Механизмы и системы двигателя их назначение. Механизмы двигателя

ДВС состоит из кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения и пяти систем: питания, зажигания, смазки, охлаждения и пуска.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для восприятия давления газов и преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала

Механизм газораспределения служит для выполнения циклов ДВС

Система питания предназначена для приготовления и подачи в цилиндр двигателя в процессе впуска горючей смеси нужных качества и количества или порций распыленного топлива в определенный момент.

Система зажигания служит для принудительного воспламенения рабочей смеси от электрической искры, возникающей между электродами свечи зажигания под действием импульса электрического тока высокого напряжения.

Система смазки служит для непрерывного подвода смазки к узлам трения движущихся деталей.

Система охлаждения предназначена для принудительного отвода теплоты от нагретых деталей. Системы охлаждения бывают жидкостные и воздушные, когда охлаждение деталей осуществляется потоком воздуха.

Система пуска предназначена для быстрого и надежного пуска двигателя.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

факультет МиАС... Содержание дисциплины... Введение Двигатели внутреннего сгорания Роль и применение...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Роль и применение ДВС в строительстве
Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют поршневой тепловой двигатель, в котором процессы сгорания топлива, выделение теплоты и превращение ее в механическую работу происходят непосредственно

Краткая история развития ДВС
Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был изобретен французским инженером Ленуаром в 1860 г. Этот двигатель во многом повторял паровую машину, работал на светильном газе по двухтактному циклу

Теоретические и действительные циклы
Характер рабочего процесса в двигателе бывает различный – подвод теплоты (сгорание) происходит при постоянном объеме (вблизи ВМТ -это карбюраторные двигатели) или при постоянном дав

1.7.3. Процесс сжатияслужит: 1 для расширения температурных пределов между которыми протекает рабочий процесс; 2 для обеспечения возможности получения максимально

Теплообмен в процессе сжатия
В начальный период сжатия после закрытия впускного клапана или продувочных и выпускных окон температура заряда, заполнившего цилиндр, ниже температуры стенок, головки, и днища поршня. Поэтому в пер

Показатели эффективности, экономичности и совершенства конструкции двигателей
Индикаторные показатели: Рис. 20. Индикаторная диаграмма четырехтактного

Показатели токсичности отработавших газов и способы снижения токсичности
Исходными веществами в реакции горения является воздух, содержащий примерно 85% углерода, 15% водорода и другие газы и углеводородное топливо, содержащее примерно 77% азота, 23% кис

Пределы воспламеняемости топливовоздушных смесей
Рис. 24. Температуры сгорания бензино-воздушных горючих смесей разных составов: Т

Сгорание в карбюраторных двигателях
В карбюраторных двигателях к моменту появления искры рабочая смесь, состоящая из воздуха, парообразного или газообразного топлива и остаточных газов, заполняет объем сжатия. Процесс

Детонация.
Детонация – сложный химико-тепловой процесс. Внешними признаками детонации являются появление звонких металлических стуков в цилиндрах двигателя, снижение мощности и перегрев двигат

Сгорание в дизельных двигателях
Особенности процесса сгорания, рис. 28: - подача топлива начинается с опережением на угол θ до в.м.т. и заканчивается после в.м.т.; - изменение давления от т.

Формы камер сгорания дизельных ДВС
Неразделенные камеры сгорания. В неразделенных камерах сгорания Рис.29 улучшение процесса распыливания топлива и перемешивания его с воздухом достига

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы
3.1. Кривошипно-шатунный механизм (рис.33)предназначен для восприятия давления газов и преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала Он

Наддув, назначение и способы наддува
Наддув цилиндров двигателей может быть либо динамическим, либо осуществляться при помощи специального нагне­тателя (компрессора). Различают три системы наддува при помощи нагнетателей: с п

Системы питания двигателей
4.1 Система питания дизелей. Система питания осуществляет подачу топлива в ци­линдры. При этом должны обеспечиваться высокие мощностные

Система питания карбюраторных двигателей
Приготовление и подача к цилиндрам карбюраторных двигате­лей горючей смеси, регулирование ее количества и состава осу­ществляется системой питания, работа которой оказывает большое

Контактно-транзисторная система зажигания
КТСЗ начала появляться на автомобилях в 60-х годах. При увеличении степени сжатия, использовании более бедных рабочих смесей и с увеличением частоты вращения коленчатого вала и числа цилинд­ров кла

Бесконтактно-транзисторная система зажигания
БТСЗ начали применять с 80-х годов. Если в КСЗ прерыватель непосредственно размыкает первичную цепь, в КТСЗ – цепь управления, то в БТСЗ (рис.61-63) прерывателя нет и управление становится бесконта

Микропроцессорные системы управления двигателем
МСУД стали устанавливать на автомобили с середины 80-х годов на легковые автомобили оборудованные системами впрыска топлива. Система управляет двигателем по оптимальным характеристикам и н

Крышка распределителя
Наружную поверхность крышки распределителя также как и катушки зажигания необходимо содержать в чистоте. У высоких «жигулевских» крышек стекание импульса по наружной поверхности на корпус распредел

Свечи зажигания
Свечи зажигания служат для образования электрической искры, необходимой для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя.

