2. Из каких механизмов и систем состоит двигатель внутреннего сгорания. Принцип работы 4-х тактного дизельного и карбюраторного двигателя.
Бывают двигатели с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д. Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах. На большинстве современных автомобилей установлены двигатели внутреннего сгорания. Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания.
Основными частями поршневого ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система. Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение - нижняя мертвая точка (НМТ).
Принцип работы. Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ. В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий цикл происходит следующим образом: 1. Такт впуска. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь. 2. Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении
коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются. 3. Такт расширения или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной
клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 -0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С0. 4. Такт выпуска. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.
В четырехтактном двигателе дизеле рабочие процессы происходят следующим образом: 1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С0. 2. Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к BMТ в цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом. 3. Такт расширения, или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс cгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000 С0. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ в НМТ - происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до 700 - 900 С0. 4. Такт выпуска. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С0. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
studfiles.net
Категория:
Устройство и работа двигателя
Механизмы и системы поршневого двигателя внутреннего сгоранияКарбюраторный и газовый четырехтактные поршневые двигатели имеют следующие механизмы и системы: кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему охлаждения, систему смазки, систему питания и систему зажигания.
Кривошипно-шатунный механизм служит для осуществления рабочего цикла двигателя и преобразования поступательного двиягения поршня во вращательное движение вала. В кривошипно-шатунный механизм двигателя входят цилиндр (рис. 1) с головкой, поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун и коленчатый вал. Механизм установлен в картере, закрытом снизу поддоном. На конце коленчатого вала закреплен маховик.
Поршень, представляющий собой металлический стакан, установлен в цилиндре с небольшим зазором и уплотнен поршневыми кольцами. Поршень перемещается внутри цилиндра. При помощи пальца поршень шарнирно соединен с шатуном. Нижней головкой шатун шарнирно соединен с шатунной шейкой коленчатого вала. Коренными шейками вал лежит в подшипниках, установленных в картере, и может в них свободно вращаться.
Механизм газораспределения служит для впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска отработавших газов. В верхней части цилиндра расположены клапаны , которые управляются деталями механизма газораспределения. Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь; через выпускной клапан отработавшие газы выходят в атмосферу.
Система охлаждения служит для отвода тепла от стенок цилиндра и его головки, сильно нагревающихся от горячих газов при работе двигателя. Цилиндр и головка имеют двойные стенки, образующие водяную рубашку, в которой циркулирует с помощью водяного насоса 6 охлаждающая цилиндр вода (или другая жидкость). При воздушном охлаждении цилиндры охлаждаются омывающим их воздухом.
Рис. 1. Основные механизмы и системы четырехтактного карбюраторного поршневого двигателя
Система смазки обеспечивает подачу масла ко всем трущимся деталям двигателя, в результате чего уменьшаются трение между деталями и их износ. Масло наливается в поддон картера двигателя и при помощи масляного насоса по трубкам и каналам подводится ко всем трущимся деталям.
Система питания служит для приготовления горючей смеси, которая подается внутрь цилиндра. Горючая смесь получается в карбюраторе или в смесителе, укрепленном на впускном трубопроводе.
Система зажигания служит для воспламенения смеси, находящейся в цилиндре двигателя. Зажигание производится электрической искрой с помощью свечи зажигания. Электрический ток, необходимый для зажигания смеси, вырабатывается приборами, входящими в систему зажигания.
В четырехтактном дизеле нет системы зажигания, так как смесь воспламеняется вследствие нагревания воздуха при его сжатии. Система питания имеет другое устройство и действие.
Двухтактные двигатели имеют те же основные механизмы и системы, что и четырехтактные, но отличаются по устройству и действию механизма газораспределения.
Читать далее: Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания
Категория: - Устройство и работа двигателя
stroy-technics.ru
1. Механизмы и системы двигателя и их назначение.
2. Кривошипно-шатунный механизм.
3. Газораспределительный механизм.
1.Поршневой ДВС состоит из следующих механизмов и систем:
1) К.Ш.М.
2) Г.Р.М.
3) Система охлаждения
4) Система смазки
5) Система зажигания
6) Система пуска
1)К.Ш.М. – воспринимает давление газов и преобразовывает прямоленейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
2)Г.Р.М. – предназначен для открытия и закрытия клапанов, что необходимо для впуска в цилиндр горючей смеси (карбюрат. и газовые двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов.
3)Система охлаждения – предназначена для обеспечения нормального температурного режима работы двигателя.
4)Система смазки – обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям для уменьшения трения, снижения износа и отвода теплоты от контактирующих поверхностей.
5)Система питания служит для подачи отдельно топлива и воздуха в цилиндры дизеля, или для приготовления
горючей смеси из мелко распыленного топлива и воздуха, и подвода смеси к цилиндрам карбюраторного или газового двигателя.
6)Система зажигания обеспечивает воспламенение рабочей смеси в карбюраторных или газовых двигателях.
7)Система пуска служит для проворачивания коленчатого вала двигателя при его пуске.
2.К.Ш.М.( Кривошипно-шатунный механизм)
В состав К.Ш.М. двигателя входят две группы деталей:
а) неподвижные
б) подвижные
а) К неподвижным деталям относятся:
1.Блок цилиндров, служащий остовом двигателя
2.Цилиндры
3.Головка блока, или головка цилиндров
4.Поддон картера
б) Подвижными деталями являются:
1.Поршни с кольцами пальцами
2.Шотун
3.Коленчатый вал
4.Маховик
а)1.Блок цилиндров.
Блок цилиндров представляет собой литой корпус, снаружи и внутри которого монтируются все механизмы и системы двигателя.
Бывают: однорядный, двухрядный и V-образный (Ð 90o)
Блоки цилиндров отливаются из серого чугуна (у двигателей автомобилей семейства ЗИЛ; КАМАЗ; МАЗ; ГАЗ-(грузовые) и ВАЗ) или из алюминиевого сплава (ДВС “Волга”; “Москвич” 2140).
Нижняя часть блока картером в литых поперечинах которого расположены опорные гнезда для подшипников коленчатого вала.
В средней части блока имеются отверстия для установки подшипников скольжения под опорные шейки распредвала.
К нижней части блока крепится стальной штампованный поддон, служащий резервуаром для масла.
Блок двигателя пронизан каналами по которым из поддона масло подается к трущимся поверхностям.
В отливке блока цилиндров имеется “рубашка” для жидкостного охлаждения, т.е. полость между стенками блока и наружной поверхностью вставных гильз цилиндров.
К передней части блока крепится крышка распределительных шестерен, а к задней картер сцепления.
2.Цилиндры.
Рабочая поверхность цилиндров является направляющей при движении поршня и вместе с ним и головкой блока образует замкнутое пространство в котором происходит рабочий процесс двигателя.
Внутренняя поверхность цилиндра обрабатывается с высокой степенью точности для плотного прилегания колец и поршня, поэтому она называется зеркалом цилиндра.
Цилиндры могут быть отлиты как одно целое вместе с блоком или изготовлены отдельно от блока в виде вставных гильз, последние подразделяются на сухие и мокрые.
1- Прокладка
2- Сухая гильза
3- Рубашка охлаждения
4- Блок цилиндров
Сухая гильза L = 40-50мм.
 |
 |
5-резиновые уплотнительные кольца
С дополнительной вставкой ЗИЛ-130; ГАЗ-24:
Вставки выполняются из легированного чугуна из износо – и корозионностойкого.
3.Головка блока и головка цилиндров.
Головка блоков представляет собой литую конструкцию имеющую камеры сгорания и полости для охлаждающей жидкости. (ГАЗ-51; ГАЗ-52)(старые двигатели).
В современных двигателях применяется головка цилиндров, в которой размещены камера сгорания впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания или форсунки, в головке цилиндров крепятся детали и узлы клапанного механизмов.
Значительное влияние на процесс смесеобразования оказывает форма камеры сгорания.
Формы камер сгорания.
Карбюраторные ДВС:
 |
|||||
 |
 |
||||
Цилиндрическая Полусферическая Клиновая
 |
|||||
 |
|||||
 |
|||||
Неразделенная С предкамерой С вихрекамерой
б) Подвижные детали К.Ш.М.
Поршень.
При такте рабочего хода поршень воспринимает давление газов и передает его через шатун на коленчатый вал.
Поршень состоит из трех основных частей: Днища, уплотняющей части с прорезями для колец и юбки.
В карбюраторных двигателях наибольшее распространение получили поршни с плоским днищем.В дизельных с фасонным днищем.
Днище 1 и уплотняющая часть 2 составляют головку поршня, на которой располагаются компрессионные и маслосъемные кольца.
Юбка поршня является направляющей при движении поршня в цилиндре и имеет тепловые разрезы предотвращающие заклинивание поршня при нагреве.
При нормальном тепловом режиме ДВС зазор между юбкой и зеркалом цилиндра должен быть 0,04-0,08мм (80-90оС)
Поршни изготавливаются как правило из легких кремниевых алюминиевых сплавов для уменьшение их массы.
При комплектовании двигателя масса поршней не должна отличаться более чем на 2-8г.
Уплотняющая часть.
Типы компрессных колец.
· 
· цилиндрическое
·
· с конической наружной поверхностью
 |
кольцо с фаской на внутренней стороне
кольцо с выточкой на внутренней стороне
Шатун.Служит для соединения поршня с кривошипом коленчатого вала.
Изготавливается методом штамповки из чугуна или легированной стали.
Крышка и шатун делаются из одного материала и обрабатываются совместно, поэтому на них наносят метки, и их замена не допустима.
Для лучшей уравновешенности К.Ш.М. разница в массе шатунов не должна превышать 6-8г.
Коленчатый вал.
Коленчатый вал преобразует силы передающиеся поршнями крутящий момент коленчатого вала.
Коленчатый вал изготавливают штамповкой из легированных сталей или отливают из высоко прочных магниевых чугунов (ДВС – ЯМЗ; ВАЗ; ЗАЗ).
Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил. Внутри коренных шатунных шеек и щеках, КВ проходят масляные каналы для смазки подшипников скольжения.
Задний конец КВ имеет отверстие для установки подшипника первичного звена КПП и фланец 5 для крепления маховика.
Передний конец – предназначен для установки храповика пусковой рукоятки, шестерни газораспределения и шкива привода вентилятора, жидкостного насоса и генератора.
Если с обеих сторон шатунной шейки расположены коренные шейки, то такой КВ называется полно опорным.
Форма коленчатого вала и расположение его кривошипов зависти от числа коренных опор, а также принятого порядка чередования рабочих ходов – порядка работы цилиндров.
Для равномерной работы многоцилиндрового двигателя необходимо, чтобы РХ отдельных цилиндров совершались через равные углы поворота КВ.
Для 4-х цилиндрового ДВС 720о/40о
В 6-ти цилиндровом 720о/60о
В 8-ми цилиндровом 720о/8о
Схемы кривошипов
4-х цилиндровый однорядный ДВС
ВАЗ, ГАЗ, М-2140
6-ти цилиндровый однорядный
ЗИЛ-157
6-ти цилиндровый V образный
ЯМЗ-236
8-ми цилиндровый V образный
ЗИЛ-130, ГАЗ-53, КАМАЗ
Порядок работы ДВС.
4-х цилиндровые: 1-3-4-2 – ВАЗ; Москвич
1-2-4-3 – Волга, УАЗ.
6-ти цилиндровые (однорядные): 1-5-3-6-2-4 –
ЗИЛ-157, ГАЗ-52-04.6-ти цилиндровые V образные: 1-4-2-5-3-6 – ЯМЗ-236
8-ми цилиндровые V образные: 1-5-4-2-6-3-7-8
ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, ЗИЛ-130, КАМАЗ-5320.Маховик.
Служит для обеспечения вывода поршней из мертвых точек, более равномерного вращения коленчатого вала многоцилиндрового двигателя при его работе в режиме холостого хода, облегчение пуска двигателя, снижения кратковременных перегрузок при трогании автомобиля с места и передачи крутящего момента агрегатам трансмиссии.
Моховик изготавливается из чугуна и динамически балансируется совместно с коленчатым валом двигателя. Крепится к фланцу заднего конца КВ болтами, и строго центрируется.На обод маховика напрессовывается зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя.
На торце или ободе маховика наносят метки, для определения ВМТ поршня первого цилиндра для установки зажигания или момента впрыска для дизелей.
3.Газораспределительный механизм.
Газораспределительный механизм по расположению клапанов бывает:
а) с нижним расположением (клапаны расположены в блоке цилиндров) ГАЗ-52-04; ЗИЛ-157; ГАЗ-69.
б) с верхним расположением клапанов (клапаны расположены в головке цилиндров) ГАЗ-53; КАМАЗ; ЗИЛ; ВАЗ; Москвич.Клапаны, перекрывающие впускные отверстия называются – впускными, а перекрывающие выпускные отверстия – выпускные. 
Фазы газораспределения.
Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек называется фазами газораспределения.
При рассмотрении работы ДВС мы условно принимали, что открытие и закрытие клапанов происходит в моменты нахождения поршня в мертвых точках. Однако в действительности это не так.
Это связано с тем, что время, приходящееся на заполнение и освобождение цилиндра очень мало и при максимальной частоте вращения КВ оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие будет происходить точно в мертвых точках, то наполнение и очистка цилиндра будет недостаточна.
Поэтому моменты открытия и закрытия клапанов В 4-х тактных двигателях происходит с некоторым опережением или запаздыванием относительно положения поршней в ВМТ и НМТ.
Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения.
Угловой интервал a+b вращение коленвала, при котором оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов.
Углы опережения и запаздывание открытие клапанов делают тем больше, чем больше частота вращения коленчатого вала, при которой развивается максимальная мощность.
Правильность установки газораспределения определяется точностью зацепления зубчатых колес по имеющимся на них меткам или расположением метки на ведущей звездочки (двигатели ВАЗ) против специального прилива на блоке цилиндров.
Для примера приведу несколько цифр:
|
Наимен. клапанов. |
ВАЗ-2106 |
ГАЗ-3102 |
ГАЗ-5312 |
ЗИЛ-130 |
МАЗ-5335 |
КАМАЗ-5320 |
|
Выпускн. клапан открытие до ВМТ закр. После НМТ продолж. Впуска Выпукн. Клапан открытие до НМТ закритие после ВМТ продолж. Впуска Перекрытие |
12 40 232
42 10 232 22 |
12 60 252
54 18 252 30 |
36 52 268
70 18 268 54 |
31 83 294
67 47 294 78 |
20 46 246
66 20 266 40 |
13 49 242
66 10 256 23 |
Необходимо отметить, что эти фазы распределения являются расчетными и действительны при соблюдении необходимых тепловых зазоров между стержнем клапана и бойком коромысла (ЯМЗ, КАМАЗ, ЗИЛ, ВОЛГА, МОСКВИЧ, ГАЗ-53), или между кулачком распредвала одноплечным рычагом - автомобили ВАЗ заднеприводные, или между кулачком распредвала и регулировочной шайбой клапана автомобили ВАЗ переднеприводные.
ГАЗ-53 – 0,35мм
ЯМЗ-238 – 0,25 – 0,30мм
ВАЗ-2103,06,05 – заднеприводные – 0,15
ВАЗ-2108,09 – 0,2+-0,05 для впускных клапанов
0,35+-0,05 для выпускных
www.mehnnik.dostavimrozi.kz
Двигатель – устройство, преобразующее любой вид энергии в механическую работу. В легковых автомобилях широкое применение нашли двигатели, преобразующие тепловую энергию в механическую работу. Назначением двигателя является создание энергии, необходимой для обеспечения движения автомобиля в различных дорожных условиях.
Двигатель внутреннего сгорания представляет собой установку, состоящую из основного источника энергии механизмов и систем, обслуживающих и обеспечивающих необходимый режим его работы. Работа двигателя основана на преобразовании тепловой энергии, возникающей при горении топливно-воздушной смеси, в механическую энергию В легковых автомобилях наибольшее распространение получили двигатели поршневого типа, тепловая энергия в которых преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня, превращаемое затем во вращательное движение коленчатого вала.
Снижение массы и повышение надежности двигателя осуществляется применением легких сплавов металлов, уменьшением размеров отдельных деталей двигателя и новых способов соединения деталей двигателя между собой.
К основным мероприятиям по повышению мощности и снижению токсичности при сохранении или улучшении экономических характеристик можно отнести:
Рис. Рабочий цикл четырехтактного четырехцилиндрового двигателя: 1 — впуск; 2 — сжатие; 3 — рабочих ход; 4 — выпуск
ustroistvo-avtomobilya.ru
