Двигатель внутреннего сгорания схема описание

Двигатель внутреннего сгорания схема описание

Устройство ДВС

Двигатель внутреннего сгорания – это одно из тех изобретений, которые в корне перевернули нашу жизнь – с лошадиных повозок люди смогли пересесть на быстрые и мощные автомобили.

Первые ДВС обладали малой мощностью, а коэффициент полезного действия не доходил даже до десяти процентов, но неутомимые изобретатели – Ленуар, Отто, Даймлер, Майбах, Дизель, Бенц и множество других – привносили что-то новое, благодаря чему имена многих увековечены в названиях известных автомобильных компаний.

ДВС прошли длительный путь развития от коптящих и часто ломающихся примитивных моторов, до сверхсовременных битурбированных двигателей, но принцип их работы остался все тот же – теплота сгорания топлива преобразуется в механическую энергию.

Название “двигатель внутреннего сгорания” используется потому, что топливо сгорает в середине двигателя, а не снаружи, как в двигателях внешнего сгорания – паровых турбинах и паровых машинах.

Благодаря этому ДВС получили множество положительных характеристик:

  • они стали намного легче и экономичнее;
  • стало возможным избавиться от дополнительных агрегатов для передачи энергии сгорания топлива или пара к рабочим частям двигателя;
  • топливо для ДВС обладает заданными параметрами и позволяет получать значительно больше энергии, которую можно преобразовать в полезную работу.

Устройство ДВС

Вне зависимости от того, на каком топливе работает двигатель – бензин, дизель, пропан-бутан или экотопливо на основе растительных масел – главным действующим элементом является поршень, который находится внутри цилиндра. Поршень похож на металлический перевернутый стакан (скорее подойдет сравнение с бокалом для виски – с плоским толстым дном и прямыми стенками), а цилиндр – на небольшой кусок трубы, внутри которой и ходит поршень.

В верхней плоской части поршня имеется камера сгорания – углубление круглой формы, именно в нее попадает топливно воздушная смесь и здесь же детонирует, приводя поршень в движение. Это движение передается на коленчатый вал с помощью шатунов. Шатуны верхней своей частью прикреплены к поршню с помощью поршневого пальца, который просовывается в два отверстия по бокам поршня, а нижней – к шатунной шейке коленчатого вала.

Первые ДВС имели всего один поршень, но и этого было достаточно, чтобы развить мощность в несколько десятков лошадиных сил.

В наше время тоже применяются двигатели с одним поршнем, например пусковые двигатели для тракторов, которые выполняют роль стартера. Однако больше всего распространены 2-х, 3-х, 4-х, 6-и и 8-цилиндровые двигатели, хотя выпускаются двигатели на 16 цилиндров и более.

Поршни и цилиндры находятся в блоке цилиндров. От того, как расположены цилиндры по отношению к друг другу и к другим элементам двигателя, выделяют несколько видов ДВС:

  • рядные – цилиндры расположены в один ряд;
  • V-образные – цилиндры расположены друг против друга под углом, в разрезе напоминают букву “V”;
  • U-образные – два объединенных между собой рядных двигателя;
  • X-образные – ДВС со сдвоенными V-образными блоками;
  • оппозитные – угол между блоками цилиндров составляет 180 градусов;
  • W-образные 12-цилиндровые – три или четыре ряда цилиндров установленные в форме буквы “W”;
  • звездообразные двигатели – применяются в авиации, поршни расположены радиальными лучами вокруг коленчатого вала.

Важным элементом двигателя является коленчатый вал, на который передается возвратно-поступательное движение поршня, коленвал преобразует его во вращение.

Когда на тахометре отображаются обороты двигателя, то это как раз и есть количество вращений коленвала в минуту, то есть он даже на самых низких оборотах вращается со скоростью 2000 оборотов в минуту. С одной стороны коленвал соединен с маховиком, от которого вращение через сцепление подается на коробку передач, с другой стороны – шкив коленвала, связанный с генератором и газораспределительным механизмом через ременную передачу. В более современных авто шкив коленвала связан также со шкивами кондиционера и гидроусилителя руля.

Топливо подается в двигатель через карбюратор или инжектор. Карбюраторные ДВС уже отживают свое из-за несовершенства конструкции. В таких ДВС идет сплошной поток бензина через карбюратор, затем топливо смешивается во впускном коллекторе и подается в камеры сгорания поршней, где детонирует под действием искры зажигания.

В инжекторных двигателях непосредственного впрыска топливо смешивается с воздухом в блоке цилиндров, куда подается искра от свечи зажигания.