Контакты прерывателя
Надежность классической системы зажигания (KC3) в существен­ной мере зависит от прерывателя. Часто бывает так, что о прерывателе (кстати, как и о других элементах системы зажигания)

Системы смазки и охлаждения и пуска
Основные положения.Система смазки двигателей предназна­чается для предотвращения повышенного изнашивания, перегрева и заедания трущихся поверхностей, уменьшения затраты индикатор­н

Система охлаждения
В поршневых двигателях в процессе сгорания рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 2000-28000 К. К концу процесса расширения она снижается до 1000-1

Система пуска
Пуск поршневых д. в. с., независимо от типа и конструкции, осуществл-яется вращением коленчатого вала двигателя от постороннего источника энергии. При этом частота вращения должна о

Топлива
Топлива для ДВС – продукты переработки сырой нефти (бензин, дизельное топливо)- Основная часть его – углеводороды. Бензин получают путем конденсации легких фракций переработки неф

Моторное масло
7.3.1.Требования, предъявляемые к моторным маслам.В поршневых двигателях для смазки деталей используют масла главным обра­зом нефтяного происхождения. Физико-химические свойства масел обусл

Охлаждающие жидкости
Через систему охлаждения отводится 25-35% общего тепла. Эффективность и надежность системы охлаждения в значительной степени зависит от качества охлаждающей жидкости. Требования к охлаж

Основными механизмами двигателя внутреннего сгорания являются шатунно-кривошипный и распределительный, а основными системами - системы питания, зажигания, смазки и охлаждения.

Шатунно-кривошипный механизм предназначен для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Этот механизм (рис. 53) состоит из цилиндра 5, поршня 4, с кольцами, поршневого пальца 3, шатуна 2, кривошипа 1 коленчатого вала.

Ход поршня зависит от величины радиуса кривошипа коленчатого вала и равен двойной величине радиуса кривошипа. Крайние положения поршня как верхнее, так и нижнее соответствуют положениям, когда ось кривошипа вала, осевая линия шатуна и ось пальца поршня располагаются на одной прямой линии. Эти положения называются мертвыми положениями поршня потому, что усилием на поршень нельзя заставить повернуться коленчатый вал. Вся система может быть выведена из этого положения лишь внешними силами - силой инерции маховика или движением поршней других цилиндров, если двигатель многоцилиндровый.

Цилиндры большинства двигателей выполняются в виде отдельных отливаемых из специального чугуна втулок, вставленных в отверстия блока цилиндра. Блок цилиндра - одна из основных частей двигателя. Верхняя часть блока закрыта головкой, в которой расположены впускные и выпускные клапаны, форсунки или запальные свечи.

Нижняя часть блока соединена с картером, служащим у некоторых двигателей основанием для коренных подшипников коленчатого вала, и камерой, в которой у четырехтактного двигателя помещается масло для смазки деталей.

Блок цилиндра (также и головку) обычно делают с двумя стенками, в пространстве между стенками циркулирует вода, охлаждающая двигатель. Он имеет цилиндрическую форму. Днище его может быть как плоским, так и фигурным с целью улучшения условий смешения воздуха и топлива в камере сгорания дизелей.

В средней части поршень имеет с внутренней стороны приливы, называемые бобышками, в отверстиях которых помещается палец, соединяющий поршень с шатуном. Нижняя, наиболее тонкостенная часть поршня называется юбкой. Диаметр поршня обычно меньше диаметра цилиндра, и между поршнем и цилиндром имеется необходимый температурный зазор, в котором образуется тонкая масляная пленка, смазывающая трущиеся поверхности.

На наружной боковой поверхности поршня расположены кольцевые канавки, в которые заводятся поршневые кольца. Часть колец создает уплотнения между стенками цилиндра и поршня (так называемые компрессионные кольца), часть же колец (маслосрезывающие) служит для удаления со стенок цилиндра излишков смазки. Маслосбрасывающие кольца обыкновенно имеют проточку, этим повышается удельное давление кольца на стенки цилиндра, в результате чего оно лучше снимает излишки масла с поверхности цилиндра.

Поршневой палец представляет собой полый стержень, изготовленный из легированной стали. Для уменьшения износа рабочую поверхность пальца обычно цементируют, калят и шлифуют. Во многих двигателях поршневой палец закрепляется лишь от продольного перемещения пружинными замками с тем, чтобы исключить возможность трения его о стенки цилиндра. При таком закреплении палец может проворачиваться как в бобышках поршня, так и во втулке шатуна. Свободно плавающий палец более равномерно изнашивается.

Шатун шарнирно соединяет поршень с коленчатым валом и передает воспринимаемые поршнем усилия валу. Шатун двигателей внутреннего сгорания стальной и, как правило, штампованный. Он состоит из стержня и двух головок: верхней с впрессованной в нее бронзовой втулкой и нижней, называемой кривошипной и снабженной вкладышами. Сечение стержня обычно двутавровое, что придает ему необходимую прочность при небольшом весе.

