Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания
— простейший поршневой двигатель внутреннего сгорания, имеющий всего один рабочий цилиндр. Одноцилиндровый двигатель является полностью несбалансированным и имеет неравномерный ход. Одноцилиндровые двигатели характеризуются наименьшим отношением площади поверхности рабочего цилиндра к рабочему объёму по сравнению с многоцилиндровыми двигателями, что обеспечивает наименьшие потери тепла в рабочем процессе и высокий индикаторный к.п.д. В то же время одноцилиндровые двигатели характеризуются существенной большей тепловой и механической напряжённостью деталей по сравнению с многоцилиндровыми двигателями. Удельная масса одноцилиндровых двигателей выше чем у многоцилиндровых такого же рабочего объёма.
В прошлом одноцилиндровые двигатели (благодаря простоте устройства) были широко распространены а их рабочий объём был практически не ограничен сверху — на судах и в стационарных установках встречались малооборотистые одноцилиндровые двигатели с рабочим объёмом до 12 л (например дизельный калоризаторный двигатель «Пионер» мощностью 33 кВт, выпущенный на ). В настоящее время распространение одноцилиндровых двигателей также достаточно широко, по причине их простоты, малой стоимости и малой массы, но рабочий объём ограничен.
Наименьшим рабочим объёмом характеризуются одноцилиндровые двигатели для авиамоделей — 1 см³ — 10 см³. Бензиновые двухтактные двигатели ручных газонокосилок (триммеров) имеют рабочий объём 15 см³ — 36 см³. На мотопилах применяются двигатели с рабочим объёмом 36 см³ — 100 см³. На мопедах применяются одноцилиндровые двигатели рабочим объёмом немного меньше 50 см³. Для привода небольших электрических генераторов применяют одноцилиндровые двигатели рабочим объёмом 60 см³ — 420 см³ (дизель Yanmar L100). На мотоциклах нашли применение одноцилиндровые двухтактные двигатели рабочим объёмом 125 см³ — 350 см³. Например, российский мотоцикл «ИЖ-Планета» имеет один из самых крупных в мире серийных одноцилиндровых двухтактных двигателей рабочим объёмом 346 см³. Четырёхтактные мотоциклетные двигатели обладают рабочим объёмом до 800см³(suzuki dr800).
Для тракторов ДТ-14 и самоходных шасси ДСШ-14 выпускался одноцилиндровый дизельный двигатель рабочим объёмом 1,03 л и мощностью 14 л.с. В Китае по состоянию на 2013 год продолжают выпускаться разработанные в 1930-х годах одноцилиндровые дизельные двигатели S1100 и S1115 рабочим объемом 905 см³ и 1194 см³ соответственно. Эти двигатели широко применяются для привода тяжелых мотоблоков и небольших тракторов.
Cуществует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленчатого вала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции. Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60. 70 %.
Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень – металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем – пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка видно, что топливная смесь (голубой цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр. Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.
Читать также: Понижающая передача на мотоблок
Смотрите также
Принцип работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта
1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится в нижней мертвой точке, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и приоткрытый клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливовоздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
Принцип зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ. Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты.
Шестнадцатицилиндровые двигатели
В настоящее время в серийных автомобилях эти двигатели не применяются.В 1930 под брендом Cadillac была выпущена модель V16 с шестнадцатицилиндровым двигателем объёмом 7,3 литра мощностью 185 л.с. V16 оказался единственным серийным легковым автомобилем с двигателем V16.
Самый большой и мощный дизельный двигатель в мире достигает 13.5 метров высоты и 26.59 метров длины. У него всего 14 цилиндров
Значительно позже, в 1987 году, двигатель V16 на автомобиль седьмой серии Е32 в качестве эксперимента установила компания BMW. Рабочий объем двигателя составлял 6,76, а мощность 408 л.с. Чтобы разместить двигатель под капотом, пришлось перенести радиаторы системы охлаждения в багажник.
Под капотом суперкара Bugatti Veyron Vitesse установлен двигатель W16 мощностью в 1200 л. с. при 6400 об/мин. Крутящий момент силовой установки из 4-х блоков по 4 цилиндра в каждом равен 1500 Н·м в пределе 3000—5000 об/мин.
Недостатки двухтактных двигателей:
1. Больший расход топлива. Напомним, примерный расход можно высчитать по формуле: для двухтактного 300 грамм на одну лошадиную силу, для четырёхтактного 200 грамм. 2. Шумность. На максимальных оборотах двухтактные двигатели как правило работают немного громче четырёхтактных. 3. Комфорт. Четырёхтактные тактные двигатели не так вибрируют на малых оборотах (Касается только двухцилиндровых двигателей. Одноцилиндровые и двух и четырёхтактные вибрируют примерно одинаково) и не так дымят как двухтактные. 4. Долговечность. Довольно спорный пункт. Бытует мнение, что двухтактные двигатели менее долговечны. С одной стороны это понятно, потому как масло для смазки трущихся элементов двигателя подается вместе с бензином, а значит работает не так эффективно в отличие от четырёхтактных двигателей где трущиеся элементы буквально плавают в масле. Но с другой стороны четырёхтактный двигатель по конструкции намного сложнее конкурента, состоит значительно большего числа деталей, а золотой принцип механики “Чем проще тем надежнее” еще никто не отменял.
Читать также: Трубогиб для теплиц своими руками
Двигатель внутреннего сгорания – это основной вид автомобильных силовых агрегатов на сегодняшний день. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основывается на эффекте теплового расширения газов, возникающего во время сгорания в цилиндре топливно-воздушной смеси.
Одноцилиндровый двигатель
Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания
— простейший поршневой двигатель внутреннего сгорания, имеющий всего один рабочий цилиндр. Одноцилиндровый двигатель является полностью несбалансированным и имеет неравномерный ход. Одноцилиндровые двигатели характеризуются наименьшим отношением площади поверхности рабочего цилиндра к рабочему объёму по сравнению с многоцилиндровыми двигателями, что обеспечивает наименьшие потери тепла в рабочем процессе и высокий индикаторный к.п.д. В то же время одноцилиндровые двигатели характеризуются существенной большей тепловой и механической напряжённостью деталей по сравнению с многоцилиндровыми двигателями. Удельная масса одноцилиндровых двигателей выше чем у многоцилиндровых такого же рабочего объёма.
В прошлом одноцилиндровые двигатели (благодаря простоте устройства) были широко распространены а их рабочий объём был практически не ограничен сверху — на судах и в стационарных установках встречались малооборотистые одноцилиндровые двигатели с рабочим объёмом до 12 л (например дизельный калоризаторный двигатель «Пионер» мощностью 33 кВт, выпущенный на ). В настоящее время распространение одноцилиндровых двигателей также достаточно широко, по причине их простоты, малой стоимости и малой массы, но рабочий объём ограничен.
Наименьшим рабочим объёмом характеризуются одноцилиндровые двигатели для авиамоделей — 1 см³ — 10 см³. Бензиновые двухтактные двигатели ручных газонокосилок (триммеров) имеют рабочий объём 15 см³ — 36 см³. На мотопилах применяются двигатели с рабочим объёмом 36 см³ — 100 см³. На мопедах применяются одноцилиндровые двигатели рабочим объёмом немного меньше 50 см³. Для привода небольших электрических генераторов применяют одноцилиндровые двигатели рабочим объёмом 60 см³ — 250 см³. На мотоциклах нашли применение одноцилиндровые двухтактные двигатели рабочим объёмом 125 см³ — 350 см³. Например, российский мотоцикл «ИЖ-Планета» имеет один из самых крупных в мире серийных одноцилиндровых двухтактных двигателей рабочим объёмом 346 см³. Четырёхтактные мотоциклетные двигатели обладают рабочим объёмом до 800см³(suzuki dr800).
Для тракторов ДТ-14 и самоходных шасси ДСШ-14 выпускался одноцилиндровый дизельный двигатель рабочим объёмом 1,03 л и мощностью 14 л.с.
Источник
Самые распространенные виды двигателей
Существует три разновидности ДВС: поршневой, роторно-поршневой силовой агрегат системы Ванкеля и газотурбинный. За редким исключением на современные авто устанавливаются четырехтактные поршневые моторы. Причина кроется в низкой цене, компактности, малом весе, многотопливности и возможности установки практически на любые транспортные средства.
Сам по себе двигатель автомобиля – это механизм, преобразующий тепловую энергию горящего топлива в механическую, работу которого обеспечивает множество систем, узлов и агрегатов. Поршневые ДВС бывают двух- и четырехтактными. Понять принцип работы двигателя автомобиля проще всего на примере четырехтактного одноцилиндрового силового агрегата.
Четырехтактным мотор называется потому, что один рабочий цикл состоит из четырех движений поршня (тактов) или двух оборотов коленчатого вала:
Карбюраторный двигатель
Карбюраторный двигатель — это отдельный вид двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с наружным формированием смеси. В карбюраторном двигателе внутреннего сгорания горючая смесь по коллектору проходит в цилиндры двигателя и вырабатывается в карбюраторе.
Карбюратор — конструкция в системе питания двигателей внутреннего сгорания, которая служит для перемешивания бензина с воздухом, образовывает горючую смесь и корректирует ее потребление. На сегодняшний день карбюраторные системы заменяются инжекторными.
Смесь представляет собой пары бензина смешанные с воздухом. Когда она проходит в цилиндры двигателя происходит перемешивание с отработанными газами и образование рабочей смеси, которая в конкретный момент поджигается системой зажигания. Поджигание смеси производится благодаря тому, что бензин поступает в газообразном виде и имеется достаточное количество воздуха для горения.
Карбюраторные двигатели подразделяются на четырехтактные и двухтактные. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя складывается из четырех тактов, они состоят из четырех полуоборотов коленчатого вала; двухтактные же состоят из двух полуоборотов коленчатого вала. Двухтактные двигатели наиболее легкие и получили свое применение в мотоциклах, мотокультиваторах, бензопилах и в других аппаратах.
Двигатели этого типа делятся на два подтипа:
Общее устройство ДВС
Чтобы понять принцип работы мотора, необходимо в общих чертах представить его устройство. Основными частями являются:
- блок цилиндров (в нашем случае цилиндр один);
- кривошипно-шатунный механизм, состоящий из коленчатого вала, шатунов и поршней;
- головка блока с газораспределительным механизмом (ГРМ).
Кривошипно-шатунный механизм обеспечивает преобразование поступательно-возвратного движения поршней во вращение коленчатого вала. Поршни приходят в движение благодаря энергии сгорающего в цилиндрах топлива.
Работа данного механизма невозможна без работы механизма газораспределения, который обеспечивает своевременное открытие впускных и выпускных клапанов для впуска рабочей смеси и выпуска отработавших газов. Состоит ГРМ из одного или нескольких распределительных валов, имеющих кулачки, толкающие клапаны (не менее двух на каждый цилиндр), клапанов и возвратных пружин.
Двигатель внутреннего сгорания способен работать только при слаженной работе вспомогательных систем, к которым относятся:
- система зажигания, отвечающая за воспламенение горючей смеси в цилиндрах;
- впускная система, обеспечивающая подачу воздуха для образования рабочей смеси;
- топливная система, обеспечивающая непрерывную подачу топлива и получение смеси горючего с воздухом;
- система смазки, предназначенная для смазывания трущихся деталей и удаления продуктов износа;
- выхлопная система, которая обеспечивает удаление отработавших газов из цилиндров ДВС и снижение их токсичности;
- система охлаждения, необходимая для поддержания оптимальной температуры для работы силового агрегата.
Одноцилиндровый двигатель внутреннего сгорания
Одноцилиндровый двигатель — простейшая конструкция с единственным рабочим цилиндром. Одноцилиндровый двигатель полностью не сбалансирован, поэтому его ход не равномерен. У двигателей этого типа наименьшее отношение площади поверхности цилиндра к рабочему объёму. Это важный параметр, так как потери тепла во время работы двигателя минимальны, а значит, КПД у одноцилиндрового двигателя самый высокий.
Популярные термины «long block» и «short block» не имеют никакого отношения к количеству цилиндров и длине блока, так как речь идет о высоте. Long block — мотор в сборе без навесного оборудования
Недостаток конструкции — в большом напряжении деталей кривошипно-шатунного механизма по сравнению с многоцилиндровыми двигателями. Они работают по двухтактному циклу, в котором рабочие ходы происходят вдвое чаще. На деле это означает, что двигатель работает на очень высоких оборотах, и детали испытывают колоссальные нагрузки. Кроме того, возможности по увеличению объема единственного поршня ограничены порогом возникновения детонации, а значит, повышать объем можно лишь до определенного предела. Из-за этого их качества применение одноцилиндровых двигателей в тяжелых четырехколесных транспортных средствах нецелесообразно. Чаще всего их используют в качестве силовой установки легких мотоциклов или мопедов. Из четырехколесных средств передвижения такие двигатели ставились только на мотоколяски для инвалидов.
Рабочий цикл мотора
Как было сказано выше, цикл состоит из четырех тактов. Во время первого такта кулачок распредвала толкает впускной клапан, открывая его, поршень начинает двигаться из крайнего верхнего положения вниз. При этом в цилиндре создается разрежение, благодаря которому в цилиндр поступает готовая рабочая смесь, либо воздух, если двигатель внутреннего сгорания оснащен системой непосредственного впрыска топлива (в таком случае горючее смешивается с воздухом непосредственно в камере сгорания).
Поршень через шатун сообщает движение коленчатому валу, поворачивая его на 180 градусов к моменту достижения крайнего нижнего положения.
Читать также: Четырехвалковый вальцевый станок vsmo
Во время второго такта – сжатия – впускной клапан (или клапаны) закрывается, поршень меняет направление движения на противоположное, сжимая и нагревая рабочую смесь или воздух. По окончанию такта, системой зажигания на свечу подается электрический разряд, и образуется искра, поджигающая сжатую топливно-воздушную смесь.
Принцип воспламенения горючего у дизельного ДВС иной: в завершении такта сжатия, через форсунку, в камеру сгорания впрыскивается мелкораспыленное дизтопливо, где оно смешивается с нагретым воздухом, и происходит самовоспламенение получившейся смеси. Необходимо отметить, что по этой причине степень сжатия дизеля намного выше.
Коленвал тем временем повернулся еще на 180 градусов, сделав один полный оборот.
Третий такт именуется рабочим ходом. Образующиеся во время сгорания топлива газы, расширяясь, толкают поршень в крайнее нижнее положение. Поршень передает энергию коленвалу через шатун и поворачивает его еще на пол-оборота.
По достижении нижней мертвой точки начинается заключительный такт – выпуск. В начале данного такта кулачок распределительного вала толкает и открывает выпускной клапан, поршень движется вверх и выгоняет отработавшие газы из цилиндра.
ДВС, устанавливаемые на современные автомобили, имеют не один цилиндр, а несколько. Для равномерной работы мотора в один и тот же момент времени в разных цилиндрах выполняются разные такты, и каждые пол-оборота коленвала как минимум в одном цилиндре происходит рабочий ход (исключение составляют 2- и 3-цилиндровые моторы). Благодаря этому удается избавиться от лишних вибраций, уравновешивая силы, действующие на коленвал и обеспечить ровную работу ДВС. Шатунные шейки расположены на валу под равными углами относительно друг друга.
Из соображений компактности многоцилиндровые моторы делают не рядными, а V-образными или оппозитными (визитная карточка фирмы Subaru). Это позволяет сэкономить немало пространства под капотом.
Рядный трёхцилиндровый двигатель
В этой конфигурации три цилиндра расположены в ряд, поршни вращают один общий коленчатый вал.
Трехцилиндровый двигатель не сбалансирован как в четырехтактном, так и в двухтактном варианте. Его относительная распространенность объясняется простотой в производстве. В четырехтактном варианте двигатель работает не плавно, поэтому требуется применение балансировочного вала. Используется на автомобилях с небольшим рабочим объёмом, таких как Opel Corsa или Pajero Mini, нередко в сочетании с турбиной для увеличения мощности. балансировочный (успокоительный) вал, который вращается со скоростью коленвала, но в обратную сторону и компенсирует момент 1-го порядка.
Двухтактные моторы
Помимо четырехтактных поршневых ДВС существуют двухтактные. Принцип их работы несколько отличается от описанного выше. Устройство такого мотора проще. В цилиндре имеется для окна – впускное и выпускное, расположенное выше. Поршень, находясь в НМТ, перекрывает впускное окно, затем, двигаясь вверх, перекрывает выпускное и сжимает рабочую смесь. По достижении им ВМТ на свече образуется искра и поджигает смесь. В это время впускное окно оказывается открытым, и через него в кривошипную камеру попадает очередная доза топливно-воздушной смеси.
Во время второго такта, двигаясь вниз под воздействием газов, поршень открывает выпускное окно, через которое отработавшие газы выдуваются из цилиндра новой порцией рабочей смеси, которая попадает в цилиндр через продувочный канал. Частично рабочая смесь при этом также уходит в выпускное окно, что объясняет прожорливость двухтактного ДВС. » alt=»»> Подобный принцип работы позволяет достичь большей мощности двигателя при меньшем рабочем объеме, однако за это приходится расплачиваться большим расходом топлива. К преимуществам таких моторов можно отнести более равномерную работу, простую конструкцию, малый вес и высокую удельную мощность. Из недостатков следует упомянуть более грязный выхлоп, отсутствие систем смазки и охлаждения, что грозит перегревом и выходом агрегата из строя.
Рядный четырёхцилиндровый двигатель
Наиболее распространенная в наше время конфигурация двигателя с рядным расположением четырёх цилиндров. Плоскость расположения цилиндров может быть строго вертикальной или находиться под углом, как у некоторых двигателей Volkswagen.
Четырехтактные двигатели L4 не сбалансированы, но, так же как и трехцилиндровые, просты в производстве. Современные рядные четырехцилиндровые двигатели редко имеют рабочий объем более 2,3 – 2,4 литра. Ограничение связано с возрастанием уровня вибраций, поэтому на современных двигателях большого объема часто используются успокоительные валы. Применяется на огромном количестве автомобилей разных марок и моделей.
Отличия двухтактного и четырехтактного двигателя
Среди основных отличий, как уже говорилось, выделяется разная система газообмена.
В двухтактном же моторе и процесс заполнения камеры сгорания, и ее очистка осуществляются вместе с тактом сжатия и расширения. Для этого в цилиндре имеются специальные технологические отверстия для впуска смеси и выброса газов. В агрегатах с такой конструкцией нет механизма ГРМ, что делает эти моторы гораздо проще и легче.
Читать также: Как паять китайским паяльником
Частые неисправности 4-х тактных ДВС
Чтобы изучать особенности ремонта двигателей такого типа, необходимо кое-что знать о его основных проблемах. А он имеет всего одну проблему – это высокая температура. Так как потери тепла стали минимальными, трущиеся детали стали уязвимее к механическим нагрузкам, а значит, нуждаются в качественном охлаждении. Дело в том, что основная жидкость, которая на максимальном уровне контактирует с этими деталями – масло, не может обеспечить должного отвода тепла. Поэтому для такого мотора разрабатываются две системы охлаждения: воздушная и жидкостная со специальной системой термостатов.
Ремонт такого двигателя можно выполнить своими силами. Для этого нужен минимум знаний и стандартный набор инструментов. Если в процессе эксплуатации наблюдаются различные стуки, которые доносятся из головки блока цилиндров, то клапанный механизм нуждается в регулировке. Все регулировки производятся при снятом двигателе и демонтированной клапанной крышке. Кроме того, необходимо снять специальную крышку на генераторе, под которой расположена гайка. Вращая эту гайку, мы вращаем коленчатый вал, для установки поршня в верхнюю мертвую точку. Чтобы определить этот момент, необходимо довести до совмещения специальные метки на роторе. После этого, под кулачки распределительного вала устанавливают измерительные щупы и замеряют тепловые зазоры клапанов. Выполнять данную процедуру нужно, естественно, на холодном двигателе, иначе результат регулировки будет не правильным.
После этого, мотор необходимо собрать и проверить. Его устанавливают на агрегат и запускают. Если он работает ровно без шумов, то регулировка клапанов прошла успешно.
Вот и все. Вот так легко можно произвести ремонт одноцилиндрового четырехтактного двигателя своими руками без помощи мастеров автосервиса. Это поможет вам хорошо сэкономить на их услугах и даст вам бесценный опыт.
