Эта группа состоит из гильзы цилиндра, поршня, поршневых колец и пальца. В этой группе происходит процесс сгорания и высвобожденная энергия передается для преобразования. Горение происходит внутри рукава. Гильза окружена с одной стороны головкой блока, а с другой стороны — поршнем. Сам поршень может перемещаться внутри вкладыша.
Устройство автомобилей
Анализ эволюции систем привода для автомобильного транспорта показывает, что двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в настоящее время является основной системой привода и что существуют большие перспективы для ее дальнейшего совершенствования.
Двигатель внутреннего сгорания автомобиля — это ряд механизмов и систем, которые помогают преобразовать тепловую энергию сгорающего в цилиндре топлива в механическую работу.
Основными механическими компонентами поршневого двигателя являются коленчатый вал (CVM) и зубчатая передача (зубчатый ремень). Кроме того, двигатели внутреннего сгорания оснащены специальными системами, каждая из которых выполняет определенную функцию для бесперебойной работы двигателя. Эти системы включают.
- Энергетические системы,.
- Система зажигания (двигатели, оснащенные принудительным зажиганием), система зажигания
- Загрузочная система
- Система охлаждения; и
- Система смазки (система смазки).
Каждая из перечисленных систем состоит из отдельных механизмов, агрегатов, устройств и специальных коммуникаций (проводников или электропроводки).
Механизм коленчатого вала двигателя
Механизм коленчатого вала двигателя преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Очевидно, что вращательное движение между отдельными шестернями, подузлами и компонентами транспортного средства может передаваться гораздо легче, чем круговое возвратно-поступательное движение, описанное при движении поршня через цилиндр. Кроме того, назначение CRT понятно, поскольку колеса, которые являются системой конечной передачи транспортного средства, вращают и перемещают автомобиль. Например, можно предположить, что для транспортного средства, движущегося по дороге с шаговым или круговым пропеллером, нет необходимости преобразовывать транспортное движение во вращательное. Однако автомобиль (по умолчанию) является колесным транспортным средством, что требует наличия кривошипно-шатунного механизма в конструкции двигателя автомобиля.
В зависимости от времени работы клапанов смесь наддува (для двигателей с внешним смесеобразованием) или воздух (для двигателей с внутренним смесеобразованием) поступает в цилиндры двигателя, а отработавшие газы и продукты сгорания удаляются (выпускаются). При этом газораспределительный механизм должен обеспечить газообмен того количества выделяемого тепла, которое необходимо для обеспечения качества смеси для полного сгорания топлива и максимизации эффективности, соответственно, в такте работы двигателя в конкретный момент времени.
Системы питания двигателя.
В цилиндрах автомобильного двигателя сгорает смесь воздуха (точнее, кислорода воздуха) и топлива (обычно дизельного топлива (дизель), природного газа или бензина). Задача системы питания — подавать в цилиндры двигателя нужное количество и соотношение топлива и воздуха. Существует два основных типа систем питания двигателя. Системы внешнего смесеобразования, которые смешивают воздух и топливо вне цилиндра двигателя, и системы внутреннего смесеобразования, которые подают топливо и воздух отдельно в цилиндр и смешивают их внутри цилиндра.
Первый тип может включать в себя систему питания со специальным смесительным устройством. Карбюратор обеспечивает впрыск топлива в воздушный жиклер, смешивает компоненты смеси и поступает в цилиндр двигателя. К двигателям с внешним смешением относятся некоторые типы двигателей с бензиновым впрыском (двигатели с центральным впрыском или распределенным впрыском во впускной коллектор) и многие типы газовых двигателей.
Ко второму типу относятся дизельные системы питания и инжекторы прямого впрыска, которые с помощью специального устройства попадают непосредственно в камеру сгорания, где топливо смешивается с кислородом из воздуха, заполняя цилиндры двигателя атмосферой при очередном впрыске топлива. В дизельных двигателях смесь воспламеняется за счет мощного самовоспламенения сжатия, а в инжекторных двигателях — за счет принудительного искрового зажигания. В некоторых типах газовых двигателей также используется внутреннее сгорание.
Перегретая охлаждающая жидкость стекает в холодильник. Он состоит из массива тонких медных или алюминиевых трубок и располагается в наиболее вентилируемой части автомобиля, обычно в передней.
Двигатели внутреннего сгорания
Сначала рассмотрим простейший одноцилиндровый двигатель, чтобы понять его устройство и работу. Изучите процессы, происходящие в нем, и то, откуда берется крутящий момент, который в конечном итоге поступает на ведущие колеса автомобиля.
Одним из основных компонентов двигателя является цилиндр 6, или поршень 7, который соединен с коленчатым валом 12 через шатун 9. Когда поршень движется вверх и вниз по цилиндру, его линейное движение преобразуется соединительной шатуна и коленчатого вала при вращательном движении коленчатого вала.
Маховик 10 установлен на конце вала, что необходимо для равномерного вращения вала во время работы двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой цилиндра. Головка цилиндра имеет впускные и выпускные клапаны, которые закрывают соответствующие каналы.
Клапаны открываются от распределительного вала 14 через приводной компонент 15. Распределительный вал приводится в движение шестерней 13 от коленчатого вала. Поршень, свободно перемещающийся по цилиндру, занимает два крайних положения.
Нормальная работа двигателя требует подачи в цилиндр топливной смеси с определенным соотношением (в бензиновых двигателях) или дозированного количества топлива (в дизельных двигателях) в точно определенное время под высоким давлением. Для снижения трения, теплоотдачи, трения и работы, необходимой для предотвращения быстрого износа, узлы трения смазываются маслом. Чтобы обеспечить правильное тепловое поведение цилиндров, двигатель должен быть охлажден.
Понятия и терминология при эксплуатации двигателя
Верхняя мертвая точка (TDC) — это наивысшее положение поршня.
Нижняя мертвая точка (НМТ) — это самое низкое положение поршня.
Маршрут поршня — это расстояние от одной мертвой точки до другой. Погладьте коленчатый вал на пол-оборота.
Камера сгорания (камера сжатия) — это пространство между головкой цилиндра и поршнем в момент TDC.
Смещение цилиндра — это пространство, высвобождаемое при движении поршня от TDC до NTM.
Рабочая нагрузка двигателя — это сумма рабочих нагрузок всех роликов двигателя. Он выражается в кубических сантиметрах (до 1 литра) малого объема (до 1 литра) и в литрах для взрослых.
Общий объем цилиндра представляет собой сумму объема камеры сгорания и рабочего объема.
Степень сжатия — это число, обозначающее количество, большее, чем общий объем цилиндра, умноженное на объем цилиндра. Степень сжатия бензиновых двигателей варьируется от 8 до 12, в то время как у дизельных двигателей она составляет от 14 до 18. Коэффициент сжатия не следует путать с компрессией, так как это два разных понятия.
Корень — это процесс (часть цикла), происходящий в цилиндре во время движения поршня. Четырехтактный двигатель называется четырехтактным.
Как работают двигатели внутреннего сгорания
В поршневых двигателях внутреннего сгорания плунжер постепенно (вверх и вниз) перемещается в цилиндр по верхней головке шатуна, в то время как коленчатый вал вращается вместе с нижней частью шатуна. В подавляющем большинстве двигателей коленчатый вал вращается по часовой стрелке, о чем свидетельствуют шкивы двигателя. Поршень цилиндра совершает два пути (один вверх и один вниз) за каждый оборот коленчатого вала (360°).
При постоянной частоте вращения двигателя поршень цилиндра движется с ускорением — замедлением. Самые низкие скорости поршня наблюдаются в «крайних» положениях цилиндра — в верхней (TDC) и нижней (BMT) частях. В верхней и нижней частях цилиндра поршень «вынужден» останавливаться, чтобы изменить направление движения.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя: a) вход, b) сжатие, c) корень, d) испарение. Работа двигателя состоит из ряда процессов, происходящих в определенном ряду роликов двигателя. Эти процедуры называются деловым циклом и состоят из ввоза, сжатия, хода и выхлопа. Для получения дополнительной информации см. статью Работа двигателя внутреннего сгорания. Рабочий цикл двигателя.
Другими словами, первый путь этого процесса — одновременный впуск и сжатие; второй путь — спуск поршня под давлением топлива и извлечение продуктов сгорания из коллектора.
Блок цилиндров
Теперь о конструкции самого двигателя внутреннего сгорания. Основой каждой установки является роликовый блок. Внутри него находятся все компоненты.
Конструктивные характеристики блока зависят от различных условий (количество валков, компоновка, способ охлаждения). Количество роликов, объединенных в блок, варьируется от 1 до 16. А блоки с одним числом цилиндров встречаются редко, среди выпускаемых сегодня двигателей можно найти только одноцилиндровые и трехцилиндровые блоки. Большинство агрегатов выпускается с 2, 4, 6, 8 и реже 12 и 16 парными цилиндрами.
Силовые агрегаты с одним-четырьмя цилиндрами обычно имеют ряд цилиндров. Если количество цилиндров велико, их располагают в два ряда под определенным углом в одном ряду по отношению к другому. Это так называемый V-образный силовой агрегат. Такое расположение уменьшает размер блока, но делает его более сложным для производство, чем серийное.
Существует еще один тип блока, в котором цилиндры расположены в два ряда под углом 180 градусов друг к другу. Эти двигатели называются двигателями столкновений. В основном они встречаются на мотоциклах, но есть и автомобили с таким типом двигателя.
Однако количество цилиндров и продолжительность их размещения не являются обязательными. Существуют двух- и четырехцилиндровые двигатели с V-образным или противоположным расположением цилиндров и шестицилиндровые двигатели с рядным расположением.
В системе привода используются два типа охлаждения: воздушное и жидкостное. Это определяет дизайн блока. Блоки с воздушным охлаждением меньше и проще по конструкции, так как цилиндры не расположены в блоке.
Блоки с жидкостным охлаждением более сложные и имеют охлаждающую мантию над цилиндром и блоком цилиндров. Жидкость циркулирует внутри этой мантии, отводя тепло от цилиндра. Блок вместе с охлаждающей втулкой образует единый блок.
Блок закрыт специальной пластиной, называемой головкой блока цилиндров (ГБЦ). Это один из компонентов, обеспечивающих замкнутое пространство, в котором происходит процесс горения. Это может быть простая или сложная конструкция без дополнительных механизмов.
Кривошипно-шатунный механизм
Механизм коленчатого вала, который является частью конструкции двигателя, преобразует возвратно-поступательное движение поршня в гильзе во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал является сердцем этого механизма. Он соединяет подвижную часть с блоком цилиндров. Шарнир позволяет валу вращаться вокруг оси.
На одном конце вала находится маховик. Маховик отвечает за передачу крутящего момента от вала вперед. Поскольку двигатель четырехтактный, каждые два оборота происходит только один полезный полуоборот коленчатого вала — коленчатого, остальное требует обратного действия, выполняемого маховиком. Маховик имеет значительную массу и вращается. Его кинетическая энергия позволяет коленчатому валу вращаться во время предварительной дачи.
Маховик оснащен зубчатой передачей, используемой для запуска двигателя.
На другой стороне вала расположены масляный насос, шестерня привода ГРМ и фланец крепления шкива.
Механизм также включает в себя шатун, который обеспечивает передачу мощности от поршня к коленчатому валу и наоборот. Шатун также подвижно прикреплен к коленчатому валу.
Поверхности блока цилиндров, коленчатого вала и шатуна не находятся в непосредственном контакте, а вставлены между подшипниками — опорами.
Цилиндро-поршневая группа
Эта группа состоит из гильзы цилиндра, поршня, поршневых колец и пальца. В этой группе происходит процесс сгорания и высвобожденная энергия передается для преобразования. Горение происходит внутри рукава. Гильза окружена с одной стороны головкой блока, а с другой стороны — поршнем. Сам поршень может перемещаться внутри вкладыша.
Для обеспечения максимальной герметичности внутри гильзы используются поршневые кольца, предотвращающие просачивание смеси и продуктов сгорания между стенкой гильзы и плунжером.
Поршень соединен с шатуном через вращающийся палец.
