Silnik to serce. Ile to słowo znaczy dzisiaj. Żadne urządzenie nie działa bez silnika, silnik daje życie każdej jednostce. W tym artykule zastanowimy się, czym jest silnik, jakie są rodzaje, jak działa silnik samochodowy.
Głównym zadaniem każdego silnika jest wprawienie paliwa w ruch. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu jest spalanie paliwa w silniku. Stąd nazwa silnik spalinowy.
Ale oprócz LÓD konieczne jest rozróżnienie silnika spalinowego. Przykładem jest silnik parowy statku, w którym jego paliwo (drewno, węgiel) jest spalane poza silnikiem, wytwarzając parę, która jest siłą napędową. Silnik o spalaniu zewnętrznym nie jest tak wydajny jak silnik o spalaniu wewnętrznym.
Do tej pory silnik spalinowy, który jest wyposażony we wszystkie samochody, stał się powszechny. Pomimo tego, że sprawność silników spalinowych nie zbliża się do 100%, najlepsi naukowcy i inżynierowie pracują nad doprowadzeniem jej do perfekcji.
Według rodzaju silnika są podzielone:
Benzyna: może być zarówno gaźnikiem, jak i wtryskiem, stosowany jest układ wtryskowy.
Diesel: działają na bazie oleju napędowego, który jest wtryskiwany pod ciśnieniem do komory spalania przez wtryskiwacz paliwa.
Gaz: praca na bazie skroplonego lub sprężonego gazu pochodzącego z przeróbki węgla, torfu, drewna.
Przejdźmy więc do napełniania silnika.
Głównym mechanizmem jest blok cylindrów, który jest również częścią korpusu mechanizmu. Blok składa się z różnych kanałów wewnątrz siebie, które służą do cyrkulacji chłodziwa, obniżając temperaturę mechanizmu, popularnie zwanego płaszczem chłodzącym.
Tłoki znajdują się wewnątrz bloku cylindrów, ich liczba zależy od konkretnego silnika. Na tłoku w górnej części zakładane są pierścienie dociskowe, aw dolnej pierścienie zgarniające olej. Pierścienie dociskowe służą do wytworzenia szczelności podczas sprężania w celu zapłonu, a pierścienie zgarniające olej do pobierania płynu smarującego ze ścianki bloku cylindrów i zapobiegania przedostawaniu się oleju do komory spalania.
Mechanizm korbowy: przenosi moment obrotowy z tłoka na wał korbowy. Składa się z tłoków, cylindrów, głowic, sworzni tłokowych, korbowodów, skrzyni korbowej, wału korbowego.
Algorytm pracy silnika dość proste: paliwo jest rozpylane przez dyszę w komorze spalania, gdzie miesza się z powietrzem i pod wpływem iskry powstaje mieszanka zapala się.
Powstałe gazy popychają tłok w dół, a moment obrotowy przekazywany jest na wał korbowy, który przenosi obrót przekładni. Za pomocą mechanizmu przekładni koła poruszają się.
Jeśli stworzymy nieprzerwany cykl zapłonu palnej mieszanki przez określony czas, otrzymamy prymitywny silnik.
Nowoczesne silniki opierają się na czterosuwowym cyklu spalania w celu przekształcenia paliwa w napęd. Czasami taki cykl nazywa się na cześć niemieckiego naukowca Otto Nikolausa, który stworzył w 1867 r. Cykl składający się z takich cykli: wlot, sprężanie, spalanie, usuwanie produktów spalania.
Opis i przeznaczenie systemów:
Układ napędowy: dozuje powstałą mieszankę paliwowo-powietrzną i dostarcza ją do komór spalania - cylindrów silnika. W wersji gaźnikowej składa się z gaźnika, filtra powietrza, rury wlotowej, kołnierza, pompy paliwowej z miską olejową, zbiornika gazu i przewodu paliwowego.
System dystrybucji gazu: równoważy procesy pobierania palnej mieszanki i spalin. Składa się z kół zębatych, wałka rozrządu, sprężyny, popychacza, zaworu.
: przeznaczony do dostarczania prądu do styku świecy w celu zapalenia mieszanki roboczej.
: chroni silnik przed przegrzaniem poprzez cyrkulację i chłodzenie cieczy.
: dostarcza płyn smarujący do trących się części, aby zminimalizować tarcie i zużycie.
W artykule omówiono pojęcie silnika, jego rodzaje, opis i przeznaczenie poszczególnych układów, cykl i jego cykle.
Wielu inżynierów pracuje nad zminimalizowaniem pojemności skokowej silnika i znacznym zwiększeniem mocy przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia paliwa. Nowości branży motoryzacyjnej po raz kolejny potwierdzają racjonalność zmian konstrukcyjnych.
Obecnie silnik spalinowy jest głównym typem silnika samochodowego. Silnik spalinowy (nazwa skrócona - ICE) to silnik cieplny, który przekształca energię chemiczną paliwa w pracę mechaniczną.
Istnieją następujące główne typy silników spalinowych: tłok, tłok obrotowy i turbina gazowa. Spośród przedstawionych typów silników najczęstszym jest tłokowy silnik spalinowy, dlatego urządzenie i zasadę działania rozważono na jego przykładzie.
Cnoty tłokowy silnik spalinowy, który zapewnił jego szerokie zastosowanie, to: autonomia, wszechstronność (połączenie z różnymi konsumentami), niski koszt, zwartość, niska waga, możliwość szybkiego rozruchu, wielopaliwowość.
Silniki spalinowe mają jednak kilka istotnych cech niedociągnięcia, do których należą: wysoki poziom hałasu, wysoka prędkość obrotowa wału korbowego, toksyczność spalin, niski poziom zasobów, niska wydajność.
W zależności od rodzaju stosowanego paliwa wyróżnia się silniki benzynowe i wysokoprężne. Paliwami alternatywnymi stosowanymi w silnikach spalinowych są gaz ziemny, paliwa alkoholowe – metanol i etanol, wodór.
Z punktu widzenia ekologii silnik wodorowy jest obiecujący, bo. nie powoduje szkodliwych emisji. Wraz z silnikami spalinowymi wodór jest wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej w ogniwach paliwowych samochodów.
Urządzenie silnika spalinowego
Tłokowy silnik spalinowy składa się z obudowy, dwóch mechanizmów (korby i dystrybucji gazu) oraz szeregu układów (wlot, paliwo, zapłon, smarowanie, chłodzenie, wydech i układ sterowania).
Obudowa silnika integruje blok cylindrów i głowicę cylindrów. Mechanizm korbowy przekształca ruch posuwisto-zwrotny tłoka w ruch obrotowy wału korbowego. Mechanizm dystrybucji gazu zapewnia terminowe dostarczanie powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej do cylindrów i uwalnianie spalin.
System zarządzania silnikiem zapewnia elektroniczne sterowanie układami silnika spalinowego.
Działanie silnika spalinowego
Zasada działania silnika spalinowego opiera się na efekcie rozszerzalności cieplnej gazów, która zachodzi podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej i zapewnia ruch tłoka w cylindrze.
Praca tłokowego silnika spalinowego odbywa się cyklicznie. Każdy cykl pracy odbywa się w dwóch obrotach wału korbowego i obejmuje cztery cykle (silnik czterosuwowy): dolot, sprężanie, suw mocy i wydech.
Podczas suwów wlotu i zasilania tłok porusza się w dół, podczas gdy suwy sprężania i wydechu poruszają się w górę. Cykle pracy w każdym z cylindrów silnika nie pokrywają się w fazie, co zapewnia równomierną pracę silnika spalinowego. W niektórych konstrukcjach silników spalinowych cykl pracy realizowany jest w dwóch cyklach – sprężania i suwu pracy (silnik dwusuwowy).
Na skoku ssania układy dolotowe i paliwowe zapewniają tworzenie mieszanki paliwowo-powietrznej. W zależności od konstrukcji, mieszanka powstaje w kolektorze dolotowym (wtrysk centralny i wielopunktowy w silnikach benzynowych) lub bezpośrednio w komorze spalania (wtrysk bezpośredni w silnikach benzynowych, wtrysk w silnikach Diesla). Gdy zawory wlotowe mechanizmu dystrybucji gazu są otwarte, powietrze lub mieszanka paliwowo-powietrzna jest dostarczana do komory spalania z powodu podciśnienia, które powstaje, gdy tłok porusza się w dół.
Na skoku sprężania Zawory dolotowe zamykają się, a mieszanka paliwowo-powietrzna jest sprężana w cylindrach silnika.
Udar mózgu któremu towarzyszy zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej (zapłon wymuszony lub samozapłon). W wyniku zapłonu powstaje duża ilość gazów, które wywierają nacisk na tłok i zmuszają go do ruchu w dół. Ruch tłoka przez mechanizm korbowy zamieniany jest na ruch obrotowy wału korbowego, który następnie służy do napędzania pojazdu.
Taktowanie otwierają się zawory wydechowe mechanizmu dystrybucji gazu, a spaliny są usuwane z cylindrów do układu wydechowego, gdzie są czyszczone, chłodzone i zmniejsza się hałas. Następnie gazy są uwalniane do atmosfery.
Rozważana zasada działania silnika spalinowego pozwala zrozumieć, dlaczego silnik spalinowy ma niską sprawność - około 40%. W określonym momencie z reguły użyteczna praca jest wykonywana tylko w jednym cylindrze, podczas gdy w pozostałych - zapewniając cykle: wlot, sprężanie, wydech.
Zdecydowana większość samochodów wykorzystuje produkty ropopochodne jako paliwo do silników. Podczas spalania tych substancji wydzielają się gazy. W ograniczonej przestrzeni tworzą ciśnienie. Złożony mechanizm odbiera te obciążenia i przekształca je najpierw w ruch postępowy, a następnie w ruch obrotowy. Taka jest zasada działania silnika spalinowego. Ponadto obrót jest już przenoszony na koła napędowe.
silnik tłokowy
Jaka jest zaleta takiego mechanizmu? Co dało nową zasadę działania silnika spalinowego? Obecnie wyposażone są nie tylko w samochody, ale także pojazdy rolnicze i ładunkowe, lokomotywy kolejowe, motocykle, motorowery i skutery. Silniki tego typu są instalowane na sprzęcie wojskowym: czołgach, transporterach opancerzonych, helikopterach, łodziach. Można również pomyśleć o pilarkach łańcuchowych, kosiarkach, pompach silnikowych, podstacjach generatorów i innych ruchomych urządzeniach, które do działania wykorzystują olej napędowy, benzynę lub mieszankę gazów.
Przed wynalezieniem zasady spalania wewnętrznego paliwo, częściej stałe (węgiel, drewno opałowe), spalano w oddzielnej komorze. W tym celu zastosowano kocioł, który podgrzewał wodę. Jako podstawowe źródło siły napędowej wykorzystano parę wodną. Takie mechanizmy były masowe i ogólne. Wyposażone były w lokomotywy parowozów i statki. Wynalezienie silnika spalinowego umożliwiło znaczne zmniejszenie wymiarów mechanizmów.
System
Podczas pracy silnika stale zachodzi szereg procesów cyklicznych. Muszą być stabilne i odbywać się w ściśle określonym przedziale czasowym. Ten stan zapewnia płynne działanie wszystkich systemów.
Silniki Diesla nie poddają wstępnej obróbce paliwa. Układ paliwowy pobiera je ze zbiornika i pod wysokim ciśnieniem dostarcza do cylindrów. Po drodze benzyna jest wstępnie mieszana z powietrzem.
Zasada działania silnika spalinowego polega na tym, że układ zapłonowy zapala tę mieszankę, a mechanizm korbowy odbiera, przetwarza i przekazuje energię gazów do przekładni. Układ dystrybucji gazu uwalnia produkty spalania z butli i usuwa je z pojazdu. Jednocześnie zmniejsza się dźwięk wydechu.
Układ smarowania zapewnia możliwość obracania ruchomych części. Jednak powierzchnie trące nagrzewają się. Układ chłodzenia dba o to, aby temperatura nie przekraczała dopuszczalnych wartości. Chociaż wszystkie procesy zachodzą automatycznie, nadal wymagają monitorowania. Zapewnia to system sterowania. Przesyła dane do panelu sterującego w kabinie maszynisty.
Dość złożony mechanizm powinien mieć ciało. Montowane są w nim główne komponenty i zespoły. Dodatkowe wyposażenie systemów, które zapewniają jego normalną pracę, znajduje się w pobliżu i jest zamontowane na wyjmowanych mocowaniach.
Mechanizm korbowy znajduje się w bloku cylindrów. Główny ładunek ze spalonych gazów paliwowych jest przenoszony na tłok. Jest on połączony korbowodem z wałem korbowym, który przekształca ruch postępowy w ruch obrotowy.
Również w bloku znajduje się cylinder. Tłok porusza się wzdłuż swojej wewnętrznej płaszczyzny. Wycina się w nim rowki, w których umieszcza się oringi. Jest to konieczne, aby zminimalizować odstęp między płaszczyznami i stworzyć kompresję.
Głowica cylindra jest przymocowana do górnej części korpusu. Zamontowany jest w nim mechanizm dystrybucji gazu. Składa się z wału z mimośrodami, wahaczy i zaworów. Ich naprzemienne otwieranie i zamykanie zapewnia dopływ paliwa do cylindra, a następnie uwolnienie zużytych produktów spalania.
Paleta bloku cylindrów jest zamontowana na dnie obudowy. Olej przepływa tam po nasmarowaniu połączeń trących części zespołów i mechanizmów. Wewnątrz silnika nadal znajdują się kanały, przez które krąży płyn chłodzący.
Zasada działania silnika spalinowego
Istotą procesu jest przemiana jednego rodzaju energii w inny. Dzieje się tak, gdy paliwo jest spalane w zamkniętej przestrzeni cylindra silnika. Uwolnione podczas tego gazy rozszerzają się, aw przestrzeni roboczej powstaje nadciśnienie. Jest odbierany przez tłok. Potrafi poruszać się w górę iw dół. Tłok jest połączony z wałem korbowym za pomocą korbowodu. W rzeczywistości są to główne części mechanizmu korbowego - główna jednostka odpowiedzialna za zamianę energii chemicznej paliwa na ruch obrotowy wału.
Zasada działania silnika spalinowego opiera się na zmianie cyklu naprzemiennego. Kiedy tłok porusza się w dół, praca jest zakończona - wał korbowy obraca się pod pewnym kątem. Masywne koło zamachowe jest zamocowane na jednym końcu. Po otrzymaniu przyspieszenia kontynuuje ruch bezwładności, a to nadal obraca wał korbowy. Korbowód popycha teraz tłok do góry. Przyjmuje pozycję roboczą i ponownie jest gotowy do przyjęcia energii zapalonego paliwa.
Osobliwości
Zasada działania silnika spalinowego samochodów osobowych opiera się najczęściej na przetwarzaniu energii palnej benzyny. Ciężarówki, ciągniki i pojazdy specjalne są wyposażone głównie w silniki Diesla. LPG może być również używany jako paliwo. Silniki wysokoprężne nie mają układu zapłonowego. Zapłon paliwa następuje od ciśnienia wytworzonego w komorze roboczej cylindra.
Cykl roboczy można wykonać w jednym lub dwóch obrotach wału korbowego. W pierwszym przypadku występują cztery cykle: wlot paliwa i zapłon, suw mocy, sprężanie, spaliny. Dwusuwowy silnik spalinowy wykonuje pełny cykl podczas jednego obrotu wału korbowego. W tym samym czasie paliwo jest wprowadzane i sprężane w jednym cyklu, a zapłon, skok mocy i spaliny są uwalniane w drugim cyklu. Rolę mechanizmu dystrybucji gazu w silnikach tego typu pełni tłok. Poruszając się w górę iw dół, naprzemiennie otwiera otwory wlotu i wylotu paliwa.
Oprócz tłokowych silników spalinowych istnieją również silniki spalinowe turbinowe, odrzutowe i kombinowane. Zamiana energii paliwa w nich na ruch pojazdu do przodu odbywa się według innych zasad. Znacząco różni się również konstrukcja silnika i układów pomocniczych.
Straty
Pomimo faktu, że silnik spalinowy jest niezawodny i stabilny, jego wydajność nie jest wystarczająco wysoka, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. W kategoriach matematycznych sprawność silnika spalinowego wynosi średnio 30-45%. Sugeruje to, że większość energii palnego paliwa jest marnowana.
Sprawność najlepszych silników benzynowych może wynosić tylko 30%. I tylko masywne ekonomiczne silniki wysokoprężne, które mają wiele dodatkowych mechanizmów i układów, mogą skutecznie przetwarzać do 45% energii paliwa pod względem mocy i użytecznej pracy.
Konstrukcja silnika spalinowego nie jest w stanie wyeliminować strat. Część paliwa nie ma czasu na spalenie i odchodzi wraz ze spalinami. Kolejnym elementem strat jest energochłonność pokonywania różnego rodzaju oporów podczas tarcia współpracujących powierzchni części zespołów i mechanizmów. A inna część jest przeznaczana na uruchamianie układów silnika, które zapewniają jego normalną i nieprzerwaną pracę.
Silnik spalinowy (ICE) to silnik, w którym spalanie paliwa odbywa się bezpośrednio w komorze roboczej. To właśnie te jednostki są szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, zapewniając konwersję energii cieplnej ze spalania paliwa na siłę mechaniczną.
Sposób realizacji cyklu roboczego może odbywać się w jednym cyklu lub w dwóch cyklach. Dlatego rozróżnia się dwusuwowe i czterosuwowe silniki spalinowe. Skok to skok tłoka między dwoma martwymi punktami, przy wale korbowym obróconym o 180 stopni.
Zasada działania
Zasady działania każdego typu silnika są nieco inne. W silniku dwusuwowym, w jednym obrocie, cykl pracy zamyka się w dwóch etapach - ze względu na kompresję i rozprężanie. W takim urządzeniu nie ma zaworów, a tłok spełnia swoją funkcję. Jego ruch zapewnia otwieranie i zamykanie okien czyszczących.
Proces pracy w silniku czterosuwowym przebiega w czterech etapach. Jednocześnie do kompresji i rozprężania dodaje się procesy, takie jak odpowiednio pobieranie w pierwszym etapie i uwalnianie w czwartym etapie.
Główną różnicą między takimi silnikami są doskonałe mechanizmy wymiany gazowej, tj. dopływ paliwa do cylindrów i spalin. Konstrukcja jednostek czterosuwowych obejmuje mechanizm dystrybucji gazu, który zapewnia otwieranie i zamykanie zaworów w określonych momentach. W silnikach dwusuwowych cylindry są opróżniane i napełniane podczas suwów sprężania i rozprężania.
Wideo: Urządzenie i sposób działania silnika spalinowego
Ogólne urządzenie ICE
W zależności od rodzaju konwersji energii cieplnej wszystkie silniki można podzielić na następujące typy:
- Tłok. W takich jednostkach spalanie paliwa zachodzi w cylindrach, a dzięki ruchowi posuwisto-zwrotnemu tłoka, dzięki mechanizmowi korbowemu, energia cieplna jest przekształcana w energię mechaniczną;
- Tłok obrotowy. Energia jest przetwarzana przez obracanie wirnika o specjalnym profilu ze względu na gazy robocze;
- Turbina gazowa. W takich silnikach konwersję energii zapewnia wirnik z łopatkami w kształcie klina.
Najbardziej popularnym i poszukiwanym wśród wszystkich typów jednostek jest tłokowy silnik spalinowy, ze względu na swoją wszechstronność, możliwość szybkiego rozruchu i możliwość pracy z różnymi rodzajami paliwa.
Ogólne urządzenie silnika spalinowego obejmuje korpus jednostki, a także dwa rodzaje mechanizmów - korbę i dystrybucję gazu. Ponadto zawiera szereg układów - zasilania, zapłonu, rozruchu, chłodzenia i smarowania. Wszystkie te systemy składają się z określonych jednostek i mechanizmów, a także niezbędnych elementów komunikacyjnych.
Ważny! Tylko dzięki skoordynowanemu wykonywaniu ich funkcji przez mechanizmy i układy zapewniona jest nieprzerwana praca silnika spalinowego.
mechanizm korbowy
Opisany nim cykliczny ruch postępowy tłoka podczas ruchu w cylindrze musi zostać przekształcony w ruch obrotowy wału korbowego. To właśnie działanie zapewnia mechanizm korbowy (KShM).
Konstrukcja takiego mechanizmu obejmuje elementy ruchome - tłoki, pierścienie tłokowe, palce, korbowody, koło zamachowe i wał korbowy. KShM obejmuje również elementy stałe - blok cylindrów i uszczelkę, głowicę cylindrów, cylindry, skrzynię korbową, paletę. Ponadto urządzenie zawiera różne elementy złączne, łożyska montażowe i korbowody.
Mechanizm dystrybucji gazu
Dzięki mechanizmowi dystrybucji gazu (GRM) terminowe dostarczanie powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej do cylindrów w zależności od typu silnika spalinowego, a także uwalnianie spalin do układu wydechowego.
Ciekawy! Dzięki terminowemu otwieraniu lub zamykaniu zaworów rozrządu zapewniona jest nieprzerwana praca mechanizmu.
Struktura czasowa obejmuje następujące komponenty i mechanizmy:
- wał rozrządczy. Żeliwny lub stalowy element otwierający lub zamykający zawory.
- Popychacze. Zapewniają przeniesienie sił z krzywek na zawory.
- zawory ssące i wydechowe. Przyczyniają się do dostarczania mieszanki do komory, a także usuwają spaliny. W zależności od średnicy głowicy rozróżnia się zawory wlotowe i wylotowe. Dodatkowo głowica zaworu dolotowego jest chromowana, a głowica zaworu wydechowego wykonana jest ze stali żaroodpornej.
- Pręty. Dzięki temu następuje przeniesienie siły z popychaczy na pręty.
- Napęd rozrządu, który zapewnia otwieranie i zamykanie zaworów, przenosząc obrót wału korbowego na wałek rozrządu. Jako napęd można zastosować zarówno pasek, jak i łańcuch rozrządu, a także przekładnię zębatą.
Układ zasilania
W skład tego układu wchodzą takie urządzenia jak elementy magazynowania paliwa, urządzenia do oczyszczania powietrza, zespoły oczyszczania i podawania paliwa oraz urządzenia do przygotowania mieszanki paliwowej.
Akumulatory silników spalinowych to:
- Zbiornik paliwa i przewody paliwowe;
- Filtr paliwa i pompa;
- Filtr powietrza;
- Gaźnik, wtrysk mono lub wtryskiwacz, w zależności od urządzenia układu zasilania.
Ciekawy! W układach zasilania wtryskiwaczy praca wtryskiwaczy paliwa jest regulowana przez urządzenie elektroniczne - jednostkę sterującą, której konstrukcja obejmuje różne czujniki sterujące.
Główne funkcje układu paliwowego to:
- Zasilanie paliwem ze zbiornika;
- Filtracja paliwa;
- Tworzenie palnej mieszaniny;
- Doprowadzenie mieszanki do cylindrów.
Układy paliwowe różnią się w zależności od rodzaju stosowanego paliwa: w jednostkach wysokoprężnych wtrysk do komory następuje pod wysokim ciśnieniem, do czego wykorzystywana jest wysokociśnieniowa pompa paliwowa.
Sytem zapłonu
Główną funkcją tego systemu jest dostarczenie iskry do świec zapłonowych w określonym momencie. Istnieją trzy główne typy układów zapłonowych:
- Kontakt. Powstanie impulsów następuje w momencie zerwania styków.
- Bezkontaktowy. Impulsy sterujące są generowane przez tranzystorowe urządzenie sterujące.
- Mikroprocesorowy układ zapłonowy jest sterowany przez urządzenie elektroniczne.
Głównymi elementami systemu są:
- Zasilacz;
- Stacyjka;
- Urządzenie pamięci masowej;
- Świeca;
- System dystrybucji;
- Drut wysokiego napięcia.
Zasada działania tego układu polega na gromadzeniu przez cewkę zapłonową napięcia o niskiej charakterystyce i przekształcaniu go w napięcie wysokie. Po przeniesieniu zgromadzonej energii na świece zapłonowe, powstająca w wymaganym czasie iskra zapala mieszankę paliwowo-powietrzną.
Początek
Głównymi elementami układu rozruchowego silnika spalinowego są:
- Rozrusznik;
- bateria akumulatorów;
- Stacyjka.
System ten zapewnia wygodny, niezawodny i szybki rozruch silnika niezależnie od warunków pracy pojazdu.
Chłodzenie
Funkcjonowanie układów i mechanizmów silników spalinowych bez organizowania usuwania nadmiaru ciepła nie jest możliwe, ponieważ ich działanie wiąże się z podwyższonym reżimem temperaturowym. Głównym zadaniem układu chłodzenia jest obniżenie temperatury elementów roboczych silnika.
Ciekawy! Jeśli samochód jest wyposażony w automatyczną skrzynię biegów, układ chłodzenia bierze również udział w organizacji chłodzenia płynu przekładniowego.
Istnieją dwa główne typy układów chłodzenia silnika spalinowego:
- Płyn;
- Powietrze.
Oprócz głównych funkcji układ chłodzenia odpowiada za:
- Działanie systemu ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji;
- Chłodzenie oleju w układzie smarowania;
- Gazy chłodzące w układzie wydechowym.
Najpopularniejszym jest układ chłodzenia cieczą, który jest ułatwiony przez równomierne i wydajne chłodzenie podzespołów i mechanizmów, a także niski poziom hałasu podczas pracy.
Ważnymi elementami układu chłodzenia są:
- Płynny grzejnik;
- Chłodnica oleju;
- Wymiennik ciepła;
- Wentylator;
- Pompa wirowa;
- Zbiornik wyrównawczy;
- Termostat.
Ważnym materiałem eksploatacyjnym, dzięki któremu zapewnione jest chłodzenie, jest płyn roboczy - płyn niezamarzający.
System smarowania
Praca mechanizmów i elementów silnika spalinowego odbywa się w warunkach stałego tarcia elementów. Wpływa to niekorzystnie na ich stan, powodując zużycie i zmniejszając wydajność urządzenia. Aby zapobiec takim negatywnym zjawiskom, w konstrukcji silnika spalinowego uwzględniono układ smarowania. Łączy się, tj. olej silnikowy miesza się z paliwem.
Głównymi elementami układu smarowania ICE są:
- Filtr oleju i pompa;
- Paleta;
- Ogrodzenie;
- Obwody zapewniające dopływ oleju do elementów.
Za pomocą pompy olejowej olej jest dostarczany do filtra, a następnie rozprowadzany między jednostkami smarującymi i kanałami. Proces ten zachodzi w sposób ciągły, a dzięki obecności specjalnych czujników monitorowane jest ciśnienie w układzie.
strojenie
Aby poprawić osiągi silnika, jego modernizację i zwiększenie momentu obrotowego, stosuje się zabieg taki jak tuning. Główne rodzaje strojenia to:
- Wytaczanie cylindrów, które przyczynia się do zwiększenia komory spalania paliwa, co nieco zwiększa możliwości mocy jednostki.
- Instalacja turbiny, która zapewnia wzrost mocy i wydajności silnika;
- Chip tuning - zwiększenie wydajności poprzez zmianę działania części elektronicznej jednostki sterującej.
- Instalacja podtlenku azotu, która przyczynia się do znacznego wzrostu mocy silnika.
Z reguły tuning jest przeprowadzany tylko wtedy, gdy elementy i mechanizmy jednostki napędowej są w pełni sprawne i muszą być wykonywane przez wykwalifikowanych mistrzów serwisu samochodowego.
Dla płynnej i wydajnej pracy silnika spalinowego należy zwracać uwagę na wszelkie zmiany oraz terminowo diagnozować i naprawiać sprzęt.
| Możesz zadawać pytania na temat prezentowanego artykułu, zostawiając swój komentarz na dole strony. Odpowie Ci Zastępca Dyrektora Generalnego Mustang Driving School for Academic Nauczyciel akademicki, kandydat nauk technicznych Kuzniecow Jurij Aleksandrowicz |
Część 1. SILNIK I JEGO MECHANIZMY
Silnik jest źródłem energii mechanicznej.
Zdecydowana większość pojazdów wykorzystuje silnik spalinowy.
Silnik spalinowy to urządzenie, w którym energia chemiczna paliwa jest zamieniana na użyteczną pracę mechaniczną.
Samochodowe silniki spalinowe są klasyfikowane:
Według rodzaju stosowanego paliwa:
Lekka ciecz (gaz, benzyna),
Ciężki płyn (olej napędowy).
Silniki benzynowe
Gaźnik benzynowy.Mieszanka paliwowo-powietrznaprzygotowywany w gaźnik lub w kolektorze dolotowym za pomocą dysz rozpylających (mechanicznych lub elektrycznych), następnie mieszanka jest podawana do cylindra, sprężana, a następnie zapalana za pomocą iskry przeskakującej między elektrodamiświece .
Wtrysk benzynyMieszanie odbywa się poprzez wtryskiwanie benzyny do kolektora dolotowego lub bezpośrednio do cylindra za pomocą dysz rozpylających. dysze ( wtryskiwacz ow). Istnieją układy wtrysku jednopunktowego i rozproszonego różnych układów mechanicznych i elektronicznych. W mechanicznych układach wtrysku paliwo dozowane jest za pomocą mechanizmu nurnikowo-dźwigniowego z możliwością elektronicznej regulacji składu mieszanki. W układach elektronicznych tworzenie mieszanki odbywa się pod kontrolą elektronicznej jednostki sterującej (ECU) poprzez wtrysk, który steruje elektrycznymi zaworami benzyny.
silniki gazowe
Silnik spala węglowodory w stanie gazowym jako paliwo. Najczęściej silniki gazowe działają na propan, ale są też inne, które działają na skojarzonym (ropa naftowa), skroplonym, wielkopiecowym, generatorowym i innych rodzajach paliw gazowych.
Podstawową różnicą między silnikami gazowymi a silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi jest wyższy stopień sprężania. Zastosowanie gazu pozwala uniknąć nadmiernego zużycia części, ponieważ procesy spalania mieszanki paliwowo-powietrznej zachodzą bardziej poprawnie ze względu na początkowy (gazowy) stan paliwa. Ponadto silniki gazowe są bardziej ekonomiczne, ponieważ gaz jest tańszy niż olej i łatwiejszy do wydobycia.
Do niewątpliwych zalet silników gazowych należy zaliczyć bezpieczeństwo i bezdymność spalin.
Same silniki gazowe rzadko są produkowane masowo, najczęściej pojawiają się po przeróbce tradycyjnych silników spalinowych, poprzez wyposażenie ich w specjalny osprzęt gazowy.
Silniki Diesla
Specjalny olej napędowy jest wtryskiwany w określonym punkcie (przed osiągnięciem górnego martwego punktu) do cylindra pod wysokim ciśnieniem przez wtryskiwacz. Palna mieszanka powstaje bezpośrednio w cylindrze podczas wtrysku paliwa. Ruch tłoka w cylindrze powoduje nagrzewanie, a następnie zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej. Silniki Diesla są wolnoobrotowe i charakteryzują się wysokim momentem obrotowym na wale silnika. Dodatkową zaletą silnika diesla jest to, że w przeciwieństwie do silników o zapłonie iskrowym nie potrzebuje do pracy prądu (w samochodowych silnikach diesla instalacja elektryczna służy tylko do rozruchu), dzięki czemu mniej boi się wody .
Według metody zapłonu:
Od iskry (benzyna),
Od kompresji (olej napędowy).
Według liczby i rozmieszczenia cylindrów:
w linii,
Naprzeciwko,
V - figuratywny,
VR - figuratywny,
W - symboliczny.
silnik rzędowy
Silnik ten znany jest od samego początku budowy silników samochodowych. Cylindry są ułożone w jednym rzędzie prostopadle do wału korbowego.
Godność:prostota konstrukcji
Wada:przy dużej liczbie cylindrów uzyskuje się bardzo długą jednostkę, której nie można ustawić poprzecznie względem osi wzdłużnej pojazdu.
silnik boksera
Silniki ustawione poziomo mają niższą wysokość całkowitą niż silniki rzędowe lub widlaste, co obniża środek ciężkości całego pojazdu. Lekka, kompaktowa konstrukcja i symetryczny układ zmniejszają moment odchylający pojazdu.
Silnik widlasty
Aby zmniejszyć długość silników, w tym silniku cylindry są ustawione pod kątem od 60 do 120 stopni, przy czym oś wzdłużna cylindrów przechodzi przez oś wzdłużną wału korbowego.
Godność:stosunkowo krótki silnik
Wady:silnik stosunkowo szeroki, posiada dwie oddzielne głowice bloku, zwiększony koszt produkcji, zbyt dużą pojemność skokową.
Silniki VR
W poszukiwaniu kompromisowego rozwiązania na osiągi silników do samochodów osobowych klasy średniej wymyślili stworzenie silników VR. Sześć cylindrów pod kątem 150 stopni tworzy stosunkowo wąski i ogólnie krótki silnik. Ponadto taki silnik ma tylko jedną głowicę blokową.
Silniki W
W silnikach rodziny W w jednym silniku połączone są dwa rzędy cylindrów w wersji VR.
Cylindry każdego rzędu są ustawione względem siebie pod kątem 150, a same rzędy cylindrów są ustawione pod kątem 720.
Standardowy silnik samochodowy składa się z dwóch mechanizmów i pięciu układów.
Mechanizmy silnika
Mechanizm korbowy,
Mechanizm dystrybucji gazu.
Układy silnikowe
System chłodzenia,
System smarowania,
System zasilania,
sytem zapłonu,
System uwalniania wypełnionych gazów.
mechanizm korbowy
Mechanizm korbowy ma na celu zamianę ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka w cylindrze na ruch obrotowy wału korbowego silnika.
Mechanizm korbowy składa się z:
Blok cylindrów ze skrzynią korbową,
Głowice cylindrów,
miska olejowa silnika,
Tłoki z pierścieniami i palcami,
Szatunow,
wał korbowy,
Koło zamachowe.
Blok cylindrów
Jest to jednoczęściowa odlewana część łącząca cylindry silnika. Na bloku cylindrów znajdują się powierzchnie nośne do montażu wału korbowego, głowica cylindrów jest zwykle przymocowana do górnej części bloku, dolna część jest częścią skrzyni korbowej. Tak więc blok cylindrów jest podstawą silnika, na którym zawieszone są pozostałe części.
Odlewane z reguły - z żeliwa, rzadziej - aluminium.
Bloki wykonane z tych materiałów nie są w żaden sposób równoważne pod względem swoich właściwości.
Blok żeliwny jest więc najbardziej sztywny, co oznacza, że przy pozostałych parametrach wytrzymuje największe obciążenia i jest najmniej wrażliwy na przegrzanie. Pojemność cieplna żeliwa jest o połowę mniejsza niż aluminium, co oznacza, że silnik z żeliwnym blokiem szybciej nagrzewa się do temperatury roboczej. Jednak żeliwo jest bardzo ciężkie (2,7 razy cięższe niż aluminium), podatne na korozję, a jego przewodność cieplna jest około 4 razy niższa niż aluminium, więc silnik z żeliwną skrzynią korbową ma intensywniejszy układ chłodzenia.
Aluminiowe bloki cylindrów są lżejsze i lepiej chłodzą, ale w tym przypadku pojawia się problem z materiałem, z którego bezpośrednio wykonane są ścianki cylindrów. Jeśli tłoki silnika z takim blokiem są wykonane z żeliwa lub stali, to bardzo szybko zużyją aluminiowe ścianki cylindra. Jeśli tłoki są wykonane z miękkiego aluminium, po prostu „chwytają” ściany, a silnik natychmiast się zacina.
Cylindry w bloku silnika mogą być albo częścią odlewu bloku cylindrów, albo oddzielnymi tulejami wymiennymi, które mogą być „mokre” lub „suche”. Blok cylindrów oprócz części formującej silnik pełni dodatkowe funkcje, takie jak podstawa układu smarowania - poprzez otwory w bloku cylindrów olej pod ciśnieniem dostarczany jest do punktów smarowania, a w silnikach chłodzonych cieczą , podstawa układu chłodzenia - przez podobne otwory ciecz krąży w bloku cylindrów.
Ściany wewnętrznej wnęki cylindra służą również jako prowadnice dla tłoka, gdy porusza się on między skrajnymi położeniami. Dlatego długość tworzących cylindra jest z góry określona przez wielkość skoku tłoka.
Cylinder pracuje w warunkach zmiennych ciśnień we wnęce nadtłokowej. Jego wewnętrzne ścianki stykają się z płomieniem i gorącymi gazami nagrzanymi do temperatury 1500-2500°C. Ponadto średnia prędkość poślizgu tłoka osadzonego po ściankach cylindrów w silnikach samochodowych osiąga przy niedostatecznym smarowaniu 12–15 m/s. Dlatego materiał użyty do produkcji cylindrów musi mieć wysoką wytrzymałość mechaniczną, a sama konstrukcja ściany musi mieć zwiększoną sztywność. Ściany cylindrów muszą być odporne na zacieranie przy ograniczonym smarowaniu i mieć ogólną wysoką odporność na inne możliwe rodzaje zużycia.
Zgodnie z tymi wymaganiami jako główny materiał cylindrów stosuje się żeliwo szare perlityczne z niewielkimi dodatkami pierwiastków stopowych (niklu, chromu itp.). Stosowane są również wysokostopowe żeliwo, stal, stopy magnezu i aluminium.
głowica cylindra
Jest to drugi najważniejszy i największy element silnika. W głowicy znajdują się komory spalania, zawory i świece cylindra, a w niej wałek rozrządu z krzywkami obraca się na łożyskach. Podobnie jak w bloku cylindrów, w jego głowicy znajdują się kanały wodne i olejowe oraz wgłębienia. Głowica jest przymocowana do bloku cylindrów i podczas pracy silnika tworzy z blokiem jedną całość.
Miska olejowa silnika
Zamyka skrzynię korbową od dołu (odlany jako całość z blokiem cylindrów) i służy jako zbiornik oleju oraz chroni części silnika przed zanieczyszczeniem. Na dnie miski olejowej znajduje się korek do spuszczania oleju silnikowego. Miska jest przykręcona do skrzyni korbowej. Pomiędzy nimi zainstalowana jest uszczelka, aby zapobiec wyciekom oleju.
Tłok
Tłok jest cylindryczną częścią, która wykonuje ruch posuwisto-zwrotny wewnątrz cylindra i służy do zamiany zmiany ciśnienia gazu, pary lub cieczy na pracę mechaniczną lub odwrotnie - ruchu posuwisto-zwrotnego na zmianę ciśnienia.
Tłok jest podzielony na trzy części, które pełnią różne funkcje:
Spód,
część uszczelniająca,
Część prowadząca (spódnica).
Kształt dna zależy od funkcji pełnionej przez tłok. Na przykład w silnikach spalinowych kształt zależy od umiejscowienia świec zapłonowych, wtryskiwaczy, zaworów, konstrukcji silnika i innych czynników. Przy wklęsłym kształcie dna powstaje najbardziej racjonalna komora spalania, ale sadza osadza się w niej intensywniej. Przy wypukłym dnie zwiększa się wytrzymałość tłoka, ale pogarsza się kształt komory spalania.
Dno i część uszczelniająca tworzą głowicę tłoka. Pierścienie dociskowe i zgarniające olej znajdują się w części uszczelniającej tłoka.
Odległość od dna tłoka do rowka pierwszego pierścienia uszczelniającego nazywana jest strefą wypalania tłoka. W zależności od materiału, z którego wykonany jest tłok, pas ogniowy ma minimalną dopuszczalną wysokość, której spadek może prowadzić do wypalenia tłoka wzdłuż zewnętrznej ściany, a także zniszczenia gniazda górnego pierścienia dociskowego.
Funkcje uszczelniające wykonywane przez grupę tłoków mają ogromne znaczenie dla normalnej pracy silników tłokowych. Stan techniczny silnika ocenia się na podstawie szczelności grupy tłoków. Na przykład w silnikach samochodowych niedopuszczalne jest, aby zużycie oleju z powodu jego marnowania z powodu nadmiernej penetracji (zasysania) do komory spalania przekraczało 3% zużycia paliwa.
Płaszcz tłoka (tronk) jest jego częścią prowadzącą podczas ruchu w cylindrze i posiada dwa pływy (uszy) do montażu sworznia tłokowego. Aby zmniejszyć naprężenia temperaturowe tłoka po obu stronach, w których znajdują się występy, metal jest usuwany z powierzchni osłony na głębokość 0,5-1,5 mm. Te wgłębienia, które poprawiają smarowanie tłoka w cylindrze i zapobiegają powstawaniu zacierania w wyniku odkształceń temperaturowych, nazywane są „lodówkami”. Pierścień zgarniający olej może być również umieszczony na dole fartucha.
Do produkcji tłoków stosuje się żeliwo szare i stopy aluminium.
Żeliwo
Zalety:Tłoki żeliwne są mocne i odporne na zużycie.
Dzięki niskiemu współczynnikowi rozszerzalności liniowej mogą pracować przy stosunkowo niewielkich szczelinach, zapewniając dobre uszczelnienie cylindra.
Wady:Żeliwo ma dość duży ciężar właściwy. Pod tym względem zakres tłoków żeliwnych jest ograniczony do silników stosunkowo wolnoobrotowych, w których siły bezwładności mas tłokowych nie przekraczają jednej szóstej siły nacisku gazu na dno tłoka.
Żeliwo ma niską przewodność cieplną, więc nagrzewanie dna tłoków żeliwnych osiąga 350–400 °C. Takie nagrzewanie jest niepożądane, zwłaszcza w silnikach gaźnikowych, gdyż powoduje zapłon jarzeniowy.
Aluminium
Zdecydowana większość nowoczesnych silników samochodowych ma aluminiowe tłoki.
Zalety:
Niska waga (co najmniej 30% mniejsza w porównaniu z żeliwem);
Wysoka przewodność cieplna (3-4 razy wyższa niż przewodność cieplna żeliwa), która zapewnia nagrzewanie denka tłoka nie więcej niż 250 ° C, co przyczynia się do lepszego wypełnienia cylindrów i pozwala zwiększyć stopień sprężania w silniki benzynowe;
Dobre właściwości przeciwcierne.
korbowód
Korbowód to część, która łączy tłok (Poprzezsworzeń tłoka) i wał korbowywał korbowy. Służy do przenoszenia ruchów posuwisto-zwrotnych z tłoka na wał korbowy. Aby zmniejszyć zużycie czopów korbowodu wału korbowego, aspecjalne wkładki, które mają powłokę zmniejszającą tarcie.
Wał korbowy
Wał korbowy jest częścią o złożonym kształcie z szyjkami do mocowania korbowody , z którego dostrzega wysiłki i przekształca je w moment obrotowy .
Wały korbowe są wykonane ze stali węglowej, chromowo-manganowej, chromowo-niklowo-molibdenowej i innych stali, a także ze specjalnych żeliw o wysokiej wytrzymałości.
Główne elementy wału korbowego
szyjka korzenia- wspornik wału, leżący w głównymłożysko położony w korbowód silnik.
Czop korbowodu- wspornik, z którym połączony jest wał korbowody (są kanały olejowe do smarowania łożysk korbowodu).
policzki- połączyć szyjki korbowodu i korbowodu.
Wyjście wału przedniego (palce) - część wału, na której jest zamocowana bieg Lub krążek linowy przystawka odbioru mocy do jazdymechanizm dystrybucji gazu (GRM)oraz różne pomocnicze jednostki, systemy i zespoły.
Tylny wał wyjściowy (trzon) - część wału połączona z koło zamachowe czy masowy wybór przełożeń głównej części mocy.
Przeciwwagi- zapewnić odciążenie łożysk głównych od sił bezwładności odśrodkowej pierwszego rzędu niezrównoważonych mas korby i dolnej części korbowodu.
Koło zamachowe
Masywna tarcza z zębatym brzegiem. Koło koronowe jest niezbędne do uruchomienia silnika (koło zębate rozrusznika zazębia się z kołem zamachowym i obraca wał silnika). Koło zamachowe służy również do zmniejszenia nierównomiernego obrotu wału korbowego.
Mechanizm dystrybucji gazu
Zaprojektowany do szybkiego pobierania palnej mieszanki do cylindrów i uwalniania spalin.
Główne części mechanizmu dystrybucji gazu to:
Wał rozrządczy,
Zawory wlotowe i wylotowe.
Wał rozrządczy
W zależności od położenia wałka rozrządu rozróżnia się silniki:
Z wałkiem rozrządu umieszczonym w blok cylindrów (krzywka w bloku);
Z wałkiem rozrządu umieszczonym w głowicy cylindrów (Cam-in-Head).
W nowoczesnych silnikach samochodowych zwykle znajduje się na górze głowicy bloku cylindry i podłączony do krążek linowy lub zębatka wał korbowy odpowiednio pasek lub łańcuch rozrządu i obraca się z połową częstotliwości niż ten ostatni (w silnikach czterosuwowych).
Integralną częścią wałka rozrządu są jego kamery , których liczba odpowiada liczbie wlotu i wylotu zawory silnik. W ten sposób każdy zawór odpowiada indywidualnej krzywce, która otwiera zawór, poruszając się po dźwigni popychacza zaworu. Kiedy krzywka „ucieka” od dźwigni, zawór zamyka się pod działaniem silnej sprężyny powrotnej.
Silniki z rzędową konfiguracją cylindrów i jedną parą zaworów na cylinder mają zwykle jeden wałek rozrządu (w przypadku czterech zaworów na cylinder dwa), podczas gdy silniki w kształcie litery V i przeciwstawne mają jeden w zapadnięciu bloku, lub dwa, po jednym dla każdego półbloku (w każdej głowicy bloku). Silniki z 3 zaworami na cylinder (najczęściej dwa dolotowe i jeden wydechowy) zazwyczaj mają jeden wałek rozrządu na głowicę, podczas gdy silniki z 4 zaworami na cylinder (dwa dolotowe i 2 wydechowe) mają 2 wałki rozrządu na głowicę.
Nowoczesne silniki mają czasami układy rozrządu, czyli mechanizmy, które pozwalają obracać wałek rozrządu względem koła napędowego, zmieniając w ten sposób moment otwierania i zamykania (fazy) zaworów, co umożliwia wydajniejsze napełnianie cylindrów z mieszanką roboczą przy różnych prędkościach.
zawór
Zawór składa się z płaskiej głowicy i trzpienia połączonych płynnym przejściem. Aby lepiej wypełnić cylindry palną mieszanką, średnica głowicy zaworów dolotowych jest znacznie większa niż średnica wydechu. Ponieważ zawory pracują w wysokich temperaturach, wykonane są z wysokiej jakości stali. Zawory dolotowe wykonane są ze stali chromowanej, zawory wydechowe ze stali żaroodpornej, gdyż te ostatnie stykając się z palnymi spalinami nagrzewają się do temperatury 600 - 800 0 C. Wysoka temperatura nagrzewania zaworów wymaga zamontowania specjalnych wkładki wykonane z żeliwa żaroodpornego w głowicy cylindrów, zwane gniazdami.
Zasada silnika
Podstawowe koncepcje
Górny martwy punkt - najwyższe położenie tłoka w cylindrze.
dolny martwy punkt - najniższe położenie tłoka w cylindrze.
skok tłoka- odległość, jaką tłok pokonuje od jednego martwego punktu do drugiego.
Komora spalania- przestrzeń między głowicą cylindrów a tłokiem, gdy znajduje się on w górnym martwym punkcie.
Przemieszczenie cylindra - przestrzeń uwalniana przez tłok, gdy porusza się on od górnego martwego punktu do dolnego martwego punktu.
Pojemność skokowa silnika - suma objętości roboczych wszystkich cylindrów silnika. Wyrażana jest w litrach, dlatego często nazywana jest pojemnością skokową silnika.
Pełna objętość cylindra - suma objętości komory spalania i objętości roboczej cylindra.
Stopień sprężania- pokazuje, ile razy całkowita objętość cylindra jest większa niż objętość komory spalania.
Kompresjaciśnienie w cylindrze na końcu suwu sprężania.
Takt- proces (część cyklu roboczego) zachodzący w cylindrze podczas jednego skoku tłoka.
Cykl pracy silnika
1. suw - wlot. Gdy tłok przesuwa się w dół w cylindrze, powstaje podciśnienie, pod działaniem którego palna mieszanka (mieszanka paliwowo-powietrzna) dostaje się do cylindra przez otwarty zawór wlotowy.
Drugi środek - kompresja . Tłok porusza się w górę pod działaniem wału korbowego i korbowodu. Oba zawory są zamknięte, a palna mieszanka jest sprężana.
Trzeci cykl - skok roboczy . Pod koniec suwu sprężania palna mieszanka zapala się (od sprężania w silniku Diesla, od świecy zapłonowej w silniku benzynowym). Pod ciśnieniem rozprężających się gazów tłok przesuwa się w dół i napędza wał korbowy przez korbowód.
Czwarty środek - uwolnienie . Tłok porusza się w górę, a spaliny wydostają się przez otwarty zawór wydechowy.
