Устройство и работа механической части классического 4-х цилиндрового 4-х тактного 8-ми клапанного бензинового двигателя внутреннего сгорания(ДВС).
Для удобства изучения принципов построения и работы ДВИГАТЕЛЯ вся система условно разделена на подсистемы, которые будут рассмотрены отдельно. Данный раздел посвящен механической части. Устройству и принципам работы двигателей внутреннего сгорания коснёмся в самом общем виде, т.к. издание ориентировано на людей, обязанных иметь базовые знания по этой теме.
Укрупнённо механическую часть двигателя можно разделить на «верхнюю» и «нижнюю» части. К «верхней» части относится головка блока в сборе с клапанным механизмом и распределительными валами. К «нижней» части отнесём блок цилиндров, поршневую группу, коленчатый вал, балансировочный вал (иногда распределительный вал).
Многократно описанный процесс повторим кратко. Полный цикл газообмена осуществляется за 4 такта. Коленчатый вал двигателя поворачивается от действий стартера. Одновременно поворачивается и распределительный вал, связанный с ним цепью, щестернями или ремнём ГРМ в единую механическую систему. При сгорании топливовоздушной смеси в камере сгорания происходит резкое увеличение обьёма газов, которые давят на стенки цилиндров и поршень. В бензиновых двигателях по джиг смеси осуществляется искровым разрядом от свечи зажигания, а в дизельных - от самовоспламенения сжатой в камере сгорания смеси. Поршень движется вниз и через шатун осуществляется превращение возвратно-поступательного движения во вращательное движение коленчатого вала. Такие двигатели называются-поршневыми. На задней части коленчатого вала расположен маховик -массивный металлический диск, предназначенный для сглаживания неравномерного вращения ю-ленвала, возникающего из-за последовательного сгорания смеси в различных цилиндрах. Рассмотрим работу двигателя с момента, когда поршень находится в верхней мёртвой точке (ВМТ).
Первый такт - впуск. Обьём между днищем поршня и поверхностью, ограниченной головкой блока называют камерой сгорания(Усгор). Поршень движется из ВМТ вниз и увеличивает обьём камеры с топливовоздушной смесью, которая всасывается из впускного коллектора и поступает в камеру через открывающийся впускной клапан. В системах с прямым впрыском топлива и дизельных двигателях через впускной клапан поступает только воздух. На клапан воздействует толкатель, прижимаемый кулачком распредвала. В нижней мёртвой точке(НМТ) происходит перекладка поршня д ля движения вверх и обьём камеры с топливо-воздушной смесью максимален (Vmax=Vh + Vcrop), где Vh - обьём камеры при движении поршня от ВМТ к НМТ на высоту «h», т.е. рабочий обьём.
Второй такт - сжатие. Клапана закрываются. Движущийся вверх поршень сжимает топли-вовоздушную смесь (воздух).
При подходе поршня к ВМТ (примерно 5-30 гр. по углу поворота коленчатого вала) происходит воспламенение рабочей смеси от искрового разряда( в дизелях - от высокого давления и температуры). При достижении поршнем ВМТ -обьём камеры достигает минимального значения.
открытие впускного клапана ВМТ перекрытие клапанов впуск
Для удобства изучения принципов построения и работы ДВИГАТЕЛЯ вся система условно разделена на подсистемы, которые будут рассмотрены отдельно. Данный раздел посвящен механической части. Устройству и принципам работы двигателей внутреннего сгорания коснёмся в самом общем виде, т.к. издание ориентировано на людей, обязанных иметь базовые знания по этой теме.
Укрупнённо механическую часть двигателя можно разделить на «верхнюю» и «нижнюю» части. К «верхней» части относится головка блока в сборе с клапанным механизмом и распределительными валами. К «нижней» части отнесём блок цилиндров, поршневую группу, коленчатый вал, балансировочный вал (иногда распределительный вал).
Многократно описанный процесс повторим кратко. Полный цикл газообмена осуществляется за 4 такта. Коленчатый вал двигателя поворачивается от действий стартера. Одновременно поворачивается и распределительный вал, связанный с ним цепью, щестернями или ремнём ГРМ в единую механическую систему. При сгорании топливовоздушной смеси в камере сгорания происходит резкое увеличение обьёма газов, которые давят на стенки цилиндров и поршень. В бензиновых двигателях по джиг смеси осуществляется искровым разрядом от свечи зажигания, а в дизельных - от самовоспламенения сжатой в камере сгорания смеси. Поршень движется вниз и через шатун осуществляется превращение возвратно-поступательного движения во вращательное движение коленчатого вала. Такие двигатели называются-поршневыми. На задней части коленчатого вала расположен маховик -массивный металлический диск, предназначенный для сглаживания неравномерного вращения ю-ленвала, возникающего из-за последовательного сгорания смеси в различных цилиндрах. Рассмотрим работу двигателя с момента, когда поршень находится в верхней мёртвой точке (ВМТ).
Первый такт - впуск. Обьём между днищем поршня и поверхностью, ограниченной головкой блока называют камерой сгорания(Усгор). Поршень движется из ВМТ вниз и увеличивает обьём камеры с топливовоздушной смесью, которая всасывается из впускного коллектора и поступает в камеру через открывающийся впускной клапан. В системах с прямым впрыском топлива и дизельных двигателях через впускной клапан поступает только воздух. На клапан воздействует толкатель, прижимаемый кулачком распредвала. В нижней мёртвой точке(НМТ) происходит перекладка поршня д ля движения вверх и обьём камеры с топливо-воздушной смесью максимален (Vmax=Vh + Vcrop), где Vh - обьём камеры при движении поршня от ВМТ к НМТ на высоту «h», т.е. рабочий обьём.
Второй такт - сжатие. Клапана закрываются. Движущийся вверх поршень сжимает топли-вовоздушную смесь (воздух).
При подходе поршня к ВМТ (примерно 5-30 гр. по углу поворота коленчатого вала) происходит воспламенение рабочей смеси от искрового разряда( в дизелях - от высокого давления и температуры). При достижении поршнем ВМТ -обьём камеры достигает минимального значения.
открытие впускного клапана ВМТ перекрытие клапанов впуск
Последовательность процессов, проходящих в традиционном двухклапанном двигателе.
Третий такт - рабочий ход. Смесь воспламеняется и за счёт резкого повышения давления в камере сгорания и сил инерции поршень движется вниз и через коленчатый вал совершается полезная работа двигателя. Тепловая энергия преобразуется в кинетическую. Кинетическая энергия поршня преобразуется в энергию вращения коленчатого вала.
Четвёртый такт - выпуск. При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан и находящиеся под давлением отработанные газы(ОГ) начинают выходить из цилиндра. Поршень перекладывается на движение вверх и вытесняет оставшиеся газы из камеры.
На приведённом выше графике показана последовательность процессов за 4 такта работы двигателя. Для описания некоторых характеристик двигателя применяются следующие величины.
Степень сжатия. Зная величину рабочего объёма (Vh) и величину камеры сгорания (Уcrop) можно вычислить степень сжатия - «Е» (не путать с компрессией).
Е = (Vh + Vcrop) / Vcrop
В бензиновых двигателях степень сжатия колеблется в пределах от 7 до 13 единиц, а в дизельных - от 16 до 24. Повышать степень сжатия для бензиновых двигателей нельзя из-за свойств самовоспламенения бензиновой топливовоздушной смеси при высоком давлении и температуре. Возникает неконтролируемый процесс горения.
Крутящий момент. Расширяющаяся смесь отработанных газов (ОГ) давит на поршень и создаёт на коленвалу через шатун крутящий момент. Для четырёхтактного двигателя крутящий момент (М) определяется уравнением.
М = ( Pep * Vh ) / 4 * П ,
где Рср - среднее давление на поршень, Vh - рабочий обьём двигателя, П (пи) = 3,1415...
У бензиновых двигателей среднее давление от 7 до 13 бар, у дизелей - от 8 до 24 бар. Максимальный крутящий момент определяется конструкцией и достигается при определённых значениях оборотов двигателя.
Мощность. Мощность двигателя (Р) зависит от его крутящего момента (М) и частоты вращения коленвала (п).
Р=2*П*п*М
На разных режимах работы двигателя требуются различные значения одного и того же параметра. При разработке двигателя обычно выбирают компромисный вариант среди разных требований к параметрам. Для улучшения характеристик двигателя на разных режимах работы применяются системы изменения скорости потока воздуха во впускном коллекторе; изменяющиеся фазы газораспределения, позволяющие регулировать степень перекрытия впускных и выпускных клапанов. Разрабатываются различные типы камер сгорания, формы днищ поршней для максимального улучшения перемешивания топливовоздушной смеси и снижения вероятности детонационного горения топлива.
Бензиновые двигатели развивают максимальную мощность (Р) примерно при 10% избытке топлива, а наименьший расход топлива (g) получается примерно при 10% избытке воздуха. Если топливовоздушная смесь слишком богатая, то энергия, заключённая в топливе, плохо используется, а продукты неполного сгорания загрязняют атмосферу. Если смесь слишком бедная, горение замедляется, мощность падает, двигатель перегревается.
Четвёртый такт - выпуск. При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан и находящиеся под давлением отработанные газы(ОГ) начинают выходить из цилиндра. Поршень перекладывается на движение вверх и вытесняет оставшиеся газы из камеры.
На приведённом выше графике показана последовательность процессов за 4 такта работы двигателя. Для описания некоторых характеристик двигателя применяются следующие величины.
Степень сжатия. Зная величину рабочего объёма (Vh) и величину камеры сгорания (Уcrop) можно вычислить степень сжатия - «Е» (не путать с компрессией).
Е = (Vh + Vcrop) / Vcrop
В бензиновых двигателях степень сжатия колеблется в пределах от 7 до 13 единиц, а в дизельных - от 16 до 24. Повышать степень сжатия для бензиновых двигателей нельзя из-за свойств самовоспламенения бензиновой топливовоздушной смеси при высоком давлении и температуре. Возникает неконтролируемый процесс горения.
Крутящий момент. Расширяющаяся смесь отработанных газов (ОГ) давит на поршень и создаёт на коленвалу через шатун крутящий момент. Для четырёхтактного двигателя крутящий момент (М) определяется уравнением.
М = ( Pep * Vh ) / 4 * П ,
где Рср - среднее давление на поршень, Vh - рабочий обьём двигателя, П (пи) = 3,1415...
У бензиновых двигателей среднее давление от 7 до 13 бар, у дизелей - от 8 до 24 бар. Максимальный крутящий момент определяется конструкцией и достигается при определённых значениях оборотов двигателя.
Мощность. Мощность двигателя (Р) зависит от его крутящего момента (М) и частоты вращения коленвала (п).
Р=2*П*п*М
На разных режимах работы двигателя требуются различные значения одного и того же параметра. При разработке двигателя обычно выбирают компромисный вариант среди разных требований к параметрам. Для улучшения характеристик двигателя на разных режимах работы применяются системы изменения скорости потока воздуха во впускном коллекторе; изменяющиеся фазы газораспределения, позволяющие регулировать степень перекрытия впускных и выпускных клапанов. Разрабатываются различные типы камер сгорания, формы днищ поршней для максимального улучшения перемешивания топливовоздушной смеси и снижения вероятности детонационного горения топлива.
Бензиновые двигатели развивают максимальную мощность (Р) примерно при 10% избытке топлива, а наименьший расход топлива (g) получается примерно при 10% избытке воздуха. Если топливовоздушная смесь слишком богатая, то энергия, заключённая в топливе, плохо используется, а продукты неполного сгорания загрязняют атмосферу. Если смесь слишком бедная, горение замедляется, мощность падает, двигатель перегревается.
На различных режимах работы ДВИГАТЕЛЯ (холостой ход, частичная нагрузка, разгон, полная нагрузка) требуются различные составы рабочей смеси.
Горение смеси - химическая реакция со своей скоростью, температурой, интенсивностью рас-постранения по камере сгорания, поэтому для оптимизации этих процессов применяют различные вытеснители смеси в сторону камеры сгорания, изменяют угол опережения зажиганием до прихода поршня в ВМТ, используют различные способы для турбулизации рабочей смеси.
Система смазки использует масляный насос, приводимый в движение обычно цепным или шестерёнчатым приводом. Иногда масляный насос устанавливается непосредственно на коленчатом валу двигателя.
Система охлаждения двигателя для приведения в движение охлаждающей жидкости использует специальный насос(помпу). Такой насос приводится в действие при помощи ремня ГРМ, приводными ремнями вспомогательных механизмов или другими способами.
Система питания использует различные типы топливных насосов высокого давления.
Горение смеси - химическая реакция со своей скоростью, температурой, интенсивностью рас-постранения по камере сгорания, поэтому для оптимизации этих процессов применяют различные вытеснители смеси в сторону камеры сгорания, изменяют угол опережения зажиганием до прихода поршня в ВМТ, используют различные способы для турбулизации рабочей смеси.
Система смазки использует масляный насос, приводимый в движение обычно цепным или шестерёнчатым приводом. Иногда масляный насос устанавливается непосредственно на коленчатом валу двигателя.
Система охлаждения двигателя для приведения в движение охлаждающей жидкости использует специальный насос(помпу). Такой насос приводится в действие при помощи ремня ГРМ, приводными ремнями вспомогательных механизмов или другими способами.
Система питания использует различные типы топливных насосов высокого давления.
Комментариев нет:
Отправить комментарий