Двигатель. Основные системы впрыска топлива. Вредные выбросы. Системы двигателя

Основные механизмы и системы двигателя - Общее устройство и работа двигателя - Двигатель - Автомобиль

Двигатель внутреннего сгорания состоит из двух основных механизмов — кривошипно-шатунного и газораспределительного — и систем охлаждения, смазки, питания. У карбюраторных двигателей имеется и система зажигания.

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает силу давления газов и преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндр свежей горючей смеси (карбюраторные двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска из него отработавших газов.Система охлаждения отводит теплоту от нагревающихся деталей двигателя. Она может быть жидкостной (у большинства отечественных двигателей) или воздушной (МеМЗ-968).

Система смазки служит для уменьшения трения между деталями двигателя, охлаждения их и отвода продуктов износа.

Система питания обеспечивает приготовление горючей смеси и подачу ее в цилиндры двигателя (карбюраторные и газовые двигатели) или же раздельную подачу в цилиндры топлива и воздуха (дизели), а также удаление из цилиндров продуктов сгорания.

Система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя при помощи электрической искры.

Основные данные двигателей, установленных на автомобилях ГАЭ-53А, ГАЗ-51А, ЗИЛ-130, «Москвич-412» и ГАЗ-24 «Волга», приведены в таблице:

Контрольные вопросы

1. Что называется тактом и из каких тактов состоит рабочий цикл четырехтактного двигателя?
2. Что называется степенью сжатия и как она влияет на мощность и экономичность работы двигателя?
3. Назовите величину степени сжатия и литраж изучаемых двигателей.
4. Какова степень сжатия дизелей и на каком топливе они работают?
5. Как происходит рабочий цикл четырехтактного дизеля?

«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова

www.carshistory.ru

Механизмы и системы двигателя

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Двигатели кранов на железнодорожном ходу

Основными механизмами двигателя внутреннего сгорания являются шатунно-кривошипный и распределительный, а основными системами— системы питания, зажигания, смазки и охлаждения.

Шатунно-кривошипный механизм предназначен для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Этот механизм состоит из цилиндра, поршня с кольцами, поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала.

Ход поршня зависит от величины радиуса кривошипа коленчатого вала и равен двойной величине радиуса кривошипа.

Крайние положения поршня, как верхнее, так и нижнее, соответствуют положениям, когда ось кривошипа вала, осевая линия шатуна и ось пальца поршня располагаются на одной прямой линии. Эти положения называются мертвыми положениями поршня, потому что усилием на поршень нельзя заставить повернуться коленчатый вал. Вся система может быть выведена из этого положения лишь внешними силами — силой инерции маховика или движением поршней других цилиндров, если двигатель многоцилиндровый.

Цилиндры большинства двигателей выполняются в виде отдельных отливаемых из специального чугуна гильз, вставленных в отверстия блока цилиндра.

Блок цилиндра — одна из основных частей двигателя. Верхняя часть блока закрыта головкой, в которой расположены впускные и выпускные клапаны, форсунки или запальные свечи.

Нижняя часть блока соединена с картером, служащим у некоторых двигателей основанием для коренных подшипников коленчатого вала, и камерой, в которой у четырехтактного двигателя помещается масло для смазки всех деталей.

Блок цилиндра (а также и головка) обычно делают двухстенным; в пространстве между стенками циркулирует вода, охлаждающая двигатель.

Поршень, воспринимающий на себя давление газов, отливают из специального чугуна или алюминия. Он имеет цилиндрическую форму. Верхняя его часть (донышко) может быть плоской, выпуклой или вогнутой.

В средней части поршень имеет с внутренней стороны приливы, называемые бобышками, в отверстиях которых помещается палец, соединяющий поршень с шатуном. Нижняя, наиболее тонкостенная часть поршня называется юбкой. Диаметр поршня обычно меньше диаметра цилиндра, и между поршнем и цилиндром имеется необходимый температурный зазор, в котором образуется тонкая масляная пленка, смазывающая трущиеся поверхности цилиндра.

На наружной боковой поверхности поршня имеются кольцевые канавки, в которые заводятся поршневые кольца. Часть колец служит для создания уплотнения между стенками цилиндра и поршня (так называемые компрессионные кольца), часть же колец (маслосбрасывающих) служит для удаления со стенок цилиндра излишков смазки.

Маслосбрасывающие кольца обыкновенно имеют на своей поверхности проточку, этим порышается удельное давление кольца на стенки цилиндра, в результате чего оно лучше снимает излишки масла с поверхности цилиндра.

Поршневой палец представляет собой полый стержень, изготовленный из легированной стали. Для уменьшения износа рабочую поверхность пальца обычно цементируют, калят и шлифуют. Во многих двигателях поршневой палец закрепляется лишь от продольного перемещения пружинными замками с тем, чтобы исключить возможность трения его о стенки цилиндра. При таком закреплении палец может проворачиваться как в бобышках поршня, так и во втулке шатуна. Такая посадка свободно плавающего пальца дает более равномерный его износ.

Шатун шарнирно соединяет поршень с коленчатым валом и передает воспринимаемые поршнем усилия валу. Шатун двигателей внутреннего сгорания в большинстве своем штампован из стали. Он состоит из стержня и двух головок: верхней с впрессованной в нее бронзовой втулкой и нижней, называемой кривошипной и снабженной вкладышами. Сечение стержня обычно двутавровое, что придает ему необходимую прочность при небольшом весе.

Кривошипная головка шатуна выполняется разъемной; отъемная часть называется крышкой и крепится к основной части болтами. Болты эти испытывают весьма большие нагрузки и изготовляются из прочной хромистой стали.

Вкладыши шатуна, как и вкладыши коренных подшипников, делают в виде тонкостенных стальных широких полуколец. Внутреннюю рабочую поверхность этих вкладышей заливают антифрикционным сплавом, баббитом или свинцовистой бронзой.

Коленчатый вал — наиболее ответственная деталь двигателя. Он имеет несколько коренных опорных шеек и несколько кривошипных шеек или просто кривошипов, число которых соответствует числу цилиндров.

Для уравновешивания коленчатый вал снабжают противовесами, прикрепляемыми к щекам кривошипа со стороны, противоположной кривошипной шейке. На конце вала обычно крепится маховик.

Газораспределительный механизм предназначен для подачи в цилиндр воздуха или горючей смеси в строго определенные моменты и для удаления из цилиндра продуктов сгорания также в определенные моменты.

В четырехтактных двигателях газораспределение осуществляется механизмом, состоящим из клапанов, перекрывающих отверстия в головке блока, пружин, удерживающих клапаны в закрытом состоянии, распределительного вала и передаточных деталей: толкателей, втулок, коромысел и т. д.

Распределительный вал, имеющий кулачки, приводится во вращение от коленчатого вала через шестеренчатую передачу.

Кулачки на валу расположены в определенной последовательности. При вращении распределительного вала кулачки, набегая на толкатели, поднимают их. Это движение толкателей передается на концы качающихся коромысел, вторые концы которых нажимают на стержни клапанов и, сжимая пружины, открывают их в строго установленном порядке.

Клапаны работают при высоких температурах, поэтому их изготовляют из специальных жаростойких сталей.

Система питания предназначена для подачи в цилиндры двигателя топлива или горючей смеси, необходимых для совершения рабочего процесса. Системы питания дизелей и карбюраторных двигателей различные

Общая схема питания дизеля показана на рис. 1. Топливо из бака через расходный кран попадает в фильтр грубой очистки и, пройдя через него, поступает к подкачивающей помпе. Эта помпа, действующая от привода топливного насоса, прогоняет топливо через фильтр тонкой очистки, откуда оно поступает к топливному насосу. Насос под большим давлением подает топливо в форсунки, расположенные в головке блока двигателя.

Рис. 1. Общая схема питания дизеля

Система питания карбюраторного двигателя включает в себя бак для топлива, отстойник карбюратор, воздухопровод и регулятор числа оборотов двигателя. Наиболее ответственной частью в этой системе является карбюратор. Он предназначен для приготовления горючей смеси, т. е. смеси паров топлива с вполне определенным количеством воздуха, необходимого для его сгорания

Существует несколько конструкций карбюраторов. На рис. 2 показана схема устройства простейшего карбюратора, состоящего из смесительной камеры, диффузора, распылителя, жиклера, поплавковой камеры, заслонок (дроссельной и воздушной), поплавка, иглы, канала и кнопки.

Смесительная камера представляет собой отрезок трубы, в которой смешивается распыленное топливо с воздухом. Эта камера имеет местное сужение, называемое диффузором, к которому проведен распылитель, подающий в камеру топливо.

Воздух, проходя через камеру смешения, повышает свою скорость в диффузоре, и над распылителем создается разрежение, способствующее лучшему всасыванию топлива, которое увлекается затем быстро движущейся струей воздуха, испаряется, хорошо перемешивается с воздухом и поступает в цилиндры.

Рис. 2. Схема устройства простейшего карбюратора

Топливо в распылитель подается через поплавковую камеру, предназначенную поддерживать одинаковый напор топлива в распылителе, что обеспечивается поддержанием постоянного уровня топлива в камере.

В канале на пути от поплавковой камеры к распылителю установлен жиклер, сделанный в виде пробки с точно калиброванным отверстием, через которое пропускается ограниченное количество топлива.

Дроссельная заслонка служит для регулирования количества смеси, подаваемой в цилиндр: при большем открытии дроссельной заслонки в цилиндры двигателя поступает больше смеси, поэтому двигатель развивает большую мощность. Наоборот, прикрывая дроссельную заслонку, уменьшают доступ смеси в цилиндры, в результате чего мощность двигателя снижается.

Горючая смесь, подаваемая в цилиндры, может быть «бедной» или «богатой» в зависимости от соотношения долей воздуха и топлива в ней. Чем больший процентный состав топлива, тем богаче смесь.

Воздушная заслонка служит для временного обогащения смеси, главным образом в момент пуска двигателя и установления режима его работы. Это обогащение достигается поворотом воздушной заслонки, уменьшающим живое сечение канала, вследствие чего скорость потока воздуха возрастает, создается большее разрежение и увеличивается, подача топлива.

Для нормальной работы двигателя важно иметь постоянное качество смеси, определяемое соотношением количества топлива и воздуха. Простейший карбюратор не обеспечивает этого постоянства. При прикрытии дроссельной заслонки уменьшается число оборотов двигателя и над распылителем создается меньшее разрежение, в результате чего истечение топлива будет слабее и смесь в цилиндры станет поступать обедненной. Наоборот, с полным открытием дроссельной заслонки истечение топлива повышается и смесь обогащается.

Устранение этого недостатка в карбюраторах достигается постановкой дополнительного устройства, называемого компенсационным жиклером. Его размещают между поплавковой камерой и компенсационным колодцем, через который топливные каналы соединены с атмосферой. Благодаря этому через компенсационный жиклер подается постоянное количество топлива независимо от величины разрежения в диффузоре, т. е. независимо от режима работы двигателя.

С увеличением числа оборотов двигателя подача топлива через основной главный жиклер увеличится и смесь обогатится, в то же время увеличится поступление воздуха, но так как компенсационный жиклер подаст прежнее количество топлива, качество смеси не изменится.

При снижении оборотов двигателя главный жиклер станет объединять смесь, в то же время компенсационный жиклер, подавая одно и то же количество топлива при меньшем поступлении воздуха, будет обогащать смесь, в итоге ее качество сохранится.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в карбюраторных двигателях и состоит из магнето, запальных свечей и проводов высокого напряжения.

Магнето предназначено для получения электрического тока высокого напряжения (15 000—20 000 б) и состоит из сердечника, вращающегося магнита, двух обмоток (первичной и вторичной), конденсатора и прерывателя.

При вращении магнето силовые линии магнитного поля наводят в обмотке э. д. с, которая изменяется как по величине, так и по направлению. В моменты прохода полюсов магнита против колодок сердечника магнитный поток достигает максимального своего значения, а в моменты нахождения полюсов между колодками поток силовых линий изменяет свое направление. В результате изменения магнитного потока силовые линии пересекают витки обмотки из толстой изолированной проволоки, возбуждая в ней переменный ток низкого напряжения, называемый током первичной обмотки. В возникновении первичного тока можно легко убедиться, если в цепь первичной обмотки включить гальванометр. Однако ток, возникающий в первичной обмотке, недостаточен для того, чтобы получить искру в запальной свече. Поэтому в магнето поверх первичной обмотки намотана вторичная обмотка из тонкой проволоки и с большим количеством витков.

Когда в первичной обмотке возникает и исчезает электрический ток, вокруг нее возникает магнитное поле. Его силовые линии пересекают витки вторичной обмотки, вследствие чего в ней образуется ток высокого напряжения, способный дать искру в запальной свече.

Для резкого изменения магнитного поля вокруг первичной обмотки в ее цепь включен прерыватель с контактами, прерывающий первичный ток в моменты, когда он достигает наибольшей величины. Для уменьшения искрения, подгорания контактов прерывателя и увеличения резкости разрыва цепи параллельно контактам прерывателя включен конденсатор.

Рис. 3. Схема устройства элементов системы зажигания: 1—сердечник; 2 —магнит; 3 — стойка; 4 —первичная обмотка; 5 —вторичная обмотка; 5~свеча запальная; 7 —кулачок прерывателя; 8 — рычажок прерывателя; 9 — контакты прерывателя; 10 — пружина; 11 — искровой промежуток; 12 — провод высокого напряжения; 13 — конденсатор; 14 — кнопка замыкания первичной цепи

Замыкая первичную обмотку специальной кнопкой, выключают магнето, так как в этом случае разрыва в цепи не происходит, а следовательно, во вторичной обмотке не будет возникать ток высокого напряжения.

Как отмечалось ранее, чтобы получить наиболее полное сгорание рабочей смеси, воспламенение ее осуществляется с некоторым опережением. Степень опережения на различных режимах работы двигателя должна быть различной, поэтому в магнетосделан специальный автомат, изменяющий величину опережения в зависимости от числа оборотов коленчатого вала двигателя и увеличивающий опережение зажигания с повышением числа оборотов.

Запальная свеча состоит из стального корпуса, ввертываемого в гнездо головки блока, сердечника из изоляционного материала, тонкого стального стержня 3, выполняющего роль центрального электрода. Против нижнего конца центрального электрода расположен боковой электрод, закрепленный в корпусе свечи. Зазор между этими электродами образует искровой промежуток в 0,5—0,7 мм, через который проскакивает электрическая искра.

Корпус и сердечник свечи в собранном виде разделяются прокладкой. В верхней части свечи имеется гайка 6 с шайбой. Во избежание просачивания газов из цилиндров свеча завинчивается в гнездо на медно-асбестовой прокладке.

К верхнему концу центрального стержня присоединяется провод тока высокого напряжения, закрепляемый гайкой.

Смазка трущихся поверхностей двигателя имеет большое значение для его работы. Как бы хорошо ни были обработаны трущиеся поверхности, при скольжении их друг по Другу с большим усилием нажатия между ними возникает трение, на которое бесполезно затрачивается энергия и в результате которого повышается износ поверхностей и перегрев трущихся деталей.

Смазка трущихся поверхностей представляет собой не что иное, как разделение этих поверхностей друг от друга тонким слоем смазки. Вследствие того, что сила сцепления частиц смазки между собой меньше, чем сила сцепления частиц смазки с поверхностью трущихся деталей, возникнет трение не металла о металл, а трение в жидкостном слое. Непрерывно подаваемая на поверхности трения смазка уносит, кроме того, мельчайшие частицы сработанного металла и охлаждает трущиеся поверхности.

Рис. 4. Запальная свеча

Масло, применяемое для смазки трущихся поверхностей, в зависимости от характера смазываемых поверхностей и режима их работы должно обладать определенными качествами. Так, оно должно иметь необходимую вязкость, чтобы не выжиматься из зазора между поверхностями, обладать достаточной стойкостью против воспламенения, не содержать кислот, щелочей и твердых примесей.

Трущиеся поверхности двигателя смазывают следующими способами: разбрызгиванием, принудительной подачей масла, а также комбинированным способом.

Наиболее простым способом смазки является разбрызгивание. В этом случае быстро движущиеся детали, главным образом шатунно-кривошипного механизма, захватывают масло из нижней части картера и разбрызгивают его по всей поверхности в виде мельчайших капелек. Избыток смазки стекает обратно в масляную ванну картера. Это большое преимущество способа разбрызгивания, однако он не обеспечивает должной смазки деталей в труднодоступных местах. Более надежно смазка осуществляется принудительным способом, когда подача масла к трущимся поверхностям происходит под давлением специальным масляным насосом обычно шестеренчатого типа, приводимым в движение от коленчатого вала двигателя.