Кривошипная головка шатуна выполняется разъемной; отъемная часть называется крышкой и крепится к основной части болтами. Болты эти испытывают весьма большие нагрузки и изготовляются из прочной хромистой стали. Вкладыши шатуна, как и вкладыши коренных подшипников, делают в виде тонкостенных стальных широких полуколец. Внутреннюю рабочую поверхность этих вкладышей заливают антифрикционным сплавом, баббитом или свинцовистой бронзой.

Коленчатый вал - наиболее ответственная деталь двигателя. Он имеет несколько коренных опорных шеек и кривошипных шеек или просто кривошипов, число которых соответствует числу цилиндров. Для уравновешивания коленчатый вал снабжают противовесами, прикрепляемыми к щекам кривошипа со стороны, противоположной кривошипной шейке. На конце вала обычно крепится маховик.

Распределительный механизм управляет подачей в цилиндр воздуха или горючей смеси в строго определенные моменты и удаляет из цилиндра продукты сгорания также в определенные моменты.

В четырехтактных двигателях газораспределение очущест-вляется механизмом, состоящим из клапанов. 6 (см. рис. 53), перекрывающих отверстия в головке блока; пружин, удерживающих клапаны в закрытом состоянии; распределительного вала и передаточных деталей - толкателей, втулок, коромысел и т. д.

Распределительный вал, имеющий кулачки, приводится во вращение от коленчатого вала через зубчатую передачу. Кулачки на валу расположены в определенной последовательности". При вращении распределительного вала кулачки, набегая на толкатели, поднимают их. Это движение толкателей передается на концы качающихся коромысел, вторые концы которых нажимают на стержни клапанов, и, сжимая пружины, открывают их в строго установленном порядке.

Клапаны работают при высоких температурах, поэтому их изготовляют из специальных жаростойких сталей.

Система питания предназначена для подачи в цилиндры двигателя топлива или горючей смеси, необходимых для совершения рабочего процесса. Системы питания дизелей и карбюраторных двигателей различны.

Общая схема питания дизеля показана на рис. 54. Топливо из бака 3 через расходный кран 4 попадает в фильтр грубой очистки и, пройдя через него, поступает к подкачивающему насосу 32. Этот насос прогоняет топливо через фильтр тонкой очистки, откуда оно поступает к топливному насосу высокого давления 33. Насос под большим давлением в определенные моменты подает топливо в форсунки 26, расположенные в головке блока двигателя.

Воздух, подаваемый в цилиндр, должен быть чистым, без примеси пыли, поэтому его очищают, пропуская через специальный воздухоочиститель. Для нормальной работы системы питания очень важно иметь в хорошем состоянии фильтры и воздухоочистители: несвоевременная их очистка нарушает работу системы питания и ухудшает работу двигателя.

Система питания карбюраторного двигателя включает в себя бак для топлива, отстойник, карбюратор, воздухопровод и регулятор частоты вращения двигателя. Наиболее ответственной частью в этой системе является карбюратор. Он предназначен для приготовления горючей смеси, т. е. смеси паров топлива с вполне определенным количеством воздуха.

Существует несколько конструкций карбюраторов. На рис. 55 показано устройство простейшего карбюратора.

Смесительная камера 1 представляет собой отрезок трубы, в которой смешивается распыленное топливо с воздухом. Эта ка-

1 - крышка; 2 - фильтр бака; 3 - бак топливный; 4 - кран расходный; 5 - топливопровод бака; 6 - болт выпуска воздуха; 7 - колпак фильтра грубой очистки; 8 - крышка элемента; 9 - фильтрующий элемент; 10 - шпилька стержня; 11 - корпус фильтра грубой очистки; 12 - пробка спускная; 13 - топливопровод фильтра грубой очистки; 14 - фильтрующий элемент; 15 - вертикальный канал корпуса; 16 - корпус фильтра тонкой очистки; 17 - плита установочная; 18 - крышка корпуса фильтра; 19 - шайба пружины, 20 - пружина; 21 - шарик продувочного клапана; 22 - гайка уплотнения фильтра тонкой очистки; 23 - вентиль прОдувочиый; 24 - трубка фильтрующего элемента, 25 - трубка отвода просачивающегося через форсунку топлива; 26 - форсунка; 27 - вихревая камера; 28 - камера сжатия; 29 - топливопровод высокого давлення; 30 - топливопровод обратного слива; 31 - насос ручной подкачки; 32 - насос подкачивающий; 33 - насос топливный; 34 - поводок регулятора; 35 - регулятор; 36 - топливопровод напорный; 37 - топливопровод к насосу; 38 - пробка спускная; 39 - крышка нижняя мера имеет местное сужение, называемое диффузором 3, к которому проведен распылитель 4, подающий в камеру топливо.

Воздух, проходя через смесительную камеру, повышает свою скорость в диффузоре, и над распылителем создается разрежение, способствующее лучшему всасыванию топлива, которое увлекается затем быстро движущейся струей воздуха, испаряется, хорошо перемешивается с воздухом и поступает в цилиндры.

Топливо в распылитель подается через поплавковую камеру 7 с поплавком 10, предназначенную поддерживать одинаковый напор топлива в распылителе 4, что обеспечивается поддержанием постоянного уровня топлива. В камере имеется обратный клапан 9, а для преднамеренного повышения уровня топлива кнопка 8, нажатием которой открывается клапан. В канале 6 на пути от поплавковой камеры 7 к распылителю 4 установлен жиклер 11, сделанный в виде пробки с точно калиброванным отверстием, через которое пропускается ограниченное количество топлива.

Дроссельная заслонка 2 служит для регулирования количества смеси, подаваемой в цилиндр: при большем открытии дроссельной заслонки в цилиндры двигателя поступает больше смеси, поэтому двигатель развивает большую мощность. Наоборот, прикрывая дроссельную заслонку, уменьшают доступ смеси в цилиндры, в результате чего мощность двигателя снижается.

Горючая смесь, подаваемая в цилиндры, может быть «бедной» или «богатой» в зависимости от соотношения долей воздуха и топлива. Чем больше процентный состав топлива, тем богаче смесь. Воздушная заслонка 5 служит для временного обогащения смеси, главным образом в момент пуска двигателя и установления режима его работы. Это обогащение достигается поворотом воздушной заслонки, уменьшающим живое сечение канала, вследствие чего скорость потока воздуха возрастает, создается большее разрежение и увеличивается подача топлива через главный жиклер 11.

Для нормальной работы двигателя важно иметь смесь постоянного качества. Простейший карбюратор не обеспечивает этого постоянства. При прикрытии дроссельной заслонки уменьшается частота вращения двигателя и над распылителем создается меньшее разрежение, в результате чего истечение топлива будет слабее и смесь в цилиндры станет поступать обедненной.

Наоборот, с полным открытием дроссельной заслонки истечение топлива повышается и смесь обогащается.

Устранение этого недостатка в карбюраторах достигается постановкой дополнительного устройства, называемого компенсационным жиклером Д. Его размещают между поплавковой камерой и компенсационным колодцем 13, через который топливные каналы соединены с атмосферой. Благодаря этому через компенсационный жиклер подается постоянное количество топлива независимо от величины разрежения в диффузоре, т. е. независимо от режима работы двигателя.

С увеличением частоты вращения двигателя подача топлива через основной главный жиклер 11 увеличится и смесь обогатится, в то же время увеличится поступление воздуха, но так как компенсационный жиклер 12 подаст прежнее количество топлива, качество смеси будет прежним.

При снижении оборотов двигателя главный жиклер станет обеднять смесь, в то же время компенсационный жиклер, подавая одно и то же количество топлива при меньшем поступлении воздуха, будет обогащать смесь, в итоге ее качество не изменится.

Система зажигания карбюраторного двигателя (рис. 56) обеспечивает получение и распределение тока высокого напряжения (15 000-20 000 В), необходимого для образования искры в свечах зажигания, воспламеняющей рабочую смесь в цилиндре.

Система зажигания включает в себя: источники тока - аккумуляторную батарею 10 и генератор 1 с реле-регулятором 12, катушку зажигания 4, вариатор 5, прерыватель 2 с конденсатором 3, распределитель 7, свечи зажигания 6, выключатель зажигания 8 и провода низкого и высокого напряжения.

Прерыватель 2 состоит из кулачка с числом выступов, равным числу цилиндров двигателя, неподвижного контакта (наковальни) и подвижного контакта (молоточка), который при вращении кулачка отжимается его каждым выступом и разрывает

Рис. 56. Схема зажигания карбюраторного двигателя:

1 -¦ генератор; 2 - прерыватель; 3 - конденсатор; 4 - катушка зажигания; 5 - вариатор; 6 - свечи зажигания; 7 - распределитель; 8 - выключатель зажигания; 9 - амперметр; 10 - батарея аккумуляторная; 11 - выключатель стартера; 12 - реле-регулятор контакты. Прерыватель связан с распределителем, состоящим из ротора и сегментов по числу цилиндров, и сидит на одном с ним валике, вращающемся от распределительного вала двигателя в 2 раза медленнее вращения коленчатого вала.

В момент размыкания контактов прерывателя исчезает магнитный поток, созданный первичной обмоткой; его силовые линии пересекают витки вторичной обмотки, индуктируя в ней ток высокого напряжения, который подается к ротору прерывателя и через соответствующие сегменты к свечам зажигания.

В работе системы зажигания следует различать следующие два момента. При включенном выключателе зажигания и на малых оборотах двигателя ток низкого напряжения протекает по следующей цепи: отрицательный полюс аккумуляторной батареи - масса - замкнутые контакты прерывателя - первичная обмотка катушки зажигания - вариатор - выключатель зажигания - амперметр 9 - положительный полюс батареи. Ток высокого напряжения протекает по следующей цепи: вторичная обмотка катушки зажигания - ротор распределителя - сегменты распределителя - свечи зажигания - масса - аккумуляторная батарея - выключатель стартера 11 - амперметр - выключатель зажигания - вариатор - первичная обмотка - вторичная обмотка катушки зажигания; при этом между ротором и сегментом, а также между электродами свечи проскакивает искра, последняя воспламеняет рабочую смесь в цилиндре.

На средней и большой частоте вращения двигателя система зажигания работает аналогично, как и на малых, лишь с изменением цепей прохождения токов низкого и высокого напряжения в силу того, что питание системы автоматически реле-регулятором 12 переключается на питание от генератора. Ток низкого напряжения в этом случае течет по цепи: отрицательный зажим генератора - масса - контакты прерывателя - первичная обмотка катушки - вариатор - выключатель зажигания - реле регулятора - положительный зажим генератора.

Так же изменяется и цепь питания тока высокого напряжения, а именно: вторичная обмотка - ротор распределителя - сегмент распределителя - свеча зажигания - масса - отрицательный зажим генератора - обмотка его якоря - реле-регулятор - выключатель зажигания - вариатор - первичная обмотка - вторичная обмотка.

По мере увеличения частоты вращения двигателя время замкнутого состояния контактов прерывателя уменьшается и в силу противодействия э. д. с. самоиндукции ток низкого напряжения не успевает достичь необходимого значения, создаваемое им магнитное поле ослабевает, в результате понижается высокое напряжение и двигатель работает неустойчиво.

Для устранения этого явления в цепь первичной обмотки включен вариатор (спираль сопротивления), который при снижении тока низкого напряжения остывает, сопротивление его снижается, в результате чего ток первичной обмотки повышается, а

Рис 57. Свеча зажигания следовательно, повышается и ток высокого напряжения. При малой же частоте вращения вала двигателя вариатор предохраняет катушку зажигания от перегрева. Конденсатор 3, включенный параллельно контактам прерывателя, ослабляет искрение и предохраняет контакт от обгорания.

Свеча зажигания (рис. 57) состоит из стального корпуса 5, ввертываемого в гнездо головки блока, сердечника б из изоляционного материала, тонкого стального стержня 2, выполняющего роль центрального электрода. Против нижнего конца центрального электрода расположен боковой электрод 1, закрепленный в корпусе свечи. Зазор между этими электродами образует искровой промежуток в 0,5-0,7 мм, через который проскакивает электрическая искра.

Корпус и сердечник свечи в собранном виде разделяются прокладкой 4.

В верхней части свечи имеется гайка 8 с шайбой 7. Во избежание просачивания газов из цилиндров свеча завинчивается в гнездо на медно-асбестовой прокладке 3. К верхнему концу центрального стержня присоединяется провод тока высокого напряжения, закрепляемый гайкой.

Смазка трущихся поверхностей двигателя имеет большое значение для его работы. К&к бы хорошо ни были обработаны трущиеся поверхности, между ними возникает трение, на которое бесполезно затрачивается энергия, в результате чего повышаются износ поверхностей и перегрев трущихся деталей.

Смазка трущихся поверхностей представляет собой не что иное, как разделение этих поверхностей друг от друга тонким слоем смазки. Вследствие того что сила сцепления частиц смазки между собой меньше, чем сила сцепления частиц смазки с поверхностью трущихся деталей, возникает трение не металла о металл, а трение в жидкостном слое.

Непрерывно подаваемая на поверхности трения смазка уносит, кроме того, мельчайшие частицы сработанного металла и охлаждает трущиеся поверхности.

Масло, применяемое для смазки трущихся поверхностей, в зависимости от характера смазываемых поверхностей и режима их работы должно обладать определенными качествами. Так, оно должно иметь необходимую вязкость, чтобы не выжиматься из зазора между поверхностями, обладать достаточной стойкостью против воспламенения, не содержать кислот, щелочей и твердых примесей.

Трущиеся поверхности двигателя смазывают разбрызгиванием, принудительной подачей масла, а также комбинированным способом. Наиболее простым способом смазки является разбрызгивание. В этом случае быстродвижущиеся детали (главным образом шатунно-кривошипного механизма) захватывают масло из нижней части картера и разбрызгивают его по всей поверхности в виде мельчайших капелек. Избыток смазки стекает обратно в масляную ванну картера

Однако этот способ не обеспечивает должной смазки деталей в труднодоступных местах Более надежно смазка осуществляется принудительным способом, когда подача масла к трущимся поверхностям происходит под давлением специальным насосом, обычно зубчатого типа, приводимым в движение от колен чатого вала двигателя

Система принудительной смазки включает в себя манометр, показывающий давление масла в магистрали, термометр для измерения температуры масла, а также радиатор для охлаждения отработанного масла, отстойник и фильтры. В двигателях применяется преимущественно комбинированная система смазки, при которой отдельные поверхности смазываются разбрызгиванием, а наиболее ответственные места - под давлением.

Система охлаждения двигателя. При работе двигателя выделяется большое количество тепла, вследствие чего повышается температура нагрева деталей, и если не принять мер к охлаждению их, то двигатель перегреется и нормальный режим работы нарушится

При перегреве масло теряет свою вязкость, условия смазки ухудшаются, масло начинает выгорать, наступает ускоренный износ деталей и на рабочих поверхностях могут появиться задиры, приводящие к авариям.

Охлаждение в двигателях достигается главным образом за счет пропуска охлаждающей воды через полости между двойными стенками деталей цилиндра и головки блока Вода, омывая горячие стенки деталей, отнимает часть тепла. Система охлаждения включает в себя полости охлаждаемых деталей, магистрали, радиатор, насос, вентилятор.

Если охлаждающая вода циркулирует за счет разности в плотности нагретой и холодной воды, то такая система называется термосифонной. В этом случае вода, отнявшая часть тепла от стенок охлаждаемых деталей, поднимается вверх и поступает в радиатор, уступая место более холодной воде, выходящей из радиатора. Радиатор этой системы обязательно должен быть расположен выше охлаждаемых деталей

Термосифонная система недостаточно эффективно охлаждает детали, поэтому в современных двигателях используется система охлаждения с принудительной циркуляцией воды от водяного насоса преимущественно центробежного типа.

Радиатор представляет собой два бачка (верхний и нижний), соединенных между собой боковыми стойками и сердцевиной, со стоящей из ряда вертикальных трубочек, пропущенных через горизонтальные пластинки, которые увеличивают поверхность охлаждения. Для большей эффективности радиатор охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором.

Чтобы облегчить пуск двигателя, в особенности в зимнее время, в систему охлаждения заливают горячую воду. В некоторых мощных двигателях используют пусковой двигатель, система охлаждения которого соединена с системой охлаждения основного двигателя. Работая, пусковой двигатель нагревает воду в общей системе охлаждения, чем облегчает пуск основного двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) - это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

По роду топлива Двигатель внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые.

По способу заполнения цилиндра свежим зарядом - на 4-тактные и 2-тактные.

По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха - на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.

К двигателям с внешним смесеобразованием относятся карбюраторные, в которых горючая смесь из жидкого топлива и воздуха образуется в карбюраторе, и газосмесительные, в которых горючая смесь из газа и воздуха образуется в смесителе.

В Двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием зажигание рабочей смеси в цилиндре производится электрической искрой. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизелях) топливо самовоспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры.

Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

1-ый такт - впуск (всасывание). Открывается впускной клапан. Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь.

2-ой такт - сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, которая при сжатии нагревается.

3-ий такт - рабочий ход. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов (раскаленных продуктов сгорания) толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым совершается полезная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти до атмосферного.

4-ый такт - выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.

Из четырех тактов только один - третий - является рабочим. Поэтому двигатель снабжают маховиком (инерционным двигателем, запасающим энергию), за счет которого коленчатый вал вращается в течение остальных тактов.

Карбюраторные Двигатель внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.

Остов двигателя - группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.

Механизм движения - группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.

Система смазки - система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей. Часть масла отводится по параллельным каналам в фильтр тонкой очистки, откуда сливается обратно в поддон.

Система охлаждения может быть жидкостной и воздушной. Жидкостная система состоит из рубашек цилиндров и головок, заполненных охлаждающей жидкостью (водой, антифризом и т. п.), насоса, радиатора, в котором жидкость охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, и устройств, регулирующих температуру воды. Воздушное охлаждение осуществляется обдувом цилиндров и головок вентилятором или потоком воздуха (на мотоциклах).

Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.

Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняюшей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока - генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В систему включается распределитель тока высокого напряжения по соответствующим цилиндрам. В одном агрегате с прерывателем находятся конденсатор, улучшающий работу прерывателя, и катушка зажигания, с которой снимается высокое напряжение (12-20 кв). В то время, когда Двигатель внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.

Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления. В функции системы входит вращение вала двигателя для пуска.

Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске.

Газовые Двигатель внутреннего сгорания работают большей частью па природном газе и газах, получаемых при производстве жидкого топлива. Кроме того, могут быть использованы: газ, генерируемый в результате неполного сгорания твёрдого топлива, металлургические газы, канализационные газы и пр. Применяются как 4-тактные, так и 2-тактныс газовые Двигатель внутреннего сгорания По принципу смесеобразования и воспламенения газовые двигатели разделяются на: Двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием, в которых рабочий процесс аналогичен процессу карбюраторного двигателя; Двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и зажиганием струей жидкого топлива, воспламеняющегося от сжатия; Двигатель внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием и искровым зажиганием. Газовые двигатели, использующие природные газы, применяются на стационарных электростанциях, компрессорных газоперекачивающих установках и т. п. Сжиженные бутано-пропановые смеси используются для автомобильного транспорта (см. Газобаллонный автомобиль).

Экономичность работы Двигатель внутреннего сгорания характеризуется эффективным кпд, который представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, затраченного на получение этой работы. Максимальный эффективный кпд наиболее совершенных Двигатель внутреннего сгорания около 44%.

Основным преимуществом Двигатель внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные Двигатель внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Двигатель внутреннего сгорания на транспортных средствах (автомобилях, с.-х. и строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).

Совершенствование Двигатель внутреннего сгорания идёт по пути повышения их мощности, надёжности и долговечности, уменьшения массы и габаритов, создания новых конструкций (см., например, Ванкеля двигатель). Можно наметить также такие тенденции в развитии Двигатель внутреннего сгорания, как постепенное замещение карбюраторных Двигатель внутреннего сгорания дизелями на автомобильном транспорте, применение многотопливных двигателей, увеличение частоты вращения и др.

Двигателем называется машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу.

На современных автомобилях и тракторах применяются тепловые двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива и превращение выделяемого при этом тепла в механическую работу происходит внутри цилиндра двигателя.

Все двигатели внутреннего сгорания принято классифицировать по:

– роду применяемого топлива – двигатели, работающие на жидком топливе (бензине или дизельном топливе), и двигатели, работающие на газообразном топливе (сжатом и сжиженном газе);

– способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси – двигатели с внешнем смесеобразованием и электрическим зажиганием рабочей смеси (карбюраторные) и двигатели с внутренним смесеобразованием и воспламенением топлива от высокой температуры сжатого воздуха (дизельные);

– способу осуществления рабочего цикла – двигатели четырех-тактные, в которых рабочий цикл совершается за четыре такта (хода поршня) или за два оборота коленчатого вала, и двигатели двух-тактные, в которых рабочий цикл совершается за два такта (один оборот коленчатого вала);

– числу и расположению цилиндров – двигатели одноцилиндровые и многоцилиндровые; однорядные (цилиндры расположены в один ряд) и двухрядные (V-образные), когда два ряда цилиндров расположены под углом друг к другу;

– рабочему объему;

– способу охлаждения – с жидкостным или воздушным охлаждением.

Выбор типа двигателя зависит от его назначения и предъявляемых к нему требований по части топлива, габаритных размеров, мощности и других показателей. На лесных тракторах применяются четырехтактные многоцилиндровые дизельные двигатели, для запуска которых часто используют одно- и двухцилиндровые двухтактные карбюраторные двигатели. На автомобилях, как правило, используются четырехтактные многоцилиндровые карбюраторные или дизельные двигатели с запуском от электрического стартера.

Основные механизмы и системы ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (рис) состоит из следующих механизмов и систем.

1 – шестерни привода распределительного вала,

2 – распределительный вал, 3 – толкатели,

4 – штанги, 5 – поршень, 6 – головка цилиндра,

7 – коромысла, 8 – пружины, 9 – карбюратор,

10 – направляющая втулка, 11 – свеча зажигания, 12 – клапан, 13 – цилиндр, 14 – рубашка охлаждения, 15 – поршневой палец, 16 – блок-картер, 17 – шатун, 18 – маховик, 19 – коленчатый вал, 20 – поддон.

2. Основные понятия и определения двигателя.

Поршень 2 совершает возвратно-поступательное движение и может занимать два крайних положения − верхнее и нижнее. Прямолинейное движение поршня посредством шатуна 3 и кривошипа 4 преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала 5.

Положение поршня в цилиндре 1, при котором он наиболее удален от оси коленчатого вала двигателя, называется верхней мертвой точкой (ВМТ), а положение, при котором поршень наиболее приближен − нижней мертвой точкой (НМТ).

Путь, пройденный поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня (S). Часть рабочего процесса, совершаемая за один ход поршня, называется тактом. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180º (полуоборот).

Движение поршня сопровождается изменением объема между днищем поршня и головкой цилиндра.

1 – цилиндр, 2 – поршень,

3 – шатун, 4 – кривошип,

5 – коленчатый вал.

Пространство (объем), образующееся в ВМТ над поршнем, называется объемом камеры сгорания (Vc).

Объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом цилиндра (Vh).

где D – диаметр цилиндра, мм; S – ход поршня, мм.

Объем, образующийся над поршнем, при положении его в НМТ называется полным объемом цилиндра (Vа) и включает в себя рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания.

Сумма рабочих объемов всех цилиндров, выраженная в литрах, называется рабочим объемом двигателя (V"h) .

Где i – число цилиндров двигателя.

Отношение полного объема цилиндра Vа к объему камеры сгорания Vc наз-ся степенью сжатия (ε).

Величина степени сжатия (ε) показывает, во сколько раз сжимается рабочая смесь или воздух, находящиеся в цилиндре, при перемещении поршня от НМТ до ВМТ.

Все двигатели от прошлых до современных моделей включают в себя: кривошипно-шатунный механизм; механизм газораспределения; систему охлаждения; смазочную систему; систему питания; систему зажигания (у карбюраторных двигателей).

Детали, составляющие двигатель, можно разделить на две группы: подвижные и неподвижные. К неподвижным деталям относятся блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, поддон картера.

Цилиндры двигателя выполнены или установлены в массивном жестком корпусе, называемом блоком цилиндров двигателя. Блок изготавливается из чугуна или алюминиевого сплава. Между цилиндрами в нем выполнены каналы для охлаждающей жидкости, служащей для отвода теплоты от сильно нагревающихся деталей. Сверху на блоке закреплена головка блока цилиндров. Снизу к блоку цилиндров прикреплен поддон картера, служащий емкостью для масла, необходимого для смазывания деталей двигателя во время его работы.

Рис.7. Детали кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм. Преобразует прямолинейное (возвратно-поступательное) движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Включает в себя следующие детали, имеющие определенное назначение.

Поршень (рис. 7) изготовлен из алюминиевого сплава и имеет сложную форму. Он состоит из днища, уплотняющей и направляющей частей. На уплотняющей части поршня выполнены кольцевые канавки под поршневые кольца - компрессионные и маслосъемные.

Компрессионные кольца 2 препятствуют проникновению газов из камеры сгорания в зазор между цилиндром и поршнем. Маслосъемные кольца 1 снимают излишки масла со стенок цилиндра. Кольца разрезные, при установке поршня в цилиндр они пружинят и плотно прижимаются к его стенке.

Поршневой палец 3 соединяет поршень с шатуном. Поршневой палец может быть запрессован в теле поршня, при этом он свободно вращается в верхней головке шатуна. Другая конструкция предполагает свободное вращение пальца в бобышках (утолщениях) поршня и запрессовку его в верхнюю головку шатуна. От осевого перемещения в поршне палец удерживается стопорными кольцами 4, установленными в проточках бобышек поршня.

Шатун штампуется из стали. Он состоит из стержня, верхней и нижней головок. В верхнюю головку шатуна запрессована втулка 8, в которой вращается (или запрессован) поршневой палец. Нижняя головка выполнена разъемной и имеет проточки для установки шатунных вкладышей. Части нижней головки соединены между собой специальными шатунными болтами 6.

Коленчатый вал изготавливают из стали или чугуна. Коленчатый вал четырехцилиндрового двигателя состоит из пяти опорных (коренных) шеек, расположенных по одной оси, и четырех шатунных шеек, попарно направленных в противоположные стороны. Коренные шейки вращаются в подшипниках (в виде двух половин вкладышей). Для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил служат противовесы 10.

На переднем конце вала устанавливается звездочка, шкив или шестерня привода распределительного вала. В торец переднего конца вала ввертывают храповик или болт для проворачивания коленчатого вала вручную при техническом обслуживании. В торце заднего конца вала помещен подшипник первичного вала коробки передач. В задней же части коленчатого вала имеется фланец, к которому прикреплен маховик. На его обод напрессован стальной зубчатый венец, с которым соединяется шестерня стартера при пуске двигателя.

Механизм газораспределения. Предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси и выпуска отработавших газов. Основными деталями механизма газораспределения являются впускные и выпускные клапаны, распределительный вал и механизм его привода (рис. 8).

Рис.8. Детали механизма газораспределения

Распределительный вал устанавливается в головке цилиндров двигателя и вращается синхронно с коленчатым валом, обеспечивая своевременное открытие и закрытие клапанов в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Привод распределительного вала может осуществляться двумя косозубыми шестернями (автомобили «Волга» с двигателями ЗМЗ-402), втулочно-роликовой цепью (двигатели автомобилей ВАЗ-2101...-2107, «Москвич», Иж; двигатели ЗМЗ-406 автомобилей «Волга») или зубчатым ремнем (автомобили ВАЗ-2108...-2 112, «Ока»). Для согласования работы поршней и клапанов на зубчатые шкивы, шестерни или звездочки привода распределительного вала наносятся установочные метки.

Распределительный вал имеет три опорные шейки и восемь кулачков, каждый из которых «управляет» одним клапаном. В современных двигателях с четырьмя клапанами на цилиндр (ЗМЗ-406, ВАЗ-2112) в головке блока цилиндров установлены два распределительных вала, каждый из которых управляет восемью впускными или восемью выпускными клапанами.

Клапан состоит из стержня и головки. Головка клапана плотно закрывает гнездо впускного или выпускного канала, прилегая к седлу 6. Стержень клапана перемещается в направляющей втулке 1.

Распределительный вал открывает клапаны непосредственно своими кулачками или через дополнительные устройства - толкатели (ВАЗ-2108... -2112, -2115), коромысла (двигателиУМПО автомобилей «Москвич») или рычаги («рокеры») (ВАЗ-2101...-2107). Закрываются клапаны под действием пружин 5. Когда клапан закрыт, между торцом его стержня и рабочей частью толкателя (коромысла, рычага) при техническом обслуживании устанавливают зазор. Он обеспечивает плотное прилегание головки клапана к седлу при удлинении стержня от нагревания.