kopilkaurokov.ru - сайт для учителей

Создайте Ваш сайт учителя Курсы ПК и ППК Видеоуроки Олимпиады Вебинары для учителей

Учебное пособие по курсу "Подготовка водителей транспортных средств" на тему "Устройство двигателя внутреннего сгорания (ДВС)"

Нажмите, чтобы узнать подробности

Данное учебное пособие знакомит учащихся с техническими особеностями двигателя внутреннего сгорания (ДВС). В учебном пособии предусмотрин как теоритичексий материал, так и иллюстрации по техническим особенностям работы и устройства ДВС. Так кже в учебномпособии имеются вопросы самоконроля для оценки усвоеных знаний по данной теме. предлагается список литературы для углубленного изучения данной темы. 

Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Наладить дисциплину на своих уроках.
Получить возможность работать творчески.

Просмотр содержимого документа
«Учебное пособие по курсу "Подготовка водителей транспортных средств" на тему "Устройство двигателя внутреннего сгорания (ДВС)"»

ГУ «Межшкольный учебно-производственный комбинат»

Г.Темиртау









УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

для учащихся 10-го класса

по курсу

«Подготовки водителей транспортных средств»



учебный предмет

«Устройство и техническое

обслуживание автомобиля»





УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ











Учебное пособие разработал:

Учитель курса «Подготовка водителей ТС»

Межшкольного УПК

Павлюк А.Н.



























ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ


Устройство автомобиля начнем изучать с главного агрегата - двигателя, или мотора. Схематический разрез двигателя можно посмотреть на рисунке.


Разрез четырёх цилиндрового рядного двигателя.




А теперь остановимся немного на основных принципах работы автомобильного двигателя. На всех автомобилях установлены двигатели внутреннего сгорания. Так они называются потому, что смесь бензина и воздуха сгорает внутри двигателя.

В основе работы каждого двигателя внутреннего сгорания лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании бензиновой смеси, именуемой в дальнейшем рабочей.

Само по себе топливо не горюче. Горят только его пары, перемешанные с воздухом. Это и является «пищей» для автомобильного двигателя или. выражаясь технически грамотно, рабочей смесью. Если поджечь эту смесь, то она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А если смесь поместить в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на эту стенку будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку.







Рис. Одноцилиндровый автомобильный двигатель


1 - цилиндр; 2 - поршень, 3 - шатун; 4 - коленчатый вал.


Рассмотрим схему одноцилиндрового двигателя, изображенную на рисунке.

В автомобильном двигателе замкнутым объемом с прочными стенками, о котором мы говорили выше, является цилиндр, а подвижной стенкой - поршень. Поршень под воздействием давления от сгорания рабочей смеси перемещается вниз, давит на шатун, который соединяет его с коленчатым валом. «Коленчатым» вал назван потому, что у него имеются выступы - «колена». К этим коленам и крепится шатун. Так как ось крепления шатуна располагается на некотором расстоянии от оси коленчатого вала, возникает крутящий момент, который и поворачивает весь коленчатый вал.

По принципу приготовления рабочей смеси все автомобильные двигатели делятся на две категории: с внешним смесеобразованием - карбюраторные, и с внутренним смесеобразованием – дизельные и инжекторные.

В карбюраторных двигателях воздух и пары топлива смешиваются в специальном устройстве - карбюраторе, оттуда смесь поступает в цилиндр, где воспламеняется свечой зажигания. В дизельных и некоторых видах инжекторных двигателей смесь «приготавливается» непосредственно в цилиндре, поэтому они и называются с внутренним смесеобразованием. Через специальное устройство - форсунку в цилиндр под огромным давлением впрыскивается топливо, перемешивается с поступившим ранее воздухом и самовоспламеняется от сильного сжатия. В отличие от карбюратора в старых двигателях на образование смеси остается мало времени, поэтому не успевает произойти хорошее перемешивание, и горение получается неравномерным. Отсюда громко «рычат» двигатели грузовиков. Этот шум в основном и происходит от неравномерного сгорания рабочей смеси.

Как видно по схеме, в цилиндре, кроме движущегося поршня, есть два отверстия, которые закрываются специальными тарелочками на длинных ножках - клапанами, и устройство для розжига рабочей смеси - свеча. Название «свеча» относится к небольшой детали из металла и термостойкой керамики. В свече образуется электрическая искра, которая и поджигает смесь в цилиндре. А подробнее на конструкции свечей мы остановимся позже, когда будем рассматривать систему зажигания. Впускные и выпускные каналы, а также свеча зажигания необходимы для нормальной работы двигателя.

По впускному каналу в цилиндр поступает свежая рабочая смесь, которая поджигается свечой. А через выпускной канал отводятся образующиеся после сгорания смеси газы. При этом в каждом отдельном случае поршень совершает определенное перемещение в цилиндре. Это носит название «такт двигателя». Тактов в автомобильном двигателе четыре. Отсюда и название - «четырехтактный двигатель».


Вопросы для закрепления материала.

  1. Почему ДВС так называется?

  2. Как делятся автомобильные двигатели по принципу приготовления рабочей смеси?

  3. Где происходит приготовление смеси в дизельном ДВС?

  4. Куда крепится шатун?*

  5. Что является основой работы каждого двигателя внутреннего сгорания? **


Сжатие смеси


Теперь подробнее рассмотрим все такты, так как это очень важно для дальнейшего понимания тобой процесса работы автомобильного двигателя. Сначала объясню ряд понятий, без которых невозможно наше дальнейшее знакомство с двигателем.

Самое верхнее и самое нижнее положения поршня в цилиндре двигателя называются «мертвыми точками». Их две - верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Пространство, которое ограничено поршнем и стенками цилиндра, когда поршень находится в верхнем положении, называется камерой сгорания. При движении от своего самого верхнего до самого нижнего положения поршень проходит расстояние, называемое ходом поршня. Если умножить это расстояние на площадь поршня, то получим рабочий объем цилиндра. Сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания называется полным объемом цилиндра.


