Какие физические законы лежат в основе работы двигателя автомобиля
Тема: Устройство и принцип работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Тема: Устройство и принцип работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Контрольные вопросы
1 Из каких деталей состоит простейший ДВС?
2 Какие физические законы лежат в основе работы ДВС?
3 Что называемся камерой сгорания?
4 Что такое степень сжатия?
5 Перечислитьпроцессы, происходящие и цилиндре работающего ДВС.
6 Что называют порядком работы цилиндров?
7 Для чего служит диаграмма фаз газораспределения?
8 Какими показателями характеризуется работа ДВС?
9. Назвать и описать назначение основных механизмов и систем ДВС.
Вопрос 1. Из каких деталей состоит простейший ДВС?
Ответ.Простейший ДВС состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень, соединенный внизу шатуном с коленчатым валом. Два клапана в верхней части цилиндра открываются и закрываются автоматически в нужные моменты. Один клапан служит для подачи в цилиндр горючей смеси, воспламеняющейся от свечи, другой клапан выпускает отработавшие газы.
Вопрос 2. Какие физические законы лежат в основе работы ДВС?
Ответ. Законы Теоретической механики! Закон Кинетической энергии! Прочность метала, газовые законы Шарля, Бойля- Мариотта
Закон Шарля : 
Закон Бойля Мариотта 
Вопрос 3. Что называемся камерой сгорания?
Ответ. Камера сгорания– это образованный совокупностью узлов и деталей двигателя объем, в котором происходит сгорание горючей смеси. Конструкция таких камер напрямую зависит от условий работы, назначения и других особенностей силовых агрегатов.
Вопрос 4. Что такое степень сжатия?
Вопрос 6. Что называют порядком работы цилиндров?
Ответ. Последовательностьчередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы четырехцилиндровых отечественных тракторныхдвигателей 1-3-4-2. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором цилиндре (рисунок 2). Определенная последовательность соблюдаетсяи в других многоцилиндровых двигателях, например в шестицилиндровом V-образном дизеле: 1-4-2-5-3-6
При выборе порядка работы двигателя конструкторы
стремятся равномерно распределить нагрузку на коленчатый вал. Зная порядок работы цилиндров двигателя, можно правильно присоединить топливо проводы к форсункам и отрегулировать клапаны.
Тема: Система охлаждения ДВС
Контрольные вопросы
1 Перечислите основные части жидкостной системы охлаждения ДВС.
2 Почему систему охлаждения ДВС называют закрытой?
3. Какие устройства контролируют и регулируют тепловой режима ДВС’?
4 Каково назначение термостата? Как проверить его работу?
5 Для какой цели служит паровоздушный клапан?
6 Каков рабочий диапазон температуры системы охлаждения ДВС? Назвать причины перегрева охлаждающей жидкости.
7 Как удалить накипь из системы охлаждения?
Тема: Смазочная система
Контрольные вопросы.
1 Какие существуют виды трения?
2 Какое масло применяют для смазывания деталей ДВС?
3 Назвать составные части и приборы контроля смазочной системы.
4 Для чего служит редукционный клапан масляного насоса?
5 Каково назначение сливного, радиаторного и перепускного клапана масло очистителя?
6 Объяснить принцип очистки масла от механических примесей в центрифуге.
7 Назвать причины низкого давления масла в смазочной системе.
Масляный радиатор.
Масляный радиатор охлаждает масло в летнее время. Он представляет собой неразборный узел, состоящий из ряда стальных трубок овального сечения и двух бачков: нижнего и верхнего. Для увеличения поверхности охлаждения на каждой трубке навита спираль из тонкой стальной ленты. У масляных радиаторов некоторых двигателей трубки радиатора проходят через охлаждающие пластины, бачки разделены перегородками. К бачкам приварены штуцера, к которым монтируют маслоподводящие и маслотводящие трубки и ушки для крепления радиатора. Масляный радиатор установлен впереди водяного радиатора. У двигателей с воздушным охлаждением масляный радиатор выполнен из единой многократно изогнутой трубки с навитой на нее ленточной спиралью. Масло, двигаясь по трубкам радиатора, обдуваемого снаружи воздухом, охлаждается при полностью открытых жалюзи или шторки на 10-12°С.
Масляный фильтр.
Для очистки от механических примесей масла, циркулирующего в системе двигателя, служит масляный фильтр. У большинства современных автотракторных двигателей в качестве фильтра применяют центробежный очиститель (реактивную центрифугу).
В центрифугах (рис. а) масло очищается под действием центробежных сил, возникающих при вращении ротора.
Термобиметаллический импульсный манометр масла состоит из датчика и указателя. В корпусе датчика установлена латунная мембрана, в которую упирается пластина с контактом, соединенным с массой. Внутри датчика укреплена изолированная от корпуса П-образная биметаллическая пластина с контактом. На пластину намотана обмотка, которая одним концом соединена с контактом, а другим — с изолированным от крышки зажимом датчика. Датчик ввернут в резьбовое отверстие блока цилиндров или фильтра грубой очистки масла и соединен с масляной магистралью. Приемник указателя давления устроен так же, как и приемник указателя температуры.
Тема:Коробка передач
Контрольные вопросы
1.Для чего служит КП?
2.Что называется передаточным числом?
3. Для чего предназначена кулиса?
4. Какова роль фиксаторов в механизме переключения передач?
5. Какова отличительная особенность КП с поперечным рас
положением валов по сравнению с другими КН?
6. Расскажите об автоматическом действии раздаточной ко
робки привода переднего ведущего моста универсально-
пропашного трактора.
7. Какие неисправности могут возникнуть в КП?
Тема: Ведущие мосты.
Контрольные вопросы.
1. Из каких механизмов состоит ведущий мост колесного трактора?
2. Для чего служит дифференциал?
З. Как используют конечные передачи для изменения агротехнического просвета и габаритов на пропашном тракторе?
4.Объяснить работу планетарного механизма поворота гусеничного трактора.
Вопрос 1 Из каких механизмов состоит ведущий мост колесного трактора?
Ответ. Ведущим называют мост, механизмы которого передают крутящий момент от КП колесам. Он включает в себя корпус (картер), главную передачу, дифференциал и полуоси.
Ведущая коническая шестерня б (рисунок 20, а, б) выполнена как единое целое с валом или является съемной. Ведомая шестерня 5 изготовлена в виде съемного венца, прикрепляемого болтами или заклепками к корпусу дифференциала. Для обеспечения бесшумной работы конические шестерни имеют спиральные зубья. Во время движения трактора коническая шестерня ведущего вала приводит во вращение ведомую коническую шестерню.
Тема Ходовые части.
Контрольные вопросы.
2. Какие типы остова применяют на сельскохозяйственных тракторах?
3.Каким образом регулируют ширину колеи и дорожный просвет универсально-пропашных тракторов?
4. От чего зависят тягово-сцепные качества колесных тракторов?
5.В какой последовательности регулируют схождение направляющих колес?
6.Расшифруйте марку шины 13,6R38. На каком тракторе ее используют?
Ответ.
Тема: Устройство и принцип работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Контрольные вопросы
1 Из каких деталей состоит простейший ДВС?
2 Какие физические законы лежат в основе работы ДВС?
3 Что называемся камерой сгорания?
4 Что такое степень сжатия?
5 Перечислитьпроцессы, происходящие и цилиндре работающего ДВС.
6 Что называют порядком работы цилиндров?
7 Для чего служит диаграмма фаз газораспределения?
8 Какими показателями характеризуется работа ДВС?
9. Назвать и описать назначение основных механизмов и систем ДВС.
Последнее изменение этой страницы: 2017-04-13; Просмотров: 2701; Нарушение авторского права страницы
Принцип работы и устройство двигателя
Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.
В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:
Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.
Устройство двигателя внутреннего сгорания
Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.
Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.
Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.
На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.
Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.
Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.
Принцип работы двигателя
Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:
Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.
Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.
Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.
На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.
Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч зажигания – элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. При такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600О С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.
Системы двигателя
Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:
ГРМ — газораспределительный механизм
Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:
ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.
Система смазки
В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:
Система охлаждения
Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:
Система подачи топлива
Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:
В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.
Выхлопная система
Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:
В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.
Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы
Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.
Определение и общие особенности работы ДВС
Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.
Классификация двигателей внутреннего сгорания
В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:
Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.
Устройство двигателя внутреннего сгорания
Корпус двигателя объединяет в единый организм:
Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе
При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.
Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.
Принципы работы ДВС
— Принцип работы двухтактного двигателя
Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.
В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.
В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.
При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.
В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем, газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.
— Принцип работы четырёхтактного двигателя
Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.
Процесс работы двигателя внутреннего сгорания
Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек. При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:
Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания
— Система зажигания
Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:
Система зажигания ДВС
— Впускная система
Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:
Схема топливной системы ДВС
— Система смазки
Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:
— Выхлопная система
Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):
Выхлопная система ДВС
— Система охлаждения
Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.
Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.
В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.