На главную

Назад

Бензиновые двигатели — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой. Управление мощностью в данном типе двигателей производится, как правило, регулированием потока воздуха, входящего в двигатель, посредством дроссельной заслонки.

Бензиновые двигатели произвели переворот в транспортных средствах начала XX столетия. Они пришли на смену паровым и газовым автомобильным двигателям, а также использовались в летательных аппаратах до появления реактивной авиации.

Двухтактные двигатели

Двухтактный двигатель - простейший вид цилиндровых бензиновых двигателей, используемых в некоторых малолитражных автомобилях, многих мотоциклах и газонокосилках. Рабочий цикл каждого поршня состоит из двух тактов. Сначала поршень движется вверх по цилиндру, сжимая топливовоздушную смесь в находящемся над ним объеме.

Одновременно новая порция смеси всасывается под поршень. Искра высокого напряжения воспламеняет сжатую смесь, и взрывные газы возвращают поршень вниз. Это - второй такт рабочего цикла. Двигаясь вниз, поршень толкает находящуюся под ним свежую горючую смесь к продувочному окну, ведущему в пространство над цилиндром. Эта свежая смесь выталкивает отработавшие газы через выпускное окно, а сама сжимается при следующем движении поршня вверх.

В верхнем положении поршень блокирует выпускное окно, перекрывая выход газам. Оно открывается, когда поршень достигает своей нижней точки. От положения поршня зависит и открытие/закрытие окна впуска горючей смеси и продувочного окна.

Движение поршня вверх-вниз обеспечивает вращение т. и. коленчатого вала. На нем крепится тяжелый маховик (маховое колесо), продолжающий вращаться после достижения поршнем нижнего положения. Таким образом, маховик преобразует «приливы» энергии от опускания поршня в плавное непрерывное движение и заставляет поршень вновь подниматься внутри цилиндра во время второго такта каждого цикла.

Себестоимость двухтактных двигателей относительно невысока, но они малоэффективны для получения движущей энергии из топлива. Поэтому большинство более мощных двигателей имеют четырехтактный рабочий цикл, обеспечивающий более высокий коэффициент полезного действия (кпд).

Четырехтактные двигатели

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.

1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо́льш0им октановым числом, которое дороже.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику.

4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

Преимущества 4-тактных и 2-тактных двигателей

Преимущества четырёхтактных двигателей

• Больший ресурс.

• Бо́льшая экономичность.

• Более чистый выхлоп.

• Не требуется сложная выхлопная система.

• Меньший шум.

Преимущества двухтактных двигателей

• Отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения у двухтактных вариантов.

• Бо́льшая мощность в пересчёте на 1 литр рабочего объёма.

• Проще и дешевле в изготовлении.

Роторные двигатели

С целью повышения кпд двигателя было предпринято множество попыток создать конструкцию, где несколько деталей совершают возвратно-поступательное движение. Пока лучшей разработкой такого рода является роторный двигатель Ванкеля. Принцип его работы такой же, что и у четырехтактного двигателя, но здесь при сгорании горючей смеси вращается трехгранный ротор, причем всегда в одном и том же направлении.

В 1964 г. появился первый серийный автомобиль с двигателем Ванкеля, с которым связывались надежды на значительное уменьшение расхода топлива. Однако и у этих двигателей есть недостатки, в первую очередь изнашивание вершин ротора, что приводит к просачиванию газов между ними и кожухом ротора. Нынешние двигатели Ванкеля потребляют больше бензина, чем сравнимые с ними поршневые двигатели. Но более совершенная конструкция этих двигателей в будущем может повысить эффективность их работы.