Главная > Плоды

Бензиновые поршневые двигатели

Бензиновый двигатель состоит из кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем питания, смазки, охлаждения и электрооборудования.

В цилиндре двигателя горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха, сгорает и, расширяясь, вызывает перемещение поршня. Поступательное движение поршня преобразуется кривошипно-шатунным механизмом во вращательное движение коленчатого вала, который посредством передачи движения через трансмиссию на колеса перемещает автомобиль.

Основные детали и параметры двигателя приведены на рис.

Фото 1 Бензиновые поршневые двигатели

Рис. Основные детали и параметры двигателя: 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — поршневой палец;
4 — шатун; 5 — нижняя головка шатуна; 6 — коленчатый вал; 7 — маховик; 8 — картер

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипно-шатунный механизм состоит из блока и головки цилиндров, поршней с поршневыми пальцами, шатунов, коленчатого вала, маховика и картера с поддоном.

Блок цилиндров является остовом двигателя. Внутри него и на нем размещаются механизмы и различные устройства двигателя. Блок представляет собой общую для всех цилиндров отливку из специального легированного чугуна или из алюминиевых сплавов. Если блок алюминиевый, то в него вставляются легкосъемные чугунные гильзы — цилиндры, которые можно менять при капитальном ремонте. Внутри блока, между стенками цилиндров и его наружными стенками, имеются полости, называемые рубашкой охлаждения, по которым циркулирует охлаждающая жидкость.

Внутри блока имеются также каналы смазочной системы, по которым подводится масло к трущимся деталям двигателя.

Блоки цилиндров для мотоциклов имеют специальное оребрение, увеличивающее их поверхность для более эффективного охлаждения встречным потоком воздуха.

Головка блока цилиндров является общей для всех цилиндров. На отдельных дизельных двигателях каждый цилиндр (или пара цилиндров) может иметь собственную головку. В ней имеются внутренние полости, называемые камерами сгорания, и резьбовые отверстия для свечей зажигания. На головке размещают детали газораспределительного механизма, включая распределительный вал (валы), впускные и выпускные клапаны и детали привода клапанов.

Цилиндр является продолжением камеры сгорания. В нем происходит догорание топлива, он же направляет движение поршня. Внутренние стенки цилиндра подвергаются тщательной шлифовке и полировке. В двигателе легкового автомобиля может быть от 2 до 12 цилиндров.

Поршень служит для передачи давления продуктов сгорания на шатун и коленчатый вал. На боковой поверхности поршня проточены канавки для поршневых компрессионных колец.

Поршневые кольца изготовляют из легированного чугуна с высокой степенью упругости. Они выполняют следующие функции: уплотняют поршень в цилиндре, снимают излишки масла со стенок цилиндров, отводят тепло от поршня в стенки цилиндров.

В средней части поршня имеются два отверстия, в которые вставляется поршневой палец, соединяющий поршень с верхней головкой шатуна.

Шатун служит для передачи усилия от поршня к коленчатому валу и представляет собой стальной стержень с двумя головками. В верхнюю головку вставляется палец поршня, а нижняя головка соединяется с шейкой коленчатого вала.

Коленчатый вал преобразует передаваемое шатуном возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. У коленчатого вала различают шатунные шейки, охватываемые головками шатуна, и коренные, на которых вал вращается в подшипниках картера. На конце коленчатого вала установлен маховик, который служит для стабилизации вращения вала, а также для вывода поршней из мертвых точек. На обод маховика напрессовывают стальной зубчатый венец, входящий в зацепление с ведущей звездочкой стартера.

Картер изготовляют, как и головку блока, из алюминиевых сплавов. Для мотоциклетных двигателей картер является основанием, на которое крепят основные детали двигателя. Во всех ДВС пространство картера, в котором вращается коленчатый вал и движется шатун, заполняется до определенного уровня машинным маслом. При вращении коленвала масло превращается в туман, обволакивающий все трущиеся детали двигателя. Съемный поддон картера открывает доступ к осмотру и ремонту кривошипно-шатунного механизма. На нем скапливаются также металлические частицы, выносимые маслом с поверхности трущихся деталей.

Газораспределительный механизм

Механизм газораспределения служит для впуска в цилиндр горючей смеси и выпуска отработавших газов. В зависимости от механизма газораспределения различают двухтактные и четырехтактные двигатели. Такт — это перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее или наоборот.

Крайние положения движущегося в цилиндре поршня называются верхней и нижней мертвыми точками. Расстояние между верхней и нижней мертвыми точками называется ходом поршня.

Рабочий цикл состоит из следующих тактов: впуск горючей смеси, сжатие, рабочий ход, сопровождающийся ее сгоранием, и выпуск продуктов сгорания. Если рабочий цикл происходит за два хода поршня (за один поворот коленчатого вала), то двигатель называют двухтактным, если за четыре (два оборота коленчатого вала) — четырехтактным.

В четырехтактных двигателях (рис.) применяется клапанный механизм газораспределения.

Фото 2 Бензиновые поршневые двигатели
Рис. Схема работы четырехтактного карбюраторного двигателя:
А — всасывание рабочей смеси; В — сжатие газообразного топлива;
С — воспламенение топлива и рабочий ход; D — выпуск отработавших газов

В головке каждого цилиндра имеются впускной и выпускной клапаны, через которые соответственно впускается топливная смесь и выпускаются отработавшие газы. Открытие и закрытие клапанов осуществляется с помощью распределительного вала с эллипсовидными кулачками. При вращении распределительного вала его кулачки воздействуют на подпружиненные стержни клапанов и в нужный момент открывают или закрывают их. Вращение распределительного вала обеспечивается кинематической связью с коленчатым валом.

На первом такте (такт впуска) поршень, опускаясь вниз, всасывает в цилиндр через впускной клапан топливовоздушную смесь. На втором такте (такт сжатия) поршень движется в обратном направлении, и смесь сжимается примерно до 0,1 первоначального объема цилиндра, т. е. до 10 атм. В конце такта сжатия свеча зажигания воспламеняет топливовоздушную смесь, которая с большой скоростью равномерно сгорает, при этом давление в цилиндре повышается до 60 кгс/см2. Если сгорание топлива происходит мгновенно, взрывообразно, то такое нежелательное явление называется детонацией.

Для наиболее полного и эффективного использования энергии горячих газов воспламенение топлива в цилиндре, как и другие операции, должно происходить в строго определенные моменты времени. В большинстве двигателей воспламенение производится незадолго до окончания хода сжатия, поскольку сгорание топлива не происходит мгновенно. Время, требуемое для полного сгорания топлива, зависит от конструкции -двигателя.

Под действием высокого давления поршень устремляется в положение нижней мертвой точки, совершая третий такт — рабочий ход.

Поступательное движение поршня посредством шатуна преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. На четвертом такте (такт выпуска) поршень выталкивает из цилиндра через открытый выпускной клапан продукты сгорания.

В двухтактных двигателях клапанный механизм отсутствует. Газораспределение осуществляется поршнем, который при движении последовательно открывает и закрывает впускное, перепускное и выпускное окна в стенках цилиндра (рис.).

Фото 3 Бензиновые поршневые двигатели
Рис. Схема работы двухтактного двигателя:
А — всасывание рабочей смеси; В — впрыск и сжатие газообразного топлива;
С — воспламенение топлива и рабочий ход; D — выпуск отработавших газов

При движении поршня вверх в картере создается разрежение воздуха, при этом в стенке цилиндра открывается впускное (самое нижнее) окно в картер двигателя. Под действием разрежения рабочая смесь из карбюратора устремляется в картер, а смесь над поршнем сжимается.

Когда поршень достигает верхней мертвой точки, смесь воспламеняется искрой и поршень под действием давления продуктов сгорания устремляется вниз, приводя во вращение коленчатый вал.

Первым по ходу движения поршня открывается выпускное (верхнее) окно, через которое выбрасываются отработавшие газы. Топливная смесь в картере при движении поршня вниз сжимается. В конце хода поршня открывается третье (среднее) окно с перепускной трубкой, через которое камера сгорания начинает заполняться свежей смесью. Следует заметить, что очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его рабочей смесью происходят одновременно, при этом часть свежей рабочей смеси выбрасывается в атмосферу.

Таким образом, в двухтактном двигателе за время первого такта происходит одновременно сжатие в цилиндре рабочей смеси и впуск в картер свежей порции топлива, а во время рабочего хода происходит вначале выпуск отработавших газов, а затем уже впуск в камеру сгорания свежей рабочей смеси.

Охлаждение двухтактных двигателей осуществляется встречным потоком воздуха при движении мотоцикла, а смазка — путем добавления масла в бензин. Иногда масло попадает на электроды свечи, препятствуя образованию искры.

Для вентиляции внутренней полости цилиндра служит декомпрессор, который состоит из клапана, открывающего доступ воздуха из атмосферы в камеру сгорания, и троса с рычагом привода. Декомпрессор используется для продувания избытка топлива и масла из камеры сгорания, а также для охлаждения перегретого двигателя.

Несмотря на то что рабочий ход в двухтактном двигателе совершается в 2 раза чаще, чем в четырехтактном, мощность двухтактного двигателя и его экономичность меньше. Это обусловлено тем, что значительную часть хода (20-35%) поршень совершает при открытых окнах, когда давление в цилиндре отсутствует, и двигатель практически не производит работы; очистка пространства в цилиндре от продуктов сгорания происходит неполная; часть свежей смеси выбрасывается при продувке в атмосферу.

Однако отсутствие клапанного газораспределительного механизма, жидкостной системы охлаждения, механической системы смазки значительно снижает массу двигателя, упрощает конструкцию и уход за двигателем во время эксплуатации. Все это делает двухтактный двигатель незаменимым для легких мотоциклов, мотоблоков и другой сельскохозяйственной техники.

Система смазки

Во время работы двигателя между его соприкасающимися подвижными деталями возникает трение. При этом детали подвергаются интенсивному нагреву и износу. На преодоление трения затрачивается значительная часть полезной энергии. Для уменьшения трения применяется машинное масло. Масло образует тонкую пленку между трущимися деталями, которая не только уменьшает трение, но и уносит с поверхности деталей мелкие твердые частицы (песок, металл), уменьшая износ двигателя.

В двухтактных двигателях мотоциклов смазка производится маслом, которое добавляется к топливу. Его заливают вместе с бензином в бензобак в соотношении 1:25 (при обкатке 1:20).

Топливная смесь бензина, масла и воздуха устремляется из карбюратора в картер, смазывая в нем все детали кривошипно-шатунного механизма, попадает далее в рабочий цилиндр, сгорает и уносится в виде отработавших газов. Добавление масла в топливную смесь приводит к загрязнению выхлопа и ухудшению работы двигателя из-за нагара. Это один из недостатков, присущих двухтактным двигателям.

Смазочная система четырехтактных двигателей легковых автомобилей комбинированная: под давлением и разбрызгиванием. Под давлением смазываются наиболее нагруженные трущиеся детали двигателей — подшипники коленчатого и распределительного валов. Разбрызгиванием смазываются стенки цилиндров, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы и детали газораспределительного механизма.

В четырехтактном двигателе картер частично заполнен маслом, которое при вращении коленвала превращается в масляный туман, разбрызгивается на стенки цилиндра и создает смазку между ними и поршнем.

Смазочная система включает в себя масляный поддон, масляный фильтр, масляный насос, масляный радиатор, маслопроводы, заливную горловину и указатель уровня масла.

Масляный поддон (картер) является резервуаром для масла. Он закрывает двигатель снизу, и в нем масло охлаждается. Он имеет резьбовое отверстие с пробкой, предназначенное для слива масла.

Масляный насос подает масло под давлением к трущимся поверхностям деталей двигателя. Обычно используются масляные насосы шестеренчатого типа. Ведущая шестерня на вале насоса вращает ведомую шестерню, свободно закрепленную на оси. Масло заполняет впадины между зубьями шестерен и под давлением переносится в главную масляную магистраль.

Масляный радиатор служит для охлаждения масла и устанавливается обычно в двигателях с воздушным охлаждением.

Масляный фильтр очищает масло от твердых частиц (продуктов износа трущихся деталей, нагара и т. п.). На автомобилях применяются неразборные масляные фильтры, которые подлежат замене после каждой смены масла в двигателе.

Указатель уровня масла представляет собой шкалу с рисками на стержне щупа. По следам масла на стержне контролируется необходимый уровень масла в картере,

Еще одним недостатком двухтактного двигателя являются проблемы со смазкой. В четырехтактном двигателе картер частично заполнен маслом, которое при вращении коленвала разбрызгивается на стенки цилиндра и создает смазку между ними и поршнем. В двухтактном двигателе топливная смесь бензина, масла и воздуха устремляется в картер, смазывая в нем все детали кривошипно-шатунного механизма, попадает далее в рабочий цилиндр, сжимается, сгорает и уносится в виде отработавших газов. Добавление масла в топливную смесь приводит к загрязнению выхлопа и ухудшению работы двигателя из-за нагара.

Однако отсутствие клапанного газораспределительного механизма, жидкостной системы охлаждения, механической системы смазки значительно снижает массу двигателя, упрощает конструкцию и уход за двигателем во время эксплуатации. Все это делает двухтактный двигатель незаменимым для легких мотоциклов, мотоблоков и другой сельскохозяйственной техники.

Система охлаждения

Во время работы двигателя температура продуктов сгорания в его цилиндрах поднимается до 1600-2200 °С. При такой температуре алюминиевые сплавы, из которых отливаются блок цилиндров и его головка, могут расплавиться. Для поддержания оптимального температурного режима двигателя в пределах 80-100 °С служит система охлаждения. Наиболее известны два способа охлаждения: воздухом и жидкостью.

Воздушное охлаждение двигателей осуществляется естественном путем за счет обдува встречным потоком воздуха (мопеды, мотоциклы), а также принудительно с помощью вентилятора (мотороллеры, некоторые автомобили). Эффективность охлаждения зависит от размера ребер цилиндра, теплопроводности металла, температуры окружающего воздуха или интенсивности обдува.

На мотоциклах наиболее эффективное охлаждение достигается на высоких скоростях движения. Езда на пониженной скорости ведет к перегреву двигателя, неполному сгоранию масла в двухтактных двигателях, а следовательно, к повышенной задымленности выхлопных газов.

Жидкостная система охлаждения двигателя, как правило, герметичная с принудительной циркуляцией. Система состоит из рубашки охлаждения, головки и блока цилиндров, радиатора, насоса, термостата, электровентилятора, расширительного бачка, соединительных трубопроводов и сливных краников. Кроме того, в систему охлаждения входят отопитель салона кузова автомобиля, обогреватель впускного коллектора или всего блока карбюратора.

Охлаждающая жидкость прокачивается насосом через рубашку охлаждения головки и блока цилиндров. Тепло через стенки цилиндра передается жидкости. Затем жидкость прокачивается в радиатор, в котором она отдает свое тепло воздушному потоку.

В качестве охлаждающей жидкости используются незамерзающие растворы — антифризы, которые представляют собой смеси этиленгликоля и воды с добавлением антикоррозионных и антивспенивающих присадок, исключающих образование накипи.

Расширительный бачок служит для поддержания объема охлаждающей жидкости на определенном уровне при колебании ее температуры. Бачки изготовляют из полупрозрачной термостойкой пластмассы. Горловина бачка используется для наполнения всей системы охлаждающей жидкостью.

Принудительная циркуляция жидкости обеспечивается лопастным насосом центробежного типа. Привод насоса осуществляется ремнем от шкива, который установлен на переднем конце коленчатого вала двигателя.

Термостат представляет собой автоматический клапан, который перекрывает доступ жидкости в радиатор и тем самым способствует ускорению прогрева двигателя при запуске, особенно в холодное время года. Как только температура охлаждающей жидкости поднимется до уровня 80 °С, автоматический клапан открывается и жидкость устремляется в радиатор, где получает необходимое охлаждение.

Радиатор обеспечивает отвод тепла охлаждающей жидкости в атмосферу. На легковых автомобилях применяют обычно трубчато-пластинчатые радиаторы. Радиаторы могут быть с вертикальным или горизонтальным расположением латунных или алюминиевых трубок. Для повышения эффективности теплоотдачи к трубкам припаиваются алюминиевые или стальные луженые пластины.

Для принудительного обдува радиатора используется электровентилятор, который включается и выключается автоматически датчиком в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.

Система питания

Система питания служит для приготовления горючей смеси, подачи ее в цилиндры двигателя и удаления из цилиндров отработавших газов.

Система питания состоит из топливного бака, фильтра тонкой очистки, топливного насоса, воздушного фильтра, карбюратора или системы впрыска и топливопроводов.

Топливный бак служит для хранения запаса топлива, необходимого для определенного пробега автомобиля. На легковых автомобилях применяют топливные баки отштампованные из стального листа, освинцованного с обеих сторон, или пластмассовые, которые намного легче металлических, не коррозируют, не "искрят" при ударе металлическими предметами и более вместительны.

Горловина бака закрывается герметичной крышкой. В нижней части бака, как правило, имеется сливное отверстие. Количество топлива в баке контролируется реостатным датчиком, поплавок которого помещен внутри бака. Топливозаборная трубка имеет на конце сетчатый фильтр.

Топливный фильтр тонкой очистки находится в карбюраторе или встраивается в топливную магистраль у инжекторных ДВС. Очистка топлива необходима, чтобы не засорялись каналы и элементы системы питания.

Топливный насос диафрагменного типа служит для подачи топлива из топливного бака в карбюратор. Диафрагма насоса колеблется под действием подпружиненного штока, скользящего по поверхности эксцентрика на валу привода масляного насоса. Над диафрагмой насоса имеется полость с нагнетательным и всасывающим клапанами, которые обеспечивают пульсирующую подачу масла к карбюратору.

Топливный насос инжекторных ДВС электрический и устанавливается на топливной магистрали или непосредственно в баке автомобиля. В отличие от диафрагменного, электрический насос осуществляет подачу топлива непрерывно. Насос имеет неразъемную конструкцию и в дополнительной смазке не нуждается.

Воздушный фильтр очищает воздух, поступающий в карбюратор, от пыли и других примесей. Пыль содержит кристаллы кварца, который, попадая на стенки цилиндра, ускоряет их изнашивание. Различают фильтры инерционно-масляные и бумажные.

Карбюратор (рис.) служит для приготовления горючей смеси бензина с воздухом.

Фото 4 Бензиновые поршневые двигатели
Рис. Схема простейшего карбюратора: 1 — смесительная камера; 2 — диффузор; 3 — воздушной патрубок; 4 — воздушная заслонка; 5 — топливопровод; 6 — отверстие, соединяющее поплавковую камеру с атмосферой; 7 — запорная игла; 8 — поплавок; 9 — поплавковая камера; 10 — жиклер; 11 — распылитель; 12 — дроссельная заслонка

Простейший карбюратор состоит из поплавковой и смесительной камер. В поплавковой камере находится пустотелый поплавок, который с помощью иглы перекрывает доступ бензина в камеру из бензобака. Если уровень бензина в поплавковой камере понижается, то поплавок вместе с иглой опускается, открывая канал подачи бензина. Таким образом, в поплавковой камере количество бензина поддерживается всегда на одном уровне. В корпус смесителя топливо подается через калиброванное отверстие — жиклер.

При такте впуска под действием разрежения в цилиндре двигателя атмосферный воздух через воздухоочиститель устремляется через смесительную камеру карбюратора в цилиндр, втягивая из распылителя капли бензина, как пульверизатор, при этом бензин мгновенно превращается в паровоздушную смесь. Испарению жидкого топлива способствуют горячие каналы коллектора.

Количество смеси, поступающей в двигатель, регулируется воздушной заслонкой — дросселем или акселератором, приводимыми в действие с помощью педали. Поднимая или опуская заслонку, водитель увеличивает или уменьшает количество топлива, поступающего в цилиндр. Вместе с этим изменяется мощность двигателя и частота вращения коленчатого вала.

При пуске холодного двигателя для лучшего воспламенения необходимо горючую смесь обогатить бензином. С этой целью в карбюраторе на входе установлена воздушная заслонка, управляемая кнопкой из салона автомобиля. В нормальном положении воздушная заслонка всегда открыта. При пуске и прогреве холодного двигателя заслонка прикрывается, концентрация паров бензина в смеси резко возрастает — это способствует лучшему воспламенению топлива в цилиндрах и запуску двигателя. После прогрева двигателя воздушную заслонку вновь открывают.

В автомобилях используют двухкамерные карбюраторы. Первая камера обеспечивает работу двигателя на малых и средних нагрузках. Вторая камера совместно с первой обеспечивает работу двигателя с максимальной мощностью. Карбюратор устанавливается на входе впускного коллектора двигателя.

Карбюраторный способ приготовления рабочей смеси прост и недорог, однако не позволяет обеспечить полное сгорание топлива и его экономный расход.

Более эффективным способом подачи топлива является принудительный впрыск его в цилиндры, во время такта сжатия за счет избыточного давления (до 100 атм). Двигатели с принудительным впрыском в технической литературе часто называют инжекторными.

Топливо может впрыскиваться как во впускной коллектор, так и непосредственно в цилиндры, минуя клапаны. Если топливо вводится в коллектор с помощью одной форсунки, то такой впрыск называется одноточечным или центральным. Недостатком такой подачи топлива является невозможность регулирования состава топливной смеси в каждом цилиндре в отдельности, а это бывает необходимо в случае их разной степени износа (определяется по температуре нагрева каждого цилиндра).

Более эффективный и надежный результат дает использование индивидуальных форсунок для каждого цилиндра. Такой вариант получил название многоточечного, или распределенного, впрыска. Распределенный впрыск позволяет увеличить мощность двигателей почти на 10%, а за счет лучшего сгорания топлива количество СО снижается на 20%.

Самый современный способ подачи топлива — это электронный впрыск топлива в цилиндры, минуя клапаны, с использованием магнитного зажигания и компьютерного управления двигателем. В такой системе имеется несколько датчиков, измеряющих рабочие параметры двигателя: частоту вращения коленчатого вала, температуру каждого цилиндра, количество кислорода в выхлопной трубе и др. На основе этих данных компьютер регулирует подачу топлива в каждый цилиндр с таким расчетом, чтобы обеспечить его оптимальное сгорание в любых условиях работы. Система встроенной диагностики позволяет значительно уменьшить расход топлива, снизить токсичность выхлопных газов и увеличить мощность двигателя. На современных двигателях в последнее время стали применять системы наддува, которые подают в цилиндры воздух под давлением, увеличивая тем самым его количество и в итоге мощность мотора.

Для наддува используются два вида нагнетателей: механические с приводом от коленвала и турбокомпрессоры, приводимые в действие отработавшими газами (турбонаддув).

Механические нагнетатели просты по конструкции и давление, развиваемое ими, напрямую зависит от оборотов коленчатого вала, благодаря чему машина быстро реагирует на нажатие педали акселератора (повышается приемистость двигателя). Недостатком является повышенный расход топлива по сравнению с двигателем с турбонаддувом.

При турбонаддуве выхлопные газы вращают турбину турбокомпрессора, связанную напрямую с турбиной, которая нагнетает свежий воздух в систему питания. Ранние системы турбонаддува повышали мощность двигателя только при высоких оборотах двигателя. Современные системы с несколькими ступенями наддува обеспечивают прирост мощности мотора практически во всем диапазоне частот вращения двигателя.

Впускной коллектор обеспечивают подачу горючей смеси из карбюратора в цилиндры. Он имеет один вход от карбюратора и несколько выходов (по числу цилиндров). Во время работы двигателя он разогревается до высокой температуры, что способствует превращению капельно-воздушной смеси в смесь, которая сгорает более интенсивно.

С целью обеспечения более равномерного заполнения камеры сгорания паровоздушной смесью и более полной очистки ее от продуктов сгорания на некоторых современных двигателях устанавливают до 4 клапана на цилиндр (16-клапанные двигатели). Такая конструкция двигателей обеспечивает улучшенную по сравнению с 2-клапанной конструкцией подачу бензино-воздушной смеси в цилиндры что способствует более полному сгоранию топлива и соответственно более высокому КПД двигателя и уменьшению токсичности отработавших газов.

При высоких температурах горения образуются оксиды азота, которые относятся к особо вредным веществам, присутствующим в продуктах выброса. Наиболее практичный способ снизить их выброс — отправить часть отработавших газов обратно в подготавливаемую топливную смесь и таким образом довести процесс окисления азота до конца. Но поскольку при этом страдает топливная экономичность, на большинстве автомобилей оксиды азота частично удаляются каталитическим нейтрализатором.

В этом устройстве, устанавливаемом в системе выпуска, отработавшие газы проходят сквозь слой химически активных веществ (катализаторов), превращающих вредные соединения в углекислый газ, водяной пар и азот. Катализатор не расходуется в ходе процесса, так что нейтрализатор сохраняет свои свойства в течение длительного срока.

Выпускной трубопровод предназначен для отвода из цилиндров двигателя отработавших газов. Он имеет выходы из каждого цилиндра и один общий вход в глушитель. Выпускной трубопровод испытывает жесткие температурное и химическое воздействия, поэтому отливается из чугуна.

Глушитель уменьшает шум при выпуске отработавших газов. В его корпусе размещаются перфорированные трубы с перегородками. Отработавшие газы, выходящие с большой скоростью из выпускного трубопровода, поступают в корпус глушителя, расширяются и, пройдя через ряд отверстий перфорированных труб, теряют скорость, вследствие чего уменьшается шум при выходе газов из глушителя в атмосферу. При этом на выталкивание отработавших газов и преодоление сопротивления в глушителях затрачивается до 4% мощности двигателя. На легковых автомобилях обычно устанавливают один за другим два глушителя (основной и дополнительный), благодаря чему обеспечивается двойное расширение отработанных газов и более эффективное снижение шума. Оба глушителя имеют одинаковое устройство и отличаются только размерами.

Электрооборудование

Современный автомобиль нуждается в электрооборудовании для освещения дороги, для приведения в действие стеклоочистителей и вентиляторов, сервоприводов оконных стекол и сидений, для питания аудиосистем и компьютера. Однако важнейшая функция электрооборудования — приводить в действие стартер во время пуска двигателя и создавать искру, воспламеняющую топливную смесь в цилиндрах.

Электрооборудование автомобиля включает в себя источники тока (аккумуляторную батарею и генератор) и потребители (системы зажигания, пуска и др.).

Аккумуляторная батарея служит для питания током приборов электрооборудования автомобиля при неработающем двигателе. Батарея состоит из шести свинцово-кислотных аккумуляторов, помещенных в отсеки аккумуляторного бака. При последовательном соединении батарея обеспечивает 12-вольтовое напряжение. Каждый элемент аккумулятора состоит из положительных и отрицательных пластин, разделенных друг от друга пористой пластмассой (мипорой). Положительные пластины отливаются из окислов свинца Рb3О4 (свинцовый сурик) и РbО (свинцовый глет), отрицательные пластины прессуют из чистого свинцового порошка. Электролитом служит раствор серной кислоты в воде.

Аккумулятор заряжают, пропуская через батарею постоянный ток. При этом электрическая энергия преобразуется в химическую. На положительных пластинах откладывается перекись свинца РbO2, на отрицательных — губчатый свинец Рb. При разряде происходит обратный химический процесс.

Основными электрическими параметрами аккумулятора являются: номинальное напряжение, номинальная емкость, зарядный ток и др.

Маркировка аккумуляторов проставляется на свинцовых перемычках. Типичной аккумуляторной батареей является батарея 6СТ-55-ЭР. В маркировке первая цифра обозначает число аккумуляторов в батарее, буквы СТ — батарея стартерного типа, число после букв — номинальную емкость батареи в ампер-часах, при 20-часовом режиме разряда. Последние буквы обозначают материал бака (Э — эбонит) и материал сепаратора (Р — мипора).

Генератор служит для обеспечения током всех приборов и для подзарядки аккумулятора во время работы двигателя. На автомобилях устанавливают трехфазные генераторы переменного тока с выпрямителями на кремниевых диодах. Генератор преобразует механическую энергию двигателя в электрическую. Основными частями генератора являются статор с неподвижной обмоткой, в которой индуктируется переменный ток, и ротор создающий подвижное магнитное поле. Ротор приводится во вращение через шкив генератора от коленчатого вала двигателя с помощью клинового ремня.

Переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямительного блока, состоящего из шести кремниевых диодов.

Регулятор напряжения служит для ограничения напряжения, вырабатываемого генератором при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя. При увеличении скорости вращения вала двигателя напряжение на выходе генератора возрастает свыше 14 В, что недопустимо.

Различают механические регуляторы напряжения с размыкающимися контактами и более современные и надежные микроэлектронные регуляторы, встроенные прямо в корпус генератора. В микроэлектронной схеме нет движущихся частей в отличие от механических регуляторов, и поэтому в ней ничего не изнашивается. Принцип действия как механических, так и электронных регуляторов одинаков и сводится к периодическому размыканию цепи питания обмотки ротора при чрезмерном увеличении напряжения на обмотках генератора.

Потребителями тока в автомобиле являются стартер, система зажигания, система освещения, система сигнализации, контрольные электроприборы и дополнительное оборудование (стеклоочиститель, электростеклоподъемники, обогрев стекол и сидений, прикуриватель, вентилятор).

Стартер обеспечивает вращение коленчатого вала во время запуска двигателя. Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока мощностью около 1,5 кВт. На валу якоря стартера установлена шестерня, которая в момент запуска двигателя входит в зацепление с венцом маховика — зубьями, нарезанными по окружности маховика коленвала двигателя. После запуска двигателя шестерня привода автоматически выводится из зацепления с венцом маховика, что предохраняет стартер от разрушения. Для этого в стартере предусмотрено пусковое реле.

Система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Рабочая смесь в карбюраторных двигателях воспламеняется искрой, которая возбуждается между электродами свечи. Для образования искры необходимо высокое напряжение (20-24 кВ). Различают контактные и бесконтактные электронные системы зажигания.

В контактную систему зажигания входят индукционная катушка зажигания, распределитель зажигания, конденсатор, свечи зажигания и ключ для выключателя.

Ток высокого напряжения вырабатывается в индукционной катушке, состоящей из первичной и вторичной обмоток. Во вторичной обмотке количество витков примерно в 7000 раз больше, чем в первичной.

Распределитель зажигания (тромблер) состоит из прерывателя тока низкого напряжения и распределителя (по цилиндрам) тока высокого напряжения.

Прерыватель представляет собой кулачок на распределительном вале, который при набегании на рычажок с контактом размыкает цепь первичной обмотки катушки зажигания. Это происходит в тот момент, когда поршень в одном из цилиндров достигает верхней "мертвой" точки. Через первичную обмотку катушки проходит от аккумулятора или генератора ток низкого напряжения (6-12 В). При размыкании контактов прерывателя в первичной обмотке катушки магнитное поле исчезает. При резком изменении магнитного поля во вторичной обмотке возникает напряжение порядка 20 000 В, достаточное, чтобы между электродами свечи, включенной в цепь вторичной обмотки, возник искровой разряд.

