Какие двигатели относятся к двигателям с внешним смесеобразованием

Устройство автомобилей

Классификация автомобильных двигателей

К двигателям, устанавливаемым на автомобилях, предъявляются определенные требования, которые зависят и от условий полной автономности этих транспортных средств, и от их конкретного назначения (типа автомобиля) . В любом случае, двигатель автомобиля должен иметь минимальные габариты и массу при достаточной развиваемой мощности и высокой экономичности, а также не представлять угрозу безопасности людей и окружающей природы.

Как уже упоминалось в предыдущей статье, на автомобилях наибольшее распространение получили тепловые двигатели, преобразующие энергию тепла от сгорания топлива в механическую энергию движения. Применение двигателей других типов, способных использовать для работы прочие виды энергии, ограничено рядом причин, среди которых наиболее веская – технологическая.

Тепловая энергия является доступной, ее можно легко извлечь из любого калорийного топлива, но самое главное – тепловую энергию в виде топлива можно в достаточном количестве запасти в дорогу. Ведь автомобиль – это автономное средство передвижения, и если его, например, «привязать» проводами к емкому источнику электроэнергии, то он лишится автономности.
Сложно запастись в дорогу и другими видами энергии, например, энергией сжатого газа, потока жидкости, солнечного света и т. п.
Применение в автомобильных двигателях ядерной энергии на современном уровне развития науки и технологий обойдется слишком дорого, а в условиях массовой эксплуатации — небезопасно.
Поэтому основное препятствие на пути использования других видов энергии вместо тепловой в автомобильных двигателях – отсутствие емких аккумуляторов энергии, способных поддерживать работу двигателя длительное время.

Все тепловые двигатели по способу подвода тепла к рабочему телу делят на два типа:

  • тепловые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) ;
  • тепловые двигатели с внешним подводом теплоты.

На современных автомобилях в подавляющем большинстве применяется первый тип двигателей, который отличается тем, что тепло к газообразному рабочему телу подводится непосредственно в самом двигателе путем сжигания смеси топлива с кислородом воздуха.
К двигателям второго типа, использующим для работы рабочее тело, нагретое вне двигателя, относятся, например, паровые машины, которые в настоящее время почти не используются по ряду причин:

  • высокая удельная металлоемкость на единицу полученной механической энергии;
  • низкий КПД;
  • относительно долгая подготовка к работе и т. д.

Рядом технологических причин ограничивается использование в качестве автомобильных двигателей газовых турбин, которые подразделяются на турбины внешнего сгорания и турбины внутреннего сгорания.
Двигатель Стирлинга, который по принципу действия относится к двигателям внешнего сгорания, тоже не получил признания в массовом автомобильном производстве.

По конструкции тепловые двигатели классифицируют на следующие типы:

  • поршневые;
  • роторно-поршневые;
  • газотурбинные;
  • реактивные.

Наибольшее распространение на автомобилях получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, которые в свою очередь классифицируются по следующим признакам:

По способу воспламенения рабочего тела :

  • с искровым (принудительным) воспламенением;
  • с воспламенением от сжатия (самовоспламенением) .

К первому типу относятся двигатели, использующие специальную систему воспламенения рабочего тела (систему зажигания) . К таковым относятся, например, карбюраторные, инжекторные и газовые двигатели.
Ко второму типу относятся дизельные двигатели, в которых топливо самовоспламеняется из-за сильного нагрева при высокой степени сжатия.

По виду используемого топлива :

  • работающие на жидком топливе (бензин, дизтопливо, керосин) ;
  • работающие на газообразном топливе.

По способу смесеобразования :

  • с внешним смесеобразованием;
  • с внутренним смесеобразованием.

К двигателям с внешним смесеобразованием (т. е. смешиванием топлива с кислородом воздуха вне цилиндра) относятся карбюраторные двигатели и двигатели с центральным и распределенным впрыском бензина, а к двигателям с внутренним смесеобразованием – дизельные и инжекторные двигатели непосредственного впрыска, в которых топливо и воздух поступают в цилиндр раздельно, и в дальнейшем смешиваются, образуя рабочую смесь.

По регулированию мощности :

  • количественное регулирование;
  • качественное регулирование.
Читайте также:  Система смазки двигателя зил 130 неисправности

При количественном регулировании мощность двигателя изменяется вследствие изменения общего количества топливовоздушной смеси, подаваемой в цилиндр.
При качественном регулировании мощность изменяется количеством впрыскиваемого в цилиндр топлива при неизменном количестве подаваемого воздуха.