Газораспределительный механизм отвечает за согласованную работу системы клапанов. Впускные клапаны обеспечивают своевременное поступление топливновоздушной смеси, а выпускные отвечают за выведение продуктов сгорания. Как мы уже писали раньше, такая система используется в четырехтактных двигателях, тогда как в двухтактных необходимость в клапанах отпадает.

На данном видео показано как устроен двигатель внутреннего сгорания, какие функции выполняет и как он это делает.

Устройство четырехтактного ДВС

КОНСТРУКЦИЯ ПЯТИЦИЛИНДРОВОГО ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к приспособлениям для уравновешивания поршневых пятицилиндровых двигателей. Техническим результатом является улучшение уравновешенности пятицилиндрового двигателя с одним балансирным валом. Сущность изобретения заключается в том, что коленчатый вал двигателя выполняется с одной из двух схем расклинки кривошипов, соответствующей порядку работы 1-5-2-3-4 или 1-4-3-2-5, при которых обеспечивается минимальная неуравновешенность коленчатого вала от действия моментов сил инерции 2-го порядка возвратно-поступательно движущихся масс. Момент от сил инерции 1-го порядка уравновешивается с помощью противовесов, располагаемых на коленчатом и одном балансирном вале. Причем параметры противовесов определяются из условия полного уравновешивания момента 1-го порядка. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пятицилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что применяют коленчатый вал со схемой углов расклинки кривошипов, соответствующей порядку работы 1-5-2-3-4, при этом установка одного балансирного вала и расположение противовесов на коленчатом и балансирном валах осуществляется с учетом параметров, соответствующих условиям: m1·r1·l1=m2·r2·l2; m1·r1·l1=2,49·m·r·a, где m — масса деталей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение в одном цилиндре, r — радиус кривошипа коленчатого вала, а — расстояние между осями соседних цилиндров, m1·r1 и m2·r2 — дисбалансы противовесов на коленчатом и балансирном валах, l1 и l2 расстояния между противовесами на коленчатом и балансирном валах, при этом угол плоскости расположения центров масс противовесов составляет ±18° относительно плоскости первого кривошипа. 2. Пятицилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что на коленчатом валу размещают не два, а большее число противовесов вплоть до 10 — по одному на каждой щеке коленчатого вала при условии, что величина и плоскость действия результирующего центробежного момента от них будут соответствовать условиям: модуль результирующего центробежного момента равен m1·r1·l1, угол плоскости его действия составляет 18° относительно плоскости 1-го колена. 3. Пятицилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что применяют коленчатый вал со схемой углов расклинки кривошипов, соответствующей порядку работы 1-4-3-2-5, при этом установка одного балансирного вала и расположение противовесов на коленчатом и балансирном валах осуществляется с учетом параметров, соответствующих условиям: m1·r1·l1=m2·r2·l2; m1·r1·l1=2,49·m·r·a, где m — масса деталей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение в одном цилиндре, r — радиус кривошипа коленчатого вала, a — расстояние между осями соседних цилиндров, m1·r1 и m2·r2 — дисбалансы противовесов на коленчатом и балансирном валах, l1 и l2 расстояния между противовесами на коленчатом и балансирном валах, при этом угол плоскости расположения центров масс противовесов составляет ±18° относительно плоскости первого кривошипа. 4. Пятицилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания по п. 3, отличающийся тем, что на коленчатом валу размещают не два, а большее число противовесов вплоть до 10 — по одному на каждой щеке коленчатого вала при условии, что величина и плоскость действия результирующего центробежного момента от них будут соответствовать условиям: модуль результирующего центробежного момента равен m1·r1·l1, угол плоскости его действия составляет 18° относительно плоскости 1-го колена.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к пятицилиндровым поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС).

Уравновешенность той или иной конструкции ДВС является важным свойством. В настоящее время уравновешивание многоцилиндровых (ДВС) осуществляют за счет выбора оптимальной схемы углов расклинки кривошипов коленчатого вала, при которой обеспечивается минимальное возмущение от действия реактивного крутящего момента, от сил инерции и моментов от них, а также с помощью противовесов, устанавливаемых на коленчатом и балансирных валах, в случае если даже при оптимальной схеме коленчатого вала возмущения от инерционных сил и моментов достаточно велики. Причем для уравновешивания моментов от сил инерции 1-го порядка необходим один балансирный вал, а для уравновешивания моментов от сил инерции 2-го порядка — два (Луканин В.Н. и Шатров М.Г. (ред.). Двигатели внутреннего сгорания, Кн.2, Динамика и конструирование. М., Высшая школа, 2007 г. — 400 с). Также известны другие механические и электромеханические уравновешивающие механизмы (RU 2460915 C1, 10.09.2012; RU 2438025 C2, 27.12.2011; RU 2011061 C1, 15.04.1994; RU 2272194 C1, 20.03.2006; RU 2097571 C1, 27.11.1997; FR 2858034 A1, 28.01.2005; ES 2270310 T3, 01.04.2007; UA 8933 U, 15.08.2005). Недостатками этих устройств является сложность конструкции.

Читать еще:  Двигатель 1д20 тех характеристики

Особенностью конструкций рядных пятицилиндровых двигателей является многовариантность возможных конструкций коленчатого вала — здесь равномерное чередование рабочих ходов (именно это условие обеспечивает лучшую уравновешенность от реактивного крутящего момента) обеспечивается при 24-х вариантах углов расклинки кривошипов. Причем для каждого варианта коленчатого вала в двигателе будут существовать неуравновешенные моменты от сил инерции как 1-го, так и 2-го порядков, разные по величинам возмущений для каждого варианта (Гусаров В.В. Уравновешивание поршневых двигателей: учебное пособие. М.: МГИУ, 2010.-134 с.).

В настоящее время все пятицилиндровые двигатели имеют конструкцию коленчатого вала только с одной из 2-х (из 24-х возможных) схем расклинки кривошипов, при которых обеспечивается минимальное возмущение от суммарного действия моментов сил инерции 1-го и 2-го порядков. Этим схемам соответствуют порядки работы цилиндров: 1-2-4-5-3 или 1-3-5-4-2 (для 4-тактных двигателей). При таких конструкциях коленчатых валов возмущения от действия моментов сил инерций 1-го и 2-го порядков примерно одинаковы. В практике конструирования таких двигателей известны 3 варианта уравновешивания: либо никаких уравновешивающих устройств не применяют (в этом случае двигатели имеют повышенную вибрацию), либо уравновешивают только момент от сил инерции 1-го порядка (применяют один балансирный вал), как это сделано в двигателях фирмы «FIAT», либо уравновешивают момент от сил инерции 2-го порядка (применяют два балансирных вала), как это сделано в двигателях фирмы «SСANIA». Полное уравновешивание инерционных моментов 1-го и 2-го порядков возможно при установке 3-х балансирных валов, но этот способ не применяют из-за чрезмерного усложнения конструкции двигателя.

Заметим, что центробежные моменты в таком двигателе достаточно просто полностью уравновешиваются с помощью нащечных противовесов коленчатого вала и этот вопрос здесь не рассматривается.

Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является улучшение уравновешенности пятицилиндрового двигателя от действия моментов сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс при небольшом усложнении его конструкции — установки одного балансирного вала.

Отличием предлагаемой конструкции пятицилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания является другая схема расклинки кривошипов коленчатого вала, при которой равномерное чередование рабочих ходов обеспечивается при порядке работы 1-5-2-3-4 или 1-4-3-2-5 (для 4-тактных двигателей) и применение одного балансирного вала для уравновешивания момента 1-го порядка. В предлагаемой конструкции обеспечивается минимальное возмущение от действия момента сил инерции 2-го порядка (меньшее, чем в известных моделях), хотя действует заметный момент от сил 1-го порядка (больший, чем в существующих образцах) (См. Табл.3.4 на стр.77. Гусаров В.В.. Уравновешивание поршневых двигателей: учебное пособие. М.: МГИУ, 2010.-134 с.). Однако после уравновешивания момента 1-го порядка с помощью одного балансирного вала пятицилиндровый двигатель с предлагаемыми схемами расклинки кривошипов коленчатого вала и одним балансирным валом будет уравновешен лучше, чем при любой иной схеме коленчатого вала и применения одного или двух балансирных валов (сравнительно со всеми существующими образцами подобных двигателей). Для сравнения: безразмерное значение амплитуды неуравновешенного момента 2-го порядка в пятицилиндровом двигателе «FIAT» (со схемой расклинки кривошипов соответствующих порядку работы 1-2-4-5-3 и с одним балансирным валом для уравновешивания момента 1-го порядка) составляет величину 4,98, в предлагаемой схеме коленчатого вала 0,495, т.е. в 10 раз меньше. Неуравновешенность сравниваемых конструкций, оцениваемая величинами безразмерных значений импульсов возмущений от действия инерционных моментов составляет 1,22 рад в первом случае и 0,11 рад во втором, т.е. у предлагаемой конструкции примерно в 10 раз меньше. Безразмерное значение амплитуды неуравновешенного момента 1-го порядка в пятицилиндровом двигателе «SСANIA» со схемой расклинки кривошипов соответствующих порядку работы 1-2-4-5-3 и с двумя балансирными валами для уравновешивания момента 2-го порядка составляет величину 0,449, что соответствует величине безразмерного импульса возмущения 0,90 рад, что почти в 10 больше, чем в предлагаемой конструкции. (Гусаров В.В.. Уравновешивание поршневых двигателей: учебное пособие. М.: МГИУ, 2010.-134 с.). С учетом вышеизложенного предлагаемая конструкция пятицилиндрового двигателя обеспечивает весьма существенное уменьшение возмущений от действия неуравновешенных инерционных моментов, чем в двигателе «SСANIA», даже при установке 2-х балансирных валов. Другие известные конструкции пятицилиндровых двигателей, на которых не установлены балансирные валы здесь не рассматриваются из-за их гораздо худшей уравновешенности.

Таким образом, технический результат лучшего уравновешивания пятицилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания достигается за счет сочетания конструкции коленчатого вала с углами расклинки кривошипов, обеспечивающими равномерное чередование рабочих ходов при порядке работы 1-5-2-3-4 или 1-4-3-2-5, так что при этом значение возмущений от инерционного момента 2-го порядка минимально, и установки противовесов на коленчатом и одном балансирном вале, таким образом, чтобы полностью уравновесить момент от сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс 1-го порядка, при этом параметры установки должны отвечать следующим условиям: m1·r1·l1=m2·r2·l2; m1·r1·l1=2,49·m·r·a, где m — масса деталей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение в одном цилиндре, r — радиус кривошипа коленчатого вала, a — расстояние между осями соседних цилиндров, m1·r1 и m2·r2 — дисбалансы противовесов на коленчатом и балансирном валах, l1 и l2 — расстояния между противовесами на коленчатом и балансирном валах. Угол плоскости расположения центров масс противовесов при этом должен составлять±18° относительно плоскости первого кривошипа.

Конструкция пятицилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания может предусматривать установку не двух противовесов, а большего числа вплоть до 10 — по одному на каждой щеке коленчатого вала, при условии, что величина и плоскость действия результирующего центробежного момента от них будут соответствовать условиям: модуль результирующего центробежного момента равен m1·r1·l1, угол плоскости его действия составляет 18° относительно плоскости 1-го колена.

Предлагаемая конструкция пятицилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания поясняется чертежом (Фиг.1) На чертеже показаны конструкции коленчатого вала с углами расклинки кривошипов, соответствующие порядкам работы 1-5-2-3-4 (Фиг.1а) и 1-4-3-2-5 (Фиг.1б), а также параметры противовесов (дисбалансы: m1·r1, m2·r2, углы и расстояния между противовесами l1, l2), устанавливаемых на коленчатом (нижний индекс 1) и балансирном (нижний индекс 2) валах, которые одинаковы (кроме углов размещения противовесов) для каждой из 2-х предлагаемых схем расклинки кривошипов (на Фиг.1в для схемы на Фиг.1а, на Фиг.1 г для схемы на Фиг.1б). Расстояние между осями соседних цилиндров а.

Изобретение работает следующим образом. При вращении коленчатого вала пятицилиндрового двигателя с указанными на Фиг.1а и 1б схемами расклинки кривошипов возникают моменты от действия возвратно-поступательно движущихся масс: минимально возможный для этого типа двигателей момент от сил инерции 2-го порядка и момент от сил инерции 1-го порядка. Они действуют в вертикальной плоскости. Также возникают два центробежных момента от противовесов, расположенных на коленчатом (первый центробежный) и одном балансирном валах (второй центробежный). При соответствующем значении параметров противовесов результирующий момент (от двух центробежных) также будет лежать в вертикальной плоскости и он может полностью уравновесить момент 1-го порядка (Гусаров В.В. Уравновешивание поршневых двигателей: учебное пособие. М.: МГИУ, 2010.-134 с.).

Для предлагаемой конструкции пятицилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания (Фиг.1) полное уравновешивание момента 1-го порядка обеспечивается при параметрах противовесов, удовлетворяющих следующим условиям: m1·r1·l1=m2·r2·l2; m1·r1·l1=2,49·m·r·a, где m — масса деталей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение в одном цилиндре, r — радиус кривошипа коленчатого вала, a — расстояние между осями соседних цилиндров, m1·r1 и m2·r2 — дисбалансы противовесов на коленчатом и балансирном валах, l1 и l2 расстояния между противовесами.

