С какой целью в современных двигателях используют по четыре клапана на каждый цилиндр вместо двух
Перейти к содержимому

С какой целью в современных двигателях используют по четыре клапана на каждый цилиндр вместо двух

  • автор:

С какой целью в современных двигателях используют по четыре клапана на каждый цилиндр вместо двух

Тестовые вопросы по устройству двигателя и его систем

Задание для обучающихся по специальностям:
23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»
23.02.07 «Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей»

ПМ.01 мдк.01.01 «Устройство автомобилей»

Тестовый опрос

по теме «Двигатель и его системы»

Внимательно прочитайте тестовые вопросы и постарайтесь выбрать правильные варианты ответов, отметив их галочкой.

Как работает двигатель внутреннего сгорания

Открывая крышку капота, Вы когда-нибудь задумывались о том, как работает двигатель? Для непосвященного человека двигатель выглядит как кусок металла с трубками и проводами. Возможно, Вам просто из любопытства интересно узнать, как же работает двигатель. Или, может быть, Вы собираетесь купить новый автомобиль и слышите фразы "3.0 л V-6", "двухраспредвальный вид головки" или "отрегулированный тракт впрыска топлива". Что все это такое?

В данной статье мы расскажем об устройстве двигателя, его компонентах, о том, как они работают вместе, какие могут возникнуть неполадки и как увеличить производительность.

Содержание статьи

  1. Введение
  2. Внутреннее сгорание
  3. Устройство двигателя
  4. Неполадки двигателя
  5. Клапанный механизм и система зажигания двигателя
  6. Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя
  7. Читайте также » Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя
  8. Увеличение мощности двигателя
  9. Часто задаваемые вопросы по двигателям
  10. Чем 4-цилиндровый двигатель отличается от V-образного шестицилиндрового двигателя?
  11. Узнать больше
  12. Читайте также Статьи про все типы двигателей

Бензиновый автомобильный двигатель предназначен для преобразования энергии бензинового топлива для движения автомобиля. В настоящий момент самым простым способом привести автомобиль в движение является сгорание бензина в двигателе. В связи с тем, что двигатель автомобиля является двигателем внутреннего сгорания, сгорание топлива происходит внутри двигателя.

  • Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
  • Также существуют и двигатели внешнего сгорания. Паровые двигатели в поездах старого образца и пароходах являются наглядным примером двигателей внешнего сгорания. В паровых двигателях топливо (уголь, дрова, масло и т.д.) сгорает вне двигателя для получения пара, который уже приводит двигатель в движение. Внутреннее сгорание является более эффективным (расход топлива на 1км значительно ниже) чем внешнее сгорание, помимо этого размеры двигателей внутреннего сгорания намного меньше двигателей внешнего сгорания. Именно поэтому нам не встречаются автомобили Ford или GM на паровых двигателях.

Принцип работы любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: Если поместить небольшой объем высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшой закрытый сосуд и воспламенить, то в результате высвободится огромное количество энергии в виде расширяющегося газа. Этой энергии хватит для запуска картофелины на 1510м. В данном случае энергия используется для движения картофелины. Данную энергию можно использовать в более интересных целях. Например, если у Вас получится создать цикл, который позволит производить взрывы с частотой несколько сотен раз в минуту, и если Вам удастся эффективно использовать данную энергию, то Вы получите основную часть автомобильного двигателя!

Рисунок 1

На сегодняшний день практически во всех автомобилях используется так называемый четырехтактный цикл сгорания для преобразования энергии топлива в механическую энергию. Четырехтактный принцип работы также называют Цикл Отто, в честь Николауса Отто, который изобрел его в 1867г. Все четыре такта представлены на рисунке 1. Эти такты:

  • Такт впуска
  • Такт сжатия
  • Рабочий такт
  • Такт выпуска
  1. Поршень начинает движение сверху, впускной клапан открывается, поршень движется вниз для наполнения цилиндра воздухом и бензином. Это такт впуска. На данном этапе для смеси топлива и воздуха требуется лишь небольшое количество бензина. (Часть 1 рисунка)
  2. Затем поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. Сжатие способствует более мощному взрыву. (Часть 2 рисунка)
  3. Как только поршень достигает верхней точки, срабатывает свеча зажигания, которая воспламеняет топливо. Происходит взрыв бензина, при этом поршень движется вниз. (Часть 3 рисунка)
  4. Как только поршень достигает нижней точки хода, открывается выпускной клапан для вывода продуктов сгорания по выхлопной трубе. (Часть 4 рисунка)

В следующем разделе мы предлагаем рассмотреть детали, которые обеспечивают работу двигателя, начиная с цилиндров.

Устройство двигателя

Цилиндр является самой важной частью двигателя, поршень совершает поступательные движения в цилиндре. Вышеописанный двигатель имеет один цилиндр. Такой двигатель типичен для газонокосилок, однако в автомобильные двигатели имеют более одного цилиндра (обычно четыре, шесть или восемь). В многоцилиндровых двигателях цилиндры расположены в одном из трех порядков: линейно, V-образно или оппозитно (т.н. двигатель с горизонтальными противолежащими цилиндрами или оппозитный двигатель).

Рисунок 2. Линейное расположение — Цилиндры расположены линейно в один ряд.

Рисунок 3. V-образное — Цилиндры расположены линейно в два ряда под углом друг к другу.

Рисунок 4. Оппозитное — Цилиндры расположены линейно в два ряда с противоположных сторон двигателя.

Говоря об управляемости, затратах на производство и характеристиках формы, необходимо отметить, что различные конфигурации имеют свои преимущества и недостатки. Благодаря этим преимуществам и недостаткам определенные типы двигателей подходят для определенных автомобилей.

Давайте более подробно рассмотрим основные детали двигателя.

Свеча зажигания
Свеча зажигания подает искру для воспламенения топливно-воздушной смеси, что обеспечивает процесс сгорания. Для правильной работы двигателя искра должна подаваться в строго определенный момент.

Клапаны
Впускной и выпускной клапаны открываются в определенный момент для впуска топлива и воздуха и выпуска выхлопа. Обратите внимание, что оба клапана закрыты во время тактов сжатия и сгорания для обеспечения герметичности камеры сгорания.

Поршень
Поршень — это металлическая деталь цилиндрической формы, которая движется вверх и вниз внутри цилиндра.

Поршневые кольца
Поршневые кольца обеспечивают скользящее уплотнение между внешней кромкой поршня и внутренней кромкой цилиндра. Кольца используются для двух целей:

  • Они препятствуют попаданию топливно-воздушной смеси в картер из камеры сгорания в процессе такта сжатия и рабочего такта.
  • Они препятствуют попаданию масла из картера в камеру сгорания, где оно может сгореть.

Шатун
Шатун соединяет поршень и коленвал. Он может вращаться с обеих сторон для изменения угла во время движения поршня и вращения коленвала.

Коленвал
Коленвал преобразует поступательное движение поршней во вращательное как рычаг "чертика из табакерки".

Картер
Картер окружает коленвал. В нем находится некоторое количество масла, которое собирается в нижней части картера (поддоне картера).

Далее мы узнаем о неполадках двигателя.