По характеру и последовательности термодинамических процессов в цилиндрах двигателя:

Термодинамические процессы, имеющие место в тепловых двигателях, а также пути повышения их эффективности (КПД) рассмотрены в статьях раздела «Основы гидравлики и теплотехники». Там же можно найти информацию об истории изобретения тепловых двигателей, применяемых на автомобилях.

Источник

Смесеобразование в ДВС. Применяемые топлива

Подготовка смеси топлива с возду­хом в необходимых пропорциях, обеспе­чивающих наиболее эффективное горе­ние, называется смесеобразованием. Различают двигатели с внешним и внутренним смесеобразо­ванием.

К ДВС с внешним смесеобразовани­ем относятся карбюраторные и некото­рые газовые двигатели. В двигателях, работающих на бензине, смесь готовится в карбюраторе. Простейший карбюра­тор, принципиальная схема которого по­казана на рис. 42, состоит из поплавко­вой и смесительной камер. В поплавко­вой камере помещается латунный по­плавок 1, укрепленный шарнирно на оси 3, и игольчатый клапан 2, которыми поддерживается постоянный уровень бензина. В смесительной камере распо­ложен диффузор 6, жиклер 4 сраспыли­телем 5 и дроссельная заслонка 7. Жик­лер представляет собой пробку с калиб­рованным отверстием, рассчитанным на протекание определенного количества топлива.

Рис. 42. Принципиальная схема простейшего карбюратора

Когда поршень движется вниз и впускной клапан открыт, во впускном трубопроводе и смесительной камере со­здается разрежение, и под действием разности давлений в поплавковой и сме­сительной камерах из распылителя вы­текает бензин. Одновременно через сме­сительную камеру проходит поток воз­духа, скорость которого в суженной части диффузора (там, куда выходит ко­нец распылителя) достигает 50—150 м/с. Бензин мелко распыливается в струе воз­духа и, постепенно испаряясь, образует горючую смесь, которая по впускному трубопроводу поступает в цилиндр. Ка­чество горючей смеси зависит от соотно­шения количеств бензина и воздуха. Го­рючая смесь может быть нормальной (15кг воздуха на 1 кг бензина), бедной (более 17 кг/кг) и богатой (менее 13 кг/кг). Количество и качество горючей сме­си, а следовательно, мощность и число оборотов двигателя регулируются дрос­сельной заслонкой и рядом специальных приспособлений, которые предусматри­ваются в сложных многожиклерных кар­бюраторах.

К ДВС с внутренним смесеобразова­нием относятся дизельные двигатели. На процессы смесеобразования, происходя­щие непосредственно в цилиндре, отво­дится незначительное время — от 0,05 до 0,001 с; это в 20—30 раз меньше времени внешнего смесеобразования в карбюра­торных двигателях. Подача топлива в цилиндр дизеля, последующее распыливание и частичное распределение по объему камеры сгорания производятся топливоподающей аппаратурой — насосом и форсункой. Современные дизели имеют форсунки, где число сопловых от­верстий диаметром 0,25—1 мм доходит до десяти.

Бескомпрессорные дизели бывают с неразделенной и разделенной камерами сгорания. Тонкость распыливания и дальнобойность факелов в неразделен­ных камерах обеспечиваются благодаря высокому давлению впрыска топлива (60-100 МПа). В разделенных камерах сгорания происходит более качественное смесеобразование, что позволило су­щественно снизить давление впрыска топлива (8—13 МПа), а также использо­вать более дешевые сорта топлива.

В газовых двигателях газообразное топливо и воздух по соображениям безо­пасности подаются по отдельным трубо­проводам. Дальнейшее смесеобразование осуществляется или в специальном сме­сителе до их поступления в цилиндр (за­полнение цилиндра в начале хода сжа­тия производится готовой смесью), или в самом цилиндре, куда они подаются раздельно. В последнем случае вначале цилиндр заполняется воздухом и затем по ходу сжатия в него через специальный клапан подается газ под давлением 0,2— 0,35 МПа. Наибольшее распространение получили смесители второго типа. Вос­пламенение газовоздушной смеси осуще­ствляется электрической искрой или раскаленным запальным шаром — кало­ризатором.