Чтобы контакты прерывателя не выгорали, параллельно им подключается конденсатор, который, кроме того, способствует повышению напряжения на вторичной обмотке катушки.

Распределитель тока высокого напряжения имеет четыре (по числу цилиндров) боковых электрода, расположенных по окружности, в центре которой находится центральный электрод. Боковые электроды связаны со свечами зажигания, а центральный электрод — со вторичной обмоткой катушки зажигания проводами высокого напряжения. Центральный электрод и боковые электроды поочередно замыкает вращающийся ротор, который раздает высокое напряжение в нужные цилиндры, где должен начинаться рабочий ход. Вал ротора распределителя зажигания приводится во вращение от шестерни от распределительного вала двигателя. Недостатком такой схемы зажигания является постоянное обгорание контактов и необходимость периодической регулировки зазора между ними.

Общая тенденция совершенствования систем зажигания состоит в том, чтобы обходиться без механических компонентов с их движущимися и трущимися частями, которые со временем изнашиваются и выходят из строя.

Бесконтактная электронная система зажигания позволяет более точно регулировать момент зажигания и не требует технического обслуживания в процессе эксплуатации. Суть электронной системы зажигания состоит в том, что вместо механического прерывателя в ней используется бесконтактная электронная схема с использованием магнитно-импульсного устройства. Частота импульсов устройства соответствует частоте вращения коленчатого вала двигателя (датчик считывает сигналы с маховика двигателя).

Магнитный сигнал, генерируемый устройством, преобразуется в электрический и подается на коммутатор, который прерывает ток в первичной обмотке катушки зажигания. В остальном принцип работы электронной системы зажигания тот же.

На некоторых двигателях для каждого цилиндра устанавливается отдельная катушка зажигания, совмещенная со свечой зажигания. При этом отпадает необходимость в прерывателе-распределителе с его ротором, распределяющим напряжение по свечам. Отсутствие подвижных контактов повышает надежность пуска и работы двигателя, упрощает техническое обслуживание системы зажигания в целом.

В современных моделях автомобилей устанавливается микропроцессорная цифровая система зажигания и система встроенной диагностики. Основными частями цифровой системы являются контроллер, представляющий собою микропроцессор, коммутатор, две катушки зажигания и датчики (углового положения коленчатого вала, температуры охлаждающей жидкости, положения дроссельной заслонки, количества воздуха, количества топлива). По сигналам датчиков контроллер по заданной программе точно определяет оптимальный момент опережения зажигания в цилиндрах и передает управляющие сигналы на коммутатор.

Свеча зажигания необходима для создания искры. На нижней части свечи находится резьба для ввертывания в отверстие головки цилиндра. Свеча имеет два электрода: один (центральный) электрод соединяется непосредственно проводом высокого напряжения с индукционной катушкой, другой — с металлическим корпусом свечи и "массой" двигателя. Центральный электрод отделен от корпуса свечи керамическим изолятором.

Провода высокого напряжения служат для соединения вторичной обмотки катушки зажигания со свечами зажигания. В обычных системах зажигания применяют провода типа ПВВП. Сердцевина провода представляет собой шнур из льняной пряжи, заключенный в оболочку из пластмассы. Поверх оболочки намотан провод из сплава никеля и железа. Снаружи провод изолирован поливинилхлоридной оболочкой. Провода имеют довольно высокое сопротивление, что обеспечивает снижение радиотелевизионных помех.

В бесконтактных системах зажигания применяются провода типа ПВВП-8 красного цвета и ПВВП-40 синего цвета.

Они отличаются более надежной изоляцией и большим сопротивлением.

Выключатель зажигания обеспечивает включение и выключение системы зажигания, стартера, контрольных приборов и др. Обычно выключатель зажигания совмещен с устройством блокировки руля. Выключатели зажигания последних моделей имеют специальное устройство против повторного включения стартера без предварительного выключения зажигания. Оно предохраняет от случайного включения стартера при работающем двигателе, которое может привести к поломке привода стартера.

<<< Роторные двигатели
Двигатель >>>

Рейтинг:
  • Итоги рейтинга 1.60/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
1.6/5 (5 голосов)
Владимир 2015-03-20 11:45:15
На рис. изображены секретнейшие разработки автопрома. Интересно, какого?

[Ответить] [Ответить с цитатой]
↑ 0 ↓

Страницы: [1]

Оставить комментарий

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить