Benzininio variklio veikimo principas pagrindinėje automobilių inžinerijoje
Kibirkštinio uždegimo variklis (benzininis variklis) yra vidaus degimo variklio tipas, dažniausiai naudojamas lengvosiose transporto priemonėse, tokiose kaip motociklai ir keleiviniai automobiliai. Pagrindinėje automobilių inžinerijoje benzininio variklio veikimo principų supratimas yra esminis pagrindas prieš pradedant gilintis į sudėtingesnes sistemas, tokias kaip elektroninis degalų įpurškimas, išmetamųjų teršalų kontrolė ar gedimų diagnostika. Šiame straipsnyje aptariamos pagrindinės benzininio variklio sąvokos, jo veikimo ciklas, svarbiausi komponentai ir veiksniai, darantys įtaką jo efektyvumui ir našumui.
Benzininių variklių supratimas ir pagrindinės sąvokos
Benzininiai varikliai veikia paversdami cheminę benzino energiją šilumos energija per degimą, o vėliau šią energiją paversdami mechanine energija alkūninio veleno sukimosi pavidalu. Šis sukimasis perduodamas į jėgos pavarą ir transporto priemonės ratus.
Skiriamasis benzininio variklio bruožas yra tas, kad jis uždega oro ir degalų mišinį naudodamas uždegimo žvakės kibirkštį. Todėl benzininiai varikliai dažnai vadinami kibirkštinio uždegimo varikliais. Skirtingai nuo dyzelinių variklių, kurie užsidega dėl didelio suspaudimo, benzininiams varikliams reikalinga uždegimo sistema, kad būtų sukurta kibirkštis.
Pagrindinėje automobilių praktikoje benzininiai varikliai paprastai būna dviejų ciklų tipai: 4 taktų (4 taktų) ir 2 taktų (2 taktų). Šiuo metu 4 taktų varikliai yra labiau dominuojantys, nes jie yra efektyvesni ir išmeta mažiau teršalų, o 2 taktų varikliai yra paprastesni, bet eikvoja daug atliekų ir labiau teršia aplinką.
Pagrindiniai benzininio variklio komponentai
Norint suprasti veikimo principą, turime žinoti pagrindinius komponentus, kurie tiesiogiai dalyvauja degimo cikle:
1. Cilindras ir stūmoklis: čia vyksta suspaudimo ir degimo procesai. Stūmoklis cilindro viduje juda aukštyn ir žemyn.
2. Jungiamasis strypas (stūmoklio strypas): jungia stūmoklį su alkūniniu velenu.
3. Alkūninis velenas: paverčia stūmoklio judėjimą aukštyn-žemyn sukamuoju judesiu.
4. Cilindro galvutė: degimo kameros, įsiurbimo vožtuvo, išmetimo vožtuvo, uždegimo žvakės ir įsiurbimo / išmetimo kanalo vieta.
5. Įsiurbimo ir išmetimo vožtuvai: reguliuoja oro ir kuro mišinio bei degimo išmetamųjų dujų srautą.
6. Skirstomasis velenas (paskirstymo velenas): tiksliai reguliuoja vožtuvo atidarymo ir uždarymo laiką per laiko mechanizmą.
7. Kuro sistema: karbiuratorius arba įpurškimas, skirta oro ir benzino mišinio sudarymui.
8. Uždegimo sistema: sukuria aukštą įtampą uždegimo žvakei uždegti.
9. Tepimo sistema: sumažina trintį ir vėsina komponentus.
10. Aušinimo sistema: palaiko stabilią variklio darbinę temperatūrą.
Visi šie komponentai veikia kaip visuma. Bet kurio iš jų gedimas gali sumažinti našumą, padidinti degalų sąnaudas arba padaryti rimtą žalą.
Kaip veikia 4 taktų benzininis variklis
Keturtaktis benzininis variklis vieną darbo ciklą atlieka per keturis stūmoklio eigą ir du alkūninio veleno apsisukimus. Šie keturi eigų taktai yra:
1. Įsiurbimo taktas
Stūmoklis juda iš viršutinio mirties taško (TDC) į apatinį mirties tašką (BDC). Šiuo metu įsiurbimo vožtuvas yra atidarytas, o išmetimo vožtuvas uždarytas. Stūmoklio judėjimas sumažina slėgį cilindre, leisdamas oro ir kuro mišiniui patekti į cilindro kamerą per įsiurbimo kolektorių.
Šiuolaikiniuose varikliuose su įpurškimu oras patenka per droselio sklendę, o benzinas purškiamas purkštukų pagal ECU instrukcijas. Karbiuratoriniuose varikliuose mišinys susidaro dėl slėgio skirtumų (Venturio efektas).
2. Suspaudimo smūgis
Stūmoklis juda aukštyn nuo apatinės plokštumos iki viršutinės plokštumos. Tiek įsiurbimo, tiek išmetimo vožtuvai yra sandariai uždaryti. Oro ir degalų mišinys suslegiamas, todėl padidėja jo temperatūra ir slėgis. Suspaudimas yra svarbus, nes suslėgtas mišinys užsidegęs užtikrina galingesnį degimą.
Suspaudimo takto pabaigoje, prieš pat stūmokliui pasiekiant TDC, užsidega uždegimo žvakė. Šis laikas vadinamas uždegimo laiku ir daro didelę įtaką variklio galiai ir efektyvumui.
3. Galios / išsiplėtimo smūgis
Uždegimo žvakei užsidegus, oro ir degalų mišinys greitai užsidega, sukurdamas aukštą slėgį. Šis slėgis stumia stūmoklį žemyn nuo TDC iki BDC. Tai yra eiga, kurios metu sukuriama pagrindinė galia. Stūmoklio judesys per švaistiklį perduodamas alkūniniam velenui.
Šiame etape idealus degimas turi vykti kontroliuojamai. Jei degimas per greitas ir nenormalus, gali atsirasti detonacija, kuri yra pavojinga varikliui.
4. Išmetimo eiga
Stūmoklis juda aukštyn iš apatinės alkūnės padėties (BDC) į viršutinės alkūnės padėtį (TDC). Išmetimo vožtuvas atsidaro, o įsiurbimo vožtuvas užsidaro. Išmetamosios dujos išstumiamos į išmetimo kolektorių ir išmetimo sistemą. Išleidus dujas, ciklas grįžta į įsiurbimo taktą.
Tikrame variklyje yra terminas, vadinamas vožtuvų persidengimu, kuris atsiranda, kai įsiurbimo vožtuvas pradeda atsidaryti, o išmetimo vožtuvas dar nėra visiškai užsidaręs. Persidengimas padeda pašalinti likusias dujas ir padidina tūrinį efektyvumą esant tam tikram aps./min.
Kaip veikia dvitaktis benzininis variklis (trumpa apžvalga)
Dvitaktis variklis vieną ciklą atlieka per du stūmoklio eigą ir vieną alkūninio veleno apsisukimą. Įsiurbimo, suspaudimo, galios ir išmetimo procesai sutampa, paprastai naudojant cilindro sienelėje esančias angas, o ne vožtuvus, kaip keturtakčiame variklyje.
Privalumai: paprasta konstrukcija ir santykinai didelė galia vienam variklio darbiniam tūriui. Trūkumai: dažnas alyvos maišymas su degalais, mažiau švarus degimas, didesnės degalų sąnaudos ir didesnis išmetamųjų teršalų kiekis. Dėl išmetamųjų teršalų kiekio dvitakčiai varikliai šiuolaikinėse transporto priemonėse naudojami vis retiau.
Benzininio variklio veikimą įtakojantys veiksniai
Pagrindinėje automobilių inžinerijoje kai kurie svarbūs veiksniai, lemiantys benzininio variklio našumą ir efektyvumą, yra šie:
1. Suspaudimo laipsnis
Didesnis suspaudimo laipsnis paprastai pagerina šiluminį efektyvumą, tačiau gali sukelti detonaciją, jei benzino oktaninis skaičius netinka.
2. Oro ir degalų mišinio kokybė (AFR)
Idealus (stechiometrinis) benzino mišinys yra apie 14,7:1 (oras:degalai). Per riebiai riebiai sumaišytas mišinys yra kenksmingas ir dūmingas, o per liesas mišinys gali perkaisti variklį ir prarasti galią.
3. Uždegimo laikas
Per ankstyvas arba per vėlyvas uždegimas sumažina galią ir padidina degalų sąnaudas. Šiuolaikiniai varikliai tai reguliuoja elektroniniu būdu.
4. Uždegimo sistemos būklė
Susidėvėjusios uždegimo žvakės, silpnos ritės arba sugedę laidai gali sukelti uždegimo sutrikimus, padidėjusias degalų sąnaudas ir prastą išmetamųjų teršalų kiekį.
5. Mašinos mechaninė būklė
Dėl susidėvėjusių stūmoklių žiedų arba nesandarių vožtuvų dėl mažo cilindro suspaudimo silpna galia ir sunku užvesti.
6. Aušinimo ir tepimo sistema
Perkaitimas gali pažeisti komponentus, o prastas tepimas pagreitina susidėvėjimą.
Išvada
Benzininio variklio veikimo principas iš esmės yra oro ir degalų mišinio įsiurbimas, jo suspaudimas, uždegimas žvake, kad būtų sukurta galia, ir likusių degimo dujų išstūmimas. Keturtakčiame benzininiame variklyje šis ciklas vyksta per keturis nuoseklius stūmoklio eigą: įsiurbimą, suspaudimą, galios tiekimą ir išmetimą. Pagrindinių komponentų, ciklo sekos ir veiksnių, turinčių įtakos degimui, supratimas yra labai naudingas mokantis pagrindinių automobilių technikų – nesvarbu, ar tai būtų įprastinė techninė priežiūra, reguliavimas, ar trikčių šalinimas.
Jei pageidaujate, galiu pridėti paprastą 4 taktų ciklo iliustraciją, 2 taktų ir 4 taktų variklių palyginimo lentelę arba mokymosi medžiagos santrauką su ženkleliais.