В соответствии с различными при­нципами смесеобразования различаются и требования, которые предъявляют кар­бюраторные двигатели и дизели к при­меняемым в них жидким топливам. Для карбюраторного двигателя важно, чтобы топливо хорошо испарялось в воздухе, который имеет температуру окружающей среды. Поэтому в них применяют бензи­ны. Основной проблемой, препятствую­щей повышению степени сжатия в таких двигателях сверх уже достигнутых зна­чений, является детонация. Упрощая яв­ление, можно сказать, что это — пре­ждевременное самовоспламенение горю­чей смеси, нагретой в процессе сжатия. При этом горение принимает характер детонационной (ударной, несколько на­поминающей волну от взрыва бомбы) волны, которая резко ухудшает работу двигателя, вызывает его быстрый износ и даже поломки. Для ее предотвращения выбирают топлива с достаточно высокой температурой воспламенения или добав­ляют в топливо антидетонаторы — ве­щества, пары которых уменьшают ско­рость реакции. Наиболее распространен­ный антидетонатор — тетраэтилсвинца Pb (C2H5)4— сильнейший яд, действую­щий на мозг человека, поэтому при обра­щении с этилированным бензином нужно быть крайне осторожным. Соединения, содержащие свинец, выбрасываются с продуктами сгорания в атмосферу, за­грязняя и ее, и окружающую среду (с травой газонов свинец может попасть в пищу скоту, оттуда — в молоко и т. д.). Поэтому потребление этого экологически опасного антидетонатора должно быть ограничено, и в ряде городов меры в этом отношении принимаются.

Читайте также:  Большое давление масла в дизельном двигателе

Для определения склонности данного топлива к детонации устанавливают ре­жим, при котором оно (естественно, в смеси с воздухом) начинает детониро­вать в специальном двигателе со строго заданными параметрами. Затем на этом же режиме подбирают состав смеси изо-октана C3H18 (труднодетонирующего топлива) с н-гептаном C7H16 (легкодето­нирующим топливом), при котором тоже возникает детонация. Процентное содер­жание изооктана в этой смеси называет­ся октановым числом данного топлива и является важнейшей характеристикой топлив для карбюраторных двигателей.

Автомобильные бензины маркируют по октановому числу (АИ-93, А-76 и т.п.). Буква А обозначает, что бензин автомобильный, И — октановое число, определенное специальными испы­таниями, а цифра после букв — само ок­тановое число. Чем оно выше, тем мень­ше склонность бензина к детонации и тем выше допустимая степень сжатия, а зна­чит, и экономичность двигателя.

У авиационных двигателей степень сжатия выше, поэтому октановое число авиационных бензинов должно быть не меньше 98,6. Кроме того, авиационные бензины должны более легко испаряться (иметь низкую температуру «кипения») в связи с низкими температурами на больших высотах. В дизелях жидкое топ­ливо испаряется в процессе горения при высокой температуре, поэтому испаряе­мость для них роли не играет. Однако при рабочей температуре (температуре окружающей среды) топливо должно быть достаточно жидкотекучим, т. е. иметь достаточно низкую вязкость. От этого зависит безотказная подача топлива к насосу и качество распыления его форсункой. Поэтому для дизельного топлива важна прежде всего вязкость, а также содержание серы (это связано с экологией). В маркировке дизельного топлива ДА, ДЗ, ДЛ и ДС буква Д обоз­начает — дизельное топливо, следующая буква А — арктическая (температура окружающего воздуха, при которой при­меняется это топливо tо= -30 °С), З — зимнее (t = 0 ÷ -30 °С), Л — летнее (tо > 0°С) и С — специальное, получае­мое из малосернистых нефтей (t>0 o C).

Вопросы для самопроверки

1. Что называется поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС)?

2. Объясните принцип работы поршневого двигателя внутреннего сгорания?

3. Принцип действия простейшего карбюратора?

Источник

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Со времени своего появления на свет, двигатели внутреннего сгорания очень сильно изменились. Производительность современных двигателей, по сравнению с двигателями времен зари двигателестроения, взлетела до космических высот. Естественно, выросло и разнообразие двигателей. Благодаря этому разнообразию, двигателям нашли бесчисленное количество способов применения. Все это разнообразие можно охватить с помощью классифицирования.

— По количеству цилиндров. Бывают одноцилиндровые, двухцилиндровые, трехцилиндровые и т.д. вплоть до 12 и даже более цилиндров, двигатели. Но все, что более 12 цилиндров, это уже редкость в автомобильной промышленности.

Читайте также:  Как внести изменения в птс после замены двигателя

— По способу расположения цилиндров. Самые распространенные варианты, это рядные и V-образные двигатели. Рядные двигатели, это такие двигатели, в которых цилиндры расположены в одном ряду, друг за другом, располагаться они могут, относительно пространственного положения самого двигателя, как вертикально, так и горизонтально, а также под любым градусом наклона. V-образные двигатели, это такие двигатели, у которых имеется 2 ряда цилиндров и расположены они под углом 90 друг к другу, что напоминает букву V. Существуют также двигатели с оппозитным расположением цилиндров. Это когда цилиндры находятся друг напротив друга под углом 180 .

— По способу охлаждения. Бывают двигатели с воздушным охлаждением и с жидкостным. Воздушное охлаждение гораздо проще в производстве и обслуживать его не надо, но оно имеет много недостатков. Самый главный недостаток, это то, что двигатель обдувается потоком встречного или нагнетаемого вентилятором воздуха, из-за чего двигатель имеет разную температуру в разных местах, то есть охлаждается неравномерно. Разная температура приводит к неравномерному износу всего двигателя, что в конечном итоге сокращает срок службы такого двигателя. Да и перегреть такой двигатель, проще простого.

Второй на мой взгляд, очень важный недостаток воздушного охлаждения, это невозможность использовать тепло нагретой охлаждающей жидкости для обогрева салона автомобиля и невозможность подогревать двигатель в морозы, жидкостным предпусковым подогревателем.

Поэтому, жидкостное охлаждение, как говориться рулит. Не даром оно вытеснило воздушное охлаждение с автомобилей, за редким исключением (например грузовики марки «Татра»)

— По назначению. Бывают двигатели автомобильные, судовые, стационарные, бытовые (бензокоса, бензопила) и т.д.

— По способу осуществления рабочего цикла. Бывают 4 такта за один рабочий цикл, а бывает 2 такта. И называются такие двигатели соответственно, четырехтактные и двухтактные. Четырехтактных двигателей в мире превалирующее большинство. Этому есть ряд причин. Основные это экологичность, экономичность и надежность.

— По виду применяемого топлива. Бывают двигатели использующие для своей работы: бензин, дизельное топливо и сжатый или сжиженный газ. Также существуют битопливные и многотопливные двигатели, которые могут работать можно сказать на всем, что горит. Кроме того, есть и другие экзотические двигатели, работающие на не менее экзотических видах топлива, но о них в других статьях.

— По способу воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Бывают двигатели, в которых смесь поджигается искрой от свечи зажигания (бензиновые и газовые), а бывают двигатели в которых смесь поджигается сама по себе от сильного давления (дизельные двигатели)

— По способу наполнения цилиндров воздухом. Бывают атмосферные и наддувные двигатели. Атмосферные, это когда воздух попадает в цилиндры самотеком, то есть из-за разности давлений в цилиндре и во впускном тракте, создается эффект всасывания в цилиндр. Наддувные двигатели, это когда воздух силой вгоняется в цилиндр, с помощью турбонаддува или компрессора. Благодаря наддуву, удается наполнить цилиндр воздухом гораздо сильнее, чем это происходит в атмосферных двигателях, в результате чего значительно вырастает мощность двигателя, но снижается его ресурс.

— По виду смесеобразования. Различают двигатели с внешним смесеобразованием и с внутренним смесеобразованием. Внешнее смесеобразование – это карбюраторные двигатели. Рабочая смесь в таких двигателях, создается в карбюраторах и уже в готовом виде попадает в цилиндры двигателя. Но к слову сказать, в наше время, карбюраторные системы питания уже не выпускаются. Они уступили свое место, двигателям с внутренним смесеобразованием, так как это оказалось гораздо более эффективным. Внутренне смесеобразование означает, что рабочая смесь, необходимая для работы двигателя, образуется уже внутри самих цилиндров. Образуется она из двух составляющих, воздуха и топлива, которые попадают в цилиндр отдельно друг от друга и уже потом внутри смешиваются.

Источник

Adblock
detector