Как работает бензиновый двигатель
Бензиновые двигатели используют в автомобилях, маленьких летательных аппаратах, мопедах, мотоциклах, скутерах, катерах и лодках. Такое широкое распространение объясняется их дешевизной, простотой обслуживания, надёжностью и доступностью.
Мощность бензинового двигателя составляет от 1 лошадиной силы для газонокосилок до 1 500 лошадиных сил для спортивных самолётов. Дальнейшее увеличение максимального числа нецелесообразно: возрастают изнашивание двигателя, его детонационные свойства и расход бензина. Особо мощные двигатели на бензине существуют, однако они имеют очень сложную в изготовлении и использовании структуру из цилиндров со звёздообразной компоновкой.
Рассмотрим работу четырехтактного бензинового двигателя. Каждый цилиндр оснащён впускным и выпускным клапанами, а внутри него с небольшим зазором движется поршень. Для перекрытия зазора в верхней части поршня устанавливаются компрессионные кольца, прижатые к поверхности цилиндра за счёт своей упругости.
Такт 1. Впуск
Первый такт работы двигателя называется впуск. Впускной клапан открывается, поршень движется вниз и создаёт в цилиндре пониженное давление, которое впускает воздух. Специальный инжектор впрыскивает расчётное количество топлива: это количество регулирует водитель через положение педали акселератора. Чем больше в цилиндр подаётся топлива, тем быстрее движется автомобиль: газы сгорания с повышенными скоростью и мощностью толкают поршень, возрастает мощность двигателя и скорость вращения коленчатого вала (обороты). После того, как поршень достигает нижней точки вращения, начинается второй такт – сжатие.
Такт 2. Сжатие
При сжатии выпускной клапан закрывается, и поршень сжимает топливно-воздушную смесь, двигаясь вверх. От сжатия смесь нагревается и бензин испаряется. Когда поршень достигает верхней точки движения (верхней метровой точки), в камере сгорания, между электродами свечи зажигания, создаётся высокое напряжение и мощная искра.
Топливно-воздушная смесь воспламеняется, начиная третий такт работы бензинового двигателя – рабочий ход.
Такт 3. Рабочий ход
При такте рабочего хода нарастающая температура увеличивает давление над поршнем, двигая его вниз и передавая крутящий момент через шатун на коленчатый вал двигателя. Когда поршень достигает нижней метровой точки, начинается заключительный такт – выпуск.
Такт 4. Выпуск
В такте выпуска открывается выпускной клапан, поршень движется вверх, выдавливая отработавшие газы сгорания в выпускной коллектор. Достигая верхней точки вращения, поршень возвращается к первому такту работы двигателя – впуску – и цикл повторяется.
Бензиновые двигатели – классический вид тепловых двигателей. Их КПД определяется зависимостью давления от объёма (цикла Карно). Желание увеличить КПД ведёт к увеличению степени сжатия топливно-воздушной смеси, что приводит к ужесточению требований к детонационной стойкости бензинов.
Для увеличения КПД двигателей изобретены четырёхклапанные системы впуска и выпуска газов, маловязкие энергосберегающие масла, поршни из композитных материалов с малым коэффицентом теплового расширения.
Главные достижения – это компьютеризированные системы управления впрыском топлива в цилиндры. Именно развитие таких систем и рост качества бензинов позволяет ужесточать требования к экологическим характеристикам бензиновых двигателей.
Популярные разделы |
Популярные статьи |
|
|
Поставщики бензинов и дизельного топлива |
Классификация ДТ в соответствии с техническим регламентом |
|
|
Все для АЗС и нефтебаз |
Какие контрольно-измерительные приборы используются на АЗС? |
|
|
Новости |
В чем разница между стандартами ГОСТ, ТУ и СТО для топлив? |
|
|
Реклама на портале |
Таблица температурных поправок |
Подписаться на рассылку
Чтобы не пропускать свежие новости из мира нефтегазовой отрасли, подпишитесь на рассылку от информационного портала «НефтьРегион»
Подписаться на рассылку
Бензиновый двигатель
К концу XVIII века человечество осознало необходимость найти замену сложным и требующим слишком много внимания паровым машинам.
Основную часть промышленного сектора в тот момент составляли небольшие предприятия и мастерские. Наиболее распространенными на производстве двигателями на тот момент громоздкие паровые машины. Они устраивали далеко не всех. Инженеры понимали, что для повышеня эффективности производства необходимы другие силовые установки — легко запускающиеся, малых размеров и мощности.
История изобретения бензинового двигателя
Предтечей появления двигателей внутреннего сгорания стало открытие светильного газа, сделанное на рубеже XVIII и XIX столетий французским инженером Ф. Лебоном.