Неполадки двигателя

Итак, одним прекрасным утром Вы садитесь в машину, а двигатель не заводится. Что же случилось? Теперь, когда Вы знакомы с принципом работы двигателя, Вы сможете разобраться с основными проблемами, которые мешают запуску двигателя. Три наиболее частые неполадки: плохая топливная смесь, недостаточная компрессия, отсутствие искры. Помимо вышеперечисленных, могут возникнуть тысячи других проблем, но мы остановимся на "большой тройке". Основываясь на простом двигателе, который мы описывали, мы расскажем о том, как эти проблемы могут повлиять на Ваш двигатель:

Плохая топливная смесь — Данная проблема может возникнуть по нескольким причинам:

  • У Вас закончился бензин, поэтому в двигатель поступает только воздух без топлива.
  • У Вас забилось впускное отверстие воздуха, поэтому поступает только топливо.
  • Топливная система подает слишком много или мало топлива, в результате чего сгорание не происходит надлежащим образом.
  • Возможно, в топливе присутствуют примеси (например, в бензобак попала вода), которые препятствуют сгоранию.
  • Износ поршневых колец (топливно-воздушная смесь вытекает за пределы поршня в процессе сжатия).
  • Недостаточное уплотнение клапана впуска или выпуска, что опять же вызывает протечку.
  • В цилиндре имеются повреждения.

Регулярное техническое обслуживание может помочь избежать ремонта

Отсутствие искры — Искра может быть слишком слабой или отсутствовать вообще по следующим причинам:

  • При износе свечи зажигания или ее провода может наблюдаться слабая искра.
  • При повреждении или обрыве провода или система, передающая искру, не функционирует надлежащим образом, искра может отсутствовать.
  • Если искра подается слишком рано или поздно во время цикла (т.е. если регулировка зажигания отключена), воспламенение топлива не произойдет в нужный момент, что может повлечь к различным проблемам.
  • Если аккумулятор разряжен, Вы также не сможете завести двигатель.
  • Если подшипники, которые обеспечивают свободное вращение коленвала, изношены, коленвал не сможет вращаться, в результате чего двигатель не заведется.
  • Если открытие/закрытие клапанов не происходит в нужный момент и не происходит вообще, воздух не сможет поступать и выходить, что будет препятствовать работе двигателя.
  • Если кто-то засунет картофелину Вам в выхлопную трубу, выхлоп не будет выпущен из цилиндра, поэтому двигатель не заведется.
  • Если у Вас закончилось масло, поршень не сможет свободно двигаться в цилиндре, в результате чего двигатель заклинит.
  • В исправно работающем двигателе все эти факторы находятся в допустимых пределах.

Клапанный механизм и система зажигания двигателя

Большинство подсистем двигателя может быть установлено с использованием различных технологий, а новые технологии могут улучшить показатели двигателя. Далее мы рассмотрим различные подсистемы, которые используются в современных двигателях, начиная с клапанного механизма.

Клапанный механизм состоит из клапанов и механизма, который открывает и закрывает их. Открывающая и закрывающая система называется распредвал. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз ,как показано на Рисунке 5.

Рисунок 5. Распредвал

В большинстве современных автомобилей используются так называемые верхнерасположенные распредвалы. Распредвал имеет кулачки, которые перемещают клапаны вверх-вниз, как показано на Рисунке 5. Кулачки воздействуют на клапаны напрямую или посредством очень короткой тяги. В старых моделях двигателей распредвал расположен в картере рядом с коленвалом. Штифты соединяют нижнюю часть кулачков с толкателями клапанов, расположенными над клапанами. В таком устройстве имеется больше движущихся частей, в результате чего возникает отставание между временем активации кулачка и последующим перемещением клапана. Ремень ГРМ или цепь ГРМ соединяет коленвал с распредвалом таким образом, чтобы клапаны двигались синхронно с поршнями. Скорость вращения распредвала в два раза ниже, чем у коленвала. Во многих мощных двигателях на каждый цилиндр установлено по четыре клапана (два впускных и два выпускных), такая конструкция требует наличия двух распредвалов на блок цилиндров, отсюда и название "двухраспредвальный вид головки". Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает распредвал".

Система зажигания (Рисунок 6) генерирует электрический разряд высокого напряжения и передает его от свечи зажигания по проводам зажигания. Вначале заряд поступает на распределитель, который Вы легко можете найти под капотом большинства автомобилей. Распределитель имеет один провод, входящий в центре и четыре, шесть или восемь проводов (в зависимости от количества цилиндров), выходящие их него. Эти провода зажигания передают заряд на каждую свечу зажигания. Зажигание двигателя отрегулировано таким образом, что за один раз искру от распределителя получает только один цилиндр. Такая конструкция обеспечивает максимальную равномерность работы. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает автомобильная система зажигания".

Рисунок 6. Система зажигания

В следующем разделе мы рассмотрим, как происходит запуск, охлаждение и циркуляция воздуха в двигателе.

Системы охлаждения, воздухозабора и запуска двигателя

В большинстве автомобилей система охлаждения состоит из радиатора и водяного насоса. Охлаждающая жидкость циркулирует по охлаждающей рубашке цилиндров, затем попадает в радиатор для охлаждения. В некоторых автомобилях (преимущественно в Volkswagen Жук) и в большинстве мотоциклов и газонокосилок используется воздушное охлаждение двигателей (двигатель с воздушным охлаждением легко узнать по ребрам на внешней стороне цилиндров, которые рассевают тепло). Двигатели с воздушным охлаждением намного легче, но охлаждаются хуже, что снижает их срок эксплуатации и производительность. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система охлаждения".

На схеме представлено соединение патрубков системы охлаждения

Итак, теперь Вы знаете, что и как охлаждает двигатель Вашего автомобиля. Но почему так важна циркуляция воздуха? Большинство двигателей является безнаддувными, т.е. воздух поступает через воздушные фильтры непосредственно в цилиндры. Более мощные двигатели либо имеют турбонаддув, либо наддув, т.е. воздух поступает в двигатель под давлением (для подачи в цилиндр большего объема топливно-воздушной смечи) для увеличения мощности двигателя. Уровень сжатия воздуха называется наддув. При турбонаддуве используется небольшая турбина, установленная на выхлопную трубу для вращения нагнетающей турбины входящим потоком воздуха. Турбокомпрессор устанавливается непосредственно на двигатель для вращения компрессора.

Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает турбокомпрессор".

Увеличение мощности двигателя — это, конечно, хорошо, но что же происходит когда Вы поворачиваете ключ? Система запуска состоит из электростартера и соленоида стартера. При повороте ключа зажигания, стартер несколько раз проворачивает двигатель для начала процесса сгорания. Для запуска холодного двигателя требуется мощный стартер. Стартер должен преодолеть:

  • Любое собственное трение, вызванное поршневыми кольцами
  • Давление сжатия любого из цилиндров во время такта сжатия
  • Энергию, необходимую для открытия и закрытия клапанов распредвалом
  • А также действие всех остальных деталей, установленных непосредственно на двигателе, например водяного насоса, масляного насоса, генератора и т.д.

В следующем разделе мы расскажем о подсистемах двигателя, которые отвечают за то, что в него поступает (масло и топливо) и что выходит (выхлоп и выбросы).

Системы смазки, подачи топлива, выхлопа и электросистема двигателя

Когда дело касается повседневного обслуживания, скорее всего Вас, прежде всего, заинтересует количество бензина в бензобаке Вашего автомобиля. Каким же образом бензин, которым Вы заправляетесь, заставляет работать цилиндры? Топливная система при помощи насоса подает топливо из бензобака и смешивает его с воздухом в определенных пропорциях для того, чтобы топливно-воздушная смесь затем поступала в цилиндры. Существует три способа подачи топлива: карбюрация, впрыск во впускные каналы и непосредственный впрыск.

  • При карбюрации устройство, которое называется карбюратор, смешивает бензин с воздухом при подаче воздуха в двигатель.
  • В двигателях с впрыском топлива необходимое количество топлива впрыскивается в каждый цилиндр отдельно либо над впускным клапаном (впрыск во впускные каналы), либо в сам цилиндр (непосредственный впрыск).

Масло также играет очень важную роль. Система смазки обеспечивает подачу масла для каждой движущейся детали для того, чтобы они свободно двигались. Прежде всего, смазка требуется поршням (для их плавного движения в цилиндрах) и подшипникам, которые обеспечивают вращение таких деталей, как коленвал и распредвал. В большинстве автомобилей масла из поддона картера подается при помощи масляного насоса, проходит через масляный фильтр для удаления абразивных частиц, после чего под давлением поступает на подшипники и стенки цилиндра. Затем масло стекает обратно в картер, где оно собирается, после чего цикл повторяется.

Выхлопная система автомобиля Porsche 911

Теперь, когда Вы уже кое-что знаете о том, что заливается в автомобиль, давайте рассмотрим, что же из него выходит. Выхлопная система состоит из выхлопной трубы и глушителя. Если глушитель не установлен, то Вы сможете услышать звуки тысяч небольших взрывов, доносящихся из выхлопной трубы. Глушитель заглушает эти звуки. Выхлопная система также включает в себя и каталитический дожигатель выхлопных газов. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает каталитический дожигатель выхлопных газов".

В большинстве современных автомобилей система понижения токсичности выхлопа состоит из каталитического дожигателя выхлопных газов, и набора датчиков и приводов и компьютера, который отслеживает и регулирует происходящие процессы. Например, каталитический дожигатель использует катализатор и кислород для сжигания неотработанного топлива и некоторых других химических веществ, содержащихся в выхлопе. Датчик кислорода отвечает за количество кислорода в выхлопе, достаточное для работы катализатора, при необходимости датчик производит дополнительную регулировку.

Что еще помимо бензина питает Ваш автомобиль? Электросистема состоит из аккумулятора и генератора. Генератор соединяется с двигателем при помощи ремня и генерирует ток для зарядки аккумулятора. Аккумулятор подает 12 вольт на все системы, которым требуется электропитание (система зажигания, радио, фары, стеклоочистители, электрические стеклоподъёмники и сиденья с электрическим приводом регулировки, компьютеры и т.д.).

Теперь, когда Вы все узнали про подсистемы двигателя, мы расскажем о том, как увеличить мощность двигателя.

Увеличение мощности двигателя

Прочитав данную статью, Вы увидите, что существует множество способов увеличения показателей Вашего двигателя. Производители автомобилей постоянно экспериментируют со следующими параметрами для увеличения мощности двигателя или снижения расхода топлива.

Увеличение рабочего объема — Большой рабочий объем способствует увеличению мощности, т.к. при каждом обороте двигателя сгорает больше топлива. Увеличить рабочий объем можно, установив большие или дополнительные цилиндры. Практика показывает, что не имеет смысла устанавливать более 12 цилиндров.

Увеличение степени сжатия — Увеличение степени сжатия способствует увеличению мощности. Однако, чем сильнее происходит сжатие топливно-воздушной смеси, тем выше вероятность ее самовозгорания (еще до срабатывания свечи зажигания). Высокооктановый бензин предотвращает раннее сгорание топлива. Именно по этой причине мощные автомобили необходимо заправлять высокооктановым бензином — в их двигателях используется более высокая степень сжатия для увеличения мощности.
Увеличение объема подаваемой смеси — При увеличении подачи воздуха (и, соответственно, топлива), не изменяя размер цилиндра, можно увеличить мощность (точно также, как при увеличении размера цилиндра). Турбокомпрессоры и компрессоры наддува повышают давление поступающего воздуха, благодаря чему в цилиндр можно подать больше воздуха. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает турбокомпрессор".

Охлаждение поступающего воздуха — При сжатии воздуха, его температура повышается. Поэтому лучше обеспечивать подачу более холодного воздуха в цилиндр, т.к. чем выше температура воздуха, тем меньше его расширение при сгорании. По этой причине во многих двигателях с наддувом и турбонаддувом используются охладители воздуха. Охладитель воздуха — это специальный радиатор, по которому сжатый воздух проходит для охлаждения перед подачей в цилиндр. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система охлаждения".

Облегчение подачи воздуха — При движении поршня вниз во время такта впуска, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух впускных клапанов на каждый цилиндр. В некоторых современных автомобилях используются полированные впускные коллекторы для снижения сопротивления воздуха. Установка больших воздушных фильтров также может улучшить подачу воздуха.

Облегчение выпуска выхлопа — При выпуске выхлопа из цилиндра, сопротивление воздуха может снизить мощность двигателя. Сопротивление воздуха может быть снижено благодаря установке двух выпускных клапанов на каждый цилиндр (автомобиль с двумя впускными и двумя выпускными клапанами имеет по четыре клапана на каждый цилиндр, что увеличивает мощность двигателя — когда Вы слышите рекламу автомобиля, в которой говорится, что у него 4 цилиндра и 16 клапанов, это означает, что в двигателе установлено по четыре клапана на каждый цилиндр). Если выхлопная труба слишком узкая или сопротивление воздуха в глушителе слишком высокое, то это может создать противодавление, что также снизит мощность. В высокоэффективных выхлопных системах используются выпускные коллекторы, широкие выхлопные трубы и глушители для предотвращения образования противодавления в выхлопной системе. Поэтому, когда Вы слышите, что в автомобиле установлена "раздельная система выпуска", это значит, что для улучшения выпуска отработанных газов используется две выхлопных трубы вместо одной.

Снижение массы — Чем легче детали, тем эффективнее работает двигатель. Каждый раз, когда поршень меняет направления движения, он затрачивает энергию на то, чтобы прекратить движение в одну сторону и начать в другую. Чем легче поршень, тем меньше энергии ему требуется.

Впрыск топлива — Система впрыска топлива обеспечивает очень точное дозирование топлива для каждого цилиндра. Благодаря этому увеличивается мощность и снижается расход топлива. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает система впрыска топлива".

