Бензиновые двигатели представляют собой двигатели внутреннего сгорания, смесь топлива и воздуха в цилиндрах которых подвергается предварительному сжатию, после чего воспламеняется электрической искрой.
Мощность в подобного типа двигателях регулируют дроссельной заслонкой, увеличивающей/уменьшающей поток воздуха.
Один из видов дросселя — карбюраторная дроссельная заслонка, осуществляющая регулировку подачи топливной смеси в группу цилиндров бензинового двигателя внутреннего сгорания. Исполняющий механизм представлен вращающейся по оси в трубе пластиной, дозирующей объем поступления регулируемой среды.
В машинах старше десяти лет дроссель управляется из салона водителя посредством педали. В более современных авто — посредством электродвигателя, управляемого «мозгами» — ЭБУ, то есть, отсутствует прямая механическая связь педаль/дроссельная заслонка. В блоке педалей оборудован потенциометр, варьирующий сопротивление, зависящее от положения педали.
Бензиновые двигатели четырехтактные монтируются на подавляющее большинство транспортных средств. Надо отметить, что дизельные двигатели тоже могут относиться к двух- или четырехтактным; при этом двухтактные дизели во многом превосходят бензиновые аналоги, но используются, в большинстве, на крупных судах (изредка — на грузовиках и тепловозах);
Перекрытие необходимо для лучшего заполнения горючей смесью цилиндров, а также высокоэффективной очистки цилиндровых зеркал и полостей от продуктов сгорания.
В двухтактном бензиновом двигателе рабочий цикл осуществляется во время одного оборота коленвала. От цикла четырехтактного ДВС остается лишь сжатие и расширение. Выпуск и впуск заменяются продувкой рабочего цилиндра возле НМТ поршня, когда свежая топливная смесь вымещает продукты горения из цилиндра.
Цикл, при более подробном его рассмотрении, представлен следующими этапами: при восходящем движении поршня рабочая смесь сжимается.
Одновременно с этим, движущийся вверх поршень в кривошипной камере производит разрежение, которое открывает клапан коллектора впускного, через который в кривошипную камеру всасывается свежая горючая смесь (как правило, с добавленным маслом). Следующее за этим движение поршня вниз создается повышение давления смеси, клапан закрывается. Далее процессы поджига, сгорания и расширения смеси идут так, как и в четырехтактном бензиновом двигателя.
Но есть особенность: во время нисходящего движения поршня, приблизительно в 60° от НМТ, происходит открытие выпускного окна (поршень его больше не перекрывает). Через него выхлопные газы, под достаточно высоким давлением, проникают в выпускной коллектор. Спустя некоторое время открывается также окно впускное, располагающееся на стороне впускного коллектора. Выталкиваемая идущим вниз поршнем свежая смесь из кривошипной камеры перемещается в рабочий цилиндровый объем, вытесняя из него полностью газы отработавшие. Часть рабочей смеси в этот момент может попасть в выпускной коллектор. При перемещении поршня вверх порция свежей рабочей смеси всасывается в кривошипную камеру.
Вероятно в таком случае предположить, что двухтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания при таком же цилиндровом объеме должен обладать мощностью в почти два раза большей. Но полной реализации этого преимущества не происходит в силу недостатка эффективности продувки, если сравнивать с нормальным выпуском и впуском. При равном с четырехтактным ДВС объеме, двухтактный обладает мощностью от 1,5 до 1,8 раза большей.
Одним из важнейших преимуществ двухтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания является отсутствие громоздких систем распредвала и клапанов.
Процесс приготовления топливной смеси в бензиновом двигателе карбюраторного типа осуществляется в карбюраторе — устройстве, смешивающим топливо с воздухом.
В ДВС инжекторных впрыск топлива в поток воздуха производится форсунками, топливо к которым подается под давлением, дозирование осуществляется ЭБУ (электронным блоком управления). В более старых ДВС — механически, в новых — импульсной подачей тока, открывающем форсунку.
Переход от карбюраторных бензиновых двигателей к инжекторным произошел, по большей части, из-за растущих требований к чистоте выпускных газов, а также установке нейтрализаторов выхлопа современного типа (катализаторов или каталитических конвертеров). Отличаются инжекторные ДВС постоянством состава отработанных газов, поступающих в катализатор. Последний может работать в очень узких диапазонах состава, требуя определенного содержания кислорода.
Поэтому в данных системах требуется наличие лямбда-зонда (кислородного датчика). Именно благодаря ему производится постоянный анализ содержания в выхлопных газах кислорода, продуктов недоокисленных при сгорании, оксидов азота.
Современный катализатор не только окисляет угарный газ и углеводороды, не полностью сгоревшие, но и осуществляет восстановление оксидов азота — химический процесс, идущий в принципиально ином направлении. Существует необходимость в повторном окислении всего потока газов. Возможно это лишь в пределах «каталитического окна», т. е., узкого диапазона соотношений воздух/топливо, в которых катализатор может исполнить свою функцию.
Соотношение горючего к воздуху в этом случае составляет приблизительно 1:14,7 по весу, удерживаясь при этом в диапазоне плюс/минус пять процентов. Поскольку наиболее сложной задачей представляется удержание допустимой по оксидам азота нормы, нужно дополнительно понижать интенсивность синтеза их в камере сгорания. Производится это, преимущественно, понижением температуры горения посредством добавления ограниченного количества отработанных газов в камеру сгорания при некоторых критичных режимах.
Специфические для ДВС бензинового типа системы
Система зажигания — производит своевременное воспламенение топливной смеси. Может быть контактной, микропроцессорной или бесконтактной.
Контактная состоит из: свечей, выключателя зажигания, прерывателя-распределителя, катушки.
Бесконтактная включает оборудование аналогичное, только место прерывателя занимает датчик Холла либо индукционный.
Микропроцессорная система управляется блоком-компьютером, включает датчик положения коленвала, свечи, коммутатор, блок управления зажиганием, катушки, температурный датчик двигателя.
В инжекторе к данной системе присовокупляются датчики положения дроссельной заслонки и массового расхода воздуха.
Система приготовления смеси топливно-воздушной — инжектор или карбюратор.
Ряд особенностей современных бензиновых двигателей
Чтобы повысить надежность процесса, используют индивидуальную для каждой свечи катушку зажигания. Используют по два впускных и выпускных клапана на цилиндр вместо одного выпускного и одного впускного. Связано это с увеличением в головках цилиндров суммарной площади клапанных отверстий. При использовании одного клапана большой площади при высоких оборотах клапанные заслонки не справляются с своевременным закрытием отверстия к началу следующего цикла в силу относительно большой своей массы. Имеет место так называемое «зависание» вокруг определенной позиции заслонок, из-за чего клапан постоянно находится в открытом положении.
Применение пружин большей жесткости проблемы не решает. Управление дроссельной заслонкой производится в этом случае электроприводом, вместо тросика акселераторной педали (к примеру, в ДВС ЗМЗ-405.24, а также во многих современных двигателях иностранных производителей, в особенности тех, которые оборудованы системой cruise control).