для проведення занять з навчальної дисципліни
«Автомобільна техніка»
Тема: "Будова двигуна та його робота"
м. Суми – 200 р.
1. Будова двигуна та його робота
Вступна частина
Товариші курсанти! Сьогодні ми приступаємо до вивчання однієї з складових частин автомобіля – двигуна.
На автобусах, легкових та вантажних автомобілях можуть встановлюватися двигуни внутрішнього згоряння, електричні парові та газотурбінні. Найбільше розповсюдження отримали поршневі двигуни внутрішнього згоряння, тобто такі двигуни, всередині циліндрів яких згоряє паливо-повітряна суміш. Теплова енергія, яка виділяється, за допомогою механізмів та систем перетворюється в механічну енергію і у вигляді крутного моменту через трансмісію підводиться до ведучих коліс автомобіля, приводячи його в рух. Такі двигуни мають достатню потужність, відносно невеликі розміри та масу, компактні, надійні, мають значний запас ходу, технологія їх виготовлення добре налагоджена, заводи мають відповідні інженерні кадри і станочне обладнання, а робітники – високу кваліфікацію, тому виготовлення двигуна коштує відносно недорого, а строк служби значний.
Основна частина
1. Будова і схеми роботи одноциліндрового і багатоциліндрового двигунів внутрішнього згоряння(ДВЗ). Класифікація ДВЗ
Двигуном називається машина, в якій той або інший вид енергії перетворюється в механічну роботу. Двигуни, в яких теплова енергія перетворюється в механічну роботу є тепловими.
Двигуни, в яких паливо згоряє безпосередньо всередині циліндра і енергія газів, які при цьому утворюються, сприймається рухомим в циліндрі поршнем, називається поршневим двигуном внутрішнього згоряння (ДВЗ). Такі двигуни, в основному, використовуються на сучасних автомобілях.
Найпростіший поршневий двигун складається з циліндра і картера, який знизу закритий піддоном. Усередині циліндра переміщується поршень з компресійними (ущільнювальними) кільцями, що має форму стакана з днищем у верхній частині. Поршень через поршневий палець і шатун зв’язаний з колінчастим валом, який обертається в корінних підшипниках розташованих у картері. Колінчастий вал складається з корінних шийок, щік і шатунної шийки. Циліндр, поршень, шатун і колінчастий вал утворюють так званий кривошипно-шатунний механізм, який перетворює зворотно-поступальний рух поршня в обертальний рух колінчастого вала.
Зверху циліндр накритий головкою з клапанами, відкриття і закриття яких точно узгоджене з обертанням колінчастого вала, а отже і з переміщенням поршня.
Переміщення поршня обмежується двома крайніми положеннями, при яких його швидкість дорівнює нулю: верхньою мертвою точкою (ВМТ), що відповідає найбільшому віддаленню поршня від вала; нижньою мертвою точкою (НМТ), яка відповідає найменшому його віддаленню від вала.
Безупинний рух поршня через мертві точки забезпечується маховиком, що має форму диска з масивним ободом.
Відстань, що її проходить поршень між мертвими точками, називається ходом поршня Sh, а відстань між осями корінних і шатунних шийок – радіусом
кривошипа R. Хід поршня дорівнює двом радіусам кривошипа: =2R.
Об’єм, що його описує поршень за один хід, називається робочим об’ємом циліндра (літражем) Vп.
Об’єм над поршнем Vc у положенні ВМТ називається об’ємом камеризгоряння (стиску).
Сума робочого об’єму циліндра та об’єму камери згоряння є повним об’ємомциліндра Vп=Vsh+Vc.
Відношення повного об’єму циліндра до об’єму камери згоряння називається ступенем стиску: Vп/Vc=E. Ступінь стиску є важливим параметром двигунів внутрішнього згоряння, оскільки дуже впливає на їх економічність і продуктивність.
Принцип роботи. Дія поршневого двигуна внутрішнього згоряння грунтується на використанні роботи розширення нагрітих газів під час руху поршня від ВМТ до НМТ.
Нагрівання газів у положенні ВМТ досягається в результаті згоряння у циліндрі палива, змішаного з повітрям. При цьому підвищується температура газів і їх тиск. Оскільки тиск під поршнем дорівнює атмосферному, а в циліндрі він набагато більший, то під дією різниці тисків поршень переміщуватиметься вниз, при цьому гази розширюються, здійснюючи корисну роботу. Робота, виконувана газами, що розширюються, за допомогою кривошипно-шатунного механізму передається колінчастому валу, а від нього на трансмісію і колеса автомобіля.
Щоб двигун постійно виробляв механічну енергію, циліндр треба періодично заповнювати новими порціями повітря через впускний клапан і палива через форсунку або подавати через впускний клапан суміш повітря з паливом. Продукти згоряння палива після їх розширення видаляються з циліндра через випускний клапан. Це завдання виконують механізм газорозподілу, що керує відкриттям і закриттям клапанів, і система подачі палива.
При роботі двигуна встановлюють певну послідовність чергування тактів, яку називають порядком роботи двигуна. Для рівномірного обертання колінчастого вала і плавної роботи двигуна конструктори прагнуть встановити такий порядок роботи, щоб робочі ходи в окремих циліндрах чергувались через рівні кути повороту колінчастого валу.
Порядок роботи двигуна залежить від кількості і розміщення його циліндрів і конструктивної схеми взаємного розміщення кривошипів колінчастого вала. Порядок роботи забезпечується також своєчасним відкриванням і закриванням клапанів і запалюванням робочої суміші, тобто роботою механізма газорозподілення і системи запалювання.
По способу здійснення робочого процесу поршневі двигуни внутрішнього згоряння бувають із зовнішнім сумішеутворенням і запалюванням горючої суміші від електричної іскри із внутрішнім сумішеутворюванням і самозапалюванням суміші внаслідок високої температури стиснутого повітря (дизелі).
Перші із них по виду палива, яке використовується, діляться на дві групи: карбюраторні, які працюють на легкому рідкому паливі (бензині), і газові, які працюють на газу (генераторному, природному тощо). Робочий цикл і конструкція цих двигунів однакові.
В карбюраторних і газових двигунах горюча суміш палива або газу з повітрям готується поза циліндра за допомогою спеціального прилада – карбюратора або змішувача. Приготована горюча суміш поступає в циліндри і запалюється від стороннього джерела тепла (електричної іскри).
Двигуни з внутрішнім сумішеутворюванням і запалюванням від стиску – дизелі – працюють на важкому рідкому (дизельному) паливі. В них суміш готується всередині циліндра із повітря і палива, подаваємих в циліндр роздільно. Запалювання суміші відбуваються в результаті підвищення температури повітря при сильному його стиску в циліндрі.
По числу тактів, за час яких здійснюється повний робочий процес двигуни діляться на двотактні і чотиритактні. В перших із них всі процеси (робочий цикл) здійснюються за два ходи поршня, тобто за один оберт колінчастого вала, а в других робочий цикл відбувається за чотири хода поршня, тобто за два оберти колінчастого вала.
1. Сумішеутворення.
Процес сумішеутворення плягає в змішуванні бензину в розпиленому стані з повітрям в певній пропорції. Суміш парів бензину з повітрям називається горючоюсумішшю, яка в циліндрі двигуна разом з залишковими газами утворює робочу суміш. Горіння – це процес з’єднання з киснем, що супроводжується виділенням тепла. Для згоряння 1 кг бензину теоретично потрібно 15 кг повітря.α
Кількість повітря в суміші може бути меншою або більшою теоретичного. В залежності від цього розрізняють наступні види сумішей: нормальна, збіднена, бідна, збагачена, багата.
Склад суміші в залежності від співвідношення палива і повітря характеризується надлишком повітря(a).
α = Ĺд/Ĺт,
- Ĺд – фактична кількість повітря, яка приходиться на 1 кг палива;
- Ĺт – теоретична кількість повітря на 1 кг палива.
Це відношення називається коефіцієнтом надлишку повітря і є відношенням дійсної кількості повітря до теоретично необхідної кількості для повного згоряння палива в ній.
Нормальною називається суміш, в якій на 1 кг палива приходиться 15 кг повітря (a=1,0).
В збідненій є невеликий надлишок повітря (a = 1,05 – 1,15).
В бідній – значний надлишок повітря (a = 1,2–1,25).
Збагаченою називається суміш, яка має невелику нестачу повітря (a = 0,8–0,95).
Багата – значна нестача повітря (a = 0,4–0,8).
Вимоги до складу суміші при роботі двигуна на режимах:
Режим пуску двигуна. При пуску холодного двигуна необхідна багата горюча суміш з a = 0,4–0,6. Це необхідно тому, що значна частина палива в циліндри не попадає, а залишається у вигляді конденсату на стінках впускного трубопроводу.
Режим холостого ходу – суміш необхідна також багата з a = 0,6–0,8, так як дросельна заслінка прикрита, наповнення циліндра повітрям погіршується.
Режим часткових (середніх) навантажень – суміш необхідна збіднена (економічна) з a = 1,05–1,15, так як від двигуна повної потужності не потрібно і він працює більш економічно.
Режим повних навантажень – суміш повинна значно збагачуватись, що необхідно для швидкого збільшення швидкості обертання колінчастого вала двигуна і підвищення його потужності, тобто щоб двигун мав хорошу приємність.
Приготування робочої суміші необхідного складу на різних режимах забезпечує карбюратор.
Система живлення дизелів повинна створювати високий тиск впорскування палива у циліндр, дозувати порції палива відповідно до навантаження дизеля, впорскувати паливо в камеру згоряння у певний момент, протягом заданого проміжку часу і з певною інтенсивністю, добре розпилювати і рівномірно розподіляти паливо по об’єму камери згоряння, забезпечувати початок впорскування і порції палива, що подаються насосом, однаковими в усіх циліндрах, надійно фільтрувати паливо перед його надходженням у насоси і форсунки.