Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое дизельный двигатель внутреннего сгорания от карбюраторного

Дизельный из карбюраторного

Повышенный спрос на экономичные автомобили побудил многие заводы наладить производство легковых машин с дизелями. Освоение нового мотора требует, как известно, серьезных затрат. А если использовать уже выпускаемый бензиновый мотор в качестве основы для дизельной модификации! Ведь унифицированная конструкция всегда дешевле. Но реальна ли возможность переделки или, как говорят инженеры, конвертации бензинового двигателя в дизельный? После того как Центральное телевидение сообщило в одной из своих передач об изобретении болгарскими инженеров — приставке, позволяющей карбюраторному двигателю ВАЗ работать на дизельном топливе, этот вопрос заинтересовал многих читателей.

Конвертированный дизель «Фольксваген».

Болгарское агентство «София-пресс» специально для журнала «За рулем» подготовило статью на эту тему. Ее авторы — инженеры лаборатории двигателей и автомобилей в Софии Л. АЛФАНДАРИ, X. БОЗЕВ, К. ДАМЯНОВ и В. МИНЧЕВ.

В нашей лаборатории сделан дизель для легкового автомобиля посредством конвертации двигателей ВАЗ—2103 и ВАЗ—2106. Цель разработки — определить возможность переоборудования части эксплуатируемых в стране карбюраторных двигателей ВАЗ.

При конвертации главной заботой было сохранить без изменения большую часть деталей «жигулевского» мотора, а также его габарит и компоновку. Блок цилиндров остался почти прежним. Испытания показали, что он обладает необходимой жесткостью.

Чугунный коленчатый вал серийного двигателя выдержал длительные испытания надежности. После работы трех конвертированных двигателей в течение 800 часов при полной нагрузке и частоте вращения 4000 об/мин износ его шеек — минимальный (0,005—0,01 мм), следов задира нет. Давление в системе смазки не изменилось (использовано болгарское масло M10Д). На 10 построенных двигателях не отмечено ни одного случая поломки вала.

Эксплуатационные испытания показали, что летом при максимальной скорости движения температура масла достигает 135° С. Пришлось применить радиатор, благодаря которому температура снизилась до 105° С. Масло проходит через него и потом поступает в масляный фильтр типа ВАЗ—2105.

Шатуны не изменены. Внутренний диаметр поршневого пальца для повышения прочности уменьшен с 15 до 8 мм.

Поршень — важнейшая деталь, которая при конвертации всегда существенно изменяется. Чтобы снизить его тепловую нагрузку, увеличено на 12 мм расстояние от днища до канавки первого компрессионного кольца. Перемычка между первым и вторым кольцами увеличена с 4 до 5 мм. Чтобы обеспечить эффективность рабочего процесса и поднять до 20—20,5 степень сжатия, потребовалось сделать минимальным (0,9—1 мм) расстояние от днища поршня до головки цилиндров. Исключить опасность «встречи» клапанов с поршнем помогли фигурные вырезы глубиной 1 мм в днище поршня под клапанами.

Головка цилиндров полностью новая (рис. 1). Она отлита из чугуна, а ее крышка — из алюминия. Клапаны установлены вертикально. Использован один из вариантов вихревой камеры, которая размещена в головке. Верхняя часть имеет полусферическую форму, средняя — цилиндрическую, а нижняя представляет собой специальную вставку из жаропрочной стали с наклонным днищем и соединительным отверстием.

Клапаны и пружины используются от карбюраторного двигателя. С целью уменьшить износы в распределительном механизме и достичь лучшего охлаждения головки было найдено оригинальное решение, на которое выдано авторское свидетельство. Задний конец коромысла не опирается на регулировочный болт, а висит на нем. Болт завернут в корпус подшипников распределительного вала. Устранены утолщения в головке цилиндров для резьбовых отверстий регулировочных болтов и тем самым освобожден широкий канал для циркуляции охлаждающей жидкости. При таком креплении болта намного облегчается регулировка зазоров в газораспределительном механизме. Распределительный вал взят серийный (ВАЗ), а рычаги клапанов иные. При испытании в течение 800 часов износа вала, коромысел и клапанов не обнаружено.

Рис. 1. Головка цилиндров конвертированного дизеля КД-1500 (НРБ).

Сохранен цепной привод распределительного вала и масляного насоса. Впускные и выпускные каналы расположены с одной стороны головки цилиндров, что позволило использовать серийные коллекторы.

В топливной системе конвертированного дизеля оставлен прежним только мембранный подкачивающий насос. На опытных образцах использованы топливные насосы высокого давления двух типов — рядный и распределительный. Они монтируются на металлической плите, прикрепленной к передней стенке головки, и приводятся зубчатым ремнем.

Конструкция регулятора опережения впрыска является болгарским изобретением. В топливной системе предусмотрен бумажный фильтр, также болгарского производства.

От карбюраторного двигателя использованы маховик, стартер, генератор, масляный картер.

Исходя из собственного опыта в области быстроходных дизелей, стремления уменьшить нагрузки на кривошипно-шатунный механизм, номинальную частоту вращения ограничили 4000 об/мин. Дизель КД-1500 (так названа конвертированная конструкция) развивает максимальную мощность 43 л. с. (31,5 кВт) при удельном расходе топлива 225 г/л. с. ч. (306 г/кВт ∙ ч).

В момент подготовки статьи испытывались четыре машины ВАЗ с конвертированными двигателями КД-1500 и КД-1600. Из них две прошли по 50 тысяч километров, одна — 30 тысяч. Средний расход топлива составил 6—6,5 л/100 км. При скорости 80 км/ч ВАЗ—2106 с дизелем КД-1500 и нагрузкой 430 кг расходует 5,9 л/100 км. Максимальная скорость достигает 107 км/ч.

Как видим, никакого чуда нет — превращение карбюраторного двигателя в дизельный достигнуто ценой немалых переделок: новые головка цилиндров и поршни, установка форсунок и топливного насоса высокого давления. Видимо, его авторы телепередачи и нарекли приставкой, приписав ей магическую способность превратить карбюраторный мотор в дизельный.

В то же время читатели спрашивают не только о конструкции, но и об эффективности конвертации, о том, насколько она широко используется в мировом автомобилестроении, насколько перспективна для советских моторов. На эти вопросы по просьбе редакции отвечает главный конструктор проекта по дизелям легковых автомобилей отдела двигателей НАМИ А. ВАТУЯЬЯН.

Переоборудование двигателя с искровым воспламенением заряда (бензинового) в дизельный — дело реальное и вместе с тем непростое. Как проявились эти сложности в конструкции рассмотренного дизеля?

Прежде всего отмечу, что его мощность на 44% ниже, чем у бензинового прототипа. Для дизеля, не оборудованного наддувом, это неизбежная цена, которую приходится платить за высокую экономичность: из-за больших давлений в нем выше потери на трение, а рабочая смесь сильно обеднена, так как смесеобразование в дизеле возможно только при большом избытке воздуха. Кроме того, условия смесеобразования (ограниченность времени на распыл и перемешивание топлива с воздухом) и инерционные нагрузки кривошипно-шатунного механизма не позволяют коленчатому валу дизеля делать больше 5000 об/мин (это также на 10—15% меньше, чем у карбюраторного). Вот те причины, по которым литровая мощность дизеля без наддува сегодня значительно ниже, чем бензинового мотора, то есть при равном рабочем объеме дизель имеет меньшую мощность.

Это, однако, не означает, что с 1,5 литра рабочего объема нельзя снять больше чем 43 л. с. Правда, как показывает мировой опыт, при форсировании двигателя не удается сохранить в неприкосновенности важнейшие детали — коленчатый вал, шатуны, а часто и блок цилиндров: с дальнейшим ростом давления сгорания запас прочности этих деталей становится недостаточен. Чтобы избежать их поломок, на более форсированных дизелях литые из чугуна коленчатые валы заменяют коваными стальными, в блоках утолщают наиболее нагруженные стенки, особенно «доску» — зону у верхнего стыка блока. В других случаях идут на замену материала или вида термообработки деталей. Можно, как на описанном выше двигателе, обойтись без этого, но тогда надо мириться с его скромными параметрами.

А есть изменения, уйти от которых просто невозможно: дизелю нужны поршни с более массивными стенками и днищем — не только по условиям прочности, но и для лучшего отвода тепла. Далее. Легковые дизели сегодня имеют только двухполостные камеры сгорания (см. статью «Какие бывают дизели» «За рулем», 1983, № 11), а значит, нужна иная конструкция головки цилиндров. Из-за вертикального расположения клапанов, как правило, ее не удается обрабатывать на том же оборудовании, что и головку бензинового мотора. Правда, для дизеля ФИАТ-127 нашли компромиссное решение, сохранив наклонное расположение клапанов (рис. 2). Однако это, в свою очередь, потребовало изготовить поршни с вытеснителем весьма сложной формы, а полученную в результате конфигурацию камеры сгорания все же нельзя считать наилучшей.

Рис. 2. Головка цилиндров карбюраторного двигателя ФИАТ-127 (а) и конвертированного дизеля на его базе (б): 1 — свеча зажигания; 2 — форсунка; 3 — свеча для пуска.

Еще одно «но». Организация рабочего процесса у дизелей во многом зависит от величины надпоршневой щели — расстояния между днищем поршня в ВМТ и «огневой» поверхностью головки цилиндров. На величину надпоршневого зазора влияет точность обработки блока, шатунов, поршней, коленчатого вала и податливость прокладки головки цилиндров. Поскольку в карбюраторном двигателе влияние надпоршневого зазора при степени сжатия около 8,5 невелико (смесеобразование идет в основном вне камеры сгорания), детали, определяющие этот зазор, имеют более широкие допуски при изготовлении (рис. 3). Значит, при использовании имеющегося оборудования и методов сборки, приемлемых для карбюраторного двигателя, будет непросто гарантировать надпоршневой зазор в узких пределах, необходимых дизелю.

Из-за характера изменения нагрузок у дизеля возможны ускоренные износы и даже разрушения в приводах распределительного вала и масляного насоса, вполне надежно работавших на бензиновом моторе. Существенно большее давление газов у дизеля вызывает почти двукратное увеличение потерь на трение в механизмах. Отсюда — повышенный нагрев масла, из-за которого нужен масляный радиатор. Вдобавок масло в дизелях быстрее стареет: отчасти из-за более высокой температуры, отчасти вследствие повышенного содержания кислорода в отработавших газах, проникающих в картер. Вот почему в конвертированных дизелях приходится увеличивать размеры масляного фильтра или чаще менять его элементы.

Читать еще:  Как установить защиту двигателя на фольксваген кадди

Рис. 3. Сравнение допусков на основные размеры карбюраторного и дизельного двигателей.

Наконец, вспомним о самых дорогих агрегатах дизельного двигателя, без которых опять-таки не обойтись, — топливном насосе, форсунках, свечах накаливания. Для того, чтобы компенсировать увеличенную отдачу тепла в стенки двухполостных камер сгорания, повышают до 21—23 степень сжатия; это, в свою очередь, затрудняет пуск и требует установки в дополнительных камерах свечей накаливания, а также более энергоемкого аккумулятора и мощного стартера. (В Болгарии с ее мягким климатом такой стартер не понадобился, но для пуска при низких зимних температурах мощности штатного стартера может и не хватить.)

Как видим, конвертация бензиновых двигателей в дизель связана с множеством проблем. Занимаются ею давно. Первые попытки, предпринятые еще в 20-х и начале 30-х годов, не получили в свое время продолжения. Во-первых, карбюраторные моторы тогда, как правило, имели нижнеклапанный газораспределительный механизм, непригодный для дизелей. Во-вторых, у них была низкая (4—5) степень сжатия, и детали обладали малой надежностью при нагрузках, характерных для дизельного процесса.

В последующем стали проектировать «универсальные» моторы с усиленным силовым механизмом, которые можно было выпускать и в дизельном и в карбюраторном вариантах. Не найдя распространения на грузовиках из-за большой массы карбюраторного варианта, они закрепились на некоторых легковых автомобилях («Даймлер-Бенц», «Ровер» и др.).

Дальнейшее развитие карбюраторных двигателей было связано с заметным ростом степени сжатия и максимального давления сгорания. Блоки цилиндров, детали шатунно-поршневой группы стали потому значительно жестче, что создало предпосылки для более успешного конвертирования их в дизели при рабочем объеме 1800—2200 см3. Естественно, они появились вначале там, где этому помогали экономические условия (цена топлива, налоги и т. д.), — в Италии, Англии, Франции. Из них наиболее известен «Пежо-инденор», устанавливаемый, например, на часть продаваемых за рубежом «волг».

В целом накопленный на сегодня опыт говорит о том, что при увеличении масштабов выпуска конвертированных дизелей (даже наиболее удачных) и росте требований к ним их конструкция начинает постепенно отступать от исходной карбюраторной. Поэтому сегодня конструкторы, опираясь на последние достижения в технологии и создании высокопрочных материалов, проектируют новые двигатели, заранее рассчитанные на параллельное производство в двух вариантах — карбюраторном и дизельном.

Карбюраторный двигатель: описание,характеристики,фото,видео,принцип работы

Карбюраторный двигатель — один из типов двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием.

В карбюраторном двигателе топливно-воздушная смесь, поступающая по впускному коллектору в цилиндры двигателя, приготавливается в специальном приборе — карбюраторе. Также карбюраторные двигатели разделяются на двигатели без наддува или атмосферные, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при всасывающем ходе поршня; двигатели с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым турбокомпрессором, с целью увеличения заряда воздуха и получения повышенной мощности и КПД двигателя;

В качестве топлива для карбюраторного двигателя в разное время применялись спирт, керосин, лигроин, бензин. Наибольшее распространение получили бензиновые карбюраторные двигатели.

Карбюратор — устройство в системе питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, предназначенное для смешивания бензина и воздуха, создания горючей смеси и регулирования её расхода. В настоящее время карбюраторные системы подачи топлива вытесняются инжекторными.

Простейший карбюратор состоит из четырёх основных элементов: поплавковой камеры (10) с поплавком (3), жиклёра (9) с распылителем (7), диффузора (6) и дроссельной заслонки (5).

Топливо по трубке (1) поступает из бака в поплавковую камеру (10). В поплавковой камере плавает пустотелый, обычно латунный поплавок (3), на который опирается запорная игла (2). Когда уровень топлива в поплавковой камере достигнет необходимой высоты, поплавок всплывёт настолько, что заставит запорную иглу перекрыть трубку (1), прекращая подачу топлива в поплавковую камеру. По мере расходования топлива его уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается, и запорная игла снова открывает подачу топлива, таким образом в поплавковой камере поддерживается постоянный уровень топлива, что очень важно для правильной дозировки подачи топлива.

Из поплавковой камеры топливо поступает через жиклёр (9) в распылитель (7). Количество топлива, вытекающего из распылителя (7), зависит при прочих равных условиях от размеров и формы жиклёра.

При движении поршня в такте впуска давление в цилиндре снижается. При этом наружный воздух засасывается в цилиндр через карбюратор и впускной трубопровод, проходя через воздушную трубу (8) карбюратора, в которой находится диффузор (6). В самой узкой части диффузора помещается конец распылителя. В сужающейся части диффузора скорость потока воздуха увеличивается, а давление воздуха уменьшается.

Благодаря отверстию (4) в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление, в результате под влиянием разности давлений происходит истечение топлива из распылителя. Топливо, вытекающее из распылителя, раздробляется струями воздуха, распыляется, частично испаряется и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь. Как правило, вместо одного диффузора используется двойной или даже тройной диффузор. Дополнительные диффузоры расположены концентрически в главном диффузоре и имеют небольшие размеры. Через них проходит только часть общего потока воздуха. Вследствие высокой скорости в центральной части при небольшом сопротивлении основному потоку воздуха достигается более качественное приготовление горючей смеси.

Количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, и мощность двигателя регулируется дроссельной заслонкой (5), которая обычно приводится в движение педалью акселератора (или ручным приводом у мотоциклов и некоторых автомобилей).

Принцип работы карбюраторного двигателя

Принцип действия карбюраторного двигателя относительно простой и складывается из четырех тактов, которые совпадают с движением вверх и вниз в последовательности один за одним:

  • Первый такт — впуск; клапан впуска отворяется и в цилиндр доставляется новая смесь от системы питания.
  • Второй такт — сжатие; поршень сдавливает горючую смесь в камере сгорания. Все клапаны прикрыты.
  • Третий такт — расширение; происходит возгорание сдавленной горючей смеси от свечи зажигания. Смесь сжигается достаточно быстро при неизменном объеме, который соответствует объему самой камеры сжатия. Это основная характерность работы карбюраторного двигателя. При перегорании формируются газы, которые двигают поршень книзу и передают движение коленвалу.
  • Четвертый такт — впрыск; коленвал вращается и выбрасывает из цилиндра отработанные газы через приоткрытый клапан выпуска.

На этом один рабочий цикл карбюраторного двигателя заканчивается.

При первом такте клапан впуска уже в открытом виде при подходе поршня и благодаря высокой скорости движения поршня рабочая смесь продвигается к цилиндру и еще какое-то время при поднятии поршня во втором такте.

Искра поджигает рабочую смесь до того, как в цилиндре образуется высокое давление. В четвертом такте клапан выпускает отработанные испарения, чем очищает цилиндр еще до подхода поршня. Однако выход газов не прекращается даже после подхода поршня. Затем происходит запуск новой порции рабочей смеси, которая опять проходит в цилиндр.

Отсюда следует, что в работе между первым и четвертым тактом единовременно открываются клапаны впуска и выпуска, то есть происходит перекрытие клапанов. За момент перекрытия цилиндр очищается и в нем происходит разрежение, которое помогает выгоднее заполнить цилиндр горючей смесью при первом такте.

В таком двигателе происходит наружное образование рабочей смеси с ее сжатием и вынужденным поджиганием. На сегодняшний день как топливо чаще используется бензин, но они могут отлично выполнять свою работу и на газу.

Также популярны дизельные двигатели, где поджигание происходит от сжатия, их принцип работы зависит от нагревания газа при сжатии. Когда сжатие повышается, температура также поднимается. В это время в камеру сгорания через форсунку происходит впрыск топлива, которое поджигается и от полученных газов поршень передвигается. Сгорание топлива происходит после начала движения поршня.

Регулировки

Карбюратор — устройство, имеющее минимум регулировок, но требующее исправной работы узлов и механизмов. Работоспособность карбюратора и его техническое состояние существенно влияют на работу двигателя. Нарушение регулировки карбюратора приводит к ухудшению экономичности, приёмистости двигателя, а также к увеличению токсичности отработавших газов.

Доступные регулировки самого карбюратора:

  1. «Винт количества» — обороты в режиме холостого хода
  2. «Винт качества» — обогащённость топливо воздушной смеси (и, как следствие, содержание токсичного угарного газа в выхлопных газах) в режиме холостого хода.

В процессе эксплуатации необходимо проверять и восстанавливать работоспособность следующих узлов:

  1. работа клапана (герметичность) экономайзера и системы холостого хода
  2. работа ускорительного насоса (задержка срабатывания, количество и время впрыска топлива, направленность топливного распылителя)
  3. плавность работы, свободный ход, возвращение пружиной и необходимый уровень приоткрытия закрытой ДЗ
  4. работу системы холодного запуска (закрытие воздушной, и приоткрытие дросельной и воздушной заслонок)
  5. работу устройства открытия второй ДЗ (если имеется)
  6. работу поплавкового механизма (уровень топлива в поплавковой камере, герметичность запорного клапана, отсутствие дефектов поплавка, и т.д.)
  7. работу эмульсионных колодцев и распылителей, пропускная способность жиклёров
  8. отсутствие неучтённых подсосов воздуха

Так же на работу карбюратора оказывают своё влияние:

  1. механизмы управления карбюратором
  2. устройство подачи воздуха (воздушный фильтр, система подогрева воздуха в холодное время года)
  3. система подачи топлива (бензонасос, бензофильтры, заборник, топливные магистрали, вентиляция бака)
  4. система вентиляции картера двигателя
  5. сливная трубка избытка топлива, впускного коллектора
  6. герметичность впускного тракта после карбюратора
  7. негерметичность/неисправность клапанного механизма
  8. качество и состав топлива
Читать еще:  Газель 405 двигатель заводится и глохнет на бензине

Характеристики

Работа двигателя определяется его мощностью, действенным давлением, крутящим моментом, скоростью и частотой вращения коленчатого вала и потребление топлива.

Мощность карбюраторного двигателя, а также его крутящий момент подчиняются скорости вращения коленвала и высоты давления.

Скоростная характеристика карбюраторного двигателя устанавливается наивысшей мощностью, которую реально получить от давления при разной частоте вращения коленвала.

При небольшой скорости движения коленчатого вала давление в цилиндрах невысокое и мощность двигателя, соответственно, тоже небольшая. При ускорении вращения коленвала и давление поднимается, так как горючая смесь сгорает быстрее.

Потребление топлива увеличивается при небольшой частоте вращения коленчатого вала, так как процесс сгорания проходит медленнее, теплоотдача большая, а при увеличении частоты вращения механические и тепловые затраты увеличиваются.

Скоростная характеристика дизельного двигателя определяется при недвижимой рейке топливного насоса, который дает высокую подачу топлива на конкретном режиме скорости и бездымной эксплуатации.

При заведенном двигателе автомобиля количество вращений коленвала меняется. Если беспричинно увеличивается потребление топлива, то происходит это благодаря ухудшению рабочего процесса двигателя.

Управление

Обычно работой карбюратора управляет водитель автомобиля. На некоторых моделях карбюраторов использовались дополнительные системы, частично автоматизировавшие управление им.

Для управления дроссельной заслонкой на автомобилях обычно используется педаль газа. Она может приводить её в движение при помощи системы тяг или тросового привода. Тяги в целом надёжнее, но конструкция привода получается сложнее и ограничивает возможности конструктора по компоновке подкапотного пространства. Привод тягами широко использовался в прежние годы, но начиная с 1970-х годов получила распространение система с металлическим тросиком. Системы с пневмо- или электромеханическим приводом распространения на карбюраторных двигателях не получили.

На старых автомобилях часто предусматривалась двойная система привода дроссельной заслонки карбюратора: от руки, рычажком или вытяжной рукояткой («постоянный газ»), и от ноги — педалью. Ручное и ножное управления связывалось между собой так, что при нажатии на педаль рукоятка ручного управления остаётся неподвижной, а при её вытягивании педаль опускается. Дальнейшее открытие дросселя можно было производить педалью. При отпускании педали дроссель остаётся в положении, установленном ручным управлением. Например, на «Волге» ГАЗ-21 на панели приборов справа от радиоприёмника была расположена рукоятка ручного управления дроссельной заслонкой, дублирующая педаль газа. Вытянув её, можно было добиться устойчивой работы холодного двигателя без использования воздушной заслонки, или использовать для установления «постоянного газа». На грузовых автомобилях режим «постоянного газа» служил в частности для упрощения движения задним ходом.

На мотоциклах и некотором числе автомобилей применяется ручное управление дросселем, осуществляемое специальной рукояткой на руле через тросик.

Воздушная заслонка может иметь механический или автоматический привод. В первом случае её закрывает водитель при помощи рукоятки, размещённой обычно на панели приборов. Автоматический привод широко применялся за границей, а в практике отечественного автопрома распространения практически не получил ввиду низкой надёжности, недолговечности и ненадёжной работы при характерных для климата большей части территории СССР/России больших перепадах температур. В этом случае воздушную заслонку закрывал биметаллический или церезиновый термоэлемент, обогреваемый жидкостью из системы охлаждения. По мере прогрева двигателя, термоэлемент нагревался, расширялся и открывал воздушную заслонку. В иных системах использовался электромеханический привод с датчиком температуры. Из отечественных автомобилей, такое пусковое устройство имели только карбюраторы отдельных моделей ВАЗ.

Очень широко распространён полуавтоматический привод воздушной заслонки. В этом случае она закрывается водителем вручную, а после пуска двигателя автоматически приоткрывается диафрагмой, работающей от возникающего во впускном коллекторе двигателя разрежения. Это предотвращало возможную остановку двигателя из-за переобогащения рабочей смеси и несколько снижало расход топлива на прогрев. Пусковую диафрагму имели практически все отечественные карбюраторы, разработанные после начала 1960-х годов. До этого некоторые модели использовали менее совершенный кулачковый механизм, немного приоткрывавший дроссельную заслонку при закрывании воздушной.

Очиститель карбюратора: описание,виды,чистка,фото,видео.
Жиклер карбюратора: описание,виды,замена,ремонт,фото,видео.
Как правильно разобрать и собрать карбюратор?

Система питания карбюраторных двигателей

КПД двигателя- Отличия бензинового и дизельного двигателя

Известно, что эффективность работы автомобильного двигателя внутреннего сгорания находится в прямой зависимости от величины коэффициента полезного действия. КПД двигателя выражается в виде соотношения мощностей, передаваемых на коленвал и поршни. Современные ДВС отличаются наибольшей эффективность, в сравнении с устаревшими аналогами. Например, мотор объемом 1,6 л., раньше развивал мощность не более 70 лошадиных сил, а теперь этот параметр часто достигает 150 л. с.

КПД парового двигателя

Для приведения в действие силового агрегата необходимо преобразовать тепловую энергию, появляющуюся при сжигании топливовоздушной смеси, в механическую. Раньше применялись паровые двигатели, в которых сгорало твердое топливо (уголь, дрова), поршни приходили в движение под воздействием расширяющегося пара. Размеры таких силовых установок были в несколько раз больше по габаритам, чем современные двигатели, работающие на топливе другого вида.

В паровых машинах поршневого типа КПД не превышает значения 10%. В настоящее время такие устройства почти не применяются, т. к. считается, что не существует кардинальных способов увеличить их коэффициент полезного действия.

С целью увеличения данного показателя, применяют источники тепла, обладающие наименьшей стоимостью. Например, на больших ТЭЦ используется атомная энергия. Вдобавок, применяются современные технологии, при которых отработанное тепло не уходит бесполезно в атмосферу, а используется для отопительных систем в многоквартирных домах. Потери здесь составляют не больше 10 процентов. Современные паровые турбины обладают коэффициентом КПД, равным 50 – 60%.

Интересно: В развитых странах Европы (Швейцарии, Австрии) большой популярностью пользуются паровозы. Их используют в качестве туристического транспорта для перевозки пассажиров по горным дорогам. Благодаря многочисленным усовершенствованиям, экономические показатели паровозов часто соперничают как с электровозами, так и тепловозами.

Чем отличаются КПД бензинового и дизельного двигателя

В отличие от паровых механизмов, топливом для двигателей внутреннего сгорания служит бензин или солярка. Двигатели внутреннего сгорания бензиновый и дизельный имеют схожие конструкции. Однако образование топливовоздушных смесей у них происходит по-разному.

В карбюраторном агрегате элементы поршневой группы функционируют при сверхвысоких температурах. Соответственно, они нуждаются в более качественном охлаждении. При этом наблюдается большой расход тепловой энергии. Вследствие неэффективного рассеивания тепла в окружающей среде, понижается коэффициент полезного действия бензинового силового агрегата.

  • КПД бензинового двигателя равняется 25-30 %;
  • дизельного – 40 %;
  • с установкой турбонаддува достигает 50 процентов соответственно.

Роторно-поршневые тепловые двигатели обладают высоким КПД, его значение превышает 40%. Это намного выше бензиновых аналогов, но немного отстает от дизельных моторов.

Турбореактивные самолетные двигатели работают совершенно по другому принципу, который существенно отличается от автомобильных ДВС. Благодаря сравнительно высокому КПД, они пользуются большой популярностью в авиастроении. Чаще всего турбореактивные агрегаты устанавливаются на крупных лайнерах большой грузоподъемности.

Как написано в учебниках физики, чтобы найти КПД двигателя, нужно разделить значение выполненной работы на величину затраченной энергии. При расчете коэффициента полезного действия ДВС полезная работа делится на количество тепла, полученного при сгорании топлива.

Основные потери КПД в двигателях внутреннего сгорания происходят при:

  1. Неполном сгорании топлива в цилиндрах.
  2. Расходе тепла.
  3. Механических потерях.

При неполном сгорании эффективность снижается за счет выхода четвертой части объема топлива с отработавшими газами. Здесь потери КПД двигателя составляют почти 25%. Благодаря появлению инжекторов, работа топливных систем становится более эффективной, но не идеальной.

Часть тепловой энергии уходит на прогрев корпусных деталей двигателя, рабочих узлов, моторного масла, радиатора и пр. Тепло также уходит с выхлопными газами. На данном этапе потери КПД составляют не меньше 35 процентов.

Несмотря на смазывание трущихся поверхностей, энергия расходуется на преодоление сил трения. Это происходит при сопряжении таких элементов, как шатуны, цилиндры, поршни, маслосъемные, компрессионные кольца и т. д. При вырабатывании электричества генератор тоже отбирает немалую долю энергии двигателя. В результате механических потерь, КПД ДВС снижается еще на 20%.

КПД двигателя рассчитывается по специальным формулам, в которых участвуют показатели работы, энергии и потерь.

Интересно: Существуют некоторые методы повышения КПД бензиновых двигателей внутреннего сгорания:

  1. Цилиндры оснащаются двумя впускными, а также двумя выпускными клапанами, вместо привычных конструкций в одном экземпляре.
  2. Свечи зажигания комплектуются отдельными катушками зажигания.
  3. Вместо обыкновенного тросика управления дроссельной заслонкой, используется электрический привод.

От чего зависит КПД дизельного двигателя

Если сравнивать эффективность бензинового и дизельного моторов, выяснится, что второй обладает лучшими показателями:

  • замечено, что, бензиновые двигатели преобразуют только одну четвертую часть использованной энергии в механическую работу;
  • в то время, как дизельные – 40% соответственно;
  • при установке турбонаддува в дизеле, КПД газотурбинного двигателя возрастает до 50 и более процентов.

Конструкция и принцип работы дизелей способствуют наибольшей эффективности в сравнении с карбюраторными двигателями. Причины лучшего КПД дизельного двигателя:

  1. Более высокий показатель степени сжатия.
  2. Воспламенение топлива происходит по другому принципу.
  3. Корпусные детали нагреваются меньше.
  4. Благодаря меньшему количеству клапанов, снижены расходы энергии на преодоление сил трения.
  5. В конструкции дизеля отсутствуют привычные свечи, катушки зажигания, на которые требуется дополнительная энергия от электрогенератора.
  6. Коленчатый вал дизеля раскручивается с меньшими оборотами.

В сравнении с дизелями, электрические двигатели считаются более эффективными. Двигатель с самым большим КПД – это электрический. При создании более долговечных аккумуляторных батарей, которым не страшны морозы, автомобильная промышленность постепенно перейдет на выпуск электромобилей в больших количествах.

Читать еще:  Фольксваген поло загорелся чек затроил двигатель причина

КПД реактивного двигателя

Воздушно-реактивный тепловой мотор работает на химической энергии топливного состава. Его мощность расходуется на создание кинетической энергии ракеты и преодоление атмосферного сопротивления. Коэффициент полезного действия таких агрегатов минимальный, по своему значению он является самым маленьким, его значение не превышает даже 1%. Здесь более корректно обсуждать КПД не двигателя, а ракетного топлива, а также, насколько эффективно оно используется.

Резюме

При производстве современных двигателей внутреннего сгорания заводы-изготовители вкладывают большие средства в погоне за повышением КПД своей продукции хотя бы на несколько процентов. С этой целью, инженеры усовершенствуют и усложняют конструкции моторов, используют новые материалы для изготовления отдельных элементов.

Иногда случается, что финансовые затраты разработчиков нецелесообразны, в сравнении с полученным результатом в 2 – 3%. Поэтому бывает выгоднее подвергать стандартные двигатели различным форсированиям, доводкам, доработкам при помощи тюнинговых усовершенствований в небольших ремонтных мастерских. В результате чего увеличивается мощность и прочие тяговые характеристики силовых агрегатов.

Бензиновый или дизельный: чьи лошади сильнее?

До сих пор встречаются чудаки, свято верящие в то, будто бы 100 лошадиных сил дизеля соответствуют примерно 140 «бензиновым» силам. Дело, как они полагают, в крутящем моменте, который у дизеля гораздо выше.

Грамотно прояснить ситуацию оказалось не так-то просто. Пришлось то и дело консультироваться в самых различных местах — на ВАЗе и УАЗе, ГАЗе и ЯМЗе. В итоге трактат получил всеобщее «одобрям-с», но автору посоветовали заранее спрятаться от потока помидоров, запущенного недовольными апологетами того или иного двигателя. Мол, будет та же реакция, как если бы спартаковский фанат в своих красно-белых тонах забрался на зенитовскую трибуну…

В общем, разбираемся, чьи силы сильнее. А попутно, чтобы стало веселее, попытаемся ответить на простейший, казалось бы, вопрос:

«Даны два автомобиля, максимально близких по конструкции, — бензиновый и дизельный. Исходные условия: современные моторы одинаковой мощности, идеально подобранные для каждого коробки передач, образцовые водители (почти роботы!), отличное сцепление с дорогой. Какой автомобиль окажется на трассе быстрее?»

Простой вопрос? Оказалось, что не очень…

Лошадиный момент

Для разгона машины нужна энергия. Чем больше энергии можно потратить в единицу времени, тем быстрее машина разгонится. Иными словами, речь идет о мощности. Чем выше мощность, тем быстрее машина: всё, казалось бы, просто. Но…

Но на практике картина другая. Максимальная мощность мотора, как бензинового, так и дизельного, достигается им только при полной подаче топлива — понятно, что это соответствует положению «педаль в пол». А вот основная жизнь автомобиля протекает в режимах частичной подачи топлива, при которых развиваемая мотором мощность явно ниже максимальной.

Напомним, что крутящий момент и мощность — это почти что близнецы-братья, как у Маяковского. Друг без друга они не существуют: ведь мощность — это крутящий момент, помноженный на частоту вращения коленчатого вала. И если на какой-то частоте вращения ДВС способен выдать более высокий крутящий момент, чем его конкурент, то и мощность его в этот момент также должна быть выше. Одно без другого просто немыслимо. Поэтому разговоры о том, что у кого-то при равной мощности момент на тех же оборотах выше, сразу пресекаем: это несерьезно.

Если бы крутящий момент был постоянным во всем диапазоне частот вращения коленвала, то внешняя скоростная характеристика, показывающая зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения, превратилась бы в прямую линию, а мощность была бы прямо пропорциональна показаниям тахометра. Тогда разницы в поведении бензинового и дизельного моторов равной мощности не было бы вообще. Однако именно своеобразность протекания момента по дизельной кривой и породила неодинаковость их поведения.

Дело в том, что в массовом сознании дизельные моторы всегда отличала их способность выдавать относительно высокие значения мощности и крутящего момента на низах. Субъективно это воспринималось так, что в этом диапазоне частот дизель откликался на правую педаль охотнее, чем бензиновый коллега. Даже атмосферные дизели за счет более высокого эффективного давления в цилиндрах могли развить более высокий момент, чем бензиновые. Однако без наддува ширина «полки» крутящего момента была при этом практически такой же, то есть практически отсутствовала. А вот с применением наддува полка сразу появилась, причем в левой части характеристики — «на низах».

На всякий случай напоминаю: момент существует только там, где есть сопротивление — без него он равен нулю. Грубо говоря, мотор бульдозера готов его выдать, но только в том случае, если встретит кучу щебня перед своим отвалом. Поэтому до тех пор, пока дорога гладкая и ровная, бензиновая и дизельная машины будут примерно в равных условиях. Но как только дорога пойдет в гору или, скажем, подует встречный ветер, то машина, у которой в данном диапазоне оборотов есть запас мощности (или момента — это не важно), сможет за его счет выйти вперед.

А если раскрутить бензиновый мотор до более высоких оборотов? Тогда ситуация выровняется. Мало того, поскольку диапазон частот вращения коленвала у «бензинок» заведомо шире, чем у дизелей, то и отыграться за все обиды они могут именно там, «на верхах». Дизель, быстрее достигнув пика мощности, «заткнется» — его ВСХ пойдет на спад, а вот бензиновый мотор будет продолжать раскручиваться дальше, так как пик его мощности достигается при более высоких частотах вращения.

Впрочем, на этом этапе рассуждений мы упираемся в особенности конкретных моторов. Строго говоря, бензиновый двигатель тоже может быть «низовым». И если у двух моторов, низового и верхового, заявленная максимальная мощность одинакова, то поначалу вперед вырвется именно машина с «низовым» мотором. Как справедливо указал один из наиболее грамотных форумчан, при установке на автомобиль движков от «эмочки» и Таврии, мощность которых примерно одинакова, с «эмочным» мотором разгон будет интенсивнее.

У кого шире?

Между прочим, широкая полка момента, которой так любят хвастаться дизелеводы, сегодня уже не является их козырной картой. У бензинового движка с непосредственным впрыском и турбонаддувом она ни в чем не уступает дизельной, а то и превосходит. Более того, как подсказали нам на ЯМЗе, при построениях ВСХ заметно, что по мере снижения частоты вращения турбокомпрессоры «бензинок» держатся дольше, чем их дизельные коллеги. И это объяснимо: дизелю нужно больше воздуха, а потому турбокомпрессоры начинают задыхаться раньше. А с учетом широкого диапазона частот вращения бензиновый мотор вполне может оставить дизель позади.

Пора посмотреть на картинки. Из широкой гаммы вольвовских моторов нам любезно предоставили внешние скоростные характеристики тех, кто имеет воплощение в дизельном и бензиновом вариантах при равных или почти равных заявленных мощностях. Из них видно, что «полка» крутящего момента у бензиновых движков вовсе не уже, а шире, чем у дизельных собратьев по внутреннему сгоранию.

Слева на графиках — ВСХ 190-сильного бензинового мотора B4204T19 (V40 Cross Country, S60). Справа — ВСХ дизельного мотора D4204T5 той же мощности (S60, V 60 Cross Country, S80, XC60, XC70)
Слева показана ВСХ бензинового мотора B4204T36 мощностью 249 л.с. (XC40). Справа — ВСХ дизельного движка D4204T23 в 240 л.с. (Polestar XC60 New, V90 Cross Country, XC90)

Что касается вопроса, какой из автомобилей окажется быстрее в гонках с общего старта и чей разгон динамичнее, то теоретические рассуждения дают только один верный ответ: надо посмотреть на ВСХ их моторов. Решение подсказывает площадь под кривой крутящего момента — математики вспомнят слово «интеграл». Фактически эта площадь и есть мерило динамики машины. Чем характеристика «прямоугольнее», тем лучше. Чем равномернее «размазан» по оборотам крутящий момент, тем проще угодить и экологам, и мотористам. Лучше других выглядят бензиновые моторы с непосредственным впрыском и турбонаддувом, хуже — высокофорсированные безнаддувные «бензинки» с пиком мощности под 8000 об/мин и момента на 6000. Высокофорсированный наддувный дизель будет гораздо ближе к первому варианту, чем ко второму.

Надо отметить, что свою лепту в путаницу вносят «электронные педали газа». На пальцах это выглядит так: вы вдавили педаль в пол, а компьютер начинает советоваться с партией зеленых, оценивая предстоящие выбросы вредностей. Поэтому в любой современной машине всё определяется программным обеспечением и скоростью процессора, который порой может и не поспевать отслеживать меняющиеся условия работы. Можно привести и другой пример по части экологии: современные дизели имеют электронные ограничители времени работы на оборотах максимальной мощности, поскольку в таком режиме дизельный двигатель изрыгает сажу.

Всем, кто имеет свое суждение о превосходствах того или иного двигателя, предлагаю высказаться. Аргументы типа «„Зенит“ — чемпион»» прошу не употреблять: хочется услышать технически обоснованную аргументацию.

А вообще-то…

А, вообще-то, подобные споры скоро прекратятся. Одна компания за другой заявляют о полном прекращении новых разработок дизелей. А потом и ДВС в целом… Впереди эпоха гибридов различных мастей и, конечно же, электромобилей. Впрочем, недавно прозвучала команда вспомнить про метан, так что — посмотрим…

Я никогда не любил дизели. Но мне их жалко.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector