- Процес роботи двигуна.
- Такт 2 - Стиснення.
- Такт 3 - Робочий такт.
- Такт 4 - Випуск.
- Основні параметри ДВС
- Об'єм двигуна
- кількість циліндрів
- Ступінь стиснення
- Розширені можливості пошуку ДВС
- способи сумішоутворення
- способи охолодження
- спосіб мастила
- Частота обертів
- матеріал двигуна
- компонування ДВС
- Додаткові системи двигуна внутрішнього згоряння.
- Паливна система
- карбюраторних система
- Інжекторна система
- Система змазки
- Система охолодження
- система електроживлення
- акумулятор
- Генератор
- Система запалювання
- Система контролю і управління роботи двигуна
Наша сеть партнеров Banwar
4ех тактний бензиновий двигун став основною робочою «конячкою» в багатьох сферах життя людини, особливо в транспортній.
Історія 4ех тактного ДВС почалася з французького інженер Етьєна Ленуара. Він створив перший надійно працював двигун в 1860 році. Двигун Ленуара працював на газовому паливі. Через 16 років німецький конструктор Ніколас Отто створив більш досконалий 4-тактний газовий двигун. Двигун Отто і став основою поршневого двигунобудування. А закріпив його на ринку автомобілебудування Генрі Форд і його знаменита масова модель Форд Т, що випускався з 1908 року.
Таким успішним двигун став завдяки своїй простій і в той же час працездатною конструкцією. Фізика роботи двигуна заснована на термобарических процесах газів.
З'єднання пального і повітря призводить до утворення суміші. Сгорающая суміш повітря і пального сприяє утворенню тиску. Воно направляється на поршень. Який в свою чергу обертає колінчастий вал через кривошипно-шатунний механізм. У свою чергу з вала вже знімається корисна робота. Відзначається циклічність роботи механізму в цілому.
Процес роботи двигуна.
Такт 1 Впуск.
Спочатку впуску поршень знаходиться у верхньому положенні, так звана верхня мертва точка (ВМТ) і повинен опуститися в крайнє нижнє положення - коефіцієнт корисної (НМТ). При цьому впускний клапан відкритий свіжа порція паливної суміші засмоктується всередину циліндра. Впускний клапан відкривається деталями розподільного вала - кулачками.
Такт 2 - Стиснення.
Поршень рухається в зворотному напрямку. Робоча суміш поступово стискається. Вона стає набагато гаряче. Ступенем стиснення можна називати відношення обсягів циліндра в НМТ і камери згоряння в ВМТ. Якщо використовується інжекторний система сумішоутворення, то на даному етапі в циліндр ще подається порція палива, яке розпорошується через форсунку.
Такт 3 - Робочий такт.
Робочий хід поршня забезпечує спалювання палива з подальшим розширенням. Після повного стиснення пального свічка дає іскру, яка в свою чергу, запалює суміш. Повітряно-паливна суміш згораючи розширюється, створюючи підвищений тиск на поршень. Відбувається виштовхування поршня з прискоренням.
Такт 4 - Випуск.
Коли поршень потрапляє в крайнє нижнє положення, випускний клапан відкритий. Поршень рухається вгору і виштовхує з циліндра вже відпрацьовані гази. При добігання поршня до ВМТ, випускний клапан закривається. З цього моменту робочий цикл з 4 тактів повторюється.
Запуск не обов'язково починається після випуску. Відкриття обох клапанів одночасно називається перекриттям. Воно важливе для того, щоб циліндри краще наповнювалися горючою сумішшю і краще були очищені від відпрацьованих газів.
Основні параметри ДВС
Потужність і крутний момент двигуна
Змінюється в кінських силах або в Ватах. Потужність - основний параметр двигуна. Потужність двигуна показує ту кількість енергії який можна «зняти» з вала двигуна при оптимальному режимі роботи двигуна. Показує, яку роботу двигун може виконати за проміжок часу, а більш точніше, скільки енергії встигне передати згоряє паливо кривошип - шатунной системі через поршень за часовий проміжок робочого такту. Потужність знаходиться в прямій залежності від крутного моменту.
Крутний момент - сила, з якою провертається вал двигуна. Залежить від плеча впливу шатуна на кривошип вала двигуна. Або яке гальмівне зусилля потрібно прикласти до валу двигуна, щоб його зупинити.
Діаграма залежність потужності і крутного моменту від частоти обертання колінчастого вала двигуна Audi 4,2 л V8 FSI.
Об'єм двигуна
Обсяг циліндра - це закритий обсяг, в якому робоче тіло (згорає паливно-повітряна суміш) діє на частину замкнутого простору - поршень Об'єм двигуна складається з усіх обсягів усіх циліндрів.
Склавши обсяг поглиблення в голівці над поршнем і обсяг порожнини циліндра, отримують обсяг камери згоряння.
Робочим об'ємом називають простір, яке вивільняється пересуваються поршнем в циліндрі.
Повний обсяг дорівнює сумі робочого об'єму та об'єму камери згоряння.
Літраж визначають складанням всіх робочих об'ємів циліндрів.
кількість циліндрів
В сучасних моторах кількість циліндрів варіюється в широких діапазонах. Теоретично їх може бути від 1 до необмеженого кількості. Але на практиці в основному застосовують в 4ех тактних двигунах компоновку від 4 до 12 циліндрів. Кількість циліндрів залежить від потужності, ступеня стиснення і швидкості обороти колінчастого валу. Величезну потужність, високі обороти і високий ступінь стиснення дуже складно організувати в циліндрі великого діаметру.
Потужність. Вона залежить від кількості і енергії робочого тіла (згоряє газової суміші), робоче тіло сильно нагріває поршень і циліндр, чим більше поршень по діаметру, тим більша ймовірність його нагрівання і прогорання в центрі. Саме з центру поршня важко зняти надлишки тепла.
Обороти колінчастого вала. Чим більше обертів, тим вище лінійні і осьові швидкості в кривошип-шатунном механізмі і тим більше інертні сили, тим вище навантаження діють на поршень, шатун, вал, циліндр. Тому тихохідні живуть довше за своїх «спритних побратими».
Ступінь стиснення. Чим більше потрібно стискати газ, тим більші навантаження відчуває поршень і кривошип-шатунний механізм.
З вище сказаним висновок один - чим менше діаметр циліндра тим менші навантаження відчувають елементи кривошип-шатунной групи. Але для створення великої потужності потрібен більший обсяг камери згоряння. Багатоциліндрові - це технічне рішення, яке дозволило вирішити головну задачу - збільшити потужність двигуна, не збільшуючи при цьому лінійні і осьові інерційні сили і як підсумок механічні навантаження, а також підтримки в розумних межах теплових навантажень, що діють на двигун.
Ступінь стиснення
Ступінь стиснення дуже сильно впливає на те, яке паливо слід застосовувати для бензинового двигуна.
Ступінь стиснення визначають наступним способом, якщо розділити повний обсяг циліндра на обсяг камери згоряння. Вона показує зменшення обсягу під час руху поршня. Ступінь стиснення сильно впливає на економічність, екологічність і ККД двигуна.
Також паливна суміш може подаватися в циліндри під тиском, що збільшує кількість свіжого заряду.
Свіжий заряд подаеться в циліндри двигуни двома способами:
• Без наддуву: повітря або суміш всмоктується в циліндрі під дествиях розрядження і наповнює циліндр з атмосферним тиск.
• З наддувом: процес протікає під тиском, в циліндри подається газова суміш з тиском в кілька разів вище атмосферного.
Розширені можливості пошуку ДВС
На вибір двигуна для механічних засобів також впливають додаткові параметри, які в одних системах можуть прижитися, а в інших створять ряд проблем.
способи сумішоутворення
• Зовнішній: горюча суміш утворюється за межами циліндрів. До таких відносяться карбюраторні і газові двигуни.
• Міністерство внутрішніх справ: пальне впорскується безпосередньо всередині циліндрів. Інжекторний тип сумішоутворення.
способи охолодження
1. Рідинний.
2. Повітряний.
спосіб мастила
• Змішаний (масло змішують з сумішшю горючих матеріалів).
• Роздільний (масло вже відразу заливають в картер).
Частота обертів
• Двигуни на тихому ходу.
• Двигуни, які мають підвищену частоту обертання.
• Швидкісні двигуни.
матеріал двигуна
Виготовлення сучасних двигунів можливо з 3-х типів матеріалів:
• чавуну або інших феросплавів. Вони найбільш міцні, але при цьому мають чималу вагу.
• алюмінію і його сплавів. Вага невеликий, міцність середня.
• магнієвих сплавів. За вагою вони найменші, а ось міцністю вони наділені високою. Але ціна таких двигунів величезна.
компонування ДВС
1. рядний.
Всі циліндри розташовуються в ряд. Така конструкція двигунів найпростіша, деталі до них мають нескладну технологію виробництва.
2. V- подібний двигун.
Циліндри в такому двигуні розставлені в формі букви V, в двох площинах, двома рядами під кутом 600 або 900. Утворився між ними кут - це кут розвалу. Плюсом такого двигуна є потужність. Його габарити можуть бути зменшені за рахунок зміщення в розвал інших важливих компонентів. Його довжина менше, а ширина більше. Але через складність таких конструкцій буває непросто визначити центр їх тяжкості.
3. опозитний двигуни (маркування В).
Вони відносно врівноважені, для зменшення вібрації всі елементи розташовують симетрично. Їх конструктивна особливість - центральне кріплення вала на жорсткому блоці. Це так само впливає на ступінь вібрації. Кут розвалу становить 1800.
4. Рядно-зміщені агрегати (маркування VR).
Дану компоновку відрізняє малий кут розвалу (150) V-образного двигуна в співдружності з рядним аналогом. Це дозволяє зменшити розміри поздовжнього і поперечного агрегатів. Маркування VR розшифровується як V - образний, R - рядний.
5. W (або дубль V) - подібний.
Найскладніший двигун. Відомий двома видами компонування.
1) Три ряди, кут розвалу великої.
2) Дві компонування VR. Вони компактні, незважаючи на велику кількість циліндрів.
6. Радіальний (зіркоподібний) поршневий двигун.
Має невеликий розмір довжини з щільним розміщення декількох штук циліндрів. Вони розташовуються навколо колінчастого вала радіальними променями з рівними кутами. Її відрізняє від інших наявність кривошипно-шатунного механізму. У даній конструкції один циліндр виступає головним, інші - причіпні - кріпляться до першого по периферії. Недолік: в стані спокою нижні циліндри можуть постраждати від протікання масла. Рекомендують до початку запуску двигуна перевірити, що в нижніх циліндрах масло відсутній. В іншому випадку можливі гідроудар і поломка. Щоб збільшити розмір і потужність двигуна, досить подовжити колінчастий вал утворенням декількох рядів - зірок.
Додаткові системи двигуна внутрішнього згоряння.
Запуск двигуна - Стартер
Для стійкої роботи ДВС потрібні мінімальні обороти 800 обр / хв. Запуск двигуна і висновок оборотів колінчастого вала, механізмів і агрегатів на потрібні параметри для стійкої і самопідтримується роботи здійснюється стартером. Це електродвигун для провертання колінчастого вала. Рідше запуск двигуна здійснюється за допомогою подачі в циліндри стисненого повітря під тиском.
Паливна система
Паливна система для двигуна внутрішнього згоряння складається з наступних елементів:
- паливний бак (зберігання запасу палива, балон, для зберігання стисненого газу). Паливом для бензинових ДВС є бензин або газ.
- паливний насос (подача і прокачування палива по паливній системі).
- паливопровід (магістраль із сталевих трубок для з'єднання паливного бака з системою сумішоутворення).
- фільтри грубої і тонкої очистки палива (очищення палива від сторонніх часток, які можуть засмітити конструктивні елементи паливної системи).
- системя для освіти газо-повітряної системи. Для освіти робочої газової суміші з палива і повітря використовуються 2 види систем.
карбюраторних система
Карбюратор - один з вузлів, що входять в систему живлення двигуна. У ньому якраз і готується така суміш з повітря і пального. Карбюратор також регулює, скільки її надійде в камери згоряння. Відомо кілька його видів: барботажні, мембранно-голчасті й поплавкові.
Принцип дії заснований на гідродинамічних силах, створюваних в карбюраторі конструктивно. Бензин, подаючись в карбюратор і під дію рухомого атмосферного повітря, примусово випаровуючись, змішується з повітрям, утворюючи паровоздушную суміш. Далі суміш надходить у впускний колектор двигуна, звідки далі в циліндри. Пасивний принцип сумішоутворення.
Інжекторна система
Інжекторниє системи - це вже активна система сумішоутворення. Інжекторна система складається з керуючого електронного блоку і форсунок. Форсунки подають заряд палива (розпорошуючи його) в засмоктуваний атмосферне повітря, підкоряючись командам електронного блоку управління. Паливна суміш утворюється або у впускному колекторі, або ж безпосередньо в циліндрі, перед тактом стиснення суміші. Система здійснюють безпосередню дозування потрібної кількості палива.
Система змазки
Даний вид системи призначений для змащування поверхонь двигуна під час роботи. Мастило знижує коефіцієнт тертя, що зменшує втрати енергії, знижує швидкий знос деталей двигуна, а також відбувається видалення продуктів нагару і охолодження поверхні деталей. Система змащення двигуна включає в себе наступні елементи:
- піддон картера двигуна з маслозаборнік (призначений для зберігання масла).
- масляний насос (призначений для перекачування масла і створення тиску в системі).
- масляний фільтр (очищення масла від сторонніх механічних домішок).
- масляний радіатор (для охолодження забирається з картера масла перед подачею його в змащувані деталі).
- з'єднувальні магістралі і канали елементів системи змащення.
Система охолодження
Система охолодження потрібна для відводу тепла від «гарячих» елементів двигуна. При роботі двигуна виділяється теплова енергія від згоряє робочої суміші, тільки 40% цієї енергії витрачається на корисну роботу ходу поршня, вся інша енергія або у вигляді променевої енергії осідає на стінках камери згоряння або у вигляді гарячих газів виходить через вихлопну систему в атмосферу.
Якщо не знімати ці «надлишки» енергії, то в кінцевому підсумку це призведе до висновку двигуна з ладу, прогорание поршнів, голови блоку циліндрів, клапанів, заклинювання поршня в циліндрі. Для відводу енергії від двигуна використовують теплоносій - спеціальну охолоджуючу рідину, яка примусово прокачується через сорочку охолодження блоку циліндрів і головки циліндрів, знімаючи «надлишки тепла», а далі по патрубкам надходить в радіатор, де частина непотрібної енергії віддає навколишній атмосфері. Після охолодження рідину знову прокачується через «сорочку охолодження» двигуна. Система охолодження складається:
- «сорочка охолодження» (служить для забезпечення контакту охолоджуючої рідини з гарячими елементами двигуна для зняття «надлишків тепла»).
- відцентровий насос (помпа) (служить для створення тиску в системі і прокачування через систему рідини).
- термостат (служить для поділу системи охолодження на 2 контури, контур з радіатор і контур без радіатора).
- радіатори охолоджуючої рідини і обігрівача (призначені для теплообміну між охолоджуючої рідини і навколишнім середовищем).
- розширювальний бачок (призначений для зберігання додаткової кількості охолоджувальної рідини).
- з'єднувальні патрубки елементів системи охолодження.
система електроживлення
Система електроживлення має два основних джерела електрики - це генератор і акумулятор. Система електроживлення призначена для безперебійного забезпечення електроенергією споживачів. В першу чергу електрична система живить елементи двигуна - це система запалювання, генератор при старті, електронну систему управління двигуна, електробензонасос, інжекторних систему. Так само в електричної енергії потребує ряд автомобільних систем, це система освітлення, габаритів, систем зручностей пасажирів, електронні системи.
акумулятор
Акумулятор - це первинне джерело енергії в автомобілі. Саме завдяки тій енергії, яка запасена в ньому і починається робота всього автомобіля і двигуна зокрема. Щоб завести двигун, стартер бере енергію саме від акумулятора. Акумулятори бувають різної ємності, але напруга, яке вони видають стандартне - 6, 12 Вольт, для мототехніки і транспортних засобів відповідно. Основна характеристика акумулятора - це ємність і пусковий струм. Ємність у акумуляторів буває від 18 до 200 А / ч. Значення ємності показує, скільки ампер і за який час здатний видати акумулятор. Пусковий струм вимірюється в амперах і показує пікове значення по струму, яке може видати акумулятор за короткий час, близько 30 секунд. Важлива характеристика для запуску двигуна стартером.
Генератор
Генератор - це електротехнічне пристрій, що перетворює механічну енергію в електричну. При працюючому двигуні генератор генератор є основним джерелом електричного струму, а акумулятор допоміжним. Генератор живить всю електричну систему як двигуна, так і машини в цілому, також від працюючого генератора виробляється струм заряджає акумулятор. Генератор виробляє змінний струм, який в с вою чергу через діодний міст перетворюється в постійний. Саме постійний струм потрібен в електричній системі автомобіля. Основні характеристики генератора - це напруга і сила струму виробляється їм. Генератори бувають 12 і 24 вольтні. Сила струму, що виробляється генератором коливається в широких діапазонах, тому що залежить від частоти обертання ротора.
Система запалювання
Призначена для займання горючої суміші палива і повітря в циліндрі від електричної іскри. Залежно від способу управління процесом запалювання розрізняють наступні типи систем запалювання: контактна, безконтактна (транзисторна) і електронна (мікропроцесорна). Контактний спосіб - перерозподіл електричної енергії відбувається механічним шляхом, через переривник - розподільник. У безконтактної системі переривник транзисторний, розподільник - механічний. В електронній системі і переривник і розподільник - це мікропроцесорний блок в якому і здійснюються процеси переривання і розподілу за допомогою напівпровідникових пристроїв. Принцип роботи системи запалювання полягає в накопиченні і перетворення котушкою запалювання низької напруги (12В) електричної мережі автомобіля в висока напруга (до 30000В), розподілі та передачі високої напруги до відповідної свічці запалювання та освіті в потрібний момент іскри на свічці запалювання.
Система контролю і управління роботи двигуна
Контроль і управління двигуном буває 2 видів - механічний і електронний. У першому випадку людина управляє роботою двигуна повністю і повністю веде контроль за його роботою, підбираючи потрібні умови роботи, безпосередньо впливаючи на елементи двигуна через важелі і троси. У другому випадку за всім стежить електроніка, вона підбирає оптимальні умови для роботи двигуна і стежить за роботою двигуна. Управління роботою двигуна повністю ведеться електронікою. людина лише вносить керуючий сигнал в електронну система, а та в свою чергу обробляючи сигнал, підбирає необхідні умови роботи двигуна. Електронна система управління контролює роботу двигуна за допомогою безлічі датчиків, які вимірюючи фізичні величини видають, перетворять їх значення в електричний сигнал. Наприклад: тиску палива, частоти обертання колінчастого вала, положення педалі акселератора, витратомір повітря (при наявності), детонації, температури охолоджуючої рідини, температури масла, температури повітря на впуску, положення дросельної заслінки, тиску у впускному колекторі, кисневі датчики та ін. Інформація , що отримується від датчиків, є основою управління двигуном.