Принцип работы бензинового двигателя – : ,

Содержание

Бензиновые двигатели и их устройство

Принцип работы бензинового силового агрегата состоит в следующем: небольшой объем топливной смеси поступает в камеру сгорания, там происходит ее воспламенение и взрыв, в результате которого высвобождается определенная энергия. В двигателе внутреннего сгорания таких взрывов происходит несколько сотен за минуту.

Расширяющийся в камере сгорания газ давит на поршень (М), который при помощи шатуна (N) вращает коленвал (P).

Цикл работы бензинового двигателя состоит из следующих этапов:

• Впускной такт. В этот момент начинается движение поршня вниз, происходит открытие впускного клапана. В цилиндр поступает топливовоздушная смесь.

• Сжатие. Поршень начинает двигаться вверх, тем самым сжимает смесь в цилиндрах, что необходимо для выделения большей энергии при последующем взрыве.

• Рабочий такт. Когда поршень поднимается до верхней мертвой точки в цилиндре, в работу включается свеча зажигания и поджигает топливную смесь. После взрыва поршень движется уже вниз.

• Выпускной такт. После достижения поршнем крайней нижней точки, происходит открытие выпускного клапана, через который продукты сгорания и уходят из камеры.

После выхода продуктов сгорания начинается новый цикл работы ДВС.

Результат работы силового агрегата – получение вращательного движения, которое оптимально подходит для проворота колес машины. Достигается это за счет использования коленчатого вала, который и преобразует линейную энергию во вращение. 

 

Устройство и основные детали бензиновых ДВС  

Цилиндр – важнейшая часть бензинового мотора, в котором происходит движение поршня, вызванное взрывом топливной смеси. В описанном выше примере речь идет об одном цилиндре. Такое устройство может иметь двигатель моторной лодки или сенокосилки. В моторах же автомобилей цилиндров больше – три, четыре, пять, шесть, восемь, двенадцать и более.

Расположение цилиндров в ДВС может быть следующим:

- рядным:

- V-образным:

- оппозитным (цилиндры горизонтально располагаются друг напротив друга):

Каждое расположение цилиндров имеет свои плюсы и минусы, из которых складывается характеристики тех или иных двигателей и затраты на их производство.

Поршень (М). Эта деталь выполнена в виде металлического цилиндра, двигается вверх-вниз внутри цилиндра уже двигателя.

Клапаны. Могут быть впускными (A) и выпускными (J). Открываются они в различные такты работы двигателя. Через впускные подается топливовоздушная смесь, через выпускные выходят выхлопные газы. В моменты сжатия и сгорания топлива все клапаны закрыты.

Свечи зажигания (К). С их помощью подается искра, которая необходима для воспламенения топлива. Правильная работа двигателя подразумевает точный момент подачи искры (раннее или позднее зажигание – неисправности). На каждый цилиндр двигателя приходится минимум одна свеча.

Поршневые кольца (М). Являются скользящим уплотнением между поршнем и стенкой цилиндра.

С их помощью выполняются следующие функции:

• топливовоздушная смесь не проникает из камеры сгорания в картер во время работы ДВС;

• препятствуют проникновению моторного масла из картера в камеры сгорания.

В автомобилях, страдающих повышенным расходом масла, его угар в 90% случаев происходит из-за износа поршневых колец. Понять, что кольца изношены можно замеряв компрессию двигателя на СТО. Но, стоит понимать, что в случае закоксовки маслосъемных колец компрессионные кольца могут быть в порядке, а значит - и компрессия будет в норме, хотя кольца уже пора менять.

Коленчатый вал (Р). С его помощью поступательные движения поршней преобразуются во вращательное движение. К коленвалу крепится маховик, который необходим для запуска двигателя - бендикс стартера своими зубьями вращает именно его венец. К маховику крепится и корзина сцепления. На другом конце коленчатого вала находится шкив. Шкив вращает посредством ременной или цепной передачи привод ГРМ. Некоторые конструкции двигателей имеют дополнительные шкивы, которые используются для вращения навесного оборудования.

Картер (G). В нем находится коленвал и некоторое количество моторного масла.

Шатун

(N). Служит для соединения между собой коленвала и поршня.

Распределительный вал (I). Его задача заключается в своевременном открытии и закрытии выпускных и впускных клапанов.

Гидравлические компенсаторы (на схеме не обозначены). Применяются не на всех моторах, служат для автоматической регулировки зазора между распределительным валом и клапанами. В случае же их отсутствия, зазор регулируется при помощи специальных шайб, и проводить эту процедуру необходимо на СТО на определенном пробеге двигателя.

Блок цилиндров (F). Самая большая часть двигателя, его основа. Может быть как чугунным, так и алюминиевым. Верхняя часть блока содержит головку (D) и клапанную крышку (B). Рабочие отверстия блока это и есть цилиндры двигателя. 

 

Навесное оборудование. 

На вышеуказанной схеме оно не обозначено, но стоит чуть подробнее описать его. Все навесное оборудование состоит из отдельных самостоятельных устройств или элементов различных систем. Это, прежде всего:

Генератор. Служит для превращения механической энергии в электрическую, необходимую для питания бортовой сети автомобиля и зарядки АКБ. Заведенный автомобиль питает свою электронику от генератора.

Стартер. Пуск автомобиль осуществляется с его помощью.

Инжектор или карбюратор. Эти устройства служат для приготовления топливовоздушной смеси. Карбюратор уже не используется на относительно новых автомобилях. Теперь производители используют топливную рампу с форсунками и инжектор.

ТНВД. Топливный насос высокого давления используется и на некоторых бензиновых двигателях. Его задача – нагнетать под давлением определенное количество топлива и регулировать момент и количество его подачи.

Турбокомпрессор (турбина). Осуществляет принудительную подачу воздуха в цилиндры, чем увеличивает его мощность.

Водяной насос (помпа) системы охлаждения. Отвечает за циркуляцию антифриза по системе. Стоит отметить и термостат системы охлаждения, который пускает антифриз по малому или большому кругу (в зависимости от степени нагрева ОЖ).

Компрессор кондиционера.

Отвечает за циркуляцию хладагента в системе кондиционирования.

Насос ГУР (гидроусилителя руля). Перемещает жидкость ГУР по системе рулевого управления.

Различные датчики, регуляторы и устройства. Датчики давления масла, массового расхода воздуха (ДМРВ), РХХ (регулятор холостого хода), положения дроссельной заслонки, сама дроссельная заслонка, ДПКВ (датчик положения коленвала), ДПРВ (датчик положения распредвала) и т.д. Вышеуказанные устройства контролируют работу силового агрегата, корректируют подачу воздуха, передают информацию на различные ЭБУ и приборную панель.

  

Классификация бензиновых ДВС 

Кроме вышеуказанной классификации бензиновых автомобильных двигателей по расположению цилиндров они могут различаться и по:

• Способу смесеобразования (инжекторные и карбюраторные).

• По количеству цилиндров (четырех, восьми и т.д.).

• По степени сжатия (высокой или низкой степени).

• С турбонаддувом и без наддува.

• Роторные двигатели. Не получили распространения, употребляются на единичных моделях авто (например, автомобили Mazda серии RX).

Про разновидности компоновок двигателей можно узнать ЗДЕСЬ.

 

Срок службы и капитальный ремонт бензиновых моторов 

Чаще всего эти вопросом задаются автомобилисты, приобретающие машину на вторичном рынке. Никто не хочет «попасть» на скорый капремонт или вовсе на замену мотора в ближайшем будущем. Так какой же ресурс современного бензинового ДВС?

До сих пор на слуху многих автолюбителей информация о старых сверхнадежных импортных двигателях («миллионниках»), которые могут легко отходить до капитального ремонта 300-500 тысяч км, а после него – еще столько же.

Теперь же ситуация в корне поменялась. Современные производители (особенно бюджетных авто) не ставят своей целью максимального увеличения ресурса двигателя выпускаемых моделей. Да и цена автомобилей с такими силовыми агрегатами вышла бы из категории «бюджетной».

К тому же, многие недорогие ДВС не имеют ремонтных запчастей, а значит капитальный из ремонт с расточкой цилиндров, шлифовкой головы и т.д. провести не представляется возможным.

Ресурс современных бензиновых двигателей это 150-300 тысяч, после чего некоторые из них можно «капиталить», а некоторые придется и вовсе - менять.

На продолжительность работы ДВС не последнее влияние оказывает качество технического обслуживания и стиль вождения того или иного водителя (кто-то любит крутить холодный мотор до отсечки, кто-то подолгу греет двигатель на холостых оборотах, что также вредно и т.д.).

Современная тенденция увеличения мощности двигателя без изменения его объема привела к использованию турбонаддува. Небольшой легкий двигатель с турбонагнетателем работает постоянно с повышенной нагрузкой, что способствует его быстрому износу. Стоит понимать, что при прочих равных ресурс атмосферного ДВС выше, чем у такого же, но с турбиной. Роторные двигатели и вовсе служат всего 80-120 тысяч км. Одно можно сказать точно – чем меньше «лошадей» снято с кубического см мотора, тем больше его ресурс.

 

Устройство двигателя внутреннего сгорания в видео:

autoportal.pro

Бензиновый двигатель автомобилей: типы и принцип работы

Бензиновый двигатель представляет собой силовой агрегат со встроенной камерой сгорания, в которой энергия сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Такие моторы относятся к классу двигателей внутреннего сгорания.

Историческая справка

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) построил в 1807 году изобретатель из Швейцарии François Isaac de Rivaz. Правда, работал этот двигатель не на бензине, а на газообразном водороде, однако был оснащен шатунно-поршневой группой и устройством искрового зажигания.

В дальнейшем этот ДВС усовершенствовали француз Jean Joseph Etienne Lenoir (1860) и немецкий инженер Nicolaus August Otto, который в 1863 году создал атмосферный двухтактный, а в 1876 году и четырехтактный ДВС.

Первый бензиновый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания разработали немецкие инженеры Gottlieb Wilhelm Daimler и August Wilhelm Maybach, которые использовали его при создании первых мотоциклов (1885) и автомобилей (1886).

Примерно в эти же годы первый карбюраторный ДВС был создан и в России. Построил его Огнеслав Костович (1851-1916).

В дальнейшем никаких принципиальных отличий в схему построения ДВС внесено не было, а усилия большого количества инженеров со всего мира были направлены на создание высокотехнологичных бензиновых двигателей достаточно большой мощности с малым потребления топлива.

Виды бензиновых ДВС

В настоящее время на автомобилях можно встретить бензиновые двигатели, оснащенные:

  1. карбюратором, где происходит смешивание топлива с воздухом. Затем подготовленная смесь подается в цилиндры, где поджигается искрой, которая проскакивает между электродами свечей зажигания.
  2. инжекторной системой смесеобразования, которая осуществляется путем впрыска топливно-воздушной смеси во впускной коллектор или непосредственно в цилиндры двигателя. Для этого используются специальные форсунки. При этом существуют системы:
  • моновпрыска топлива (одноточечные).
  • распределенного впрыска топлива (многоточечные).

Управление форсунками и дозирование топлива может осуществляться при помощи:

  1. Рычажно-плунжерного механизма – в механических системах впрыска.
  2. Специального блока управления ЭБУ – в электронных системах впрыска.
  3. Системой наддува, когда впуск горючей смеси или воздуха происходит под давлением, нагнетаемым турбокомпрессором. При этом значительно увеличивается мощность и коэффициент полезного действия силового агрегата.

Особое место среди бензиновых двигателей занимает роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля). Он отличается от остальных ДВС отсутствием отдельного механизма газораспределения, что значительно упрощает конструкцию мотора.

Принцип действия роторно-поршневого силового агрегата заключается в том, что за один оборот он выполняет три полных рабочих цикла. Происходит это за счет того, что в основе двигателя лежит оригинальный треугольный ротор, который, вращаясь в камере особой формы, выполняет функции поршня, коленчатого вала и механизма газораспределения. По ряду причин конструктивного и технологического характера этот бензиновый мотор широкого распространения не получил.

В автомобилестроении чаще всего используются рядные четырехцилиндровые четырехтактные бензиновые силовые агрегаты, отличающиеся от остальных:

  • большим ресурсом;
  • экологичным выхлопом;
  • экономичностью;
  • низким уровнем шума.

Принцип действия и устройство

Принцип действия любого бензинового двигателя заключается в том, что при воспламенении небольшого количества предварительно сжатой смеси высокоэнергетического топлива и воздуха в замкнутом пространстве камеры сгорания происходит выделение большого количества энергии, которого достаточно для перемещения поршня.

При этом прямолинейное, поступательно-возвратное движение поршня при помощи кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, который и приводит в движение транспортное средство.

К основным элементам бензиновых ДВС, которые принимают непосредственное участие в процессе преобразования тепловой энергии в механическую, относятся:

  • впускные и выпускные клапаны газораспределительного механизма;
  • поршни;
  • шатуны;
  • коленчатый вал;
  • свечи зажигания.

Кроме того, любой бензиновый двигатель оснащается вспомогательными системами, которые обеспечивают его эффективную работу. К ним относятся:

  1. Система зажигания – обеспечивает поджигание топливно-воздушной смеси. Бывает контактной, бесконтактной, микропроцессорной.
  2. Система запуска ДВС – включает в себя стартер и аккумулятор. Используется для того, чтобы принудительно провернуть коленчатый вал при запуске первого рабочего цикла двигателя. Для запуска бензиновых двигателей малой мощности часто используют мускульную силу человека (кик-стартер).
  3. Система приготовления горючей смеси – обеспечивает приготовление и подачу топливно-воздушной смеси в камеры сгорания цилиндров мотора.
  4. Система выпуска выхлопных газов – отвечает за своевременное удаление продуктов сгорания горючей смеси из цилиндров двигателя.
  5. Система охлаждения – служит для отвода тепла от нагревающихся элементов мотора и обеспечивает заданный температурный режим его работы. Охлаждение может осуществляться при помощи воздуха, специальной охлаждающей жидкости, комбинированного способа.
  6. Система смазки – предназначена для подачи моторного масла к трущимся поверхностям ДВС. Также используется для удаления нагара и продуктов износа трущихся поверхностей. Моторное масло может подаваться к местам смазки как методом разбрызгивания, так и под давлением.

Существуют также комбинированные системы смазки, в которых моторное масло смешивается в определенных пропорциях с горючей смесью. Оснащаются ими двигатели бензиновые малой мощности для моторных лодок, средств малой механизации и пр.

dvigatels.ru

принцип работы, устройство и фото — RUUD

Содержание статьи:

Бензиновые двигатели – одни из самых распространенных среди всех прочих, которые устанавливаются на автомобили. Несмотря на то, что современный силовой агрегат состоит из множества деталей, принцип работы бензинового двигателя очень простой. В рамках статьи мы познакомимся с устройством и принципом действия ДВС.

Устройство

Бензиновые моторы относят к классу двигателей внутреннего сгорания. Внутри камер сгорания предварительно сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется посредством искры. Для управления мощностью мотора используется дроссельная заслонка. Она позволяет регулировать количество воздуха, попадающего в камеру сгорания.

Вам будет интересно:Как защитить автомобиль от угона: лучшие электронные и механические приспособления

Давайте подробнее познакомимся с устройством всех основных узлов любого ДВС. Каждый силовой агрегат состоит из блока цилиндров, кривошипно-шатунного механизма, деталей цилиндропоршневой группы, механизма газораспределения, системы смазки и охлаждения, системы питания. Также двигатель не сможет работать без электрического оборудования. Все эти системы и узлы взаимодействуют между собой в процессе работы двигателя.

Блок цилиндров ДВС

Вам будет интересно:"Дэу-Нексия": производитель, характеристики, комплектации

Блок цилиндров – это основная деталь любого мотора. Это чугунная или алюминиевая литая цельная деталь. В блоке имеются цилиндры и масса различных отверстий с резьбой для монтажа навесного и другого оборудования. Элемент имеет обработанные механически плоскости для монтажа ГБЦ и других деталей.

Конструкция блока сильно зависит от количества цилиндров, расположения камер сгорания, метода охлаждения. В одном блоке может объединяться от 1 до 16 цилиндров. При этом блоки, где количество цилиндров нечетное, встречаются реже. Из тех моделей, что выпускаются сейчас, можно встретить 3-цилиндровые ДВС. Большинство же блоков имеют 2, 4, 8, 12 и иногда даже 16 цилиндров.

Вам будет интересно:Mitsubishi 4G63: история, особенности, характеристики

Двигатели с количеством цилиндров от 1 до 4 отличаются расположением камер сгорания в ряд. Они так и называются – рядные двигатели. Если цилиндров больше, то они располагаются в блоке в два ряда под определенным углом. Это позволило уменьшить габаритные размеры, но технология изготовления таких блоков сложнее.