Угол плоскости расположения центров масс противовесов должен составлять±18° относительно плоскости первого кривошипа (Фиг.1в, г).

Читать еще:  Возможные неисправности шагового двигателя

Таким образом, в итоге остается неуравновешенным только небольшой момент от сил инерции 2-го порядка. Это минимально возможный момент из всех схем расклинки кривошипов пятицилиндровых двигателей.

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания: принцип работы

В основе принципа работы любого двигателя внутреннего сгорания лежит воспламенение небольшого количества топлива, обязательно высокоэнергетического, в небольшом замкнутом пространстве. При этом выделяется большое количество энергии, в виде теплового расширения нагретых газов. Так как давление под поршнем равно нормальному атмосферному, а компрессия в цилиндре намного превышает его, то под действием разницы давлений поршень совершает движение.

Для того чтобы двигатель внутреннего сгорания постоянно производил полезную механическую энергию, камеру сгорания цилиндра необходимо циклично заполнять новыми дозами воздушно-топливной смеси. В результате, поршень приводит в действие коленчатый вал, который и придает движение колесам автомобиля.

Двигатели почти всех современных автомобилей являются четырёхтактными по своему циклу работы, и энергия, полученная от сжигания бензина, почти полностью преобразовывается в полезную. Цикл Отто, так называется подобный принцип, по имени Николауса Отто, изобретателя двигателя внутреннего сгорания (1867 год).

Схема работы бензинового двигателя внутреннего сгорания:

Главным элементом двигателя внутреннего сгорания является поршень, который связан шатуном с коленчатым валом. Так называемый, кривошипно-шатунный механизм, преобразующий прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня в радиальное движение коленвала.

Ниже более подробно расписан рабочий цикл бензинового двигателя:

1. Такт впуска

2. Такт сжатия

3. Рабочий такт

4. Такт выпуска

Следующий такт необязательно должен начинаться после окончания предыдущего. Такая ситуация, когда одновременно открыты оба клапана (впуска и выпуска), называется перекрытием клапанов. Это необходимо для эффективного наполнения цилиндра воздушно-топливным соединением, а также для более результативной очистки цилиндров от выхлопных газов. После этого рабочий цикл повторяется.

Отличительной особенностью двигателя внутреннего сгорания является то, что поршень двигается прямолинейно, а движение, осуществляющееся при сгорании топливной смеси, — вращательное. Линейный ход поршней преобразовывается в поворотное движение, необходимое для работы колес автомобиля, при помощи коленчатого вала.

Ниже рассмотрены основные элементы двигателя, которые принимают участие в преобразовании тепловой энергии в механическую.

1. Свеча зажигания

Искровая свеча вырабатывает электрическую искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь. Для равномерной и бесперебойной работы поршня искра должна появляться в заданный момент времени.

2. Клапаны

Выпускные и впускные клапаны закрываются и открываются в заданный момент, впуская воздух в цилиндр и выпуская отработанные газы. Во время процесса горения топливной смеси оба клапана закрыты. Клапан выпуска открывается до достижения поршня крайней нижней точки и остается открытым до прохождения поршня к верхней крайней точке. К этому моменту впускной уже будет открыт.

3. Поршень

Образующиеся во время сгорания топливной смеси горячие газы выдавливают поршень, передавая энергию через шатун и палец коленвалу. Для сохранения компрессии в цилиндрах на поршень устанавливаются уплотняющие кольца, изготовленные из высокопрочного чугуна. Для повышения износостойкости поршневые кольца покрываются тонким слоем пористого хрома. К основным характеристикам колец относятся следующие показатели: высота, наружный диаметр, радиальная толщина, форма разреза в стыке и упругость. Внешний диаметр поршневого кольца должен соответствовать внутреннему диаметру цилиндра. В настоящее время применяются узкие кольца (высотой — 1,5-2 мм) и широкие (высотой — 2,5-3 мм). Первые более надежны при частом движении поршня. Радиальная толщина увеличивается с возрастанием диаметра цилиндра. Износ поршневых колец происходит, в среднем, через каждые 3 тысячи километров пробега.

4. Шатун

Шатун соединяет коленчатый вал с поршнем. Вращение шатуна является двухсторонним, это нужно для того, чтобы его угол мог изменяться в зависимости от местоположения поршня, обеспечивая движение коленвала. Обычно шатуны бывают стальными, иногда — алюминиевыми.

5. Коленчатый вал

Поворот коленчатого вала осуществляется вследствие вертикального хода поршня. Коленвал приводит в движение колеса автомобиля.

Современные двигатели внутреннего сгорания делятся на два типа: карбюраторные и инжекторные.

В карбюраторном двигателе процесс приготовления воздушно-топливной смеси происходит в специальном устройстве — карбюраторе. В нем, используя аэродинамическую силу, горючее смешивается с воздушным потоком, засасываемым двигателем.

В инжекторном типе двигателя топливо впрыскивается под давлением в поток воздуха при помощи специальных форсунок. Дозировка горючего происходит при помощи электронного блока управления, который открывает форсунку электрическими импульсами. В двигателях устаревшей конструкции, этот процесс происходит с использованием специфической механической системы. Последний тип почти полностью вытеснил устаревшие карбюраторные силовые агрегаты. Это произошло из-за современных экологических стандартов, которые устанавливают высокие нормы чистоты выхлопных газов. Что повлекло за собой внедрение новых эффективных нейтрализаторов выхлопа (каталитических конвертеров или катализаторов). Такие системы нейтрализации требуют постоянного состава отработанных газов, который могут обеспечить только инжекторные системы впрыска топлива, контролируемые электронным блоком управления. Нормальная работа катализатора обеспечивается исключительно при соблюдении стабильного состава выхлопных газов. Необходимостью этого является то, что он требует содержания определенных пропорций кислорода в отработанных газах. Для соблюдения подобных условий в таких системах катализации обязательно устанавливается кислородный датчик (лямбда-зонд), который анализирует процент содержания кислорода в выхлопных газах и контролирует точность пропорций оксида азота, несгоревших остатков топлива и углеводородов.

Основными вспомогательными системами являются:

Система зажигания. Отвечает за поджигание топливной смеси в нужный момент. Она бывает контактной, бесконтактной и микропроцессорной. Система контактного типа состоит из распределителя-прерывателя, катушки, выключателя зажигания и свечей. Бесконтактная система аналогична предыдущей, только вместо прерывателя стоит индукционный датчик. Управление системой зажигания микропроцессорного типа осуществляется специальным компьютерным блоком, в ее состав входит датчик положения коленвала, коммутатор, блок управления зажиганием, катушки, датчик температуры двигателя и свечи. В двигателях с инжекторной системой к ней добавляется еще датчик положения дроссельной заслонки и термоанемометрический датчик массового расхода воздуха.

Система запуска двигателя. Состоит из специального электромотора (стартера), подключенного к аккумулятору, или механического стартера, использующего физические усилия человека. Применение этой системы объясняется тем, что для запуска рабочего цикла двигателя необходимо, чтобы коленчатый вал произвел хотя бы один оборот.

Система выпуска выхлопных газов. Обеспечивает своевременное удаление продуктов горения топливной смеси из цилиндров. Включает в себя выпускной коллектор, катализатор и глушитель.

Система приготовления воздушно-топливной смеси. Предназначена для приготовления и впрыска смеси горючего с воздухом, в камеру сгорания цилиндров двигателя. Может быть карбюраторной или инжекторной.

Система охлаждения. Современная система состоит из вентилятора, радиатора, термостата, расширительного бачка, жидкостного насоса, датчика температуры, рубашки и головки охлаждения блока цилиндров. Предназначена для создания и поддержания приемлемого температурного режима работы ДВС. Обеспечивает отвод тепла от цилиндров клапанной системы и поршневой группы. Может быть воздушной, жидкостной или гибридной.

Система смазки. Состоит из масляного фильтра, маслонасоса с маслоприемником, каналов в блоке и головках цилиндров для впрыска масла под высоким давлением, поддона картера. Предназначена для подачи автомобильного масла с целью уменьшения трения и охлаждения, к взаимодействующим деталям двигателя. Также циркуляция масла смывает нагар и продукты механического износа.

Двигатель внутреннего сгорания схема описание

Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называется такой поршневой тепловой двигатель, в котором тепловая энергия, возникающая в цилиндрах при сгорании горючей смеси, преобразуется в механическую за счет воздействия на поршни газообразных продуктов сгорания, обладающих высоким давлением и температурой (до 2400° С и 8 МПа). При этом поршни, перемещаясь под давлением продуктов сгорания, приводят во вращение через кривошипно-шатунный механизм коленчатый вал двигателя, а от него — трансмиссию машины.

Принципиальная схема ДВС представлена на рис. 6.1. Из нее видно, что поршень может перемещаться в цилиндре из крайнего верхнего положения, или верхней мертвой точки (ВМТ), в крайнее нижнее положение, или до нижней мертвой точки (НМТ), на расстояние, соответствующее ходу поршня.

