- Пристрій двигуна внутрішнього згоряння
- Принцип роботи двигуна
- системи двигуна
- ГРМ - газорозподільний механізм
- Система змазки
- Система охолодження
- Система подачі палива
- Вихлопна система
Двигун внутрішнього згоряння називається так тому що паливо запалюється безпосередньо всередині його робочої камери, а не в додаткових зовнішніх носіях. Принцип роботи ДВС заснований на фізичному ефекті теплового розширення газів, що утворюються в процесі згоряння паливно-повітряної суміші під тиском всередині циліндрів двигуна. Що виділяється в цьому процесі енергія перетворюється в механічну роботу.
В процесі еволюції ДВС виділилися кілька типів двигунів, їх класифікація та загальна будова:
- Поршневі двигуни внутрішнього згоряння. У них робоча камера знаходиться всередині циліндрів, а теплова енергія перетворюється в механічну роботу за допомогою кривошипно-шатунного механізму, що передає енергію руху на колінчастий вал. Поршневі мотори діляться, в свою чергу, на:
- карбюраторні, в яких повітряно-паливна суміш формується в карбюраторі, впорскується в циліндр і запалюється там іскрою від свічки запалювання;
- інжекторні, в яких суміш подається безпосередньо у впускний колектор, через спеціальні форсунки, під контролем електронного блоку управління, і також запалюється за допомогою свічки;
- дизельні, в яких займання повітряно-паливної суміші відбувається без свічки, за допомогою стиснення повітря, який від тиску нагрівається до температури, що перевищує температуру горіння, а паливо впорскується в циліндри через форсунки.
- Роторно-поршневі двигуни внутрішнього згоряння. Тут теплова енергія перетворюється в механічну роботу за допомогою обертання робочими газами ротора спеціальної форми і профілю. Ротор рухається по «планетарної траєкторії» всередині робочої камери, що має форму «вісімки», і виконує функції як поршня, так і ГРМ (газорозподільного механізму), і колінчастого вала.
- Газотурбінні двигуни внутрішнього згоряння. Особливості їх влаштування полягають в перетворенні теплової енергії в механічну роботу за допомогою обертання ротора зі спеціальними клиновидними лопатками, який приводить в рух вал турбіни.
Далі розглядаються тільки поршневі двигуни, так як тільки вони набули широкого поширення в автомобільній промисловості. Основні причини цього: надійність, вартість виробництва і обслуговування, висока продуктивність.
Пристрій двигуна внутрішнього згоряння
Схема пристрою двигуна.
Перші поршневі ДВС мали лише один циліндр невеликого діаметра. Надалі, для збільшення потужності спочатку збільшували діаметр циліндра, а потім і їх кількість. Поступово двигуни внутрішнього згоряння постали у звичному нам вид. "Серце" сучасного автомобіля може мати до 12 циліндрів.
Найбільш простим є двигун з рядним розташуванням циліндрів. Однак, зі збільшенням кількості циліндрів зростає і лінійний розмір двигуна. Тому з'явився більш компактний варіант розташування - V-подібний. При такому варіанті циліндри розташовані під кутом один до одного (в межах 180-ти градусів). Зазвичай використовується для 6-циліндровим двигуном і більш.
Одна з основних частин двигуна - циліндр (6), в якому знаходиться поршень (7), з'єднаний через шатун (9) з колінчастим валом (12). Прямолінійний рух поршня в циліндрі вгору і вниз шатун і кривошип перетворять в обертальний рух колінчастого вала.
На кінці вала закріплений маховик (10), призначення якого надавати рівномірність обертання валу при роботі двигуна. Зверху циліндр щільно закритий головкою блоку циліндрів (ГБЦ), в якій знаходяться впускний (5) і випускний (4) клапани, що закривають відповідні канали.
Клапани відкриваються під дією кулачків розподільного вала (14) через передавальні механізми (15). Розподільчий вал приводиться в обертання шестернями (13) від колінчастого вала.
Для зменшення втрат на подолання тертя, відведення теплоти, запобігання задирів і швидкого зносу тертьові деталі змащують маслом. З метою створення нормального теплового режиму в циліндрах двигун повинен охолоджуватися.
Але головне завдання - змусити працювати поршень, адже саме він є головною рушійною силою. Для цього в циліндри повинні подаватися горюча суміш в певній пропорції (у бензинових) або відведені порції палива в строго певний момент під високим тиском (у дизелів). Паливо запалюється в камері згоряння, відкидає поршень з великою силою вниз, тим самим приводячи його в рух.
Принцип роботи двигуна
Схема роботи двигуна.
Через низьку продуктивність і високі затрати палива 2-тактних двигунів практично всі сучасні двигуни виробляють з 4-тактними циклами роботи:
- Впуск палива;
- Стиснення палива;
- Від згоряння;
- Висновок відпрацьованих газів за межі камери згоряння.
Точка відліку - положення поршня вгорі (ВМТ - верхня мертва точка). В даний момент впускний отвір відкривається клапаном, поршень починає рух вниз і засмоктує паливну суміш в циліндр. Це перший такт циклу.
Під час другого такту поршень досягає найнижчої точки (НМТ - коефіцієнт корисної), при цьому впускний отвір закривається, поршень починає рух вгору, через що паливна суміш стискається. При досягненні поршнем максимальної верхньої точки паливна суміш стиснута до максимуму.
Третій етап - це підпалювання стислій паливної суміші за допомогою свічки, яка випускає іскру. В результаті горючий склад вибухає і штовхає поршень з великою силою вниз.
На заключному етапі поршень досягає нижньої межі і за інерцією повертається до верхньої точки. У цей час відкривається випускний клапан, відпрацьована суміш у вигляді газу виходить з камери згоряння і через вихлопну систему потрапляє на вулицю. Після цього цикл, починаючи з першого етапу, повторюється знову і триває протягом всього часу роботи двигуна.
Описаний вище спосіб є універсальним. За таким принципом побудована робота практично всіх бензинових моторів. Дизельні двигуни відрізняються тим, що там немає свічок запалювання - елемента, який підпалює паливо. Детонація дизельного палива здійснюється завдяки сильному стиску паливної суміші. При такті «впуск» в циліндри дизеля надходить чисте повітря. Під час такту «стиснення» повітря нагрівається до 600О С. В кінці цього такту в циліндр впорскується певна порція палива, яке самозаймається.
системи двигуна
Вищеописане є БЦ (блок циліндрів) і КШМ (кривошипно-шатунний механізм). Крім цього сучасний ДВС складається і з інших допоміжних систем, які для зручності сприйняття групують таким чином:
- ГРМ (механізм регулювання фаз газорозподілу);
- Система змазки;
- Система охолодження;
- Система подачі палива;
- Вихлопна система.
ГРМ - газорозподільний механізм
Щоб в циліндр надходило потрібну кількість палива і повітря, а продукти згоряння вчасно віддалялися з робочої камери, в ДВС передбачений механізм, званий газорозподільним. Він відповідає за відкриття і закриття впускних і випускних клапанів, через які в циліндри надходить паливо-повітряна горюча суміш і видаляються вихлопні гази. До деталей ГРМ відносяться:
- Розподільний вал;
- Впускні і випускні клапани з пружинами і направляючими втулками;
- Деталі приводу клапанів;
- Елементи приводу ГРМ.
ГРМ приводиться в дію від колінчастого вала двигуна автомобіля. За допомогою ланцюга або ременя обертання передається на розподільний вал, який за допомогою кулачків або коромисел через штовхачі натискає на впускний або випускний клапан і по черзі відкриває і закриває їх.
Система змазки
У будь-якому моторі є безліч деталей, що труться, які необхідно постійно змащувати, щоб зменшити втрати потужності на тертя і уникнути підвищеного зносу і заклинювання. Для цього існує система мастила. Попутно з її допомогою вирішується ще кілька завдань: захист деталей двигуна внутрішнього згоряння від корозії, додаткове охолодження деталей двигуна, а також видалення продуктів зносу з місць зіткнення труться. Систему мастила двигуна автомобіля утворюють:
- Масляний картер (піддон);
- Насос подачі масла;
- Масляний фільтр з редукційним клапаном;
- мастилопроводи;
- Масляний щуп (індикатор рівня масла);
- Покажчик тиску в системі;
- Маслоналивная горловина.
Система охолодження
Під час роботи мотора його деталі стикаються з розпеченими газами, які утворюються при згорянні паливо-повітряної суміші. Щоб деталі двигуна внутрішнього згоряння не руйнувалися через надмірне розширення при нагріванні, їх необхідно охолоджувати. Охолодити мотор автомобіля можна за допомогою повітря або рідини. Сучасні мотори мають, як правило, рідинну схему охолодження, яку утворюють такі частини:
- Сорочка охолодження двигуна;
- Насос (помпа);
- термостат;
- радіатор;
- вентилятор;
- Розширювальний бачок.
Система подачі палива
Система харчування для двигунів внутрішнього згоряння із запалюванням від іскри та від стиснення відрізняються один від одного, хоча і мають ряд загальних елементів. Спільними є:
- Паливний бак;
- Датчик рівня палива;
- Фільтри очищення палива - грубої і тонкої;
- Паливні трубопроводи;
- Впускний колектор;
- Повітряні патрубки;
- Повітряний фільтр.
В обох системах є паливні насоси, паливні рампи, форсунки подачі палива, сам принцип подачі однаковий: паливо з бака за допомогою насоса через фільтри подається в паливну рампу, з якої потрапляє в форсунки. Але якщо в більшості бензинових двигунів внутрішнього згоряння форсунки подають його у впускний колектор двигуна автомобіля, то в дизельних воно подається безпосередньо в циліндр, і вже там змішується з повітрям.
Вихлопна система
Система вихлопу призначена для відводу відпрацьованих газів з циліндрів двигуна автомобіля. Основні деталі, її складові:
- Випускний колектор;
- Приймальна труба глушника;
- резонатор;
- глушник;
- Вихлопна труба.
У сучасних двигунах внутрішнього згоряння вихлопна конструкція доповнена пристроями нейтралізації шкідливих викидів. Вона складається з каталітичного нейтралізатора і датчиків, сполучених з блоком управління двигуном. Вихлопні гази з випускного колектора через приймальню трубу потрапляють в каталітичний нейтралізатор, потім через резонатор в глушник. Далі через вихлопну трубу вони викидаються в атмосферу.
