Общие сведения

Двигатель — машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу.

На большинстве современных автомобилей установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания, в котором часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в замкнутой рабочей полости, преобразуется   в   механическую   работу.

Назначение   и   классификация

Двигатель как источник энергии обеспечивает движение автомобиля.

Автомобильные поршневые двигатели могут быть классифицированы по различным признакам:

  • по роду применяемого топлива — двигатели, работающие на жидком и газовом топливе;
  • по способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные) и внутренним (дизели) смесеобразованием;
  • по способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные  и  двухтактные;
  • по способу воспламенения рабочей смеси — с самовоспламенением (от сжатия) и с принудительным воспламенением (от электрической искры);
  • по способу наполнения цилиндра — двигатели   без   наддува   и   с   наддувом;
  • по числу цилиндров;
  • по расположению цилиндров — рядные с вертикальным и наклонным (до 20... 40°) от вертикали расположением оси цилиндров, двухрядные (V-образные) с углом между осями цилиндров 60, 75 и 90°;
  • по способу охлаждения — с жидкостным и воздушным охлаждением.

Существуют и другие признаки, по которым можно классифицировать двигатели.

Общее устройство и принцип работы

Карбюраторный четырехтактный двигатель (рис. 1) имеет кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, системы охлаждения, смазки, питания и зажигания.

В двигателе внутреннего сгорания происходит преобразование тепловой энергии сгорающего топлива в механическую энергию поступательного движения поршня, которое кривошипно-шатунным механизмом преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

В кривошипно-шатунный механизм двигателя входят цилиндр 17 с головкой 6, поршень 5 с поршневыми кольцами 14, поршневой палец 16, шатун 18 и коленчатый вал 21. Цилиндр 17, изготовленный за одно целое с картером 20, закрыт снизу поддоном 22 (масляным картером).

Поршень, представляющий собой металлический стакан, установлен в цилиндре двигателя. Поршневым пальцем поршень шарнирно соединен с шатуном. Шатун нижней головкой соединен с коленчатым валом, который вращается на коренных шейках в подшипниках, расположенных в картере. На конце коленчатого вала имеется маховик 19.

 

Рис. 1. Четырехтактный одноцилиндровый карбюраторный двигатель:

1 — зубчатые колеса; 2 — распределительный вал; 3 — толкатели; 4 — штанги; 5 — поршень; 6 — головка цилиндров; 7 — глушитель; 8 — коромысла; 9 — клапанные пружины; 10 — карбюратор; 11 — впускной клапан; 12 — свеча зажигания; 13 — выпускной клапан; 14 — поршневые кольца; 15 — рубашка (полость) охлаждающей жидкости; 16 — поршневой палец; 17 — цилиндр; 18 — шатун; 19 — маховик; 20 — картер двигателя; 21 — коленчатый вал; 22 — поддон

 

Механизм газораспределения обеспечивает своевременное заполнение цилиндров горючей смесью и удаление продуктов сгорания. Он состоит из двух клапанов — впускного 11 и выпускного13 с пружинами 9 и направляющими втулками, толкателей 3, распределительного вала 2 и распределительных шестерен 1.

Система охлаждения служит для отвода тепла от стенок цилиндра и его головки, сильно нагревающихся от горячих газов при работе двигателя.

Система смазки служит для подачи масла к трущимся деталям двигателя, в результате чего уменьшается трение и износ деталей.

Масло из поддона 22масляным насосом  по трубопроводам и каналам в деталях двигателя подводится к трущимся поверхностям деталей.

Система питания предназначается для приготовления горючей смеси, которая подаётся в цилиндры двигателя. Смесь приготовляется в приборе — карбюраторе 10, установленном на двигателе.

Система зажигания служит для воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя. Воспламеняется смесь электрической искрой от свечи зажигания 12.

 

Рис.2. Схема работы четырёхтактного двигателя:

1- впуск,  2- сжатие,  3- рабочий ход,  4- выпуск

При движении поршня вниз (рис.2) открывается впускной клапан и за счет создаваемого разрежения в цилиндр засасывается горючая смесь. При достижении поршнем нижнего положения впускной клапан закрывается. При движении поршня вверх поступившая горючая смесь сжимается. В конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой.

Образующиеся при сгорании горючей смеси газы расширяются и давят на поршень. Поршень под давлением газов, двигаясь вниз, перемещает шатун, который поворачивает коленчатый вал двигателя. При последующем движении поршня вверх открывается выпускной клапан и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Этот процесс непрерывно повторяется, чем и обеспечивается вращение коленчатого вала двигателя. За один полный оборот коленчатого вала поршень делает один ход вниз и один ход вверх.

Основные конструктивные параметры двигателя

С работой поршневого двигателя связаны следующие понятия.

Изменение направления движения поршня происходит в крайнем верхнем и в крайнем нижнем положениях. Верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (В. М. Т.), нижнее — нижней мертвой точкой (Н. М. Т.) (рис.3).

Верхняя мертвая точка(ВМТ) — максимальное удаление поршня от оси коленчатого вала.

Нижняя мертвая точка(НМТ) — минимальное удаление поршня от оси коленчатого вала.

Радиус R кривошипа — расстояние от оси коленчатого вала до оси его шатунной шейки.

Ход поршня S — путь, который проходит поршень от ВМТ до НМТ. Ход поршня равен   удвоенному   радиусу   кривошипа.

Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Камерой сгоранияназывается пространство в цилиндре над поршнем при положении его в В. М. Т.

Рабочим объемом цилиндра называется объем цилиндра, образующийся при перемещении поршня от В. М. Т. до Н. М. Т..

 

 

Рис.3. Положение поршня:

 а - в верхней мертвой точке; б - в нижней мертвой точке; 1 -  поршень; 2 - цилиндр.

При перемещении поршня от ВМТ к НМТ объем цилиндра меняется от минимального до максимального: Vс — объем камеры сжатия, объем цилиндра, заключенный между днищем поршня и головкой, при нахождении поршня в ВМТ; Vа — полный объем цилиндра, объем цилиндра, заключенный между днищем поршня и головкой, при нахождении поршня в НМТ.

Полный объем цилиндра

Vа = Vс+Vh,

где Vh — рабочий объем цилиндра, объем, заключенный между мертвыми точками, Vh = 0,25πD2S (D — диаметр цилиндра);

Рабочий объем двигателя(литраж) равен сумме рабочих объемов всех цилиндров:

Vр =Vh∙i

где i — число цилиндров.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия,

ε=Vа/Vc = (Vh+Vc)/Vс = l + Vh /Vc.

Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается заряд в цилиндре двигателя при перемещении поршня из НМТ в ВМТ для карбюраторных двигателей ε = 6,5...10, для дизелей ε = 14...21. С повышением степени сжатия повышается КПД двигателя, его мощность и экономичность. Верхний предел для карбюраторных двигателей обусловлен детонационной стойкостью топлива, а для дизелей — нагрузками на детали двигателя.

Коэффициент наполненияηv характеризует степень наполнения цилиндра свежим зарядом и выражает отношение действительного количества заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра при давлении и температуре окружающей среды.

Ход поршня и диаметр цилиндра обусловливают габаритные размеры двигателя.

Для закрепления полученных знаний просмотрите видеоролик "3D работа двигателя внутреннего сгорания"

Просмотр доступен только для авторизованных пользователей сайта.

Использованные источники

1. Пузанков А.Г.   Автомобили: устройство и техническое обслуживание: учебник для студ. Учреждений сред.проф. образования/ - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 640 с.

2. Морозов Н.Д. и др. Устройство и ремонт автомобилей. Учебник, Изд.2-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1972.-304с.

3.Иллюстрации, находящиеся в сети Интернет в свободном доступе.

4. Материалы, размещенные на сайтах:

www.youtube.com/

xreferat.ru/

avtotut.ru/

autoustroistvo.ru/

ru.wikipedia.org/