Патент на способ его получения и использования он получил в 1799 году. Светильный газ стал настоящим прорывом в технике освещения.
А уже через 2 года Лебоном был получен следующий патент — на разработанную им конструкцию газового двигателя. Он состоял из камер смешения и двух компрессоров. Один из них накачивал в камеру сжатый воздух, другой – сжатый светильный газ из газогенератора.
Эта смесь поступала в рабочий цилиндр и воспламенялась. Рабочие камеры располагались по обе стороны поршня и действовали попеременно.
Газовый двигатель стал первым шагом к созданию двигателя внутреннего сгорания. Но, к сожалению, разработки в этом направлении приостановились с трагической гибелью Лебона. Дальнейшие попытки многих изобретателей не привели к появлению газовой силовой установки, способной конкурировать с паровой.
Первым в мире двигателем внутреннего сгорания считается агрегат, запатентованный Жаном Этьеном Ленуаром в 1859 году.
Бельгийский инженер решил воспламенять газовую смесь с помощью электрической искры. Двигатель Ленуара был двойного действия. Воздух и газ поочередно подавались нижним золотником в полости цилиндров, расположенных по обе стороны поршня. За выпуск отработанных газов отвечал верхний золотник. Воздух и газ поступали к золотнику по отдельным каналам, при этом всасывание смеси в полость происходило только до половины хода. Потом впускное окно перекрывалось, и электрическая искра воспламеняла получившуюся смесь, заставляя ее расширяться и толкать поршень.
Когда реакция заканчивалась, второй золотник выпускал отработанные газы. В это время в цилиндре, расположенном с другой стороны поршня, происходило воспламенение топливовоздушной смеси.
Чтобы избежать заклинивания поршня из-за термического расширеня, Ленуар дополнил свою конструкцию водяной системой охлаждения и системой смазки. Несмотря на низкий КПД (около 4%), сбои в системе зажигания, большой расход газа и смазки, двигатели Ленуара получили большое распространение и имели коммерческий успех.
В 1864 году появилась более совершенная газовая силовая установка, разработанная Августом Отто. Хотя он и отказался от электрического зажигания, предложенная им конструкция позволила добиться более полного расширения продуктов сгорания, а значит, и повысить КПД двигателя до 15%. Это превосходило показатели всех существовавших на тот момент устройств! К тому же, новый двигатель был экономичнее двигателя Ленуара в 5 раз.
Совершенствуя свое изобретение, Отто применил в конструкции кривошипно-шатунную передачу, заменившую зубчатую рейку.
А вскоре, вместе с промышленником Лангеном, приступил к выпуску четырехтактных газовых двигателей. Этот цикл является основой работы ДВС и до сегодняшнего дня.
Использование светильного газа в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания существенно ограничивало область их применения, поэтому активные поиски доступной альтернативы не прекращались. В 1872 году американцем Брайтоном был предложен «испарительный» карбюратор, в котором в качестве топлива применялся керосин. Но конструкция его была слишком несовершенна.
По настоящему работоспособный бензиновый двигатель появился только спустя 10 лет. Его разработал Готлиб Даймлер, бывший членом правления фирмы Отто. Он представил проект бензиновой силовой установки, применимой на транспорте, но идея была отвергнута его патроном. Поэтому в 1882 году Даймлер и Майбах уходят из фирмы «Отто и компания» и создают собственную мастерскую. Их цель была амбициозна: создать легкий, компактный и мощный двигатель, способный перемещать экипаж.
Первое детище Даймлера и Майбаха было стационарным. Процесс испарения бензина и система зажигания в нем были далеки от совершенства.
Простую и надежную систему предложил конструктор Д. Банки в 1893 году. Изобретенный им карбюратор стал прообразом современных. После этого прогресс в развитии ДВС начал стремительно набирать обороты. Увеличивались объем цилиндров и их количество. Широкое распространение получили 4-цилиндровые силовые установки, обеспечивающие равномерность вращения коленчатого вала.
В первый раз бензиновый двигатель был использован на велоколяске Карла Бенца. Немецкий автоконструктор построил ее в 1885 году. Трехколесная машина развивала скорость до 16 км/ч. А через 13 лет Карл Бенц создал уже четырехколесную велоколяску, мощностью 3 лошадиные силы, которая могла «мчаться» со скоростью 30 км/ч!
Первый — в привычном нам понимании — автомобиль с бензиновым двигателем увидел свет в 1895 году. Его создали французские инженеры Р. Панар и Э. Левассор. Машина имела кузов типа седан и оснащалась силовой установкой Даймлера, которая располагалась впереди и закрывалась крышкой капота.
Крутящийся момент передавался на задние колеса с помощью корданового вала. Автомобиль имел стенки кузова, лобовое стекло, крышу, резиновые шины, коробку передач и рычаг переключения скоростей. Так началась эпоха автомобилей с бензиновыми двигателями. Среди пионеров построения таких самоходных экипажей были З. Маркус, А. Пежо, Братья Рено, Ф. У. Ленчестер, Г. Остин и Г. Форд.
Устройство и принцип работы бензинового двигателя
Устройство и принцип работы современных бензиновых двигателей удобнее всего рассмотреть на примере одноцилиндровой четырехтактной установки, поскольку отличаются они только количеством цилиндров. Одноцилиндровый бензиновый двигатель состоит из: - глушителя; - пружины клапана; - карбюратора; - впускного клапана; - поршня; - свечи зажигания; - выпускного клапана; - шатуна; - маховика; - распределительного вала; — коленчатого вала.
Такт сжатия происходит при следующей половине оборота коленчатого вала.
Поршень перемещается из НМТ в ВМТ. Оба клапана в этот момент остаются закрытыми. Рабочая смесь сжимается, в цилиндре возрастает давление и температура.
Такт расширения по сути является рабочим ходом. После завершения сжатия рабочей смеси, происходит ее воспламенение от искры, создаваемой свечой. Процесс сгорания приводит к возрастанию температуры и давления (2,500 гр.С и 5 МПа). Поршень начинает двигаться вниз и воздействует на шатун, который толкает коленчатый вал, предавая ему вращательное движение. Полезная работа такта расширения заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Когда поршень приближается к НМТ, происходит открытие выпускного клапана, открывающего путь отработанным газам. Температура и давление в цилиндре падает (1,200 гр. С, 0,65 МПа).
Такт выпуска начинается с движением поршня в ВМТ. При этом выталкиваются отработанные газы в полностью открытый выпускной клапан. По окончании такта выпуска температура и давление в цилиндре падают (500 гр. С, 0,1 МПа).
Но определенный процент отработанных газов остается в цилиндре и участвует в образовании рабочей смеси следующего такта.
Четыре такта работы двигателя повторяются циклически. Маховик, прикрепленный к коленчатому валу, способствует ровной и устойчивой работе установки.
Достоинства и недостатки бензиновых двигателей ДВС
Преимущества бензиновых ДВС — значительная мощности на единицу объема, большой ресурс, простота выхлопной системы.
Кроме того, следует отметить низкий уровень шума работы силовой установки и отсутствие необходимости в стартере. Бензиновые ДВС достигают больших оборотов и поэтому успешно применяются в небольших автомобилях и обеспечивают агрессивную динамику езды.
Недостатками бензиновых двигателей являются низкий КПД (до 30%), высокие требования к качеству топливной смеси и низкая эффективность на малых оборотов. В последнее время много нареканий звучит в адрес экологических показателей бензиновых ДВС.
Высокое содержание в выхлопных газах окиси углерода пагубно влияет на окружающую среду.
Кроме этого, подобные двигатели укрепляют зависимость мирового автомобильного парка от, увы, небезграничных природных ресурсов. И, хотя, бензиновые ДВС далеко не полностью исчерпали свои потенциальные возможности, во всем мире ведутся активные поиски и разработки альтернативного топлива и источников энергии.
бензиновый двигатель| Эксплуатация, топливо и факты
V-образный двигатель
См. все СМИ
- Ключевые сотрудники:
- Зигфрид Маркус Готлиб Даймлер Карл Бенц
- Похожие темы:
- Г-образный двигатель двигатель Отто двигатель Ленуара двигатель с верхним расположением распредвала двигатель с верхним расположением клапанов
Просмотреть весь связанный контент →
Сводка
Прочтите краткий обзор этой темы
бензиновый двигатель , любой из классов двигателей внутреннего сгорания, которые вырабатывают энергию за счет сжигания летучего жидкого топлива (бензина или бензиновой смеси, такой как этанол) с воспламенением, инициируемым электрической искрой.
Типы двигателей
Бензиновые двигатели можно разделить на несколько типов в зависимости от нескольких критериев, включая их применение, метод управления подачей топлива, зажигание, расположение поршня и цилиндра или ротора, ходы за цикл, систему охлаждения и клапан тип и расположение.
