Головна > Будова автомобіля > Двигун
Двигун внутрішнього згорання.
Наши партнеры ArtmMisto
В даний час існує велика кількість пристроїв, що використовують теплове розширення газів. До таких пристроїв відноситься карбюраторний двигун, дизелі, турбореактивні двигуни і т.д.
Теплові двигуни можуть бути розділені на дві основні групи:
1). Двигуни із зовнішнім згоранням - парові машини, парові турбіни, двигуни Стірлінга і т.д.
2). Двигун внутрішнього згорання. Як енергетичних установок автомобілів найбільшого поширення набули двигуни внутрішнього згоряння, в яких процес згоряння палива з виділенням теплоти і перетворенням її в механічну роботу відбувається безпосередньо в циліндрах. На більшості сучасних автомобілів встановлені двигуни внутрішнього згоряння.
Найбільш економічними є поршневі і комбіновані двигуни внутрішнього згоряння. Вони мають досить великий термін служби, порівняно невеликі габаритні розміри і масу. Основним недоліком цих двигунів слід вважати зворотно-поступальний рух поршня, пов'язане з наявністю кривошипно-шатунного механізму, що ускладнює конструкцію і обмежує можливість підвищення частоти обертання, особливо при значних розмірах двигуна.
А тепер трохи про перші ДВС. Перший двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) був створений в 1860 р французьким інженером Етвеном Ленуаром, але ця машина була ще досить недосконалою.
У 1862 р французький винахідник Бо де Роша запропонував використовувати в двигуні внутрішнього згоряння чотиритактний цикл:
- всмоктування;
- стиснення;
- горіння і розширення;
- вихлоп.
Ця ідея була використана німецьким винахідником Н. Отто, побудував в 1878 р перший чотиритактний двигун внутрішнього згоряння. ККД такого двигуна досягав 22%, що перевищувало значення, отримані при використанні двигунів всіх попередніх типів.
Швидке поширення ДВС в промисловості, на транспорті, в сільському господарстві та стаціонарної енергетиці була зумовлена низкою їх позитивних особливостей.
Здійснення робочого циклу ДВС в одному циліндрі з малими втратами і значним перепадом температур між джерелом теплоти і холодильником забезпечує високу економічність цих двигунів. Висока економічність - одне з позитивних якостей ДВС.
Серед ДВС дизель в даний час є таким двигуном, який перетворює хімічну енергію палива в механічну роботу з найбільш високим ККД в широкому діапазоні зміни потужності. Це якість дизелів особливо важливо, якщо врахувати, що запаси нафтових палив обмежені.
До позитивних особливостей ДВС варто віднести також те, що вони можуть бути з'єднані практично з будь-яким споживачем енергії. Це пояснюється широкими можливостями отримання відповідних характеристик зміни потужності і крутного моменту цих двигунів.
Розглянуті двигуни успішно використовуються на автомобілях, тракторах, сільськогосподарських машинах, тепловозах, судах, електростанціях і т.д., тобто ДВС відрізняються гарною пристосованістю до споживача.
Порівняно невисока початкова вартість, компактність і мала маса ДВС дозволили широко використовувати їх на силових установках, що знаходять широке застосування і які мають невеликі розмірів моторного відділення.
Установки з ДВС мають велику автономністю. Навіть літаки з ДВС можуть літати десятки годин без поповнення пального.
Важливою позитивною якістю ДВС є можливість їх швидкого пуску в звичайних умовах. Двигуни, що працюють при низьких температурах, забезпечуються спеціальними пристроями для полегшення і прискорення пуску. Після пуску двигуни порівняно швидко можуть приймати повне навантаження. ДВС володіють значним гальмівним моментом, що дуже важливо при використанні їх на транспортних установках.
Позитивною якістю дизелів є здатність одного двигуна працювати на багатьох пальному. Так відомі конструкції автомобільних багатопаливних двигунів, а також суднових двигунів великої потужності, які працюють на різних паливах - від дизельного до котельного мазуту.
Але поряд з позитивними якостями ДВС мають ряд недоліків. Серед них обмежене в порівнянні, наприклад з паровими і газовими турбінами агрегатна потужність, високий рівень шуму, відносно велика частота обертання колінчастого вала при пуску і неможливість безпосереднього з'єднання його з провідними колесами споживача, токсичність вихлопних газів, зворотно-поступальний рух поршня, що обмежують частоту обертання і є причиною появи неврівноважених сил інерції і моментів від них.
Але неможливо було б створення двигунів внутрішнього згоряння, їх розвитку та застосування, якби не ефект теплового розширення. Адже в процесі теплового розширення нагріті до високої температури гази здійснюють корисну роботу. Внаслідок швидкого згоряння суміші в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння, різко підвищується тиск, під впливом якого відбувається переміщення поршня в циліндрі. А це-то і є та сама потрібна технологічна функція, тобто силовий вплив, створення великих тисків, яку виконує теплове розширення, і заради якої це явище застосовують у різних технологіях і зокрема в ДВС.
корпус двигуна
Поршневий двигун внутрішнього згоряння класичної (традиційної) конструкції має корпус, що складається з блоку циліндрів (блок-картера) і головки блоку циліндрів, закритих, зверху - клапанної кришкою, знизу - масляним піддоном, спереду і ззаду - передній і задній кришками колінчастого вала з самоподжимной сальниками. Корпус може мати і іншу конструкцію. Наприклад, нижня частина картера може бути рознімної, і в цьому випадку корпус буде складатися з трьох складових частин: блоку циліндрів (середній частині корпусу), головки блоку циліндрів (верхній частині корпусу) і фундаментної рами (нижньої частини корпусу) і відповідних кришок. Зустрічаються двигуни з моноблочною конструкцією корпусу, в якому блок циліндрів і головка блоку циліндрів виконуються у вигляді єдиної, нероз'ємному виливки. Різноманіття конструкцій двигунів різних моторобудівних підприємств, передбачає різні підходи до їх ремонту.
Корпусні деталі двигуна є підставою для кріплення деталей кривошипно-шатунного і газорозподільного механізмів, а так же вузлів і деталей систем змащення, охолодження, запалювання, харчування та ін.
Корпусні деталі двигуна.
1 - блок-картер (блок циліндрів); 2 - прокладка головки блоку; 3 - головка блоку;
4 - прокладка клапанної кришки; 5 - клапанна кришка.
Блоки циліндрів відливають з сірого легованого чавуну або висококремнистих алюмінієвих сплавів (силумінів). Деякими фірмами практикується виготовлення блоків з металокераміки. Блоки циліндрів двигуна з рідинним охолодженням мають подвійні стінки, що утворюють «сорочку охолодження». Сорочка охолодження заповнюється рідиною. Блоки циліндрів двигунів з повітряним охолодженням циліндрів мають ребра. Циліндри, як правило, укладені в кожух, через який вентилятором системи охолодження прокачується повітря. Головки блоків циліндрів бензинових і дизельних двигунів легкових автомобілів відливають з алюмінієвих сплавів і рідше з чавуну і, за рідкісним винятком, мають моноблочну конструкцію, тобто на один ряд циліндрів двигуна встановлюється одна, єдина для всіх циліндрів, головка. На частині дизельних двигунах кожен циліндр (або пара циліндрів) може мати власну головку. Головка через термостійку прокладку кріпиться до привалочной площині блоку циліндрів болтами, якщо блок чавунний, або гайками через шпильки, якщо блок алюмінієвий. Болти кріплення головки виготовляються із високоміцних сталей і при невеликих діаметрах повинні забезпечувати значні зусилля (моменти) затяжки. Зусилля затягування болтів (гайок) кріплення головки блоку регламентується виробником і, для більшості автомобілів, в середньому становлять 9,0 - 10,0 кгс м. Стінки головки блоку подвійні. Сорочка охолодження, утворена подвійними стінками головки блоку з'єднується з сорочкою охолодження блока циліндрів. У голівці блоку виконуються камери згоряння. На голівці розміщують деталі газорозподільного механізму, включаючи розподільний вал (вали), впускні і випускні клапани і деталі приводу клапанів.
Класифікація ДВС
Як енергетичних установок автомобілів найбільшого поширення повчили ДВС, в яких процес згоряння палива з виділенням теплоти і перетворенням її в механічну роботу відбувається безпосередньо в циліндрах. Але в більшості сучасних автомобілів встановлені двигуни внутрішнього згоряння, які класифікуються за різними ознаками:
За способом сумішоутворення - двигуни із зовнішнім сумішоутворенням, у яких горюча суміш готується поза циліндрів (карбюраторні і газові), і двигуни з внутрішнім сумішоутворенням (робоча суміш утворюється всередині циліндрів) - дизелі;
За способом здійснення робочого циклу - чотиритактні і двотактні;
За кількістю циліндрів - одноциліндрові, двоциліндрові і багатоциліндрові;
По розташуванню циліндрів - двигуни з вертикальним або похилим розташуванням циліндрів в один ряд, V-подібні з розташуванням циліндрів під кутом (при розташуванні циліндрів під кутом 180 двигун називається двигуном з протилежними циліндрами, або оппозітним);
За способом охолодження - на двигуни з рідинним або повітряним охолодженням;
По виду застосовуваного палива - бензинові, дизельні, газові та багатопаливні;
За ступенем стиснення. Залежно від ступеня стиснення розрізняють двигуни високого (E = 12 ... 18) і низького (E = 4 ... 9) стиснення;
За способом наповнення циліндра свіжим зарядом:
а) двигуни без наддуву, у яких впускання повітря або горючої суміші здійснюється за рахунок розрядження в циліндрі при всмоктуючому ході поршня;
б) двигуни з наддувом, у яких впускання повітря або горючої суміші в робочий циліндр відбувається під тиском, створюваним компресором, з метою збільшення заряду і отримання підвищеної потужності двигуна;
За частотою обертання: тихохідні, підвищеної частоти обертання, швидкохідні;
За призначенням розрізняють двигуни стаціонарні, автотракторні, суднові, тепловозні, авіаційні та ін.
Потужність двигуна
Потужність - це фізична величина, яка дорівнює відношенню роботи, досконалої за певний час, до цього часу. В системі одиниць СІ потужність вимірюється в Ватах (Вт). Піднімаючи вантаж масою 1 кілограм на висоту 1 метр за 1 секунду, ми розвиваємо потужність 1 кг x 9,8 м / с2 x 1 м / с = 9,8 Вт.
Потужність автомобільних двигунів зазвичай вимірюють в кінських силах.
Термін «кінська сила» був введений в кінці XVIII в. англійським винахідником Дж. Уатт. Спостерігаючи за роботою коней, які витягали з вугільних шахт за допомогою блоків кошика з вугіллям, вчений виміряв загальна вага вилученої ними породи і висоту, на яку він був піднятий за певний час. Уатт розрахував, що 1 кінь за 1 хвилину з глибини 30 м витягує в середньому 150 кг вугілля. Ця одиниця потужності і отримала назву кінської сили (horsepower).
Після прийняття в 1960 р системи одиниць СІ кінська сила стала допоміжної одиницею потужності, що дорівнює 736 Вт. Середня потужність людини дорівнює 70-90 Вт, що становить 0,1 кінської сили.
- на початок -
