Как Работает Двигатель Внутреннего Сгорания и Видео|АвтоЦентр

menu
person

Как Работает Двигатель Внутреннего Сгорания и Видео

В современных условиях сохраняется тенденция использования на автомобилях поршневых двигателей внутреннего сгорания, преобразующих тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу. В данных двигателях реализуется принцип внутреннего смесеобразования, когда осуществляется впрыск порции топлива в цилиндр в двух вариантах: лёгкого топлива (обычно на такте всасывания) либо тяжёлого топлива (в конце такта сжатия).

Изобретателем двигателя, работающего на лёгком топливе, является немецкий инженер, почётный доктор университета Вюрцбурга, Николас Август Отто, запатентовавший в 1876 году конструкцию поршневого четырёхтактного двигателя с карбюраторным смесеобразованием. Первый двигатель, созданный Н. А. Отто, использовался для привода ткацких станков и прослужил немногим более двух лет. Позднее в 1883 году конструктивная схема такого двигателя была применена в качестве составной части автомобильного силового агрегата Вильгельмом Майбахом, работавшем на заводе Готлиба Даймлера, и Карлом Бенцем, имевшем собственное производство.

Изобретателем двигателя, работающего на тяжёлом топливе, является Рудольф Кристиан Карл Дизель, запатентовавший рабочий цикл такого агрегата в 1892 году. Первый функционирующий двигатель такого типа был собран на Аугсбургском машиностроительном заводе в 1897 году. Первые двигатели конструкции Дизеля производились в Германии и в России для нужд морского транспорта. Далее такие двигатели стали применяться в конструкциях автомобильных транспортных средств.

Современный автомобильный поршневой четырёхтактный двигатель представляет собой комплекс взаимодействующих между собой механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу. Базовой деталью двигателя обычно является блок цилиндров, относительно которого осуществляется крепление остальных механизмов и систем. Конструкция двигателя предусматривает наличие следующих механизмов и систем: кривошипно-шатунного, газораспределительного, системы охлаждения, системы смазки, системы впрыска топлива, а двигатели, работающие на лёгком топливе, имеют систему зажигания. Автомобильные двигатели выполняются многоцилиндровыми. Число и порядок работы цилиндров определяются конструктивной схемой и рабочим процессом двигателя.

Требования к состоянию исправного двигателя

Двигатель должен быть надежным и экономичным. Ис­правный двигатель автомобиля должен легко запускаться, раз­вивать номинальную мощность в заданных пределах, рабо­тать без перебоев при низких частотах вращения на холостом ходу, не перегреваться и не иметь дымного выпуска отрабо­тавших газов при работе под нагрузкой.

Для запуска бензино­вого двигателя необходимо выполнение следующих условий: достаточно высокой частоты вращения коленвала, что обес­печивается в момент запуска стартером или другим посторон­ним для двигателя источником энергии; образования рабочей смеси, способной по своему составу к воспламенению; доста­точно высокой энергии искры зажигания рабочей смеси.

Выполнение первого условия обеспечивают исправность аккумулятора и стартера, а также хорошие вязкостные харак­теристики масел, залитых в двигатель, например, зимних ма­сел в холодное время года, которые не запустевают при низ­ких температурах.
Выполнение второго условия зависит от эффективности карбюратора, в пусковом устройстве которого приготовляется легко воспламеняемая рабочая смесь.

Выполнение третьего условия гарантировано, если энер­гия искры достаточна и все элементы системы зажигания ра­ботают нормально.
Запуск двигателя не вызовет затруднений, когда системы зажигания и топлива находятся в рабочем состоянии, а дей­ствия водителя правильны. Двигатель преобразует тепловую энергию, которая образуется при сгорании топлива, в меха­ническую, в результате чего вращается коленчатый вал, что, в свою очередь, приводит в движение автомобиль.
Для того чтобы коленвал вращался равномерно, двигате­ли делают многоцилиндровыми, а одинаковые такты в разных цилиндрах чередуются в определенной последовательности. 

Рабочий цикл цилиндра любого четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуска, сжатия, рабочего хода с рас­ширением и выпуска.

Последовательность зажигания 4-цилиндрового двигате­ля — 1—3—4—2. Последовательность зажигания 6-цилиндрового двигателя — 1—5—3—6—2—4. На впрыске поршень движется вниз, создавая разрежение, и в камеру сгорания поступает горючая смесь паров бензина и воздуха. На сжатии поршень движется вверх, сжимая горючую смесь, повышая ее давление и температуру. В конце этого такта смесь воспламеняется электрической искрой от свечи зажигания и быстро сгорает. 

Рабочий ход вызывается давлением воспламененных газов, ко­торые перемещают поршень вниз. От поршня через поршне­вой палец и шатун движение передается на коленчатый вал. 

На выпуске поршень вновь идет вверх и выталкивает отрабо­танные газы через выпускной клапан.
Техническое обслуживание двигателя, своевременное и качественное, обеспечивает его постоянную техническую го­товность и способствует уменьшению расходов топлива, сма­зочных и других эксплуатационных материалов.
В процессе эксплуатации техническое состояние двига­теля определяют методом прослушивания, путем проверки дав­ления в цилиндрах в конце такта сжатия, замера утечки воздуха в цилиндрах, а также по внешним признакам.

Внешними признаками являются цвет отработанных газов, появление дыма из маслозаливной горловины, нарушения теплового ре­жима, слабая компрессия, повышенный расход масла, стук и следы воды в масляном поддоне, перебои в работе цилинд­ров, равномерность нагрева патрубков выпускного коллектора в процессе прогрева двигателя после запуска.

Для проверки равномерности нагрева патрубков двигатель необходимо запу­стить и прогревать до достижения теплового режима по охлаж­дающей жидкости 80-90°С. Во время прогрева двигателя стен­ки выпускных патрубков должны нагреваться равномерно.

Рабочий цикл каждого цилиндра двигателя (рис. 2.1) содержит следующие четыре такта.

  • 1. Всасывание. Открыт впускной клапан, поршень идёт вниз от верхней мёртвой точки к нижней мёртвой точке, выпускной клапан закрыт.

  • 2. Сжатие. Оба клапана закрыты, поршень идёт вверх от нижней мёртвой точки к верхней мёртвой точке. Осуществляется сжатие топливовоздушной смеси либо воздуха с эффектом сильного нагрева.

  • 3. Рабочий ход. Началом рабочего хода является точка воспламенения рабочей смеси, когда поршень немного не доходит до верхней мёртвой точки с таким расчётом, что после прохождения поршнем верхней мёртвой точки на поршень будет действовать наибольшее давление от сгорания топливовоздушной смеси. Оба клапана при этом закрыты. В начале такта рабочего хода максимальное давление образующихся при сгорании топлива газов при использовании лёгкого топлива достигает 3,5-4,0 МПа, а в дизелях 4,5-5,5 МПа. В конце такта рабочего хода максимальная температура газов в двигателях на лёгком топливе находится в пределах 2 100-2 300 °C, а в дизелях 1 700-1 900 °C.

  • 4. Выпуск отработавших газов. Этот такт начинается, когда поршень находится в нижней мёртвой точке и начинает движение к верхней мёртвой точке. При этом открывается выпускной клапан. В конце такта, когда поршень подходит к верхней мёртвой точке, происходит закрытие выпускного клапана и открытие впускного клапана для начала такта всасывания.

Рабочий объём цилиндра определяется как произведение площади поршня на ход поршня

Схема рабочего цикла

Рисунок 2.1 — Схема рабочего цикла поршневого одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, работающего на лёгком топливе: а — продольный разрез, б — поперечный разрез; 1 — поддон картера; 2 — коренной подшипник; 3 — коленчатый вал; 4 — картер; 5 — цилиндр; 6 — поршень; 7 — головка цилиндра; 8 — впускной клапан; 9 — свеча зажигания; 10 — выпускной клапан; 11 — поршневые кольца; 12 — поршневой палец; 13 — шатун; 14 — шатунная шейка коленчатого вала; 15 — кривошип; 16 — маховик; 17 — коренная шейка коленчатого вала.

Полный объём цилиндра представляет собой сумму рабочего объёма цилиндра Vp и объёма камеры сжатия VKC, образующейся вверху поршня при нахождении его в верхней мёртвой точке.

Отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сжатия определяет величину степени сжатия или числа, показывающего, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь при ходе поршня от нижней мёртвой точки.

Чем выше степень сжатия, тем большую мощность может развить двигатель. Однако бесконтрольное увеличение степени сжатия свыше некоторого предела вызывает детонационное, то есть взрывное сгорание топлива, способное вызвать разрушение деталей двигателя, прежде всего поршней. Степень сжатия может рассматриваться в качестве ориентирующего показателя к применению топлива с определённым октановым числом. В современных автомобильных двигателях со степенью сжатия в пределах 9-10,5 применяется лёгкое топливо с октановым числом 92. При степени сжатия в пределах 10,5-12 используется топливо с октановым числом 95. При степени сжатия в пределах 12-13 применяется топливо с октановым числом 98. Двигатели, работающие на тяжёлом топливе, или дизели имеют степень сжатия в пределах 16-22.

Эффективный крутящий момент Ме двигателя с несколькими цилиндрами образуется в результате действия касательных сил на шейки коленчатого вала. Величина этого момента определяется рабочим объёмом двигателя и давлением в цилиндрах. В двигателях на лёгком топливе с рабочим объёмом до 2,5 литров эффективный крутящий момент находится в пределах 100-150 Н-м. В дизелях с таким же рабочим объёмом этот момент достигает 200-250 Н-м.

Внешняя скоростная характеристика двигателя, используемая для оценки его работы при подборе к автомобилю, представляет собой зависимость изменения эффективной мощности Ne, эффективного крутящего момента Mи удельного расхода топлива ge от частоты вращения коленчатого вала ne при фиксированной, обычно полной, подаче топлива. Снятие такой характеристики осуществляется при испытаниях двигателя на специальном стенде, позволяющем замерять текущие значения мощности, крутящего момента и расхода топлива. В качестве нагрузки, реализующей мощность и крутящий момент автомобильного двигателя, используется рекуперативный электрический генератор, который вырабатывает электрическую энергию, поглощаемую специальным, обычно жидкостным, реостатом, способным поглотить значительное количество энергии.

На внешней скоростной характеристике двигателя, показанной на рис. 2.3, можно выделить следующие характерные точки:

  • Nemax — максимальная мощность двигателя;
  • NeMmax — мощность двигателя при максимальном крутящем моменте; Memax — максимальный крутящий момент двигателя;
  • MeNmax — крутящий момент двигателя при максимальной мощности двигателя;
  • genmax — удельный эффективный расход топлива при максимальной частоте вращения коленчатого вала;
  • gemin — минимальный удельный эффективный расход топлива;
  • nex — частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу; neMmax — частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте двигателя;
  • negmin — частота вращения коленчатого вала двигателя при минимальном удельном эффективном расходе топлива;

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Рисунок 2.3 — Внешняя скоростная характеристика двигателя

Способность двигателя сохранять рабочий режим в случаях, когда момент дорожных сопротивлений превышает крутящий момент двигателя, характеризуется коэффициентом приспособляемости, определяемым отношением максимального крутящего момента к моменту при максимальной мощности двигателя.

Данный коэффициент, показывающий, насколько допускается превышение момента от дорожных сопротивлений относительно момента двигателя, находится в пределах:

  • - для двигателей на лёгком топливе

  • для дизелей  = 1,1-1,15.

Конструктивная компоновка автомобильных двигателей осуществляется по принципу «базовая деталь + узлы и системы». В качестве базовой детали используется блок-картер, относительно которого осуществляется монтаж всех механизмов и систем. По числу и расположению цилиндров компоновка двигателей может быть в следующих вариантах:

  • - с рядным вертикальным или наклонным расположением цилиндров;

  • - с V-образным расположением цилиндров;

  • - с рядным горизонтальным расположением цилиндров;

  • с оппозитным расположением цилиндров.

Число цилиндров двигателя не нормируется никакими стандартами и определяется производителями исходя из соотношения мощности двигателя и мощности, вырабатываемой одним цилиндром. Подбор двигателя к автомобилю осуществляется по показателям внешней скоростной характеристики двигателя с учётом её совместимости с кинематическими и динамическими характеристиками его трансмиссии.

Цилиндры двигателя располагаются в его блоке, конструкция которого определяет их число и расположение.

расположения цилиндров двигателя

расположения цилиндров двигателя

Рисунок 2.4 — Варианты компоновочных решений расположения цилиндров двигателя: 1 — рядное вертикальное; 2 — рядное наклонное; 3 — рядное горизонтальное; 4 — V-образное; 5 — оппозитное

В зависимости от конструкции блока возможны варианты с мокрыми вставными гильзами или с цилиндрами, расположенными в блоке.

Блок шестицилиндрового двигателя

Рисунок 2.5 — Блок шестицилиндрового двигателя с V-образным расположением цилиндров в блоке без вставных гильз

Крепление двигателя к несущей системе автомобиля осуществляется посредством специальных кронштейнов с резьбовыми соединениями, которые содержат резиновые амортизаторы, гасящие передачу вибраций от двигателя на несущую систему автомобиля

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Двигатель | Добавил: autodromcar (15.11.2019)
Просмотров: 166 | Теги: точка, цилиндр, рабочий, сведения о двигателях, Поршень, ДВС, момент, система, двигатель, топливо, сжатие | Рейтинг: 2.0/2

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar