Отличительные особенности дизельного и карбюраторного двигателей

Двигатель внутреннего сгорания на современных автомобилях используется как силовая установка. Исходя из применяемого топлива, двигатели делят на такие виды, как: газовые, дизельные и карбюраторные.

Карбюраторные двигатели – это устройства, которые работают на бензине (жидком топливе), с использованием принудительного зажигания. Перед тем как быть поданным в цилиндры двигателя, топливо смешивается с воздухом в необходимых пропорциях при помощи карбюратора.

Дизельные двигатели – это механизмы, которые работают на дизельном топливе (жидком топливе), с помощью воспламенения от сжатия. Топливо подается форсункой, а внутри цилиндра происходит смешивание с воздухом.

Газовые двигатели – это двигатели, работающие на пропано-бутановом газе, зажигаются они принудительно. газ смешивается с воздухом в карбюраторе, сразу перед подачей в цилиндры двигателя. Подобные двигатели только недавно стали размещаться на автомобилях, поэтому мы их затрагивать не будем.

Карбюраторные поршневые двигатели.

К основным системам и механизмам поршневого карбюраторного двигателя относятся:

• система смазки;
• система охлаждения,
• система зажигания,
• система выпуска отработавших газов,
• система питания,
• газораспределительный механизм,
• кривошипно-шатунный механизм.

Карбюраторный одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания состоит из таких элементов как:

• свеча зажигания;
• клапан;
• рычаг;
• кулачок распределительного вала;
• распределительный вал;
• кривошип;
• маховик;
• коленчатый вал;
• шатун;
• поршневой палец;
• поршневые кольца;
• поршень;
• цилиндр;
• головка цилиндра.

Для начала стоит взять простой карбюраторный двигатель с одним цилиндром и досконально разобрать принцип его работы. И так, рассмотрим процессы, которые в нем протекают, и поймем, откуда берется тот самый крутящий момент, который приводит в движение ведущие колеса машины.

Основная часть карбюраторного двигателя с одним цилиндром – это именно цилиндр со съемной головкой укрепленной на нем. Если начать сравнивать элементы автомобиля с предметами быта, то такой цилиндр походит на обычный стакан, который перевернули верх дном.

Внутри цилиндра помещен поршень, так называемый еще один «стакан». В специальных канавках на поршне находится поршневое масло. Именно поршни скользят по внутреннему «зеркалу» цилиндра, они же дают газу, который образовался в процессе работы, возможность прорываться вниз. В тоже время препятствуют попаданию масла вверх установленные кольца.

При помощи шатуна и пальца, поршень соединен с кривошипом коленвала, который крутится в подшипниках и установлен в картере двигателя. В конце коленвала закреплен массивный маховик.

Цикл работы карбюраторного четырехтактного двигателя.

Главные отличительные особенности дизельного и карбюраторного двигателей – это рабочий цикл. Рабочий цикл – это последовательность процессов, которые периодически повторяются в каждом из цилиндров.

Рабочий процесс, который происходит в цилиндре за одни ход поршня, называется — такт. Исходят из этого, по числу таков (которые составляют рабочий цикл) все двигатели можно разделить на два вида:

• двухтактные — рабочий цикл в которых совершается за два поршневых хода.
• четырехтактные — рабочий цикл в которых совершается за четыре поршневых хода,

На легковых автомобилях, которые производятся в нашей стране, чаще всего применяются четырехтактные двигатели. Двухтактные – это привилегия моторных лодок и мотоциклов. О принципах работы двигателей моторных лодок мы сейчас говорить не будем, лучше разберемся с автомобильным двигателем и четырьмя его тактами.

В четырехтактном двигателе рабочий цикл состоит из следующих тактов:

• впускается горючая смесь,
• сжимается рабочая смесь,
• непосредственно рабочий ход,
• выпускаются отработавшие газы.

А теперь ответьте на вопрос, кто из вас заметил, что полезная работа, совершаемая двигателем, будет производиться, только в течение одного такта — рабочего хода! Остальные же три такта называется подготовительным, совершаются они за счет энергии маховика, который вращается по инерции.

Коленвал с маховиков состоит из:

• противовеса;
• коренной (опорной) шейки;
• шатунной шейки;
• маховика с зубчатым венцом;
• коленчатого вала двигателя.

Маховик – это большой металлический диск, крепящийся к коленвалу на двигателе. В процессе рабочего хода, поршень через кривошип и шатун, начинает раскручивать коленвал двигателя, передающий запас инерции маховику.

Дизельные двигатели.

Основной особенностью дизельного двигателя является то, что топливо в него подается либо насос-форсункой, либо форсункой под болт непосредственно в цилиндр двигателя на конечном этапе сжатия. Топливо надо подавать под большим давлением из-за того, что у подобных двигателей намного выше степень сжатия, если сравнивать их с карбюраторными движками. Из-за того, что температура и давление в цилиндре дизеля очень велики, топливо воспламеняется само. А это может означать только одно – не нужен искусственный поджег. Поэтому в дизельных двигателях нет, не только свеч зажигания, а и всей системы.

Цикл работы дизельного четырехтактного двигателя.

Первым этапом является впрыск, который нужен, для того чтобы наполнить цилиндр двигателя только лишь воздухом. Тогда, когда поршень движется от верхней к нижней мертвой точке, происходит процесс, который всасывает воздух через открытый впускной клапан.

Вторым таком выступит подготовка к самовоспламенению дизельного топлива. Когда поршень движется к мертвой точке, он сжимает воздух примерно в 20 раз (в карбюраторах поршень сжимает воздух в два раза слабее) в результате чего температура повышается до 500 градусов, а давление достигает 40 кг/см 2 .

Третий такт – рабочий ход. Нужен для того чтобы преобразовать энергию сгораемого топлива в механический порыв.

Кода такт сжатия закончен, в камеру сгорания подается под давлением топливо, которое из-за высокой температуры воспламеняется само.

Когда дизельное топливо сгорает (происходит взрыв), это вызывает увеличение давления и расширение. В результате чего появляется усилие, перемещающие поршень в нижней мертвой точке, через шатун прокачивается коленвал. Давление во время рабочего хода в цилиндре может достичь 100 кг/см 2 , температура в свою очередь превысить 2000 о С.

Четвертый такт – отработанные газы выпускаются и освобождают цилиндр. От нижней мертвой точки поднимается поршень, достигая верхней мертвой точки. Выбрасывая отработанные газы через открытый выпускной клапан. Когда происходит движение поршня вниз, то тот засасывает воздух, чем начинается новый рабочий цикл.

Также отличительной особенностью дизельного и карбюраторного двигателей можно назвать то, что в дизельном двигателе намного выше нагрузки, на все устройства и механизмы. Что, несомненно, приводит к увеличению его размеров, массы и стоимости. Преимущества дизелей при этом на лицо: топлива расходуется меньше, нет системы зажигания, меньше причин поломок.

Поршень двигателя: конструктивные особенности

Поршень двигателя представляет собой деталь, имеющую цилиндрическую форму и совершающую возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Он принадлежит к числу наиболее характерных для двигателя деталей, поскольку реализация термодинамического процесса, происходящего в ДВС, происходит именно при его помощи. Поршень:

• воспринимая давление газов, передает возникающее усилие на шатун;
• герметизирует камеру сгорания;
• отводит от неё излишек тепла.

Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

Поршень эксплуатируется в экстремальных условиях, характерными чертами которых являются высокие: давление, инерционные нагрузки и температуры. Именно поэтому к основным требованиям, предъявляемым материалам для его изготовления относят:

• высокую механическую прочность;
• хорошую теплопроводность;
• малую плотность;
• незначительный коэффициент линейного расширения, антифрикционные свойства;
• хорошую коррозионную устойчивость.

Требуемым параметрам соответствуют специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся прочностью, термостойкостью и легкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

Поршни могут быть:

• литыми;
• коваными.

В первом варианте их изготовляют путем литья под давлением. Кованые изготовляются методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (в среднем, порядка 15 %), что значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения поршня в диапазоне рабочих температур.

Конструктивные особенности поршня определяются его предназначением

Основными условиями, определяющими конструкцию поршня, являются тип двигателя и форма камеры сгорания, особенности процесса сгорания, проходящего в ней. Конструктивно поршень представляет собой цельный элемент, состоящий из:

Отличается ли поршень бензинового двигателя от дизельного? Поверхности головок поршней двигателей бензинового и дизельного конструктивно отличаются. В бензиновом двигателе поверхность головки — плоская или близкая к ней. Иногда в ней выполняются канавки, способствующие полному открытию клапанов. Для поршней двигателей, оборудованных системой непосредственного впрыска топлива (СНВТ), свойственна более сложная форма. Головка поршня в дизельном двигателе значительно отличается от бензинового, — благодаря выполнению в ней камеры сгорания заданной формы, обеспечивается лучшее завихрение и смесеобразование.

Поршневые кольца: виды и состав

Уплотняющая часть поршня включает в себя поршневые кольца, обеспечивающие плотность соединения поршня с цилиндром. Техническое состояние двигателя определяется его уплотняющей способностью. Зависимости от типа и предназначения двигателя выбирается число колец и их расположение. Наиболее распространенной схемой является схема из двух компрессионных и одного маслосъемного колец.

Изготавливаются поршневые кольца, в основном, из специального серого высокопрочного чугуна, имеющего:

• высокие стабильные показатели прочности и упругости в условиях рабочих температур на протяжении всего периода службы кольца;
• высокую износостойкость в условиях интенсивного трения;
• хорошие антифрикционные свойства;
• способность быстрого и эффективного прирабатывания к поверхности цилиндра.

Благодаря легирующим добавкам хрома, молибдена, никеля и вольфрама, термостойкость колец значительно повышается. Путем нанесения специальных покрытий из пористого хрома и молибдена, лужения или фосфатирования рабочих поверхностей колец улучшают их прирабатываемость, увеличивают износостойкость и защиту от коррозии.

Основным предназначением компрессионного кольца является препятствование попаданию в картер двигателя газов из камеры сгорания. Особенно большие нагрузки приходятся на первое компрессионное кольцо. Поэтому при изготовлении колец для поршней некоторых форсированных бензиновых и всех дизельных двигателей устанавливают вставку из стали, которая повышает прочность колец и позволяет обеспечить максимальную степень сжатия. По форме компрессионные кольца могут быть:

• трапециевидные;
• тбочкообразные;
• тконические.

При изготовлении некоторых колец выполняется порез (вырез).

На маслосъемное кольцо возлагается функция удаления излишков масла со стенок цилиндра и препятствование его проникновению в камеру сгорания. Оно отличается наличием множества дренажных отверстий. В конструкциях некоторых колец предусмотрены пружинные расширители.

Форма направляющей части поршня (иначе, юбки) может быть конусообразной или бочкообразной, что позволяет компенсировать его расширение при достижении высоких рабочих температур. Под их воздействием форма поршня становится цилиндрической. Боковую поверхность поршня с целью снижения вызванных трением потерь покрывают слоем антифрикционного материала, в этих целях используется графит или дисульфид молибдена. Благодаря отверстиям с приливами, выполненным в юбке поршня, осуществляется крепление поршневого пальца.

Состав поршневой группы

Узел, состоящий из поршня, компрессионных, маслосъемных колец, а также поршневого пальца принято называть поршневой группой. Функция её соединения с шатуном возложена на стальной поршневой палец, имеющий трубчатую форму. К нему предъявляются требования:

• минимальной деформации при работе;
• высокой прочности при переменной нагрузке и износостойкости;
• хорошей сопротивляемости ударной нагрузке;
• малой массы.

По способу установки поршневые пальцы могут быть:

• закреплены в бобышках поршня, но вращаться в головке шатуна;
• закреплены в головке шатуна и вращаться в бобышках поршня;
• свободно вращающимися в бобышках поршня и в головке шатуна.

Пальцы, установленные по третьему варианту, называются плавающими. Они являются наиболее популярными, поскольку их износ по длине и окружности является незначительным и равномерным. При их использовании опасность заедания сведена к минимуму. Кроме того, они удобны при монтаже.

Отвод излишков тепла от поршня

Наряду со значительными механическими нагрузками поршень также подвергается негативному воздействию экстремально высоких температур. Тепло от поршневой группы отводится:

• системой охлаждения от стенок цилиндра;
• внутренней полостью поршня, далее — поршневым пальцем и шатуном, а также маслом, циркулирующим в системе смазки;
• частично холодной топливовоздушной смесью, подаваемой в цилиндры.

С внутренней поверхности поршня его охлаждение осуществляется с помощью:

• разбрызгивания масла через специальную форсунку или отверстие в шатуне;
• масляного тумана в полости цилиндра;
• впрыскивания масла в зону колец, в специальный канал;
• циркуляции масла в головке поршня по трубчатому змеевику.

Видео — работа двигателя внутреннего сгорания (такты, поршень, смесь, искра):

Видео про четырёхтактный двигатель — принцип работы: