Принцип работы бензинового двигателя
Мы ограничимся объяснением принципа работы 4-тактного двигателя внутреннего сгорания (за исключением дизеля), которые распространены в автомобилестроении больше всего. И к ним, разумеется, относятся двигатели автомобилей VW. 4 важных такта. Как известно, топливно-воздушная смесь очень определенно состава сгорает (раньше говорили – взрывается) в цилиндрах поршневого двигателя. В них повышается давление. Оно двигает поршни вниз, а те, через шатуны, вращают коленчатый вал. Работу двигателя можно поделить на 4 различных рабочих фазы (или такта): 1. Всасывание свежих газов; 2. Сжатие; 3. Воспламенение, сгорание и подъем давления; 4. Выпуск отработавших газов; Ясно, что сила, которая давит на поршни при сгорании, тем больше, чем большее топливо-воздушной смеси сгорит в цилиндре и чем большее при этом возникнет давление. Действующая на поршни сила и крутящий момент на выходе коленчатого вала непосредственно связаны между собой. Другими словами, чем больше давление на поршни, тем больше крутящий момент и мощность. Так как давление в цилиндре во время сгорания не равномерно, ввели понятие «среднего давления сгорания». Однако мощность, кроме среднего давления, зависит ещё и от рабочего объема цилиндров двигателя. Эта связь выражается в следующей простой формуле: Md = pmVh(K). Где Md – крутящий момент; pm – среднее давление сгорания; Vh – рабочий объем; K – коэффициент. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания четырехтактного цикла станет понятным из этих 4 эскизов, a) Всасывание свежих газов (впускной клапан открыт, выпускной закрыт), b) сжатие бензо-воздушной смеси (оба клапана закрыты), c) воспламенение и сгорание смеси (оба клапана закрыты), d) выпуск отработавших газов (выпускной клапан открыт, впускной закрыт). При каждом рабочем ходе поршней создаётся определенный крутящий момент, т.е. выполняется работа. И чем чаще происходят рабочие хода, тем больше будет проделано работы, т.е. тем больше мощность двигателя. Из этого следует, что мощность определяется двумя факторами. А именно числом оборотов и крутящим моментом. Эта простая связь вполне очевидна из формулы мощности: P = Mdn(K). Буква P означает мощность, n – число оборотов, а K, как и в первой формуле, константу, которая дальше нас здесь не интересует. Если совместить эти две формулы, то формула мощности получает следующий вид: P = pmVhn(K). Из этой формулы видно какие мероприятия необходимы, чтобы повысить мощность мотора: • повышение среднего (эффективного) давления; • увеличение рабочего объема; • увеличение числа оборотов, Как правило, при повышении мощности используют не одну из этих возможностей, а стараются применить все 3 мероприятия одновременно. Повышение среднего давления. Среднее давление (которое по техническим причинам имеет определенные границы) связано с числом оборотов. Его зависимость от оборотов коленвала выглядит точно так же как график крутящего момента. Поэтому мы можем судить о его состоянии по этому графику. Сначала, по мере увеличения оборотов, среднее давление поднимается и достигает максимальной величины, а затем более или менее быстро спадает. Из приведённых ранее формул следует, что увеличение крутящего момента мотора и, соответственно, среднего давления на высоких оборотах приводит к большему увеличению мощности, чем его увеличение на низких оборотах. Следовательно, есть смысл увеличивать не только максимальную величину среднего давления, но и переводить его максимум в зону более высоких оборотов. Величину и распределение крутящего момента по оборотам определяют полнота наполнения цилиндра, степень сжатия и потери на трение. Без сомнения, увеличить рабочий объем, расточив цилиндры, проще всего. Но так как при этом прочность стенок уменьшается, здесь у разных моторов возможности различны. Кроме того, нужно ещё иметь в наличии подходящие поршни. Если все эти условия выполнены, то возражений против этого вида увеличения рабочего объема нет. Рабочий объем можно увеличить, увеличив ход поршня. Это несколько сложнее, так как наряду с другим коленчатым валом (с большим ходом) необходимы либо укороченные шатуны, либо низкие поршни, которые предотвратят выход поршня за пределы блока цилиндров в ВМТ. Дальше нужно обратить внимание на то, что при увеличении хода поршня увеличится его скорость, а тут есть критические пределы. Но это важно только для относительно длинноходных моторов. В целом, же такой метод требует большего количества издержек, чем относительно простое увеличение диаметра цилиндров. Его нужно применять только тогда, когда тому есть благоприятные предпосылки. Например, такой метод как нельзя лучше подходит для 1,5-, 1,6- и 1,8-литровых моторов Golf/Jetta/Scirocco. Увеличение диаметра цилиндров и хода поршня помогут увеличить рабочий объем. Cо специальными коленчатыми валами Oettinger можно увеличить рабочий объем, при соответствующем растачивании цилиндра, до 2 л. V = z · H · ∏ · D²/4 Здесь V обозначает рабочий объём двигателя, H величину хода поршня (в см.), D диаметр цилиндра (в см.), z – количество цилиндров. Для четырехцилиндровых моторов формула упрощается до: V = H · ∏ · D² Увеличивать рабочий объем моторов 1,5/1,6/1,8 литра Golf/Jetta/Scirocco за счёт увеличения хода поршня удобно по тому, что существует заводской коленчатый вал с большим ходом – 86,4 мм. Существует ещё так называемая волна «Chrysler» (E-Nr. 049 105 101 F) или коленчатый вал мотора 1,8 л (E-Nr. 026 105 021 B). Фирма Oettinger выпускает для моторов Golf/Jetta/Scirocco коленчатые валы с длинным ходом (до 94,5 мм).
Принцип работы
Схема простейшего карбюратора
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 поршняв такте впуска давление вцилиндреснижается. 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 мощностьдвигателярегулируетсядроссельной заслонкой(5), которая обычно приводится в движение педалью акселератора (или ручным приводом у мотоциклов и некоторых автомобилей).
Вспомогательные системы
Автомобильный двигатель в процессе эксплуатации работает в разных режимах, таких как:
Пуск двигателя, при котором требуется богатая смесь.
Холостой ходи малые нагрузки,
Средние нагрузки, при которых двигатель работает на смеси, близкой по составу к экономичной.
Большие нагрузки, при которых карбюратор должен давать смесь близкую к мощностной.
Резкое открытие дросселя, которое не должно сопровождаться ощутимым обеднением смеси.
Для удовлетворения указанных требований карбюратор должен иметь, соответственно, следующие дозирующие устройства:
Пусковое устройство.
Система холостого хода.
Главное дозирующее устройство.
Экономайзер.
Насос-ускоритель.
Переходная система.
Эти дозирующие устройства вступают или выключаются из работы в разное время или работают одновременно, обеспечивая наивыгоднейшее (в отношении получения наибольшей мощности или экономичности) протекание рабочего процесса на всех режимах двигателя.