Характеристика системы впуска двигателя

Характеристика системы впуска двигателя

Рис. 4.9. Изменение крутящего момента Жкр при различных длинах впускного патрубка:

/ — двигатель рабочим объемом 200 см» со вставками длиной 50 и 100 мм; 2 — двигатель рабочим объемом 250 см» со вставками длиной 100 и 200 мм;—первоначальная длина впускной системы

2000 3000 ШО 5000 п,мин-

новка воздухоочистителя обусловливает существенное снижение мощности. Двигатели этих мотоциклов оснащают карбюраторами без воздухоочистителей с открытым воздушным каналом, оборудованным вентилятором.

Рассмотрим влияние конструкции впускного патрубка. При открытии впускного окна воздух из впускной трубы засасывается в камеру. При наполнении кривошипной камеры, когда заряд воздуха придет в состояние покоя, будет достигнуто максимальное избыточное давление ркшах (см. рис. 4.3). От минимального давления mm ДО максимального избыточного Рк шах проходит 1/2 периода колебания давления. Если в момент достижения Рк max поршень не закроет впускное окно, то будет иметь место обратный выброс смеси через впускное окно. Чтобы сохранить максимальное избыточное давление ркшах. следует фазу впуска выбирать так, чтобы она по времени соответствовала 1/2 периода колебания давления в кривошипной камере. Но обычно фаза впуска определяется необходимой площадью впускного окна. В этом случае частота колебаний впуска должна быть изменена так, чтобы время, в течение которого происходит 1/2 колебания впуска, было равно продолжительности впуска.

Период колебания впуска определяется: длиной Lbo впускного патрубка (от входного сечения до впускного окна); средней площадью /вп поперечного сечения впускной системы (патрубок и карбюратор); диаметром вц круга площадью, равной площади впускного окна; скоростью звука а входящего воздуха; общим объемом Vk кривошипной камеры (при положении поршня в ВМТ). Влияние размеров впускной системы на показатели двухтактных ДВС, определенное с помощью математической модели двигателя, рассмотрено выше.

Длина впускного патрубка. Подбором оптимальной длины Lbo впускного патрубка может быть улучшена характеристика крутящего момента iM„p (рис. 4.9). У двигателя рабочим объемом 200 см* благодаря вставкам длиной 50 и 100 мм удалось повысить крутящий момент во всем диапазоне частот.

Двигатель рабочим объемом 250 см* имел первоначальную длину впускной системы, включая карбюратор, около 150 мм. Максимальный крутящий момент М„р (сплошная кривая 2) достигался при 3600 мин» (М„р = 18,3 Н-м), а затем снижался до 12 Н-м при 1800 мин». Применение вставки длиной 100 мм позволило повы-

Рис. 4.10. Скоростные характеристики двигателя ММВЗ-3.111

0 впускными патрубками длиной /-вп = 140, 210. 280 и 350 мм

Рис. 4.11. Осциллограмма давления во впускном патрубке длиной /-вп — 140 мм двигателя ММВЗ-3.111 (Фо шаж = 0.885):

сить /Икр на низких частотах до 14 Н-м (при 1800 мин»*), а вставки длиной 200 мм — до 16 Н-м.

Влияние длины впускного патрубка (Lsn = 140, 210, 280 и 350 мм) на скоростные характеристики двигателя ММВЗ-3.111 определяли его испытаниями без воздухоочистителя (рис. 4.10) [24]. Параметры двигателя без воздухоочистителя фо, ре и ge.

Наибольшее обеднение смеси (а = 1,06) получено при п = == 4000 мин-1 при впускном патрубке длиной 350 мм. Такое обеднение рабочей смеси вызвало резкое снижение давления и уменьшение удельного расхода топлива. При увеличении длины впускного патрубка происходит рост коэффициента фо избытка продувочной смеси практически во всем диапазоне скоростей. Максимум фо увеличивается от 0,89 до 1 и смещается в сторону более низких частот. Для объяснения причин этого явления необходимо рассмотреть осциллограмму давления рвп во впускном патрубке длиной Lsn (рис. 4.11).

При закрытии впускного окна в патрубке возникают колебания давления Рв с высокой частотой А, что связано с ударом движущегося потока смеси о стенку поршня. При открытии впускного окна возникают колебания давления впуска низкой частоты Б, которые зависят от размеров впускного патрубка и кривошипной камеры, высокочастотных колебаний предшествующего цикла, а также всасывающего или выталкивающего действия поршня.

Чем короче впускной патрубок, тем выше частота колебаний в нем за один оборот коленчатого вала, тем быстрее затухает амплитуда колебаний давления в период впуска. Незатухшие колебания низкой частоты суммируются с колебаниями высокой частоты последующего цикла.

Меньшие значения коэффициента фо при коротких патрубках можно объяснить смещением фазы высокочастотного колебания. Коэффициент фо (и наполнение кривошипной камеры) зависит

Рис. 4.12. Осциллограммы давления рн в кривошипной камере двигателя ММВЗ-3.111 при впускных патрубках различной длины и частоте вращения п = = 5000 мин-*: 1 — продувка; i

расширение; 3 — впуск; 4 — сжатие; : 350 им

от давления во впускном патрубке в конце фазы впуска. Перед окончанием периода впуска следует полуволна разрежения, которая уменьшает избыточное давление. При патрубке длиной 140 мм избыточное давление в конце фазы впуска 2 кПа, а фо = 0,885.

С изменением длины Lbd впускного патрубка меняются частота и фазовое положение высокочастотных колебаний. Вследствие этого к низкочастотным колебаниям в конце периода впуска добавляются высокочастотные, что способствует повышению избыточного давления. Так, при длине патрубка 350 мм избыточное давление на впуске достигает 10 кПа, а коэффициент возрастает до 1 (см. рис. 4.10).

Влияние длины Ln впускного патрубка на наполнение кривошипной камеры оценивалось по изменению давления /?„ в кривошипной камере при длине патрубков Lsn = 210 и 350 мм и разных частотах вращения п (рис. 4.12). Как и во впускном патрубке, в кривошипной камере возбуждаются колебания давления с низкой частотой. Максимальное давление Ркшах и избыточное давление Рк mm в кривошипной кзмсрс достигаются при большей длине впускной трубы (Lsn = 350 мм), что обусловлено газодинамическими процессами во впускном патрубке. По этой же причине коэффициент избытка продувочной смеси фо при = 350 мм выше, особенно на низких и средних частотах. По мере увеличения частоты вращения фаза впуска становится уже недостаточной для использования газодинамических процессов на впуске. В наибольшей степени это проявляется при патрубках большей длины. При частоте вращения больше 5000 мин» при Lbh = 350 мм значения фо значительно снижаются.

Как видно из анализа, при работе с длинными впускными патрубками большие значения фо и ре получаются на малых и средних частотах вращения, а при работе с короткими — на высоких.

Площадь поперечного сечения впускной системы. Значительное влияние на показатели двухтактных ДВС оказывает площадь

поперечного сечения Бпуск,«ой системы. При большем среднем значении площади Fsn поперечного сечения впускной системы (увеличенном диаметре всасывающего патрубка карбюратора) повышается частота /вп колебаний впуска, быстрее наполняется кривошипная камера, т, е. область лучшего наполнения сдвигается в зону более высоких частот.

Уменьшение площади Fan поперечного сечения оказывает обратное действие. Обычно площадь сечения впускного патрубка определяется в зависимости от площади проходного сечения диффузора карбюратора и принимается Fgn = 1.1 д- Площадь

диффузора выбирают путем анализа аналогичных площадей существующих двигателей. Площадь Рд, отнесенная к 100 см* рабочего объема двигателя, колеблется в достаточно широких пределах (см. ниже).

Двигатель . . f д, cmS/cm ,

Двигатель. Fj5, см?/см8 . .

«ИЖ-Юпитер -3» 1.64 100

Диаметр диффузора у этих двигателей 24. 38 мм. Для гоночных мотоциклов обычно площадь =—Ъ см* на каждый 100 см рабочего объема цилиндра. Это определяет приведенные ниже необходимые диаметры диффузоров d

Поскольку мотоциклетные карбюраторы с диаметром диффузора больше 38 мм отсутствуют, для форсированных двигателей рабочим объемом выше 200 см целесообразно применять два карбюратора меньшего диаметра. Круглое сечение карбюратора должно плавно и без уступов переходить в прямоугольное сечение впускного окна.

Размеры впускного окна также оказывают сзщественное влияние на наполнение кривошипной камеры. Обычно площадь впускного окна Рвп.о = 1.25 ij, потому что окно открыто обычно не полностью. Площадь /вп.о впускного окна оказывает аналогичное влияние: при увеличении площади вп. о впускного окна повышается частота /вп колебаний впуска, область лучшего наполнения сдвигается в зону высоких частот. Уменьшение вп. о способствует смещению области лучшего наполнения кривошипной камеры в зону низких частот.

Удельная площадь сечения впускного окна 4. 8 см** на 100 см® рабочего объема У. Ширина впускного окна (по хорде) принимается 55. 65 % диаметра цилиндра. При увеличении ширины зозникает опасность поломки поршневых колец. При больших

сечениях впускного окна его разделяют перемычкой шириной 3. 5 мм или увеличивают число впускных окон, как это показано выше. Радиус закругления окна не должен быть менее 5 мм или 0,1 диаметра цилиндра. Верхние и нижние кромки впускных и выпускных окон выполняют скошенными внутрь.

Чтобы уменьшить сопротивление потоку топливовоздушной смеси со стороны движущейся юбки поршня, впускной канал делают «падающим», т. е. направленным не перпендикулярно к оси цилиндра, а под углом 45. 60°. Закругление управляющей кромки поршня радиусом около 5 мм также снижает сопротивление потоку.

Длина впускного тракта влияет на наполнение кривошипной камеры так же значительно, как площадь впускного окна и объем кривошипной камеры. Расчетная зависимость необходимой длины Lbd впускного патрубка для получения наилучшего наполнения кривошипной камеры при необходимой для этого частоте в зависимости от рабочего объема Vh цилиндра показана на рис. 4.13. Если отношение ЬУн = const при изменении рабочего объема (например, LnlVh = 0,lj Lbd = 5 см при Vh = 50 см и Lbd = = 50 см при Vh = 500 см), то частота максимального наполнения кривошипной камеры снижается с 17 ООО мин

* при Vh = 50 см* до 5800 мин»* при Vh = 500 см*. Для двигателя Vh = 200 см* при длине впускного патрубка 20 см максимальное наполнение кривошипной камеры будет при п = 9000 мин»*.

Продолжительность фазы впуска. Необходимо иметь в виду, что для получения достаточно высокой степени вакуума в кривошипной камере впускное (впускные) окно необходимо располагать как можно ниже, так как с увеличением высоты окон уменьшается полезный рабочий объем цилиндра. Так, при фазе впуска 140° исключается до 38 % рабочего объема, что уменьшает наполнение, а следовательно, полезную мощность двигателя.

Пусть требуется получить максимальное наполнение кривошипной камеры на более высоком скоростном режиме с меньшей продолжительностью открытия впускного окна, т. е. уменьшается время — сечение впускного окна:

где ii и /л — моменты времени.

Тогда для увеличения наполнения потребуется расширить фазу впуска фвп или уменьшить период колебания впуска. Вместе с расширением фазы впуска снижаются полезный объем цилиндра, ход сжатия в кривошипной камере и соответственно объем подаваемой в цилиндр смеси. Из зависимостей продолжительности фазы впуска Фвп от коэффициента Фо избытка продувочной смеси следует, что более позднее окончание впуска обеспечивается при меньшем коэффициенте фо избытка продувочной смеси ввиду потери полезного объема (рис. 4.14). 124

О 100 200 300 МО Yf,,cM

Рис, 4.13. Зависимость необходимой длины впускного патрубка от рабочего объема Vh цилиндра

Рис. 4.14. Изменение коэффициента ф» избытка продувочной смеси в зависимости от продолжительности фазы впуска Фвп при различных частотах вращения п

Влияние фазы впуска фвп на показатели двигателя «Восход-250 СКУ» определено расчетом на ЭВМ по методике, изложенной выше. При высоких значениях фо ухудшается экономичность двигателя, так как увеличиваются потери топливовоздушной смеси, уносимой вместе с ОГ в выпускную систему, главным образом на малых частотах вращения.

Уменьшение коэффициента Фо способствует снижению мощности двигателя. Выбор оптимальной фазы впуска проводят в соответствии с требованиями, предъявляемыми к характеристикам двухтактных ДВС. Фазы газораспределения двигателя мотоцикла, снегохода или другого транспортного средства следует подбирать таким образом, чтобы развиваемая двигателем мощность была максимальной.

Продолжительности фаз впуска, продувки и выпуска двухтактных две различного назначения с различным типом газораспределения представлены в табл. 4.5. Идеальными для двухтактных двигателей считают такие фазы впуска, при которых впускное окно открывается по крайней мере до 90° угла поворота коленчатого вала после прохождения поршнем НМТ, а закрывается в течение 50. 60° после ВМТ.

Однако в системах с поршневым газораспределением, в которых открытие и закрытие впускных окон непосредственно связано с движением поршня, момент открытия и закрытия впускного окна регулируется относительно ВМТ. Таким образом, увеличение опережения открытия впускного окна приводит к запаздыванию его закрытия и отсутствие возможности регулирования фазы впуска в зависимости от режима работы затрудняет получение высоких значений крутящего момента в широком диапазоне частот.

В случае золотниковой системы газораспределения фаза впуска устанавливается независимо от положения поршня. В результате возможно обеспечение более полного наполнения и получение

Раздел I. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. Лекция 2. Общее устройства и основные параметры двигателя.

Рассмотрим основные параметры двигателя:

Первым делом мы должны знать, сколько цилиндров будет иметь наш автомобиль, а их может быть от 2 до 16.

Следующий шаг, это как расположены цилиндры. Существует два типа расположения. К первому относится расположение, именуемое рядным, а второе – V-образным.

В V-образном расположении цилиндры располагаются по обе стороны коленчатого вала. Здесь мы будем должны учитывать величину угла развала. При большом угле понижается центр тяжести и облегчается охлаждение и подача масла. Все это снижает динамическую характеристику и увеличивает инертность, а при малом угле снижается инертность, но увеличивается перегрев.

Третье что нам необходимо знать это объем камер сгорания. Он отвечает за характеристики двигателя внутреннего сгорания. Чем больше объем, тем больше мощность.

Теперь о материале двигателя. Двигатели могут быть изготовлены из чугуна, алюминия, а так же магниевых сплавов.

Области применения электродвигателей

Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии.

Электродвигатели используются повсеместно, основные области применения:
• промышленность: насосы, вентиляторы, компрессоры, конвейеры, движущая сила для других машин и др.
• строительство: насосы, вентиляторы, конвейеры, лифты, системы отопления, вентиляции и кондиционирование воздуха и др.
• потребительские устройства: холодильники, кондиционеры, персональные компьютеры и ноутбуки (жесткие диски, вентиляторы), пылесосы, стиральные машинки, миксеры и др.

ЭД1	Функции	Области применения
Вращающиеся электродвигатели	Насосы	Системы водоснабжения и водоотведения
		Системы перекачки охлажденной или нагретой воды, системы отопления, ОВК2, системы полива
		Системы канализации
		Перекачка нефтепродуктов
	Вентиляторы	Приточно-вытяжная вентиляция, ОВК2, вентиляторы
	Компрессоры	Системы вентиляции, холодильные и морозильные установки, ОВК2
		Накопление и распределение сжатого воздуха, пневматические системы
		Системы сжижения газа, системы перекачки природного газа
	Вращение, смешивание, движение	Прокатный стан, станки: обработка металла, камня, пластика
		Прессовое оборудование: обработка алюминия, пластиков
		Обработка текстиля: ткачество, стирка, сушка
		Смешивание, взбалтывание: еда, краски, пластики
	Транспорт	Пассажирские лифты, эскалаторы, конвейеры
		Грузовые лифты, подъемные краны, подъемники, конвейеры, лебедки
		Транспортные средства: поезда, трамваи, троллейбусы, автомобили, электромобили, автобусы, мотоциклы, велосипеды, зубчатая железная дорога, канатная дорога
	Угловые перемещения (шаговые двигатели, серводвигатели)	Вентили (открыть/закрыть)
		Серво (установка положения)
Линейные электродвигатели	Открыть/закрыть	Вентили
	Сортировка	Производство
	Хватать и перемещать	Роботы

1. ЭД — электродвигатель
2. ОВК — системы отопления, вентиляции и кондиционирование воздуха

Тип топлива

ДВС могут потреблять разные виды топлива, но в основном используются:

• Бензин – продукт переработки нефти-сырца или вторичной перегонки нефтепродуктов. Основополагающим показателем является октановое число, которое указывается в цифрах. Буквенное сочетание, стоящее перед цифрами «АИ» означает: А – бензин автомобильный; И – октановое число определено исследовательским способом. Если этой буквы в маркировки нет, значит, октановое число выведено моторным методом. Российские стандарты предусматривают такие марки бензина: А-76, А-80, АИ-91, АИ-92, АИ-93, АИ-95, АИ-98. Наиболее востребованными в настоящее время являются марки с октановым числом 92,95,98;
• Дизель или дизельное топливо – получается путем промышленного перегона нефти. В его состав входят 2 вещества: 1. Цетан – легковоспламеняющийся компонент, чем его содержание больше, тем выше качество топлива; 2. Метилнафталин – не горючий компонент. Основополагающими характеристиками дизеля являются: прокачиваемость и воспламеняемость. В зависимости от спецификации подразделяется на: летнее, зимнее, арктическое (ориентировано на использование при экстремально низких температурах).

Также ДВС в качестве топлива может использовать газы: метан, пропан, бутан. Для этого на автомобиль устанавливаются специальные системы.

Расход масла

Показатель расхода масла указывается производителем автомобиля в технической документации к нему. Нормальным считается потребление смазки в соотношении 0,8–3% от потребляемого количества топлива. Также на этот показатель влияет размер двигателя, он увеличивается на больших, мощных агрегатах, особенно дизельных. Различают расход масла:

• Штатный – испарение смазочного материала с цилиндров, выдавливание через картер газами, смазка компрессора турбины;
• Нештатный – течи уплотнений, потеря масла через сальники коленвала, маслосъемные поршневые кольца, перемычки поршня, когда происходит их разрушение.

К чрезмерному расходу приводит использование масла низкого качества и несоответствующей требованиям технической эксплуатации марки.

Типовые параметры работы двигателей

Существует разделение ДВС на такие типы:

• Бензиновые – часто используются в гражданском автомобилестроении, наиболее распространенный тип;
• Дизельные – эти агрегаты отличаются надежностью и экономичностью. При этом несколько уступают бензиновым аналогам в динамике (набор скорости), но выигрывают по показателям проходимости. Широко используются военными, распространены в гражданском автомобилестроении;
• Газовые – используют в качестве топлива сжиженный, природный, сжатый газ, который закачивается в специальные баллоны;

В список можно включить гибридные газодизельные агрегаты и роторно-поршневые. Последний тип широко использовался авиацией до середины XX века, в современных условиях встречается редко.

Материал, из которого изготавливается двигатель

Основным материалом в производстве двигателей являются металлы и их сплавы:

• Чугун – обеспечивает надежность и прочность, но минусом является внушительный вес;
• Алюминиевые сплавы – дают неплохую прочность, при этом легкие. Недостаток – большая стоимость;
• Магниевые сплавы – наиболее дорогостоящий материал, отличается высокой прочностью.

Многие производители автомобилей комбинируют материалы. Это во многом диктуется принадлежностью модели к тому или иному классу, что ставит ее в определенные ценовые рамки.

Тип бензиновой системы впуска

Существует 2 разновидности топливных бензиновых систем: карбюраторная, инжекторная. Они отличаются конструктивным устройством, а также принципами подачи топлива в цилиндры:

• Карбюратор вливает бензин сплошным потоком, что затрудняет его смешивание с воздухом и детонацию. Это приводит к увеличенному расходу топлива, снижению технических характеристик мотора;
• Инжекторная система превращает топливо в мелкодисперсную субстанцию – распыляет его. Это дает ему возможность быстро смешиваться с воздухом внутри цилиндра и приводит к увеличению характеристик двигателя и уменьшению расхода топлива.

Система газораспределения

ГРМ или газораспределительный механизм отвечает за потоками газов в цилиндре. Он также выполняет функцию переключателя фаз процесса распределения. Принцип действия основан на блокировании и открывании впускных и выпускных отверстий камер сгораний. Это делается при помощи регулировочных элементов:

• Клапанов;
• Валов с приводами;
• Толкателей;
• Коромысел;
• Шлангов.

По принципу управления процессом распределения газов ГРМ разделяются на:

Компрессор

Главная функция компрессора – повышение мощности ДВС без увеличения его размеров. Это делается с помощью нагнетания в камеру сгорания большего объема воздуха, что позволяет делать взрыв топливной смеси более мощным. Устанавливается компрессор на впускную систему автомобиля. Компрессор приводится в движение механическим способом через соединение с коленвалом. Это делается посредством ремня или цепи. Турбокомпрессор нагнетает воздух под действием потока газов, которые крутят турбину, отвечающую за подачу дополнительной порции атмосферной массы. Компрессоры по принципу подачи воздуха делятся на:

• Центробежные – простая конструкция, где нагнетателем является крыльчатка;
• Роторные – воздух нагнетается кулачковыми валами;
• Двухвинтовые – функции нагнетателей выполняют винты, расположенные параллельно друг другу.

Тип бензиновой системы впрыска

Существует одноточечная и многоточечная система впрыска. Первая не используется на современных моторах, вторая, в свою очередь, многоточечная система бывает:

• Распределенной . Она обеспечивает стабильную работу силового агрегата, но не обеспечивает высокую динамику и не увеличивает мощность;
• Прямой . В этом случае обеспечивается оптимальный расход топлива, увеличивается мощность двигателя и его ресурсная прочность. Недостатком системы является нестабильность работы на малых оборотах. Также минусом можно считать высокую требовательность к качеству бензина.

Тип топливной системы

На бензиновые и дизельные моторы устанавливаются разные типы топливных систем. Бензиновые агрегаты могут оснащаться карбюраторной или инжекторной системой. Первая основана на механическом принципе, подача топлива регулируется дроссельной заслонкой. Второй тип – инжекторный позволяет осуществлять настройки с помощью электронных средств. Это значительно увеличивает КПД двигателя, сокращает расход топлива. Дизельные агрегаты оснащаются ТНВД (топливными насосами высокого давления). Это устройство считается устаревшим и ненадежным. Чаще всего оно используется совместно с форсунками, обладающими функциями насоса. Но сами по себе они не могут обеспечить стабильную работу двигателя.

Расход топлива

Показатель потребления топлива двигателем зависит от его рабочего объема, а соответственно мощности. Основополагающую роль играет тип топливной системы:

Измеряется показатель в литрах на 100 км. Техническая документация современных автомобилей предоставляет данные о расходе топлива при нескольких режимах движения: езда по городу, трассе, смешанный тип. В некоторых моделях, преимущественно внедорожниках, указывается расход при движении в условиях бездорожья, так как задействуются все 4 колеса и потребление бензина, дизеля значительно возрастает.

Главные величины двигателей авто: характеристики мотора

Двигатель внутреннего сгорания находится почти во всех автомобилях. Он устроен непросто. Поэтому обычному водителю в нем не разобраться сразу. Но когда вы покупаете автомобиль, говорят всегда о двигателе и его параметрах и свойствах. Давайте посмотрим технические характеристики двигателя и постараемся ответить на несколько основных вопросов.

1. Сколько цилиндров имеет двигатель? Сегодня в машинах можно встретить от двух до шестнадцати цилиндров. Так, если взять два двигателя с одинаковыми объемами и мощностью, они будут разными в других сферах.
2. Где находятся цилиндры? Расположены они последовательно, а могут и двухрядно.
3. Каковы объемные характеристики двигателя? Объем двигателя очень важен, потому что он действует на остальные свойства двигателя внутреннего сгорания. Обычно если увеличивать объем двигателя, то увеличивается его мощность, а соответственно и расход топлива становится больше.
4. Из чего сделан двигатель? Обычно он бывает из чугуна, который дает прочность двигателю, но весит немало.

Еще есть из алюминия. Вес у него небольшой и по прочности у него средние параметры. Еще есть из магния, которые по весу самые маленькие, А прочность очень хорошая, но стоит такой двигатель дорого.

Но это далеко не самые главные характеристики. На самом деле, мало кто из автовладельцев вообще задумывался о том, из какого материала произведён двигатель в их транспортном средстве. Более важными характеристиками являются следующие моменты:

• мощность двигателя. Она влияет на скорость и время разгона машины. Измеряется в лошадиных силах или ваттах;
• крутящий момент. В двигателе нагнетается максимальное тяговое усилие. На скорость сильно не влияет, на ускорение на низких оборотах оказывает сильное влияние;
• обороты в коленчатом валу. Чем больше эти обороты, тем резче динамика.

Расходные характеристики:

• расход бензина;
• какой марки топливо потребуется использовать;
• как расходуется масло;
• мало какого производителя рекомендует создатель авто.

Это важные основные свойства. Однако есть еще даже более сложные моменты:

• какой тип топлива в вашей машине. Двигатели бывают дизельные и бензиновые;
• система, которая впускает бензин. Сегодня в машинах впрыск происходит автоматически. А в старых карбюраторных машинах карбюраторная система впрыска;
• важен и компрессор. Атмосферные двигатели не имеют компрессора. А те, у которых он есть, называются компрессионные. Также еще есть турбонаддувные модели, являющиеся самыми новыми. Некоторые устанавливают сразу несколько компрессоров. Из-за этого улучшается стабильность в работе;
• в двигателе количество распределительных валов меняется по одному на каждые восемь клапанов.

Как же распределяется газ? Ответ очевиден: это или статический механизм, или динамический. Если менять высоту подъема клапанов, то удобно будет переключаться с одной скорости на другую.

Многоклапанные двигатели

Когда нижнеклапанные двигатели ушли в прошлое, клапаны перекочевали наверх в головку блока, и с тех пор их расположение не менялось. Чтобы избежать длинных толкателей, которые ограничивали возможность форсирования двигателя по оборотам (такая конструкция — инерционная и нежесткая), распределительный вал перенесли в головку блока, чем и закончилась трансформация. Потом росли только степень сжатия и обороты. Но если «оборотистый» двигатель и годится для гонок (правда, не для всех), то для повседневной эксплуатации он не подходит: высоки требования к материалам, из которых сделаны детали, топливу и маслам, велики токсичность выхлопа и эксплуатационные расходы. Пришлось искать другие пути.

Площадь четырех вписанных кругов больше, чем двух; соответственно больше проходное сечение каналов, которые прикрыты клапанами.

Идею двигателя с четырьмя клапанами на цилиндр не назовешь особо оригинальной или новаторской, но нельзя отрицать и то, что это достаточно простой способ улучшить наполнение цилиндра горючей смесью и удаление отработавших газов из него. Нарисуйте окружность и впишите в нее две другие максимально возможного диаметра, а затем попробуйте изобразить то же, но уже с четырьмя. Большая окружность обозначает цилиндр, а малые — каналы, закрытые клапанами. Невооруженным глазом видно, в каком случае площадь, занимаемая вписанными кругами, больше и, следовательно, больше проходное сечение впускного и выпускного каналов в головке двигателя.
Четыре клапана «спустились» с высот формулы 1 сначала на другие гоночные, затем на более простые спортивные автомобили, а сейчас они бодро «шествуют» от дорогих машин в средний класс и дальше, к малым и дешевым (этот этап начался в начале 1990-х).

Типичная схема механизма газораспределения двигателя (Mazda 121): зеленым цветом выделен распредвал, коричневым — клапаны с пружинами и фиксирующими деталями. Интересно, что рычаги распредвала выполнены из легкого сплава (показаны желтым цветом) и снабжены стальными роликами (красные). Видны винты для регулировки зазора с контргайками и свеча зажигания (эти детали — белые).

Двигателю с четырьмя клапанами на цилиндр вовсе не обязательно иметь два распределительных вала в головке, как думают иногда автолюбители. Есть моторы, в которых клапаны приводит один вал, например у «Мазды-121».

Двигатель автомобиля Mitsubishi Galant: два распределительных вала, гидравлические компенсаторы клапанного зазора — типичные для четырехклапанных моторов.

Двигатель более дорогого «Мицубиси-Галант» — уже с двумя распределительными валами, гидрокомпенсаторами клапанных зазоров. Заметим, что схема с двумя распредвалами применяется в четырехклапанных двигателях чаще.
Есть двигатели и с тремя клапанами на цилиндр: несколько таких моделей использует, например, Toyota на автомобилях Starlet и Corolla. В этом случае два клапана впускные, а один — выпускной. Это обусловлено тем, что для впуска требуется большее сечение: рабочая смесь хуже проходит по узким каналам, чем выхлопные газы.
Когда фирма Opel добавила к модификациям своей Vectra модную полноприводную, то едва не оступилась. Инертная трансмиссия, возросший вес машины почти свели на нет ее достоинства по сравнению с переднеприводной. Спасти положение помогла новая головка с четырьмя клапанами на цилиндр. Прибавилась мощность, динамика и скорость выросли под стать полноприводным амбициям. Это пример настоящей конструкторской удачи.
Если сечение каналов больше, это не значит, что топлива в цилиндры поступает больше и расход должен быть выше. Многоклапанные головки двигателя позволяют изменить распределение рабочей смеси по камере сгорания, снизить потери впуска и уменьшить количество оставшихся в цилиндрах отработавших газов. Все это увеличивает КПД двигателя, следовательно, появляется возможность уменьшить расход, хотя бы на некоторых режимах.
Двигатель потребляет не столько топлива, сколько войдет в цилиндры, система впрыска «определяют дозу» согласно желанию конструкторов. Но и разработчики иной раз вынуждены идти на уступки, например, применять высокооктановый бензин.
Конечно, улучшить характеристики автомобиля можно не только изменив конструкцию двигателя (увеличив число клапанов). Нередко вместе с этим изменяют передаточные числа в коробке передач, модифицируют систему впрыска топлива и т. д. Но все же ведущие фирмы широко применяют четырехклапанные двигатели.
В условиях современного производства затраты на выпуск технологически более сложной головки блока невелики, а повышенная цена автомобиля, как правило, оправдывается хорошими характеристиками и не отпугивает покупателя.
Некоторые ездят на четырехклапанных машинах, даже не подозревая об этом. Автомобильные фирмы иной раз упоминают о конструкции только в технических характеристиках: ведь потребителя волнуют эксплуатационные показатели, а не устройство двигателя. Другие, наоборот, стремятся подчеркнуть технический уровень или спортивные качества модели, тогда в названии появляются обозначения «16V», «24V». Первое говорит о том, что двигатель имеет четыре цилиндра и четыре клапана на цилиндр, всего шестнадцать, а второе — шесть цилиндров, по четыре клапана на каждый (6X4=24). Индексы трехклапанных двигателей «12V», «18V». Те же надписи могут быть и на клапанной крышке, а кроме них «DOHC» и «Twincam», что означает «два распределительных вала в головке». Если же рядом с «DOHC» не стоит «12V» или «24V», то двигатель вовсе не обязательно четырехклапанный: два распредвала могут быть и у обычного, двухклапанного.

Двигатель. Классификация, механизмы и системы ДВС

На современных тракторах и автомобилях в основном применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Внутри этих двигателей сгорает горючая смесь (смесь топлива с воздухом в определенных соотношениях и количествах). Часть выделяющейся при этом теплоты преобразуется в механическую работу.

Классификация двигателей

Поршневые двигатели классифицируют по следующим признакам:

• по способу воспламенения горючей смеси — от сжатия (дизели) и от электрической искры
• по способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные и газовые) и внутренним (дизели) смесеобразованием
• по способу осуществления рабочего цикла — четырех- и двухтактные;
• по виду применяемого топлива — работающие на жидком (бензин или дизельное топливо), газообразном (сжатый или сжиженный газ) топливе и мно­готопливные
• по числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровые и т.д.)
• по расположению цилиндров — однорядные, или линейные (цилиндры расположены в один ряд), и двухрядные, или V-образные (один ряд цилиндров размещен под углом к другому)

На тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют четырехтактные многоцилиндровые дизели, на автомобилях легковых, малой и средней грузоподъемности — четырехтактные многоцилиндровые карбюра­торные и дизельные двигатели, а также двигатели, работающие на сжатом и сжиженном газе.

Основные механизмы и системы двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из:

• корпусных деталей
• кривошипно-шатунного механизма
• газораспределительного механизма
• системы питания
• системы охлаждения
• смазочной системы
• системы зажигания и пуска
• регулятора частоты вращения

Устройство четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя показано на рисунке:

Рисунок. Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя:
1 — шестерни приводи распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — пружина; 5 — выпускная труба; 6 — впускная труба; 7 — карбюратор; 8 — выпускной кла­пан; 9 — провод к свече; 10 — искровая зажигательная свеча; 11 — впускной клапан; 12 — го­ловка цилиндра; 13 — цилиндр: 14 — водяная рубашка; 15 — поршень; 16 — поршневой палец; 17 — шатун; 18 — маховик; 19 — коленчатый вал; 20 — резервуар для масла (поддон картера).

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение ко­ленчатого вала и наоборот.

Механизм газораспределения (ГРМ) предназначен для своевременного соединения надпоршневого объема с системой впуска свежего заряда и вы­пуска из цилиндра продуктов сгорания (отработавших газов) в определенные промежутки времени.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (в карбюраторном и газовом двигателях) или наполнения ци­линдра воздухом и подачи в него топлива под высоким давлением (в дизеле). Кроме того, эта система отводит наружу выхлопные газы.

Система охлаждения необходима для поддержания оптимального теп­лового режима двигателя. Вещество, отводящее от деталей двигателя избы­ток теплоты, — теплоноситель может быть жидкостью или воздухом.

Смазочная система предназначена для подвода смазочного материала (моторного масла) к поверхностям трения с целью их разделения, охлажде­ния, защиты от коррозии и вымывания продуктов изнашивания.

Система зажигания служит для своевременного зажигания рабочей смеси электрической искрой в цилиндрах карбюраторного и газового двига­телей.

Система пуска — это комплекс взаимодействующих механизмов и сис­тем, обеспечивающих устойчивое начало протекания рабочего цикла в ци­линдрах двигателя.

Регулятор частоты вращения — это автоматически действующий меха­низм, предназначенный для изменения подачи топлива или горючей смеси в зависимости от нагрузки двигателя.

У дизеля в отличие от карбюраторного и газового двигателей нет сис­темы зажигания и в системе питания вместо карбюратора или смесителя ус­тановлена топливная аппаратура (топливный насос высокого давления, топ­ливопроводы высокого давления и форсунки).