Реферат на тему автомобильные двигатели
Обновлено: 04.07.2024
Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:
Введение
Я сделал своим делом изучение истории и развитие двигателей внутреннего сгорания. Более подробно изучить конструкцию и типы двигателей внутреннего сгорания. Рассмотрение принципа работы двигателей внутреннего сгорания.
Актуальность этой темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человека.
Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, моторные суда, легковые автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания установлены на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются очень несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньше ресурсов) из-за их автономности (в требуемом топливе содержится гораздо больше энергии, чем в лучших электрических батареях), двигатели внутреннего сгорания очень распространены, например, на транспорте.
История возникновения и развития
Двигатель внутреннего сгорания (dvs) — тепловой двигатель, в котором химическая энергия горения топлива в рабочей камере преобразуется в механическую работу.
Они создали двигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда паровой двигатель был нераздельным правилом в движении. В то время светящийся газ использовался для освещения улиц. Свойства нового топлива дали изобретателям идею, что поршень в цилиндре может перемещать газовую смесь, а не пар. На вопрос о том, как эта смесь может воспламениться, ответ на другой технический вопрос помог — индукционная катушка для генерации электрической искры.
Варианты и конструкция двигателей внутреннего сгорания
В соответствии с методом газообмена, двигатели внутреннего сгорания делятся на двухтактные и четырехтактные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя выполняется в 4-х поршневых движениях (цикл), т.е. при 2-х оборотах коленчатого вала. Первый ход — всасывание. Второй ход — сжатие. Третий ход — рабочий. Четвертый ход — освобождение.
Двухтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания работает в два хода поршня или в один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически идентичны процессам в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания. При тех же условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза мощнее четырехтактного, так как мощность двухтактного двигателя с карбюратором в два раза выше у двухтактного, но на практике мощность двухтактного двигателя с карбюратором часто не превышает мощность четырехтактного двигателя с тем же диаметром цилиндра и ходом, а еще ниже. Это связано с тем, что значительная часть хода (20% -35%) поршня выполняется при открытых клапанах, когда давление в цилиндре низкое и двигатель практически не работает.
Дизельные и карбюраторные двигатели отличаются по типу и способу воспламенения горючей смеси. Дизельные двигатели работают, воспламеняя топливо в воздушной среде. Воспламеняющаяся смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха, сжатого в цилиндрах и распыляющих топливные форсунки. Дизельные двигатели также способны развивать более высокую мощность. Кроме того, КПД дизельных двигателей достигает 35-40%, что заметно выше КПД карбюраторных двигателей: 25-30%.
В методе формирования горючей смеси используются двигатели с внутренней и внешней смесью. Внутреннее перемешивание происходит в дизельных двигателях, воздух перед зажиганием поглощается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом в цилиндрах.
Внешняя смесь используется для бензина и бензина. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до тех пор, пока топливная смесь не попадет в цилиндры. Двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением известны по методу охлаждения.
Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерную работу при колебаниях температуры окружающей среды и являются предпочтительными для многих базовых машин. Охлаждающие жидкости — это вода или антифриз, замерзающие при более низкой температуре (до минус 40oC).
Двигатели с воздушным охлаждением охлаждаются воздушным потоком, который выбрасывается вентилятором на оребренные поверхности цилиндров.
Двигатель внутреннего сгорания
Основным преимуществом двигателей внутреннего сгорания и других тепловых двигателей (например, реактивных двигателей) перед гидравлическими и электрическими является их независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т.д.); в этом контексте оборудование, оснащенное двигателями внутреннего сгорания, может свободно передвигаться и находиться в любом месте. Это привело к широкому использованию двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах (легковые автомобили, дорожно-строительная техника, самоходная военная техника и т.д.). ).
Основные компоненты МКО.
Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложную единицу, состоящую из ряда компонентов и систем.
Наконечник двигателя представляет собой группу неподвижных деталей, которые составляют основу всех других механизмов и систем. Корпус включает в себя корпус блока, головку (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, крышки корпуса переднего и заднего блока, масляный поддон и ряд мелких деталей.
Механизм перемещения — группа подвижных частей, которые принимают давление газа в цилиндрах и преобразуют это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршень, шатун, коленчатый вал и маховик), распределительный вал (распределительный вал), приводимый в движение коленчатым валом, и толкатели, штоки и качающиеся рычаги, открывающие клапаны. Клапаны закрыты пружинами клапана.
Система смазки — система узлов и каналов, снабжающих движущиеся поверхности смазочным материалом. Масло в масляном поддоне перекачивается в фильтр грубой очистки, а затем через главный масляный канал в блочном корпусе под давлением подается на подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала, шестерни и детали газораспределительного механизма. Цилиндры, толкатели и другие детали смазываются масляным туманом, образующимся при распылении масла из зазора подшипников вращающихся деталей.
Двигательная установка готовит горючую смесь из топлива и воздуха в соотношении, соответствующем режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливного всасывающего насоса, топливного фильтра, труб и карбюратора, который является основным компонентом системы.
Система зажигания используется для создания в камере сгорания искры, которая зажигает рабочую смесь. Система зажигания состоит из источника питания — генератора и батареи — и прерывателя, от которого зависит время зажигания. В то время, когда двигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, использовались калибраторы зажигания.
Стартерная система состоит из электрического стартера, передач от стартера к маховику, блока питания (аккумуляторной батареи) и элементов дистанционного управления.
Заключение
В этой исследовательской работе я изучал историю возникновения и развития, структуру, варианты и принцип работы двигателей внутреннего сгорания и получил дополнительные знания по этой теме.
В будущем планируется создать рабочую модель двигателя внутреннего сгорания, обладающую теоретическими знаниями.
Список литературы
- К.С. Шестопалов Устройство, обслуживание легкового автомобиля. Учебник.
- Двигатели внутреннего сгорания, т.1-3, 1956 .
- Двигатели внутреннего сгорания, 1965 год.
- Восьмой класс физики, 2004.
- Великая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2003 г.
- Большой список учащихся 5-11 классов.
Образовательный сайт для студентов и школьников
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
Двигатель автомобиля представляет собой совокупность механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую. На современных автомобилях наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых расширяющиеся при сгорании топлива газы воздействуют на движущиеся в их цилиндрах поршни. Бензиновые двигатели работают на легком жидком топливе — бензине, который получают из нефти. Дизельные двигатели работают на тяжелом жидком топливе — дизельном, получаемом также из нефти. Из указанных двигателей наиболее мощными являются бензиновые, наиболее экономичными и экологичными — дизели, имеющие более высокий коэффициент полезного действия. Так, при равных условиях расход топлива у дизелей на 25 . 30% меньше, чем у бензиновых двигателей.
У двигателей с внешним смесеобразованием горючая смесь готовится вне цилиндров, в специальном приборе — карбюраторе (карбюраторные двигатели) или во впускном трубопроводе (двигатели с впрыском бензина) и поступает в цилиндры в готовом виде. У двигателей с внутренним смесеобразованием (дизели, двигатели с непосредственным впрыском бензина) приготовление горючей смеси производится непосредственно в цилиндрах путем впрыска в них топлива. В двигателях без наддува наполнение цилиндров осуществляется за счет вакуума, создаваемого в цилиндрах при движений поршней из верхнего крайнего положения в нижнее. В двигателях с наддувом горючая смесь поступает в цилиндры под давлением, которое создается компрессором. Принудительное воспламенение горючей смеси от электрической искры, возникающей в свечах зажигания, производится в бензиновых двигателях, а воспламенение от сжатия (самовоспламенение) — в дизелях.
1. Основные типы двигателей
Применяемые на автомобилях двигатели подразделяются на типы по различным признакам (рис.1).
Рис.1. Основные типы автомобильных двигателей, классифицированных по различным признакам
У четырехтактных двигателей полный рабочий процесс (цикл) совершается за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), которые последовательно повторяются при работе двигателей. Рядные двигатели имеют цилиндры, расположенные в один ряд вертикально или под углом 20. 40° к вертикали. V-образные двигатели имеют два ряда цилиндров, расположенных под углами 60, 75° и чаще 90е. V-образный двигатель с углом 180° между рядами цилиндров называется оппозитным. Двух-, трех-, четырех- и пятицилиндровые двигатели выполняются обычно рядными, а шести-, восьми- и многоцилиндровые — V-образными. В двигателях с жидкостным охлаждением в качестве охлаждающего вещества используют антифризы (низкозамерзающие жидкости), температура замерзания которых -40 °С и ниже. В двигателях с воздушным охлаждением охлаждающим веществом является воздух. Большинство двигателей имеет жидкостное охлаждение, так как оно наиболее эффективное.
2. Основные определения и параметры двигателя
Рассмотрим основные параметры двигателя, связанные с его работой (рис. 2). Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчатого вала. Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала. В мертвых точках поршень меняет направление движения, и его скорость равна нулю. Ход поршня (S) — расстояние между мертвыми точками, проходимое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота). Такт — часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое. Рабочий объем цилиндра (Vk) — объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ. Объем камеры сгорания (Vc) — объем пространства над поршнем, находящимся в ВМТ. Полный объем цилиндра (Va) — объем пространства над поршнем, находящимся в НМТ:
Рабочий объем (литраж) двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах (см 3 ). Степень сжатия (s) — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, т.е. s = Va/Vc
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Содержание:
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 4
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ 6
Области применения теплового расширения 6
ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 8
Классификация ДВС 8
Основы устройства поршневых ДВС 9
Принцип работы 10
Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя 11
Принцип действия четырехтактного дизеля 12
Принцип действия двухтактного двигателя 14
Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных и дизельных двигателей 15
Рабочий цикл четырехтактного двигателя 17
Рабочие циклы двухтактных двигателей 18
Реактивные двигатели. 20
Инновации 20
ВВЕДЕНИЕ
Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует перемещения большого количества грузов и пассажиров. Высокая маневренность, проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров.
Важную роль играет автомобильный транспорт в освоении восточных и нечерноземных районов нашей страны. Отсутствие развитой сети железных дорог и ограничение возможностей использования рек для судоходства делают автомобиль главным средством передвижения в этих районах.
Автомобильный транспорт в России обслуживает все отрасли народного хозяйства и занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе страны. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов, перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70% пассажирских перевозок.
Автомобильный транспорт создан в результате развития новой отрасли народного хозяйства - автомобильной промышленности, которая на современном этапе является одним из основных звеньев отечественного машиностроения .
Начало создания автомобиля было положено более двухсот лет назад (название "автомобиль" происходит от греческого слова autos - "сам" и латинского mobilis - "подвижный"), когда стали изготовлять "самодвижущиеся" повозки. Впервые они появились в России. В 1752 г. русский механик-самоучка крестьянин Л.Шамшуренков создал довольно совершенную для своего времени "самобеглую коляску", приводимого в движение силой двух человек. Позднее русский изобретатель И.П.Кулибин создал "самокатную тележку" с педальным приводом. С появлением паровой машины создание самодвижущихся повозок быстро продвинулось вперед. В 1869-1870 гг. Ж.Кюньо во Франции, а через несколько лет и в Англии были построены паровые автомобили. Широкое распространение автомобиля как транспортного средства начинается с появлением быстроходного двигателя внутреннего сгорания. В 1885 г. Г.Даймлер (Германия) построил мотоцикл с бензиновым двигателем, а в 1886 г. К.Бенц - трехколесную повозку. Примерно в это же время в индустриально развитых странах (Франция, Великобритания, США) создаются автомобили с двигателями внутреннего сгорания.
В конце XIX века в ряде стран возникла автомобильная промышленность. В царской России неоднократно делались попытки организовать собственное машиностроение. В 1908 г. производство автомобилей было организовано на Русско-Балтийском вагоностроительном заводе в Риге. В течение шести лет здесь выпускались автомобили, собранные в основном из импортных частей. Всего завод построил 451 легковой автомобиль и небольшое количество грузовых автомобилей. В 1913 г. автомобильный парк в России составлял около 9000 автомобилей, из них большая часть - зарубежного производства.
ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы.
Двигатели с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д.
Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в рабочей камере. На большинстве современных автомобилей установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания, а на большинстве современных самолетах – реактивные.
Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы, сравнительно небольшие габаритные размеры и массу. Основным недостатком этих двигателей следует считать возвратно-поступательное движение поршня, связанное с наличием криво шатунного механизма, усложняющего конструкцию и ограничивающего возможность повышения частоты вращения, особенно при значительных размерах двигателя.
А теперь немного о первых ДВС. Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был создан в 1860 г. французским инженером Этвеном Ленуаром, но эта машина была еще весьма несовершенной. В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл: 1)всасывание; 2) сжатие; 3) горение и расширение; 4) выхлоп. Эта идея была использована немецким изобретателем Н.Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. КПД такого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов.
Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положительных особенностей.
Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями значительным перепадом температур между источником теплоты и холодильником обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая экономичность - одно из положительных качеств ДВС. Среди ДВС дизель в настоящее время является таким двигателем, который преобразует химическую энергию топлива в механическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапазоне изменения мощности. Это качество дизелей особенно важно, если учесть, что запасы нефтяных топлив ограничены.
К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они могут быть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объясняется широкими возможностями получения соответствующих характеристик изменения мощности и крутящего момента этих двигателей.
Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масса ДВС позволили широко использовать их на силовых установках, находящих широкое применение и имеющих небольшие размеров моторного отделения.
Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС могут летать десятки часов без пополнения горючего. Важным положительным качеством ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях. Двигатели, работающие при низких температурах, снабжаются специальными устройствами для облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели сравнительно быстро могут принимать полную нагрузку. ДВС обладают значительным тормозным моментом, что очень важно при использовании их на транспортных установках.
Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом недостатков. Среди них ограниченное по сравнению, например с паровыми и газовыми турбинами агрегатная мощность. Высокий уровень шума, относительно большая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредственного соединения его с ведущими колесами потребителя, Токсичность выхлопных газов, возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающие частоту вращения и являющиеся причиной появлений не уравновешенных сил инерции и моментов от них. Но невозможно было бы создание двигателей внутреннего сгорания, их развития и применения, если бы не эффект теплового расширения. Ведь в процессе теплового расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Вследствие быстрого сгорания смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, резко повышается давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня в цилиндре. А это-то и есть та самая нужная технологическая функция, т.е. силовое воздействие, создание больших давлений, которую выполняет тепловое расширение, и ради которой это явление применяют в различных технологиях и в частности в ДВС. Именно этому явлению я хочу уделить внимание в следующей главе.
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ
Тепловое расширение - изменение размеров тела в процессе его изобарического нагревания (при постоянном давлении). Количественно тепловое расширение характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения B=(1/V)*(dV/dT)p, где V - объем, T - температура, p - давление. Для большинства тел B>0 (исключением является, например, вода, у которой в интервале температур от 0 C до 4 C B 0 (исключением является, например, вода, у которой в интервале температур от 0 C до 4 C B
Применение на автомобилях различных типов двигателей по смесеобразованию и воспламенению горючей смеси, по числу и расположению цилиндров, по числу и расположению клапанов и распределительных валов и по охлаждению зависит от типа и назначения автомобиля. При этом используемый на автомобиле двигатель должен обеспечивать наибольшие среднюю скорость движения и производительность, а также наилучшие тягово-скоростные свойства, топливную экономичность, проходимость и экологичность автомобиля.
1. Схемы различных автомобильных двигателей
В данном разделе реферата представлены двигатели легковых автомобилей малого класса поршневые, внутреннего сгорания, рядные, четырехтактные, четырехцилиндровые, с верхним расположением клапанов и распределительного вала, бензиновые, с жидкостным охлаждением.
Рис. 1. Двигатель легкового автомобиля малого класса:
1 — коленчатый вал; 2 — вентилятор; 3 — блок цилиндров; 4 — зубчатый ремень; 5 — головка цилиндров; 6 — клапан; 7 — распределительный вал; 8 — крышка газораспределительного механизма; 9 — маховик; 10 — подушка передней опоры; 11 — поршень; 12 — шатун; 13 — масляный поддон
На рис. 1–11 показаны схемы различных двигателей. Двигателям дана краткая техническая характеристика, отмечены их конструктивные особенности и указано, на каких типах автомобилей они применяются.
Двигатель, представленный на рис. 1, имеет рабочий объем цилиндров 1,3 л и степень сжатия 8,5. Он развивает максимальную мощность 50,7 кВт при частоте вращения коленчатого вала 5600 мин -1 и максимальный крутящий момент 94 Н-м при частоте вращения 3400 мин -1 .
Четыре цилиндра двигателя выполнены в одном блоке 3 и расположены вертикально в один ряд. Блок цилиндров закрыт го ловкой 5цилиндров. В цилиндрах находятся поршни 11, которые через шатуны 12 соединены с пятиопорным валом 1, установленным в блоке цилиндров. На переднем конце коленчатого вала закреплены шкив привода генератора и жидкостного насоса с вентилятором 2, а также зубчатый шкив привода распределительного вала 7 на заднем конце коленчатого вала прикреплен маховик 9.
Распределительный вал установлен в головке цилиндров вместе с впускными и выпускными клапанами 6. Сверху двигатель закрыт клапанной крышкой 8, а снизу — масляным поддоном 13.
2. Двигатели легковых автомобилей малого класса повышенной проходимости
12 13 14 12 13 14
Рис. 2. Двигатели легковых автомобилей малого класса повышенной проходимости (а) и переднеприводного (б):
1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3 — блок цилиндров; 4 — генератор; 5 — стартер; 6 — шатун; 7 — поршень; 8, 10 – выпускной и впускной трубопроводы; 9 – клапан; 11 — карбюратор; 12 — воздушный фильтр; 13 — распределительный вал; 14 — крышка газораспределительного механизма; 15 — головка цилиндров; 16— распределитель зажигания; 17— свеча зажигания; 18 – топливный насос; 19 — масляный фильтр; 20 — вал привода масляного насоса; 21 — масляный насос; 22 — масляный поддон; 23 — маслоприемник; 24 — жидкостный насос
Двигатель, приведенный на рис. 2., а, имеет рабочий объем цилиндров 1,57 л и степень сжатия 8,5. Максимальную мощность 58,8 кВт двигатель развивает при частоте вращения 5400 мин -1 , максимальный крутящий момент 121,6 Н-м при частоте вращения 3000 мин -1 .
Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.
В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:
- Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на:
- карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
- инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
- дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.
Устройство двигателя внутреннего сгорания
![]()
Схема устройства двигателя.
Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.
Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.
Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.
На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.
Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.
Принцип работы двигателя
Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:
- Впуск топлива;
- Сжатие топлива;
- Сгорание;
- Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.
Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.
Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.
Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.
На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.
Системы двигателя
Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:
- ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
- Система смазки;
- Система охлаждения;
- Система подачи топлива;
- Выхлопная система.
ГРМ — газораспределительный механизм
Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:
- Распределительный вал;
- Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
- Детали привода клапанов;
- Элементы привода ГРМ.
ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.
Система смазки
В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:
- Масляный картер (поддон);
- Насос подачи масла;
- Масляный фильтр с редукционным клапаном;
- Маслопроводы;
- Масляный щуп (индикатор уровня масла);
- Указатель давления в системе;
- Маслоналивная горловина.
Система охлаждения
Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:
- Рубашка охлаждения двигателя;
- Насос (помпа);
- Термостат;
- Радиатор;
- Вентилятор;
- Расширительный бачок.
Система подачи топлива
Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:
- Топливный бак;
- Датчик уровня топлива;
- Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
- Топливные трубопроводы;
- Впускной коллектор;
- Воздушные патрубки;
- Воздушный фильтр.
В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.
Выхлопная система
Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:
- Выпускной коллектор;
- Приемная труба глушителя;
- Резонатор;
- Глушитель;
- Выхлопная труба.
В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.
Читайте также:
