрасовременное электрическое зажигание: тогда разработки Алессандро Вольты в области электричества и гальваники как раз были на пике инноваций. Конечно, с современными водородными топливными ячейками это не имело ничего общего: водород был просто еще одной попыткой найти наиболее подходящее топливо. Хотя именно четырехколесная повозка с этим двигателем де Риваза и считается многими первым автомобилем с двигателем внутреннего сгорания, это была только идея. Вторая итерация этого автомобиля смогла провезти груз (около 300 кг камней) и четырех человек аж целых 26 м со скоростью целых 3 км/ч, однако практически все в этом двигателе – от подачи топлива до прочистки цилиндра от выхлопных газов, да и сам поджиг рабочей смеси – оператор должен был делать вручную. Те самые 26 м были преодолены примерно за пять «рабочих циклов», обеспечиваемых человеком.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Vostockphoto
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Эпоха первых патентов

Поиски продолжались еще более полувека. За это время британец Самюэль Браун подарил миру (1825 год) идею водяного охлаждения цилиндра, но работал в этом цилиндре все тот же водород. В 1826 году в Америке Самюэль Мори получил патент на ДВС, где в качестве топлива использовались спирт и скип@$&р. Америка, кстати, в эти годы сделала серьезный рывок в этой области.

Чуть позже изобретатель Чарльз Дьюри впервые в Новом Свете использовал в качестве топлива бензин (который тогда бензином еще не назывался), а в 1833 году появился двигатель Райта. Нет, не того, который «один из братьев Райт» – до их авиационных экспериментов оставалось еще более 60 лет. Лемюэль Веллман Райт запатентовал двигатель, который работал на газе, но уже по двухтактному циклу, и имел систему водяного охлаждения.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Интересным шагом стали двигатели британца Уильяма Барретта. Именно двигатели – в 1838 году он разом запатентовал сразу три. Они были двухтактными (а один и вовсе использовал практически сохранившуюся до настоящего времени схему газообмена), но принципиальным здесь было то, что смесь не просто подавалась в камеру сгорания – она там сжималась перед воспламенением.

До этого практически во всех конструкциях топливовоздушная смесь просто сгорала и расширялась. Предварительное ее сжатие позволяло значительно повысить как мощность, так и коэффициент полезного действия (КПД). К 1863 году был построен рабочий прототип запатентованного пятью годами ранее двухцилиндрового ДВС итальянцев Еугенио Барзанти и Феличе Маттеуччи.

Он был двухцилиндровым, развивал мощность 5 л. с. и обладал очень неплохим по тем временам КПД. Именно итальянские изобретатели могли стать первопроходцами в создании по-настоящему коммерчески успешного двигателя – заказы начали поступать весьма активно. Но не судьба. В ходе налаживания выпуска своего детища на заводе в Бельгии Барзанти заболел тифом и умер, а Маттеуччи в одиночку проект вытащить не смог. Хотя и не раз ворчал потом, что тот самый двигатель Николаса Августа Отто (собственно откуда и взялось название «цикл Отто») – фактически копия их разработки.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Двигатель Отто, который действительно стал основоположником серийных ДВС, появился на свет в 1862 году и был вынужден выдержать серьезную конкуренцию за место на рынке с еще одной передовой по тем временам конструкцией – двигателем Жана Жозефа Этьена Ленуара. Ленуар впервые представил свой двигатель чуть раньше, в 1860 году, но бельгийцу потребовалось несколько лет на доводку систем охлаждения и смазки. Тем не менее в итоге 12-сильный агрегат был доведен до ума, и его коммерческий тираж в Старом Свете составил почти полторы тысячи единиц – по тем-то временам! Автомобильная версия появилась на свет в 1862–1863 годах и тоже использовала для работы вместо угольного газа жидкое топливо – керосин.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Legion Media

Примерно в то же время был разработан и четырехтактный двигатель (один такт отвечает за впуск рабочей смеси, второй – за сжатие, третий – это собственно рабочий ход после воспламенения, а четвертый – прочистка цилиндра и выброс отработанных газов), однако у француза Альфонса Бо де Роша дело дальше патента (1861 год) не ушло. Точнее, ушло – но об этом чуть позже.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Борьба конструкций

Так что официальным предком всех сегодняшних четырехтактных ДВС стал все-таки появившийся в 1862–1863 году двигатель Отто и его партнера Карла Ойгена Лангена. За несколько лет он был усовершенствован настолько, что удостоился высшей награды Всемирной выставки в Париже (1867 год) и пошел в серию, даже несмотря на то, что Отто и Ланген успели в 1872-м пережить банкротство своей крохотной фирмы N. A. Otto Cie» width=»666″ height=»435″ />

Vostockphoto

Даже из патентного конфликта с французами, отстаивавшими первенство прав на четырехтактный двигатель за де Роша (да-да, упомянутое «дело ушло» проявилось именно на этой стадии), Отто со товарищи вышли потрепанными (частью прав пришлось поделиться, как и монополией на изобретение цикла Отто), но непобежденными. А более 40 тысяч (сравните со считавшимся успешным тиражом двигателя Ленуара!) этих двигателей, произведенных за три десятилетия, стали окончательным докозательством промышленного триумфа. Но слабое место у двигателей Отто было – топливо. В этом качестве снова выступал светильный газ. Дорогой и достаточно дефицитный, он производился к тому времени уже мало где.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Немудрено, что разработки продолжали идти и в первую очередь в направлении использования набиравшего все большую популярность и распространение жидкого топлива. Велись они в Новом Свете (Джордж Брайтон), Австро-Венгрии (Зигфрид Маркус), Британии (Дугальд Клерк), России (Огнеслав Костович). Здесь перечислены далеко не все, кто занимался этими исследованиями.

Кстати, бензиновый двигатель Костовича был очень интересной, весьма совершенной по тем временам и перспективной разработкой. 8 цилиндров по оппозитной схеме (горизонтальное расположение цилиндров друг напротив друга), перспективное и доступное топливо, электрическое зажигание, смазочные масленки, водяное охлаждение и целых 80 л. с. мощности при массе агрегата всего в 2,5 центнера – такое было бы, пожалуй, актуально и век спустя. Неудивительно, что после шести лет разработки (1879–1885) последовали шесть лет патентного триумфа: Костович получил патенты не только в России, но и в Британии и США. А похоронила проект изначально «неавтомобильная» постановка задачи: российский инженер работал в первую очередь для авиации – для проекта дирижабля «Россия». А проект оказался неудачным.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Имя Костовича, увы, известно ныне лишь специалистам и историкам. А вот его «виртуального оппонента» помнит весь мир. Это Карл Бенц, запатентовавший в 1879 году двухтактный бензиновый двигатель, а в последующие годы совместивший его с гениальным «комплектом» решений. Тут были и катушечное электрическое зажигание с искрой на свече, и карбюратор с дроссельной заслонкой.

Было предусмотрено и основное внешнее оборудование: выносной радиатор охлаждения, коробка передач и сцепление. А к 1886 году Бенц запатентовал и четырехтактный двигатель по циклу Отто, но своей – естественно, тоже очень совершенной по тем временам – конструкции. Вот она – практически готовая основа автомобиля! Долго ждать не пришлось, Benz Patent-Motorwagen («Запатентованный автомобиль Бенца») появился на свет в том же 1886 году.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Vostockphoto

Одноцилиндровый двигатель имел рабочий объем всего 954 см 3 и мощность аж 0,9 л. с. (вздохнем, вспомнив о 80 л. с. двигателя Костовича), но развивавший 16 км/ч «моторваген» навсегда остался «отцом всех автомобилей». Именно он, а не тоже вроде бы вполне себе умевшие двигаться самостоятельно конструкции Ленуара, Маркуса и других.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Но картина первооснов, на которые потом стали опираться (и опираются до сих пор) инженеры-мотористы, была бы неполна без еще нескольких фамилий.

Не Отто единым

В 1886 году англичанин Джеймс Аткинсон предложил усовершенствование для четырехтактного двигателя Отто – несколько иной рабочий цикл, с увеличенной за счет более сложного кривошипно-шатунного механизма длительностью рабочего хода. В свое время это более экономичное решение оказалось слишком конструктивно сложным для практической реализации. Однако к концу ХХ века, когда остро встали вопросы экономичности, а с другими недостатками цикла Аткинсона (например, малый крутящий момент на низких оборотах) справляться научились, идея была возрождена и ныне используется все чаще.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Еще одной разработкой конца XIX века (если точнее, 1891 года) стал двигатель Герберта Эйкройда Стюарта. Его идея была в том, что топливовоздушная смесь воспламенялась в смежной с цилиндром предварительной камере, а затем уже работала в основной камере сгорания.

Такая схема обеспечивала лучшее наполнение цилиндров, снижала ударные нагрузки, делала работу двигателя плавней и экономичнее. Однако форкамерные бензиновые двигатели всё-таки остались экзотикой из-за сложности конструкции и частого отличия реальных показателей от расчетных. С такой конструкцией экспериментировали многие, например, мотористы ГАЗа для советских «Волг», однако мейнстримом она так и не стала. Форкамерные дизели более распространены (несмотря на то, что тоже имеют особенности вроде затрудненного холодного пуска), но это отдельная и более специализированная история, выходящая за границы данной статьи.

0 РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Интересной и конкурирующей с «моторвагеном» Бенца конструкцией мог бы стать автомобиль англичанина Эдварда Батлера. Он даже показан был двумя годами раньше немецкого.

Но полноценных испытаний изобретатель провести не смог из-за нелепых по нынешним временам британских законов об ограничении скорости «безлошадных экипажей» («Закон красного флага»), в сердцах плюнул и уничтожил свое детище, отказавшись от дальнейшей программы. А двигатель передал для разработок силовых установок для малых лодок – но уже без своего участия.

В истории Батлер остался в первую очередь человеком, который дал бензину именно такое название – бензин. Ну и, конечно, Рудольф Дизель. В 1892–1893 годах он запатентовал идею двигателя, в котором необходимую для воспламенения топливной смеси температуру обеспечивало сжатие воздуха.

Дело в том, что, хотя разные виды топлива (угольная пыль, газ, керосин, нефть, бензин) воспламенялись при разных температурах, в любом случае она была достаточно низка, чтобы обеспечить высокую эффективность – тот самый коэффициент полезного действия. Идея Дизеля была в том, что поршень сначала сжимал воздух, и тот нагревался при сжатии до температуры, существенно превышавшей температуру воспламенения топлива. А впрыск топлива осуществлялся уже в момент максимального сжатия – при значительно большей температуре, чем вытерпело бы просто сжимаемое топливо. Больше сжатие – сильнее и отдача. Кстати, с топливом немецкий инженер тоже наигрался вдоволь: изначально в его качестве выступала угольная пыль, затем керосин, а к началу ХХ века – нефть.

Источник: www.techinsider.ru

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Содержание

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
• карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

Более детально узнать о назначении, устройстве и принципе работы карбюратора, вы можете здесь: Карбюратор: устройство и принцип работы

• инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
• дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
• Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

• блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
• кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
• газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
• система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси;
• система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

• Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
• Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
• Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
• Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Узнать о том, что такое октановое число бензина, о его повышении и понижении, вы можете здесь: Октановое число бензина: что это такое

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

• Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
• Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
• Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
• Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

• Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
• Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
• Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
• Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

О назначении и принципе работы турбины на дизельном двигателе, вы можете узнать из нашей статьи: Принцип работы турбины на дизельном двигателе

— Топливная система

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

• Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
• Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
• Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
• Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
• Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
• Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

Узнать, более детально о принципе работы топливной системы дизельного двигателя, вы можете здесь: Устройство топливной системы дизельного двигателя

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:

• Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
• Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
• Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
• Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

• Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
• Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
• Резонатор, или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
• Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
• Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

• Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
• Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
• Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
• Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Источник: tractorreview.ru