Класифікація двигунів. Механізми та системи двигунів, їх призначення.
Типи двигунів для автомобілів На автомобілях можуть бути установлені двигуни внутрішнього згорання (ДВЗ), електричні, газотурбіні, парові, і в сучасний час почався випуск автомобілів так називаємих гібрідів в яких встановлені і ДВЗ і електродвигуни. Але найбільше розповсюдження на автомобілях отримали ДВЗ поршневого типу. ДВЗ мають достатню потужність, відносно невеликі розміри і вагу, надійні, великий запас ходу на одній заправці наприклад легковий автомобіль може проїхати до 500 км, та невелика вартість виготовлення і великий строк служби. Але з збільшенням вартості нафтопродуктів в сучасний час почав збільшуватися випуск автомобілів з електродвигунами.
Класифікація поршневих двигунів внутрішнього згорання
Поршневі ДВЗ класифікуються по таким ознакам:
- По способу сумішоутворення - з зовнішнім сумішоутворення (карбюраторні, газові), и внутрішнім сумішоутворенням (дизельні)
- По способу запалення пальної суміші- з примусовим запаленням (карбюраторні) та самозапаленням (дизельні)
- По кількості тактів - двох тактні та чотирьох тактні
- По кількості циліндрів - одноциліндрові та багато циліндрові
- По росташуваню циліндрів рядні, V-подібні, горизонтальні
Загальний пристрій.
Двигун складається з циліндра 5 і картера 6, який знизу закрито піддоном 9 (рис. а). Усередині циліндра переміщується поршень 4 з компресійними (ущільнювальними) кільцями 2, що має форму стакана з днищем у верхній частині. Поршень через поршневий палець 3 та шатун 14 пов'язаний з колінчастим валом 8, який обертається в корінних підшипниках, розташованих у картері. Колінчастий вал складається з корінних шийок 13, щік 10 і шатунної шийки 11. Циліндр, поршень, шатун і колінчастий вал становлять так званий кривошипно-шатунний механізм, що перетворює зворотно-поступальний рух поршня в обертальний рух колінчастого вала (див. рис. 6).
Зверху циліндр 5 накритий головкою 1 з клапанами 15 і 17, відкриття і закриття яких точно узгоджене з обертанням колінчастого вала, а отже, і з переміщенням поршня.
Двигун складається з циліндра 5 і картера 6, який знизу закрито піддоном 9 (рис. а). Усередині циліндра переміщується поршень 4 з компресійними (ущільнювальними) кільцями 2, що має форму стакана з днищем у верхній частині. Поршень через поршневий палець 3 та шатун 14 пов'язаний з колінчастим валом 8, який обертається в корінних підшипниках, розташованих у картері. Колінчастий вал складається з корінних шийок 13, щік 10 і шатунної шийки 11. Циліндр, поршень, шатун і колінчастий вал становлять так званий кривошипно-шатунний механізм, що перетворює зворотно-поступальний рух поршня в обертальний рух колінчастого вала (див. рис. 6).
Зверху циліндр 5 накритий головкою 1 з клапанами 15 і 17, відкриття і закриття яких точно узгоджене з обертанням колінчастого вала, а отже, і з переміщенням поршня.
Схема пристрою поршневого двигуна внутрішнього згорання:
а - поздовжній вигляд, б - поперечний вигляд; 1 - головка циліндра, 2 - кільце,
3 - палець, 4 - поршень, 5 - циліндр, 6 - картер, 7 - маховик, 8 - колінчастий вал,
9 - піддон, 10 - щока, 11 - шатунная шийка, 12 - корінний підшипник, 13 - корінна шийка,
14 - шатун, 15, 17 - клапани, 16 - форсунка
а - поздовжній вигляд, б - поперечний вигляд; 1 - головка циліндра, 2 - кільце,
3 - палець, 4 - поршень, 5 - циліндр, 6 - картер, 7 - маховик, 8 - колінчастий вал,
9 - піддон, 10 - щока, 11 - шатунная шийка, 12 - корінний підшипник, 13 - корінна шийка,
14 - шатун, 15, 17 - клапани, 16 - форсунка
Переміщення поршня обмежується двома крайніми положеннями, при яких його швидкість дорівнює нулю: верхньою мертвою точкою (ВМТ), відповідної найбільшому видаленню поршня від вала (див. рис. 6), і нижньої мертвої точкою (НМТ), відповідної найменшому видаленню його від валу.
Невпинний рух поршня через мертві точки забезпечується маховиком 7, має форму диска з масивним ободом.
Відстань, що проходить поршнем, між мертвими точками називається ходом поршня S, а відстань між осями корінних і шатунних шийок - радіусом кривошипа R (рис. б). Хід поршня дорівнює двом радіусам кривошипа: S = 2R. Об'єм, який описує поршень за один хід, називається робочим об'ємом циліндра (літражем)
V h:
Об'єм над поршнем V c в положенні ВМТ (див. рис. А) і називається об'ємом камери згоряння (стиску). Сума робочого об'єму циліндра та об'єму камери згоряння становить повний об'єм циліндра V a:
Ставлення повного обсягу циліндра до об'єму камери згоряння називається ступенем стиснення е:
Ступінь стиснення є важливим параметром двигунів внутрішнього згоряння, так як сильно впливає на його економічність і потужність.
Принцип роботи.
Дія поршневого двигуна внутрішнього згоряння грунтується на використанні роботи розширення нагрітих газів під час руху поршня від ВМТ до НМТ.
Дія поршневого двигуна внутрішнього згоряння грунтується на використанні роботи розширення нагрітих газів під час руху поршня від ВМТ до НМТ.
Нагрівання газів у положенні ВМТ досягається в результаті згоряння в циліндрі палива, перемішаного з повітрям. При цьому підвищується температура газів і їх тиск. Так як тиск під поршнем дорівнює атмосферному, а в циліндрі воно набагато більше, то під дією різниці тисків поршень буде переміщатися вниз, при цьому гази розширяться, здійснюючи корисну роботу. Робота, вироблена розширюються газами, за допомогою кривошипно-шатунного механізму передається колінчастого валу, а від нього на трансмісію і колеса автомобіля.
Щоб двигун постійно виробляв механічну енергію, циліндр необхідно періодично заповнювати новими порціями повітря через впускний клапан 15 і палива через форсунку 16 або подавати через впускний клапан суміш повітря з паливом. Продукти згоряння палива після їх розширення видаляються з циліндра через випускний клапан 17. Ці завдання виконують механізм газорозподілу, керуючий відкриттям і закриттям клапанів, і система подачі палива.
1 Такт впуск
При обертанні колінчатого вала (мал а) поршень рухається від ВМТ до НМТ і над ним створюється розрідження, тобто тиск у циліндрі стає нижче атмосферного. У цей час за допомогою газорозподільного механізму відкривається впускний клапан (випускний закритий) і пальна суміш із карбюратора надходить у циліндр, наповнюючи його
2 Такт стиску
поршень рухається до ВМТ, впускний клапан закриється (випускний клапан продовжує залишатися в закритому положенні). Об’єм у циліндрі зменшується, тиск і температура підвищуються..
3 Такт розширення
Наприкінці такту стиску в циліндр через свічу запалювання подається електрична іскра і запалює пальну суміш, відбувається згоряння з наростанням тиску газів у циліндрі. Під тиском газів, що розширюються, поршень рухається від ВМТ до НМТ і передає зусилля через поршневий палець на шатун і колінчатий вал.
4 Такт випуск
Поршень рухається з НМТ до ВМТ, відкривається випускній клапан і гази, що відробили, видаляються із циліндра
При подальшому обертанні колінчатого вала такти повторюються.
Принцип дії. Згорання палива відбувається в камері згоряння, яка розташована всередині циліндра двигуна, куди рідке паливо вводиться в суміші з повітрям або роздільно. Теплова енергія, отримана при згорянні палива, перетворюється на механічну роботу. Продукти згоряння видаляються з циліндра, а на їх місце всмоктується нова порція палива. Сукупність процесів, що відбуваються в циліндрі від впуску заряду (робочої суміші або повітря) до випуску відпрацьованих газів, становить дійсний або робочий цикл двигуна.
Системи і механізми двигуна, і їх призначення.
Кривошипно-шатунний механізм призначений для перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертовий рух колінчастого валу.
Механізм газорозподілу забезпечує своєчасне заповнення циліндрів пальною сумішшю (або повітрям) і видалення з них відпрацьованих газів.
Система охолодження призначена для підтримання оптимального теплового режиму двигуна.
Система мащення призначена для змащування деталей тертя двигуна, часткового їх охолодження та видалення від них продуктів спрацювання.
Система живлення двигунів призначена для зберігання палива, очищення палива і повітря, приготування пальної суміші, подавання її в циліндри і видалення відпрацьованих газів.
Система запалювання забезпечує займання пальної суміші у карбюраторних двигунах у відповідний момент часу при різних режимах роботи двигуна.
Крім перерахованих систем і механізмів двигун обладнується пусковим пристроєм, приладами контролю і управління та допоміжними механізмами, наприклад підігрівниками.
Основні поняття і терміни.
Системи і механізми двигуна, і їх призначення.
Кривошипно-шатунний механізм призначений для перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертовий рух колінчастого валу.
Механізм газорозподілу забезпечує своєчасне заповнення циліндрів пальною сумішшю (або повітрям) і видалення з них відпрацьованих газів.
Система охолодження призначена для підтримання оптимального теплового режиму двигуна.
Система мащення призначена для змащування деталей тертя двигуна, часткового їх охолодження та видалення від них продуктів спрацювання.
Система живлення двигунів призначена для зберігання палива, очищення палива і повітря, приготування пальної суміші, подавання її в циліндри і видалення відпрацьованих газів.
Система запалювання забезпечує займання пальної суміші у карбюраторних двигунах у відповідний момент часу при різних режимах роботи двигуна.
Крім перерахованих систем і механізмів двигун обладнується пусковим пристроєм, приладами контролю і управління та допоміжними механізмами, наприклад підігрівниками.
Основні поняття і терміни.
Верхня мертва точка (ВМТ) - це максимальне віддалення поршня від осі колінчастого вала в момент коли поршень змінює напрямок руху
Нижня мертва точка (НМТ)- це мінімальне віддалення поршня від осі колінчастого вала в момент коли поршень змінює напрямок руху
Хід поршня це відстань яку проходить поршень між двома мертвими точками. За один хід поршня колінчастий вал обертається на пів оберта (180 град)
Такт це процес який відбувається в циліндрі за один хід поршня (впуск, стиск, розширення, випуск) Отже за робочий цикл (за 4 такта) колінчастий вал робить 2 оберта (720 град)
Об'єм камери згорання - це об'єм над поршнем коли він перебуває в ВМТ
Робочий об'єм циліндра це простір який звільняється при переміщені поршня з ВМТ до НМТ
Сума об'єму камери згорання і робочого об'єму становить повний об'єм циліндра
Літраж двигуна це сума робочих об'ємів усіх циліндрів двигуна
Ступінь стиску це відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згорання
Сучасні двигуни мають таку ступінь стиску; Карбюраторні від 6 до 12, дизельні від 16 до 30 Ступінь стиску це теоретична величина яка задається при проектувані двигуна. На практиці використовують її практичну величину яка називається компресієй
Компресія це тиск який утворюється в кінці такту стиску вимірюється за допомогою компресометра в кгс/см2. Ця величина завжди буде менша за ступінь стиску так як є нещільності між циліндром кільцами та поршнем при зношувані цих деталей компресія зменшується і потужність двигуна тоже зменшується.
Нижня мертва точка (НМТ)- це мінімальне віддалення поршня від осі колінчастого вала в момент коли поршень змінює напрямок руху
Хід поршня це відстань яку проходить поршень між двома мертвими точками. За один хід поршня колінчастий вал обертається на пів оберта (180 град)
Такт це процес який відбувається в циліндрі за один хід поршня (впуск, стиск, розширення, випуск) Отже за робочий цикл (за 4 такта) колінчастий вал робить 2 оберта (720 град)
Об'єм камери згорання - це об'єм над поршнем коли він перебуває в ВМТ
Робочий об'єм циліндра це простір який звільняється при переміщені поршня з ВМТ до НМТ
Сума об'єму камери згорання і робочого об'єму становить повний об'єм циліндра
Літраж двигуна це сума робочих об'ємів усіх циліндрів двигуна
Ступінь стиску це відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згорання
Сучасні двигуни мають таку ступінь стиску; Карбюраторні від 6 до 12, дизельні від 16 до 30 Ступінь стиску це теоретична величина яка задається при проектувані двигуна. На практиці використовують її практичну величину яка називається компресієй
Компресія це тиск який утворюється в кінці такту стиску вимірюється за допомогою компресометра в кгс/см2. Ця величина завжди буде менша за ступінь стиску так як є нещільності між циліндром кільцами та поршнем при зношувані цих деталей компресія зменшується і потужність двигуна тоже зменшується.
