Основы теории двигателя внутреннего сгорания. Часть 2 » Motorhelp.ru диагностика и ремонт инжекторных двигателей

Структурная схема типовой электронной системы управления двигателем

Поскольку работа всех систем управления впрыском топлива, которые будут рассматриваться ниже, так или иначе определяется работой ЭБУ, есть смысл сначала, объяснить работу всей системы электронного управления двигателя, а потом рассмотреть отличия и методы диагностики различных систем впрыска. Структурная схема типовой системы управления двигателем изображена на рисунке.
В электронную систему управления двигателя, кроме самого ЭБУ, входят датчики, которые подразделяются на аналоговые и цифровые. Расположение датчиков на двигателе показано на рисунке ниже.

Аналоговые датчики – это датчики, выходным параметром которых является величина напряжения. К ним относятся:
— датчик положения дроссельной заслонки ДПДЗ (поз. 2). Представляет собой потенциометр, движок которого механически соединен с дроссельной заслонкой. При повороте дроссельной заслонки меняется положение движка потенциометра, а следовательно, и выходное напряжение. По величине и скорости изменения этого напряжения ЭБУ определяет степень нажатия на педаль газа;
— датчик абсолютного давления в трубопроводе (датчик МАР) (поз. 21) – это кремниевый кристалл, на поверхности которого сформирован мостик сопротивлений. Ток через мостик изменяется под действием деформаций (пьезорезистивный эффект), вызванных изменением давления. Этот ток усиливается и вводится температурная компенсация. Датчик измеряет изменение давления во впускном трубопроводе, которое зависит от изменения нагрузки двигателя и скорости автомобиля, и преобразует его в напряжение на выходе.
Датчик МАР также используется для измерения барометрического давления при запуске двигателя и других определенных условиях, что позволяет ЭБУ автоматически регулировать качество горючей смеси. ЭБУ подает на вход датчика МАР напряжение 5 В и отслеживает напряжение на линии сигнала. Датчик связан с «массой» через переменный резистор. Сигнал с датчика МАР влияет на подачу топлива и опережение зажигания, определяемые ЭБУ.
— датчик температуры поступающего воздуха (поз. 19) сделан на базе терморезистора с отрицательным коэффициентом сопротивления. По его показаниям ЭБУ корректирует объем впрыска топлива, так как воздух меняет вес в зависимости от температуры.
— датчик температуры охлаждающей жидкости расположен на рубашке охлаждения двигателя (поз. 7) и аналогичен датчику температуры воздуха. По его сигналу ЭБУ оценивает температуру двигателя и обеспечивает обогащение топливной смеси при запуске холодного двигателя.
К цифровым датчикам относятся датчики, выходной сигнал которых имеет форму импульсов. Это следующие датчики:
— датчик скорости и положения коленчатого вала (поз. 3). Работа датчика основана на эффекте Холла. По частоте и фазе выходных импульсов ЭБУ определяет скорость вращения и положения коленвала в конкретной точке. Также при поступлении импульсов с датчика ЭБУ получает информацию о прокрутке двигателя. Если сигнала нет, то подачи бензина не происходит и двигатель не заведется. Тоже происходит, когда частота вращения коленатого вала превышает допустимую.
— датчик положения распределительного вала (поз. 1) определяет верхнюю мертвую точку в первом цилиндре на такте сжатия, и, получив сигнал с этого датчика ЭБУ определяет последовательность впрыска топлива.
— датчик скорости автомобиля представляет собой язычковое реле. Оно встроено в спидометр и на выходе имеет последовательность импульсов, частота которых пропорциональна скорости вращения привода прибора.
— датчик детонации (поз. 20) подсоединен к блоку цилиндров и отслеживает возникновение детонации в двигателе. Детонационные вибрации фиксируются чувствительным пьезоэлементом.
При возникновении детонации время опережения зажигания будет корректироваться системой, чтобы предотвратить детонацию.
— датчик кислорода – λ-зонд устанавливается в выпускной системе. Он выдает данные о концентрации кислорода в отработанных газах. В датчике используется сильная зависимость ЭДС твердотелого гальванического элемента из двуокиси циркония или титана от концентрации кислорода. Такая электрохимическая ячейка, реагируя на атомы кислорода, создает на полюсах разность потенциалов до 1 В. Это напряжение является управляющим. Оно поступает в ЭБУ, которое корректирует состав ДВС до тех пор, пока в отработанных газах не останется свободного, не вступившего в реакцию кислорода, т.е. добивается стехиометрического состава смеси.

Описание работы электронного блока управления
Так как сигналы, поступающие с датчиков, не годятся для непосредственной обработки в центральном процессоре, который понимает, как правило, только последовательность прямоугольных TTL импульсов, информация датчиков проходит дополнительную обработку. При этом сигналы аналоговых датчиков преобразуются в цифровой вид с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Сигналы цифровых датчиков тоже нуждаются в обработке, поскольку форма и амплитуда сигнала, получаемая с них, тоже отличается от нужного вида. Поэтому информация от этих устройств проходит через систему обработки входных сигналов, где импульсы, генерируемые датчиками приводятся к виду TTL импульсов.
Сигнал с датчика детонации проходит отдельную обработку и поступает на специальный восьмиразрядный контроллер. После чего обработанный цифровой сигнал подается на центральный процессор, который получив эти данные, а также проанализировав показания датчиков положения коленатого вала, распредвала, определяет цилиндр в котором происходит детонация и производит изменения количества впрыска в конкретных форсунках или увеличивает угол опережения зажигания.
Структурная схема центральной ЭВМ стандартна для подобных устройств. Она состоит из:
— центрального процессора,
— оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), в котором содержится информация, необходимая для текущей работы двигателя,
— постоянного запоминающего устройства (энергонезависимое ПЗУ). В нем содержится вся информация о параметрах автомобиля – тип двигателя, его параметры, установочный угол опережения зажигания, параметры системы питания, тип используемого топлива, нормальные показания датчиков, коды противоугонного устройства и многое другое.
Обрабатывая показания датчиков и сравнивая их значения с данными, хранящимися в ОЗУ и ПЗУ, процессор осуществляет необходимую коррекцию работы систем двигателя. Воздействовать непосредственно на исполнительные механизмы центральный контроллер не может, поскольку токи переключателей достаточно велики и могут вывести из строя микросхему, поэтому используется система обработки выходных сигналов. Она состоит из цифрово-аналогового преобразователя (ЦАП), предназначенного для перевода цифровых сигналов центральной ЭВМ в сигналы, пригодные для работы микросхем-драйверов. Эти микросхемы в соответствии с полученной информацией воздействуют на мощные электронные транзисторные ключи, которые и запускают исполнительные внешние устройства.
Для связи и синхронизации работы ЭБУ с внешними электронными устройствами – контроллерами автоматической коробки передач, автоблокировочной системы, климат контроля, устройств диагностики, используется особый протокол передачи данных, поддерживаемый специальным контроллером.
Питание ЭБУ производится от бортовой электрической сети. Напряжение 12 поступающее на вход преобразуется в стабилизированное напряжение 5 В внутренним источником питания. К исполнительным устройствам относятся:
— Схема зажигания, в которой замыкание и размыкание катушек зажигания происходит ключами ЭБУ в зависимости от сигналов, поступающих на них с центрального контроллера.
— Механизмы управления частотой вращения холостого хода (Механизм ISC) имеет две катушки, управляемые раздельно с помощью инверсных сигналов, поступающих с ЭБУ и обеспечивающих взаимодействие электромагнитных сил на катушках. Результатом такого взаимодействия будут различные углы поворота шагового электродвигателя. При наличии механизма управления частотой вращения холостого хода организуется перепускной шланг, подключенный параллельно дроссельной заслонке.
— Клапаны (соленоиды) инжекторов (поз. 18). Инжекторы впрыскивают топливо по сигналам, поступающим с ЭБУ. Количество топлива, впрыскиваемого инжектором, определяется временем, в течении которого подается напряжение на электромагнитный клапан. Меняя время открытия инжекторов, ЭБУ регулирует количество и качество смеси, добиваясь максимальной мощности работы двигателя во всех режимах.
— Для уменьшения количества вредных импульсов в современных автомобилях применяются различные экологические системы. Они воздействуют на двигатель путем дожигания паров бензина, рециркуляцией отработанных газов, подачей дополнительного воздуха. Подробно о них я расскажу в следующих статьях.
Во всех современных двигателях предусмотрено подключение диагностического сканера, работающего по протоколу OBD-2. Для этого в салоне автомобиля предусмотрен специальный диагностический разъем, к которому подключается сканер С его помощью можно произвести полную диагностику автомобиля, считать ошибки, просмотреть в графическом виде основные параметры.

Функционирование ЭБУ в различных режимах работы двигателя.
Работа ЭБУ будет описана для распределенной импульсной системы впрыска, применяемой в четырехцилиндровом двигателе. Она наиболее часто используется в современных автомобилях среднего класса. В этой системе количество топлива, подаваемое форсунками, регулируется импульсным сигналам на соленоиды инжекторов. ЭБУ отслеживает данные о состоянии двигателя, рассчитывает потребность в бензине и определяет необходимое время открытия форсунок. Для увеличения подачи топлива длительность импульса увеличивается, а для уменьшения сокращается.
Контроллер ЭБУ оценивает результаты своих действий с помощью датчиков, запоминает ошибки и вводит коррективы в свою работу. Самообучение процессора является непрерывным и действует в течении всего срока службы автомобиля.
Подача топлива происходит по разным методам:
— Синхронному, когда впрыск топлива происходит при определенном положении коленчатого вала.
— Асинхронному, т.е. без синхронизации с вращение коленчатого вала.
Наиболее часто применяется синхронный способ подачи топлива. Асинхронный используется в основном при пуске двигателя и режиме ускорения.
Форсунки включаются попарно и поочередно: сначала форсунки 14 цилиндров, а после поворота коленчатого вала на 180º форсунки 2 и 3 цилиндра. Таким образом каждая форсунка включается один раз за полный оборот коленчатого вала два раза за полный цикл работы двигателя.
Количество впрыснутого топлива определяет ЭБУ в зависимости от состояния двигателя и следующих режим работы:
1.Первоначальный впрыск топлива происходит, когда коленчатый вал начинает прокручивается стартером. При этом на ЭБУ происходит первых импульс от датчика вращения коленчатого вала. Получив этот сигнал, ЭБУ дает команду на включение сразу всех форсунок, чем ускоряется пуск двигателя. Такая команда следует каждый раз при пуске двигателя. Причем время открытия форсунок зависит от температуры: на холодном двигателя импульс длиннее, на горячем короче. После первоначального впрыска ЭБУ переходит в синхронный режим управления форсунками.
2.Пуск двигателя. При включении зажигания контроллер дает команду на включение реле бензонасоса для создания давления в магистрали подачи топлива к топливной рампе. Соотношение воздух/топливо при пуске ЭБУ определяет к зависимости от показания датчиков температуры охлаждающей жидкости и входящего воздуха. После начала вращения коленвала ЭБУ работает в пусковом режиме, пока скорость не превысит 400 об/мин, или не наступит режим продувки «залитого» двигателя.
3.Режим продувки двигателя. Если двигатель «залит» топливом (т.е. топливо намочило свечи зажигания), он может быть очищен путем полного открытия дроссельной заслонки при одновременном проворачивании коленчатого вала. При этом ЭБУ не подает импульсы впрыска на форсунки и свечи должны очиститься. Процессор поддерживает этот режим до тех пор, пока обороты коленчатого вала ниже 400 об/мин, и датчик положения дроссельной заслонки показывает, что она полностью открыта. Если Дроссельная заслонка удерживается почти полностью открытой при пуске двигателя, то он не запуститься, т. к. при полностью открытой дроссельной заслонке импульсы вспрыска на форсунку на подаются.
4.Рабочий режим управления топливоподачей. После пуска двигателя (обороты превышают 400 об/мин) ЭБУ переходит в рабочий режим. При этом контроллер рассчитывает длительность импульса на форсунки по сигналам датчика положения коленчатого вала, массового расхода воздуха, датчика температуры охлаждающей жидкости и положения дроссельной заслонки. При холодном двигателе (менее 50º С) система работает без обратной связи (датчик кислорода отключен). Это необходимо в связи с тем, что при прогреве двигателя требуется более богатая смесь и соотношение воздух/топливо будет отличаться от стехиометрического. Этот же режим включается при резком ускорении и в мощностном режиме.
5.Рабочий режим для систем вспрыска с обратной связью. В этом режиме на работу ЭБУ влияют показания датчика кислорода. От его показаний зависит длительность импульсов вспрыска. При этом если сигнал имеет низкое напряжение (обедненная смесь) или высокое напряжение (обогащенный состав смеси), то корректировка продолжается до достижения напряжения сигнала, соответствующему стехиометрическому составу смеси (режим постоянных переключений, свидетельствующих о работе датчика в нормальных условиях). Считается нормальным диапазоном регулировки топливоподачи по замкнутому контуру в пределах 20% коррекции топливной смеси. Значения выходящие за этот диапазон являются признаками неисправности компонентов системы. Если корректировка топливоподачи в режиме замкнутого контура вышла за пределы регулирования, то через какое-то время ЭБУ определит, что работа системы подачи топлива нарушилась и контроллер дает команду на включение лампы «проверь двигатель» и внесет в память соответствующий код ошибки, например, «обогащенная смесь». При этом система программно переключается в режим разомкнутого контура. В этом случае коррекцию топливной смеси ЭБУ осуществляет в соответствии показания датчиков расхода воздуха и частоты вращения коленвала, пользуясь с заложенными в ОЗУ ЭБУ данными.
6.Режим обогащения при ускорении. ЭБУ контролирует не только положение дроссельной заслонки, но и скорость ее перемещения. При резком изменении показания датчика процессор выдает команду о переходе в кратковременный режим резкого обогащения смеси. При этом длительность импульсов на форсунках увеличивается, что обеспечивает автомобилю быстрое ускорение. Датчик кислорода при этом отключается.
7.Режим мощностного обогащения. Для достижения максимальной мощности требуется обогащенная горючая смесь, и ЭБУ изменяет соотношение воздух/топливо приблизительно 12/1. Система в этом случае работает в режиме разомкнутого контура.
8.Режим обеднения при торможении. При торможении автомобиля с закрытой дроссельной заслонкой может увеличиться выброс в атмосферу токсичных веществ. Для предотвращения этого ЭБУ уменьшает подачу топлива в уменьшении угла открытия дроссельной заслонки и количества расхода воздуха.
9.Режим отключения подачи топлива при торможении двигателем. При торможении двигателем, т.е. при движении со включенной передачей и закрытой дроссельной заслонкой, ЭБУ может на короткое время полностью отключать импульсы впрыска. Условиями отключения импульсов вспрыска при торможении являются:
— Закрытая дроссельная заслонка.
— Скорость автомобиля выше 30 км/ч.
— Частота вращения коленчатого вала выше 1800 об/мин.
— Температура охлаждающей жидкости не ниже 20ºC.
ЭБУ отменяет режим отключения подачи топлива при торможении, если изменились следующие параметры.
— Дроссельная заслонка открылась на 2% и более.
— Скорость автомобиля ниже 30 км/час.
— Частота вращения коленчатого вала ниже 1800 об/мин.
— Выключение сцепление (резкое падение частоты вращения коленчатого вала).
10.Компенсация падение напряжения питания в бортовой сети. При падении напряжения схема зажигания может давать слабую искру, а время срабатывания клапанов форсунки увеличивается. ЭБУ компенсирует это увеличением длительности открытия форсунок и времени замкнутого состояния первичных обмоток катушек зажигания.
11.Режим аварийного отключения подачи топлива. При включенном зажигании топливо форсункой не подается, во избежание самовоспламенении смеси при перегретом двигателе. Кроме того импульсы вспрыска не подаются, если ЭБУ не получает сигналов с датчика положения коленчатого вала, что воспринимается как остановка ДВС. Отключение питания также происходит при превышении предельно допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя, равной примерно 6500 об/мин, для защиты двигателя от перегрузки.
12.Управление электровентилятором системы охлаждения. Электровентилятор включается и выключается ЭБУ в зависимости от температуры двигателя, частоты вращения коленчатого вала, работы кондиционера и других факторов. Электровентилятор включается с помощью вспомогательного реле в том случае, если температура охлаждающей жидкости превысит 101ºC или будет дан запрос на включение кондиционера. Выключение происходит после падения температуры охлаждающей жидкости ниже 97ºC, отключения кондиционера, или выключения двигателя. (Температура включения и выключения вентилятора зависит от программы в ЭБУ двигателя.)
13.Обнаружение и регистрация неисправностей. ЭБУ постоянно выполняет самодиагностику по некоторым функциям управления. При обнаружении неисправности ЭБУ заносит код ошибки в память, и включатся контрольная лампочка «CHECK ENGINE». О том, как правильно диагностировать неисправности в этих системах будет подробно рассказано в следующих статьях.

Как провести диагностику двигателя автомобиля своими силами? Читайте в следующем материале:

Диагностика инжекторных двигателей. Учебный курс для начинающих.

Онлайн курс: «Теория двигателей внутреннего сгорания»

Базовый онлайн-курс

Теория двигателей внутреннего сгорания

Просто и доступно: теория двигателя внутреннего сгорания буквально «на пальцах»

Купить курс

Попробовать бесплатно

Листайте ниже

• 11 онлайн-уроков

  Увлекательные видеолекции и иллюстрированные тексты

• Дополнительные материалы

  Статьи, видео, полезные ссылки

• Ответы на ваши вопросы

  Лично от автора курса

Алексей Пахомов

Автодиагност, преподаватель, автор обучающих видеокурсов

С каждым годом автомобили становятся все сложнее
и сложнее

К сожалению, в наших колледжах и ВУЗах не преподают автодиагностику, поэтому если вы хотите быть сегодня востребованным специалистом необходимо самостоятельно искать нужную информацию. Знания, которые вы получите на курсе, собирались мной по крупицам в течение 12 лет. Не теряйте времени, снова «садитесь за парту», совсем скоро вы станете самым лучшим мастером в городе!

Программа курса

Урок 1

Длительность: 45 минут

Что такое автомобильный двигатель?

Любой двигатель — это преобразователь энергии. Поговорим о конструкции и принципе работы двигателя внутреннего сгорания. Перечислим геометрические параметры поршневого двигателя и введем понятие о мощности и крутящем моменте.

Урок 2

Длительность: 30 минут

Моторные топлива и смазочные материалы

Моторное топливо – это углеводороды: сжатый и сжиженный газы, жидкие топлива. Рассмотрим их строение, способы получения, свойства. Отдельно поговорим о свойствах и маркировке автомобильных бензинов и дизельного топлива.

Урок 3

Длительность: 1 час 30 минут

Топливно-воздушная смесь и ее сгорание

Подробнее об уроке

Урок 4

Длительность: 45 минут

Система охлаждения двигателя

Подробнее об уроке

Урок 5

Длительность: 45 минут

Система смазки двигателя

Подробнее об уроке

Урок 6

Длительность: 45 минут

Механическая часть двигателя

Подробнее об уроке

Урок 7

Длительность: 45 минут

Механическая часть двигателя (продолжение)

Подробнее об уроке

Урок 8

Длительность: 45 минут

Оптимизация наполнения цилиндров

Подробнее об уроке

Урок 9

Длительность: 30 минут

Система управления двигателем

Подробнее об уроке

Урок 10

Длительность: 1 час

Системы зажигания современных автомобилей

Подробнее об уроке

Урок 11

Длительность: 1 час

Системы подачи топлива современных автомобилей

Подробнее об уроке

Отзывы выпускников

Тигран Вартанян

Здравствуйте Алексей. Обучающий видеокурс 3 DVD получил давно. Всё это время изучал по несколько раз. На какое-то время моя семья меня «потеряла». Давно собирался написать Вам своё мнение, так вот: ОГРОМНОЕ ВАМ СПАСИБО!


Очень много нового узнал, на не…

Показать полностью

Александр Матвеев

Диагностикой систем впрыска, да и вообще бензиновых двигателей, занимаюсь давно. Но в этом деле знаний никогда не будет много. Так и получилось, почти во всех лекциях нашел для себя что-то новое, о чем не знал. Информация преподносится до…

Показать полностью

Николай Фомин

Алексей Анатольевич, спасибо за курс. 20 лет ремонтирую двигатели, после просмотра курса на мотор посмотрел по-другому.

СПАСИБО!!!

Зузуля Алексей

Курс, конечно, просто супер! Это сложная наука — диагностика двигателей, обучение происходит, тем не менее, достаточно легко. Узнал очень много нового, получил ответы на вопросы, с какими приходиться сталкиваться у себя в автосервисе при выполн. ..

Показать полностью

Владимир Очеретяный

Здравствуйте, Алексей!


Я Ваш коллега — преподаватель Харьковского механического техникума им. А.А. Морозова. Мне нравится Ваш стиль изложения, нравится, как вы держите себя перед аудиторией. Ваши видеоуроки мне очень приятно смотреть. Я не о…

Показать полностью

Щетинкин Борис Леонидович

Спасибо, Алексей Анатольевич! Как тренер знаю, как выматывает любой тренинг, особенно когда отдаешься ему полностью.


Ваш системный подход к построению материала, методу преподавания достоин уважения. Поверьте человеку, который знает, что такое система, к…

Показать полностью

Артур Расулович

Мое мнение по поводу Пахомова!!! Все очень понятно и внимательно показывается, объясняется четко и корректно. Уважуха Братух!!! Я сам недавно запустил свою мастерскую, работаю диагностом. Приобрел видеокурсы у Пахомова, накупил оборудование все не…

Показать полностью

Мария Быкина

Сегодня диски получила. Просмотрели с мужем пока вводную лекцию, очень понравилось, затянуло, не заметили, как час прошел.

Как записаться на обучение?

Шаг 1

Занимайтесь
с компьютера,
телефона или планшета

Выбирайте для занятий любое удобное время

Повторяйте пройденный материал

Остались вопросы?

С радостью проконсультируем

8 800 234 48 84

Как работают автомобильные двигатели внутреннего сгорания

ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ

Что такое двигатель?

Проще говоря, двигатель — это группа взаимосвязанных частей, собранных таким образом, чтобы преобразовывать энергию в движение, которое, в свою очередь, можно использовать для выполнения работы. Бензиновые двигатели — это устройства внутреннего сгорания, в которых в качестве источника энергии используется бензин. Давайте построим один.

Если бы мы взяли прочную жестяную банку и брызнули в нее бензином, затем накрыли бы крышкой и подожгли ее через какое-нибудь отверстие сбоку, то взрыв подбросил бы крышку довольно высоко в воздух. Причина в том, что пары бензина смешивались с воздухом и образовывали очень взрывоопасную смесь, которая, в свою очередь, создавала чрезвычайно горячие газы, которые необходимо было выпускать. В этом случае сорвало верхушку.

Теперь, когда мы знаем, что можем сдвинуть что-то с помощью взрыва, почему бы не создать механическое устройство, которое может выполнять какую-то работу? Следовательно, если мы зацепим эту банку крышкой за стержень, который другим концом соединен с коленчатым валом — устройством, использующим эксцентриковые шейки для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, — а затем перевернут банку и жестко закрепим ее, то взрыв произойдет генератор будет толкать крышку и ее шток вниз, вращая коленчатый вал.

Не вдаваясь в явные недостатки вышеописанной конструкции, перейдем к тому, как устроены бензиновые двигатели.

Блок

Вместо банки нам нужен прочный, жесткий цилиндр, который просверливается в еще более прочном металле, обычно это тяжелая отливка из железа или алюминия, обычно называемая блоком цилиндров.

Поскольку мы отливаем блок, почему бы не предусмотреть в отливке несколько каналов, которые можно заполнить водой, чтобы поддерживать постоянную температуру при работающем двигателе? Кроме того, давайте спроектируем некоторые другие проходы, чтобы можно было перекачивать масло для смазки движущихся частей.

Мы можем обработать блок после отливки, чтобы создать однородный цилиндр известного размера. Кроме того, мы можем просверлить и нарезать различные отверстия в блоке, чтобы разместить крепежные детали, которые в конечном итоге будут скреплять части двигателя.

Части времени!

Поршень Часть, которую мы будем перемещать при взрыве топлива, это поршень. Хотя в старых автомобилях использовались железные поршни, все поршни после Второй мировой войны сделаны из литого или кованого алюминия и имеют размер примерно на 10 тысяч дюймов меньше размера цилиндра, чтобы учесть тепловое расширение. Поршни должны быть достаточно высокими, чтобы избежать опрокидывания в сторону при движении вверх и вниз по цилиндру. Они также должны быть легкими, чтобы уменьшить инерционные силы, которым они подвергаются, поэтому все современные поршни полые.

Поршень, как описано выше, будет достаточно хорошо двигаться вниз по отверстию цилиндра, но значительное количество взрывной силы будет «просачиваться» через стороны. Чтобы ограничить эту проблему, поршни имеют канавки по окружности с несколькими разнесенными каналами. В этих каналах размещены кольца из пружинной стали или железа, которые постоянно оказывают давление на стенку цилиндра, герметизируя большую часть продуктов сгорания. Большинство поршней имеют два компрессионных кольца и одно масляное кольцо.

Примерно на полпути в поршне просверливается отверстие точного размера по диаметру для удерживания поршневого пальца или поршневого пальца.

Шатун Поршень соединен с коленчатым валом посредством шатуна. Это сверхмощное высококачественное устройство, которое прижимается поршнем. На другом его конце находится круглый фиксатор подшипника, который перемещается по коленчатому валу, когда он движется по своей эксцентричной окружности. Шток соединен с поршнем через поршневой палец.

Зачем поршню штифт? Ну, если подумать, поршень движется прямо вверх и вниз, а шток качается вперед и назад вслед за коленчатым валом. Следовательно, шток должен иметь возможность двигаться в том месте, где он прикреплен к поршню, а штифт допускает это маятниковое движение.

Коленчатый вал Возможно, сердцем двигателя является коленчатый вал. Он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать огромную силу движущегося стержня вместе с другими нагрузками, которые он выдерживает. На его переднем конце находится шкив, который приводит в движение аксессуары двигателя, а на заднем конце находится маховик, который приводит в движение трансмиссию и остальную трансмиссию. Блок двигателя имеет отлитые в нем точки, на которых крутится коленчатый вал, называемые шейками. В одноцилиндровом двигателе коленчатый вал должен поддерживаться как минимум двумя шейками, поскольку силы, создаваемые взрывами, должны распределяться во всех направлениях одинаково без смещения центральной линии коленчатого вала.

Подшипники Очевидно, что любая движущаяся часть, такая как коленчатый вал, шатун, поршневые пальцы и т. д., должна создавать как можно меньшее трение, иначе все будет царапать, истирать и нагреваться так сильно, что части будут сварены друг с другом. Для этого производители используют подшипниковые материалы и масло. Коленчатый вал и шатунные шейки содержат вкладыши подшипников из молибдена и других специальных материалов, между которыми проходят тонкие масляные пленки под давлением. Об этом позже…

Теперь у нас есть двигатель, верно?

Нет, не знаем. На данный момент у нас есть блок, коленчатый вал, поршень и шток в сборе, которые будут вращаться, но у нас нет никакого способа изолировать цилиндр сверху, чтобы взрыв мог сдвинуть поршень вниз. Также отсутствуют некоторые другие элементы, такие как подача топлива, выброс выхлопных газов и источник воспламенения, но мы вернемся к этому в свое время. Во-первых, нам нужно создать камеру сгорания, чтобы было место для воспламенения топливно-воздушной смеси.

Чтобы сделать это в простейшей форме, все, что нам действительно нужно сделать, это прикрутить плоский кусок тяжелого металла к верхней части цилиндра, оставив пространство между ним и верхней частью поршня. Назовем это головкой блока цилиндров. Головка блока цилиндров, конечно, съемная, но мы не можем снять ее и впрыснуть немного топлива, а затем поставить ее обратно и поджечь топливо каждый раз, когда нам нужен рабочий ход поршня, не так ли? Нам нужен какой-нибудь порт для подачи топлива и еще один порт для выпуска выхлопных газов.

Клапаны Итак, мы проделали пару отверстий в головке блока цилиндров, одно для подачи топлива/воздуха, а другое для выпуска выхлопных газов, но если наш двигатель будет работать, нам нужно найти способ запечатайте их в нужное время. Это делается с помощью клапанов, которые представляют собой прочные металлические предметы, состоящие из штока и широкой конической головки. Нам нужны впускной и выпускной клапаны. Угол конусности на головке клапана повторяется в его «посадочном месте» в отверстии головки цилиндров, что обеспечивает уплотняющую поверхность.

Для того, чтобы клапаны должным образом герметизировали порты в головке цилиндров, нам нужно поместить пружины вокруг штоков и прикрепить их зажимом какого-либо типа, обычно называемым «держателем».

Мы приближаемся к работающему двигателю, но нам нужно придумать способ открывать и закрывать клапаны в нужное время. Мы обсудим это в ближайшее время, но сначала нам нужно рассмотреть различные циклы, которые должен пройти двигатель, обычно называемые тактами.

Типовой узел клапана для двигателя с плоской головкой.

Все, что нам нужно сделать сейчас, это повернуть распределительный вал и синхронизировать открытие клапана с правильным ходом. Раз коленвал вращается, то почему бы не соединить его с распредвалом либо системой шестерен, либо цепью? Это именно то, что делают производители, а компоненты обрабатываются и маркируются так, чтобы во время сборки сохранялось правильное соотношение между ходом поршня и открытием клапана, фазами газораспределения.

Однако важно помнить, что частота вращения распределительного вала составляет половину частоты вращения коленчатого вала. В четырехтактном двигателе каждый клапан открывается только через каждый второй оборот, поэтому распределительный вал поворачивается на один оборот за каждые два оборота коленчатого вала.

Масса маховика помогает сгладить движение коленчатого вала.

Масса маховика используется для поглощения вибраций двигателя и поддержания вращения коленчатого вала в течение следующих трех тактов, что обеспечивает плавную работу двигателя.

Маховик

Двигатель, который мы собрали выше, будет довольно сильно вибрировать, так как он имеет один большой рабочий ход и четыре смены направления поршня каждые два оборота. Нам нужно что-то, чтобы погасить вибрации. Кроме того, нам нужно что-то тяжелое, прикрепленное к коленчатому валу, чтобы помочь силам инерции поддерживать вращение коленчатого вала достаточно долго, чтобы пройти все четыре такта. Кроме того, нам нужно что-то прикрепленное к коленчатому валу, к которому мы можем прикрепить необходимые детали для передачи мощности двигателя, не говоря уже о его запуске.

Все эти проблемы можно решить с помощью маховика, большого тяжелого диска, который крепится болтами к задней части коленчатого вала. По окружности маховика можно установить зубчатый венец, который может включаться электростартером. Поверхность маховика может быть обработана и нарезана резьба для установки узла сцепления или, в случае автоматических трансмиссий, сам маховик может иметь более легкую конструкцию (называемую гибкой пластиной), усиленную преобразователем крутящего момента трансмиссии.

Еще кое-что

Поскольку коленчатый вал имеет маховик на одном конце, его масса будет создавать силы, которые заставят коленчатый вал слегка прокручиваться на другом конце, вызывая вибрацию. Чтобы противодействовать этой вибрации, производители используют балансировочный диск специальной конструкции, прикрепленный к переднему концу коленчатого вала, который называется гармоническим балансиром. Этот диск обычно состоит из двух отдельных частей, залитых резиной или каким-либо синтетическим компаундом. Резина поглощает дифференциальное движение двух частей. Размер и вес гармонического балансира зависят от конструкции конкретного двигателя.

Резюме

Независимо от размера двигателя (рабочего объема), количества цилиндров, формы ряда цилиндров, мощности и т. д., он будет содержать те же основные детали, что и двигатель, который мы здесь обсуждали. Детали могут быть расположены по-разному и в разных местах внутри/на двигателе, но вы всегда найдете основные детали, просто их больше. Четырехцилиндровый двигатель будет иметь четыре поршня, восемь клапанов (как минимум!), восемь толкателей и так далее, и так далее…

Четырехтактный цикл

Бензиновая жидкость не горит, а ПАР бензина горит, да еще как! Нам нужно сделать все возможное, чтобы создать много пара, начиная со смешивания бензина с воздухом в идеальном соотношении — примерно 14 частей воздуха на 1 часть бензина.

Поскольку поршень (и его кольца) в двигателе образует достаточно плотное уплотнение, топливно-воздушная смесь может быть сжата. При сжатии капли топлива распадаются на еще более мелкие частицы, а температура топливно-воздушной смеси повышается, что облегчает ее воспламенение. Так, если ввести топливо и воздух в цилиндр, когда поршень находится внизу, а затем закрыть впускной клапан, то он максимально сожмет смесь.

Эй! Если поршень может сжимать смесь, значит, когда она движется вниз по цилиндру, она может создавать вакуум, верно? Правильно, и мы можем использовать этот вакуум для всасывания топливно-воздушной смеси, открыв впускной клапан до того, как поршень начнет опускаться.

Теперь мы к чему-то пришли. Предполагая, что мы запускаем двигатель стартером, первый такт, с которым мы столкнемся, — это такт впуска. Маховик вращает коленчатый вал, опуская шток и поршень. Одновременно мы открыли впускной клапан, впустив топливно-воздушную смесь, втянутую вакуумом. Поршень достигает дна цилиндра и мы закрываем впускной клапан.

Поршень поднимается, сжимая смесь и завершая такт сжатия. Когда он достигает вершины, мы можем поджечь смесь. Бензиново-воздушная смесь взрывается с фронтом пламени (скоростью, при которой происходит взрыв) 2500 футов в секунду, что примерно соответствует скорости взрыва динамита.

Этот взрыв толкает поршень вниз в рабочем такте. Теперь двигатель работает сам. Когда поршень достигает дна цилиндра, инерция коленчатого вала и маховика заставляют продолжать вращение. Если мы откроем выпускной клапан в этот момент, движение поршня вверх выталкивает сгоревшие газы, создавая такт выпуска.

Вот вам стандартный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Четыре такта — впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск — на каждый приходится пол-оборота коленчатого вала. Интересно отметить, что четыре такта занимают два полных оборота коленчатого вала, в течение которых только одна четвертая часть времени, затрачиваемого двигателем, создает мощность.

Как открываются клапаны?

На данный момент должно быть очевидно, что мы не придумали способ открывать и закрывать клапаны. Очевидно, мы хотим, чтобы коленчатый вал выполнял эту работу, а не пытался вручную открывать и закрывать их. Разработчики двигателей давно решили эту проблему.

Если мы выточим круглый вал, лежащий под штоком клапана, и вставим его концы в подшипники, мы получим начало чего-то, что сделает эту работу за нас. Путем обработки выступа на валу, называемого выступом кулачка, этот выступ можно использовать для толкания штока вверх при вращении вала. Размер выступа определяет величину подъема и, следовательно, количество времени, в течение которого клапан будет открыт. Этот вал называется распределительным валом.

Из соображений экономии мы не хотим обрабатывать два распределительных вала, один для впускных клапанов, а другой для выпускных клапанов. Вместо этого мы можем разместить один распределительный вал в центре, и на этом валу мы можем обработать впускные и выпускные лепестки в их надлежащих местах. Поскольку мы не хотим удлинять шток клапана или сгибать его, чтобы перейти к распределительному валу, мы можем изготовить круглый стержнеобразный блок, который будет следовать за кулачком и, в свою очередь, толкать шток клапана. Это устройство называется толкателем клапана. Если мы добавим какой-то механизм регулировки длины (рисунок на стр. 17) между толкателем и штоком, то теперь у нас будет клапанный механизм, состоящий из распределительного вала, толкателя, регулятора, штока, пружины и держателя.

data-matched-content-ui-type=»image_card_stacked»
число строк-содержимого с сопоставлением данных = «3»
число столбцов с соответствующим содержанием = «1»
data-ad-format=»авторасслабленный»>

Как работают автомобили — Как работает автомобильный двигатель

Процесс работы автомобиля намного проще, чем вы думаете. Когда водитель поворачивает ключ в зажигании:

• Автомобильный аккумулятор заряжает отправку
• Питание на стартер, который
• Вращает коленчатый вал, который
• Приводит в движение поршни
• При движении поршней двигатель запускается и тикает более
• Вентилятор всасывает воздух в двигатель через воздушный фильтр
• Воздушный фильтр удаляет грязь и песок из воздуха
• Очищенный воздух всасывается в камеру, в которую добавляется топливо (бензин или дизельное топливо)
• Эта топливно-воздушная смесь (испаренный газ) хранится в камере
• Водитель нажимает на педаль акселератора
• Дроссельная заслонка открыта
• Газовоздушная смесь проходит через впускной коллектор и через впускные клапаны распределяется по цилиндрам. Распределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов.
• Распределитель вызывает искру свечей зажигания, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь. В результате взрыва поршень движется вниз, что, в свою очередь, приводит к вращению коленчатого вала.

В цилиндрах происходит волшебство, которое придает мощность и движение колесам автомобиля. Большинство автомобильных двигателей используют четырехтактный цикл сгорания. Этот цикл начинается с поршня в верхней части цилиндра. Тогда:

Внутри автомобильного цилиндра

Четырехтактный цикл сгорания

Такт впуска: впускной клапан открывается, и поршень движется вниз, позволяя топливно-воздушной смеси выйти в открытое пространство.

Такт сжатия: поршень движется вверх. Это сжимает топливно-воздушную смесь, заставляя ее занимать меньше места. Сжатие заставляет топливно-воздушную смесь взрываться с большей силой.

Цикл питания: Искра от свечи зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Взрыв толкает поршень вниз по цилиндру.

Выпускной цикл: выпускной клапан открывается, и поршень возвращается к верхней части цилиндра, что вытесняет выхлопные газы.

Нижняя часть каждого поршня крепится к коленчатому валу.

Когда поршни перемещаются вверх и вниз, они вращают коленчатый вал, который после передачи мощности через трансмиссию вращает колеса.

Большинство автомобилей имеют как минимум четыре цилиндра. У более мощных автомобилей их больше. Например, у V6 шесть цилиндров, а у V8 восемь.

Чем сильнее водитель нажимает на педаль акселератора, тем больше топливно-воздушной смеси поступает в цилиндры и тем больше вырабатывается мощность.

Сколько оборотов в минуту?

Четырехтактный цикл повторяется тысячу раз в минуту. Эти повторения более известны как Откр.

Счетчик оборотов показывает, сколько тысяч раз в минуту повторяется цикл.

Трансмиссия

Управляет мощностью коленчатого вала перед тем, как она поступит на колеса, и позволяет водителю контролировать скорость/мощность автомобиля, обеспечивая различные соотношения скорости/мощности, известные как шестерни.

Итак, первая передача дает много мощности, но мало скорости, тогда как пятая передача дает мало мощности, но много скорости.

Коленчатый вал соединяется с коробкой передач только при включенной передаче и включенном сцеплении. При нажатии на сцепление коленчатый вал отсоединяется от коробки передач.

Трансмиссия соединена с выходным валом, который соединен с осями, которые соединены с колесами. Когда трансмиссия вращает выходной вал, это приводит к вращению осей, которые, в свою очередь, вращают колеса.

Другие ключевые компоненты автомобилей и автомобильных двигателей

Генератор переменного тока : превращает механическую энергию в электрическую. Эта энергия питает электрику автомобиля, от фар до дворников. Он также заряжает автомобильный аккумулятор. Ремень, который вращается при включении двигателя, приводит его в действие.

Тормоза : в автомобилях используются барабанные или дисковые тормоза. Дисковые тормоза используют суппорт, чтобы прижать диск колеса, чтобы замедлить колесо. Барабанные тормоза работают по тому же принципу, однако барабанный тормоз давит на внутреннюю часть барабана.

Распределительный вал : управляет открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов.

Система охлаждения : автомобильные двигатели выделяют много тепла. Это тепло нужно контролировать. Для этого вода прокачивается через каналы, окружающие цилиндры, а затем охлаждается через радиаторы.

Распределитель : управляет катушкой зажигания, заставляя ее искрить точно в нужный момент. Он также распределяет искру в нужный цилиндр и в нужное время. Если время сбито на долю, двигатель не будет работать должным образом.

Выхлопная система : после сгорания топливно-воздушной смеси оставшийся газ поступает в выхлопную систему и выбрасывается из автомобиля. Если присутствует каталитический нейтрализатор, выхлопные газы проходят через него, и любое неиспользованное топливо и другие определенные химические вещества удаляются.

Ручной тормоз : это отдельная система от ножного тормоза. Как правило, он устанавливается на полу автомобиля и соединяется тросом с двумя задними колесами.

Прокладка головки блока цилиндров : головка блока цилиндров (блок, который герметизирует все верхние части цилиндров) и блок цилиндров (который содержит основные корпуса цилиндров) являются отдельными компонентами, которые должны идеально подходить друг к другу. Прокладка головки блока цилиндров представляет собой кусок металла, который находится между ними и соединяет их.

Масло : автомобильный двигатель состоит из множества движущихся частей. Масло смазывает эти части и позволяет им двигаться плавно. В большинстве автомобильных двигателей масло выкачивается из масляного поддона через фильтр, удаляющий любую грязь, а затем под высоким давлением разбрызгивается на подшипники и стенки цилиндров. Затем масло стекает в поддон, где процесс начинается заново.

Регулятор : регулирует количество энергии в генераторе.

Амортизаторы : также известные как амортизаторы, устанавливаются между кузовом автомобиля и осью для предотвращения чрезмерного раскачивания и раскачивания кузова автомобиля во время движения.

Система подвески : противодействует ударам по неровностям дороги. Без такой системы автомобиль, конечно, вилял бы каждый раз, когда шины наталкивались на кочку или выбоину. Система состоит из пружин и амортизаторов. Пружины поглощают любую энергию, высвобождаемую, когда шины катятся по неровностям, а амортизаторы поглощают энергию пружин. Это делает основной корпус автомобиля устойчивым и устойчивым.

Ремень ГРМ : ремень, соединенный как с распределительным валом, так и с коленчатым валом, обеспечивающий их синхронную работу.

В чем разница между бензиновым и дизельным двигателем?

В бензиновых двигателях топливо смешивается с воздухом и затем нагнетается в цилиндры, где топливно-воздушная смесь сжимается поршнями и воспламеняется свечами зажигания.