Toyota-navi.ru

АвтоКлуб Toyota
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель внутреннего сгорания что происходит с газом

Влияние газа на двигатель автомобиля с ГБО

Последнее обновление — 11 октября 2019 в 12:27

В условиях постоянного удорожания нефтяного топлива каждый автолюбитель задумывается, как ездить на автомобиле экономнее. Одной из альтернатив бензину и дизельному топливу является газ, а именно — пропан-бутановая смесь или метан.

Несмотря на все преимущества работы автомобиля на газе, среди водителей наблюдается устойчивое мнение, что эксплуатировать машину на газе не стоит, так как это негативно сказывается на ее силовой установке. Поэтому в данной статье рассмотрим, как влияет газ на двигатель автомобиля.

Газовый двигатель внутреннего сгорания – общее описание агрегата

Современные двигатели такого рода работают на природном и попутном газах, а также на сжиженном пропан-бутане, доменном газе и других. Преимущество таких двигателей заключается в меньшем износе основных узлов и деталей, что достигается путем создания качественной горючей смеси и ее эффективного сжигания. К тому же, в выхлопах практически отсутствуют вредные примеси.

КПД современных двигателей на таком топливе достигает порядка 42 %. Наиболее широко они применяются в газовой и нефтяной промышленности в качестве приводных устройств на газоперекачивающих установках. В последнее время перестали быть новинкой такие агрегаты и в автомобиле.

В отличие от них первый двигатель Отто был достаточно низкооборотным и обладал большой массой. При увеличении оборотов вала до 180 об/мин происходили перебои в его работе, а также ускоренный износ золотника. В качестве бака для хранения газа использовался большой резервуар, поэтому установка его на автомобили была попросту невозможной, однако его стали широко применять на различных заводах и фабриках.

Компоненты двигателя: где и как сгорает смесь

Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).

Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания .

Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.

Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:

В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами . Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.

! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.

Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:

Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными .

Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.

Рассмотрим цилиндр в разрезе:

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Какие процессы происходят в цилиндрах

Цикл работы двигателя замкнутый. Возможна организация работы ДВС с кривошипно-шатунным механизмом по двух и четырехтактному циклу. Но подавляющее большинство автомобильных двигателей внутреннего сгорания работает по четырехтактному циклу. Рассмотрим, каким образом происходит эта работа.

Но для начала немного терминологии

Коленчатый вал вращается. Соединенный с ним поршень совершает в цилиндре движение вверх — вниз. Крайние положения поршня в цилиндре называют мёртвыми точками. Это верхняя мёртвая точка (сокращенно ВМТ) и нижняя мёртвая точка (НМТ).

Перемещение поршня от одного крайнего положения до другого называется тактом. Следовательно у четырехтактного двигателя цикл работы выполняется за четыре движения поршня вверх-вниз, что соответствует двум оборотам коленчатого вала.

Если умножить площадь торца (днища) поршня на расстояние между ВМТ и НМТ получим, так называемый, рабочий объем цилиндра, обозначаемый Vh.

Если умножить рабочий объем цилиндра на количество цилиндров в двигателе получается тот самый рабочий объем двигателя. Эта цифра в литрах всегда фигурирует среди технических параметров автомобиля. Многие автопроизводители гордо выносят эту цифру на шильдик, располагая его на задней части автомобиля (часто цифру привирают).

Читать еще:  Форд фокус 2 шумно стал работать двигатель

Цифра указывающая на рабочий объем двигателя

Объем над поршнем, когда он замер в ВМТ, называют объемом камеры сгорания (Vс). Именно в этом объеме начинается горение смеси паров топлива и воздуха. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра :Va = Vh + Vс.

Следующий важный параметр двигателя, это геометрическая степень сжатия. Обозначается ε. Она показывает, во сколько раз изменяется объем над поршнем, когда он перемещается от НМТ к ВМТ, ε = Va/Vc. Чем больше ε, тем выше температура и давление в смеси газов над поршнем при приближении его к ВМТ. Повышение степени сжатия делает двигатель экономичнее и увеличивает его мощность.

Но величина ε зависит от топлива, на которое рассчитан двигатель. Для двигателя, работающего на бензине ε = 6 – 10, для газовых ε = 7 – 9, для дизельных ε = 15 – 20. Отсюда видно, почему бензиновый двигатель легко переоборудовать для работы на газе. У дизелей такое высокое значение ε необходимо для того, чтобы обеспечить самовоспламенение топлива.

Ну а теперь непосредственно о рабочем цикле

Первый такт цикла носит название «впуск». Поршень движется от ВМТ к НМТ. Впускной клапан открыт, и через него в цилиндр поступают пары бензина смешанные с воздухом, так называемая горючая смесь (у дизельного двигателя – чистый воздух).

Второй такт – сжатие. Клапаны закрыты. Поршень движется от НМТ к ВМТ, рабочая смесь (горючая смесь и остатки продуктов горения от предыдущего цикла) сжимается. Когда поршень приближается в ВМТ, у бензиновых двигателей между контактами свечи зажигания проскакивает электрическая искра для поджигания смеси.

Почему искра подается не в ВМТ, а раньше?

Дело в том, что перед началом горения должны пройти реакции, подготавливающие смесь к горению. Интенсивное горение смеси должно начаться только когда поршень достигнет ВМТ. Время на подготовительные реакции всегда одинаковое, а скорость перемещения поршня изменяется при изменении оборотов коленчатого вала. Поэтому приходиться изменять момент подачи искры, изменять, так называемый «угол опережения зажигания».

Меняется угол опережения зажигания

У дизельных двигателей при приближении поршня к ВМТ через специальную форсунку в надпоршневое пространство под высоким давлением впрыскивается топливо. Пока поршень дойдет до ВМТ, топливо должно испариться, перемешаться с воздухом, приготовиться к горению и начать гореть, когда поршень окажется в ВМТ.

Время на подготовку также постоянное, поэтому на высоких оборотах топливо впрыскивается раньше. Изменяется так называемый «угол опережения впрыска».

Третий такт – рабочий ход. Клапаны закрыты. Смесь интенсивно горит, её давление, и температура резко повышаются. Под действием давления поршень движется от ВМТ к НМТ и подталкивает коленчатый вал, подпитывая его энергией.

Четвертый такт – выпуск. Выпускной клапан открыт. Поршень движется от НМТ к ВМТ и отработанные газы выдавливаются из цилиндра.

Цикл закончился и начинается следующий. Следует заметить, что подпитка энергией коленчатого вала происходит только во время такта рабочего хода. Во время всех остальных тактов поршень перемещается (так называемые насосные ходы) за счет энергии, накопленной коленчатым валом от предыдущих рабочих циклов.

Как работает двигатель внутреннего сгорания — видео:

То есть в течение двух оборотов коленчатого вала подпитка его энергией происходит только пол-оборота. Это одна из причин невысокого коэффициента полезного действия четырехтактных двигателей.

Система Комон рейл

Управление впрыском топлива происходит при помощи электронного блока управления. Количество подаваемого топлива учитывается от числа оборотов двигателя, скорости движения и возникающих нагрузок в процессе движения автомобиля. Система впрыска дизельного двигателя комон рейл позволят достичь максимально возможного давления впрыска топлива. Поэтому она и получила широкое распространение на современных двигателях.

Система common rail принцип работы

Насос создаёт высокое давление не для каждой форсунки в отдельности а для всех сразу. Давление аккумулируется в расширительной трубке рейле. Все форсунки соединены с рейлом. Впрыск топлива осуществляется за счет работы электро магнитного клапана в форсунках. Управление клапанами осуществляет электронный блок. На основании данных которые он получает от датчиков.

  • положение коленчатого вала
  • положение распределительного вала
  • температуры поступающего воздуха-
  • температуры двигателя
  • давление топлива в рейл
  • количество сгоревшего топлива
  • положение педали газа
Читать еще:  Через сколько километров менять масло в двигателе механика

В зависимости от полученных данных ЭБУ определяет время открытия и закрытия форсунок. То есть количество необходимого топлива. Угол опережения зажигания.

Достигается максимальное сгорание топлива на разных режимах работы двигателя.

Устройство системы комон рейл

Система комон рейл состоит из элементов низкого и высокого давления топлива.

Элементы низкого давления обеспечивают подачу топлива до насоса высокого давления. Низкое давление является составной частью нагнетания высокого. То есть оно должно иметь определённую величину. Чтобы насос высокого давления эффективно работал.

В систему низкого давления входят топливоподводящие трубки. Фильтра грубой и тонкой очистки топлива. И как правило шестеренный насос низкого давления.

Элементы высокого давления производят нагнетание рабочего давления топлива в камере сгорания.

К ним относятся:

  • Насос высокого давления
  • Рейл
  • Подводящие трубки к форсункам
  • Форсунки распыляющие топливо в камере сгорания

В связи с тем что система подводит давление к форсункам одновременно. Затрудняется поиск неисправностей. Если одна форсунка вышла из строя. Например перестала сдерживать рабочее давление. Двигатель работать не сможет. Потеря давления в одной форсунке не позволит создать давление во всей системе.

Неплотное соединение между элементами высокого давления так же позволит создать давление нагнетания.

Например очень часто форсунки подключаются к рейл при помощи удлинителей(морковок) Форсунка имеет конусное отверстие. И в это отверстие прилегает конус удлинителя. Если в соединении трубки удлинителя и форсунки будет повреждение. И трубка не плотно приляжет к форсунке. Давление в системе уже не создаться. И двигатель не заведется. Все соединения должны быть надёжными и предельно прочными. Попадание малейших частиц грязи приведет к неисправности. Иногда требуется ремонт форсунок. Их снимают везут в мастерскую. Соединительные трубки остаются в пыли и грязи ждать форсунки. При установке отремонтированных форсунок их прикручивают как они и лежали. Мотор естественно не заводится из за попавшей грязи в форсунки. А винить начинают мастеров. Диагностика неисправности системы впрыска комон рейл производится при помощи тестера. Который считывает коды ошибок выдаваемых электронным блоком. Но этих данных бывает недостаточно для определения истинной причины неисправности.

Система впрыска дизельного двигателя подвергается постоянной эволюции. Связано это с требованиями экологии. По уменьшению вредных выбросов отработанных газов. А это в свою очередь и есть путь к повышению эффективности работы двигателя и экономии топлива.

Газовый двигатель внутреннего сгорания

Немного истории:

Самый первый двигатель внутреннего сгорания изобрёл инженер-бельгиец Ж.Ж. Этьен Ленуар в середине 19 века, это был двухтактный электрический двигатель с искровым зажиганием, топливом для этого устройства был каменноугольный газ, но ресурс работы такого изобретения был очень мал, так как изобретатель не учёл необходимость в смазке и охлаждения двигателя. Через несколько лет Ленуар преобразовал свой двигатель с учётом потребностей, и в качестве топлива стал использовать керосин. И всё равно устройство было безупречным, хотя некоторые трёхколёсные автомобили ездили на таком двигателе.

К концу 19 века произошли большие изменения в создании двигателя внутреннего сгорания. Немецкий изобретатель Николаус Аугуст Отто был первым изобретателем, открывший миру технически сложно устройство, преобразовывающее энергию топлива в механическую энергию, он создал газовый двигатель внутреннего сгорания. Суть работы газового двигателя была в том, что горючая смесь сначала подвергалась сильному сжатию в верхней точке положения поршня.

Первый двигатель изобретателя был довольно низкооборотным и имел достаточно большую массу, в следствии чего при увеличении оборотов вала до 180 об/мин появлялись проблемы в его работе, и быстрее изнашивался золотник. Для хранения газа использовался огромная ёмкость, что делало невозможным установить его на автомобиль, зато он нашёл своё огромное применение на различных фабриках и заводах

Изобретателю потребовалось 15 лет, чтобы создать экономичный двигатель, который в свою очередь получил название четырёхтактного двигателя, так как рабочий цикл протекал в нём за четыре хода поршня.

Что же такое газовый двигатель внутреннего сгорания?

Общее определение двигателя внутреннего сгорания таково, что это такой тип двигателя, где химическая энергия жидкого или газообразного углеводородного топлива, которое сгорает в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Главным недостатком двигателя внутреннего сгорания является производимая им высокая мощность в исключительно узком диапазоне оборотов, поэтому главными элементами двигателя становится стартер и трансмиссия.

Нынешние двигатели подобного типа работают на природном газе, сниженном пропан-бутане и других. Большим плюсом таких двигателей является то, что в них меньше изнашиваются основные узлы и детали, что происходит из-за создания качественной горючей смеси и её результативного сжигания, а также преимущество ещё и в том, что в выхлопах практически не обнаруживается вредных примесей.

Читать еще:  Экзаменационная работа на тему то системы питания двигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) двигателей на таком топливе приближается к 42 процентам.

Что такое система питания газовых двигателей?

Системой питания газовых двигателей внутреннего сгорания, называют систему, устанавливающуюся на автомобили и позволяющую использовать вместо бензина сниженный газ. Состоит такая система из следующих элементов:

  • топливный баллон, который может различаться формами;
  • газовый клапан, позволяющий перекрывать подачу топлива во время стоянки машины;
  • переключатель на определённый вид топлива, который монтируется в салон автомобиля;
  • электромагнитный бензиновый клапан для автомобилей с бензиновым двигателем или эмулятор форсунок для дизельных двигателей, который служит для того, чтобы перекрывать подачу бензина в процессе использования газового топлива;
  • выносное устройство для заправки газом;
  • редуктор-испаритель, предназначающийся для подогрева и испарения сжиженного топлива;
  • мультиклапан, предотвращающий утечку газа.

Суть работы такой системы почти идентично бензиновой, то есть в начале сжиженное топливо поступает в клапан-фильтр по магистрали, где проходит начальную чистку от различных смол, затем очищенное топливо направляется в редуктор-испаритель, где давление его понижается до одной атмосферы и после этого через дозатор топливо уже подаётся в смеситель.

Что касается инжекторных двигателей, то в подобном оборудование бензиновый клапан не применяется, вместо него устанавливают эмулятор форсунок

Плюсы и минусы газового двигателя:

Как ни странно, но такое оборудование не идеальное, оно имеет и достоинства и недостатки. Достоинства такого оборудования в том, что вы можете без особых трудностей создать газовый двигатель самостоятельно, а именно, смонтировать установку на автомобиль своими силами, также не маловажным плюсом является низкая стоимость такого топлива, а также высокое октановое число. Помимо этого, как было сказано выше, такое топливо не производит вредных выбросов. Двигатель на таком топливе работает более качественно, а также значительно увеличивается ресурс двигателя.

Что касается недостатков, то их много меньше, но они существенны, например, снижается динамика разгона автомобиля, ощутимо возрастает нагрузка на клапаны газораспределительного механизма. Помимо этого, есть некоторые сложности с использование такого оборудования в зимнее время года, а также оно занимает довольно много места. В общем ставить или не ставить газовое оборудование решать только вам.

Как установить газовое оборудование самостоятельно?

Существует известные нам в наше время пара схем подключения оборудования – классическая, в которой газ подаётся прямо в инжектор или карбюратор и последовательная – при которой топливо поступает прямо в форсунки, которые установленны параллельно с бензиновыми.

Проще всего использовать классическую схему установки оборудования, она менее затратная и не сложная в плане работы, но имеет один достаточно весомый недостаток – при переключении режимов начинает образовываться смесь довольно низкого качества, в следствии чего двигатель быстрее изнашивается. Поэтому, пусть последовательная система затратнее, но качество подачи газа у неё намного лучше.

Обычно газобаллонное оборудование, которое можно самостоятельно встроить в уже существующую систему автомобиля, можно приобрести на рынке, и к каждой модели двигателя подбирается соответствующая модель газобаллонного оборудования. Чаще всего заправочный баллон с комплектующими крепится в месте для запасного колеса, но может крепится и в нише багажника.

После того как вы закрепили баллон присоединяем выносное заправочное устройство, отверстие которого должно выходить на внешнюю сторону кузова, после этого, на двигателе устанавливаются клапаны против утечки газа, для перекрывания бензина при подаче газа. Обычно переключатель с бензина на газ монтируется в салоне автомобиля.

Но, если вы не уверены в своих знаниях по устройству мотора и способностях, то лучше всего обратиться к специалистам и не рисковать присоединять ГБО самостоятельно. С газом не шутят!

В газотурбинном двигателе энергия от сгоревшего топлива поступает в виде потока газов на клиновидные лопатки ротора. Лопатки вращением увлекают за собой вал турбины, превращая тепловую энергию в механическую энергию.

Многочисленные попытки отказаться от двигателя внутреннего сгорания не увенчались успехом. Силовая установка еще будет состоять на службе у человечества. Какой бы хитроумный агрегат не пришёл на смену, он не составит конкуренции, пока не сравняется с ДВС в простоте, надёжности и долговечности.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector