Теория двигателя внутреннего сгорания

Сообщение

Системы впуска и выпуска

: Системы впуска и выпуска; Screenshot_25.jpg (296.67 КБ) 4728 просмотров

Система впуска двигателя включает в себя следующие узлы и детали.

1. Впускной воздушный патрубок.

2. Корпус воздушного фильтра.

3. Фильтрующий элемент.

4. Датчик массового расхода воздуха (в зависимости от системы управления двигателем).

5. Соединительные трубы.

6. Труба, идущая к турбокомпрессору (в зависимости от двигателя).

7. Труба, идущая от турбокомпрессора (в зависимости от двигателя).

8. Труба, идущая к промежуточному охладителю наддувочного воздуха (в зависимости от двигателя).

9. Труба, идущая от промежуточного охладителя наддувочного воздуха (в зависимости от двигателя).

10. Труба, идущая к впускному коллектору.

Фильтрующий элемент воздушного фильтра
Обычный воздушный фильтр представляет собой сменный гофрированный бумажный фильтрующий элемент с уплотнительной прокладкой из синтетического материала. Применяются в основном фильтры двух типов: панельные (используются на большинстве двигателей с впрыском топлива) и радиальные (карбюраторные двигатели). Воздушный фильтр задерживает частицы, которые могут повредить стенки цилиндров, поршни и поршневые кольца. Кроме того, он предохраняет от загрязнения датчик расхода воздуха, а также очищает воздух, используемый для вентиляции картера. Воздушный фильтр также выполняет роль глушителя системы впуска.

Турбокомпрессор/промежуточный охладитель наддувочного воздуха
Турбокомпрессоры повышают мощность двигателей. По мере роста температуры подаваемого в цилиндры турбокомпрессорного двигателя воздуха повышается температура сгорания и соответственно увеличиваются выбросы вредных веществ. Поэтому в турбокомпрессорных двигателях применяется промежуточный охладитель наддувочного воздуха. Это обеспечивает снижение токсичности отработавших газов.

Охлаждение турбокомпрессора
Турбокомпрессор охлаждается жидкостью из системы охлаждения двигателя, что значительно понижает температуру корпуса подшипников, это, в свою очередь, снижает вероятность закипания масла и вызванных этим повреждений. Охлаждающая жидкость поступает по трубке из головки цилиндров. Охладив корпус подшипников, жидкость направляется к корпусу термостата.

Смазка турбокомпрессора
Точно отбалансированный вал турбокомпрессора вращается с очень высокой скоростью во втулках подшипников скольжения. Такое решение требует подачи большого количества масла, чтобы вал вращался на масляной подушке. Масло в турбокомпрессор поступает из системы смазки двигателя по специальной магистрали, идущей от переходника масляного фильтра, и отводится в поддон картера двигателя. Уплотнение между валом и корпусом подшипников обеспечивается кольцами (похожими на поршневые), расположенными в канавках вала. Точно отбалансированный вал турбокомпрессора вращается с очень высокой скоростью во втулках подшипников скольжения. Уплотнение между валом и корпусом подшипников обеспечивается кольцами (похожими на поршневые), расположенными в канавках вала.

Система выпуска
Система выпуска отводит из цилиндров отработавшие газы, обеспечивая при этом низкое сопротивление, низкий уровень шума, и имеет длительный эксплуатационный ресурс. В систему входят выпускной коллектор, передняя часть выпускной трубы с каталитическим нейтрализатором и задняя часть выпускной трубы с глушителями. Глушитель обычно и поглощает, и резонирует звук отработавших газов. Части выпускной трубы соединяются друг с другом и крепятся под днищем кузова в различных местах через резиновые подушки. Участки системы выпуска, нагревающиеся до высоких температур, что может стать причиной повреждения других деталей, закрываются теплозащитными экранами.

Регулируемый глушитель
Некоторые модели автомобилей оснащаются регулируемым глушителем. При работе дви-гателя с частотой вращения коленчатого вала менее 3000 об/мин внутренний перепускной канал закрывается, что снижает уровень шума. При более высокой частоте вращения под действием противодавления перепускной канал открывается, повышая тем самым динами-ческие показатели двигателя.

Сообщение

Регулирование давления наддува

: Регулирование давления наддува; Screenshot_26.jpg (260.5 КБ) 4727 просмотров

Давление поступающего в цилиндры воздуха зависит в основном от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. При малой нагрузке двигателя поток отработавших газов невелик, поэтому необходимо, чтобы весь поток вращал рабочие колеса турбины и компрессора. При росте нагрузки двигателя увеличивается поток отработавших газов. Скорость вращения рабочих колес турбины и компрессора при этом возрастает, что приводит к подаче в цилиндры большего количества воздуха. При дальнейшем повышении нагрузки двигателя объем отработавших газов превышает значение, необходимое для того, чтобы компрессор подавал в цилиндры требуемое количество воздуха. При высоких нагруз¬ках необходимо ограничить количество отработавших газов, проходящих через турбину. Это достигается за счет использования клапана перепуска ОГ, открывающего отводящий канал, выполненный параллельно турбине. Лишнее количество отработавших газов направляется в этот канал. Клапан перепуска ОГ представляет собой обратный клапан, который открывает и закрывает перепускной канал, расположенный рядом с турбиной. Клапан управляется штоком пневмопривода, установленным на корпусе компрессора. Клапан закрывается под действием пружины в корпусе пневмопривода и открывается под давлением диафрагмы пневмопривода. Пневмопривод приводится в действие разрежением, подводимым по шлангу от электромагнитного клапана, управляемого ЭБУ двигателя.

Регулирование давления наддува при малой нагрузке
При малой нагрузке двигателя клапан регулирования давления надува закрыт. Весь поток отработавших газов проходит через турбину.

Регулирование давления наддува при большой нагрузке
При высокой нагрузке двигателя увеличивается объем отработавших газов и, следователь¬но, скорость вращения рабочего колеса турбины. Это приводит к подаче в цилиндры боль¬шего количества воздуха. Если воздуха подается очень много, а его поток невозможно изменять дроссельной заслонкой, необходимо регулировать давление наддува посред¬ством клапана перепуска ОГ, который открывается, и часть отработавших газов направля¬ется в перепускной канал в обход турбины. Таким образом, регулируется количество отра¬ботавших газов, направляемое для вращения рабочего колеса турбины, и, следовательно, объем подаваемого наддувочного воздуха.

Сообщение

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией направляющего аппарата турбины

: Турбокомпрессор с изменяемой геометрией направляющего аппарата турбины; Screenshot_27.jpg (275.85 КБ) 4727 просмотров

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией направляющего аппарата турбины обладает следующими преимуществами.

• Двигатель развивает более высокий крутящий момент при низкой частоте вращения коленчатого вала.

• Благодаря низкой рабочей температуре турбокомпрессора улучшается процесс сгорания, что повышает мощность двигателя.

• Турбокомпрессор быстрее реагирует на нажатие педали акселератора, что улучшает приемистость двигателя.

• Улучшается топливная экономичность, снижается токсичность отработавших газов.

Из конструкции турбокомпрессора с изменяемой геометрией направляющего аппарата турбины исключен клапан перепуска ОГ, но со стороны выпуска добавлены лопатки для управления работой турбокомпрессора. При малом потоке отработавших газов лопатки располагаются таким образом, чтобы увеличить скорость вращения рабочего колеса тур-бины и, следовательно, повысить давление наддува. Двигатель развивает более высокий крутящий момент при низкой частоте вращения коленчатого вала. При большом потоке отработавших газов скорость вращения рабочего колеса турбины уменьшается для предотвращения чрезмерно высоких оборотов, однако требуемое давление наддува по-прежнему поддерживается.
Положение лопаток регулируется пневмоприводом, который имеет большие размеры, чем на обычных турбокомпрессорах. Также увеличено проходное сечение шланга, соединяю-щего пневмопривод с вакуумным насосом, в результате этого в пневмопривод постоянно подводится достаточное разрежение. Управление пневмоприводом осуществляется электромагнитным клапаном, на который подаются сигналы от ЭБУ двигателя.

Сообщение

Краткое описание системы охлаждения двигателя

: Краткое описание системы охлаждения двигателя; Screenshot_28.jpg (311.77 КБ) 4721 просмотр

Около 24 32% тепловой энергии, вырабатываемой в процессе сгорания топливовоздушной смеси в бензиновом двигателе, преобразуется в кинетическую энергию и используется в качестве движущей силы. Примерно 29 36% тепла выходит вместе с отработавшими газами, 7% передается окружающему воздуху, 32 33% отводится в систему охлаждения. Если от стенок цилиндров не отводить тепло максимально быстро, это может привести к деформации поршней и цилиндров или выгоранию пленки масла. При чрезмерном охлаждении цилиндров слишком много тепловой энергии передается в систему охлаждения, что снижает тепловой КПД. Таким образом, система охлаждения должна поддерживать оптимальную рабочую температуру двигателя в зависимости от режима его работы. В жидкостной системе охлаждения используется охлаждающая жидкость, представляющая собой смесь специальных химических веществ и воды. Охлаждающая жидкость циркулирует по каналам в двигателе и радиатору. Циркуляция жидкости осуществляется насосом системы охлаждения, температура контролируется термостатом. При холодном двигателе клапан термостата закрыт, а охлаждающая жидкость циркулирует только по блоку цилиндров в обход термостата и радиатора. В результате двигатель прогревается быстро и равномерно, т. е. в нем отсутствуют более «горячие места». Когда прогретая охлаждающая жидкость достигает термостата, его клапан начинает открываться, пропуская ее в радиатор. С ростом температуры охлаждающей жидкости клапан открывается больше, пропуская большее количество жидкости в радиатор. Кроме того, термостат регулирует продолжительность нахождения охлаждающей жидкости в радиаторе, что обеспечивает более эффективное рассеивание тепла.

Радиатор служит для охлаждения поступающей из двигателя охлаждающей жидкости. Во время движения через радиатор проходит воздух, которому и передается тепло охлаж-дающей жидкости. Когда автомобиль движется с небольшой скоростью или стоит на месте, поток воздуха для охлаждения жидкости обеспечивает вентилятор, установленный за радиатором.

Система охлаждения, работающая при повышенном давлении
Система охлаждения, работающая при повышенном давлении, более эффективно охлаждает двигатель с более высокой температурой. Кроме того, она отличается высокой температурой начала кипения жидкости. Давление в системе обеспечивается специальной залив¬ной горловиной и крышкой радиатора. В такие системы охлаждающая жидкость заливается только при необходимости в расширительный бачок, а не в радиатор.

Охлаждающая жидкость (антифриз)
Использование воды в системе охлаждение имеет одно большое преимущество: она погло¬щает тепло лучше любой другой жидкости. Однако в этом есть и недостатки. В обычной воде содержатся загрязняющие вещества, которые вступают в химическую реакцию с ме¬таллами и вызывают коррозию, что может привести к повреждениям двигателя. Для воды характерен электрический и химический процесс, именуемый электролизом, который и приводит к коррозии металлов. В современных системах охлаждения используется вода с добавлением химических веществ (ингибиторов), которые замедляют или прекращают коррозию. Другие химические вещества повышают температуру закипания воды. Другим недостатком воды является ее расширение при замерзании. Это основная проблема двига¬телей с жидкостным охлаждением, эксплуатируемых при низких температурах. В неработающем двигателе вода в системе охлаждения замерзает и расширяется. При этом она обладает достаточным усилием, чтобы привести к появлению трещин в блоке цилиндров и радиаторе. При добавлении в воду присадки, получившей название антифриз, темпера¬тура замерзания воды понижается до значения ниже температуры окружающего воздуха. Таким образом, снижается вероятность замерзания охлаждающей жидкости.

Сообщение

Термостат и насос охлаждающей жидкости

: Термостат и насос охлаждающей жидкости; Screenshot_29.jpg (239.1 КБ) 4696 просмотров

Термостат
Термостат отслеживает температуру охлаждающей жидкости и регулирует количество жидкости, проходящей через радиатор. Термостат приводится в действие термочувствительным элементом с избыточным давлением. Он имеет следующую конструкцию: в теплопроводный медный цилиндр помещены специальный воск, металлический порошок и плунжер внутри резинового чехла. Под действием тепла воск расширяется и выталкивает плунжер наружу, который, в свою очередь, открывает клапан. В зависимости от темпера-туры термочувствительный элемент изменяет положение клапана, регулируя поток охлаждающей жидкости и, следовательно, ее температуру. Термостат обычно устанавливается в передней верхней части блока цилиндров — такое расположение необходимо для того, чтобы через термостат всегда проходила горячая охлаждающая жидкость. Верхняя часть термостата накрывается отводящим патрубком системы охлаждения, который соединяет шланг радиатора с радиатором. В настоящее время применяются термостаты двух типов: с пропорциональной муфтой и обратным клапаном. Принцип их работы аналогичен, однако они имеют ряд отличий. Термостат с обратным клапаном открывает проход потоку жид-кости, идущему от насоса. Поскольку холодная охлаждающая жидкость, поступающая от насоса, находится под давлением, термостат остается закрытым. Это предотвращает утечку охлаждающей жидкости. Клапан такого термостата самоустанавливающийся и самоочищающийся. В термостате с пропорциональной муфтой охлаждающая жидкость под давлением циркулирует по всему термостату.

Насос охлаждающей жидкости
Насос охлаждающей жидкости крепится в передней части блока цилиндров и приводится в действие ремнем привода вентилятора или газораспределительного механизма. В некоторых случаях его привод осуществляется от распределительного вала или зубчатой передачей. Насос предназначен для нагнетания охлаждающей жидкости из нижней части радиатора в водяную рубашку двигателя. Охлаждающая жидкость отбирает тепло у нагретых деталей двигателя и возвращается в верхнюю часть радиатора. Крыльчатка насоса охлаждающей жидкости представляет собой диск с лопатками. Вращающая крыльчатка захватывает охлаждающую жидкость, которая под действием центробежной силы отбрасывается к корпусу насоса и нагнетается в водяную рубашку двигателя. Крыльчатка установлена на валу, который вращается в корпусе насоса на подшипниках. Во избежание утечки охлаждающей жидкости вал уплотнен сальником. Привод насоса ремнем вентиля-тора от распределительного вала осуществляется через шкив, закрепленный на конце вала насоса. При холодном двигателе клапан термостата закрыт, и охлаждающая жидкость циркулирует, минуя верхнюю часть радиатора. Для обеспечения циркуляции охлаждающей жидкости по двигателю во время прогрева в системе охлаждения имеется обводная труба, по которой жидкость возвращается к насосу в обход термостата. Кроме того, при определенной температуре горячая охлаждающая жидкость по этой трубе проходит через открывшийся клапан термостата в радиатор. В нижней части корпуса насоса охлаждающей жидкости имеется небольшое отверстие, через которое жидкость проходит при утечке через сальник.

Сообщение

Радиатор

: Радиатор; Screenshot_30.jpg (352.51 КБ) 4694 просмотра

Радиатор снижает температуру охлаждающей жидкости, отдавая ее тепло окружающему воздуху. Основой радиатора является сердцевина из тонких трубок, расположенных рядами вертикально или горизонтально (радиатор с поперечным потоком). Один конец трубки входит во впускной бачок, другой — в выпускной. Эффективность радиатора зависит от: конструкции радиатора (толщины сердцевины, количества рядов, емкости бачков), площади и толщины сердцевины, через которую проходит поток воздуха, количества воздуха, проходящего через радиатор, разницы между температурой охлаждающей жидкости и воздуха, проходящего через радиатор.

Герметичная крышка радиатора
Герметичная крышка состоит из корпуса с двумя выступами для фиксации в заливной горловине радиатора, диафрагмы с тарельчатой пружиной и верхней уплотнительной прокладкой для уплотнения верхней части заливной горловины и обеспечения трения, необходимого для удержания крышки на горловине, нагнетательного клапана с пружиной из нержавеющей стали для герметизации нижней части заливной горловины, а также предохранительного вакуумного клапана, расположенного в центре нагнетательного клапана (некоторые клапаны в исходном положении закрыты, другие находятся в нагруженнооткрытом положении). Благодаря верхней уплотнительной части заливной горловины радиатора подпружиненная диафрагма обеспечивает достаточное давление для фиксации крышки на горловине. Верхняя уплотнительная прокладка предотвращает утечку давления. В нижней уплотняемой части крышки находится нагнетательный клапан, обеспечивающий нарастание давления в системе при нагревании охлаждающей жидкости.

Кулачки на заливной горловине радиатора предназначены для фиксации крышки и обеспечения необходимого усилия для ввода нагнетательного клапана в заливную горловину. Кулачки имеют предохранительные стопоры, предотвращающие ослабление крышки и связанную с этим утечку давления в результате вибрации. Кроме того, эти стопоры позволяют избежать тяжелых ожогов при отворачивании крышки на горячем двигателе. Для отворачивания крышку необходимо сначала нажать и только потом повернуть. В крышках радиатора используются вакуумные предохранительные клапаны двух типов: закрытый в исходном положении (пружинный) и открытый в исходном положении (нагруженный). Крышку с вакуумным предохранительным клапаном, закрытым в исходном положении, также называют крышкой с клапаном постоянного давления. Клапан закрыт под действием разрежения и легкой бронзовой пружины. Давление в системе начинает нарастать сразу же после запуска и начала прогрева двигателя, так как охлаждающая жидкость начинает расширяться. Когда двигатель остановлен и начинает остывать, в системе начинает нарастать разрежение, под действием которого открывается вакуумный клапан. Это предотвращает образование чрезмерного разрежения в системе. Крышка с вакуумным предохранительным клапаном, открытым в исходном положении, называется крышкой с паровоздушным клапаном. В нагнетательном клапане имеется вакуумный клапан с небольшим калиброванным грузом. При небольшой нагрузке двигателя система охлаждения работает без давления, т. е. при атмосферном давлении. Если из-за резкого роста температуры или перегрева охлаждающая жидкость быстро расширяется или закипает, то под действием давления (пара) вакуумный клапан закрывается. В дальнейшем крышка работает так же, как крышка с клапаном постоянного давления. Когда после остановки двигатель остывает, вакуумный клапан снова открывается.

Вентилятор системы охлаждения
Одним из типов вентиляторов является вентилятор с ременным приводом, который устанавливается на насос охлаждающей жидкости и приводится во вращение от шкива насоса. Для улучшения характеристик такой вентилятор оснащается муфтой включения, обеспечивающей привод вентилятора, когда для охлаждения двигателя необходим поток воздуха. В термостатической муфте для включения вентилятора используется биметаллическая пружина, обеспечивающая регулирование скорости вращения вентилятора в зависимости от температурного состояния двигателя. При росте температуры двигателя и прогреве радиатора воздух, проходящий через радиатор к вентилятору, нагревает пружину и силиконовую жидкость в муфте. В результате этого в камере муфты возрастает напряжение, что приводит в действие вентилятор. По мере снижения температуры охлаждающей жидкости муфта вентилятора начинает пробуксовывать. В нечувствительных к температуре муфтах используется силиконовая жидкость с высокой сдвигающей способностью, благодаря чему осуществляется привод вентилятора и двигатель охлаждается при низкой частоте вращения коленчатого вала. При увеличении частоты вращения коленчатого вала муфта начинает пробуксовывать, что повышает КПД двигателя, так как для эффективного охлаждения двигателя уже не требуется работа вентилятора. На многие современные автомобили устанавливаются электровентиляторы системы охлаждения. Такой выбор обусловлен его компактностью и необходимостью обеспечивать большой поток воздуха. Электровентилятор включается и выключается ЭБУ двигателя или по сигналам датчика температуры, установленного на радиаторе.

Сообщение

Приводной ремень

: Приводной ремень; Screenshot_31.jpg (214.61 КБ) 4780 просмотров

Ремни приводят во вращение навесное оборудование двигателя. Приводные ремни разрабатываются для каждой конкретной модели, что необходимо для оптимального натяжения между различными элементами, приводимыми во вращение такими устройствами, как вентилятор системы охлаждения, насос охлаждающей жидкости, насос гидроусилителя рулевого управления, генератор, компрессор кондиционера. Приводные ремни изготавливаются многослойными, что обеспечивает им длительный срок службы и оптимальные рабочие характеристики.

Применяются приводные ремни нескольких типов.
Зубчатый ремень — многослойный ремень с зубьями, используется в двигателях легковых и грузовых автомобилей, а также автобусов, в том числе и в дизельных двигателях.
Поликлиновый ремень имеет меньшую толщину и более эффективно передает мощность, используется в небольших двигателях с высокими динамическими характеристиками.

Шкив с муфтой свободного хода
Шкивы некоторых генераторов имеют муфту свободного хода, компенсирующую неравно-мерность вращения между циклами работы двигателя. Это обеспечивает равномерное вращение, что продлевает срок службы приводного ремня.

Автоматический натяжитель
Автоматический натяжитель предназначен для поддержания правильного натяжения приводного ремня. Используются натяжители приводных ремней двух типов: пружинные и гидравлические. Для снятия автоматического натяжителя необходимо осторожно осла-бить натяжение ремня, отвернув гайку крепления натяжителя. Запрещается прикладывать слишком большое усилие, так как это может повредить автоматический натяжитель. При снятии гидравлического натяжителя необходимо следить за целостностью резинового уплотнения масляной камеры, повреждение которого вызывает утечку масла и, следовательно, неверное натяжение ремня.

Сообщение

Опора двигателя

: Опора двигателя; Screenshot_32.jpg (204.59 КБ) 4779 просмотров

Опоры двигателя снижают уровень шума и вибрации, возникающие при работе двигателя. Современные опоры двигателя представляют собой высокоточные устройства со специальными камерами, резиной определенной жесткости, измеренной твердомером, и воздушными каналами (порами), адаптирующими работу опоры к режиму работы двигателя. Некоторые опоры двигателя гидравлические, т. е. в них имеются камеры с силиконовой жидкостью. Применяются также опоры с электронным управлением, позволяющие снизить уровень вибрации и шума двигателя на холостом ходу, при разгоне и при движении автомобиля. Так, например, опора с электронным управлением снижает уровень шума и вибрации на 5 10 дБ на холостом ходу, на 3 дБ при разгоне и на 8 13 дБ во время движения и переключения передач. Основными элементами такой опоры являются блок управления и сама опора с электромагнитным клапаном. По вакуумному шлангу из впускного коллектора к электромагнитному клапану подводится разрежение. Блок управления обрабатывает сигнал частоты вращения коленчатого вала двигателя, поступающий от ЭБУ двигателя, и в соответствии с этим управляет работой электромагнитного клапана. На опоре имеется шпилька для крепления к двигателю. Противоположным концом шпилька соединена с резиновым элементом и демпфирующей пластиной, свободно перемещающейся в верхней камере, заполненной маслом. Когда клапан закрыт, через отверстия масло перетекает между верхней и нижней камерами. Диаметр отверстия холостого хода больше, чем у масляного отверстия. Отверстие холостого хода открывается клапаном, соединенным с диафрагмой вакуумной полости, а клапан открывается при подводе разрежения в вакуумную полость.

: Опора двигателя; Screenshot_33.jpg (181.78 КБ) 4779 просмотров

Кроме холостого хода
При работе двигателя на всех режимах, кроме холостого хода, электромагнитный клапан обесточен. Верхняя и нижняя камеры сообщаются между собой через масляное отверстие. Поскольку диаметр масляного отверстия небольшой, поток масла между камерами ограни-чен. Поэтому демпфирующая пластина почти не перемещается, и опора становится «жесткой».

На холостом ходу
При холостом ходе блок управления соединяет электромагнитный клапан с «массой». В вакуумную камеру подается разрежение, воздействующее на диафрагму. Соединенный с диафрагмой клапан перемещается вниз и открывает отверстие холостого хода. Масло между верхней и нижней камерами почти беспрепятственно перетекает через отверстие холостого хода с большим, чем у масляного отверстия, диаметром. При этом демпфирующая пластина перемещается ближе к вакуумной полости, и опора становится «мягкой».