Можно выделить еще один вид блоков. В них камеры сгорания расположены в два ряда под углом в 180 градусов. Это так называемые оппозитные моторы. Принцип работы бензинового двигателя такого типа ничем не отличается от традиционных ДВС. Их чаще можно встретить на мототехнике, но существуют и автомобили, оснащенные ими.

Что касается охлаждения, то можно выделить два типа систем. Это жидкостное и воздушное охлаждение. От того, какая выбрана система охлаждения, зависят конструктивные особенности блока цилиндров. Блок с системой воздушного охлаждения устроен гораздо проще, по сравнению с таким же на водяном охлаждении. Камеры сгорания в данном случае к блоку не относятся.

Блок на жидкостном охлаждении устроен гораздо сложнее. В конструкцию уже входят камеры сгорания. Поверх металлического блока цилиндров проложена рубашка охлаждения, внутри которой принудительно циркулирует охлаждающая жидкость, которая служит для отвода тепла от деталей. Блок и рубашка охлаждения в ДВС является одним целым.

Сверху блок цилиндров накрыт головкой. Она образует закрытое пространство, где и осуществляется процесс горения топлива. ГБЦ может иметь простую конструкцию или же более сложную.

Кривошипно-шатунный механизм

Данный узел, который также является неотъемлемой частью двигателя, необходим для преобразования возвратно-поступательных движений поршней во вращательные движения коленчатого вала. Главная деталь здесь – это коленчатый вал. Он подвижно соединен с блоком двигателя. За счет этой подвижности обеспечивается возможность вращения вала вокруг своей оси.

К одному из концов коленчатого вала крепится маховик. Он необходим для того, чтобы передавать крутящий момент от коленчатого вала на трансмиссию. Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя предусматривает два оборота коленчатого вала на одну половину оборота с полезной работой. Остальные такты требуют обратных действий – это и обеспечивает маховик. Так как он имеет достаточно большой вес, то при вращении за счет кинетической энергии он поворачивает коленчатый вал на этапах подготовительных тактов.

Вам будет интересно:Замена масла ВАЗ 2107: виды масла, технические характеристики, дозировка, инструкция по замене масла своими руками

На маховике по окружности имеется специальный зубчатый венец. При помощи данного узла можно запускать двигатель стартером. С другой стороны коленчатого вала имеется шестеренка масляного насоса и шестерня ГРМ. Также с обратной стороны имеется фланец, на который крепится шкив.

Узел включает в себя и шатуны. Они позволяют передать усилие от поршней к коленчатому валу и наоборот. Шатуны также подвижно закреплены на коленчатом валу. Прямого контакта между поверхностями блока цилиндров, коленчатым валом и шатунами нет – эти детали работают через подшипники скольжения.

Цилиндропоршневая часть

Данная часть представляет собой цилиндры или гильзы, поршни, поршневые кольца и пальцы. Именно на этих деталях основан принцип работы бензинового двигателя. Здесь выполняется вся работа. В цилиндрах сгорает топливо, а выделенная энергия преобразовывается во вращение коленчатого вала. Горение происходит внутри цилиндров, которые с одной стороны закрыты ГБЦ, а с другой – поршнями. Поршень свободно перемещается внутри цилиндра.

Принцип работы бензинового двигателя основывается не только на сгорании топлива, но и на сжатии топливовоздушной смеси. Чтобы обеспечивать это, нужна герметичность. Она обеспечивается поршневыми кольцами. Последние предотвращают попадание топливной смеси и продуктов горения между поршнем и цилиндром.

ГРМ (газораспределительный механизм)

Основная функция данного механизма в своевременной подаче топливной смеси или горючего в цилиндры. Также ГРМ необходим для отвода выхлопных газов.

ГРМ двухтактного двигателя

Если рассмотреть принцип работы двухтактного бензинового двигателя, то в нем механизм ГРМ как таковой отсутствует. Здесь впрыск топливной смеси и выпуск отработанных газов выполняется посредством технологических окон в цилиндре. Различают три окна – впускное окно, выпускное, перепускное.

Когда поршень двигается, то он тем самым открывает или закрывает то или иное окно. Цилиндр наполняется топливом, также отводятся газы. При таком механизме газораспределения не нужно никаких дополнительных деталей. Поэтому головка блока цилиндров в двухтактных моторах простая. Ее функции заключаются лишь в обеспечении максимальной герметичности.

ГРМ 4-тактного ДВС

4-тактный мотор оснащен полноценным механизмом ГРМ. Топливо в данном случае впрыскивается через отверстия в ГБЦ, связанные с клапанами. При необходимости подачи или отвода выхлопных газов, соответствующие клапана открываются и закрываются. Последние могут открываться и закрываться посредством распределительного вала. На нем имеются специальные кулачки.

Система питания

Главная задача данной системы – приготовить топливную смесь и обеспечивать дальнейшую подачу ее в камеры сгорания. Конструкция очень зависит от принципа работы бензинового двигателя автомобиля.

Бензиновые двигатели могут иметь два вида топливных систем – карбюратор и инжектор. В первом случае для приготовления смеси служит карбюратор. Он смешивает, дозирует и подает смесь топлива и воздуха в камеры сгорания. Инжектор же впрыскивает топливо под давлением в топливную рампу, откуда через форсунки бензин попадает в цилиндры.

В инжекторных автомобилях принцип работы системы питания бензинового двигателя другой, за счет чего дозировка более точная. Кроме того, воздух в инжекторе смешивается с бензином во впускном коллекторе. Форсунка в отличие от карбюратора лучше распыляет топливо.

Топливная система дизельных двигателей отличается. Здесь впрыск осуществляется раздельно для каждого цилиндра. ГРМ подает в камеры сгорания только воздух. Система включает в себя бак, фильтры, топливные насосы, магистрали.

Смазочная система

Принцип работы бензинового двигателя внутреннего сгорания подразумевает трение деталей. Благодаря смазочной системе снижается терние между трущимися поверхности. На деталях создается масляная пленка, которая защищает поверхности от прямого контакта. Система состоит из насоса, картера для хранения масла, фильтра, а также смазочных каналов в блоке двигателя.

Турбонаддув

Современные автомобили оснащаются небольшими малообъемными двигателями, но многие из них имеют достаточную мощность. Ее получают за счет применения турбин. Принцип работы турбины на бензиновом двигателе основан на использовании отработанных газов. Газы вращают крыльчатку турбины, а та под давлением нагнетает воздух в камеры сгорания. Чем больше воздуха, тем больше топлива будет подано, отсюда и мощность.

Охлаждающая система

В процессе работы мотора он существенно нагревается. В цилиндрах температура может достигать 800 градусов. Чтобы поддерживать оптимальную рабочую температуру, необходима система охлаждения. Главная задача – отвести лишнее тепло от цилиндров, поршней и других деталей.

Воздушная система состоит из специальных поверхностей на блоке, которые охлаждаются за счет обдува их воздухом. Жидкостная система предусматривает рубашку охлаждения, в которой циркулирует антифриз. Он находится в прямом контакте с внешней поверхностью цилиндров. Система состоит из помпы, термостата, патрубков для соединения магистралей, расширительного бачка и термостата.

Электрическое оборудование

За счет данного оборудования осуществляется подача электричества в бортовую сеть автомобиля. Электричество необходимо для работы системы зажигания, стартера и других устройств. Электрооборудование – это аккумулятор, генератор, стартер, датчики. Хоть принципы работы бензинового и дизельного двигателя различаются, электрооборудование имеется и на дизельном ДВС.

Система зажигания

Данная система есть только на бензиновых ДВС. На дизельном силовом агрегате топливная смесь воспламеняется за счет сжатия. В бензиновом двигателе топливо и воздух поджигается искрой, которая проскакивает в нужный момент между электродами свечи. Система включает в себя катушку зажигания, распределитель, высоковольтные провода, свечи, электронные устройства.

Заключение

Вот и все про устройство и принцип работы бензинового двигателя. Как видите, все очень просто, нужно лишь немного понимать законы физики.

Источник

ruud.ru

Принцип работы

Принцип работы бензинового двигателя

Мы ограничимся объяснением принципа работы 4-тактного двигателя внутреннего сгорания (за исключением дизеля), которые распространены в автомобилестроении больше всего. И к ним, разумеется, относятся двигатели автомобилей VW. 4 важных такта. Как известно, топливно-воздушная смесь очень определенно состава сгорает (раньше говорили – взрывается) в цилиндрах поршневого двигателя. В них повышается давление. Оно двигает поршни вниз, а те, через шатуны, вращают коленчатый вал. Работу двигателя можно поделить на 4 различных рабочих фазы (или такта): 1. Всасывание свежих газов; 2. Сжатие; 3. Воспламенение, сгорание и подъем давления; 4. Выпуск отработавших газов; Ясно, что сила, которая давит на поршни при сгорании, тем больше, чем большее топливо-воздушной смеси сгорит в цилиндре и чем большее при этом возникнет давление. Действующая на поршни сила и крутящий момент на выходе коленчатого вала непосредственно связаны между собой. Другими словами, чем больше давление на поршни, тем больше крутящий момент и мощность. Так как давление в цилиндре во время сгорания не равномерно, ввели понятие «среднего давления сгорания». Однако мощность, кроме среднего давления, зависит ещё и от рабочего объема цилиндров двигателя. Эта связь выражается в следующей простой формуле: Md = pmVh(K). Где Md – крутящий момент; pm – среднее давление сгорания; Vh – рабочий объем; K – коэффициент. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания четырехтактного цикла станет понятным из этих 4 эскизов, a) Всасывание свежих газов (впускной клапан открыт, выпускной закрыт), b) сжатие бензо-воздушной смеси (оба клапана закрыты), c) воспламенение и сгорание смеси (оба клапана закрыты), d) выпуск отработавших газов (выпускной клапан открыт, впускной закрыт). При каждом рабочем ходе поршней создаётся определенный крутящий момент, т.е. выполняется работа. И чем чаще происходят рабочие хода, тем больше будет проделано работы, т.е. тем больше мощность двигателя. Из этого следует, что мощность определяется двумя факторами. А именно числом оборотов и крутящим моментом. Эта простая связь вполне очевидна из формулы мощности: P = Mdn(K). Буква P означает мощность, n – число оборотов, а K, как и в первой формуле, константу, которая дальше нас здесь не интересует. Если совместить эти две формулы, то формула мощности получает следующий вид: P = pmVhn(K). Из этой формулы видно какие мероприятия необходимы, чтобы повысить мощность мотора: • повышение среднего (эффективного) давления; • увеличение рабочего объема; • увеличение числа оборотов, Как правило, при повышении мощности используют не одну из этих возможностей, а стараются применить все 3 мероприятия одновременно. Повышение среднего давления. Среднее давление (которое по техническим причинам имеет определенные границы) связано с числом оборотов. Его зависимость от оборотов коленвала выглядит точно так же как график крутящего момента. Поэтому мы можем судить о его состоянии по этому графику. Сначала, по мере увеличения оборотов, среднее давление поднимается и достигает максимальной величины, а затем более или менее быстро спадает. Из приведённых ранее формул следует, что увеличение крутящего момента мотора и, соответственно, среднего давления на высоких оборотах приводит к большему увеличению мощности, чем его увеличение на низких оборотах. Следовательно, есть смысл увеличивать не только максимальную величину среднего давления, но и переводить его максимум в зону более высоких оборотов. Величину и распределение крутящего момента по оборотам определяют полнота наполнения цилиндра, степень сжатия и потери на трение. Без сомнения, увеличить рабочий объем, расточив цилиндры, проще всего. Но так как при этом прочность стенок уменьшается, здесь у разных моторов возможности различны. Кроме того, нужно ещё иметь в наличии подходящие поршни. Если все эти условия выполнены, то возражений против этого вида увеличения рабочего объема нет. Рабочий объем можно увеличить, увеличив ход поршня. Это несколько сложнее, так как наряду с другим коленчатым валом (с большим ходом) необходимы либо укороченные шатуны, либо низкие поршни, которые предотвратят выход поршня за пределы блока цилиндров в ВМТ. Дальше нужно обратить внимание на то, что при увеличении хода поршня увеличится его скорость, а тут есть критические пределы. Но это важно только для относительно длинноходных моторов. В целом, же такой метод требует большего количества издержек, чем относительно простое увеличение диаметра цилиндров. Его нужно применять только тогда, когда тому есть благоприятные предпосылки. Например, такой метод как нельзя лучше подходит для 1,5-, 1,6- и 1,8-литровых моторов Golf/Jetta/Scirocco. Увеличение диаметра цилиндров и хода поршня помогут увеличить рабочий объем. Cо специальными коленчатыми валами Oettinger можно увеличить рабочий объем, при соответствующем растачивании цилиндра, до 2 л. V = z · H · ∏ · D²/4 Здесь V обозначает рабочий объём двигателя, H величину хода поршня (в см.), D диаметр цилиндра (в см.), z – количество цилиндров. Для четырехцилиндровых моторов формула упрощается до: V = H · ∏ · D² Увеличивать рабочий объем моторов 1,5/1,6/1,8 литра Golf/Jetta/Scirocco за счёт увеличения хода поршня удобно по тому, что существует заводской коленчатый вал с большим ходом – 86,4 мм. Существует ещё так называемая волна «Chrysler» (E-Nr. 049 105 101 F) или коленчатый вал мотора 1,8 л (E-Nr. 026 105 021 B). Фирма Oettinger выпускает для моторов Golf/Jetta/Scirocco коленчатые валы с длинным ходом (до 94,5 мм).

Схема простейшего карбюратора

Простейший карбюратор состоит из четырёх основных элементов: поплавковой камеры (10) с поплавком (3), жиклёра(9) с распылителем (7),диффузора(6) и дроссельной заслонки (5).

Топливо по трубке (1) поступает из бака в поплавковую камеру (10). В поплавковой камере плавает пустотелый, обычно латунный поплавок (3), на который опирается запорная игла (2). Когда уровень топлива в поплавковой камере достигнет необходимой высоты, поплавок всплывёт настолько, что заставит запорную иглу перекрыть трубку (1), прекращая подачу топлива в поплавковую камеру. По мере расходования топлива его уровень в поплавковой камере понижается, поплавок опускается, и запорная игла снова открывает подачу топлива, таким образом в поплавковой камере поддерживается постоянный уровень топлива, что очень важно для правильной дозировки подачи топлива.

Из поплавковой камеры топливо поступает через жиклёр (9) в распылитель (7). Количество топлива, вытекающего из распылителя (7), зависит при прочих равных условиях от размеров и формы жиклёра.

При движении поршняв такте впуска давление вцилиндреснижается. При этом наружный воздух засасывается в цилиндр через карбюратор и впускной трубопровод, проходя через воздушную трубу (8) карбюратора, в которой находится диффузор (6). В самой узкой части диффузора помещается конец распылителя. В сужающейся части диффузора скорость потока воздуха увеличивается, а давление воздуха уменьшается.

Благодаря отверстию (4) в поплавковой камере поддерживается атмосферное давление, в результате под влиянием разности давлений происходит истечение топлива из распылителя. Топливо, вытекающее из распылителя, раздробляется струями воздуха, распыляется, частично испаряется и, перемешиваясь с воздухом, образует горючую смесь. Как правило, вместо одного диффузора используется двойной или даже тройной диффузор. Дополнительные диффузоры расположены концентрически в главном диффузоре и имеют небольшие размеры. Через них проходит только часть общего потока воздуха. Вследствие высокой скорости в центральной части при небольшом сопротивлении основному потоку воздуха достигается более качественное приготовление горючей смеси.

Количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, и мощностьдвигателярегулируетсядроссельной заслонкой(5), которая обычно приводится в движение педалью акселератора (или ручным приводом у мотоциклов и некоторых автомобилей).

Вспомогательные системы

Автомобильный двигатель в процессе эксплуатации работает в разных режимах, таких как:

  • Пуск двигателя, при котором требуется богатая смесь.

  • Холостой ходи малые нагрузки,

  • Средние нагрузки, при которых двигатель работает на смеси, близкой по составу к экономичной.

  • Большие нагрузки, при которых карбюратор должен давать смесь близкую к мощностной.

  • Резкое открытие дросселя, которое не должно сопровождаться ощутимым обеднением смеси.

Для удовлетворения указанных требований карбюратор должен иметь, соответственно, следующие дозирующие устройства:

  • Пусковое устройство.

  • Система холостого хода.

  • Главное дозирующее устройство.

  • Экономайзер.

  • Насос-ускоритель.

  • Переходная система.

Эти дозирующие устройства вступают или выключаются из работы в разное время или работают одновременно, обеспечивая наивыгоднейшее (в отношении получения наибольшей мощности или экономичности) протекание рабочего процесса на всех режимах двигателя.

studfiles.net

Принцип работы двигателя

Двигатели внутреннего сгорания в зависимости от их конструктивных особенностей могут работать на бензине, дизельном топливе (соляре) и газе. Бензиновые двигатели являются самыми распространенными в мировом легковом автомобилестроении. Бензин получают методом перегонки нефти. Покупая его на автозаправочной станции, вы приобретаете только полуфабрикат для питания двигателя, который еще необходимо приготовить. Дело в том, что двигатель работает на смеси бензина с воздухом. Ее в строго определенных пропорциях готовит специальное устройство - карбюратор или инжектор. Причем происходит это вне цилиндров двигателя т.е. снаружи их.

Бензиновые и дизельные двигатели в зависимости от их конструктивных особенностей могут работать на бензине, дизельном топливе (соляре) и газе. Бензиновые двигатели являются самыми распространенными в мировом легковом автомобилестроении.

Бензин получают методом перегонки нефти. Покупая его на автозаправочной станции, вы приобретаете только полуфабрикат для питания двигателя, который еще необходимо приготовить. Дело в том, что двигатель работает на смеси бензина с воздухом. Ее в строго определенных пропорциях готовит специальное устройство - карбюратор или инжектор. Причем происходит это вне цилиндров двигателя т.е. снаружи их.

Карбюратор закрепляется в верхней части двигателя и в нем происходит подготовка смеси, а инжекторы готовят ее во впускном коллекторе. В любом из этих вариантов уже готовая смесь поступает в цилиндры двигателя. Поэтому бензиновые двигатели называют также двигателями с внешним смесеобразованием т.е. с приготовлением смеси вне цилиндров.

Топливная смесь

Обратите внимание на то, что за бензин вы платите деньги, а воздухом пользуетесь бесплатно. А ведь его по массе для приготовления необходимой смеси требуется значительно больше, чем бензина. В зависимости от их соотношения различают смеси богатые, в которых на одну часть бензина приходится менее 13 частей воздуха; обогащенные - в них соотношение бензин-воздух от 1:13 до 1:15, нормальные - 1:15 и бедные - 1:17.

То есть, чем больше бензина в смеси, тем она богаче, чем меньше - тем беднее. Двигателю на разных режимах работы требуется разная по составу смесь. Иногда вместо бензина в двигателях с внешним смесеобразованием используют газ (пропан-бутан).

Пропан-бутан - это не природный газ. Его получают из нефти и сконденсированных нефтяных попутных газов. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят в цистернах и баллонах под давлением. Для перевода бензинового двигателя на газ используется специальное оборудование. Смесь бензина или газа с воздухом, приготовленная снаружи двигателя, направляется в его цилиндры, где ее воспламеняют с помощью свечи зажигания. Такой процесс называют принудительным зажиганием, поскольку без искры, создаваемой свечей зажигания, смесь гореть не будет.

Дизели - двигатели, работающие на соляре (дизельном топливе). В отличие от бензиновых двигателей в них применяется воспламенение от сжатия (в дизелях отсутствуют свечи зажигания). Смесеобразование (смешивание соляра с воздухом) в дизельных двигателях происходит непосредственно внутри цилиндров. Это двигатели с внутренним смесеобразованием.

Гибридные двигатели

Наш рассказ о двигателях внутреннего сгорания будет неполным, если мы не упомянем так называемые гибридные моторы. Хотя в них двигатель внутреннего сгорания является лишь одним из элементов. Совсем недавно автомобили с гибридными двигателями казались какой-то экзотикой, а теперь практически все крупные автопроизводители уже стали устанавливать их на свои автомобили. Гибридные двигатели представляют собой сочетание двигателя внутреннего сгорания и электромотора, аккумулятор для которого подзаряжается во время движения. При различных режимах движения такие двигатели могут работать по отдельности или даже совместно. Этим процессом управляет электроника, и водитель и пассажиры не ощущают никаких рывков на переходных режимах.

И все же силовой (энергетической) установкой большинства современных автомобилей по-прежнему является двигатель внутреннего сгорания. О нем мы и будем говорить в дальнейшем. Его задача выдать механическую энергию в виде вращения выходящего из него вала. По аналогии электродвигатель преобразует электроэнергию во вращение вала. Топливо, находящееся в баке, потенциально несет тепловую энергию, которую двигатель внутреннего сгорания превратит в механическую.

Итак, двигатель внутреннего сгорания - это преобразователь тепловой энергии топлива в механическую.

Механизмы и системы двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипно-шатунного и газораспределительного, а также следующих пяти систем:

  • Cистемы питания
  • Cистемы зажигания
  • Cистемы охлаждения
  • Cистемы смазки
  • Cистемы выпуска отработавших газов

Общее устройство и рабочий цикл одноцилиндрового бензинового двигателя

Рассмотрим принцип работы простейшего одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра, к которому прикручена съемная головка.

В цилиндре находится поршень. Он имеет форму цилиндрического стакана, состоящего из головки и юбки. На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Их задача - обеспечить герметичность пространства над поршнем, не дав возможности газам, образующимся при работе двигателя, прорваться под поршень, а также не допустить попадания масла, смазывающего внутреннюю поверхность цилиндра, в пространство над поршнем. Эти кольца играют роль уплотнителей, причем те из них, которые не пропускают газы, назвали компрессионными, а оберегающие от масла - маслосъемными.

Цилиндр необходимо заправить топливной смесью бензина с воздухом, приготовленной карбюратором или инжектором, сжать ее поршнем и поджечь, а она, сгорая и расширяясь, заставит поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия топлива превратится в механическую. Теперь необходимо преобразовать перемещение поршня во вращение вала. Для этого использовали следующее механическое приспособление: поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединили с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя.

Нижняя и верхняя "мертвые" точки

В результате перемещение поршня в цилиндре сверху вниз и обратно легко преобразуется во вращение вала

Верхней мертвой точкой, сокращенно ВМТ, называют самое верхнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вверх и начинает движение вниз). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вниз и начинает движение вверх) называют нижней мертвой точкой, сокращенно НМТ.

Самое нижнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вниз и начинает движение вверх) называют нижней мертвой точкой, сокращенно НМТ. Расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня. При перемещении поршня сверху вниз (от ВМТ до НМТ) объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ называется камерой сгорания.

Объем, освобождаемый в цилиндре поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называют рабочим объемом цилиндра – Vp. Рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах, называется литражом двигателя.

Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания. Этот объем заключен над поршнем при его положении в НМТ.

Важной характеристикой двигателя является его степень сжатия. Она определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь при перемещении поршня снизу вверх (от НМТ к ВМТ). У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6-14, у дизельных - 14-24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, существенно влияет на токсичность отработавших газов.

Степерь сжатия

Важной характеристикой двигателя является его степень сжатия. Она определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь при перемещении поршня снизу вверх (от НМТ к ВМТ). У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6-14, у дизельных - 14-24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, существенно влияет на токсичность отработавших газов.

Мощность двигателя и рабочий цикл
Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (1 л.с. примерно равна 0,735 кВт)

Работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре смеси топлива и воздуха. Как уже говорилось, в бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания, в дизелях - от сжатия. Совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обеспечивающих его непрерывную работу, называется рабочим циклом.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов, каждый из которых происходит за один ход поршня (от ВМТ к НМТ или наоборот) или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала.

Коленчатный вал

При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно, он резко ускоряется в момент сгорания горючей смеси, а все остальное время замедляется. Для повышения равномерности вращения на валу коленчатого вала, выходящего наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск (маховик). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются. Теперь поговорим немного подробнее о работе такого двигателя.

Итак, первая задача - поместить внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливовоздушную смесь, которую, как вы помните, приготовил карбюратор или инжектор. Это действие называют тактом впуска (первый такт). Заполнение цилиндра двигателя топливовоздушной смесью очень похоже на заполнение шприца лекарством, поршень из верхнего положения движется в нижнее. Но в шприце лекарство набирается, а затем выпускается через один и тот же канал (иглу). В двигателе же горючая смесь впускается через один канал, а продукты ее сгорания - через другой, т.е. к цилиндру двигателя подведены сразу два канала: впускной и выпускной. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: представьте себе гвоздь с большой круглой шляпкой, перевернутый «вверх ногами» (шляпкой вниз). Эта круглая шляпка закрывает вход из канала в цилиндр. При этом она прижимается к кромке канала мощной пружиной и, как пробкой, закупоривает его. Если нажать на клапан (тот самый «гвоздь»), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала будет открыт.

Первый такт - такт ВПУСКА
Первый такт - впуск или, как иногда говорят, всасывание горючей смеси.

Во время этого такта поршень перемещается из верхней мертвой точки в нижнюю. Впускной клапан открыт, а выпускной надежно закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью.

Все это продолжается до того момента, пока поршень не окажется в нижней мертвой точке, т.е. его дальнейшее движение вниз окажется невозможным. Мы уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а следовательно, вращение коленчатого вала, и наоборот. За первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) он повернется на пол-оборота.

Второй такт - такт СЖАТИЯ

До сих пор топливовоздушную смесь, приготовленную инжектором или карбюратором, мы называли горючей. А вот сейчас (после того как она попала в ци­линдр, смешалась с остатками ранее отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан) будем называть ее рабочей. Итак, наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и пути ее отхода оказались отрезанными, поскольку впускной и выпускной клапаны надежно закрыты.

Теперь поршень, начав движение снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней), попытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра. Однако «стереть в порошок» эту смесь ему не удастся. Вы же помните, что преступить черту верхней мертвой точки поршень не в силах. А внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, «застывшим» в верхней мертвой точке, всегда оставалось пусть и не очень большое, но свободное пространство. Напомним, что это пространство называют камерой сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8-1,2 МПа, а температура достигает 450-500 °С. Для того чтобы получить максимальную отдачу, хотелось бы сжать рабочую смесь как можно сильнее.

Представьте себе, что вы пальцем закрыли выходное отверстие обыкновенного велосипедного насоса и сжимаете воздух. Чем сильнее сожмете, тем с большей силой «выстрелит» вверх рукоятка насоса, связанная с поршнем. Однако степень сжатия рабочей смеси во время такта сжатия ограничивается свойствами применяемого бензина, в первую очередь его антидетонационной стойкостью, характеризуемой октановым числом (у бензинов оно изменяется от 66 до 98). Чем выше октановое число, тем больше антидетонационная стойкость топлива. Чем выше октановое число, тем дороже бензин. При чрезмерно высокой степени сжатия или низкой антидетонационной стойкости бензина может произойти детонационное (от сжатия) воспламенение смеси и нарушиться нормальная работа двигателя. В бак своего автомобиля вы должны заливать бензин с октановым числом, указанным заводом изготовителем.

Предположим, что вместо рекомендованного бензина с октановым числом 95 используется более дешевый бензин (например, 92 или 76). Тогда при поступлении в цилиндры двигателя смесь из такого бензина с воздухом взрывообразно самовоспламенится из-за недопустимой для нее степени сжатия. Причем произойдет это задолго до того момента, когда поршень в конце такта сжатия приблизится к верхней мертвой точке. Из-за произошедшего взрывного сгорания газы начнут давить на поршень, стремясь переместить его вниз, а коленчатый вал будет в это же время толкать поршень вверх. В результате такой нагрузки детали двигателя будут быстро выведены из строя. Кстати, нельзя, даже от очень большой щедрости, заливать бензин с октановым числом выше рекомендуемого. В противном случае его смесь с воздухом не будет сжата до необходимой величины, и, подожженная искрой свечи, будет медленно сгорать, причем этот процесс растянется и на такт выпуска. При этом догорание смеси в выпускном коллекторе приведет к прогару открытого в данный момент выпускного клапана (так как его часть, расположенная в выпускном коллекторе, не предназначена для такого воздействия) и. Последующему ремонту двигателя.

Третий такт - РАБОЧИЙ ХОД

Вот теперь мы подошли к самому главному моменту - превращению тепловой энергии в механическую. В начале третьего такта, даже с некоторым опережением (на самом деле в конце такта сжатия), горючая смесь воспламеняется с помощью электрической искры свечи зажигания.

Давление от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает движение вниз (от ВМТ к НМТ)

При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Смесь сгорает с выделением большого количества тепла. Из-за этого давление в цилиндре резко возрастает и поршень с большой силой перемещается вниз, приводя во вращение через шатун коленчатый вал. В момент сгорания температура в цилиндре повышается до 1800-2000 °С, а давление - до 2,5-3,0 МПа.

Обратите внимание, что только из-за третьего такта и создавался двигатель, хотя без остальных тактов он бы не состоялся. Поэтому все такты, кроме такта рабочего хода, иногда называют вспомогательными. А нам еще предстоит познакомиться с последним из вспомогательных тактов.

Четвертый такт - такт ВЫПУСКА

В течение этого такта впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. Поршень, перемещаясь снизу вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал (трубопровод) и далее через систему выпуска отработавших газов, наиболее известным представителем которой является глушитель, в атмосферу.

Все четыре такта, периодически повторяющиеся в рассмотренной последовательности в цилиндре двигателя, обеспечивают его непрерывную работу и называются рабочим циклом.

Рабочий цикл дизельного двигателя имеет некоторые отличия. При такте впуска по впускному трубопроводу в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух. Во время такта сжатия он сжимается и нагревается. В конце этого такта, когда поршень, двигаясь вверх, подходит к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство - форсунку, ввернутую в верхнюю часть головки цилиндра, под большим давлением впрыскивается мелкораспыленное дизельное топливо. Соприкасаясь с раскаленным воздухом, частицы топлива быстро сгорают. При этом выделяется большое количество тепла, в результате чего температура в цилиндре повышается до 1700-2000 °С, а давление - до 7-8 МПа.

Под действием давления газов поршень перемещается вниз - происходит рабочий ход. Такт выпуска у дизельного двигателя аналогичен одноименному такту бензинового двигателя. Как мы уже сказали, лишь во время третьего такта (рабочий ход) совершается полезная механическая работа. Остальные три такта - вспомогательные. Они совершаются за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя. Этот диск называют маховиком. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, маховик также способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах двигателя при его пуске, а также позволяет ему преодолевать кратковременные перегрузки, например, при трогании автомобиля с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя стартером (о том, как это происходит, мы поговорим несколько позже).

Во время третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал двигателя передает запас инерции маховику. Накопленная таким образом инерция помогает маховику осуществлять вспомогательные такты рабочего цикла двигателя. В результате при тактах впуска, сжатия и выпуска поршень перемещается в цилиндре именно за счет энергии, отдаваемой маховиком. В многоцилиндровом двигателе порядок работы цилиндров устанавливается так, что рабочий ход, совершаемый в данный момент хотя бы в одном цилиндре, помогает проведению вспомогательных тактов. Этому же способствует и инерция маховика.

tolmax.ru

принцип работы, устройство и фото

Бензиновые двигатели – одни из самых распространенных среди всех прочих, которые устанавливаются на автомобили. Несмотря на то, что современный силовой агрегат состоит из множества деталей, принцип работы бензинового двигателя очень простой. В рамках статьи мы познакомимся с устройством и принципом действия ДВС.

Устройство

Бензиновые моторы относят к классу двигателей внутреннего сгорания. Внутри камер сгорания предварительно сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется посредством искры. Для управления мощностью мотора используется дроссельная заслонка. Она позволяет регулировать количество воздуха, попадающего в камеру сгорания.

Давайте подробнее познакомимся с устройством всех основных узлов любого ДВС. Каждый силовой агрегат состоит из блока цилиндров, кривошипно-шатунного механизма, деталей цилиндропоршневой группы, механизма газораспределения, системы смазки и охлаждения, системы питания. Также двигатель не сможет работать без электрического оборудования. Все эти системы и узлы взаимодействуют между собой в процессе работы двигателя.

Блок цилиндров ДВС

Блок цилиндров – это основная деталь любого мотора. Это чугунная или алюминиевая литая цельная деталь. В блоке имеются цилиндры и масса различных отверстий с резьбой для монтажа навесного и другого оборудования. Элемент имеет обработанные механически плоскости для монтажа ГБЦ и других деталей.

Конструкция блока сильно зависит от количества цилиндров, расположения камер сгорания, метода охлаждения. В одном блоке может объединяться от 1 до 16 цилиндров. При этом блоки, где количество цилиндров нечетное, встречаются реже. Из тех моделей, что выпускаются сейчас, можно встретить 3-цилиндровые ДВС. Большинство же блоков имеют 2, 4, 8, 12 и иногда даже 16 цилиндров.

Двигатели с количеством цилиндров от 1 до 4 отличаются расположением камер сгорания в ряд. Они так и называются – рядные двигатели. Если цилиндров больше, то они располагаются в блоке в два ряда под определенным углом. Это позволило уменьшить габаритные размеры, но технология изготовления таких блоков сложнее.

Можно выделить еще один вид блоков. В них камеры сгорания расположены в два ряда под углом в 180 градусов. Это так называемые оппозитные моторы. Принцип работы бензинового двигателя такого типа ничем не отличается от традиционных ДВС. Их чаще можно встретить на мототехнике, но существуют и автомобили, оснащенные ими.

Что касается охлаждения, то можно выделить два типа систем. Это жидкостное и воздушное охлаждение. От того, какая выбрана система охлаждения, зависят конструктивные особенности блока цилиндров. Блок с системой воздушного охлаждения устроен гораздо проще, по сравнению с таким же на водяном охлаждении. Камеры сгорания в данном случае к блоку не относятся.

Блок на жидкостном охлаждении устроен гораздо сложнее. В конструкцию уже входят камеры сгорания. Поверх металлического блока цилиндров проложена рубашка охлаждения, внутри которой принудительно циркулирует охлаждающая жидкость, которая служит для отвода тепла от деталей. Блок и рубашка охлаждения в ДВС является одним целым.

Сверху блок цилиндров накрыт головкой. Она образует закрытое пространство, где и осуществляется процесс горения топлива. ГБЦ может иметь простую конструкцию или же более сложную.

Кривошипно-шатунный механизм

Данный узел, который также является неотъемлемой частью двигателя, необходим для преобразования возвратно-поступательных движений поршней во вращательные движения коленчатого вала. Главная деталь здесь – это коленчатый вал. Он подвижно соединен с блоком двигателя. За счет этой подвижности обеспечивается возможность вращения вала вокруг своей оси.

К одному из концов коленчатого вала крепится маховик. Он необходим для того, чтобы передавать крутящий момент от коленчатого вала на трансмиссию. Принцип работы четырехтактного бензинового двигателя предусматривает два оборота коленчатого вала на одну половину оборота с полезной работой. Остальные такты требуют обратных действий – это и обеспечивает маховик. Так как он имеет достаточно большой вес, то при вращении за счет кинетической энергии он поворачивает коленчатый вал на этапах подготовительных тактов.

На маховике по окружности имеется специальный зубчатый венец. При помощи данного узла можно запускать двигатель стартером. С другой стороны коленчатого вала имеется шестеренка масляного насоса и шестерня ГРМ. Также с обратной стороны имеется фланец, на который крепится шкив.

Узел включает в себя и шатуны. Они позволяют передать усилие от поршней к коленчатому валу и наоборот. Шатуны также подвижно закреплены на коленчатом валу. Прямого контакта между поверхностями блока цилиндров, коленчатым валом и шатунами нет – эти детали работают через подшипники скольжения.

Цилиндропоршневая часть

Данная часть представляет собой цилиндры или гильзы, поршни, поршневые кольца и пальцы. Именно на этих деталях основан принцип работы бензинового двигателя. Здесь выполняется вся работа. В цилиндрах сгорает топливо, а выделенная энергия преобразовывается во вращение коленчатого вала. Горение происходит внутри цилиндров, которые с одной стороны закрыты ГБЦ, а с другой – поршнями. Поршень свободно перемещается внутри цилиндра.

Принцип работы бензинового двигателя основывается не только на сгорании топлива, но и на сжатии топливовоздушной смеси. Чтобы обеспечивать это, нужна герметичность. Она обеспечивается поршневыми кольцами. Последние предотвращают попадание топливной смеси и продуктов горения между поршнем и цилиндром.

ГРМ (газораспределительный механизм)

Основная функция данного механизма в своевременной подаче топливной смеси или горючего в цилиндры. Также ГРМ необходим для отвода выхлопных газов.

ГРМ двухтактного двигателя

Если рассмотреть принцип работы двухтактного бензинового двигателя, то в нем механизм ГРМ как таковой отсутствует. Здесь впрыск топливной смеси и выпуск отработанных газов выполняется посредством технологических окон в цилиндре. Различают три окна – впускное окно, выпускное, перепускное.

Когда поршень двигается, то он тем самым открывает или закрывает то или иное окно. Цилиндр наполняется топливом, также отводятся газы. При таком механизме газораспределения не нужно никаких дополнительных деталей. Поэтому головка блока цилиндров в двухтактных моторах простая. Ее функции заключаются лишь в обеспечении максимальной герметичности.

ГРМ 4-тактного ДВС

4-тактный мотор оснащен полноценным механизмом ГРМ. Топливо в данном случае впрыскивается через отверстия в ГБЦ, связанные с клапанами. При необходимости подачи или отвода выхлопных газов, соответствующие клапана открываются и закрываются. Последние могут открываться и закрываться посредством распределительного вала. На нем имеются специальные кулачки.

Система питания

Главная задача данной системы – приготовить топливную смесь и обеспечивать дальнейшую подачу ее в камеры сгорания. Конструкция очень зависит от принципа работы бензинового двигателя автомобиля.

Бензиновые двигатели могут иметь два вида топливных систем – карбюратор и инжектор. В первом случае для приготовления смеси служит карбюратор. Он смешивает, дозирует и подает смесь топлива и воздуха в камеры сгорания. Инжектор же впрыскивает топливо под давлением в топливную рампу, откуда через форсунки бензин попадает в цилиндры.

В инжекторных автомобилях принцип работы системы питания бензинового двигателя другой, за счет чего дозировка более точная. Кроме того, воздух в инжекторе смешивается с бензином во впускном коллекторе. Форсунка в отличие от карбюратора лучше распыляет топливо.

Топливная система дизельных двигателей отличается. Здесь впрыск осуществляется раздельно для каждого цилиндра. ГРМ подает в камеры сгорания только воздух. Система включает в себя бак, фильтры, топливные насосы, магистрали.

Смазочная система

Принцип работы бензинового двигателя внутреннего сгорания подразумевает трение деталей. Благодаря смазочной системе снижается терние между трущимися поверхности. На деталях создается масляная пленка, которая защищает поверхности от прямого контакта. Система состоит из насоса, картера для хранения масла, фильтра, а также смазочных каналов в блоке двигателя.

Турбонаддув

Современные автомобили оснащаются небольшими малообъемными двигателями, но многие из них имеют достаточную мощность. Ее получают за счет применения турбин. Принцип работы турбины на бензиновом двигателе основан на использовании отработанных газов. Газы вращают крыльчатку турбины, а та под давлением нагнетает воздух в камеры сгорания. Чем больше воздуха, тем больше топлива будет подано, отсюда и мощность.

Охлаждающая система

В процессе работы мотора он существенно нагревается. В цилиндрах температура может достигать 800 градусов. Чтобы поддерживать оптимальную рабочую температуру, необходима система охлаждения. Главная задача – отвести лишнее тепло от цилиндров, поршней и других деталей.

Воздушная система состоит из специальных поверхностей на блоке, которые охлаждаются за счет обдува их воздухом. Жидкостная система предусматривает рубашку охлаждения, в которой циркулирует антифриз. Он находится в прямом контакте с внешней поверхностью цилиндров. Система состоит из помпы, термостата, патрубков для соединения магистралей, расширительного бачка и термостата.

Электрическое оборудование

За счет данного оборудования осуществляется подача электричества в бортовую сеть автомобиля. Электричество необходимо для работы системы зажигания, стартера и других устройств. Электрооборудование – это аккумулятор, генератор, стартер, датчики. Хоть принципы работы бензинового и дизельного двигателя различаются, электрооборудование имеется и на дизельном ДВС.

Система зажигания

Данная система есть только на бензиновых ДВС. На дизельном силовом агрегате топливная смесь воспламеняется за счет сжатия. В бензиновом двигателе топливо и воздух поджигается искрой, которая проскакивает в нужный момент между электродами свечи. Система включает в себя катушку зажигания, распределитель, высоковольтные провода, свечи, электронные устройства.

Заключение

Вот и все про устройство и принцип работы бензинового двигателя. Как видите, все очень просто, нужно лишь немного понимать законы физики.

fb.ru

применение, детали, надежность, принцип работы и температура двигателя внутреннего сгорания

2704 Просмотров

Современный человек не представляет своей жизни без техники. Действительно, ручной труд уже давно заменен на машинный, а эра полной автоматизации не заставит долго себя ждать. Одной из главных и основных составляющих любой подвижной техники является двигатель, который работает как от электричества, так и различных видов топлива. Сегодня мы расскажем о том, из каких деталей состоит бензиновый двигатель внутреннего сгорания, о его принципе действия и особенностях.

Механическая составляющая

Изобретение первого двигателя внутреннего сгорания малых оборотов ознаменовано именем Августа Отто. То, что ему удалось спроектировать, так же, как и сейчас, работало за счет расширения газов при достижении высокой температуры, но не обладало высокой надежностью. Двигатель имел мало деталей и составляющих, а потому принцип его работы оставался достаточно простым.

Современные бензиновые двигатели четырехтактных и двухтактных типов значительно усовершенствованы по сравнению с тем, что было изобретено в прошлом столетии, и имеют сложное описание. Они имеют меньший расход топлива, большую степень сжатия газов и, наконец куда больший ресурс работы и надежность.

Начнем с рассмотрения механики современного ДВС автомобиля и деталей, которые составляют общий механизм и заставляют его работать. В основе двигателя, устанавливаемого на бензиновые машины, лежит такая деталь, как цилиндр. Он представляет из себя металлическую емкость небольшого объема, выполненную из закаленной стали и предназначенную для удержания газов.

Принцип работы этой детали в том, что здесь осуществляется сжатие газов до достаточно высокой степени и их сгорание при высоких температурах. Применение специальных сплавов позволяет достигать улучшенных динамических характеристик, большей долговечности и ресурса.

Цилиндр высокой степени сжатия также имеет в себе несколько деталей, принцип действия которой заключается в горении смеси топлива ее расширении при резком повышении температуры. Так, перемещаясь, поршень при очередном обороте приводит в движение кривошатунный механизм, распределительный и коленчатый вал.

Распределительный вал представляет собой металлическую деталь, выполненную в виде соединенного друг с другом набора кулачков. Принцип действия у валов четырехтактного и двухтактного двигателей одинаков, а различие состоит лишь в количестве самих кулачков и количестве производимых оборотов.

Распределительный клапан приводится в действие самим двигателем при помощи ременной передачи. Таким образом, частота вращения напрямую зависит от выбранного количества оборотов. Задача данной детали в том, чтобы постоянно воздействовать на клапана, осуществлять их своевременное открытие для выпуска выхлопных газов и обеспечение своевременного поступления смеси. Клапаны соединены друг с другом при помощи коромысла, поэтому распределительный вал достаточно быстро сменяет открытие впускных и выпускных форсунок.

Коленчатый вал автомобиля соединяется с карданным и при вращении передает крутящий момент, возникающий при высокой степени сжатия топлива и газов, ведущим колесам, совершающим очередной оборот. Отработавшая смесь тут же отправляется в выхлопную систему Коленвал соединен одновременно со всеми шатунами и осуществляет работу параллельно. Этот принцип действия сохранен как на двухтактных, так и четырехтактных двигателях, и распространен на все современные типы ДВС.

Итак, обобщим механику современного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. Когда происходит впрыск топлива через клапан и систему форсунок, смесь загорается и достигает своей максимальной степени сжатия, увеличивая количество оборотов. После этого выхлопные газы через выпускные форсунки попадают в выпускной коллектор и отправляются в атмосферу, а новая порция смеси через ту же систему форсунок опять подается в цилиндр.

При этом открытием клапанов занимается распределительный вал за счет системы повернутых друг относительно друга на определенный угол кулачков, которые впускают свежую смесь и выпускают сгоревшую в выхлопную систему. Передает крутящий момент на колеса коленчатый вал, получающий свою энергию от шатунов, приводимых в движение и совершающих обороты за счет высокой степени сжатия газов.

Приготовление смеси

Высокая температура, при которой достигается высокая степень сжатия, а также высокая частота вращения обоих валов, приводит к тому, что подавать свежую смесь в цилиндры необходимо достаточно оперативно. Кроме того, при должных характеристиках сама смесь должна приготавливаться в точно выверенных пропорциях, которые изменяются динамически при изменении режима работы четырехтактного или двухтактного ДВС.

Функцией приготовления смеси, или газа низкой температуры, в современных двигателях внутреннего сгорания занимается карбюратор, инжектор или система форсунок с электронным управлением. Карбюратор состоит из системы двух камер. При вращении коленчатого вала посредством ременной передачи приводится в действие бензонасос. Бензонасос осуществляет впрыск топлива через систему форсунок, называемую жиклерами.

Жиклеры, или форсунки, равномерно распределяют топливо в камере при впрыске. При этом по другой системе форсунок подается воздух, прошедший фильтрацию. Количество топлива и кислорода в пропорции изменяется вручную, при помощи специальной выдвижной клавиши, расположенной в салоне.

Карбюратор жестко привязан к приводу педали акселератора, поэтому при полном нажатии на педаль две заслонки открываются полностью, обеспечивая максимальную частоту вращения.

Еще одной системой, которая широко применяется на современных автомобилях, является инжектор. Если судить по отечественному автопрому, то первые подобные модели двигателей были использованы на ВАЗ 2106 последнего поколения и более молодых представителях линейки с усовершенствованной впускной и выхлопной системами.

Инжектор автомобиля устроен куда более сложно, чем карбюратор. Тем не менее, такая система впрыска близка к совершенству, поскольку решает большинство проблем карбюраторных четырехтактных и двухтактных двигателей. Так, при инжекторе больше не нужно вручную регулировать качество смеси топлива и воздуха, здесь все происходит автоматически. В этой же связи больше не возникает риска залить свечи или не завести машину в мороз. Смесь подбирается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую эффективность впуска.

Работу системы впрыска обеспечивает электромотор. Система управления электромотором постоянно получает данные о степени сжатия, температуре, частоте вращения валов и прочих жизненно важных характеристиках. Благодаря этой системе, на впрыск подается тщательно выверенная пропорция, благодаря чему удается достичь отличных характеристик.

Система непосредственного впрыска подает готовую смесь высокой степени сжатия в форсунки без каких-либо промежуточных инстанций. Здесь функционирует система электронных плат, которая постоянно следит за показателями четырехтактного мотора при вращении валов. Эта система применяется на всех современных двигателях, и большинство производителей пытаются перейти именно на такой принцип действия.

Зажигание

Еще один момент, который крайне важен при обсуждении двигателей внутреннего сгорания — это система зажигания. Благодаря ей, в двухтактном и четырехтактном двигателе постоянно происходит розжиг готовой смеси, что приводит к ее воспламенению, расширению и приведению в движение составных деталей, что нашло широкое применение в автомобильной промышленности.

Система зажигания современного автомобиля представляет собой достаточно сложную конструкцию, но тем не менее, понять принцип ее действия может даже новичок.

Так, в основе системы зажигания лежит аккумуляторная батарея. Именно с нее подается начальный импульс, который посредством определенной цепочки устройств усиливается и подается в цилиндр в виде искры.

Поступающий с аккумулятора автомобиля ток подается по проводам на стартер и катушку зажигания. Стартер обеспечивает вращение двигателя и впрыск свежей смеси, а ток, поступающий на катушку, усиливается в несколько раз. Таким образом, ток номиналом в 12 вольт проходит через классический трансформатор, дополнительно стабилизируется и усиливается, что позволяет произвести искру достаточной мощности.

После катушки зажигания по высоковольтным проводам ток поступает на распределитель-прерыватель. Это устройство предназначено для того, чтобы при вращении перераспределять ток зажигания между четырьмя цилиндрами, в зависимости от того, на каких из них на данный момент происходит впрыск смеси.

Усиленный ток распределяется между четырьмя мощными электродами, называемыми свечами зажигания. Таким образом, происходит старт двигателя автомобиля. Затем стартер перестает функционировать, и система переходит на питание от генератора, который обеспечивает заряд АКБ и постоянную искру на свечах.

Подводя итоги

Бензиновый двигатель современных автомоделей представляет собой достаточно сложное устройство, обладающее оптимальными характеристиками и высокой надежностью. Зная принципы его построения, несложно разобраться и в устройстве собственного автомобиля. Это позволит своевременно выявлять возникающие неполадки и производить несложный ремонт своими руками, что сэкономит уйму времени и средств.

portalmashin.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о