В этом разделе они описаны в контексте двух основных типов двигателей: поршневых и цилиндровых двигателей и роторных двигателей. В поршне-цилиндровом двигателе давление, создаваемое сгоранием бензина, создает силу на головке поршня, которая совершает возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение по всей длине цилиндра. Эта сила отталкивает поршень от головки цилиндра и совершает работу. Роторный двигатель, также называемый двигателем Ванкеля, не имеет обычных цилиндров с возвратно-поступательными поршнями. Вместо этого давление газа действует на поверхности ротора, заставляя ротор вращаться и, таким образом, выполнять работу.
Большинство бензиновых двигателей представляют собой поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением. Основные узлы поршневого двигателя показаны на рисунке. Почти все двигатели этого типа работают либо по четырехтактному, либо по двухтактному циклу.
Четырехтактный цикл
Из различных методов извлечения энергии из процесса сгорания наиболее важным до сих пор был четырехтактный цикл, концепция которого впервые была разработана в конце 19 века.
Четырехтактный цикл показан на рисунке. При открытом впускном клапане поршень сначала опускается на такте впуска. Воспламеняющаяся смесь паров бензина и воздуха всасывается в цилиндр за счет создаваемого таким образом частичного вакуума. Смесь сжимается по мере того, как поршень поднимается в такте сжатия при закрытых обоих клапанах. По мере приближения к концу хода заряд воспламеняется электрической искрой. Затем следует рабочий такт, когда оба клапана все еще закрыты, а давление газа из-за расширения сгоревшего газа давит на головку или головку поршня. Во время такта выпуска восходящий поршень вытесняет отработавшие продукты сгорания через открытый выпускной клапан. Затем цикл повторяется. Таким образом, для каждого цикла требуется четыре хода поршня — впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск — и два оборота коленчатого вала.
Недостаток четырехтактного цикла состоит в том, что выполняется только половина рабочих тактов по сравнению с двухтактным циклом ( см. ниже ), и только вдвое меньше мощности можно ожидать от двигателя данного размера при заданная рабочая скорость.
Однако четырехтактный цикл обеспечивает более надежную очистку от выхлопных газов (продувку) и перезагрузку цилиндров, уменьшая потерю свежего заряда в выхлопных газах.
Газовый двигатель Тип 6 | ИННИО Дженбахер
Двигатели Jenbacher type 6, постоянно совершенствуемые на основе обширного опыта компании Jenbacher, представляют собой надежные, передовые продукты, работающие в диапазоне мощностей от 1,8 до 4,5 МВт. Скорость вращения двигателя 1500 об/мин обеспечивает высокую удельную мощность и низкие затраты на установку. Камера предварительного сгорания типа 6 обеспечивает максимальную эффективность при низком уровне выбросов. Проверенная конструкция и оптимизированные компоненты обеспечивают срок службы 60 000 часов работы до первого капитального ремонта.
- Высочайший уровень электрической эффективности
- Высочайший уровень надежности
- Долгая история развития
- Прочная конструкция для различных газов
- Высокая плотность на выходе при 1500 об/мин
- Контроль сжигания обедненной смеси LEANOX® обеспечивает минимальные выбросы
- Предкамерное сжигание обеспечивает максимальную эффективность
- Байпас турбонагнетателя выравнивает экстремальные условия эксплуатации
- Внешний сухой выпускной коллектор обеспечивает долгий срок службы головки блока цилиндров
- Избирательный контроль детонации для каждого цилиндра обеспечивает оптимальную защиту
INNIO Jenbacher J624
Компания Jenbacher представила первый в мире 24-цилиндровый газовый двигатель для коммерческой эксплуатации.
Jenbacher J624 GS с мощностью, достаточной для питания 9000 европейских домохозяйств, представляет собой качественный скачок в технологии газовых двигателей. Этот уникальный продукт, разрабатываемый в течение двух лет, дополняет наше портфолио газовых двигателей еще одним решением, использующим несколько источников топлива для защиты окружающей среды и основанным на обширном опыте Jenbacher.
- Низкие затраты на установку и эксплуатацию
- Низкий удельный расход топлива
- Высокая удельная мощность
- Высокая степень рекуперации тепла
- Электрическая мощность 4,5 МВт
- Работа на обедненной смеси, турбонаддув, охлаждение смесью
- 24-цилиндровый при 1500 об/мин
- Компактная упаковка
- Виброизоляционная система
Jenbacher J624 компании Jenbacher доступен как первый в мире двухступенчатый газовый двигатель с турбонаддувом. Новый уровень инженерного совершенства, J624 предлагает вам значительные преимущества, особенно в области многодвигательных электростанций для независимой выработки электроэнергии и решений для комбинированного производства тепла, электроэнергии и когенерации (ТЭЦ).