От НМТ поршень может перемещаться только вверх до ВМТ. Таким образом, двойной ход поршня (вниз и вверх) соответствует полному обороту вала. Значит, если обеспечить своевременное попадание в цилиндр горючей смеси, ее сжатие и сгорание, а затем удаление продуктов сгорания и новое заполнение цилиндра горючей смесью, можно добиться постоянного вращения коленчатого вала двигателя. На этом основана работа ДВС. А сама совокупность повторяющихся в определенной последовательности процессов впуска горючей смеси, ее сжатия, сгорания с последующим расширением и выпуска продуктов сгорания в атмосферу носит название рабочего цикла ДВС. Часть рабочего цикла, соответствующая перемещению поршня из одного крайнего положения в другое, называется тактом.

Читать еще:  Что сделать двигатель электролобзика
Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Если полный рабочий цикл ДВС совершается за четыре такта (4 хода поршня), т. е. за два полных обо рота коленчатого вала, то такой двигатель называется четырехтактным; если же рабочий цикл состоит из двух тактов (2 хода поршня), то двигатель считается двухтактным. На рис. 6.1 видно, что полость цилиндра сообщается с внешней средой с помощью двух отверстий, закрываемых клапанами или другим образом. Одно из отверстий является впускным и предназначено для впуска горючей смеси или воздуха, другое — выпускным и служит для выпуска продуктов сгорания. Впускное и выпускное отверстия могут либо полностью перекрываться, либо закрываться попеременно.

Когда поршень занимает крайнее верхнее положение, над ним остается свободное пространство объемом Ус, которое является так называемой камерой сгорания. При перемещении поршня в НМТ в цилиндре освобождается объем Ур, называемый рабочим, который вместе с объемом камеры сгорания Vc образует полный объем цилиндра: V„= Ус+ Vp. Таким образом, поршень, перемещаясь в обратном направлении от НМТ до ВМТ, изменяет объем цилиндра с V„ до VQ, т. е. многократно сжимает газообразные вещества. Поэтому отношение полного объема цилиндра V„ к объему камеры сгорания VQ показывает так называемую степень сжатия в цилиндре е= Vn/Vc, т. е. величину сжатия горючей смеси в момент ее воспламенения. Эта величина зависит от конструкции ДВС. Так, у дизельных двигателей она достигает величины 14…22, а у карбюраторных 6… 10. Когда рабочий объем одного цилиндра Vp умножается на их число, получается рабочий объем двигателя Ул.

Рис. 6.1. Принципиальная схема ДВС

В зависимости от вида применяемого топлива ДВС могут быть дизельными (используется дизельное топливо) и карбюраторными (топливом являются бензин, газ). На автогрейдерах основными двигателями являются многоцилиндровые четырехтактные дизельные двигатели, в качестве пусковых на них используются одноцилиндровые двухтактные бензиновые двигатели. В общем, принципы работы дизельных и карбюраторных двигателей подобны. Основное отличие состоит в том, что в карбюраторных двигателях для воспламенения рабочей смеси (смеси паров топлива, воздуха, остаточных газов) в цилиндрах используется специальная электрическая система зажигания, а на дизельных двигателях — воспламенение топлива, впрыскиваемого под высоким давлением в камеру сгорания, происходит от высокой температуры воздуха, превышающей температуру вспышки смеси топлива и воздуха, сжатого в камере сгорания поршнем. Кроме того, в дизельных двигателях вначале цилиндры наполняются воздухом, а не горючей смесью (смесь мелкораспыленного жидкого или газообразного топлива с воздухом), как у карбюраторных, и сжимается воздух, а не горючая смесь (поэтому-то степень сжатия, температура и давление в цилиндрах у дизельных двигателей выше, чем у карбюраторных). В связи с этим для дизельных двигателей требуется специальная система впрыска топлива под давлением, в то время как у карбюраторных двигателей горючая смесь поступает за счет разрежения, создаваемого поршнями.

Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя. Первый такт — впуск воздуха (рис. 6.2, а) производится при движении поршня от ВМТ до НМТ за счет создаваемого в цилиндре разрежения через открытый впускной клапан, который открывается с опережением до прихода поршня в ВМТ и закрывается с запаздыванием после достижения поршнем НМТ.

Рис. 6.2. Принцип работы четырехтактного дизельного двигателя: а — первый такт — впуск воздуха; 6 — второй такт — сжатие воздуха; в — третий такт — рабочий ход; 4— четвертый такт — выпуск отработавших газов; 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — впускной клапан; 5 — форсунка; 6 — выпускной клапан; 7 — цилиндр

Второй такт — сжатие воздуха (рис. 6.2,6) происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ при закрытых впускном и выпускном клапанах. В конце сжатия давление воздуха достигает 3…4 МПа при температуре выше 500° С. В момент, когда поршень несколько не доходит до ВМТ, с помощью форсунки производится впрыск топлива под давлением 20…40 МПа. В нагретом воздухе распыленное топливо самовоспламеняется и сгорает.

Третий такт — рабочий ход (рис. 6.2,в) происходит при заканчивающемся сгорании топлива и расширении продуктов сгорания, сопровождающемся перемещением поршня от ВМТ к НМТ. С целью лучшей последующей очистки полости цилиндра от отработавших газов выпускной клапан открывается до момента подхода поршня в НМТ.

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис. 6.2, г) производится при движении поршня от НМТ к ВМТ, когда выпускной клапан открыт. После этого рабочий цикл двигателя повторяется.

Принцип работы двухтактного карбюраторного двигателя. В отличие от дизельного двигателя для образования горючей смеси в нем использован карбюратор, а система зажигания со свечой, вставленной в головку цилиндра, служит для зажигания горючей смеси (рис. 6.3). В отличие от четырехтактного карбюраторного двигателя в двухтактном двигателе с кривошип- но-камерной продувкой отсутствуют клапаны, а впускное и выпускное отверстия перекрываются самим поршнем. Кроме того, имеется продувочное отверстие и для подачи горючей смеси от карбюратора в цилиндр используется герметичный картер двигателя.

В одном такте двухтактного двигателя сосредоточены не один, а два описанных выше процесса.

Первый такт — рабочий ход поршня (рис. 6.3, а, б) начинается, когда поршень, перекрыв выпускное и продувочное отверстия и открыв впускное отверстие, подходит к ВМТ. Тогда срабатывает свеча, искра от которой воспламеняет сжатую рабочую смесь, в камере сгорания резко повышается температура и давление (до 2,5 МПа). Поршень, под давлением перемещаясь вниз, сначала закрывает впускное отверстие и начинает сжимать рабочую смесь в картере 8 двигателя, а затем открывает выпускное отверстие 2 и продувочное, через которые под давлением (0,1 МПа) рабочей смеси из картера производится удаление отработавших газов и продувка рабочей полости цилиндра. При этом отражатель, установленный на головке поршня, направляет рабочую смесь по всей полости цилиндра, способствуя его очистке от продуктов сгорания. Когда поршень достигает НМТ, начинается его движение вверх.

Рис. 6.3. Принцип работы двухтактного карбюраторного двигателя: а — начало рабочего хода поршня; б—конец рабочего хода поршня; 1 — впускное отверстие; 2 — выпускное отверстие; 3 — шатун; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 — свеча; 7 — продувочное отверстие; 8 — картер; 9—коленчатый вал; 10—карбюратор

Второй такт — сжатие рабочей смеси начинается с продолжающегося удаления отработавших газов и впуска в надпоршневое пространство рабочей смеси. По мере движения поршня вверх сначала перекрывается продувочное отверстие, а затем и выпускное, после чего рабочая смесь сжимается в течение всего движения поршня до ВМТ. В тот момент, когда нижний край поршня открывает впускное отверстие, начинается впуск горючей смеси в полость картера (в подпоршневое пространство). Затем рабочий цикл повторяется.

Принцип и особенности работы поршневых ДВС определили наличие у них следующих основных механизмов и систем: кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня под воздействием давления газов во вращательное движение коленчатого вала; механизм газораспределения, предназначенный для своевременного наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом и выпуска отработавших газов в атмосферу; система смазки, предназначенная для очистки и подачи к трущимся сопряженным поверхностям двигателя необходимого для смазки и охлаждения этих поверхностей количества масла; система охлаждения, служащая для охлаждения всех нагреваемых деталей двигателя путем отвода от них тепла; система питания, предназначенная для подачи в цилиндры дозированного количества топлива или горючей смеси в распыленном состоянии; система зажигания (у карбюраторных двигателей), служащая для принудительного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах; система пуска, предназначенная для быстрого и уверенного запуска двигателя при любых температурных условиях.

Работу ДВС характеризует такой параметр, как эффективная мощность N3, являющаяся мощностью, снимаемой с коленчатого вала двигателя для производства полезной работы. Мощность указана в паспорте на двигатель. Кроме того, в паспорте дается и регуляторная характеристика двигателя, т. е. зависимости мощности и крутящего момента на валу двигателя от частоты его вращения.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector