Основные детали двс, Устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля
Если воздушный фильтр чистый, и двигатель масло не берёт, не обращайте внимание. Поэтому они постоянно улучшают систему питания, результатом является недавнее появление инжекторных систем с непосредственным впрыском. Движения поршня 7 преобразуются во вращение коленвала 11 при помощи шатуна 8 и кривошипа. В первой системе смесеобразование производится в карбюраторе.
Теперь само устройство двигателя внутреннего сгорания. Основой любой установки является блок цилиндров. В нем и на нем располагаются все составные. Конструктивные особенности блока зависят от некоторых условий — количества цилиндров, их расположения, способа охлаждения.
Количество цилиндров, которые объедены в одном блоке, может варьироваться от 1 до Причем блоки с нечетным количеством цилиндров встречаются редко, из выпускающихся ныне двигателей можно встретить только одно- и трехцилиндровые установки.
Большинство же агрегатов идут с парным количеством цилиндров — 2, 4, 6, 8 и реже 12 и Силовые установки с количеством от 1 до 4 цилиндров обычно имеют рядное расположение цилиндров. Если количество цилиндров больше, их располагают в два ряда, при этом с определенным углом положения одного ряда относительно другого, так называемые силовые установки с V-образным положением цилиндров. Такое расположение позволило уменьшить габариты блока, но при этом изготовление их сложнее, чем рядным расположением.
Существует еще один тип блоков, в которых цилиндры располагаются в два ряда и с углом между ними в градусов. Эти двигатели получили название оппозитных. Встречаются они в основном на мотоциклах, хотя есть и авто с таким типом силового агрегата. Но условие количеством цилиндров и их расположением — необязательное.
Встречаются 2-цилиндровые и 4-цилиндровые двигатели с V-образным или оппозитным положением цилиндров, а также 6-цилиндровые моторы с рядным расположением. Используется два типа охлаждения, которые применяются на силовых установках — воздушное и жидкостное. От этого зависит конструктивная особенность блока. Блок с воздушным охлаждением менее габаритный и конструктивно проще, поскольку цилиндры не входят в его конструкцию. Блок с жидкостным же охлаждением более сложен, в его конструкцию входят цилиндры, а поверх блока с цилиндрами расположена рубашка охлаждения.
Внутри ее циркулирует жидкость, отводя тепло от цилиндров. При этом блок вместе рубашкой охлаждения представляют одно целое. Сверху блок накрывается специальной плитой — головкой блока цилиндров ГБЦ. Она является одной из составляющих, обеспечивающих закрытое пространство, в котором производится процесс горения. Конструкция ее может быть простая, не включающая дополнительные механизмы, или же сложная. Кривошипно-шатунный механизм , входящий в конструкцию мотора, обеспечивает преобразование возвратно-поступательного перемещения поршня в гильзе во вращательное движение коленвала.
Основным элементом этого механизма является коленвал.
Он имеет подвижное соединение с блоком цилиндров. Такое соединение обеспечивает вращение этого вала вокруг оси. К одному из концов вала прикреплен маховик. В задачу маховика входит передача крутящего момента от вала дальше. Поскольку у 4-тактного двигателя на два оборота коленвала приходится только один полуоборот с полезным действием — рабочий ход, остальные же требуют обратного действия, которое и выполняется маховиком.
Имея значительную массу и вращаясь, за счет своей кинетической энергии он обеспечивает провороты колен. С другой стороны вала размещается приводная шестерня масляного насоса и газораспределительного механизма, а также фланец для крепления шкива. Этот механизм также включает шатуны, которые обеспечивают передачу усилия от поршня к коленвалу и обратно.
Крепление к валу шатунов тоже производится подвижно.
Поверхности блока цилиндров, колен. Состоит данная группа из гильз цилиндров, поршней, поршневых колец и пальцев. Именно в этой группе и происходит процесс сгорания и передача выделяемой энергии для преобразования. Сгорание происходит внутри гильзы, которая с одной стороны закрыта головкой блока, а с другой — поршнем. Сам поршень может перемещаться внутри гильзы.
Чтобы обеспечить максимальную герметичность внутри гильзы, используются поршневые кольца, которые предотвращают просачивание смеси и продуктов горения между стенками гильзы и поршнем. В задачу этого механизма входит своевременная подача горючей смеси или ее составляющих в цилиндр, а также отвод продуктов горения. У двухтактных двигателей как такового механизма нет. У него подача смеси и отвод продуктов горения производится технологическими окнами, которые проделаны в стенках гильзы.
Таких окон три — впускное, перепускное и выпускное. Поршень, двигаясь производит открытие-закрытие того или иного окна, этим и выполняется наполнение гильзы топливом и отвод отработанных газов.
Использование такого газораспределения не требует дополнительных узлов, поэтому ГБЦ у такого двигателя простая и в ее задачу входит только обеспечение герметичности цилиндра. У 4-тактного двигателя механизм газораспределения имеется. Такое необходимо в конструкции многотопливных дизелей, устанавливаемых на танки и БМП , поскольку при нарушении снабжения подразделений, ведущих наступление, приходится использовать любое доступное топливо керосин , бензин , лигроин [17].
Дизельное топливо не должно иметь значительное содержание серы, поскольку кроме экологического урона, образующийся в цилиндрах двуокись серы вызывает коррозию цилиндро-поршневой группы и износ подшипников. Фракционный состав дизельного топлива должен обеспечивать его незамерзаемость до нужных температур [18]. Для газотурбинных, реактивных и турбовинтовых двигателей требования к безопасности полётов требуют строгого применения авиационного керосина [19].
Наиболее многочисленные бензиновые двигатели с искровым зажиганием требуют для нормального распространения фронта пламени необходимое или более высокое октановое число , определяющее стойкость бензовоздушной смеси к детонационному сгоранию. Детонационное сгорание, увеличивая теплоотдачу в стенки и увеличивая число свободных радикалов, снижает экономичность, вызывает появление сажи и увеличивает температуру отходящих газов [21].
Кроме октанового числа, обеспечивающего работу двигателя с высокой степенью сжатия то есть, более мощного и экономичного , от бензинов также требуется минимальное содержание серы и ароматических компонент, что вместе обеспечивает уменьшение вредных выбросов. Двуокись серы в выхлопе бензиновых двигателей даже при незначительном содержании вызывает газовую эрозию посадочных поясков выпускных клапанов в отличие от дизельных, бензиновые двигатели имеют более жаростойкие тарелки клапанов из никелевого сплава, нестойкого к сере [22].
Требования к октановому числу топлива зависят не только от степени сжатия, но и от размерности двигателя см. Таким образом, применяемое топливо обеспечивает работоспособность, достаточную мощность, ресурс и экологические параметры соответствующих двигателей. Его тип строго ограничен инструкцией по эксплуатации. Для специальной форсировки военных двигателей на незначительное время авиация широко практиковалось применение водно-метанольных [23] , бензольных и других смесей [24] , поскольку снижение ресурса окупалось повышением боевых качеств в ходе непродолжительного воздушного боя.
По сравнению с двигателями внешнего сгорания ДВС:. Является наиболее распространённым по количеству, поскольку число автомобилей в мире на год составляло более 1,2 млрд. Классический цикл Отто четырёхтактный, хотя раньше него возникли двухтактные двигатели с искровым зажиганием. Но ввиду плохих экологических и экономических расход горючего показателей, двухтактные двигатели применяют всё реже.
Наиболее распространены бензиновые двигатели Отто с подачей топлива инжектором. Является наиболее распространённым вариантом, установлен на значительной части транспортных машин ввиду меньшей массы, стоимости, хорошей экономичности и малошумности. Имеет два варианта системы подачи топлива: инжектор и карбюратор. В обоих случаях в цилиндре сжимается топливо-воздушная смесь, подверженная детонации, поэтому степень сжатия и уровень форсирования такого двигателя ограничены октановым числом топлива [25].
Особенностью является получение топливо-бензиновой смеси в специальном смесителе, карбюраторе. Ранее такие бензиновые двигатели преобладали; теперь, с развитием микропроцессоров, их область применения стремительно сокращается применяются на маломощных ДВС, с низкими требованиями к выхлопу и расходу топлива. Особенностью является получение топливной смеси в коллекторе или открытых цилиндрах двигателя путём подачи инжекторной системой подачи топлива.
В настоящий момент является преобладающим вариантом ДВС Отто, поскольку позволяет резко упростить электронное управление двигателем. Нужная степень однородности смеси достигается за счет увеличения давления форсуночного распыливания топлива.
Одним из вариантов является непосредственный впрыск топлива, кроме высокой равномерности позволяющий повысить степень сжатия а значит, и экономичность двигателя.
Впервые системы впрыска появились на авиационных двигателях, поскольку позволяли дозировать смесь в любом положении двигателя. Предложен изобретателем Ванкелем в начале XX века. Основа двигателя — треугольный ротор поршень , вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя [ источник не указан дней ].
Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля , Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.
При своей принципиальной простоте имеет ряд существенных конструктивных сложностей, делающих его широкое внедрение весьма затруднительным. Основные трудности связаны с созданием долговечных работоспособных уплотнений между ротором и камерой и с построением системы смазки, и потому — с выполнением экологических требований [27].
RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок. Обычно роторно-поршневые ДВС используют в качестве топлива бензин , но возможно и применение газа.
Роторно-поршневой двигатель является ярким представителем бесшатунных ДВС, наряду с двигателем Баландина. Это обычный поршневой ДВС, работающий по циклу Отто с искровым зажиганием , использующий в качестве топлива углеводороды , находящиеся при нормальных условиях в газообразном состоянии. Эти двигатели имеют широкое применение, например, в электростанциях малой и средней мощности, использующих в качестве топлива природный газ в области высоких мощностей безраздельно господствуют газотурбинные энергоблоки.
Могут работать по 2-тактному циклу, однако 4-тактный вариант распространён больше. В дизельном двигателе воспламенение топлива происходит иначе. В разогретый от адиабатического сжатия в цилиндре воздух через форсунку впрыскивается и распыляется порция топлива. При распыливании вокруг отдельных испаряющихся капель топлива возникают очаги сгорания, и по мере впрыскивания порция топлива сгорает в виде факела. Так как дизельные двигатели не подвержены детонации из-за начала подачи и сгорания топлива после ВМТ такта сжатия , степень сжатия детонацией не ограничена.
Повышение её свыше 15 практически роста КПД не даёт [29] , поскольку при этом максимальное давление ограничивают путём более длительного сгорания и уменьшением угла опережения впрыска. Однако малоразмерные вихрекамерные дизели ru de могут иметь степень сжатия до 26, для надёжного воспламенения в условиях большого теплоотвода и для меньшей жёсткости работы. Для облегчения пуска дизели могут иметь свечи накаливания, электрофакельные форсунки, либо другие устройства.
Крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжёлых топливах, например, на мазуте. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, сжатым воздухом, либо, в случае с дизель-генераторными установками, от присоединённого электрического генератора , который при пуске выполняет роль стартера. Современные двигатели, называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля , а по циклу Тринклера — Сабатэ со смешанным подводом теплоты. Недостатки их обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряжённостью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов.
Также дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах. Основная порция обедненного газовоздушного заряда приготавливается, как в любом из газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой , а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю. Обычно имеется возможность работы по чисто дизельному циклу. Применение: тяжёлые грузовики, автобусы, тепловозы чаще маневровые.
Газодизельные двигатели, как и газовые, дают меньше вредных выбросов, к тому же природный газ дешевле. Зарубежные фирмы также активно разрабатывают такие конструкции [32]. Разновидность дизельного двигателя с отдачей энергии в виде поступательного движения поршня бабы. Не имеет кривошипно-шатунного механизма, систем охлаждения и смазки.
Распыление топлива в старых конструкциях происходит при ударе бабы в лунку шабота, в более новых распылением форсункой. Разновидность дизельного двигателя с отдачей энергии в виде энергии сжатого газа.
Колеблющийся в цилиндре поршень отдаёт энергию, сжимая газ в подпоршневом пространстве. Таким образом, исчезает необходимость в отдельном поршневом или центробежном компрессоре, а также кривошипно-шатунном механизме. В связи с быстрым ростом числа электромобилей возник спрос на маломощные бензиновые электрогенераторы, так называемые удлинители пробега. По конструкции они в своём большинстве второе поколение удлинителей также являются свободно-поршневыми двигателями.
Комбинированный двигатель внутреннего сгорания представляет собой комбинацию из поршневой и лопаточной машин турбина, компрессор , в котором обе машины в соотносимой мере участвуют в осуществлении рабочего процесса. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом турбонаддув.
Большой вклад в теорию комбинированных двигателей внёс советский инженер, профессор А. Наиболее распространённым типом комбинированных двигателей является поршневой с турбонагнетателем. Турбонагнетатель или турбокомпрессор ТК, ТН — это нагнетатель , который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» фр. Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора , закреплённых на противоположных концах общего вала.
Струя рабочего тела в данном случае, выхлопных газов воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из жаропрочного сплава. На валу, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевого сплава, который при вращении вала нагнетает воздух в цилиндры ДВС.
Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем воздуха интеркулером позволяет обеспечивать подачу более плотного заряда в цилиндры ДВС в современных турбированных двигателях используется именно такая схема.
В некоторых схемах двигатели имеют две или более ступени наддува, обычно с промежуточным охлаждением, причём турбокомпрессоры регулируются величина нагнетания ограничена , что позволяет в принципе получить разнообразные варианты зависимости мощности от оборотов улучшение транспортной характеристики. Двигатели с нагнетанием заряда до появления реактивных были единственно возможными в высотной авиации, ввиду падения плотности воздуха с высотой ; наддув имеет широкое применение в дизельных двигателях позволяя повысить удельные показатели мощности до уровня безнаддувных искровых ДВС и выше , реже в бензиновых.
Благодаря настройке турбонаддува регулятор давления , а также настройкам газораспределительного механизма , которые вместе определяют наполнение цилиндров двигателя, можно улучшать его транспортную характеристику.
Развивает тягу посредством реактивной силы от продуктов сгорания, выбрасываемых через сопло. Для разгона рабочего тела используется как расширение газа за счёт разогрева при сгорании тепловые реактивные двигатели , так и другие физические принципы, например, ускорение заряженных частиц в электростатическом поле см.
Реактивный двигатель совмещает двигатель с движителем , то есть он создаёт тяговое усилие только за счёт взаимодействия с рабочим телом, без опоры или контакта с другими телами. По этой причине чаще всего он используется для приведения в движение самолётов , ракет и космических аппаратов.
Характеризуется сжатием рабочего тела в компрессорной части, после сгорания значительно увеличившиеся в объёме за счёт теплового расширения продукты сгорания проходят турбинную часть. В случае газотурбинного двигателя, мощность отдаётся на вал турбины, в случае турбореактивного — движение продуктов сгорания создаёт импульс двигателя.
Является самой первой по времени изобретения разновидностью поршневого двигателя внутреннего сгорания [33] [34]. Особенностью огнестрельного оружия, как теплового двигателя , служит применяемое твёрдое топливо , имеющее высокие объёмную теплоту сгорания и скорость сгорания, обеспечивающее многократное увеличение объёма продуктов сгорания и эффективный разгон выбрасываемых из ствола цилиндра пуль или снарядов, служащих поршнем.
Как и другие двигатели, огнестрельное оружие может иметь воздушное и жидкостное охлаждение; в массивных орудийных установках применяют принудительную продувку, охлаждающую ствол, после каждого выстрела. Зажигание топлива производится ударом бойка по капсюлю.
С каждым циклом работы такой двигатель разгоняет пулю или снаряд , поражающие цель на большой дистанции без физических усилий стрелка.
Кроме основных функциональных частей, обеспечивающих преобразование энергии горячего газа в крутящий момент или поступательное движение, ДВС имеют дополнительные системы: системы подачи топлива, смазки , охлаждения , запуска ; смотря по конструкции двигателя — системы газораспределения , впрыска топлива , зажигания и другие.
Эффективность этих систем, особенно связанных с подачей горючего и воздуха, прямо влияет на мощность, экономичность и экологичность двигателя, характеристики же других система запуска, смазки, охлаждения, система очистки воздуха сказываются в основном на массогабаритных показателях и ресурсе [35]. Потребительские качества двигателя принимая за образец классический поршневой или комбинированный двигатель, отдающий крутящий момент можно охарактеризовать следующими показателями:.
ДВС, отдающие мощность на выходной вал, обычно характеризуются кривыми крутящего момента и мощности в зависимости от частоты вращения вала от минимально устойчивых оборотов холостого хода до максимально возможных, при которых ДВС может длительно работать без поломок [36].
Дополнительно к двум этим кривым может быть представлена кривая удельного расхода топлива [37]. По результатам анализа таких кривых определяется коэффициент запаса крутящего момента он же коэффициент приспособляемости и другие показатели, влияющие на конструкцию трансмиссии [38]. Для потребителей производители предоставляют внешние скоростные характеристики с нетто-мощностью ISO, согласно региональному стандарту измерения мощности ДВС, который зависит от температуры, давления, влажности воздуха, применяемого топлива и наличия отбора мощности на установленные агрегаты.
Внешней эту характеристику называют потому, что линии мощности и крутящего момента проходят выше частичных скоростных характеристик, и нельзя получить мощность выше этой кривой никакими манипуляциями с органами подачи топлива абсолютная скоростная — смотри ниже. В публикациях х годов и более ранних приводятся скоростные характеристики, базирующиеся на измерении мощности брутто кривая крутящего момента, соответственно, также располагается на графике выше.
Эта мощность определяется без учёта потерь на приводы внешних агрегатов двигателя вентилятор, водяной насос, генератор. Из приводимых коленвалом потребителей в таком случае остаётся только масляный насос и распределительный вал валы. Он состоит из трех основных частей — нижней головки с мотылевым подшипником, стержня и верхней головки с головным подшипником.
В неразрезной верхней головке устанавливают путем запрессовки головной подшипник 12, имеющий вид втулки. Эта втулка может фиксироваться шпонкой и пластиной 11 для обеспечения неизменного положения в головке. Стержень шатуна имеет центральное отверстие 10 для подачи под давлением смазки к головному подшипнику. Мотылевый подшипник состоит из двух половин 2 и 4, рабочая поверхность которых залита антифрикционным сплавом. Выступ 1 разгружает винты 7 от срезывающих усилий и служит также для центровки стержня с мотылевым подшипником.
Изменяя толщину прокладки 9, установленной между пяткой шатуна и верхней половиной мотылевого подшипника, можно регулировать объем камеры сгорания. Набор прокладок 3 в разъеме мотылевого подшипника служит для установки и регулирования масляного зазора между мотылевой шейкой коленчатого вала и подшипником; прокладки фиксируют шпильками 8 и винтами 7. Обе половины мотылевого подшипника стягиваются двумя шатунными болтами 6, которые имеют три посадочных пояска и крепятся корончатыми гайками 5.
У быстроходных дизелей наличие прокладок в разъеме мотылевого подшипника не допускается. Шатуны крейцкопфного двигателя отличаются от шатунов тронкового тем, что имеют два головных подшипника, соединяющихся с цапфами поперечины крейцкопфа, если шатун имеет вильчатую форму. Коленчатый вал — одна из самых ответственных и дорогостоящих деталей двигателя. Валы изготовляют из высококачественной стали, а также отливают из модифицированного и легированного чугуна.
В зависимости от конструкции и числа цилиндров коленчатый вал может иметь разное число колен кривошипов. Кривошипы вала развертывают по отношению друг к другу на определенный угол, который зависит от числа цилиндров и от тактности двигателя.
Коленчатые валы чаще всего бывают цельноковаными и реже сборными, состоящими из двух-трех отдельных частей, соединенных между собой фланцами. Основными элементами коленчатого вала рис. Иногда для уравновешивания сил инерции вращающихся масс к щекам 1 крепят противовесы 2 рис.
Мотылевые шейки коленчатого вала охвачены подшипником нижней головки шатуна, а рамовые шейки опираются на рамовые подшипники, установленные в фундаментной раме двигателя. Смазка шеек осуществляется так: к рамовым шейкам масло подается под давлением через отверстие в крышке подшипника и верхнем вкладыше, а затем через сверление в щеке рис.
В коленчатых валах с полыми шейками масло поступает на рабочие поверхности мотылевых шеек через полости рамовых шеек и радиальные отверстия, выполненные в мотылевых шейках. Для предотвращения утечки масла из полостей шеек последние с торцов закрыты заглушками, стянутыми болтами или шпильками.
Копирование без прямой ссылки запрещено Политика конфиденциальности. Основные детали двигателей внутреннего сгорания Фундаментная рама является основанием двигателя и состоит из двух продольных балок коробчатого или двутаврового сечения, на которые устанавливаются стойки и станины, и нескольких поперечных балок необходимой формы для установки рамовых подшипников.
Общий вид фундаментной рамы двигателя. Литая станина мощного двигателя. Цилиндр четырехтактного двигателя. Простейшая конструкция крышки цилиндра двухтактного двигателя. Поршень тронкового двигателя.
Поршень крейцкопфного двигателя. Шатун тронкового двигателя. Коленчатый вал двигателя.
