Лекция №1: Устройство и работа автомобильного двигателя.

Учебный вопрос №1: Классификация автомобильных двигателей

На современных автомобилях преимущественное распространение получили двигатели внутреннего сгорания (ДВС).

Двигатель – машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. На большинстве современных автомобилей установлены тепловые поршневые двигатели внутреннего сгорания. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива в их цилиндрах, преобразуется в механическую работу.

Двигатель является источником механической энергии, которая необходима для движения автомобиля.

По конструкции их разделяют на поршневые и роторные. В поршневых двигателях расширяющиеся при сгорании топлива газы перемещают поршень, возвратно-поступательное движение которого преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. В зависимости от способов смесеобразования и воспламенения поршневые двигатели делятся на две основные группы. К первой относятся двигатели с внешним смесеобразованием и принудительным воспламенением. Самыми распространенными двигателями первой группы являются карбюраторные. В которых смесь образуется вне цилиндров в специальном приборе – карбюраторе, а воспламеняется в цилиндре электрической искрой. Ко второй группе относятся дизели – двигатели с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия. В дизелях смесь образуется в процессе впрыскивания топлива в цилиндр, а затем самовоспламеняется под воздействием высокой температуры.

В роторных двигателях расширяющиеся при сгорании топлива газы воздействуют на вращающуюся деталь – ротор. Роторные двигатели применяются на автомобилях реже, чем поршневые; они делятся на газотурбинные и роторно-поршневые.

Автомобильный поршневой двигатель представляет собой комплекс механизмов и систем, служащих для преобразования тепловой энергии сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую работу. Такой двигатель имеет кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, системы охлаждения и питания, смазочную систему, а карбюраторные двигатели, кроме того систему зажигания.

Четырехцилиндровый карбюраторный двигатель АЗЛК-412 имеет цилиндры, расположенные в один ряд. Внутри цилиндров размещены поршни, соединенные с коленчатым валом шатунами. Распределительный вал приводится в работу от коленчатого вала цепной передачей. Горючая смесь от карбюратора поступает в цилиндры двигателя по впускному трубопроводу.

Шестицилиндровый дизель ЯМЗ-236 имеет расположение цилиндров в два ряда. В цилиндрах размещены поршни, связанные с коленчатым валом шатунами. К механизму газораспределения относится распределительный вал, приводящий в работу впускной и выпускной клапаны каждого цилиндра. Вокруг цилиндров выполнены полости – рубашка охлаждения, заполняемая охлаждающей жидкостью. В смазочную систему входят насос, подающий масло в главную масляную магистраль, и фильтры очистки масла. В систему питания входят топливный насос высокого давления и воздухоочиститель.

В работающем двигателе при появлении электрической искры между электродами свечи зажигается смесь, сжатая в цилиндре, воспламеняется и сгорает. Вследствие этого образуются газы, имеющие высокую температуру и большое давление. Под давлением расширяющихся газов поршень опускается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал. Так преобразуется прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Одновременно с коленчатым валом вращается распределительный вал, который через промежуточные детали открывает и закрывает впускной и выпускной клапаны.

С работой двигателя связаны следующие параметры:

1. ВМТ - крайнее верхнее положение поршня;

2. НМТ - крайне нижнее положение поршня;

3. S (см) – ход поршня – расстояние между крайними положениями поршня (каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180°);

4.V_ц (л) - рабочий объем цилиндра – объем освобождаемый поршнем при движении из ВМТ в НМТ;

5.V_с (л) - объем камеры сгорания – объем пространства над поршнем, когда он находится в ВМТ;

6. V_ц + V_с - полный объем цилиндра – объем пространства над поршнем, когда он находится в НМТ.

R - радиус кривошипа – расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки.

7.E - степень сжатия – отношение полного объема к объему камеры сгорания

Степень сжатия – величина безразмерная.

В карбюраторных E = 6,5 ¸ 10, а в дизелях E = 14 ¸ 21.

С увеличением степени сжатия улучшается экономичность и возрастает мощность.

8. (л) - литраж двигателя (л) – сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя;

ЗАЗ-1102 = 1,2 л

ВАЗ-2106 = 1,3 – 1,8 л

ВОЛГА = 1,9 3,5 л

КамАЗ-4310 = 10,8 л

9.S, D - ход поршня и диаметр цилиндра обычно определяют размеры двигателя.

Если отношение D / S = 1, то такие двигатели называются короткоходными. Большинство современных двигателей короткоходные.

Классификация двигателей.ДВС классифицируют по следующим признакам:

– по назначению – транспортные и стационарные;

– по способу осуществления рабочего цикла – четырех- и двухтактные;

– способу смесеобразования – с внешним смесеобразованием(бензиновые и газовые) и внутренним смесеобразованием (дизели);

– способу воспламенения рабочей смеси – с принудительным воспламенением от электрической искры (бензиновые, газовые и др.) и воспламенением от сжатия,т.е. с самовоспламенением (дизели);

– виду применяемого топлива – работающие на бензине, тяжелом дизельном топливе (дизели), сжатом или сжиженном газе, других видах топлива;

– числу цилиндров – одно- и многоцилиндровые(двух-, трех-, четырех-, шести- восьмицилиндровые и т.д.);

– расположению цилиндров – однорядные с вертикальным расположением цилиндров или с наклоном оси цилиндров к вертикали на 20…40°; V- образные двухрядныес расположением цилиндров под углом и оппозитные с противоположным горизонтальным расположением цилиндров под углом 180°;

– способу наполнения цилиндров свежим зарядом – без наддува(наполнение осуществляется за счет разрежения, создаваемого в цилиндре при движении поршня от в.м.т. к н.м.т.) и с наддувом (наполнение цилиндра свежим зарядом происходит под давлением, которое создается компрессором);

– способу охлаждения – с жидкостным и воздушным охлаждением.

Составные части двигателей.Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов кривошипно-шатунного и газораспределения и систем охлаждения: смазочной, питания, зажигания, пуска.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) воспринимает давление газов и преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Механизм газораспределения (ГРМ) предназначен для своевременного открытия и закрытия клапанов, что необходимо для впуска в цилиндр горючей смеси (карбюраторные и газовые двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов.

Система питания служит для подачи отдельно топлива и воздуха в цилиндры дизеля или приготовления горючей смеси из мелко распыленного топлива и воздуха и подачи смеси в цилиндры карбюраторного или газового двигателя.

Система охлаждения обеспечивает нормальный тепловой режим двигателя.

Смазочная система служит для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям с целью уменьшения трения, снижения износа и отвода теплоты от контактирующих поверхностей.

Система зажигания обеспечивает воспламенение рабочей смеси в карбюраторных и газовых двигателях.

Система пуска служит для вращения коленчатого вала двигателя при его пуске.