Система принудительной смазки включает в себя манометр, показывающий давление масла в магистрали, и термометр для измерения температуры масла, а также радиатор для охлаждения отработавшего масла, отстойник и фильтры.

В двигателях применяется преимущественно комбинированная система смазки, при которой отдельные поверхности смазываются разбрызгиванием, а наиболее ответственные места — под давлением.

Система охлаждения двигателя. При работе двигателя выделяется большое количество тепла, вследствие чего повышается температура нагрева деталей, и если не принять мер к охлаждению их, то двигатель перегреется и его работа нарушится.

При перегреве масло теряет свою вязкость, условия смазки ухудшаются, масло начинает выгорать, наступает ускоренный износ деталей и на рабочих поверхностях могут появиться задиры, приводящие к авариям.

Охлаждение в двигателях достигается главным образом за счет пропуска охлаждающей воды через полости между двойными стенками деталей цилиндра и головки блока. Вода, омывая горячие стенки деталей, отнимает часть тепла от них, предотвращает чрезмерный их нагрев. Система охлаждения включает в себя полости охлаждаемых деталей, магистрали, радиатор, насос, вентилятор.

Если вода в системе охлаждения циркулирует за счет разности в плотности нагретой и холодной воды, то такая система называется термосифонной. В этом случае вода, отнявшая часть тепла от стенок охлаждаемых деталей, поднимается вверх и поступает в радиатор, уступая место более холодной воде, выходящей из радиатора. Радиатор при этой системе обязательно должен быть расположен выше охлаждаемых деталей.

Термосифонная система недостаточно эффективно охлаждает детали, поэтому в современных двигателях используется система охлаждения с принудительной циркуляцией воды от водяного насоса преимущественно центробежного действия.

Радиатор представляет собой два бачка (верхний и нижний), соединенных между собой боковыми стойками и сердцевиной, состоящей из ряда вертикальных трубочек, пропущенных через горизонтальные пластинки, которые увеличивают поверхность охлаждения. Для большей эффективности радиатор охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором.

Чтобы облегчить пуск двигателя, в особенности в зимнее время, в систему охлаждения заливают горячую воду. В некоторых мощных двигателях используют пусковой двигатель, система охлаждения которого соединена с системой охлаждения основного двигателя. Работая, пусковой двигатель нагревает воду в общей системе охлаждения, чем облегчает пуск основного двигателя.

—

При изучении принципа работы двигателя была рассмотрена его упрощенная схема. В действительности же двигатель трактора или автомобиля имеет сложное устройство.

Он состоит из кривошипно-шатунного и распределительного механизмов, а также следующих систем: охлаждения, смазочной, питания и регулирования, пуска. Карбюраторный двигатель, кроме того, оборудован системой зажигания.

С помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах преобразуется во вращательное коленчатого вала.

Распределительный механизм открывает и закрывает клапаны, которые пропускают в цилиндры воздух или горячую смесь и выпускают из цилиндров отработавшие газы.

Система охлаждения поддерживает требуемый тепловой режим двигателя.

Смазочная система подает масло к трущимся деталям двигателя для уменьшения трения и их изнашивания.

Система питания очищает и подает в цилиндры воздух и топливо или горючую смесь, а с помощью регулятора автоматически регулируется требуемое количество топлива или смеси в зависимости от нагрузки двигателя.

Система пуска дизеля необходима для проворачивания коленчатого вала при пуске.

Система зажигания карбюраторного двигателя нужна для воспламенения рабочей смеси в его цилиндрах.

—

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих механизмов и систем: кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, а также систем — питания, охлаждения, смазки, зажигания и пуска.

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов и преобразует прямолинейное возвратно-поступательное – движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Газораспределительный механизм предназначен для впуска в цилиндр горючей смеси (карбюраторные и газовые двигатели) или воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов.

Система охлаждения обеспечивает нормальный температурный режим двигателя, при котором он не перегревается и не переохлаждается.

Система смазки необходима для уменьшения трения, между деталями, снижения их износа и отвода тепла от трущихся поверхностей.

Систем.а питания служит для подачи отдельно топлива и воздуха в цилиндры дизеля или для приготовления горючей смеси из мелкораспыленного топлива и воздуха и для подвода смеси к цилиндрам карбюраторного или газового двигателей и отвода отработавших газов.

Система зажигания обеспечивает воспламенение рабочей смеси в.карбюраторных и газовых двигателях (в дизелях топливо воспламеняется от соприкосновения с раскаленным воздухом, поэтому они не имеют специальной системы зажигания).

Система пуска служит для пуска двигателя.

Читать далее: Краткое описание дизеля КДМ-46

Категория: - Двигатели кранов на железнодорожном ходу

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Основные механизмы и системы двигателя внутреннего сгорания автотракторов

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Автомобили и трактора

Двигатель внутреннего сгорания (рис. 4) состоит из следующих механизмов и систем, выполняющих определенные функции.

Кривошипно-шатунный механизм осуществляет рабочий цикл двигателя и преобразует прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм состоит из цилиндра с головкой, поршня с кольцами, поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала, маховика. Механизм установлен в блок-картере, закрытом снизу поддоном (резервуаром для масла).

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси или воздуха и своевременного удаления отработавших газов. Он состоит из клапанов с направляющими втулками, пружин с деталями их крепления, штанг 4, коромысел, толкателей, распределительного вала и шестерен привода распределительного вала.

Система охлаждения служит для отвода избыточного тепла от нагретых деталей двигателя. Она бывает жидкостной или воздушной. Если система охлаж— дения жидкостная, то она состоит из рубашки охлаждения, радиатора, водяного насоса, вентилятора, термостата и патрубков. Система воздушного охлаждения состоит из теплоотводящих ребер, вентилятора, кожуха и щитков, направляющих воздушный поток для отвода тепла.

Система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся деталям двигателя с целью уменьшения трения между ними и отвода тепла. Она состоит из резервуара для масла, масляного насоса, фильтров и маслопроводов.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (карбюраторные двигатели) или подачи топлива в цилиндр и напол-’ нения его воздухом (дизельные двигатели).

Рис. 4. Устройство одноцилиндрового карбюраторного двигателя

У карбюраторных двигателей эта система состоит из топливного бака, топливопроводов, топливного и воздушного фильтров, топливного насоса, карбюратора (или смесителя), впускного и выпускного трубопроводов, глушителя.

У дизельных двигателей система питания состоит из тех же деталей и приборов, с той лишь разницей, что вместо карбюратора установлены топливный насос высокого давления и форсунка.

Система зажигания предназначена для принудительного воспламенения рабочей смеси от электрической искры. В нее входят приборы, обеспечивающие получение электрического тока высокого напряжения, провода и свечи.

У дизельных двигателей приборы системы зажигания отсутствуют, так как топливо воспламеняется от соприкосновения со сжатым воздухом, имеющим высокую температуру.

Система пуска предназначена для пуска двигателя. К ней относятся: пусковой бензиновый двигатель с механизмом передачи (на тракторе), электрический стартер на автомобиле и иногда на тракторе, декомпрессионный механизм, приборы подогрева воды и воздуха.

Двухтактные двигатели имеют те же основные механизмы и системы, что и четырехтактные, но отличаются по устройству и действию механизма газорас-. пределения.

Читать далее: Основные понятия и определения по двигателем автотрактора

Категория: - Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Двигатель внутреннего сгорания. Основные механизмы и системы двигателя, их назначение.

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

По роду топлива Двигатель внутреннего сгорания разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые.

По способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные.

По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха — на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.

К двигателям с внешним смесеобразованием относятся карбюраторные, в которых горючая смесь из жидкого топлива и воздуха образуется в карбюраторе, и газосмесительные, в которых горючая смесь из газа и воздуха образуется в смесителе.

В Двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием зажигание рабочей смеси в цилиндре производится электрической искрой. В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизелях) топливо самовоспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры.

Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного Двигатель внутреннего сгорания совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

1-ый такт - впуск (всасывание). Открывается впускной клапан. Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь.

2-ой такт - сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, которая при сжатии нагревается.

3-ий такт - рабочий ход. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов (раскаленных продуктов сгорания) толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым совершается полезная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти до атмосферного.

4-ый такт - выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.

Из четырех тактов только один - третий - является рабочим. Поэтому двигатель снабжают маховиком (инерционным двигателем, запасающим энергию), за счет которого коленчатый вал вращается в течение остальных тактов.

Карбюраторные Двигатель внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.

Остов двигателя — группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.

Механизм движения — группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.

Система смазки — система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей. Часть масла отводится по параллельным каналам в фильтр тонкой очистки, откуда сливается обратно в поддон.

Система охлаждения может быть жидкостной и воздушной. Жидкостная система состоит из рубашек цилиндров и головок, заполненных охлаждающей жидкостью (водой, антифризом и т. п.), насоса, радиатора, в котором жидкость охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, и устройств, регулирующих температуру воды. Воздушное охлаждение осуществляется обдувом цилиндров и головок вентилятором или потоком воздуха (на мотоциклах).

Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.

Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняюшей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока — генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В систему включается распределитель тока высокого напряжения по соответствующим цилиндрам. В одном агрегате с прерывателем находятся конденсатор, улучшающий работу прерывателя, и катушка зажигания, с которой снимается высокое напряжение (12—20 кв). В то время, когда Двигатель внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.

Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления. В функции системы входит вращение вала двигателя для пуска.

Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске.

Газовые Двигатель внутреннего сгорания работают большей частью па природном газе и газах, получаемых при производстве жидкого топлива. Кроме того, могут быть использованы: газ, генерируемый в результате неполного сгорания твёрдого топлива, металлургические газы, канализационные газы и пр. Применяются как 4-тактные, так и 2-тактныс газовые Двигатель внутреннего сгорания По принципу смесеобразования и воспламенения газовые двигатели разделяются на: Двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием, в которых рабочий процесс аналогичен процессу карбюраторного двигателя; Двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и зажиганием струей жидкого топлива, воспламеняющегося от сжатия; Двигатель внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием и искровым зажиганием. Газовые двигатели, использующие природные газы, применяются на стационарных электростанциях, компрессорных газоперекачивающих установках и т. п. Сжиженные бутано-пропановые смеси используются для автомобильного транспорта (см. Газобаллонный автомобиль).

Экономичность работы Двигатель внутреннего сгорания характеризуется эффективным кпд, который представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, затраченного на получение этой работы. Максимальный эффективный кпд наиболее совершенных Двигатель внутреннего сгорания около 44%.

Основным преимуществом Двигатель внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные Двигатель внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Двигатель внутреннего сгорания на транспортных средствах (автомобилях, с.-х. и строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).

Совершенствование Двигатель внутреннего сгорания идёт по пути повышения их мощности, надёжности и долговечности, уменьшения массы и габаритов, создания новых конструкций (см., например, Ванкеля двигатель). Можно наметить также такие тенденции в развитии Двигатель внутреннего сгорания, как постепенное замещение карбюраторных Двигатель внутреннего сгорания дизелями на автомобильном транспорте, применение многотопливных двигателей, увеличение частоты вращения и др.

infopedia.su

Системы наддува двигателя

С момента появления двигателя внутреннего сгорания перед конструкторами появилась задача повышения его мощности. А это возможно только одним путем – увеличением количества сгораемого топлива.

Способы повышения мощности двигателя

Для решения этой проблемы использовалось два метода, один из которых – повышение объема камер сгорания. Но в условиях постоянно ужесточающийся экологических требований к силовым агрегатам автомобилей этот метод повышения мощности сейчас практически не используется, хотя раннее он был приоритетным.

Второй метод повышения мощности сводится к принудительному увеличению количества горючей смеси. В результате этого даже на малообъемных силовых установках удается существенно повысить эксплуатационные показатели.

Если с увеличением количества подаваемого в цилиндры топлива проблем не возникает (система его подачи легко регулируется под требуемые условия), то с воздухом не все так просто. Силовая установка самостоятельно его закачивает за счет разрежения в цилиндрах и повлиять на объем закачки невозможно. А поскольку для максимально эффективного сгорания в цилиндрах должна создаваться топливовоздушная смесь с определенным соотношением, то увеличение только одного количества топлива никакого прироста мощности не дает, а наоборот – повышается расход, а мощность падает.

Выходом из ситуации является принудительная накачка воздуха в цилиндры, так называемый наддув двигателя. Отметим, что первые устройства, нагнетающие воздух в камеры сгорания, появились практически с момента появления самого двигателя внутреннего сгорания, но долгое время их на автотранспорте не использовали. Зато наддувы достаточно широко использовались в авиации и на кораблях.

Виды по способу создания давления

Наддув двигателя – задумка теоретически простая. Суть ее сводится к тому, что принудительная закачка позволяет существенно увеличить количество воздуха в цилиндрах по сравнению с объемом, который засасывает сам мотор, соответственно, и топлива подать можно больше. В результате удается повысить мощность силовой установки без изменения объема камер сгорания

Но это в теории все просто, на практике же возникает множество трудностей. Основная проблема сводится к определению, какая конструкция наддува является самой эффективной и надежной.

В целом разработано три типа нагнетателей, различающихся по способу нагнетания воздуха:

1. Roots
2. Lysholm (механический нагнетатель)
3. Центробежный (турбина)

Каждый из них имеет свои конструктивные особенности, достоинства и недостатки.

Roots

Нагнетатель типа Roots изначально был представлен в виде обычного шестеренчатого насоса (что-то схожее с масляным насосом), но со временем конструкция этого наддува сильно изменилась. В современном нагнетателе Roots шестеренки заменены на два ротора, вращающихся разнонаправлено, и установленных в корпусе. Вместо зубьев на роторах сделаны лопастные кулачки, которыми происходит зацепление роторов между собой.

Главной особенностью наддува Roots является способ нагнетания. Давление воздуха создается не в корпусе, а на выходе из него. По сути, лопасти роторов просто захватывают воздух и выталкивают его в выходной канал, ведущий к впускному коллектору.

Устройство и работа нагнетателя Roots

Но у такого нагнетателя есть несколько существенных недостатков – создаваемое им давление ограничено, при этом еще присутствует пульсация воздуха. Но если второй недостаток конструкторы смогли преодолеть (путем придания роторам и выходным каналам особой формы), то проблема ограничения создаваемого давления более серьезна – либо приходится увеличивать скорость вращения роторов, что негативно сказывается на ресурсе нагнетателя, либо создавать несколько ступеней нагнетания, из-за чего устройство становится очень сложным по конструкции.

Lysholm

Наддув двигателя типа Lysholm конструктивно схож с Roots, но у него вместо роторов используются спиралевидные шнеки (как в мясорубке). В такой конструкции создание давления происходит уже в самом нагнетателе, а не на выходе. Суть проста – воздух захватывается шнеками, сжимается в процессе транспортировки шнеками от входного канала на выходной и затем выталкивается. За счет спиралевидной формы процесс подачи воздуха идет непрерывно, поэтому никакой пульсации нет. Такой нагнетатель обеспечивает создание большего давления, чем конструкция Roots, работает бесшумно и на всех режимах мотора.

Нагнетатель типа Lysholm, другое название — винтовой.

Основным недостатком этого наддува является высокая стоимость изготовления.

Центробежный тип

Центробежные нагнетатели – самый сейчас распространенный тип устройства. Он конструктивно проще, чем первые два типа, поскольку рабочий элемент у него один – компрессионное колесо (обычная крыльчатка). Установленная в корпусе эта крыльчатка захватывает воздух входного канала и выталкивает его в выходной.

Центробежный нагнетатель с газотурбинным приводом

Особенность работы этого нагнетателя сводится к тому, что для создания требуемого давления необходимо, чтобы турбинное колесо вращалось с очень большой скоростью. А это в свою очередь сказывается на ресурсе.

Типы привода, их достоинства и недостатки

Вторая проблема – привод нагнетателя, а он может быть:

1. Механическим
2. Газотурбинным
3. Электрическим

В механическом приводе в действие нагнетатель приводится от коленчатого вала посредством ременной, реже – цепной, передачи. Такой тип привода хорош тем, что наддув начинает работать сразу после запуска силовой установки.

Но у него есть существенный недостаток – этот тип привода «забирает» часть мощности мотора. В результате получается замкнутый круг – нагнетатель повышает мощность, но сразу же ее и отбирает. Использоваться механический привод может со всеми типами наддувов.

Газотурбинный привод сейчас пока является самым оптимальным. В нем нагнетатель приводится в действие за счет энергии сгоревших газов. Этот тип привода используется только с центробежным наддувом. Нагнетатель с таким типом привода получил название турбонаддува.

Чтобы использовать энергию отработанных газов конструкторы, по сути, просто взяли два центробежных нагнетателя и соединили их крыльчатки одной осью. Далее один нагнетатель подсоединили к выпускному коллектору. Выхлопные газы, на выходе из цилиндров двигаются с высокой скоростью, попадают в нагнетатель и раскручивают крыльчатку (она получила название турбинное колесо). А поскольку она соединена с крыльчаткой (компрессорным колесом) второго нагнетателя, то он начинает выполнять требуемую задачу – нагнетать воздух.

Турбонаддув хорош тем, что не оказывает влияние на мощность двигателя. Но у него есть недостаток, причем существенный – на малых оборотах двигателя он из-за небольшого количества выхлопных газов не способен эффективно нагнетать воздух, он эффективен только на высоких оборотах. К тому же в турбонаддуве присутствует такой эффект как «турбояма».

Суть этого эффекта сводится к тому, что турбонаддув не обеспечивает мгновенную реакцию на действия водителя. При резком изменении режима работы двигателя, к примеру, при разгоне, на первом этапе энергии выхлопных газов недостаточно, чтобы наддув закачал требуемое количество воздуха, нужно время, чтобы в цилиндрах прошли процессы и повысилось количество отработанных газов. В результате при резком нажатии на педаль, машина «тупит» и не разгоняется, но как только наддув наберет обороты, авто начинает активно ускоряться – «выстреливает».

Есть и еще один не очень приятный эффект – «турболаг». У него суть примерно та же, что и у «турбоямы», но природа у него несколько другая. Сводится она к тому, что наддув обладает запоздалой реакцией на действия водителя. Обусловлена она тем, что нагнетателю требуется время захватить, закачать воздух и подать его в цилиндры.

Показательные графики эффектов «турбояма» и «турболаг» в зависимости от мощности

«Турбояма» появляется только в нагнетателях, работающих от энергии выхлопных газов, в устройствах же с механических приводом ее нет, поскольку производительность наддува пропорциональна оборотам двигателя. А вот «турболаг» присутствует во всех типах нагнетателей.

В современных автомобилях начинают внедрять электрические приводы наддува, но они только зарождаются. Пока их используют, как дополнительный механизм, для исключения «турбоямы» в работе турбонаддува. Не исключено что вскоре и появится разработка которая заменит привычные нам нагнетатели.

Электронагнетатель от фирмы Valeo

Для их эффективной работы необходимо более высокое напряжение, поэтому используется вторая сеть со своим аккумулятором на 48 вольт. Концерн Audi вообще планирует перевести все оборудование на повышенное напряжение – 48 вольт, так как увеличивается количество электронных систем и соответственно нагрузка на сеть автомобиля. Возможно в будущем все автопроизводители перейдут на повышенное напряжение бортовой сети.

Иные проблемы

Помимо способа нагнетания и типа привода существует еще немало вопросов, которые успешно решились или решаются конструкторами.

К ним относится:

• нагрев воздуха при сжатии;
• «турбояма»;
• эффективная работа нагнетателя на всех режимах.

Во время нагнетания воздух сильно нагревается, что приводит к снижению его плотности, а это в свою очередь сказывается на детонационном пороге топливовоздушной смеси. Устранить эту проблему удалось путем установки интеркулера – радиатора охлаждения воздуха. Причем осуществлять охлаждение этот узел может разными способами – потоком встречного воздуха или за счет жидкостной системы охлаждения.

Варианты исполнения систем наддува

Но установка интеркулера породила другую проблему – увеличение «турболага». Из-за радиатора общая длина воздуховода от нагнетателя к впускному коллектору существенно увеличилась, а это повлияло на время нагнетания.

Проблема с «турбоямой» автопроизводителями решается по-разному. Одни снижают массу составных элементов, другие используют технологию изменяемой геометрии турбопривода. При первом варианте решения проблемы, снижение массы крыльчаток приводит к тому, что для раскручивания наддува требуется меньше энергии. Это позволяет нагнетателю раньше вступить в работу и обеспечить давление воздуха даже при незначительных оборотах двигателя.

Что касается геометрии, то за счет использования специальных крыльчаток с приводом от актуатора, установленных в корпусе турбинного колеса удается осуществлять перенаправление потока отработанных газов в зависимости от режима работы мотора.

Повышение эффективности работы нагнетателя на всех режимах работы некоторые производители решают путем установки двух, а то и трех нагнетателей. И здесь уже каждая автокомпания поступает по-разному. Одни устанавливают два турбонаддува, но разных размеров. «Малый» нагнетатель отрабатывает на небольших оборотах мотора, снижая эффект «турбоямы», а при увеличении оборотов в работу включается «большой» наддув. Другие же автопроизводители применяют комбинированную схему, в которой за малые обороты «отвечает» нагнетатель с механическим приводом, что вовсе устраняет «турбояму», а на высоких оборотах задействуется уже турбонаддув.

Напоследок отметим, что выше указаны только одни из основных проблем, связанных с принудительной подачей воздуха в цилиндры, в действительности их больше. К ним можно отнести передув и помпаж.

Увеличение мощности нагнетателем, по сути, ограничено только одним фактором — прочнотью составных элементов силовой установки. То есть, мощностные характеристики можно увеличивать только до определенного уровня, превышение которого приведет к разрушению узлов мотора. Это превышение и называется передувом. Чтобы он не произошел, система принудительного нагнетания воздуха оснащается клапанами и каналами, которые предотвращают раскручивание крыльчатки выше установленных оборотов, получается, что производительность наддува имеет граничную отметку. Дополнительно при достижении определенных условий ЭБУ системы питания корректирует количество подаваемого в цилиндры топлива.

Помпаж можно охарактеризовать как «обратное движение воздуха». Возникает эффект при резком переходе с высоких оборотов на низкие. В итоге, нагненататель уже накачал воздух в большом количестве, но из-за снижения оборотов он становиться невостребованным, поэтому он начинает возвращаться к наддуву, что может стать причиной его поломки.

Клапан blow-off

Проблема помпажа решена использованием обходных каналов (байпас), по которым сжатый не расходованный воздух перекачивается на входной канал перед нагнетателем, тем самым он смягчает, но не устраняет, нагрузки при помпаже. Второй системой которая полностью решает проблему помпажа, является установка перепускного клапана или blow-off, который при необходимости сбрасывает воздух в атмосферу.

Установка нагнетателей воздуха на силовые установки пока является самым оптимальным способом повышения мощности.

autoleek.ru

Двигатель. Основные системы впрыска топлива. Вредные выбросы

В качестве источника энергии в подавляющем большинстве эксплуатируемых в настоящее время транспортных средств используется двигатель внутреннего сгорания, преобразующий химическую энергию топлива в механическую работу. Следует отметить, что при работе такого двигателя образуется большое количество различных вредных выбросов и излучений. Кроме того, топливо и эксплуатационные жидкости, применяемые в двигателе, обладают высокой токсичностью и пожароопасностью.

По типу применяемого топлива двигатели внутреннего сгорания подразделяются на:

• бензиновые
• дизельные
• работающие с использованием горючих газов

Рис. Устройство и принцип работы двигателя

Основные системы впрыска топлива

Рассмотрим элементы топливных систем основных видов.

Простейшим бензиновым двигателем является карбюраторный. Вследствие низкой экономичности такой двигатель применяется в основном в устаревших моделях автомобилей западно-европейского, а также в части современных автомобилей российского производства.

В современных двигателях все большее распространение находят системы впрыска топлива, обеспечивающие более точное регулирование процессов смесеобразования и, как следствие, большую экономичность и пониженную токсичность.

В качестве переходной системы между карбюраторной системой питания и системой впрыска в ряде автомобилей применяется центральный впрыск. Данная система вместо карбюратора имеет корпус с дроссельной заслонкой и установленной в нем единственной форсункой. Остальная система топливоподачи такого двигателя практически ничем не отличается от системы топливоподачи карбюраторного двигателя, за исключением наличия топливного насоса с электрическим приводом.

Дальнейшее развитие систем впрыска привело к необходимости подавать топливо отдельно в каждый из цилиндров двигателя.

В результате появилась так называемая система механического впрыска топлива, которая сейчас практически не применяется. Однако существует еще достаточно автомобилей 1980-1990 гг. выпуска, оснащенных такой системой, один из вариантов которой представлен на рисунке. Эта система имеет в своем составе дополнительный накопителя топлива и дозатор-распределитель, с помощью которого топливо распределяется между цилиндрами.

В настоящее время самое широкое распространение имеют электронные системы впрыска топлива разнесенного типа. Большинство современных систем впрыска являются вариантами такой системы, схема которой приведена на рисунке. В данной системе топливо подается к форсункам посредством специального топливного коллектора.

Общие элементы всех приведенных выше систем — топливный бак, топливный насос, топливный фильтр и топливопроводы. Следует иметь в виду, что электрические топливные насосы на современных автомобилях располагаются, как правило, внутри топливного бака и омываются топливом для обеспечения более интенсивного охлаждения. Кроме фильтров тонкой очистки в системе топливоподачи могут устанавливаться фильтры-отстойники для обеспечения более эффективного отделения от топлива воды и твердых примесей.

Для газобаллонных автомобилей используются, как правило, обычные двигатели, работающие на бензине. На таком двигателе устанавливается система питания, предназначенная для работы как на газообразном топливе, так и на бензине. Топливом для таких двигателей служит сжатый или сжиженный газ.

Схема системы питания автомобиля, работающего на сжатом газе, представлена на рисунке:

Рис. Система питания двигателя, работающего на сжатом газе:1 — баллоны для сжатого газа; 2 — вентили групп баллонов; 3 — наполнительный вентиль; 4 — основной расходный вентиль; 5 — редуктор высокого давления; 6 — электромагнитный клапан; 7 — редуктор низкого давления; 8 — пусковой клапан; 9 — карбюратор-смеситель

Система питания автомобиля, работающего на сжиженном газе, имеет один или два баллона, заполненных сжиженным газом. При необходимости превращения жидкой фазы в газообразную в системе предусмотрен испаритель и одноступенчатый редуктор.

В современных двигателях иностранного производства в настоящее время начинают внедрять газовую систему питания, основанную на использовании сжиженного газа непосредственно (в виде жидкой фазы), без испарителя.

В целях снижения дымности и повышения экономичности дизельных двигателей для них также разрабатываются установки для использования газового топлива. Наиболее широкое распространение получила установка, в которой в качестве источника зажигания газовоздушной смеси используется факел жидкого топлива, самовоспламеняющегося от сжатия.

Цилиндры двигателя в течение впуска заполняются газовоздушной смесью обедненного состава. Для этого на впускном трубопроводе двигателя или нагнетателя устанавливается смесительное устройство для перемешивания газа с воздухом, регулирования качества и количества газовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Схема такой установки представлена на рисунке. Следует отметить, что в данных установках могут одновременно применяться баллоны для сжатого и сжиженного газа.

Рис. Система питания газодизельного двигателя: 1 — баллоны для сжатого газа; 2 — баллон для сжиженного газа; 3 — расходный вентиль для сжиженного газа; 4 — наполнительный вентиль для сжиженного газа; 5 — расходный вентиль для сжатого газа; 6 — наполнительный вентиль для сжатого газа; 7 — подогреватель-испаритель; 8 — магистральный вентиль; 9 — газовый фильтр; 10 — газовый редуктор; 11 — газовый смеситель

Топливная система дизельного двигателя, имеющего в своем составе топливный насос высокого давления (ТНВД), показана на рисунке. В такой системе может применяться также дополнительный фильтр-отстойник топлива, расположенный на всасывающей магистрали между топливным баком и подкачивающим насосом. Кроме того, транспортные средства с большим расстоянием между топливным баком и двигателем (преимущественно автобусы) могут снабжаться несколькими ручными подкачивающими насосами для облегчения заполнения топливом трубопроводов низкого давления.

Рис. Система питания дизельного двигателя:1 — топливный бак; 2 — топливный фильтр тонкой очистки; 3 — топливо провод низкого давления; 4 — топливный насос высокого давления; 5 — топливоподкачивающий насос; 6 — регулятор подачи топлива; 7 — педаль подачи топлива; 8 — топливопровод высокого давления; 9 — топливная форсунка; 10 — топливопровод слива; 11 — двигатель

В настоящее время на дизельных двигателях большой мощности получили распространение системы, в которых нагнетание топлива под высоким давлением происходит непосредственно в форсунках. Такой двигатель не имеет ТНВД, а снабжен насос-форсунками, имеющими электрическое или гидравлическое управление. Характерными особенностями этих двигателей является отдельный привод подкачивающего насоса, осуществляемый от распредвала, привода компрессора, насоса гидроусилителя и т.п., наличие топливного коллектора, распределяющего топливо между насос-форсунками, а также отсутствие топливопроводов высокого давления.

Основные компоненты вредных выбросов отработавших газов двигателя

Основные компоненты вредных выбросов отработавших газов бензинового двигателя и двигателя, работающего на газу, — оксид углерода (СО) и летучие углеводороды (СН), содержание которых подлежит контролю при проверке технического состояния двигателя.

Оксид углерода — это бесцветный, не имеющий запаха газ. Плотность СО меньше воздуха, поэтому он легко может распространяться в атмосфере. Поступая в организм человека с вдыхаемым воздухом, СО снижает функцию кислородного питания, выполняемую кровью. Усугубленный кислородным голоданием токсический эффект СО проявляется в непосредственном влиянии на клетки центральной нервной системы. Кроме того, в результате кислородного голодания организма ослабляется внимание, замедляется реакция, падает работоспособность водителя, что влияет на безопасность дорожного движения.

Углеводородные соединения служат исходными продуктами для образования фотооксидантов, обладающих сильным раздражающим и общетоксичным действием на организм человека. Особенно опасными из группы углеводородов являются канцерогенные вещества. Установлено, что в местах непосредственного контакта канцерогенных веществ с тканью появляются злокачественные опухоли. Токсичными веществами являются также пары бензина, попадающие в атмосферу из топливного бака и неплотностей в соединениях отдельных узлов и систем двигателя.

В дизельном двигателе подлежит контролю содержание сажи в отработавших газах, которое проявляется в виде дыма, выделяющегося при работе двигателя.

Сажа — это твердый углерод, который при попадании в организм задерживается в легких, дыхательных путях и вызывает аллергию. Кроме того, сажа, как любой аэрозоль, загрязняет воздух и ухудшает видимость на дорогах.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Диагностирование систем двигателя внутреннего сгорания

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Диагностирование строительных машин

На мощность двигателя внутреннего сгорания оказывают влияние следующие факторы: износ деталей цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов; износ и обгорание клапанов и седел; неисправности систем питания, охлаждения и смазки. Количественным показателем неисправности двигателя является снижение его мощности на 6-8%.

В двигателе внутреннего сгорания цилиндропоршневая группа работает в наиболее тяжелых условиях (газовая среда, высокая температура, большие циклические нагрузки). При этом происходит интенсивное изнашивание деталей, что приводит к прорыву газов из камер сгорания в картер, увеличению шума и вибрации, загрязнению моторного масла и его потере на угар, снижению герметичности в надпоршневом пространстве.

Диагностирование цилиндропоршневой группы производится по функциональным параметрам: изменению давления сжатия в цилиндрах; прорыву газов в картер; угару масла; утечкам сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр; разрежению в камере сгорания; изменению шума и вибрации; изменению параметров моторного масла; величине тока, потребляемого стартером.

Большое количество параметров определения технического состояния цилиндропоршневой группы позволяет объединять их по трем зонам измерений: камера сгорания, блок цилиндров, картер двигателя. В зоне камеры сгорания проверяют, как правило, давление сжатия, прорыв газов в картер, утечку сжатого воздуха, разрежение в камере сгорания. Давление сжатия (компрессию) в каждом цилиндре проверяют компрессометром не менее трех раз на прогретом двигателе при вращении коленчатого вала стартером или пусковым двигателем. Минимально допустимое давление сжатия для двигателей с искровым зажиганием равно 0,6-0,7 МПа, для дизельных — 1,4 МПа. При этом разница показаний в цилиндрах не должна быть больше 0,1 МПа. Снижение давления на 40% указывает на поломку или залегание колец, либо на предельный износ колец и гильзы, либо на неплотность сопряжения «клапан—гнездо». Неисправность сопряжений «кольцо— гильза» определяется повторным замером давления после добавления в камеру сгорания 20—25 см3 моторного масла. Увеличение давления указывает на значительный износ колец и гильзы.

Прорыв газов в картер зависит от износа колец и гильзы. Объем этих газов измеряют при максимальном крутящем моменте газовым расходомером, соединенным через шланги с маслозаливной горловиной. Расход картерных газов изменяется в пределах от 30 до 200 л/мин и зависит от типа двигателя и его наработки. Так, для двигателя Д-160 номинальный расход картерных газов составляет 46 л/мин, а предельный — 120 л/мин.

Герметичность камеры сгорания характеризует техническое состояние колец, цилиндра, прокладки головки цилиндров и сопряжения «клапан—гнездо» . Параметрами ее оценки могут быть разрежение и утечка сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр.

Разрежение измеряют вакуумметром. Герметичность камеры сгорания является достаточной, если при вращении коленчатого вала стартером создается разрежение 0,5-9,6 кПа. Техническое состояние двигателя хорошее, если при проверке герметичность цилиндра составляет 95-100% и требуется ремонт его при значениях герметичности менее 75% для дизельного и 80% для карбюраторного.

При предельных значениях герметичности цилиндра дополнительно проводятся измерения для установления места неисправности.

Замер относительной утечки воздуха и определение места утечки производятся путем подачи его в цилиндр через отверстие для форсунки или свечи в головке блока. При открытом впускном вентиле 9 и закрытом вентиле 12 воздух из магистрали попадает в редуктор, проходит калибровочное отверстие, сообщается с измерительным манометром и затем через обратный клапан, гибкий шланг и испытательный наконечник поступает в цилиндр двигателя. Процент утечки воздуха фиксируется манометром, где отмечены три зоны: 1) нормальное техническое состояние цилиндра; 2) необходим текущий ремонт; 3) предельное состояние цилиндра, требуется капитальный ремонт.

Для определения дефекта открывают вентиль 12 и закрывают вентиль 9. В этом случае воздух поступает от магистрали непосредственно в цилиндр через испытательный наконечник. Место выхода воздуха позволяет определить неисправность. Так, выход сжатого воздуха через маслозаливную горловину указывает на износ цилиндра и колец, а через воздухоочиститель — на неплотность прилегания к гнезду впускного клапана. Если же сжатый воздух выходит через глушитель, то нарушена герметичность сопряжения «выпускной клапан—гнездо». Проверяют также, нет ли утечки воздуха в прокладке между головкой и блоком цилиндров. Для этого края прокладки смазывают маслом или мыльной водой и наблюдают, нет ли пузырьков воздуха на стыке головки и блока и в наливной горловине радиатора. Появление пузырьков воздуха в радиаторе указывает на пробой прокладки между цилиндром и каналом системы охлаждения.

Если обнаружены неплотности в клапанах или в сопряжениях «поршневое кольцо—гильза», следует уточнить состояние цилиндров путем замера утечки воздуха при положении поршня в начале такта сжатия. Состояние цилиндров в этом случае характеризует разность утечки воздуха при положении поршня в начале такта сжатия и в конце. Если эта разность больше значения, указанного в технических условиях, то цилиндры требуют капитального ремонта. По утечке воздуха при положении поршня в начале такта сжатия судят о состоянии поршневых колец и клапанов.

Основным структурным параметром, характеризующим работоспособность кривошипно-шатунного механизма, является радиальный зазор подшипниковых узлов. Для оценки технического состояния используют функциональные параметры: давление масла в главной масляной магистрали; расход масла в единицу времени; шум и стуки, возникающие в сопряжениях.

Давление масла определяется при нормальном тепловом режиме с номинальной частотой вращения коленчатого вала, затем на холостом ходу. При номинальной частоте вращения давление масла для разных двигателей колеблется в пределах 0,2-0,7 МПа, а при минимальной равно 0,1 МПа.

Одним из наиболее эффективных способов определения технического состояния кривошипно-шатунного механизма является прослушивание неработающего двигателя, камеры сгорания которого подключены к ком-прессорно-вакуумной установке, создающей в надпоршневом пространстве разрежение и повышенное давление. Для окончательного решения о состоянии проверяемых сопряжений измеряют суммарный зазор, который для разных двигателей равен 0,3-0,5 мм.

При работающем двигателе глухой, низкого тона стук в нижней части картера указывает на износ коренных подшипников. Ритмичный, металлический, звонкий стук среднего тона в средней части блока цилиндров, как правило, вызван износом шатунных подшипников. При значительном износе поршневых пальцев в верхней части блока прослушивается ритмичный, высокого тона с металлическим оттенком стук.

Регулярный металлический стук в зоне крышки головки блока указывает на увеличенные зазоры в клапанном механизме.

Параметрами контроля механизма газораспределения являются: тепловой зазор между стержнем клапана и коромыслом, герметичность сопряжения «клапан—гнездо», высота кулачка распределительного вала, упругость клапанных пружин, характерные стуки в зоне подшипников распредвала.

Тепловой зазор в зависимости от конструкции двигателя находится в пределах 0,25-0,45 мм. Величина зазора определяется с помощью устройства, которое исключает необходимость установки поршня проверяемого цилиндра в определенное положение.

Герметичность клапанов проверяют по утечке воздуха через сопряжение «гнездо—клапан» с помощью прибора. Предельные значения утечки воздуха для разных двигателей — 50-60 л/мин.

Износ кулачков распредвала определяют по максимальному перемещению клапана, которое не должно быть менее 9-12 мм.

Проверка упругости пружины клапана производится прибором. При усилиях на сжатие менее 170-200 Н пружины необходимо заменять.

На СДМ, как правило, устанавливаются дизельные двигатели, неисправности которых могут быть вызваны неисправностями топливной аппаратуры (до 40% отказов).

Топливная аппаратура должна обеспечивать минимальный расход топлива при допустимых значениях выброса токсичных компонентов с отработавшими газами и уровнем шума. Эта задача решается оптимизацией начала впрыска, цикловой подачи и качеством распыла топлива в зависимости от загрузки двигателя и условий его работы.

В механических системах управления подачи топлива муфта опережения угла впрыскивания позволяет регулировать начало впрыска, а винтовая кромка плунжера ТНВД при повороте изменяет цикловую подачу топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и загрузки двигателя.

В настоящее время все более широкое распространение получили системы электронного управления работой дизельного двигателя, которые обеспечивают соответствие его самым жестким требованиям по токсичности отработавших газов при минимальном расходе топлива. Они обеспечивают подачу топлива в цилиндр по времени и количеству в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, температуры воздуха, температуры охлаждающей жидкости и масла, расхода воздуха, состава отработавших газов, положения акселератора и усилия на рабочем органе (загрузки двигателя).

Основными параметрами, характеризующими техническое состояние топливной аппаратуры с механической системой управления подачи топлива, являются: давление впрыска и качество распыливания топлива форсунками, производительность подкачивающего насоса и элементов топливного насоса высокого давления, износ плунжерных пар и клапанов, угол опережения подачи топлива, состояние фильтров грубой и тонкой очистки. Проверке в первую очередь подвергают фильтр тонкой очистки, перепускной клапан и подкачивающий насос, содержание углеводородов в отработавших газах. Давление перед фильтром должно быть не менее 0,09 МПа, а после фильтра — в пределах 0,06-0,08 МПа.

Одной из главных причин отказов топливной системы является неисправность форсунок. При диагностировании двигателя применяют два варианта проверки технического состояния форсунок: со снятием с двигателя и без снятия с использованием приспособления, которое позволяет определять давление и качество распыливания топлива форсункой. Для разных двигателей давление срабатывания равно 13-21 МПа. Качество распыливания определяется стетоскопом при нагнетании топлива в форсунку приспособлением. Впрыск сопровождается четким характерным звуком удара иглы форсунки в седле. Проверяют также герметичность форсунки. Снижение давления с 28 до 23 МПа должно продолжаться не менее 5 с. Для проверки работоспособности форсунок применяют также максиметры.

При проверке работоспособности топливного насоса давление, развиваемое каждой плунжерной парой, должно быть не менее 30 МПа. Если оно меньше, то насос отправляется в ремонт. Герметичность нагнетательного клапана проверяется при давлении 15 МПа, по достижении которого отключают подачу топлива. Если время падения давления до 10 МПа не более 10 с, то насос отправляется в ремонт.

При диагностировании топливной системы проверяется угол опережения подачи топлива, который оказывает влияние на полноту и качество сгорания топлива.

Уровень дыма в отработавших газах определяется прибором. На процесс воспламенения смеси наряду с системой топливоподачи большое влияние оказывает система подачи воздуха. Основным элементом подачи воздуха является воздухоочиститель, характеристики которого по мере загрязнения ухудшаются. Степень засоренности воздухоочистителя характеризуется разрежением во впускном воздушном тракте.

Диагностирование топливной системы дизельных двигателей с электронной системой управления подачи топлива рассмотрим на примере аккумуляторной системы с электрогидравлическим инжектором (насос-форсункой), позволяющим повысить давление впрыска до 200 МПа для перспективных моделей. Причем топливо постоянно поступает к инжектору при малом давлении (0,25 МПа).

Как правило, электрогидравлический инжектор имеет топливную и масляную секции, разделенные между собой в головке блока цилиндров при помощи уплотнительных колен. Масло к инжектору подается под высоким давлением (до 30 МПа) насосом высокого давления системы гидравлического управления через аккумулятор, где поддерживается постоянное давление. Величина высокого давления масла контролируется клапаном регулятора давления впрыска, управляемым сигналами от электронного блока управления (ЭБУ). На основе сигналов с датчиков (положение распредвала и частоты вращения, температуры воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления и расхода воздуха, положения акселератора, усилия на рабочем органе, состава отработавших газов и др.) ЭБУ формирует управляющий сигнал, который подается на соленоид, управляющий клапаном электрогидравлического инжектора. Этот клапан открывает подачу масла высокого давления с аккумулятора, которое перемещает плунжер внутри топливной секции инжектора, создавая высокое давление впрыска. Диагностирование рассматриваемой топливной системы выполняется через тестирование ее на мониторе постоянного действия: проверяется техническое состояние всех датчиков сравнением выходных сигналов с эталонными; оценивается нагрузочный режим; контролируются системы топлива; смазки и охлаждения.

В течение работы двигателя ЭБУ автоматически проводит тестирование его работоспособности и при обнаружении отклонений в функционировании систем устанавливает неисправность, а в критических ситуациях приводится в действие аварийное управление. Кроме того, память ЭБУ фиксирует время всех экстремальных событий.

Тестирование по запросу оператора проводится при отключенном (оценка электрических цепей) и работающем двигателе (оценка работоспособности регулятора давления впрыска, насоса масла высокого давления, системы контрольного давления впрыска, инжектора и т.д.). При оценке состояния инжектора ЭБУ управляет подачей топлива и определяет мощность каждого цилиндра. Эта проверка позволяет выявить неисправности и других систем, влияющих на мощность двигателя.

Уровень масла в картере двигателя всегда должен находиться у верхней метки указателя. Интенсивность изменения уровня масла во многом зависит от технического состояния двигателя. Расход масла не должен быть более 3,5% израсходованного топлива для карбюраторных двигателей и 5% для дизельных. При проверке уровня масла необходимо обращать внимание и на качество масла. Основное внимание при этом уделяют его прозрачности и отсутствию капель охлаждающей жидкости. Объективно качество масла оценивают методом спектрального анализа, когда пробу масла сжигают в высокотемпературном пламени и с помощью спектрографа регистрируют продукты износа. Полученные результату подвергают качественному и количественному анализу. Качественный анализ состоит в обнаружении спектральных линий, которые свидетельствуют о присутствии в масле металлов, а количественный — в определении интенсивности почернения спектральных линий. Присутствие в масле железа говорит об износе цилиндров, алюминия — поршней, хрома — колец, свинца — подшипников коленчатого вала и т.д. Кварц, оксиды алюминия характеризуют работоспособность воздухоочистителя или герметичность воздушного тракта, а также эффективность работы маслоочистителей. По изменению числа элементов, входящих в состав присадок, оценивают пригодность масла для дальнейшей эксплуатации.

Большое значение имеют способ и методика взятия проб на глубине 30-35 мм через отверстие маслоизмерительного щупа.

Проверка системы смазки включает и проверку работы масляного фильтра тонкой очистки. При температуре не ниже 70 °С ротор исправной центрифуги должен вращаться не менее 35 с после включения двигателя.

От технического состояния системы охлаждения во многом зависят топливная экономичность, мощность и надежность двигателя. Температура охлаждения жидкости должна поддерживаться в пределах 85-95 °С. При указанном режиме двигатель развивает максимальную мощность, имеет минимальный расход топлива и наименьшие износы.

Кроме температуры охлаждающей жидкости, контролируются герметичность системы охлаждения, натяжение ремня привода вентилятора и разность температур верхнего и нижнего бачков. Для проверки натяжения ремня вентилятора необходимо нажать на ремень в центре между шкивами с силой 30-40 Н и замерить прогиб, который не должен превышать 15—20 мм.

Уменьшение температурного перепада по сравнению с нормой (8-12 °С) свидетельствует о наличии накипи или загрязнении радиатора.

Герметичность системы охлаждения проверяют путем подачи воздуха под давлением 0,15 МПа через заливную горловину. После прекращения подачи воздуха фиксируют интенсивность падения давления (за 10 с оно должно падать не более чем на 0,01 МПа).

Определяем приращение параметров и остаточный ресурс.

Остаточный ресурс двигателя принимаем по предельному расходу масла на угар.

Локализацию конкретных неисправностей при оценке работоспособности двигателя можно осуществить через диагностическую матрицу.

Диагностирование работающего двигателя в целом производится по эффективной мощности, удельному расходу топлива, составу выхлопных газов и акустическим признакам. При допустимых значениях контролирующих параметров прогнозируется работоспособность двигателя на объекте и соответственно при предельных или при значениях остаточного ресурса менее наработки до первого технического обслуживания диагностируются его системы.

Наибольшее количество возможных неисправностей связано с топливной аппаратурой, о чем свидетельствует диагностическая матрица. Последовательность выполняемых операций при оценке технического состояния топливной аппаратуры дизельного двигателя при его трудном запуске: проверка состава и объема топлива; прокачка топливной системы, удаление воздуха; проверка давления, развиваемого топливным насосом высокого давления, и давления впрыска топлива; оценка степени загрязненности воздушного фильтра; проверка угла опережения впрыска.

При допустимых значениях параметров, оценивающих техническое состояние топливной аппаратуры, и трудном запуске двигателя проверяется герметичность цилиндра по давлению сжатия. При его значениях ниже допустимых пределов проверяются цилиндропоршневая группа и газораспределительный механизм по дополнительным параметрам, оценивающим техническое состояние этих систем. Трудность запуска также связано из-за заниженной частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Поиск возможных неисправностей при легком запуске двигателя начинается с анализа показаний приборов, характеризующих его работоспособность, и акустических признаков неисправностей.

По давлению масла оценивают состояние кривошипно-шатунного механизма и системы смазки. Снижение давления масла из-за изнашивания сопряжений кривошипно-шатунного механизма оценивается посредством акустических признаков. Стуки слышны без приборов, но для лучшего восприятия их прослушивают стетоскопом или фонендоскопом. Стук коленчатого вала с изношенными коренными подшипниками глухого тона xoponio слышен вблизи разъема с картером, а в изношенных шатунных подшипниках — резкий стук в зоне верхнего положения шатунной шейки коленчатого вала. Стук в шатунных подшипниках легко можно определить, отключая поочередно цилиндры. В неработающем цилиндре он значительно усиливается. Стук поршневых пальцев в изношенных гнездах — редкий, в зоне цилиндров ближе к головке блока. Отсутствие стуков в кривошипно-шатунном механизме при низком давлении масла указывает на неисправность системы смазки.

Отклонение показаний указателя охлаждающей жидкости от оптимальной величины отражает неисправность системы охлаждения. Выявление конкретной неисправности производится по другим диагностическим параметрам, характеризующим ее работоспособность.

При затруднении определить неисправность по комбинации диагностических параметров проводится углубленное диагностирование с возможностью постановки диагноза по одному параметру. Например, при нарушении герметичности цилиндра неисправность определяют по месту выхода воздуха, подаваемого под давлением в цилиндр.

Читать далее: Диагностирование трансмиссии СДПТМ

Категория: - Диагностирование строительных машин

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

• 
  Эксплуатационные материалы
• 
  Руководство по эксплуатации мостового крана
• 
  Что понимается под термином цикл работы крана
• 
  Цементация стали в домашних условиях
• 
  Спринтер мерседес габариты
• 
  Вращающаяся печь
• 
  Foton 1069 технические характеристики
• 
  Механическая трансмиссия
• 
  Неисправности акб
• 
  Кран самоходный
• 
  Акб неисправности