Часто задаваемые вопросы по двигателям

Ниже приведены наиболее часто задаваемые вопросы наших читателей, а также ответы на них:

  • Чем отличаются бензиновые и дизельные двигатели? В дизельных двигателях отсутствует свеча зажигания. Дизельное топливо подается в цилиндр, возгорание происходит под действием тепла и давления во время такта сжатия. Энергетическая плотность дизеля значительно выше, чем у бензина, поэтому дизельный двигатель рассчитан на больший пробег. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает дизельный двигатель".
  • Чем отличаются двухтактные и четырехтактные двигатели? В большинстве бензопил и лодочных моторов используются двухтактные двигатели. В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны, а свеча зажигания дает искру каждый раз, когда поршень находится в верхней точке хода. Через отверстие в нижней части стенки цилиндра происходит впуск топлива и воздуха. Когда поршень движется вверх, сжимая смесь, свеча зажигания дает искру для начала процесса сгорания, отработанные газы выходят через другое отверстие в стенке цилиндра. В двухтактных двигателях необходимо смешивать масло с бензином, т.к. отверстия в стенках цилиндров не допускают использование уплотнительных колец для герметизации камеры сгорания. В общем, двухтактные двигатели являются достаточно мощными для своих размеров, т.к. в них на один поворот двигателя происходит в два раза больше циклов сгорания. Однако, двухтактный двигатель расходует больше бензина и сжигает большое количество масла, соответственно, он наносит больший вред экологии. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает двухтактный двигатель".
  • В этой статье Вы упоминали паровые двигатели — существуют ли какие-либо преимущества паровых двигателей или других двигателей внешнего сгорания? Единственное преимущество паровых двигателей заключается в том, что в качестве топлива можно использовать все, что горит. Например, в паровом двигателе в качестве топлива можно использовать уголь, газеты, дрова, в то время как для работы двигателя внутреннего сгорания требуется очищенное высококачественное жидкое или газообразное топливо. Для получения более подробной информации читайте статью "Как работает паровой двигатель".
  • Используются ли в автомобильных двигателях какие-либо другие циклы помимо цикла Отто? Как говорилось ранее, в двухтактных и дизельных двигателях используются другие циклы работы. В двигателе автомобиля Mazda Millenia используется модифицированный цикл Отто, который называется цикл Миллера. В газотурбинных двигателях используется цикл Брайтона. В дизельных ротационных двигателях Ванкеля используется цикл Отто, однако он происходит совершенно по-другому в отличие от четырехтактных поршневых двигателей.
  • Зачем нужно устанавливать восемь цилиндров? Почему нельзя установить один большой цилиндр с таким же рабочим объемом, как у восьми цилиндров? По ряду причин в 4.0л двигателе используется восемь цилиндров объемом пол-литра каждый, а не один большой 4-литровый цилиндр. Основная причина — это равномерность работы. V-образный восьмицилиндровый двигатель работает более равномерно, т.к. в нем происходит восемь взрывов с равными интервалами вместо одного сильного взрыва. Другая причина — это начальный крутящий момент. Когда Вы заводите V-образный восьмицилиндровый двигатель, Вам необходимы только два цилиндра (1л) во время их тактов сжатия, если использовать один большой цилиндр, то придется производить сжатие 4 литров.

Количество цилиндров в двигателе играет важную роль в его мощности. Каждый цилиндр имеет поршень, который движется внутри него, эти поршни соединены с коленвалом и вращают его. Чем больше используется поршней, тем больше происходит сгораний топлива в определенный момент времени. Это означает, что за меньшее время может быть выработано больше мощности.

4-цилиндровые двигатели обычно имеют "прямое" или "линейное" расположение цилиндров, в то время как в 6-цилиндровых двигателях используется более компактное V-образное расположение, поэтому они и называются V-образные 6-цилиндровые двигатели. Американские производители автомобилей остановили свой выбор на V-образных 6-цилиндровых двигателях, т.к. являются более мощными и тихими, оставаясь при этом достаточно легкими и компактными для установки в автомобили.

4-цилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров автомобиля Lotus Elise

Исторически сложилось так, что американские автовладельцы отвернулись от 4-цилиндровых двигателей, считая их медленными, слабыми, работающими неравномерно и дающими слабое ускорение. Однако, когда такие японские производители автомобилей, как Honda и Toyota стали устанавливать мощные 4-цилиндровые двигатели в 1980-х и 90-х, американцы по достоинству оценили эти компактные двигатели. Даже, несмотря на то, что такие японские автомобили, как Toyota Camry имели огромный успех по сравнению с аналогичными моделями американских производителей, в США продолжался выпуск автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями, т.к. считалось, что американцам необходимы мощные автомобили. На сегодняшний день, в связи с ростом цен на бензин и обострившейся экологической ситуацией, Детройт переходит на 4-цилиндровые двигатели благодаря их низкому расходу топлива и меньшим выбросам в атмосферу.

3,8л V-образный 6-цилиндровый двигатель с турбонаддувом автомобиля Nissan GT-R.

Что касается будущего 6-цилиндровых двигателей, то за последние годы были максимально устранены различия между 4-цилиндровыми и 6-цилиндровыми двигателями. Для того, чтобы соответствовать требованиям низкого расхода бензина и уровня выхлопных газов, производители приложили много усилий по улучшению работы 6-цилиндровых двигателей. Большинство современных автомобилей с 6-цилиндровыми двигателями соответствуют стандартам расхода топлива уровня выхлопов, установленных для компактных 4-цилиндровых двигателей. Таким образом, различия в эффективности и мощности этих двух типов двигателей ослабевают, и принятие решения о покупке 4-цилиндрового или 6-цилиндрового двигателя сводится к их стоимости. Что касается моделей автомобильных, доступных с обоими типами двигателей, конфигурация с 4-цилиндровым двигателем стоит дешевле до $1000 по сравнению с 6-цилиндровым. Таким образом, независимо от мощности автомобиля, 4-цилиндровый двигатель поможет Вам сэкономить.

И, напоследок: Не стоит пытаться установить 6-цилиндровый двигатель на автомобиль, в котором изначально стоял 4-цилиндровый. Переоборудование автомобиля с 4-цилиндровым двигателем для установки 6-цилиндрового может обойтись Вам дороже, чем покупка нового автомобиля.

Система подачи добавочного компонента в цилиндр дизельного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ / АККУМУЛЯТОРНАЯ ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА / ОКИСЛЫ АЗОТА / ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА / ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ / DIESEL ENGINE / BATTERY FUEL INJECTION SYSTEM / NITROUS OXIDES / FUEL INJECTION SYSTEM / ELECTRONIC CONTROL UNIT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Покусаев Михаил Николаевич, Зубарев Антон Сергеевич, Грабарчук Александр Юрьевич

Работающий дизельный двигатель является источником интенсивного загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, которые содержатся в отработавших газах. Данная проблема неоднократно поднималась Комитетом по защите морской среды в штаб-квартире Международной морской организации, отвечающей за повышение надежности и безопасности судоходства в области международной торговли и за предотвращение загрязнения моря с судов. Предлагается механизм решения данной проблемы, а именно дооборудование судового дизеля системой, которая позволит подавать добавочный компонент непосредственно в цилиндр дизельного двигателя, что позволит уменьшить содержание вредных веществ в отработавших газах. Проведен анализ эффективности уже существующих систем, успешно применяемых на практике, рассмотрены их преимущества и недостатки. Приведены главные отличия предлагаемой системы от систем, введенных в эксплуатацию, и основные ее преимущества. Точная подача добавочного компонента и отслеживание основных характеристик дизеля осуществляется благодаря разработанному электронному блоку управления , который получает необходимые сигналы от различных датчиков, монтируемых на дизеле. Все составные части установки образуют в итоге одну общую систему, но следует отметить, что функционально она является исключительно добавочной. Получение достоверных результатов стало возможным благодаря использованию новейших электронных составляющих и интеграции их с элементами дизеля.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Покусаев Михаил Николаевич, Зубарев Антон Сергеевич, Грабарчук Александр Юрьевич

Современные методы и средства снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей
Повышение надежности поршневых двигателей за счет совершенствования процесса смесеобразования
Развитие электронных систем управления судовыми двигателями внутреннего сгорания
Топливная система судового дизеля, работающего на диметиловом эфире
Разработка автоматической системы распределенного обогащения воздушного заряда тракторного дизеля
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SYSTEM OF SUPPLYING THE ADDITIVE COMPONENT TO THE CYLINDER OF THE DIESEL ENGINE

A working diesel engine is an intense source of atmospheric air pollution with toxic substances contained in exhaust gases. This problem was repeatedly raised by the Marine Environment Protection Committee at the headquarters of the International Maritime Organization which is responsible for strengthening stability and security of navigation of merchant ships and for preventing sea pollution from ships. The article proposes the way to solve the problem, namely, to equip a ship diesel with a system that will allow the additional component to be delivered directly to the cylinder of the diesel engine , thereby reducing the content of harmful substances from exhausted gases. Having analyzed the existing systems that were successfully applied in practice, there have been shown strong and weak points of the developed system, as well as its distinguishing features. Accurate feeding of the additional component and monitoring of the main characteristics of the diesel is carried out thanks to the developed electronic control unit , which in turn receives the necessary signals from various sensors mounted on the diesel engine . All the components of the installation form, as a result, one common system, but it should be noted that functionally the system under consideration is only accessory. Getting reliable results has become possible due to using the latest electronic components and integrating them with diesel elements.

Текст научной работы на тему «Система подачи добавочного компонента в цилиндр дизельного двигателя»

DOI: 10.24143/2073-1574-2018-1-67-73 УДК 621.436.12

М. Н. Покусаев, А. С. Зубарев, А. Ю. Грабарчук

СИСТЕМА ПОДАЧИ ДОБАВОЧНОГО КОМПОНЕНТА В ЦИЛИНДР ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Работающий дизельный двигатель является источником интенсивного загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, которые содержатся в отработавших газах. Данная проблема неоднократно поднималась Комитетом по защите морской среды в штаб-квартире Международной морской организации, отвечающей за повышение надежности и безопасности судоходства в области международной торговли и за предотвращение загрязнения моря с судов. Предлагается механизм решения данной проблемы, а именно дооборудование судового дизеля системой, которая позволит подавать добавочный компонент непосредственно в цилиндр дизельного двигателя, что позволит уменьшить содержание вредных веществ в отработавших газах. Проведен анализ эффективности уже существующих систем, успешно применяемых на практике, рассмотрены их преимущества и недостатки. Приведены главные отличия предлагаемой системы от систем, введенных в эксплуатацию, и основные ее преимущества. Точная подача добавочного компонента и отслеживание основных характеристик дизеля осуществляется благодаря разработанному электронному блоку управления, который получает необходимые сигналы от различных датчиков, монтируемых на дизеле. Все составные части установки образуют в итоге одну общую систему, но следует отметить, что функционально она является исключительно добавочной. Получение достоверных результатов стало возможным благодаря использованию новейших электронных составляющих и интеграции их с элементами дизеля.

Ключевые слова: дизельный двигатель, аккумуляторная топливная система, окислы азота, топливная система, электронный блок управления.

Работающий дизельный двигатель является источником интенсивного загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, которые содержатся в отработавших газах.

Одними из наиболее токсичных химических элементов, отрицательно воздействующих как на природу, так и на человека, являются оксиды азота (КОх), которые имеют свойство аккумулироваться, что оказывает пагубное влияние на живые организмы.

18 апреля 2016 года в штаб-квартире Международной морской организации (ИМО) в Лондоне (Великобритания) состоялась 69-я сессия Комитета по защите морской среды. В ходе работы данной сессии были приняты поправки к Конвенции МАРПОЛ (в том числе и к приложению VI «Правила предотвращения загрязнения воздушной среды с судов») о необходимости при входе и выходе из района контроля выбросов по NOx внесения в судовой журнал записи, касающейся стандарта выбросов и состояния судовых дизельных двигателей, с указанием даты, а также были внесены поправки к техническому кодексу по испытанию работающих на газе и двухтопливных двигателей в рамках стратегии по сокращению выбросов NOx [1, 2].

28 октября 2016 года в ходе 70-й сессии Комитета по защите морской среды было заключено соглашение о придании Северному и Балтийскому морям статуса районов контроля выбросов окислов азота с судов (КЕСА ^егШ), в соответствии с Правилом 13 и Дополнением III Приложения VI к Конвенции МАРПОЛ, и одобрены соответствующие поправки, которые вступят в силу и будут применяться к новым судам с 1 января 2021 года.

Данные факты говорят о ежегодном ужесточении требований к выбросам вредных веществ, содержащихся в отработавших газах судовых дизелей.

Анализ современных подходов в решении проблемы загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами

В настоящее время все технические мероприятия, направленные на снижение вредных выбросов отработавших газов дизелей, можно разделить на три основные группы: — совершенствование конструкции дизелей и точная регулировка параметров;

— применение каталитических нейтрализаторов и других средств очистки отработавших газов;

— улучшение состава топлива.

Целью исследования являлось снижение эмиссии NOx в отработавших газах дизелей, в связи с чем было произведено дооборудование судового дизеля аккумуляторной топливной системой с возможностью подачи жидкостных дополнительных компонентов в цилиндр дизельного двигателя в необходимом диапазоне.

Рассмотрим более подробно системы, которые были успешно применены на двигателях внутреннего сгорания с целью уменьшения содержания вредных выбросов в отработавших газах и экономии топлива:

— Lexus в 2006 г. впервые на серийном моторе опробовал «гибридную» систему питания (D-4S — Direct Injection 4-stroke petrol Superior version). На каждом цилиндре было установлено по две форсунки: одна во впускном коллекторе распыляет топливо под давлением до 4 бар, другая подает бензин непосредственно в цилиндр. Форсунки работают по разным алгоритмам. На холодном двигателе в начале такта впуска топливо впрыскивает форсунка низкого давления. В конце такта сжатия дополнительную порцию бензина подает другая форсунка, обогащая смесь вокруг свечи зажигания. С таким послойным распределением заряда сгорание идет при более высоких температурах, чем при обычном гомогенном смесеобразовании [3];

— Nissan в 2009 г. стал использовать технологию впрыска топлива Dual Injector. Она заключается в том, что в ДВС была использована не одна форсунка на цилиндр, а две — для каждого клапана своя. Благодаря этому решению диаметр капель топлива, попадающих в цилиндр, уменьшается на 60 %, поэтому бензин сгорает плавно и стабильно, особенно в сочетании с системой автоматического регулирования фаз газораспределения. Экономия топлива составляет порядка 4 % по сравнению с ДВС с непосредственным впрыском [4];

— с целью уменьшения выбросов вредных веществ, выполнения требований норм Евро-6 концерн Volkswagen разработал комбинированную систему впрыска, объединяющую систему непосредственного впрыска и систему распределенного впрыска на одном двигателе. Блок управления двигателем в зависимости от режимов работы активизирует одну из систем впрыска, чем достигается существенное снижение выбросов частиц сажи и углекислого газа [5];

— система WaterBoost от Bosch запрограммирована на дополнительную подачу воды вместо топлива. Вода активно охлаждает топливно-воздушную смесь, за счет чего повышается стойкость к детонации, производится более раннее зажигание и, в конечном итоге, увеличивается производительность двигателя. Как заявляет разработчик, система впрыска воды в двигатель на 5 % повышает мощность двигателя, на 13 % сокращает расход топлива, на 4 % снижает выборы углекислого газа [6].

Конструкция системы впрыска воды включает водяной бачок, водяной насос и водяные форсунки. Электронное управление впрыском воды осуществляет система управления двигателем. Пятилитрового бачка дистиллированной воды хватает на 5 000 км пути. Первым автопроизводителем, который довел разработку Bosch до внедрения, стала компания BMW. Сегодня BMW устанавливает на автомобилях М-серии систему впрыска воды, обеспечивающую безопасность на гонках MotoGP. Также система впрыска воды испытывается на прототипе BMW 1-й серии.

Система впрыска воды в двигатель нагнетает воду из бачка и распыляет ее во впускном коллекторе, чем достигается снижение температуры сгорания смеси на 25 °С. Это позволяет BMW использовать степень сжатия 11:1 вместо допустимого соотношения 9,5:1. Благодаря более высокой степени сжатия расход топлива снижается на 8 % и на 10 % увеличиваются крутящий момент и мощность двигателя.

Более низкая температура сгорания смеси уменьшает нагрузки на кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, турбокомпрессор, каталитический нейтрализатор, что повышает срок службы этих элементов.

Применение данных систем позволило снизить количество вредных выбросов (в том числе и NOx) в отработавших газах двигателей.

Все перечисленные системы были успешно применены на двигателях внутреннего сгорания с использованием принудительного воспламенения от свечи зажигания. К главным недостаткам данных систем можно отнести:

— невозможность применения данных систем на других двигателях без внесения существенных изменений;

— невозможность работы двигателя (в случае выхода из строя системы) только на одной из двух форсунок.

Следует отметить, что возможность применения разрабатываемой системы рассматривается исключительно в качестве добавочной. Применение таких систем на дизелях старой постройки позволит улучшить экологические показатели, приближая их к современным мировым требованиям.

Преимущества разрабатываемой системы:

— разрабатываемая установка позволяет подавать дополнительный компонент в любой момент цикла;

— в разрабатываемой установке предусмотрена как взаимосвязанная работа форсунки основного топлива (ОТ) и форсунки добавочного компонента (ДК), так и продолжение работы дизеля на форсунке ОТ в случае отключения добавочной системы.

Разрабатываемое устройство позволит решить ряд технических задач: даст возможность подавать ДК в цилиндр дизеля в любой момент рабочего цикла, позволит осуществлять оптимальный подбор состава и дозировки ДК в цилиндр дизельного двигателя [7].

Предлагаемый вариант системы по подаче добавочного компонента

Принцип действия топливной системы, работающей на дизельном топливе, состоит в следующем. Из бака топливо по трубопроводу поступает к насосу низкого давления, затем к фильтру тонкой очистки, после которого топливо поступает к топливному насосу высокого давления. Из насоса топливо под давлением подается по трубопроводу высокого давления к форсункам и впрыскивается в цилиндр дизеля.

Данная топливная система дооборудована системой по подаче ДК непосредственно в цилиндр дизельного двигателя (рис. 1).

Рис. 1. Система по подаче добавочного компонента: 1 — топливный бак; 2 — насос низкого давления ОТ; 3 — фильтр тонкой очистки ОТ; 4 — насос высокого давления ОТ; 5 — трубопровод ОТ; 6 — датчик давления ОТ; 7 — форсунка ОТ; 8 — бак с ДК; 9 — трубопровод ДК; 10 — насос низкого давления ДК; 11 — трубопровод ДК; 12 — фильтр тонкой очистки ДК; 13 — трубопровод ДК; 14 — невозвратный клапан;

15 — насос высокого давления ДК; 16 — трубопровод высокого давления ДК; 17 — топливная рампа высокого давления ДК; 18 — регулятор высокого давления; 19 — датчик давления ДК; 20 — электромагнитная форсунка; 21 — датчик давления газов; 22 — цилиндр дизеля; 23 — отсечная магистраль; 24 — электронный блок управления

Система работает следующим образом. Из бака ДК по трубопроводу поступает в насос низкого давления и под давлением 8-10 бар через невозвратный клапан поступает в насос высокого давления, затем ДК по трубопроводу поступает в топливную рампу высокого давления, в которой поддерживается заданное давление в пределах 45-175 бар с помощью регулятора высокого давления. Из топливной рампы высокого давления ДК подается в электромагнитную форсунку, а затем в цилиндр дизеля, где происходит сгорание смеси. Управление работой системы впрыска ДК осуществляется электронным блоком управления.

Разработка электронного блока управления

Для управления работой системы впрыска ДК, отслеживания и фиксации параметров установки был разработан электронный блок управления на базе микроконтроллера STM32F103C8 фирмы STMicroelectronics. Данный микроконтроллер является 32-битным архитектуры ARM и имеет рабочую частоту до 72 МГц.

Электронный блок управления получает и обрабатывает данные, поступающие с датчика положения коленчатого вала, энкодера, термопар, датчиков давления топлива, и управляет регулятором давления топлива, продолжительностью и временем открытия электромагнитной форсунки. Также электронный блок предоставляет функционал для снятия рабочих показателей и изменения параметров системы в реальном времени.

Многие датчики не могут быть подключены к микроконтроллеру напрямую из-за несовместимых уровней напряжения (порты ввода-вывода микроконтроллера не могут работать с напряжением более 3,3 В) и типов сигналов (например, АЦП микроконтроллера способен замерять лишь напряжение, но не ток), поэтому возникла необходимость разработки дополнительных плат, которые осуществляют нужные преобразования:

— преобразователя «ток-напряжение» для считывания данных с датчика МИДА;

— компаратора для считывания данных с датчика ВМТ, который корректно работает с высоким напряжением (датчик ВМТ используется индуктивного типа, и его выходной сигнал зависит от скорости вращения вала — выбросы напряжения могут достигать 100-200 В);

— внешнего АЦП для считывания значений с термопары.

Данные всех датчиков в конечном итоге считываются микроконтроллером и используются в работе его программного цикла (рис. 2).

Рис. 2. Схема взаимодействия микроконтроллера с составляющими экспериментальной установки

Так, например, датчик поворота коленчатого вала считает вращение с точностью до четверти угла непрерывно, поэтому датчик ВМТ используется для обнуления его значений при начале нового круга. Также микроконтроллер содержит несколько аппаратных таймеров, позволяющих выполнять точные замеры временных интервалов. Сочетание всех этих данных позволяет верно определять момент начала и конца проведения впрыска ДК. Помимо этого, по интервалу поступления импульсов с датчика ВМТ контроллер способен определять скорость вращения вала в оборотах в минуту.

Сигнал с датчика МИДА используется для управления регулятором давления в топливной системе. Контроллер способен подстроить требуемую силу, прикладываемую к регулятору давления с помощью соленоида, чтобы поддерживать давление на заданном уровне. При превышении установленного давления клапан открывается и сбрасывает излишнее давление в обратный контур.

Цифровые датчики температуры DS18B20 позволяют с высокой точностью измерять температуру в относительно низкотемпературных (не более 125 °С) контурах двигателя. Они опрашиваются примерно 1 раз в секунду и позволяют следить за динамикой изменения температуры в контурах охлаждения на различных режимах работы дизеля.

Пьезоэлектрический датчик динамического давления PS01 совместно с энкодером выводит и обновляет показания давления в цилиндре с промежутком в 0,25° п.к.в.

Электронный блок управления связан с персональным компьютером или ноутбуком по интерфейсу USB и позволяет в реальном времени просматривать все собранные системой данные, а также настраивать различные параметры. Он дает возможность:

— управлять моментом открытия и закрытия электромагнитной форсунки;

— определять положение, угловую скорость и частоту вращения коленчатого вала дизеля в любой момент времени;

— определять и изменять давление в топливной рампе высокого давления в режиме реального времени;

— определять температуру выхлопных газов, охлаждающей воды на входе/выходе из дизеля, температуру воздуха на входе во впускной коллектор, температуру масла, температуру окружающей среды;

— определять давление топлива в основной топливной системе, давление газов в цилиндре, атмосферное давление;

— записывать и сохранять все параметры и показатели работы установки в формат, пригодный для дальнейшей обработки в специальных программах.

Разрабатываемый блок управления позволяет решить одну из главных задач, поставленных перед нами: подавать добавочный компонент в цилиндр дизеля в любой момент рабочего цикла. Функции управления установкой и фиксации ее основных параметров стали осуществляться при помощи актуальной на сегодняшний день техники, что позволяет получать и обрабатывать достоверные результаты непосредственно в процессе работы.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Резолюция МЕРС.271(69): поправки к Приложению VI к Конвенции МАРПОЛ, 2016. URL: http://docs.cntd.ru/document/542614212 (дата обращения 15.12.2017).

2. Резолюция МЕРС.272(69): поправки к Приложению VI к Конвенции МАРПОЛ, 2016. URL: http://publication.pravo.gov.ru/File/GetFile/0001201712250051 ?type=pdf (дата обращения 15.12.2017).

3. Две форсунки, четыре клапана: гибридная система питания Lexus. URL: https://www.zr.ru/ content/articles/13427-dve_forsunki_chetyre_klapana/ (дата обращения 15.12.2017).

4. Nissan первый применил две форсунки на цилиндр. URL: http://www.automobili.ru/news/ technique/nissan-pervym-primenil-dve-forsunki-na-tsilindr-2041/ (дата обращения 15.12.2017).

5. Комбинированная система впрыска. URL: http://systemsauto.ru/feeding/combined-injection.html (дата обращения 15.12.2017).

6. Система впрыска воды в двигатель. URL: http://systemsauto.ru/feeding/water-injection-system.html (дата обращения 15.12.2017).

7. Зубарев А. С. Разработка устройства для улучшения технико-экономических и экологических характеристик дизельного двигателя // Инновационное предпринимательство: тез. докл. Молодежн. науч.-практ. конф. (Астрахань, 11-13 ноября 2015 г.). Астрахань: Издат. дом «Астрахан. ун-т», 2015. С. 168-169.

Статья поступила в редакцию 09.01.2018

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Покусаев Михаил Николаевич — Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, профессор; зав. кафедрой эксплуатации водного транспорта; pokusaev@astu.org.

Зубарев Антон Сергеевич — Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры эксплуатации водного транспорта; Anton1601@rambler.ru.

Грабарчук Александр Юрьевич — Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; магистрант кафедры эксплуатации водного транспорта; alex45678@mail.ru.

Abstract. A working diesel engine is an intense source of atmospheric air pollution with toxic substances contained in exhaust gases. This problem was repeatedly raised by the Marine Environment Protection Committee at the headquarters of the International Maritime Organization which is responsible for strengthening stability and security of navigation of merchant ships and for preventing sea pollution from ships. The article proposes the way to solve the problem, namely, to equip a ship diesel with a system that will allow the additional component to be delivered directly to the cylinder of the diesel engine, thereby reducing the content of harmful substances from exhausted gases. Having analyzed the existing systems that were successfully applied in practice, there have been shown strong and weak points of the developed system, as well as its distinguishing features. Accurate feeding of the additional component and monitoring of the main characteristics of the diesel is carried out thanks to the developed electronic control unit, which in turn receives the necessary signals from various sensors mounted on the diesel engine. All the components of the installation form, as a result, one common system, but it should be noted that functionally the system under consideration is only accessory. Getting reliable results has become possible due to using the latest electronic components and integrating them with diesel elements.

Key words: diesel engine, battery fuel injection system, nitrous oxides, fuel injection system, electronic control unit.

1. Rezoliutsiia MERS.271(69): popravki k Prilozheniiu VI k Konventsii MARPOL. 2016 [Resolution MEPC. 271 (69): amendments to Appendix VI to MARPOL Convention]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/542614212 (accessed: 15.12.2017).

2. Rezoliutsiia MERS.272(69): popravki k Prilozheniiu VI k Konventsii MARPOL [Resolution MEPC. 272 (69): amendments to Appendix VI to MARPOL Convention]. 2016. P. 2. Available at: http://publication.pravo.gov.ru/File/GetFile/0001201712250051 ?type=pdf (accessed: 15.12.2017).

3. Dve forsunki, chetyre klapana: gibridnaia sistemapitaniia Lexus [Two injectors, four velves: Lexus hybrid fuel system]. Available at: https://www.zr.ru/content/articles/13427-dve_forsunki_chetyre_klapana/ (accessed: 15.12.2017).

4. Nissan pervyi primenil dve forsunki na tsilindr [Nissan was the first to use two injectors in the cylinder]. Available at: http://www.automobili.ru/news/technique/nissan-pervym-primenil-dve-forsunki-na-tsilindr-2041/ (accessed: 15.12.2017).

5. Kombinirovannaia sistema vpryska [Combined injection system]. Available at: http://systemsauto.ru/feeding/combined-injection.html (accessed: 15.12.2017).

M. N. Pokusaev, A. S. Zubarev, A. Yu. Grabarchuk

SYSTEM OF SUPPLYING THE ADDITIVE COMPONENT TO THE CYLINDER OF THE DIESEL ENGINE

6. Sistema vpryska vody v dvigatel’ [System of injecting water into the engine]. Available at: http://systemsauto.ru/feeding/water-injection-system.html (accessed: 15.12.2017).

7. Zubarev A. S. Razrabotka ustroistva dlia uluchsheniia tekhniko-ekonomicheskikh i ekologicheskikh kharakteristik dizel’nogo dvigatelia [Developing a device for improving technical-and-economic and ecological characteristics of a diesel engine]. Innovatsionnoe predprinimatel’stvo: tezisy dokladov Molodezhnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Astrakhan’, 11-13 noiabria 2015 g.). Astrakhan, Izd. dom «Astrakhanskii universi-tet», 2015. Pp. 168-169.

The article submitted to the editors 09.01.2018

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Pokusaev Mikhail Nikolaevich — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Professor; Head of the Department of Operation of Water Transport; pokusaev@astu.org.

Zubarev Anton Sergeevich — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department of Operation of Water Transport; Anton1601@rambler.ru.

Grabarchuk Alexander Yuryevich — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Master’s Course Student of the Department of Operation of Water Transport; al ex45678@m ail .ru.

Что дают в двигателе 4 клапана на цилиндр?

Если исходить из целесообразности в том ее смысле, чтобы только обеспечить в двигателе нормальное протекание рабочего процесса, то вполне достаточно иметь два клапана на каждый цилиндр. Один обеспечивает поступление в цилиндр свежей горючей смеси (в дизелях — воздуха) , другой отвечает за удаление из цилиндров продуктов сгорания, то есть — отработанных газов.
В 1913 году компания Peugeot отправила за океан для участия в самой престижной в то время гонке в Индианаполисе ничем не примечательный внешне автомобиль. Секрет резвости Peugeot находился под его капотом, где был установлен силовой агрегат с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распределительными валами. То, что многоклапанное газораспределение позволило заметно увеличить мощность двигателя, — это, так сказать, был побочный эффект. Чуть позднее Эрнест Анри — главный идейный вдохновитель создания систем, которые нынче называются DOHC или Twin Cam, подвел к делу и теоретическую базу. Использование двух впускных клапанов вместо одного почти в полтора раза увеличило площадь проходного сечения через клапаны, что обеспечивало в столько же раз лучшее наполнение цилиндров свежим зарядом горючей смеси. А чем выше степень наполнения, тем большую мощность отдает мотор. Два же выпускных клапана позволяют отработанным газам быстрее покинуть цилиндр и не препятствовать его наполнению опять-таки свежим зарядом.
Идеального числа клапанов не существует. В конце концов, все определяет диаметр цилиндров в двигателе, а также цели, которые преследуются конструкторами при разработке того или иного силового агрегата. Низкие затраты на изготовление, высокая надежность и простота обслуживания — от таких преимуществ двухклапанных моторов отказываться неразумно. В то же время увеличение числа клапанов на цилиндр свыше четырех уже не дает сколь-нибудь заметных результатов — лучшее наполнение компенсируется повышенными потерями на трение в клапанном механизме.

Чем больше клапанов приходится на каждый цилиндр, тем выше отдача двигателя. Мощность зависит от того, насколько быстро сгорает топливо в камере сгорания, а это, в свою очередь, зависит от скорости прохождения воздуха через двигатель. Воздух же поступает в мотор через «бутылочные горлышки» клапанов. Чем «шире» открываются клапаны (речь идет о произведении длины окружности на высоту подъема клапана) , тем лучше. Однако высота поднятия клапана небезгранична, так как может произойти контакт между клапаном и поршнем. Поэтому все определяет длина окружности отверстия клапана (не путать с площадью отверстия) .
Поупражняйтесь. Возьмите циркуль, лист бумаги и калькулятор. Элементарных навыков черчения и вычисления достаточно, чтобы понять, что чем больше маленьких кругов (клапанов) можно втиснуть в большой круг (цилиндр) , тем больше будет суммарная длина окружности седел клапанов. Но чтобы запихнуть в цилиндр больше клапанов, сами клапаны нужно делать меньше. Математические расчеты показывают, что наибольшего прироста суммарной длины окружности можно добиться при переходе от четного числа кругов к нечетному. Иначе говоря, если к двум клапанам добавить третий, выигрыш будет внушительным, а вот если к трем добавить четвертый, прирост окажется сравнительно небольшим. Пятый клапан опять даст существенный выигрыш в суммарной длине окружности. Втиснуть в окружность цилиндра больше пяти клапанов слишком сложно и поэтому непрактично.
У четырехклапанной схемы есть масса преимуществ. Свечу зажигания можно расположить строго по центру – в большинстве случаев такое положения является оптимальным. Впускные и выпускные клапаны можно скомпоновать параллельными парами в компактной шатровой камере сгорания, что обеспечивает эффективное сгорание рабочей смеси и снижает вредные выбросы. С пятью клапанами форма камеры сгорания неизбежно ухудшается, а соотношение площади ее поверхности к объему увеличивается, что приводит к снижению эффективности сгорания рабочей смеси.

Источник: Помимо этого, при использовании четырехклапанной схемы можно разместить впускные и выпускные клапаны V-образно, под небольшим углом друг к другу (порядка 20-25 градусов) . Это позволяет ограничиться одним верхним распредвалом, который приводит в действие клапаны посредством рокеров. Можно, наоборот, сделать угол между клапанами нарочито большим (45 градусов и более) . Тогда, используя куполообразные днища поршней, можно установить клапаны большего размера и добиться более «прямолинейного» впуска и выпуска газа, а значит, и более высокой мощности. Для такой компоновки потребуются два распредвала. Расположив четыре клапана V-образно, легче скомпоновать впускные и выпускные каналы на головке блока, а вот при пятиклапанной схеме сделать так, чтобы ничего друг другу не мешало, — целая проблема. А ведь еще нужно найти место для прохода охлаждающей жидкости. http://www.autogazeta.com/news.php?id=12275 и http://adt.by/print/gazeta/1003/

Остальные ответы

Суммарная площадь 4 х, вписанных в окружность цилиндра клапанов превышает максимальную площадь вписанных в ту же окружность 2 х клапанов. Это позволяет увеличить наполняемость цилиндра и скрость его продувки, а, следовательно и мощность, снимаемую с того же рабочего объема.

Ksenia PeerogМастер (1526) 9 лет назад

А кто сказал, что клапан должен быть обязательно круглым?
Можно сделать его полукруглым. И добиться 100% результата.
Для сравнения 2-х клапанный задействует 50% верхней площади цилиндра, 4-х клапанный 68%.

Георгиевич Мыслитель (6722) Теоретически форма клапана может быть любой, но на практике клапана круглые из-за технологических требований — притирка, обеспечение надёжного прилегания и "проворот" во время работы — опять таки для обеспечени герметичности.

Четыре в место двух , это в инжекторных двигателях, для лучшего проветривания камеры сгорания и выброса отработанных газов.

Дмитрий ГраниПрофи (640) 4 года назад
х там. в карбюраторных тоже 4 кл на ц

Двигатель работает в 4 этапа и только один из них (этапов) выполняет полезную работы. Если вместо одного двигателя взять 4 (то есть 4 цилиндра в одном двигателе) , то полезная работа будет совершаться в каждый момент времени.

DoniПрофи (505) 8 лет назад

Есть такая Категория вопросов — "Авто, мото" (см. список слева), там ЛЮБЯТ такие вопросы и там СПЕЦЫ, Вам точно ответят! Войдите ТУДА и задайте Ваш вопрос, не пожалеете! Получите ТОЧНЫЙ и КВАЛИФИЦИРОВАННЫЙ ответ.
Успехов Вам.

FOXXПросветленный (38863) 16 лет назад
ошибаетесь. вы же не бываете в той категории
Сигизмунд СигизмундовичПросветленный (24542) 16 лет назад

В автомото в основном сидят дети у которых любимая тема чем майбах лучше жигулей. На этот вопрос боюсь там никто бы не смог ответить.

Чем больше проходное сечение клапанов- тем лучше. А дальше чисто геометрия. 4 круга вписанных в окружность имеют большую суммарную площадь, чем два круга вписанных в ту же окружность.

Источник: кафедра ДВС ВНУ им.В. Даля.
Ksenia PeerogМастер (1526) 9 лет назад

А кто сказал, что клапан должен быть обязательно круглым?
Можно сделать его полукруглым. И добиться 100% результата.
Для сравнения 2-х клапанный задействует 50% верхней площади цилиндра, 4-х клапанный 68%.

кроме увеличения наполнения, мèньшие по размеры клапаны позволяют крутиться двигателю быстрее без риска зависания клапанов (когда инерция клапана превышает силу пружины, котора его возвращает назад) . И еще они меньше нагреваются. кстати 4 клапана- не предел. есть экземпляры с 5,6 и даже 8 на цилиндр.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *