Рабочий цикл четырёхтактного ДВС

А б в

Рис.3.ДВС:

а - поршневой ДВС (Daimler-Benz DB 602.jpg); б - роторный ДВС (Mazda rotary

engine early.jpg): в традиционном четырехтактном поршневом двигателе один и тот же цилиндр используется

для разных процессов - впуска, сжатия, сгорания и выпуска. Роторный двигатель позволяет осуществлять каждый из этих

процессов в разных частях корпуса; в - газотурбинный ДВС.

Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС.

Сегодня ДВС прочно заняли свою нишу в технике благодаря достоинствам поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются:

▬ автономность;

▬ универсальность (сочетание с различными потребителями);

▬ невысокая стоимость;

▬ компактность;

▬ малая масса;

▬ возможность быстрого запуска;

▬ многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания относятся к относительно несовершенному типу тепловых машин, имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся:

─ высокая сложность в проектировании, изготовлении, и обслужи-

вании;

─ высокий уровень шума;

─ большая частота вращения коленчатого вала;

─ токсичность отработавших газов;

─ относительно невысокий ресурс;

─ необходимость охлаждения и смазки;

─ сложная система зажигания;

─ большое количество изнашиваемых частей;

─ высокое потребление горючего;

─ низкий коэффициент полезного действия.

и т.д.

Поэтому ДВС очень широко распространены – например:

▬ на транспорте;

▬ в строительной технике.

Краткая классификация ДВС строительных и дорожных машин.

Все применяемые на машинах поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим основным признакам:

А). По назначению:

● стационарные;

● наземно-транспортные;

● судовые;

● авиационные;

Б). По способу осуществления газообмена:

● двухтактные – рабочий цикл осуществляется за два такта, что со-

ответствует двум ходам поршня от одного крайне-

го положения до другого, или одному обороту ко-

ленчатого вала;

● четырёхтактные - рабочий цикл осуществляется за четыре хода

поршня, соответствующее двум оборотам ко-

ленчатого вала;

В). По способу наполнения рабочего цилиндра:

● с естественным наполнением (наполнение обеспечивается пере-

мещением поршня);

● с наддувом (наполнение происходит при повышенном давлении

от надувочного агрегата);

Г). По способу смесеобразования:

● с внешним смесеобразованием – основная часть процесса обра-

зования горючей смеси происходит в дополнительном устройст-

ве, называемом карбюратором, путём испарения жидкого топли-

ва (бензин) в струе воздуха;

● с внутренним смесеобразованием – горючая смесь образуется

внутри рабочего цилиндра путём раздельной подачи топлива

(дизельного) и воздуха. Различают:

- с непосредственным впрыском;

- с вихрекамерным смесеобразованием;

Д). По способу воспламенения горючей смеси:

● с принудительным зажиганием (от электрической искры);

● с воспламенением от сжатия (дизели);

Е). По числу цилиндров:

● одноцилиндровые;

● многоцилиндровые;

Ж). По отношению хода поршня S к диаметру цилиндра D:

● короткоходовые (S/D <1);

● квадратные (S/D =1);

З). По степени быстроходности:

● тихоходные (средняя скорость поршня 6,5…10 м/с);

● быстроходные (средняя скорость поршня 10…15 м/с);

И). По способу охлаждения:

● с жидкостным охлаждением;

● с воздушным охлаждением;

К). По способу пуска:

● электростартером;

● электростартером и пусковым двигателем;

● электростартером воздухозапуском;

● пусковым двигателем;

М). По расположению цилиндров:

● однорядные:

• с вертикальным расположение цилиндров;

Рис.4. ДВС с вертикальным расположением цилиндров.

• с горизонтальным расположением цилиндра;

Рис.5. ДВС с горизонтальным расположением цилиндра.

• наклонным расположением цилиндров:

Рис.6. ДВС наклонным расположением цилиндра.

● двухрядные:

• - с V- образным расположением цилиндров (двухрядные с

расположением цилиндров под углом 60 , 75 ° или 90 °

Рис.7. ДВС с V- образным расположением цилиндров

(угол развала цилиндров моторов V2 колеблется от 25 ° до 90 °).

• с горизонтальным расположением цилиндров (оппозит-

ные – поршни двигаются навстречу друг другу);

Рис.8. ДВС с горизонтальным расположением цилиндров

(оппозитная "двойка" (Citroen 2CV, мотоциклы) - неплохо уравновешенная,

но не очень удобная для автомобилестроителей).

• звездообразные;

Рис.9. ДВС со звездообразным расположение цилиндров.

Н). По роду топлива:

● жидкого топлива:

- бензиновые;

- дизельные;

● газовые;

● многотопливные.

О). По степени сжатия:

● высокого (E = 12...18) сжатия;

● низкого (E = 4...9) сжатия;

П). По способу наполнения цилиндра свежим зарядом:

● без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси осу-

ществляется за счет разряжения в цилиндре при

всасывающем ходе поршня;

● с наддувом (т.е «второе дыхание»), у которых впуск воздуха

или горючей смеси в рабочий цилиндр происхо-

дит под давлением, создаваемым компрессором, с

целью увеличения заряда и получения повышен-

ной мощности двигателя.

Общее устройство ДВС. Рассмотрим устройство четырёхтактного бензинового автомобильного двигателя. Устройство двигателей, устанавливаемых на тракторах, скреперах автогрейдерах и др. технике в общих чертах сходно с устройством автомобильного двигателя.

А б

Рис.10. Принципиальное устройство ДВС ().

В действительности современный ДВС – более сложный технический организм. В конструкции двигателя можно выделить следующие основные узлы, механизмы и системы:

Рис.11. Механизмы двигателя:

■ кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – преобразует прямо-

линейное возвратно-поступательное движение поршней, воспри-

нимающих силу давления газов (при сгорании топлива), во вра-

щательное движение коленчатого вала.

Детали КШМ делят на две группы:

I неподвижные:

▪ блок цилиндров - блок-картер (является базовой деталью

двигателя внутреннего сгорания)и представляет собой

общую отливку с картером;

▪ головка цилиндров;

▪ картер маховика и сцепления;

▪ нижний картер (масляный поддон);

▪ гильзы цилиндров;

▪ передняя и задняя (картер маховика) крышки блока;

▪ крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштей-

ны, полукольца коленчатого вала.

А б

Рис.12. Группа неподвижных деталей КШМ:

а - корпусные детали двигателя: 1 - блок-картер (блок цилиндров);

2 - прокладка головки блока; 3 - головка блока; 4 - прокладка

клапанной крышки; 5 - клапанная крышка.

б – цилиндр; 1 - гильза; 2 - резиновое уплотняющее кольцо; 3 - блок-

картер; 4 – рубашка водяного охлаждения; 5 – буртик; 6 – прокладка.

Рис. 13. Передняя и задняя (картер маховика) крышки блока:

2 – картер маховика; 7 - крышка распределительных шестерен;

5 - масляный поддон.

II - подвижные детали:

▪ поршни;

▪ поршневые пальцы;

▪ поршневые кольца (компрессионные, маслосъёмные);

▪ шатуны;

▪ коленчатый вал с подшипниками;

▪ вкладыши (коренные и шатунные);

▪ маховик.

Рис.14. КШМ:

1 – болт для проворачивания коленчатого вала; 2 – шкив привода водяного насоса и генератора; 3 – шестерня привода масляного насоса; 4 – шестерня распределения; 5 – маслосъёмные кольца; 6 – компрессионные кольца; 7 – поршень; 8 – поршневой палец; 9 – стопорное кольцо; 10 – втулка верхней головки шатуна; 11 – шатун; 12 – полость для центробежной очистки масла; 13 – венец маховика; 14 – маховик; 15 – вкладыш коренного подшипника; 16 – упорное полукольцо; 17 – крышка шатуна.

Поршень воспринимает при рабочем ходе силу давления газов и передаёт её через шатун коленчатому валу, а также совершает вспомогательные такты. Поршень представляет собой полый, с одной стороны закрытый цилиндр, опоясанный пружинящими кольцами, вложенными в канавки на поршне (поршневые кольца).

Назначение поршневых колец – не пропускать газы, образующиеся при сгорании топлива, в промежуток между поршнем и стенками цилиндра.

Поршень снабжён металлическим стержнем («пальцем») служащим для соединения поршня с шатуном. Шатун в свою очередь служит для передачи движения от поршня коленчатому валу.

А б в

Рис.15. Поршень с шатуном ДВС:

а – поршень с шатуном в сборе;

б – устройство поршня: 1 – маслосъёмное кольцо; 2 – компрессионное кольцо;

3 - поршневой палец; 4 – стопорное кольцо; 5 – юбка поршня; 6 – втулка; 7 – болт;

8 – вкладыши; 9 – шатун; 10 – крышка шатуна.;

в – поршневые кольца:

а) – схема работы маслосъёмных колец при движении поршня вниз;

б) – схема работы маслосъёмных колец при движении поршня вниз;

г) – составное маслосъемное кольцо: 1 – масло отводной канал; 2 – пор-

шень; 3 – цилиндр; 4 – прорезь в кольце; 5 – канал в поршне; 6 и 7 – мас-

слосъёмные кольца скребкового типа; 8 – диски; 9 – осевой расширитель;

10 – радиальный расширитель.

Верхняя часть поршня, называемая головкой, снизу усилена рёбрами. По окружности головки проточены канавки для установки поршневых колец. Нижняя, направляющая часть поршня (юбка) снабжена приливами (бобышками) с отверстиями, в которые устанавливают поршневой палец.

Поршни отливают из алюминиевого сплава, обладающего малой плотностью и хорошей теплопроводностью.

При увеличении диаметра цилиндра карбюраторного ДВС возрастает склонность двигателя к детонации, поэтому карбюраторные ДВС не делают с большими диаметрами цилиндров (как правило, не более 150 мм).

■ газораспределительный механизм (ГРМ) – предназначен для

осуществления своевременного впуска в цилиндр горючей смеси

(карбюраторные и газовые двигатели) или воздуха (дизельные

двигатели) и выпуску из них наружу отработанных газов.

Осуществляется путём открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов при помощи распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью зубчато-ремённой или цепной передачи.

ГРМ состоит из:

▪ распределительного вала – служит для открытия и закрытия клапанов

ГРМ в определённой последовательности

согласно с порядком работы цилиндров

ДВС;

▪ механизма привода распределительного вала;

▪ клапанного механизма.

ГРМ различают по расположению клапанов в двигателе:

а) с верхним расположением (в головке цилиндров);

б) с нижним расположением клапанов (в блоке цилиндров).

Наиболее распространён ГРМ с верхним расположением клапанов, что облегчает доступ к клапанам для их обслуживания, позволяет получить компактную камеру сгорания и обеспечить лучшее наполнение её горючей смесью или воздухом.

Рис.16. Газораспределительный механизм:

1 - коленчатый вал; 2 - ведущая звездочка; 3 - звездочка натяжного устройства; 4 - двуплечий рычаг; 5 - пружина; 6 - регулировочный винт; 7 - коромысло; 8 - ось коромысла; 9 - наконечник регулировочного винта; 10 - опорная шайба пружины; 11 - наружная и внутренняя пружины; 12 - крепления опорной шайбы на клапане; 13, 16 - выпускной и впускной клапаны; 14 - кулачок; 15 - ведомая звездочка распределительного вала; 17 - упорный фланец.

Рис.17. Подвижные детали КШМ и детали ГРМ.

Правильность установки ГРМ определяется по установочным меткам, которые располагаются на распределительных шестернях или приводном шкиве блока цилиндров ДВС.

■ система питания – служит для размещения топлива на транспортном средстве (ТС), очистке топлива и воздуха, приготовления горючей смеси определённого состава из жидкого топлива и воздуха и подачи её в цилиндры (карбюраторные двигатели) в соответствии с порядком их работы или для подачи топлива в цилиндры и наполнения их воздухом (дизели), и выпуска отработанных газов.

Состоит из:

а) у карбюраторных ДВС включает:

▪ топливный бак;

▪ топливопроводы;

▪ топливные фильтры;

▪ топливоподкачивающий насос;

▪ карбюратор;

▪ воздухоочиститель;

▪ впускной и выпускной трубопроводы;

Рис.18. Схема расположения элементов системы питания

карбюраторного двигателя:

1 – заливная горловина с пробкой; 2 – топливный бак; 3 – датчик указателя уровня топлива с поплавком; 4 – топливозаборник с фильтром; 5 – топливопроводы; 6 – фильтр тонкой очистки топлива; 7 – топливный насос; 8 – поплавковая камера карбюратора с поплавком; 9 – воздушный фильтр; 10 – смесительная камера карбюратора; 11 – впускной клапан; 12 – впускной трубопровод; 13 – камера сгорания.

Топливный бак – это емкость для хранения топлива. Обычно он размещается в задней, более безопасной при аварии части автомобиля. От топливного бака к карбюратору бензин поступает по топливопроводам, которые тянутся вдоль всего автомобиля, как правило, под днищем кузова.

Первая ступень очистки топлива – это сетка на топливозаборнике внутри бака. Она не дает возможности содержащимся в бензине крупным примесям и воде попасть в систему питания двигателя.

Количество бензина в баке водитель может контролировать по показаниям указателя уровня топлива, расположенного на щитке приборов.

Емкость топливного бака среднестатистического легкового автомобиля обычно составляет 40–50 литров. Когда уровень бензина в баке уменьшается до 5–9 литров, на щитке приборов загорается соответствующая желтая (или красная) лампочка – лампа резерва топлива. Это сигнал водителю о том, что пора подумать о заправке.

Топливный фильтр (как правило, устанавливается самостоятельно) – второй этап очистки топлива. Фильтр располагается в моторном отсеке и предназначен для тонкой очистки бензина, поступающего к топливному насосу (возможна установка фильтра и после насоса). Обычно применяется неразборный фильтр, при загрязнении которого требуется его замена.

Топливный насос – предназначен для принудительной подачи топлива из бака в карбюратор.

Рис.19. Система питания карбюраторного двигателя:

1 - воздухозаборник холодного воздуха; 2 - терморегулятор; 3 - воздушный фильтр;

4 - воздухозаборник теплого воздуха; 5 - наливная труба; 6 - датчик указателя уровня

топлива; 7 - топливной бак; 8 - трубопровод слива избытка топлива; 9 – трубопровод

подачи топлива из бака, 10 - топливный насос; 11 - карбюратор.

Рис.20 Система питания карбюраторного двигателя:

Нормальная горючая смесь – состоит примерно из 15 весовых частей воздуха и 1 весовой части паров бензина.

Двигатель может работать на обеднённой смеси (18:1) или обогащённой смеси (12:1).

Слишком богатая или слишком бедная смесь вызывает сильное уменьшение скорости сгорания и не может обеспечить нормального протекания процесса сгорания. Регулирование мощности карбюраторного ДВС осуществляется изменением количества смеси, подаваемой в цилиндр (количественное регулирование).

б) у дизельных ДВС включает:

▪ ▪ топливный бак;

▪ топливопроводы;

▪ топливные фильтры;

▪ топливный насос высокого давления;

▪ воздухоочиститель;

▪ впускной и выпускной трубопроводы;

▪ топливоподкачивающий насос;

▪ форсунки.

Рис.21. Система питания дизельного двигателя:

1 - топливный бак; 2 - топливный фильтр тонкой очистки; 3 - топливо провод низкого

давления; 4 - топливный насос высокого давления; 5 - топливоподкачивающий насос;

6 - регулятор подачи топлива; 7 - педаль подачи топлива; 8 - топливопровод высокого

давления; 9 - топливная форсунка; 10 - топливопровод слива; 11 – двигатель.

Рис.22. Система питания дизельного двигателя:

в) у ДВС, работающих на сжиженном газе:

Рис.23. Система питания двигателя, работающего на сжатом газе:

1 - баллоны для сжатого газа; 2 - вентили групп баллонов; 3 – наполнительный

вентиль; 4 - основной расходный вентиль; 5 - редуктор высокого давления;

6 - электромагнитный клапан; 7 - редуктор низкого давления; 8 - пусковой клапан;

9 - карбюратор-смеситель.

Рис.24. Система питания двигателя на газе:

■ система зажигания карбюраторного ДВС- предназначена для

принудительного воспламенения горючей смеси от электриче-

ской искры.

Рис.25. Искра между электродами свечи.

При этом ток высокого напряжения получают двумя способами:

- от системы батарейного зажигания с помощью аккумуляторной бата-

реи – получило распространение на автомобильных двигателях;

- или магнето –представляет собой магнитоэлектрический аппарат, состо-

ящий из генератора переменного тока низкого напряжения с прерывателем и

трансформатора тока высокого напряжения с распределителем; устанавлива-

ется на пусковых двигателях дизелей, которые нашли наибольшее примене-

ние на дорожных и строительных машинах. У дизелей система зажигания от-

сутствует.

В систему зажигания входят:

▪ источники тока:

- генератор;

- аккумулятор;

▪ выключатель зажигания;

▪ сопротивление (вариатор) – включено последовательно с первич-

ной обмоткой катушки зажигания, при пуске двигателя стартером доба-

вочное сопротивление автоматически замыкается накоротко, чем ком-

пенсируется падение напряжения аккумуляторной батареи;

▪ катушка зажигания – с которой снимается высокое напряжение (12-

24 кВ);

▪ прерыватель тока низкого напряжения – от которого зависит мо-

мент подачи искры;

▪ конденсатор – находится в одном агрегате с прерывателем,

улучшает работу прерывателя;

▪ распределитель тока высокого напряжения по соответствую-

щим цилиндрам;

▪ свечи зажигания.

Рис.26. Схема батарейной системы зажигания:

1 - аккумуляторная батарея; 2 - замок зажигания; 3 - катушка зажигания;

4 - первичная обмотка; 5 - вторичная (высоковольтная) обмотка;

6 - свеча зажигания; 7 - вращающийся кулачок;

8 - контакты прерывателя; 9 – конденсатор.

Рис.27 Схема батарейной системы зажигания:

1 – рычажок прерывателя; 2 – подвижный контакт; 3 – неподвижный контакт;

4 – кулачок; 5 – прерыватель; 6 – конденсатор; 7, 15 и 18 – провода; 8 – вклю-

чатель зажигания; 9 - добавочное сопротивление (резистор); 10 – первичная об-

мотка; 11 – вторичная обмотка; 12 - катушка зажигания; 13 – сердечник катуш-

ки; 14 – включатель; 16 – распределитель; 17 – электроды; 19 – искровая свеча

зажигания; 20 – ротор с токоразносящей пластиной (электродом); 21 – аккуму-

ляторная батарея (АБ); 22 – амперметр..

В целях повышения надёжности работы системы зажигания на современных многоцилиндровых автомобильных ДВС, работающих с повышенной степенью сжатия и с большой частотой вращения коленчатого вала, применяют контактно-транзисторную систему зажигания.

Рис.28. Упрощенная схема электронной бесконтактной системы

зажигания CDI и принцип работы тиристора:

1 - обмотка датчика; 2 - постоянный магнит ротора; 3 - обмотка зажигания;

4 - конденсатор; 5 - первичная обмотка катушки зажигания; 6 - вторичная об-

мотка катушки зажигания; 7 - свеча зажигания; 8 - тиристор; 9 - ключ тирис-

тора; 10 - помехоподавительный диод.

Рис.29. Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажигания:

1 – прерыватель; 2 – транзистор; 3 – первичная обмотка катушки зажигания;

4 – вторичная обмотка катушки зажигания; 5 – свеча зажигания искровая;

6 – включатель зажигания; 7 – аккумуляторная батарея; Б – база транзистора;

К – коллектор транзистора; Э – эмиттер транзистора.

Принципиальное отличие этой системы зажигания от батарейного зажигания заключается в том, что между прерывателем 1 и первичной обмоткой 3 катушки зажигания установлен транзистор 2, который работает как усилитель тока. При включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя 1 база Б транзистора 2 соединена с массой и ток управления транзистором идёт по цепи: положительный вывод АБ 7 → включатель зажигания 6 → первичная обмотка 3 катушки зажигания → эмиттер Э транзистора 2 → база Б транзистора 2 → контакты прерывателя 1 → масса → отрицательный вывод АБ 7.

В то время, когда ДВС не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.

■ система смазки – система агрегатов и каналов, предназначена

для:

▬ подвода масла при определённой температуре и под опреде-

лённым давлением к трущимся поверхностям подвижных де-

талей для уменьшения сил трения между ними;

▬ ограничивает износ движущихся деталей двигателя;

▬ удаления продуктов износа трущихся деталей;

▬ частичного отвода выделяющегося тепла (охлаждения) от тру-

щихся деталей;

▬ защищает детали от коррозии;

▬ обеспечивает лёгкость движения всех подвижных деталей при

любой наружной температуре.

Рис.30. Классификация системы смазки.

А б

Рис.31. Схемы систем смазки:

а - с мокрым картером;

б - с сухим картером: 1 - маслоприемник; 2 - нагнетающий насос; 3, 9 - фильтры;

4 - редукционный клапан; 5 - манометр; 6 - подвод масла к коленчатому валу;

7 - поршень; 8 - распредвал; 10 - щуп; 11 - картер; 12 - указатель температуры;

13 - радиатор; 14 - бак; 15 - откачивающий насос; 16 - коленчатый вал.

Рис.32. Циркуляция масла в двигателе.

Система смазки включает:

▪ резервуар для масла (обычно используется поддон картера);

▪ масляный насос;

▪ масляный радиатор;

▪ фильтры (грубой и тонкой очистки);

▪ маслопроводы.

Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям ГРМ. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей. Часть масла отводится по параллельным каналам в фильтр тонкой очистки, откуда сливается обратно в поддон.

Рис.33. Схема системы смазки двигателя с мокрым картером:

Рис.34. Характеристики моторных масел.

Рис.35. Информация, нанесённая на упаковку масел.

■ система охлаждения – предназначена для отвода тепла от узлов

и деталей с целью предотвращения чрезмерного нагрева их горю-

чими газами и поддержания нормального температурного режима

двигателя (в пределах 80-98 ° С).

В современных ДВС используется:

▬ жидкостная система охлаждения:

― термосифонная – в ней циркуляция охлаждающей жидкости

происходит в результате разности плотностей холодной и горя-

чей жидкости (при нагреве в водяной рубашке плотность воды

уменьшается, и она по патрубкам поднимается вверх в верхний

бак радиатора. В сердцевине радиатора вода охлаждается, её

плотность повышается, и по патрубкам она поступает в водяную

рубашку, вытесняя воду с меньшей плотностью);

― принудительная система охлаждения – в ней центробежный насос нагнетает воду в рубашку блок-картера двигателя, из которой нагретая вода вытесняется в радиатор, охлаждается и по патрубкам возвращается к насосу;

▬ воздушная система охлаждения.

Воздушное охлаждение осуществляется обдувом цилиндров и головок вентилятором или потоком воздуха (на мотоциклах).

А б

Рис.36. Схема дизеля с жидкостным (а) и воздушным (б) охлаждением:

3 - распределительный кулачковый вал; 4 – толкатель; 9 – впускной клапан;

10 – выпускной клапан; 12 – цилиндр; 13 – головка цилиндров; 15 – поршень;

16 – поршневой палец; 17 – шатун; 18 – блок-картер; 19 – маховик; 21 – колен-

чатый вал; 22 – поддон картера; 24 – масломерная линейка; 25 – маслозалив-

ная горловина; 26 - сапун; 27 – водяной насос; 28 - воздухоочиститель; 29 - фор-

сунка; 30 – рубашка охлаждения; 31 – топливный насос; 32 – шатунная шейка ко-

ленчатого вала; 33 – поперечная перегородка картера; 34 - опорный (коренной)

подшипник коленчатого вала; 35 – шестерни распределения; 36 – штанга толкате-

ля; 37 – коромысла; 38 – охлаждающие рёбра.

Жидкостная система состоит из:

▪ рубашек цилиндров и головок, заполненных охлаждающей

жидкостью (водой, антифризом и т.п.);

▪ водяного насоса;

▪ радиатора, в котором жидкость охлаждается потоком воздуха,

создаваемым вентилятором;

▪ устройств, регулирующих температуру охлаждающей жидко-

сти (термомстат, датчик температуры);

▪ патрубки и трубопроводы.

А б

Рис.37. Жидкостные системы охлаждения:

а – термосифонная; б – принудительная; 1 – сердцевина радиатора; 2 – вентилятор;

3 – шторка; 4 – верхний бак радиатора; 5 – крышка заливной горловины; 6 – пароотводная трубка; 7 – верхний патрубок; 8 – рубашка головки цилиндров; 9 – рубашка блок-картера; 10 – нижний патрубок; 11 – нижний бак радиатора; 12 – пробка сливного отверстия;

13 – паровоздушный клапан; 14 – термостат; 15 – термометр; 16 – водораспределительная труба; 17 – центробежный насос; 18 – водоотводная труба.

Чтобы пустить ДВС, вращение коленчатого вала необходимо довести до некоторой частоты, обеспечивающей смесеобразование, заполнение цилиндров свежим зарядом, сжатие и воспламенение смеси. Эта частота вращения при температуре воздуха 0 ° С для карбюраторных двигателей должна быть не менее 40…50 об/мин., а дизелей – не менее 150…25 0 об/мин.

Рис.38. Система охлаждения ДВС:

1 - радиатор; 2 — расширительный бачок; 3 — крышка расширительного бачка; 4 - термостат; 5 - выпускной патрубок головки блока цилиндров; 6 - радиатор; 7 - электровентилятор; 8 — ремень привода газораспределительного механизма; 9 - насос охлаждающей жидкости; 10 - кран отопителя; 11 - поток на обогрев салона; 12 — поток из двигателя (на охлаждение); 13 - поток в двигатель (после охлаждения); 14 - охлаждение жидкости воздухом; 15 - теплый воздух в салон.

Рис.39. Система жидкостного охлаждения ДВС:

■ система пуска – её составляют специальные механизмы и уст-

ройства, предназначенные для быстрого и надёжного пуска

ДВС.

Двигатель внутреннего сгорания любого типа не создаёт вращающего момента в неподвижном состоянии. Прежде чем он начнёт работать, его нужно раскрутить с помощью внешнего источника энергии. Практически используются следующие варианты:

Рис.40. Система пуска ДВС.

Различают следующие способы пуска ДВС:

▬ пуск электрическим стартером – наиболее распространённый и

удобный способ, пригодный для автомобильных, тракторных и

пусковых двигателей.

В функции системы входит вращение вала двигателя для пуска. При запуске, двигатель раскручивается коллекторным электродвигателем - машиной постоянного тока, питающейся от аккумуляторной батареи (после запуска аккумулятор подзаряжается от генератора, приводимого в движение основным двигателем).

При низких температурах обычно применяемые кислотные аккумуляторы теряют ёмкость (главным образом - из-за роста вязкости электролита; также происходит снижение электродвижущей силы батареи), а вязкость масла в системе смазки увеличивается. Поэтому запуск двигателя зимой затруднён, а иногда и невозможен. При наличии электрической сети в этом случае возможен запуск от сетевого пускового устройства (практически неограниченной мощности).

Электродвигатели автомобильных стартёров имеют особую конструкцию с четырьмя щётками, которая позволяет увеличить ток ротора и мощность электродвигателя

Состоит из:

▪ электрического стартера;

▪ шестерён передачи от стартера к маховику;

▪ источника тока (аккумулятора);

▪ элементов дистанционного управления.

Рис.41. Схема пуска электрическим стартером:

1 – аккумуляторная батарея; 2 – включатель; 3 – электрический стартер;

4 – шестерня стартера; 5 – зубчатый венец маховика двигателя.

▬ пуск вспомогательным бензиновым двигателем (у трактора). Топливом для двигателя служит смесь из 15 -ти частей (по объёму) бензина и 1 -ой части дизельного масла. Эта смесь – одновременно и смазочный материал для трущихся поверхностей деталей двигателя.

Главный двигатель запускается другим двигателем внутреннего сгорания, меньшей мощности (так называемый «пускач»); такой способ используется на многих тракторах. Пусковой двигатель обычно карбюраторный двухтактный, его мощность составляет примерно 10 % от мощности основного двигателя. Это обеспечивает надёжный запуск в любых условиях. Сам же вспомогательный двигатель запускается вручную (дёрганием тросика) или от электростартёра.

Для передачи вращения от вала пускового двигателя валу дизеля в систему пуска включена силовая передача. Когда дизель начинает работать, пусковой двигатель вместе с силовой передачей автоматически отключается от вала дизеля. Для облегчения пуска дизеля водяные системы охлаждения пускового двигателя и дизеля связаны между собой, что обеспечивает прогрев дизеля.

Рис.42. Схема системы пуска с вспомогательным

(пусковым) бензиновым двигателем:

1 - коленчатый вал пускового двигателя; 2, 3, 9 и 11 - шестерни; 4 - рычаг муфты

сцепления; 5 - вал механизма передачи; 6 - коленчатый вал дизельного двигателя;

7 и 8 - ведомый и ведущий диски муфты сцепления; 10 - зубчатый венец маховика

дизельного двигателя; 12 - рычаг включения механизма передачи.

▬ пуск ДВС сжатым воздухом;

Сжатый воздух используется для запуска больших дизелей на тепловозах, судах и бронетехнике. Ранее такой способ был основным для запуска поршневых двигателей в авиации. В цилиндрах, кроме обычных впускных и выпускных клапанов, устраиваются дополнительные пусковые клапаны. При запуске они открываются в таком порядке, чтобы входящий через них в цилиндры воздух толкал поршни и раскручивал двигатель. Ёмкости со сжатым воздухом пополняются от компрессора, приводимого главным двигателем при его работе.

Рис.43. Общая схема пуска двигателя сжатым воздухом:

1 – цилиндры двигателя; 2 – пусковые клапаны; 3 - манометр;

4 - воздухораспределитель; 5 – кран-редуктор; 6 – баллоны со

сжатым воздухом (ресиверы).

▬ инерционная ручная – пуск от руки (человеку трудно сообщить коленчатому валу необходимое число оборотов, поэтому ручной пуск применяют только у карбюраторных двигателей мощностью 75-80 л.с. и у дизелей до 25-30 л.с. При пуске рукой коленчатый вал двигателя проворачивают при помощи пусковой рукоятки или посредством шнура, воздействуя на храповик коленчатого вала).

Рис.44. Применение заводной рукояти для запуска ДВС.

Мускульная сила человека. Используется при запуске двигателей небольшой мощности. На лодочных моторах и бензопилах дёргают за тросик, намотанный на маховик или пусковой барабан («верёвочный стартёр»); на мотоциклах используют резкое нажатие ногой на специальный рычаг (кикстартер); на мопедах - вращение педалей велосипедного типа; на автомобилях - проворачивают коленвал пусковой (заводной) рукояткой («кривой стартёр»). Мускульная сила всегда доступна и не зависит от заряда аккумуляторов и т. п. Однако такой метод запуска не очень удобен в эксплуатации; чаще он используется в качестве резервного. На современных автомобилях, как правило, использование «кривого стартёра» вообще не предусматривается. Помимо всего прочего, «кривой стартер» крайне травмоопасен при неправильном использовании.

Существуют также ручные инерционные стартеры, при которых ручкой (через повышающий редуктор) раскручивается небольшой маховик, а когда он запасет необходимое количество кинетической энергии, этот маховик через редуктор (понижающий) соединяется с коленвалом пускаемого двигателя. Такой способ позволяет повысить пусковую мощность и не создавать чрезмерных усилий на пусковой рукоятке. Ранее такие стартеры устанавливались на часть тракторов Т-16, Т-25 и небольшие судовые дизели.

Долгое время ручной способ был основным для запуска поршневых двигателей самолётов - всем знакомы кадры хроники, когда коленвал авиадвигателя раскручивают, дёргая рукой пропеллер. Данный способ перестал применяться с ростом мощности моторов, поскольку мускульной силы уже просто не хватало, чтобы провернуть вал тяжёлого и мощного двигателя, зачастую ещё и снабжённого редуктором.

▬ Direct Start. Немецкая фирма BOSCH опубликовала результаты экспериментов по исследованию возможности прямого (без внешнего прокручивания) запуска бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива. Суть заключается в следующем: в неработающем двигателе с 4- мя и более цилиндрами в одном из цилиндров поршень стоит в положении, соответствующем рабочему ходу. Зная положение коленчатого вала, можно рассчитать объём воздуха в этом цилиндре, впрыснуть туда необходимую дозу топлива и поджечь его искрой. Поршень начнет двигаться, вращая коленчатый вал. Далее процесс развивается лавинообразно и двигатель запускается. Эксперимент признан удачным, но, как заявляет руководство фирмы BOSCH, до применения Direct Start на серийных автомобилях ещё далеко.

▬ Экзотические способы.

а) Автомобиль (как и мотоцикл) с механической КПП можно завести, буксируя его другим автомобилем (или толкая руками, это называется «завести с толкача»), а также разгоняя его при включенной передаче по наклонной дороге. Однако таким способом есть большая вероятность поломки ходовой части, которая тем выше, чем более низкая передача включена; в руководствах по эксплуатации многих автомобилей есть запрет на такой запуск.

б) Разновидностью первого способа является ручное раскручивание одного из колёс автомобиля, предварительно вывешенного с помощью домкрата при включенной одной из верхних передач, для защиты рук при этом необходимо использовать рукавицы. Главной особенностью способа является возможность запуска двигателя водителем в одиночку.

в) При разряде аккумулятора часто приходится подключаться к аккумулятору другого автомобиля (это называется «прикурить»). Делать это рекомендуют с не работающим двигателем другого автомобиля, чтобы его электронная система не вышла из строя.

г) В принципе, можно запускать мотор, раскручивая его электродвигателем, питающимся от внешней электросети. Мощность и время работы такого сетевого стартёра почти не ограничены, однако подключиться к электросети можно далеко не везде.

д) Для запуска двигателя после кратковременного выключения предлагался маховик-накопитель: раскручиваемый двигателем при движении, он затем позволяет запустить двигатель, не нагружая аккумулятор.

е) Двигатель танка или другой самоходной (выпускаемых ранее) установки можно запустить выстрелом. Для этого включается зажигание и соответствующая передача, башня танка поворачивается в сторону, противоположную предполагаемому направлению движения. Производится выстрел. Отдача заставляет танк начать движение, а следовательно - производится запуск двигателя.

Работа ДВС

Основные понятия и термины

Рабочим циклом называется совокупность процессов, периодически

повторяющихся в определённой последовательности

в цилиндре.

В четырёхтактном двигателе рабочий цикл совершается за четыре такта (или иначе говоря, за два оборота коленчатого вала):

- впуск;

- сжатие;

- рабочий ход (сгорание и расширение);

- выпуск.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Ход поршня S – путь, проходимый поршнем от одной мёртвой точки до

другой.

Мёртвыми точками называются крайние верхнее и нижнее положе-

ния поршня, где его скорость равна нулю.

Верхняя мёртвая точка сокращённо обозначается в.м.т., нижняя мёртвая точка – н.м.т.

Рабочий объём цилиндра V[р] – объём, освобождаемый поршнем при

движении от в.м.т. до н.м.т.

Литраж – рабочий объём всех цилиндров двигателя.

Объём камеры сгорания V[с] – объём, образующийся над поршнем,

когда последний находится в в.м.т.

Полный объём цилиндра V[п] – это его рабочий объём плюс объём

камеры сгорания.

Рабочий цикл четырёхтактного ДВС

Совершается за 4 хода поршня (такта), т.е. за 2 оборота коленчатого вала.

Первый такт – впуск. При движении поршня от в.м.т. (вниз) вследствие увеличения объёма в цилиндре создаётся разряжение, под действием которого из карбюратора через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (паров бензина с воздухом). В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нём от предыдущего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь.

Второй такт – сжатие. Поршень движется вверх, при этом оба клапана закрыты. Т.к. объём в цилиндре уменьшается, то происходит сжатие рабочей смеси. Смесь сжимается до давления 8-20 кгс/см², температура смеси в конце сжатия составляет 200-400 ° С.

Третий такт – рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой и быстро сгорает (за 0,001-0,002 с). При этом происходит выделение большого количества тепла и газы, расширяясь, создают сильное давление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршня передаётся через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая на нём определённый крутящий момент. Т.о. во время рабочего хода происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.

Четвёртый такт – выпуск. После совершения полезной работы поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.

Из рабочего цикла двигателя видно, что полезная работа совершается только в течение рабочего хода, а остальные три такта являются вспомогательными.

Рис.45. Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного двигателя.

Для равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливают маховик, обладающий значительной массой. Маховик получает энергию при рабочем ходе, и часть её отдаёт на совершение вспомогательных тактов.

Существует также двухтактный ДВС. Рабочий цикл двухтактного карбюраторного ДВС осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного ДВС. При равных условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза более мощным, чем четырёхтактный, т.к. рабочий ход в двухтактном двигателе происходит в два раза чаще, однако на практике мощность двухтактного карбюраторного ДВС часто не только не превышает мощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительная часть хода (20-35 %) поршень совершает при открытых окнах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы; продувка цилиндра требует затрат мощности на сжатие воздуха в продувочном насосе; очистка пространства цилиндра от продуктов сгорания газов и наполнение его свежим зарядом значительно хуже, чем в четырёхтактном ДВС.

В целях получения большей мощности и равномерного вращения коленчатого вала двигатели делают многоцилиндровые. Так, в четырёхцилиндровом двигателе за два оборота коленчатого вала получается не один, а четыре рабочих хода.

Рабочий цикл карбюраторного ДВС может быть осуществлён при очень большой частоте вращения вала (3000-7000 об/мин).

Двигатели гоночных автомобилей и мотоциклов могут развивать 15000 об/мин и более.

Дата добавления: 2015-07-15