Автомобили и автомобильное хозяйство

подбор наиболее эффективных фаз газораспределения;

 использование  волновых и инерционных явлений  во впускном и выпускном тракте  для улучшения очистки и наполнения  цилиндров при работе двигателя  в зоне максимального крутящего  момента;

 регулирование  давления наддува воздуха или  топливо-воздушной смеси на впуске для двигателей с наддувом;

 увеличение  цикловой подачи топлива с  улучшением наполнения цилиндра  при работе дизельного двигателя  по скоростной характеристике  в зоне максимального крутящего  момента.

   Следует заметить, что каждое из названных мероприятий в той или иной степени усложняет конструкцию двигателя, ухудшает его массо-габаритные показатели и увеличивает стоимость. Тем не менее, автомобильные фирмы для повышения конкурентоспособности своей продукции часто идут на увеличение затрат и считают их оправданными.

 Анализ  показывает, что для большинства  современных бензиновых двигателей  легковых автомобилей зарубежного  производства k = 1,028...1,333, тогда как для дизельных двигателей характерны значения k = 1,100...1,344. Наблюдается очевидная тенденция уменьшения нижнего предела диапазона К для бензиновых двигателей. Такой подход можно объяснить тем, что зарубежные легковые автомобили предназначены преимущественно для движения с высокой скоростью, и их двигатели имеют быстроходную регулировку. Применение в этих автомобилях автоматической коробки передач делает для водителя проблему своевременного переключения передач при возрастающем сопротивлении движению не столь актуальной. В то же время для дизельных двигателей произошло увеличение как нижнего, так и верхнего предела диапазона k до значений, характерных для бензиновых двигателей и даже превосходящих последние. Это стало возможным благодаря коррекции топливоподачи, совершенствованию смесеобразования и применению регулируемого турбонаддува.

 Значения  скоростного коэффициента для  современных бензиновых двигателей  находятся в диапазоне kс = 0,345 ... 0,800, а для дизельных соответственно kс = 0,364 ... 0,620. Сравнивая эти цифры с данными 25-летней давности, можно констатировать, что как для бензиновых, так и для дизельных двигателей удалось добиться почти одинакового расширения скоростного диапазона устойчивой работы (уменьшение нижнего предела kс ). Верхний предел скоростного коэффициента дизельных двигателей также понизился, тогда как для наиболее высокооборотных бензиновых двигателей отмечено сужение скоростного диапазона с возрастанием значения kс до 0,8. На основании приведенных данных можно констатировать, что современные дизельные двигатели легковых автомобилей по своим динамическим качествам фактически не уступают бензиновым.

4 а) Устройство двигателя.

   Двигатель состоит из цилиндра 5 и картера 6, который снизу закрыт поддоном 9 (рис. а). Внутри цилиндра перемещается поршень 4 с компрессионными (уплотнительными) кольцами 2, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец 3 и шатун 14 связан с коленчатым валом 8, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек 13, щек 10 и шатунной шейки 11. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала (см. рис. 6).

   Сверху цилиндр 5 накрыт головкой 1 с клапанами 15 и 17, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю: верхней мертвой точкой (ВМТ), соответствующей наибольшему удалению поршня от вала (см. рис. 6), и нижней мертвой точкой (НМТ), соответствующей наименьшему удалению его от вала.

   Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком 7, имеющим форму диска с массивным ободом.

   Расстояние, проходимое поршнем, между мертвыми точками называется ходом поршня S, а расстояние между осями коренных и шатунных шеек - радиусом кривошипа R (рис. б). Ход поршня равен двум радиусам кривошипа: S = 2R. Объем, который описывает поршень за один ход, называется рабочим объемом цилиндра (литражом) Vh:

Vh = (¶ / 4)D2S.

   Объем над поршнем Vc в положении ВМТ (см. рис. а) и называется объемом камеры сгорания (сжатия). Сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания составляет полный объем цилиндра Va:

Va=Vh + Vc.

   Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия е:

е = Va / Vc.

   Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, так как сильно влияет на его экономичность и мощность.

Принцип работы.

   Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ.

  Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и их давление. Так как давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы расширятся, совершая полезную работу. Работа, производимая расширяющимися газами, посредством кривошипно-шатунного механизма передается коленчатому валу, а от него на трансмиссию и колеса автомобиля.

Чтобы двигатель  постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха  через впускной клапан 15 и топлива  через форсунку 16 или подавать через  впускной клапан смесь воздуха с  топливом. Продукты сгорания топлива  после их расширения удаляются из цилиндра через выпускной клапан 17. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием  и закрытием клапанов, и система  подачи топлива.

  Такт впуска - Впускается топливо-воздушная смесь

 Такт сжатия - Смесь сжимается и поджигается

 Такт расширения - Смесь сгорает и толкает поршень вниз

 Такт выпуска - Продукты горения выпускаются

   Принцип действия. Сгорание топлива происходит в камере сгорания, которая расположена внутри цилиндра двигателя, куда жидкое топливо вводится в смеси с воздухом или раздельно. Тепловая энергия, полученная при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Продукты сгорания удаляются из цилиндра, а на их место всасывается новая порция топлива. Совокупность процессов, происходящих в цилиндре от впуска заряда (рабочей смеси или воздуха) до выпуска отработанных газов, составляет действительный или рабочий цикл двигателя.

   Системы и механизмы двигателя, и их назначение.

   Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов в цилиндрах и преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из цилиндра, головки, поршня, поршневого пальца, шатуна, картера, коленчатого вала и других деталей.

   Система питания производит подготовку новой порции рабочей смеси, состоящей из воздуха и топлива, и ее подвод в цилиндры двигателя. У карбюраторного двигателя она состоит из воздухоочистителя, фланца, карбюратора, впускного трубопровода, топливного насоса с фильтром-отстойником, бензопровода и бензобака.

   Механизм газораспределения управляет своевременным впуском свежего заряда топлива и выпуском отработавших газов. Он состоит из распределительных шестерен, кулачкового вала, толкателя, пружины и клапанов.

   Система зажигания карбюраторных двигателей обеспечивает подачу импульса электротока высокого напряжения на контакты свечи для получения искры, необходимой для воспламенения рабочей смеси.

   Система охлаждения предотвращает перегрев двигателя отводом тепла от стенок цилиндров и головок. Она состоит из водяных рубашек, блока и головок, радиатора, вентилятора водяного насоса и других элементов.

   Система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям и отвод продуктов износа. Она состоит из масляного поддона, насоса, фильтров грубой и тонкой очистки масла, маслопроводов и масляных клапанов.

Кроме перечисленных  систем и механизмов двигатель оборудуется  пусковым устройством, приборами контроля и управления и вспомогательными механизмами, например подогревателями.

4 б) Понятие степени сжатия.

Степень сжатия - величина относительная, относительность степени сжатия проистекает из того, что она представляет собой отношение двух объемов - полного объема цилиндра (поршень находится в нижней точке на такте сжатия, клапана уже закрыты)- и объема камеры сгорания (тот же такт сжатия поршень в верхней точке)- и показывает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра, при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней.

Это параметр конструктивный, раз и навсегда присущий данному типу двигателя и не изменяющийся в процессе эксплуатации (в этой формуле не учитывается утечки, мы имеем дело с двумя объёмами, по этому теоретически он не изменен - ход поршня не меняется объём камеры сгорания тоже).

Компрессия-это максимальная величина давления создаваемого в камере сгорания в верхней мёртвой точке (очень похоже на степень сжатия и здесь мы имеем дело с теми же объёмами, но только заполненными воздухом, топливом или смесью топлива и воздуха, а так как они имеют определённую плотность то после сжатия стремятся принять прежнее состояние - это и составляет давление). При нагреве, за счет увеличения расстояния между атомами линейные размеры тела увеличиваются. По этому при сборке приходится оставлять как минимум тепловые зазоры между деталями, иначе при нагреве их просто заклинит (что часто и происходит, надиры на поршнях и гильзах в основном являются следствием теплового расширения). Поэтому даже полностью исправная цилиндропоршневая группа всегда имеет зазоры в которые и стремится при сжатии проникнуть воздух из камеры сгорания, например в картерное пространство.

5 а) Назначение и основные  элементы системы смазки двигателя.

   Система смазки (другое наименование смазочная система) предназначена для снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Кроме выполнения основной функции система смазки обеспечивает:

охлаждение  деталей двигателя; удаление продуктов нагара и износа; защиту деталей двигателя от коррозии.

   Система смазки двигателя имеет следующее устройство:

поддон картера двигателя с маслозаборником; масляный насос; масляный фильтр; масляный радиатор; датчик давления масла ;редукционный клапан; масляная магистраль и каналы.

   Схема системы смазки

Поддон картера  двигателя предназначен для хранения масла. Уровень масла в поддоне  контролируется с помощью щупа, а  также с помощью датчика уровня и температуры масла.

Масляный  насос предназначен для закачивания  масла в систему. Масляный насос  может приводиться в действие от коленчатого вала двигателя, распределительного вала или дополнительного приводного вала. Наибольшее применение на двигателях нашли масляные насосы шестеренного типа.

Масляный  фильтр служит для очистки масла  от продуктов износа и нагара. Очистка  масла происходит с помощью фильтрующего элемента, который заменяется вместе с заменой масла.

Для охлаждения моторного масла используется масляный радиатор. Охлаждение масла в радиаторе  осуществляется потоком жидкости из системы охлаждения.

Давление  масла в системе контролируется специальным датчиком, установленным  в масляной магистрали. Электрический  сигнал от датчика поступает к  контрольной лампе на приборной  панели. На автомобилях также может  устанавливаться указатель давления масла.

Датчик давления масла может быть включен в  систему управления двигателем, которая  при опасном снижении давления масла  отключает двигатель.

На современных  двигателях устанавливается датчик контроля уровня масла и соответствующая  ему сигнальная лампа на панели приборов. Наряду с этим, может устанавливаться  датчик температуры масла.

Для поддержания  постоянного рабочего давления в  системе устанавливается один или  несколько редукционных (перепускных) клапанов. Клапаны устанавливаются  непосредственно в элементах  системы: масляном насосе, масляном фильтре.

5 б) Обозначение моторных масел.

SAE 20W-50 Говорит о сохранении свойств масел при изменении температуры. Обозначается одним (сезонное), чаще двумя числами (всесезонное). Число, стоящее перед (W)inter,-"зимний"параметр, чем он меньше, тем при более низкой температуре можно использовать масло. Минимум 0. Число, стоящее без знака W-летний параметр, показывает степень сохранения густоты при нагреве. Чем этот параметр выше, тем лучше. Максимум 60. Если число одно, то наличие знака W говорит, что масло зимнее, в случае его отсутствия летнее.

API SJ/CF-4, EC I Позволяет оценить эксплуатационные качества масла. Состоит из показателя (первая буква) для бензиновых - (S)ervice и для дизельных - (С)оmmercial двигателей. Буква, стоящая за каждым из этих показателей, говорит об уровне качества для соответствующих типов двигателей, для бензиновых двигателей изменяется в пределах от А до J, для дизельных - от А до F(G). Чем буква дальше по алфавиту от А, тем лучше. Цифра 2 или 4, стоящая за одним из обозначений, означает, что масло предназначено соответственно для двух- и четырехтактных двигателей. Универсальные масла имеют оба допуска, например, SG/CD. Спецификация, идущая первой, говорит о предпочтении использования, т, е. SG/CD - "более бензиновое", CD/SG- "более дизельное". Наличие букв ЕС после обозначения масла по API означает Energy Conserving, т. е. энергосберегающее. Римская цифра I говорит об экономии топлива не менее 1,5%; II - не менее 2,5; III - не менее 3%.

ACEA A2, B2 Качественная характеристика. Имеет три категории: А - для бензиновых двигателей, В - для дизельных двигателей легковых автомобилей и Е- для дизельных двигателей грузовых автомобилей. Цифра за категорией обозначает уровень качества масла. Чем больше цифра, тем в более тяжелых условиях может работать двигатель, использующий данное масло. Обозначение, например, АЗ-96, говорит, что масло соответствует классу A3 спецификации АСЕА в редакции 1996.