Рис. Объемы цилиндра и положение поршня



1 - объем камеры сгорания;

2 - рабочий объем цилиндра;

3 - ход поршня;

4 - ВМТ;

5 - НМТ


Если полный объем цилиндра разделить на объем камеры сгорания, то получим очень важную характеристику - степень сжатия двигателя. Она показывает, во сколько раз уменьшается, сжимаясь в объеме, рабочая смесь перед тем, как воспламениться. Это очень важно.

В двигателе, чем сильнее мы сожмем рабочую смесь, тем с большей силой она давит на поршень после воспламенения и тем большую мощность разовьет двигатель.

Но бесконечно сжимать смесь нельзя. Чем больше мы сжимаем смесь, тем выше вероятность взрыва смеси в цилиндре при воспламенении свечой. Это явление носит название детонации. Детонация очень вредна для двигателя. Она его быстро разрушает. Чтобы ее избежать, в современных двигателях с высокой степенью сжатия применяют высококачественные или высокооктановые сорта бензинов. Цифры и буквы, которые можно видеть на бензоколонках, как раз и обозначают стойкость топлива против детонации. Буква «А» - это то, что бензин автомобильный, а цифра - октановое число.

Октановое число - условная единица, которая обозначает стойкость топлива к сильному сжатию. Чем больше число, тем сильнее можно сжать смесь топлива с воздухом.








Такты двигателя.

А теперь рассмотрим следующую схему. На ней изображены четыре разных момента работы цилиндра, или, как мы уже говорили, такта.

Еще раз отмечу, что тактов четыре, и вместе они составляют рабочий цикл каждого цилиндра двигателя внутреннего сгорания. Поэтому он и называется четырехтактным.

Есть, правда, еще и двухтактные двигатели внутреннего сгорания, но на них мы останавливаться не будем, так как они применяются в основном на мотоциклах и маломерных судах.

Первый такт носит название такта впуска. К началу этого такта, как и всего рабочего цикла, поршень находится в верхнем положении (ВМТ). Впускной и выпускной каналы закрыты. С началом продвижения поршня вниз, к нижнему положению (НМТ), открывается впускной клапан, и в цилиндр, под действием разрежения, создаваемого поршнем, по впускному каналу поступает рабочая смесь. По мере приближения поршня к НМТ канал постепенно перекрывается и полностью закрыт, когда поршень находится в НМТ. В течение всего этого такта цилиндр наполняется рабочей смесью, которая, как мы отметили выше, является «пищей» для двигателя.

Итак, цилиндр заполнен рабочей смесью. Теперь надо ее сжать. Для этого и существует второй такт - такт сжатия. Оба клапана закрыты, и поршень при движении от НМТ к ВМТ начинает сжимать, как пружину, рабочую смесь. При достижении поршнем ВМТ вся рабочая смесь сжата и находится в камере сгорания.

Теперь смесь нужно поджечь. Этим-то и занимается следующий, третий такт - такт рабочего хода. Оба канала по-прежнему закрыты, а сжатая смесь поджигается искрой, создаваемой свечой зажигания. Смесь быстро воспламеняется и с огромной силой давит на поршень, который перемещается вниз, к НМТ. Отдав при расширении свою энергию, смесь сгорает и превращается в отработавшие газы, которые заполняют теперь весь объем цилиндра.

Во время последнего, четвертого такта происходит очистка цилиндра от отработавших газов и подготовка его к приему новой чистой рабочей смеси. Этот такт так и называется - такт выпуска. По мере подъема поршня от НМТ открывается выпускной канал, и поршень, как из насоса, выдавливает отработавшие газы из цилиндра через выпускное отверстие. Выпускной клапан закрывается по мере приближения поршня к ВМТ и полностью закрыт, когда поршень достиг ВМТ

Так заканчивается полный рабочий цикл двигателя. За тактом выпуска следует такт впуска, и все повторяется снова.


Рабочий цикл двигателя

Вернемся к тактам и рабочему циклу двигателя. Только один такт из четырех дает двигателю необходимую для работы энергию. Ты, наверное, уже догадался, что это - рабочий ход. Все остальные три такта являются подготовительными или, как их называют, «холостыми». Они, как заботливые няньки наполняют цилиндр смесью, сжимают ее, очищают цилиндр. И все это для того, чтобы во время рабочего хода получить как можно больше энергии.

Но если четырехтактный двигатель будет состоять из одного цилиндра, то на нем далеко не уедешь.

Для придания работоспособности на коленчатом валу двигателя располагается маховик. Это очень массивное колесо, которое получает энергию для вращения при рабочем ходе поршня. Затем, вращаясь, оно перемещает поршень при холостых ходах. Но и этой энергии недостаточно, и двигатель работает нечетко, с перебоями.

Для того, чтобы получить отлично работающий двигатель, увеличивают количество цилиндров.

В современных автомобильных двигателях количество цилиндров может быть четыре, восемь и даже двенадцать. А чтобы было понятно, для чего так делают, рассмотрим несложную диаграмму.

Рис. Такты работы автомобильного двигателя



1 - впускной клапан;

2 - выпускной клапан.


Работа цилиндров

По этой таблице хорошо виден порядок работы четырехцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

В верхней горизонтальной строке написаны номера цилиндров с первого по четвертый. А в вертикальных столбцах выписаны такты, которые происходят в каждом цилиндре.

Это - рабочий ход, выпуск, впуск и сжатие.

Мы имеем как бы четыре одноцилиндровых двигателя, поршни, которых вращают один коленчатый вал.

Только такт рабочего хода придает двигателю необходимую энергию. Клеточки с этим тактом помечены красным цветом.

Получилась интересная картина: как только закончился рабочий ход в первом цилиндре, начинается тот же такт во втором, затем в четвертом и, наконец, в третьем. Потом все повторяется сначала.

Получается, что каждый поршень, отдав свою энергию коленчатому валу, как бы «передает эстафету» другому. Так что на вал двигателя постоянно поступает необходимая для вращения энергия.

Цилиндры, как дружные братья, помогают друг другу преодолеть холостые, подготовительные такты. Последовательность чередования рабочих тактов в цилиндрах носит название порядка работы двигателя. Так, в нашем случае это 1-2-4-З. Чем больше цилиндров в двигателе, тем стабильнее поток энергии, сообщаемой коленчатому валу, тем равномернее вращение вала и устойчивее работает двигатель автомобиля. Но, правда, и тем сложнее устройство двигателя.


Дизельный двигатель.

Несколько слов скажем о дизельном двигателе. В принципе в его цикле присутствуют те же такты, что и в карбюраторном, но с небольшими изменениями. В такте впуска в цилиндр поступает не рабочая смесь, а чистый воздух, который и сжимается в такте сжатия. А после сжатия происходит не воспламенение смеси искрой, а впрыск в цилиндр топлива под большим давлением. Для этого вместо свечи зажигания устанавливается форсунка. Это как бы маленький насос. Происходит перемешивание топлива с воздухом и мгновенное воспламенение полученной смеси в результате высокого давления. Затем совершается рабочий ход. Соляр - а именно он является топливом дизельных ДВС воспламеняется при высоком давлении и температуре возникающей при создании повышенного давления.

Инжекторный двигатель.

Коротко скажем об инжекторном двигателе. В принципе в его цикле присутствуют те же такты, что и в карбюраторном, но с небольшими изменениями. В такте впуска в цилиндр поступает не рабочая смесь, а чистый воздух, который и сжимается в такте сжатия. А в конце такта сжатия происходит впрыск в цилиндр топлива под большим давлением. Для этого вместе со свечёй зажигания устанавливается форсунка. Происходит перемешивание топлива с воздухом и полученная рабочая смесь воспламеняется свечёй зажигания как и в карбюраторном ДВС.

А теперь, получив знания по теории работы двигателя, переходим к его устройству.

Все автомобильные двигатели состоят из двух механизмов и четырех систем: кривошипно-шатунного механизма, газораспределительного механизма, системы питания, системы зажигания, системы смазки и системы охлаждения.



Вопросы для закрепления материала.

  1. Что обозначает маркировка АИ-93?

  2. Что называется камерой сгорания?

  3. Как изменение количества цилиндров влияет на равномерность работы ДВС?

  4. Что входит в цикл работы ДВС?*

  5. В чём отличие ижекторного ДВС от карбюраторного ДВС? **

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ


А теперь рассмотрим второй, не менее важный механизм двигателя - газораспределительный.

Газораспределительный механизм необходим для открывания впускных и выпускных клапанов и таким образом для подачи в цилиндры двигателя рабочей смеси, а также для очистки цилиндров от отработавших газов в соответствии с порядком работы двигателя.

Иными словами, как только поршень в цилиндре подходит к положению начала такта впуска, газораспределительный механизм открывает впускной клапан, и рабочая смесь поступает в цилиндр. И наоборот, перед началом такта впуска открывается выпускной клапан, и из цилиндра удаляются отработавшие газы. На рисунке изображена принципиальная схема газораспределительного механизма.































Рис. Схема газораспределительного механизма



1 - шестерня распределительного вала;

2 -кулачки;

3 - распределительный вал;

4 - подшипник;

5 - клапаны;

6 - пружины;

7 - ремень;

8 - коленчатый вал с маховиком;

9 - газораспределительная шестерня.



Принцип работы газораспределительного механизма


Так вот, в передней части коленчатого вала жестко закреплена газораспределительная звездочка, которая вращается вместе с валом. Затем вращение через цепь и звездочку распределительного вала передается на распределительный вал. На нем имеются выступы особого профи ля, или кулачки. За это его называют еще и «кулачковым валом». При вращении вала кулачок, двигаясь по окружности, надавливает на верхнюю часть клапана и, преодолевая сопротивление пружины, открывает клапан. Затем, когда кулачок поворачивается дальше, перестает давить на клапан, и пружина, разжимаясь, закрывает клапан.

Такой механизм газораспределения называется верхнеклапанным, с цепным приводом и верхним расположением распределительного вала. То есть газораспределительный вал приводится во вращение цепью и находится в верхней части двигателя. Отсюда вытекает следующий термин в названии всего механизма - «с верхним расположением распределительного вала».

Ну вот и все, что можно рассказать о принципе работы газораспределительного механизма. Конечно, помимо отмеченных, в данном механизме есть еще много деталей, которые обеспечивают его нормальное функционирование. Это и устройство для регулировки тепловых зазоров между стержнем клапана и коромыслом, и устройство натяжения цепи привода газораспределительного механизма, и устройство смазки всех деталей, и много-много еще чего, но мы подробно остановились только на основных его элементах.


Конструкция газораспределительных механизмов


Газораспределительные механизмы разных конструкций отличаются друг от друга.

В качестве привода газораспределительного механизма часто вместо цепи используется зубчатый ремень. Его основное достоинство - более низкий уровень шума при работе.

Если газораспределительный вал находится неподалеку от коленчатого вала, то передача вращения осуществляется при помощи пары зубчатых шестерен. Газораспределительный вал может находиться не только в верхней части двигателя, рядом с клапанами. Иногда он находится внизу, около коленчатого вала, и такой механизм называется «с нижним расположением газораспределительного вала» (например, в двигателе «Запорожца»). Усилия от кулачков к коромыслам передают длинные стержни - штанги.

В последнее время с целью улучшения наполнения и очистки цилиндров применяются многоклапанные газораспределительные механизмы. В них в каждом цилиндре двигателя расположены не два клапана, а четыре - два впускных и два выпускных, или восемь, шестнадцать, и тд. В этих двигателях устанавливают не один, а два или четыре газораспределительных вала.


Вопросы для закрепления материала.

  1. Для чего предназначен газораспределительный механизм?

  2. Расскажите о принципе работы газораспределительного механизма.

  3. Какая деталь закрывает клапана газораспределительного механизма?

  4. Зачем увеличивают количество клапанов в газораспределительном механизме?*

  5. В чём отличие ГРМ с нижним расположением распределительного вала от ГРМ с верхним расположением распределительного вала?

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ.


Знакомство с отдельными узлами двигателя начнем с кривошипно-шатунного механизма. Общая схема механизма и его основные детали изображены на рисунке. А сейчас дадим определение.

Кривошипно-шатунный механизм служит для восприятия давления газов и превращения возвратно-поступательного движения поршней при рабочем ходе во вращательное движение коленчатого вала.

Возвратно-поступательное - это значит вверх-вниз. Именно так движется поршень в цилиндре. Ну а вращательное движение говорит само за себя.



Рис. Схема кривошипно-шатунного механизма:

1 - цилиндр;

2 - маховик;

3 - шатунный подшипник;

4 - коленчатый вал;

5 - колено;

6 - коренной подшипник;

7 - шатун.


Коленчатый вал

Коленчатый вал представляет собой самую главную и сложную деталь. Он состоит из массивных пластин, называемых коленами, которые соединены между собой цилиндрическими деталями, напоминающими трубы, которые называются шейки.

Конструкция коленчатого вала зависит от количества и расположения цилиндров.

Расположение цилиндров может быть или рядное (как у «FORD»), или V-образное (как у «INFINITI»), или оппозитное – противоположное (как у «SUBARU»). Поясню это схемами.


Рис. Схемы расположения цилиндров двигателей


1 - рядное расположение (а - вертикальное, б - горизонтальное);

2 - V-образное расположение;

3 - оппозитное расположение.





Шейки коленчатого вала


Шейки коленчатого вала подразделяются на коренные и шатунные. При помощи коренных шеек коленчатый вал крепится в блоке цилиндров. На шатунных шейках, как следует из их названия, закреплены шатуны. Рассмотрим еще схему, чтобы подробно и наглядно объяснить устройство узлов соединения коленчатого вала с шатунами.


Рис. Соединение шатуна с коленчатым валом

1 - шатун;

2 - шатунный болт;

3 - шатунная шейка коленчатого вала;

4 - шатунные вкладыши.


Вкладыши


Коленчатый вал двигателя во время работы вращается с очень большой скоростью, и если добавить к этому высокую температуру нагрева двигателя и нагрузки от поршней, то нетрудно догадаться, что подшипники с роликами или шариками, применяемые повсюду, в этом случае не подходят. Коленчатый вал вращается на вкладышах. Различают коренные и шатунные вкладыши.

Коренные вкладыши образуют кольцо вокруг коренных шеек коленчатого вала, а шатунные - вокруг шатунных.

Вкладыш представляет собой тонкую металлическую пластинку полукруглой формы, которая для лучшей приработки со стороны коленчатого вала покрыта еще тонким слоем мягкого металла. На каждой шейке коленчатого вала находятся два вкладыша, которые обхватывают ее как бы кольцом. Для того чтобы уменьшить трение, в зону контакта вкладыша с шейкой под давлением подается масло. Причем слой масла очень тонкий, буквально несколько микрон. Можно представить себе эти узлы как обыкновенные подшипники, только вместо шариков и роликов - слой масла такие подшипники называются - подшипниками трения. Это очень ответственные узлы двигателя.

При увеличении зазора между вкладышем и шейкой давление масла падает, возникает стук, и двигатель выходит из строя. То же самое возникает, когда масла в зоне контакта нет, и вкладыш как бы «приклеивается» к шейке и начинает вращаться вместе с валом.


Маховик


На другом конце коленчатого вала располагается маховик. Это такое очень тяжелое металлическое колесо с зубцами по внешней окружности. Про него мы уже говорили.

Маховик помогает поршню пройти подготовительные такты и сглаживает рывки вала при их смене.

А сейчас несколько слов о других узлах и деталях кривошипно-шатунного механизма.

Шатун


Шатун состоит из верхней головки, стержня и нижней головки.

Нижняя головка разъемная и состоит из двух частей, которые соединены между собой шатунными болтами с гайками.

При помощи нижней головки шатун крепится к коленчатому валу. В верхней головке располагается поршневой палец, которым крепится к шатуну поршень.

Шатун соединяет коленчатый вал с поршнем.


Поршень


Поршень, образно говоря, представляет собой перевернутую вверх дном банку. И названия у них совпадают.

Так, верхняя часть поршня носит название днища. Нижняя часть называется юбкой поршня. Да, есть и такие названия в двигателе. Юбка немного сужается внизу, чтобы поршень не заклинило в цилиндре.

Но поршень не соприкасается со стенками цилиндра. Контакт происходит при помощи поршневых колец, которые располагаются в кольцевых канавках в верхней части поршня. Кольца изготавливаются из особой стали в виде тонких пластинок различного сечения. В кольцах имеются разрывы - замки, которые позволяют надеть их на поршень.

Различают кольца компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца установлены в верхней части поршня и не пропускают газы из камеры сгорания вниз. Они как бы уплотняют зазор между поршнем и цилиндром. Маслосъемные кольца установлены ниже и снимают масло со стенок цилиндра, чтобы оно не попало в камеру сгорания.

Стенки цилиндра каждый раз при движении поршня вверх смазываются маслом, которое впрыскивается через отверстие в нижней головке шатуна. При движении поршня вниз масло удаляется при помощи маслосъемных колец и через отверстия в поршне сливается вниз, в картер двигателя. Маслосъемное кольцо составное, выполненное из отдельных элементов. Это, как правило, два тоненьких плоских колечка, между которыми находится волнообразное кольцо, которое не дает им соприкасаться.

На поршневом пальце подробно останавливаться не будем, так как он представляет собой толстостенную трубку, внешняя сторона которой обработана особым образом «цементация». В поршне палец крепится при помощи специальных пружинных стопорных колец.


Цилиндр двигателя


Цилиндр двигателя является очень ответственной деталью. Его внутренняя поверхность подвергается очень тщательной обработке, и ее название говорит само за себя - «зеркало цилиндра». Снаружи цилиндр омывается охлаждающей жидкостью, которая уменьшает его нагрев.

К кривошипно-шатунному механизму относится также блок цилиндров, о котором мы говорили ранее и который является основой всего двигателя. Это достаточно массивная деталь с множеством каналов и отверстий. К блоку цилиндров крепятся практически все дополнительные агрегаты двигателя


Вопросы для закрепления материала.

  1. Из каких деталей состоит кривошипно-шатунный механизм?

  2. Из каких частей состоит маслосъёмное кольцо?

  3. Для чего предназначен кривошипно-шатунный механизм?

  4. Как шатун соединяется с коленвалом?*

  5. Как влияет износ подшипников трения на давление масла в двигателе? **


СИСТЕМА ПИТАНИЯ

И ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.

А теперь, закончив рассмотрение механизмов двигателя, переходим к его системам. Первой будем рассматривать систему питания. Общая схема системы питания автомобиля изображена на рисунке.

Как видно из самого названия, система питания как бы «питает» двигатель, т.е. снабжает его рабочей смесью и удаляет полученные после ее сгорания отработавшие газы.


Рабочая смесь.


Сначала, что такое «рабочая смесь». Рабочая смесь - смесь бензина и воздуха. Сам бензин не горит, горит только смесь его паров с воздухом. Так вот, для нормального сгорания смеси она должна состоять из 14 частей воздуха и 1 части паров бензина, условно это будет 14:1

Если количество воздуха будет 15-17 частей, то мы имеем обедненную смесь. При дальнейшем увеличении количества воздуха смесь будет называться бедной, и при содержании воздуха более 21 части гореть не будет. Если же у нас наоборот, будет уменьшаться содержание воздуха в смеси, то она будет обогащаться. При концентрации воздуха 11-13 частей смесь будет обогащенной, при 5-13 частях - богатой, а при содержании воздуха менее 5 частей - вообще не горит.

Рассмотрим внимательно общую схему системы питания карбюраторного бензинового двигателя, которая состоит из топливного бака, топливопроводов, топливного насоса, фильтра очистки топлива, воздушного патрубка, фильтра очистки воздуха, карбюратора, впускного коллектора, выпускного коллектора и системы глушения шума выпуска отработанных газов.

Стрелками указаны направления движения компонентов рабочей смеси и отработанных газов. Так, бензин поступает из топливного бака через топливный насос и фильтр в карбюратор. Воздух из атмосферы через воздушный фильтр по патрубку также подается в карбюратор. Из карбюратора рабочая смесь через впускной коллектор и клапан подается в цилиндр двигателя, где и происходит сгорание. А продукты сгорания - отработанные газы через выпускной клапан, выпускной коллектор и систему глушения шума выбрасываются в атмосферу.

А теперь подробно рассмотрим назначение, принцип работы и устройство каждого из перечисленных узлов системы питания. Начнем по порядку, с топливного бака.















Рис. Общая схема системы питания и системы выпуска отработавших газов

1 - топливный бак; 2 - топливопровод; 3 - топливный насос;

4 - фильтр очистки топлива; 5 - глушитель, 6 - выпускной коллектор;

7 - цилиндр двигателя; 8 - впускной коллектор; 9 - карбюратор;

10 - воздушный патрубок; 11- фильтр очистки воздуха.


Топливный бак.


Топливный бак служит для хранения запаса топлива, необходимого для работы двигателя. Это резервуар, изготовленный из тонколистового металла или пластмассы. Форма его самая разнообразная. Основное место расположения - под днищем автомобиля.

Емкость бака, т.е. количество заливаемого в него топлива, тоже разная. Ее выбирают при проектировании автомобиля в зависимости от многих параметров. В среднем емкость топливного бака должна обеспечивать пробег автомобиля 450-550 километров без дополнительных заправок. Рассмотрим подробнее конструкцию топливного бака.

Про стенки бака мы уже сказали несколько слов. В верхней боковой части бака имеется заливная горловина с пробкой, через которую на автозаправочных станциях, или сокращенно АЗС, в бак заливается топливо. Для слива топлива внизу расположено сливное отверстие, надежно закрытое резьбовой пробкой. Топливо через трубку с сетчатым фильтром «топливозаборником» поступает в топливную магистраль, питающую двигатель.

А следить, сколько осталось запаса топлива в баке, помогает нехитрый прибор-указатель топлива, датчик которого и находится в баке. Датчик представляет собой обычный поплавок, жестко закрепленный на длинном поводке. В зависимости от положения поплавка а, следовательно, и поводка изменяется электрический сигнал, поступающий от датчика к указателю, расположенному на щитке приборов, и водитель видит, сколько имеется топлива в баке.

Рис. Топливный бак

1 - заливная горловина; 2 - стенки бака; 3 - трубка забора топлива с фильтром; 4 - сливное отверстие с пробкой, 5 - поплавок датчика указателя уровня топлива; 6 - уровень топлива; 7 - вентиляционная трубка; 8 - датчик уровня топлива.

Про топливный фильтр много не расскажешь. Он представляет собой маленький цилиндр, в котором находится пористый фильтрующий материал. Чистый бензин проходит через многочисленные поры, а различные примеси остаются.


Топливный насос.


Как ты сам понимаешь, топливо по топливопроводу само по себе не потечет. Чтобы придать ему движение, необходим насос. Он и имеется в системе питания.

Топливный насос выкачивает топливо из бака и создает необходимое давление в топливопроводе.

Рассмотрим схему работы топливного насоса карбюраторного двигателя.

Как видно из рисунка, главная рабочая деталь топливного насоса - диафрагма. Это как бы поршень, с помощью которого порции топлива перекачиваются из одной полости насоса в другую. Управляет движениями диафрагмы толкатель. Он ее то поднимает, то опускает. Когда диафрагма опускается, под ней создается разрежение, и топливо, открывая клапан, заполняет нижнюю полость насоса. Когда диафрагма поднимается - она выталкивает топливо из нижней полости в трубку, создавая в ней давление. Диафрагма приводится в действие специальным устройством двигателя.

Так что при увеличении оборотов двигателя автоматически увеличивается скорость движения диафрагмы и, как следствие, количество топлива, подаваемого из бензобака в магистраль - так необходимого для поддержания этих повышенных оборотов.

Имеется еще рычаг ручной подкачки топлива. Когда двигатель не работает, можно подкачать топливо вручную с помощью данного рычага. Рычаг ручной подкачки непосредственно связан со штоком диафрагмы. Поэтому, нажимая на рычаг, мы заставляем перемещаться диафрагму.

Рис. Схема работы топливного насоса

а - впуск, б - выпуск.


Карбюратор


А сейчас мы подробно ознакомимся с самым главным и сложным узлом системы питания - карбюратором.

Название «карбюратор» происходит от слова «карбюрация», то есть процесс приготовления рабочей смеси, а именно этим и занимается карбюратор.

Надо сказать, что нелегкая у него работа. Ведь двигатель, как капризный ребенок, все время требует различной «пищи», то есть разного состава рабочей смеси. На рисунке изображен простейший карбюратор.

Как видно из общей схемы системы питания, карбюратор расположен своей нижней частью на впускном коллекторе двигателя, то есть в непосредственной близости от цилиндров. Сверху в карбюратор поступает воздух, предварительно очищенный от пыли и грязи воздушным фильтром, а сбоку - бензин, подаваемый топливным насосом из бензобака.




Рис. Простейший карбюратор

1 - воздух; 2 - топливо; 3 - игольчатый клапан; 4 - поплавок; 5 - поплавковая камера; 6 - распылитель, 7 - топливный жиклер; 8 - смесительная камера; 9 - рабочая смесь, 10 - дроссельная заслонка; 11 - диффузор.


Воздушный фильтр


Воздушный фильтр - обязательная деталь любой системы питания.

Мы уже не раз говорили, что воздух для приготовления рабочей смеси должен быть чистым. Однако окружающий автомобиль воздух чистотой не отличается, особенно в сельской местности, где много песка и пыли. Песок - злейший враг всех деталей двигателя. При попадании внутрь он, как абразивная шкурка, стирает трущиеся поверхности деталей.

Поэтому воздушный фильтр - это не последняя деталь системы питания. Как правило, в современных двигателях применяют сменные фильтрующие элементы из пористой бумаги. Воздух, проходя через ее поры, оставляет на них песчинки, пыль и грязь. Фильтрующий элемент периодически меняется вместе со всеми осадками. Мыть бумажный элемент нет смысла, поэтому его просто меняют.



Очистка бензина


Бензин тоже проходит очень тщательную очистку.

На первой стадии он очищается сеткой, которая имеется на приемной трубе бензобака, затем за дело берется сетчатый фильтр в топливном насосе, и, наконец, процесс очистки завершает фильтр тонкой очистки топлива, расположенный между насосом и карбюратором. Про топливный фильтр много не расскажешь. Он представляет собой маленький цилиндр, в котором находится пористый фильтрующий материал. Чистый бензин проходит через многочисленные поры, а различные примеси остаются.

Но и это еще не все. На карбюраторе имеется еще один сетчатый фильтр. Такой сложный многоступенчатый процесс очистки топлива необходим потому, что мельчайшая песчинка может засорить очень маленькие отверстия в карбюраторе. Поэтому он должен быть очень чистым, без сора.


Схема работы карбюратора


А сейчас рассмотрим работу простейшего карбюратора.

Во время такта впуска поршень в цилиндре перемещается вниз, и через открытый впускной клапан, как насосом, «затягивает» в цилиндр рабочую смесь.

Так вот, «затягивается» она как раз из карбюратора, а точнее, из смесительной камеры карбюратора. Смесительной потому, что именно в ней топливо смешивается с воздухом. В нижней ее части установлена заслонка. Она может закрывать и открывать выход из смесительной камеры. Дроссельная заслонка тягой соединена с педалью «газа», расположенной под ногами водителя. Нажимая на эту педаль, водитель регулирует количество поступающей в цилиндры рабочей смеси. При открытой дроссельной заслонке через смесительную камеру проходит воздух. Воздух, проходя мимо распылительной трубки, или жиклера захватывает с собой частички топлива, которые, интенсивно испаряясь в смесительной камере, образуют горючую смесь. Казалось бы, все просто. Но это не так.

Нарисованный карбюратор - простейший. Такой карбюратор исправно работает только при равномерном установившемся движении автомобиля. А это только лишь очень малое время эксплуатации автомобиля. А теперь рассмотрим все возможные варианты работы автомобильного двигателя с точки зрения состава рабочей смеси и, вследствие этого, работы карбюратора. А заодно и познакомимся с разными дополнительными устройствами и системами карбюратора.


Запуск двигателя


Процесс работы двигателя начинается с его запуска или заводки. Этот процесс называется «пуском холодного двигателя». Причем не работавший долгое время двигатель считается «холодным» независимо от времени года, даже жарким летом, а зимой - особенно. Заглянем как бы внутрь двигателя в этом состоянии и посмотрим, что же там происходит и что требуется от карбюратора, чтобы двигатель сразу заработал.

Во-первых, из-за того, что стартер вращает коленчатый вал двигателя с малыми оборотами, рабочая смесь поступает в цилиндр с маленькой скоростью.

Во-вторых, из-за того, что стенки цилиндра и впускной трубопровод холодные, на них в виде капелек оседает большая часть паров бензина, тем самым смесь обедняется, то есть количество топлива в ней уменьшается. Для быстрого запуска двигателя в карбюраторе имеется специальное пусковое устройство.

Из теории мы уже знаем, что, для того чтобы в названных выше нелегких условиях в рабочей смеси оставалось необходимое содержание парообразного топлива, его нужно подавать больше, с расчетом на то, что часть топлива осядет на стенках впускного трубопровода, то есть смесь должна быть богатой. Давай рассмотрим, из чего же состоит система пуска. Из поплавковой камеры карбюратора топливо через главный топливный жиклер поступает в распылитель и канал холостого хода, в котором имеется топливный жиклер холостого хода. В верхней части расположена воздушная заслонка с автоматическим клапаном. Воздух поступает через канал холостого хода. Также имеются два отверстия, причем проходное сечение одного из них может регулироваться. И наконец, упомянем об уже известной дроссельной заслонке, управляемой педалью с рабочего места водителя.

Поплавковая камера карбюратора представляет собой ванночку, наполненную бензином. В ней плавает поплавок в виде маленького бочонка. Он соединен с краником «игольчатым клапаном». Когда уровень бензина понижается, поплавок открывает «игольчатый клапан», и новый бензин заливается в ванночку. Таким образом поддерживается строго определенный уровень топлива в поплавковой камере. А вот в нижней части поплавковой камеры есть отверстие. Это - канал для топлива с главным топливным жиклером.


Жиклер


Немного о жиклерах. Жиклер - это маленький болтик с просверленным внутри отверстием. Отверстие в жиклере строго определенного диаметра, который рассчитывается при проектировании карбюратора. Любая система карбюратора не обходится без жиклеров. Жиклеры, хоть с виду и маленькие, невзрачные, но на самом деле необходимые детали карбюратора. Стоит попасть крошечной песчинке или волоску в один из жиклеров, и автомобиль резко меняется в «поведении»: то подолгу не запускается двигатель, то разгон «вялый», то просто автомобиль не может тронуться с места...

Частенько можно видеть на обочине дороги беспомощные автомобили с поднятыми капотами и водителей, озабоченно погрузившихся в содержимое моторного отсека и безуспешно пытающихся «возвратить к жизни» своего четырехколесного друга. А причина часто кроется в крохотном жиклерчике, который засорился и не может пропускать топливо или воздух.


Подготовка к запуску двигателя


А теперь дальше. Перед запуском двигателя водитель с помощью специальной кнопки с тросиком закрывает воздушную заслонку, уменьшая количество воздуха в смеси, и немного приоткрывает дроссельную.

Затем стартер, напоминающий электромоторчик, подключенный к аккумуляторной батарее, начинает вращать коленчатый вал. Под действием разрежения, создаваемого движущимся вниз поршнем, топливо вытекает в смесительную камеру. Но так как дроссельная заслонка закрыта, а разрежение выше ее мало, то через распылитель топлива вытекает мало, а основная часть поступает вверх по каналу через топливный жиклер холостого хода и далее, смешиваясь с воздухом, подается в пространство под дроссельную заслонку. Это происходит от того, что при закрытой дроссельной и воздушной заслонках разрежение в нижней части смесительной камеры относительно велико. Как раз в это место и подается смесь для того, чтобы даже при столь малом разрежении частицы топлива все же дробились, испарялись и активно перемешивались с воздухом, образуя однородную рабочую смесь.

Как только в цилиндрах двигателя произошел процесс воспламенения смеси, и этот цилиндр совершил такт рабочего хода, на некоторое время, вследствие этого, повышаются обороты коленчатого вала. Чтобы двигатель не захлебнулся топливом, нужно добавить воздуха. Это делает автоматический клапан, установленный в воздушной заслонке. Он открывается и пропускает достаточно воздуха для работы холодного двигателя, впуская порцию воздуха и обедняя тем самым смесь.

Но по мере прогрева двигателя водитель вручную постепенно открывает воздушную заслонку. Когда воздушная заслонка открывается полностью, двигатель начинает работать тихо и ровно на оборотах холостого хода.

Как только двигатель прогрелся до рабочей температуры и заработал ровно и с малыми оборотами, система пуска передала его «из рук в руки» другой системе - системе холостого хода.


Условия работы в цилиндрах


Сейчас мы опять рассмотрим условия в цилиндре двигателя и, как следствие, те функции, которые должна выполнять система холостого хода.

Коленчатый вал вращается медленно, в цилиндрах остается еще большое количество отработавших газов, которые не успевают покинуть его через выпускной клапан. Вследствие малого разрежения в цилиндре количество поступающей рабочей смеси невелико. Поступающая рабочая смесь, перемешиваясь с остатками отработавших газов, горит медленно, и вследствие этого двигатель работает неустойчиво. Надо увеличить скорость сгорания рабочей смеси, поступающей в цилиндр. А для этого необходимо сделать смесь обогащенной.

Вот этим-то и занимается система холостого хода, которая необходима для обеспечения работы двигателя при медленной скорости вращения коленчатого вала, когда водитель не нажимает на педаль «газа», и дроссельная заслонка закрыта. При этом через смесительную камеру карбюратора проходит слишком слабый поток воздуха, который не может заставить бензин вытекать из распылителя. Поэтому в карбюраторе есть канал, который обходит все двери-заслонки. В нем топливо смешивается с воздухом и вытекает сразу во впускную трубу. Количество поступающей смеси регулируется специальным винтом


Дозирующая система


Рассмотрим дальше процесс работы карбюратора. Двигатель заработал, прогрелся до рабочей температуры. Теперь - пора в путь. Автомобиль трогается с места и движется по хорошей дороге с невысокой скоростью. Нагрузка на двигатель средняя, и от него не требуется полной мощности.

Для его работы нужна экономичная смесь, которая должна быть обедненной. Именно для этого и служит главная дозирующая система.

Двигателю достаточно того топлива, которое захватывает с собой воздух, проходя через смесительную камеру. Пока автомобиль едет с одной и той же скоростью, смесь обедняется - топлива в ней мало.

Рис. Главная дозирующая система


1 - воздушный жиклер;

2 - распылитель,

3 - диффузор;

4 - топливный жиклер;

5 - дроссельная заслонка.










Насос – ускоритель.


Иногда необходимо резко увеличить скорость автомобиля или разогнаться. Для быстрого увеличения оборотов в карбюраторе установлен насос-ускоритель.

При резком открытии дроссельной заслонки в момент увеличения нагрузки смесь обедняется, и двигатель может остановиться.

Резкое обеднение смеси объясняется тем, что в этот момент истечение топлива из жиклеров отстает от возрастающего воздушного потока. При резком открытии дроссельной заслонки рычаг быстро опускает тягу привода насоса вниз.

Тяга с планкой нажимает через пружину на шток с поршнем, который, резко опускаясь, давит на топливо. Обратный клапан под давлением топлива закрывается, и топливо, поднимая нагнетательный клапан, через распылитель впрыскивается в смесительную камеру, не допуская этим обеднения смеси.

Двигатель быстро набирает необходимые обороты.


Экономайзер


А теперь поехали дальше. На пути нашего автомобиля встретилась горка, на которую необходимо въехать. От двигателя требуется уже полная отдача. И тут на помощь главной дозирующей системе приходит экономайзер.

При движении в горку от двигателя требуется большая мощность, чем на ровной дороге. Так вот это достигается увеличением количества рабочей смеси и ее обогащением, т.е. увеличением количества в ней топлива. Такой состав смеси еще называют «мощностным» составом, от слова «мощь», «сила».

При открытии дроссельной заслонки почти полностью топлива, накачанного насосом-ускорителем, не хватает, и вступает в работу экономайзер. Водитель сильнее нажимает на педаль «газа», рычаг, закрепленный на оси дроссельных заслонок, через серьгу и тягу перемещает шток привода вниз.

Шток нажимает клапан экономайзера, и дополнительное топливо из поплавковой камеры через отверстие, открытое клапаном, и жиклер экономайзера поступает по каналу, дополняя топливо, вытекающее из главного топливного жиклера, прямо в смесительную камеру карбюратора. Таким образом, в смесительной камере оказывается большее количество топлива, которое, смешиваясь с воздухом, образует обогащенную рабочую смесь, так необходимую для движения при возросших нагрузках.

Таким образом, мы рассмотрели в отдельности устройство и работу всех устройств карбюратора. Однако на этом наше знакомство с устройством системы питания не заканчивается.


Система питания с впрыском топлива


Хочется сделать еще одно небольшое дополнение.

На современных автомобилях все большее применение находят не карбюраторные, а впрысковые двигатели.

Общие теоретические правила относительно режимов работы и состава горючей смеси остаются теми же, что и для карбюраторного двигателя. Изменяется только принцип и механизм приготовления рабочей смеси.

Немного остановимся на принципах их работы. Электрический насос находится в топливном баке. Это насос высокого давления, который охлаждается бензином. Насос накачивает бензин в топливную рампу.


Топливная рампа


Топливная рампа - это трубопровод, в котором поддерживается достаточно высокое давление.

Непосредственно на рампе расположены форсунки, которые впрыскивают топливо во впускную трубу каждого цилиндра.

Воздух, поступающий в двигатель, проходит через датчик массового расхода воздуха. Затем эти данные поступают на бортовой компьютер.

Одновременно туда же поступают от датчиков сведения о работе двигателя: температура двигателя, температура поступающего воздуха, скорость вращения коленчатого вала, степень открытия дроссельной заслонки. Компьютер, обработав все это, определяет, какое количество топлива нужно сжечь в этом количестве воздуха. Работу бортового компьютера можно сравнить с мозгом человека.

Вращения коленчатого вала, степень открытия дроссельной заслонки. Компьютер, обработав все это, определяет, какое количество топлива нужно сжечь в этом количестве воздуха. Работу бортового компьютера можно сравнить с мозгом человека.

Впрысковая система


С впрысковой системой питания водитель, нажимая на педаль «газа», управляет только потоком воздуха, поступающего в двигатель.

Необходимое количество топлива рассчитывает и подает сама система впрыска, изменяя продолжительность открытия форсунки. Затем этот сигнал передается на клапан форсунки, который открывается и впрыскивает нужное для сгорания количество топлива. Форсунка по назначению напоминает водопроводный кран.

Чем он дольше открыт, тем больше топлива выльется в цилиндры из рампы.

Таким образом мы можем уменьшать или увеличивать количество топлива в смеси и регулировать мощность двигателя.

Как вы догадались из описания, система впрыска готовит более качественную рабочую смесь.

Двигатель получается более мощным, менее токсичным, то есть выбросы вредных веществ в атмосферу сведены до минимума. Автомобиль, оснащенный двигателем с системой впрыска топлива, более динамичен, расход топлива невелик.

Однако, несмотря на все эти положительные моменты, есть и отрицательные. Значительно усложняется управление системой питания. В автомобиле появляется множество электронных устройств: бортовой компьютер, множество датчиков. Все это требует тщательной настройки и правильной эксплуатации.




Рис. Общая схема системы питания с впрыском топлива

1 - сливная магистраль, 2 - подающая магистраль, 3 - топливный бак;

4 - электрический бензонасос; 5 - топливный фильтр; 6 - глушитель,

7 - нейтрализатор газов; 8 - регулятор давления; 9 - топливная рампа;

10 - форсунки; 11 - цилиндр двигателя; 12 - впускной коллектор; 13 - выпускной коллектор; 14- дроссельный узел; 15 - воздушный фильтр.


Система выпуска отработавших газов


Рабочая смесь, сгорев в цилиндре двигателя, превращается в отработавшие газы и в такте выпуска удаляется из цилиндра двигателя. Что же дальше? Отработавшие газы имеют очень высокую температуру, и их выход из цилиндра сопровождается оглушительным шумом. К тому же выхлопные газы содержат много вредных для человека примесей.

Чтобы снизить шум и токсичность (содержание вредных примесей), в автомобильном двигателе установлена система выпуска.

Сразу же после цилиндра выхлопные газы попадают в выпускной коллектор, а затем - в приемную трубу глушителя. Часто между ними устанавливается нейтрализатор, который, как фильтр, снижает вредные примеси. Далее выхлопные газы проходят несколько камер глушителя шума и выходят в атмосферу. Их температура уже ниже. Шум значительно снижается за счет того, что внутри камер глушителей есть несколько трубок с отверстиями. Поток газов, проходя через лабиринты отверстий, теряет свою энергию и, как следствие, шум.


Вопросы для закрепления материала.

  1. Для чего предназначена системам питания?

  2. Как работает и из каких деталей состоит система питания?

  3. Что такое впрысковая система?

  4. Для чего предназначен экономайзер?*

  5. Как работает насос ускоритель, при каких условиях он начинает работать? **




Получите в подарок сайт учителя

Предмет: Прочее

Категория: Прочее

Целевая аудитория: 11 класс

Автор: Павлюк Андрей Николаевич

Дата: 21.02.2016

Номер свидетельства: 296678


Получите в подарок сайт учителя

Видеоуроки для учителей

Курсы для учителей

ПОЛУЧИТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО МГНОВЕННО

Добавить свою работу

* Свидетельство о публикации выдается БЕСПЛАТНО, СРАЗУ же после добавления Вами Вашей работы на сайт

Удобный поиск материалов для учителей

Ваш личный кабинет
Проверка свидетельства