Na czym pracuje silnik spalinowy? Zasada działania silnika spalinowego

Silnik lub silnik (z łac. motor wprawiany w ruch) - urządzenie, które zamienia energię dowolnego rodzaju na mechaniczną. Termin ten jest używany od końca XIX wieku wraz ze słowem „silnik”, które od połowy XX wieku jest częściej określane jako silniki i silniki elektryczne. wewnętrzne spalanie(LÓD).

Silnik spalinowy (ICE) jest rodzajem silnika, silnika cieplnego, w którym energia chemiczna paliwa (najczęściej płynnego lub gazowego paliwa węglowodorowego), spalanego w obszarze roboczym, zamieniana jest na Praca mechaniczna.

W przypadku samochodu paliwem jest zawartość zbiornik paliwa, a praca mechaniczna to ruch. Więc w jaki sposób benzyna lub olej napędowy napędzają samochód?

Z czego składa się silnik spalinowy

Musisz zacząć od tego, z czego się składa silnik spalinowy:

-głowica cylindra- jest to rodzaj naczynia do komory spalania mieszaniny roboczej, zaworów dystrybucji gazu z napędem, świec zapłonowych i wtryskiwaczy;

-cylindry- są to wydrążone części o cylindrycznej powierzchni wewnętrznej, tłoki poruszają się w cylindrach;

-tłoki- są to ruchome części, które ciasno zachodzą na cylindry w Przekrój i poruszają się wzdłuż ich osi;

-pierścienie tłokowe - są to otwarte pierścienie, które są ciasno osadzone w rowkach na zewnętrznych powierzchniach tłoków, uszczelniają komorę spalania, poprawiają przenoszenie ciepła przez ścianki cylindra oraz regulują zużycie smaru;

-sworznie tłokowe służą do obracania tłoka za pomocą korbowodu, każda z nich jest osią, względem której drga korbowód.;

-korbowody- jest to ogniwo mechanizmu płaskiego, połączone z innymi ruchomymi ogniwami za pomocą obrotowych par kinematycznych i wykonujących złożony ruch płaski;

-wał korbowy - jest to wał składający się z kilku korb;

-koło zamachowe- masywne obracające się koło służące jako magazyn (akumulator bezwładnościowy) energii kinetycznej;

-wałek rozrządu z krzywkami- główna część mechanizmu dystrybucji gazu (rozrządu), która służy do synchronizacji suwów dolotowych lub wydechowych i silnika;

-zawory- są to mechanizmy, za pomocą których można dowolnie otwierać lub zamykać otwory w różnych celach;

-świeca służyć do zapalania mieszanina palna, to zestaw elektrod, pomiędzy którymi powstaje iskra.

Ale do pełnej pracy silnika spalinowego potrzeba jeszcze kilku systemów:

-system Zasilanie ICE składa się ze zbiornika paliwa, filtrów do czyszczenia paliwa, przewodów paliwowych, pompy paliwa, filtra powietrza, układu wydechowego i gaźnika (jeśli silnik nie jest silnikiem wtryskowym);

-Układ wydechowy ICE składa się z zaworu wylotowego, kanału wylotowego, rura wlotowa tłumik, tłumik dodatkowy (rezonator), tłumik główny, zaciski łączące;

-Układ zapłonowy ICE składa się z zasilacza układu zapłonowego (akumulatora i generatora), wyłącznika zapłonu, urządzenia sterującego magazynowaniem energii, urządzenia magazynującego energię (na przykład cewki zapłonowej), układu dystrybucji zapłonu, przewodów wysokiego napięcia i świec zapłonowych ;

-system chłodzenia LÓD składa się ze specjalnie ułożonych podwójnych ścian bloku cylindrów i głowic (przestrzeń między nimi jest wypełniona płynem chłodzącym), chłodnicy, zbiornika wyrównawczego, pompy, termostatu i rurociągów;

System smarowania składa się z miski olejowej, Pompa olejowa, filtr oleju, rury, kanały olejowe i otwory.

Mieszanka robocza ICE

Sama nazwa LÓD- silnik WEWNĘTRZNE SPALANIE- podpowiada, że ​​coś się tam pali. I oczywiście to nie samo paliwo się pali, ale tylko jego opary zmieszane z powietrzem. Ta mieszanina jest zwykle nazywana mieszaniną roboczą. Spalanie tej mieszanki ma osobliwość - spala się, znacznie zwiększając objętość, tworząc, że tak powiem, falę uderzeniową dla tłoków cylindrów.

Za tworzenie roboczej mieszanki odpowiada odpowiednio gaźnik lub wtryskiwacz, w zależności od typu silnika.

Ruch samochodowy

Tak więc spalanie mieszaniny roboczej powoduje ruch tłoka. Ale jak ruszyć auto z miejsca za pomocą tłoka? Aby to zrobić, musisz przekonwertować ruch tłoka na obrót. Dlatego sworzeń i korbowód łączą tłok z korbą. wał korbowy, który, całkiem naturalnie, zaczyna się od tego obracać. "Zabiera" obroty z wału korbowego transmisja.

Cykle silnika spalinowego

Powyższy schemat jest niezwykle uproszczony. Rozważmy teraz bardziej szczegółowo wszystko, co dzieje się w silniku spalinowym. Klasycznym schematem działania ICE jest jego podział na cykle zegarowe. Aby uwzględnić każdy skok silnika, musisz nauczyć się kilku definicji:

Górny martwy punkt (TDC)- najbardziej najwyższa pozycja tłok w cylindrze.

Dolny martwy punkt (BDC)- najniższe położenie tłoka w cylindrze.

Skok tłoka- odległość między TDC a BDC.

Komora spalania- objętość w cylindrze nad tłokiem, gdy jest w GMP.

Przemieszczenie cylindra- objętość nad tłokiem cylindra, gdy jest w BDC.

Pojemność silnika to całkowita objętość robocza wszystkich cylindrów.

Stopień sprężania silnika spalinowego to stosunek całkowitej objętości cylindra do objętości komory spalania.

Dolot - 1 suw silnika spalinowego

Podczas pierwszego suwu silnika spalinowego zawór wlotowy otwiera się, aby napełnić butlę mieszanina robocza... Stopień napełnienia cylindra jest określony przez położenie tłoka: mieszanina robocza przestaje płynąć, gdy tłok znajduje się w pozycji BDC. Ruch tłoka zaczyna obracać korbą, a wał korbowy obraca się, chociaż udaje mu się obrócić tylko o pół obrotu.

Kompresja - 2 suw silnika spalinowego

Zawór wlotowy zamyka się podczas drugiego suwu silnika spalinowego. Zawór wylotowy systemu jest również zamknięty. Mieszanka robocza znajduje się w zamkniętym cylindrze. Tłok zaczyna się poruszać, a tym samym ściskać roboczą mieszaninę. Pod koniec sprężania (a więc i drugiego suwu) ciśnienie w cylindrze jest już bardzo wysokie, a temperatura dochodzi do 500 stopni Celsjusza.

Skok roboczy - 3 suw silnika spalinowego

Najważniejszy jest trzeci suw silnika spalinowego. To właśnie podczas trzeciego cyklu energia cieplna zamieniana jest na energię mechaniczną.

Gdzie to idzie cienka linia między drugim a trzecim skokiem zapala się świeca zapłonowa: mieszanina zapala się, a tłok pędzi do BDC. Rezultatem jest obrót wału korbowego.

Zwolnienie - 4 suw silnika spalinowego

Podczas czwartego cyklu pracy otwiera się silnik spalinowy Zawór wydechowy przy zamkniętym wlocie. Tłok, wracając do GMP, wypycha spaliny z cylindra do kanału wydechowego, który prowadzi prosto przez tłumik do atmosfery.

Wszystkie cztery suwy silnika spalinowego są cyklicznie powtarzane. Ale najważniejsza z nich to bez wątpienia trzecia – zapewniająca skok roboczy. Reszta drążków ma charakter pomocniczy, jedynie do „organizacji” trzeciego suwu, którym porusza się samochód.

Najbardziej znanymi i szeroko stosowanymi urządzeniami mechanicznymi na całym świecie są silniki spalinowe (dalej ICE). Ich asortyment jest szeroki, a różnią się one szeregiem cech, na przykład liczbą cylindrów, których liczba może wahać się od 1 do 24, wykorzystywanych przez paliwo.

Działanie tłokowego silnika spalinowego

Jednocylindrowy silnik spalinowy można uznać za najbardziej prymitywną, niezrównoważoną i o nierównym skoku, mimo że jest to punkt wyjścia w tworzeniu nowej generacji silników wielocylindrowych. Dziś wykorzystywane są w modelarstwie lotniczym, w produkcji narzędzi rolniczych, domowych i ogrodniczych. W przemyśle motoryzacyjnym są masowo wykorzystywane silniki czterocylindrowe i bardziej solidne urządzenia.

Jak to działa i z czego się składa?

Silnik spalinowy tłokowy ma złożoną strukturę i składa się z:

• Korpus, w skład którego wchodzi blok cylindrów, głowica cylindra;
• Mechanizm dystrybucji gazu;
• Mechanizm korbowy (dalej KShM);
• Liczba z systemy wsparcia.

KShM to łącznik pomiędzy energią uwalnianą podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej (zwanej dalej FA) w cylindrze a wałem korbowym, który zapewnia ruch pojazdu. System dystrybucji gazu odpowiada za wymianę gazową podczas pracy jednostki: dostęp tlenu atmosferycznego i zespołów paliwowych do silnika oraz terminowe usuwanie gazów powstałych podczas spalania.

Urządzenie najprostszego silnika tłokowego

Przedstawiono systemy pomocnicze:

• wlot, który dostarcza tlen do silnika;
• Paliwo, reprezentowane przez układ wtrysku paliwa;
• Zapłon, zapewniający iskrę i zapłon zespołów paliwowych do silników zasilanych benzyną (silniki wysokoprężne wyróżniają się samozapaleniem mieszanki z wysokich temperatur);
• System smarowania, który zmniejsza tarcie i zużycie współpracujących części metalowych za pomocą oleju maszynowego;
• Układ chłodzenia zapobiegający przegrzewaniu się części roboczych silnika, zapewniający cyrkulację specjalnych płynów, takich jak płyn niezamarzający;
• Układ wydechowy, który zapewnia odprowadzanie gazów do odpowiedniego mechanizmu, składającego się z zaworów wydechowych;
• Układ sterowania, który monitoruje pracę silnika spalinowego na poziomie elektronicznym.

Rozważany jest główny element roboczy w opisywanym węźle tłok silnika spalinowego,, który sam w sobie jest częścią prefabrykowaną.

Urządzenie tłokowe silnika spalinowego wewnętrznego spalania

Schemat działania krok po kroku

Działanie silnika spalinowego opiera się na energii rozprężających się gazów. Są wynikiem spalania zespołów paliwowych wewnątrz mechanizmu. Ten fizyczny proces wymusza ruch tłoka w cylindrze. Paliwem w tym przypadku może być:

• Płyny (benzyna, olej napędowy);
• gazy;
• Tlenek węgla w wyniku spalania paliw stałych.

Praca silnika to ciągły cykl zamknięty, składający się z określonej liczby suwów. Najczęstsze ICE są dwojakiego rodzaju, różniące się liczbą uderzeń:

1. Dwusuwowy, wytwarzający sprężenie i skok roboczy;
2. Czterosuwowy - charakteryzujący się czterema etapami o tym samym czasie trwania: wlotowym, sprężającym, roboczym i końcowym - zwalniającym, oznacza to czterokrotną zmianę położenia głównego elementu roboczego.

Początek skoku zależy od położenia tłoka bezpośrednio w cylindrze:

• Górny martwy punkt (zwany dalej TDC);
• Dolny martwy punkt (zwany dalej BDC).

Studiując algorytm próbki czterosuwowej, możesz dokładnie zrozumieć zasada silnika samochodowego.

Zasada działania silnika samochodowego

Zasysanie odbywa się poprzez przejście z górnego martwego punktu przez całą wnękę cylindra tłoka roboczego z jednoczesnym wycofaniem zespołu paliwowego. Oparte na cechy konstrukcyjne, może wystąpić mieszanie wchodzących gazów:

• W kolektorze układ dolotowy, dotyczy to silników benzynowych z wtryskiem rozproszonym lub centralnym;
• W komorze spalania, jeśli chodzi o silnik wysokoprężny, a także silnik na benzynę, ale z bezpośrednim wtryskiem.

Pierwszy środek przechodzi z otwartymi zaworami wlotu mechanizmu dystrybucji gazu. Liczba zaworów dolotowych i wydechowych, czas ich otwarcia, ich wielkość i stan zużycia to czynniki, które wpływają na moc silnika. Tłok w początkowej fazie kompresji jest umieszczony w BDC. Następnie zaczyna poruszać się w górę i ściskać zgromadzony zespół paliwowy do wielkości określonej przez komorę spalania. Komora spalania to wolna przestrzeń w cylindrze, która pozostaje pomiędzy jego górną częścią a tłokiem w górny martwy punkt.

Drugi środek polega na zamknięciu wszystkich zaworów silnika. Szczelność ich przyczepności bezpośrednio wpływa na jakość kompresji zespołu paliwowego i jego późniejsze spalanie. Również na jakość kompresji zespołu paliwowego duży wpływ ma stopień zużycia elementów silnika. Wyraża się w wielkości przestrzeni między tłokiem a cylindrem, w szczelności zaworów. Stopień sprężania silnika jest głównym czynnikiem wpływającym na moc silnika. Mierzy się go za pomocą specjalnego urządzenia, kompresometru.

Skok roboczy rozpoczyna się, gdy proces jest podłączony sytem zapłonu generowanie iskry. W tym przypadku tłok znajduje się w maksymalnym górnym położeniu. Mieszanina eksploduje, uwalniane są gazy pod ciśnieniem, a tłok zostaje wprawiony w ruch. Mechanizm korbowy z kolei aktywuje obrót wału korbowego, co zapewnia ruch samochodu. Wszystkie zawory systemów znajdują się w tym czasie w pozycji zamkniętej.

Udar ukończenia szkoły jest ostatnim w rozważanym cyklu. Wszystkie zawory wydechowe są w pozycji otwartej, dzięki czemu silnik może „wydychać” produkty spalania. Tłok powraca do punktu wyjścia i jest gotowy do rozpoczęcia nowego cyklu. Ten ruch przyczynia się do usunięcia system wydechowy a potem w środowisko, gazy odlotowe.

Schemat pracy silnika spalinowego, jak wspomniano powyżej, opiera się na cykliczności. Po szczegółowym rozważeniu, jak działa silnik tłokowy, możemy podsumować, że sprawność takiego mechanizmu nie przekracza 60%. Procent ten wynika z faktu, że w danej chwili skok roboczy wykonywany jest tylko w jednym cylindrze.

Nie cała energia otrzymana w tym czasie jest kierowana na ruch samochodu. Część z nich przeznacza się na utrzymanie koła zamachowego w ruchu, które dzięki bezwładności zapewnia działanie samochodu podczas pozostałych trzech suwów.

Pewna ilość energii cieplnej jest mimowolnie zużywana na ogrzewanie mieszkania i spalin. Dlatego o mocy silnika samochodowego decyduje liczba cylindrów, a w konsekwencji tzw. objętość silnika, obliczona według pewnego wzoru jako całkowita objętość wszystkich pracujących cylindrów.

W urządzeniu silnika tłok jest kluczowy element przepływ pracy. Tłok wykonany jest w postaci metalowej wydrążonej miseczki umieszczonej kulistym dnem (głowicą tłoka) do góry. Część prowadząca tłoka, inaczej zwana fartuchem, posiada płytkie rowki przeznaczone do mocowania w nich pierścieni tłokowych. Zadaniem pierścieni tłokowych jest przede wszystkim zapewnienie szczelności przestrzeni nadtłokowej, w której podczas pracy silnika mieszanina gazowo-powietrzna natychmiast się wypala, a powstały rozprężający się gaz nie mógłby pędzić wokół płaszcza i pędzić pod tłokiem. Po drugie, pierścienie zapobiegają przedostawaniu się oleju pod tłokiem do przestrzeni nad tłokiem. W ten sposób pierścienie w tłoku działają jak uszczelnienia. Dolny (dolny) pierścień tłokowy nazywany jest pierścieniem zgarniającym olej, a górny (górny) pierścieniem dociskowym, to znaczy zapewniającym wysoki stopień kompresowanie mieszaniny.

Gdy mieszanka paliwowo-powietrzna lub paliwowa wchodzi do cylindra z gaźnika lub wtryskiwacza, jest ściskana przez tłok, gdy porusza się w górę i zapala wyładowanie elektryczne ze świecy zapłonowej (w silniku wysokoprężnym mieszanina samoczynnie się zapala z powodu gwałtownego sprężania). Powstające gazy spalinowe mają znacznie większą objętość niż początkowa mieszanka paliwowa i rozszerzając się, gwałtownie popychają tłok w dół. W ten sposób energia cieplna paliwa jest zamieniana na ruch posuwisto-zwrotny (góra-dół) tłoka w cylindrze.

Następnie musisz zamienić ten ruch na obrót wału. Dzieje się to w następujący sposób: wewnątrz płaszcza tłoka znajduje się palec, na którym Górna część korbowód, ten ostatni jest zamocowany obrotowo na korbie wału korbowego. Wał korbowy obraca się swobodnie na łożyskach podporowych, które znajdują się w skrzyni korbowej silnika spalinowego. Gdy tłok się porusza, korbowód zaczyna obracać się wałem korbowym, z którego moment obrotowy przenoszony jest na przekładnię, a następnie poprzez układ zębaty na koła napędowe.

Specyfikacje silnika Specyfikacje silnika Podczas ruchu w górę iw dół tłok ma dwie pozycje zwane martwymi punktami. Górny martwy punkt (TDC) to moment maksymalnego uniesienia głowicy i całego tłoka w górę, po którym zaczyna się on poruszać w dół; dolny martwy punkt (BDC) - najniższe położenie tłoka, po którym zmienia się wektor kierunku i tłok pędzi do góry. Odległość między GMP a DMP nazywana jest skokiem tłoka, objętość górnej części cylindra w położeniu tłoka w DMP tworzy komorę spalania, a maksymalna objętość cylindra w położeniu tłoka w DMP wynosi zwykle nazywana całkowitą objętością cylindra. Różnica między całkowitą objętością a objętością komory spalania nazywana jest objętością roboczą cylindra.
Całkowite wyporność wszystkich cylindrów silnika spalinowego jest wskazana w charakterystyka techniczna silnik wyrażony w litrach, dlatego w życiu codziennym nazywa się to skokiem silnika. Drugi zasadnicza charakterystyka każdy silnik spalinowy to stopień sprężania (CC), zdefiniowany jako iloraz całkowitej objętości przez objętość komory spalania. Dla silników gaźnikowych CC waha się od 6 do 14, dla silników wysokoprężnych od 16 do 30. To właśnie ten wskaźnik, wraz z objętością silnika, określa jego moc, sprawność i sprawność spalania paliwa- mieszanka powietrza, która wpływa na toksyczność emisji podczas pracy silnika spalinowego...
Moc silnika ma oznaczenie binarne - w koniach mechanicznych (KM) i w kilowatach (kW). Aby przeliczyć jednostki jedna na drugą, stosuje się współczynnik 0,735, czyli 1 KM. = 0,735 kW.
Cykl pracy czterosuwowego silnika spalinowego określają dwa obroty wału korbowego – pół obrotu na cykl, co odpowiada jednemu skokowi tłoka. Jeśli silnik jest jednocylindrowy, to występuje nierównomierność jego pracy: gwałtowne przyspieszenie skoku tłoka podczas wybuchowego spalania mieszanki i jej spowolnienie w miarę zbliżania się do BDC i dalej. W celu zatrzymania tych nierówności na wale na zewnątrz obudowy silnika montowana jest masywna tarcza koła zamachowego o dużej bezwładności, dzięki czemu moment obrotu wału staje się bardziej stabilny w czasie.

Zasada działania silnika spalinowego
Współczesny samochód napędzany jest najczęściej silnikiem spalinowym. Takich silników jest wiele. Różnią się one objętością, liczbą cylindrów, mocą, prędkością obrotową, zużytym paliwem (silniki spalinowe, benzynowe i gazowe). Ale w zasadzie wydaje się, że jest to urządzenie silnika spalinowego.
Jak działa silnik i dlaczego nazywa się go czterosuwowym silnikiem spalinowym? Spalanie wewnętrzne jest zrozumiałe. Paliwo spala się w silniku. Dlaczego silnik 4-suwowy, co to jest? Rzeczywiście, istnieją również silniki dwusuwowe. Ale są rzadko używane w samochodach.
Silnik czterosuwowy nazywa się, ponieważ jego pracę można podzielić na cztery równe w czasie części. Tłok przesunie się przez cylinder cztery razy - dwa razy w górę i dwa razy w dół. Skok rozpoczyna się, gdy tłok znajduje się w skrajnie niskim lub wysokim punkcie. W mechanice nazywa się to górnym martwym punktem (TDC) i dolnym martwym punktem (BDC).
Pierwszy skok - skok ssania

Pierwszy skok, znany również jako wlot, zaczyna się od TDC (górny martwy punkt). Przesuwając się w dół, tłok zasysa mieszankę powietrzno-paliwową do cylindra. Działanie tego skoku następuje, gdy zawór wlotowy jest otwarty. Nawiasem mówiąc, istnieje wiele silników z wieloma zaworami dolotowymi. Ich ilość, wielkość, czas spędzony w stanie otwartym mogą znacząco wpłynąć na moc silnika. Są silniki, w których w zależności od wciśnięcia pedału gazu następuje wymuszony wzrost czasu otwarcia zaworów ssących. Ma to na celu zwiększenie ilości zasysanego paliwa, co po zapłonie zwiększa moc silnika. Samochód w tym przypadku może przyspieszać znacznie szybciej.

Drugi cykl to cykl kompresji

Następnym skokiem silnika jest skok sprężania. Po dotarciu tłoka dolny punkt, zaczyna unosić się w górę, tym samym sprężając mieszankę, która dostała się do cylindra wraz z wlotem. Mieszanka paliwowa jest sprężana do objętości komory spalania. Co to za kamera? Wolna przestrzeń między górną częścią tłoka a górną częścią cylindra, gdy tłok znajduje się w górnym martwym punkcie, nazywana jest komorą spalania. Podczas tego cyklu pracy silnika zawory są całkowicie zamknięte. Im ciaśniej są zamknięte, tym lepsza kompresja. Duże znaczenie w tym przypadku ma stan tłoka, cylindra, pierścieni tłokowych. Jeśli są duże szczeliny, dobra kompresja nie zadziała, a zatem moc takiego silnika będzie znacznie niższa. Kompresję można sprawdzić za pomocą specjalnego urządzenia. Na podstawie stopnia kompresji można wnioskować o stopniu zużycia silnika.

Trzeci cykl - skok roboczy

Cykl trzeci jest działający, zaczyna się od TDC. To nie przypadek, że nazywa się go robotnikiem. W końcu to właśnie w tym cyklu odbywa się akcja, która sprawia, że ​​samochód się porusza. W tym cyklu uruchamia się układ zapłonowy. Dlaczego ten system tak się nazywa? Tak, bo to ona jest odpowiedzialna za wzniecanie ognia mieszanka paliwowa skompresowany w cylindrze w komorze spalania. Działa to bardzo prosto – świeca układu daje iskrę. W uczciwości warto zauważyć, że iskra jest emitowana ze świecy zapłonowej na kilka stopni przed osiągnięciem przez tłok najwyższego punktu. Stopnie te w nowoczesnym silniku są automatycznie regulowane przez „mózgi” samochodu.
Po zapaleniu się paliwa następuje eksplozja - gwałtownie zwiększa swoją objętość, zmuszając tłok do ruchu w dół. Zawory w tym skoku silnika, podobnie jak w poprzednim, są w stanie zamkniętym.

Czwarty takt - takt wyzwolenia

Czwarty skok silnika, ostatni to wydech. Po osiągnięciu dolnego punktu, po skoku roboczym, zawór wydechowy w silniku zaczyna się otwierać. Takich zaworów może być kilka, a także zaworów wlotowych. Poruszając się w górę, tłok usuwa spaliny z cylindra przez ten zawór - wentyluje go. Precyzyjne działanie zaworów decyduje o stopniu sprężania w cylindrach, całkowitym usunięciu spalin oraz wymaganej wielkości ssania mieszanka paliwowo-powietrzna.

Mechanizm dystrybucji gazu

Mechanizm dystrybucji gazu (GRM) przeznaczony jest do wtrysku paliwa i spalin w silnikach spalinowych. Sam mechanizm dystrybucji gazu jest podzielony na zawór dolny, gdy wałek rozrządu znajduje się w bloku cylindrów, oraz zawór górny. Górny mechanizm rozrządu implikuje położenie wałka rozrządu w głowicy cylindrów (głowicy cylindrów). Istnieją również alternatywne mechanizmy rozrządu, takie jak obudowa rozrządu, system desmodromiczny i mechanizm o zmiennej fazie.
W silnikach dwusuwowych rozrząd jest wykonywany za pomocą otworów wlotowych i wylotowych w cylindrze. W przypadku silników czterosuwowych najpopularniejszym systemem jest zawór górny, który zostanie omówiony poniżej.

Urządzenie do pomiaru czasu
W górnej części bloku cylindrów znajduje się głowica cylindra (głowica cylindrów) z umieszczonym na niej wałkiem rozrządu, zaworami, popychaczami lub wahaczami. Koło pasowe wałka rozrządu znajduje się na zewnątrz głowicy cylindrów. Aby wykluczyć wyciek olej silnikowy spod pokrywy zaworów na czopie wałka rozrządu zamontowana jest uszczelka olejowa. Samo pokrywa zaworu zainstalowany na uszczelce odpornej na olej i benzynę. Pasek rozrządu lub łańcuch jest nałożony na koło pasowe wałka rozrządu i jest napędzany przez koło zębate wału korbowego. Rolki napinające służą do napinania paska, a szczęki napinające do łańcucha. Zwykle pasek rozrządu załącza się pompa układu chłodzenia wodą, wał pośredni dla układu zapłonowego i wysokiego napędu pompy pompa wtryskowa ciśnieniowa(dla opcje oleju napędowego).
Z Przeciwna strona wałek rozrządu za pomocą przekładni bezpośredniej lub za pomocą paska, może być napędzany wzmacniacz próżniowy, wspomaganie kierownicy lub generator samochodowy.

Wałek rozrządu to oś z obrobionymi na nim krzywkami. Krzywki są umieszczone wzdłuż wału tak, że w trakcie obrotu, stykając się z popychaczami zaworów, są dociskane do nich dokładnie zgodnie z suwami roboczymi silnika.
Istnieją silniki z dwoma wałkami rozrządu (DOHC) i dużą liczbą zaworów. Podobnie jak w pierwszym przypadku, koła pasowe napędzane są jednym paskiem rozrządu i łańcuchem. Każdy wałek rozrządu zamyka jeden rodzaj zaworu dolotowego lub wydechowego.
Zawór jest dociskany wahaczem (wczesne silniki) lub popychaczem. Istnieją dwa rodzaje popychaczy. Pierwszy to popychacze, gdzie szczelina jest regulowana przez podkładki kalibracyjne, drugi to popychacze hydrauliczne. Popychacz hydrauliczny zmiękcza uderzenie w zawór dzięki zawartemu w nim olejowi. Nie jest wymagana regulacja luzu między krzywką a popychaczem.

mechanizm korbowy

Mechanizm korbowy (dalej w skrócie - KShM) - mechanizm silnika. Głównym celem KShM jest zamiana ruchów posuwisto-zwrotnych cylindrycznego tłoka na ruchy obrotowe wału korbowego w silniku spalinowym i odwrotnie.

Urządzenie KShM
Tłok

Tłok ma postać cylindra wykonanego ze stopów aluminium. Główną funkcją tej części jest przekształcenie zmiany ciśnienia gazu w pracę mechaniczną lub odwrotnie, wytworzenie ciśnienia w wyniku ruchu posuwisto-zwrotnego.
Tłok to dno, głowica i spódnica złożone razem, które sprawują się idealnie różne funkcje... Denko tłoka o płaskim, wklęsłym lub wypukłym kształcie zawiera komorę spalania. Głowica posiada rowki, w których znajdują się pierścienie tłokowe (docisk i zgarniacz oleju). Pierścienie kompresyjne zapobiegają wydostawaniu się gazów do skrzyni korbowej silnika, a pierścienie zgarniające olej pomagają usunąć nadmiar oleju z wewnętrznych ścian cylindra. W osłonie znajdują się dwa występy, aby pomieścić sworzeń tłokowy łączący tłok z korbowodem.

Wykonany metodą tłoczenia lub kutej stali (rzadziej tytanu) korbowód posiada przeguby. Główną rolą korbowodu jest przeniesienie siły tłoka na wał korbowy. Konstrukcja korbowodu zakłada obecność górnej i dolnej głowicy, a także pręta z dwuteownikiem. W głowicy górnej i występach znajduje się obracający się („pływający”) sworzeń tłokowy, a głowica dolna jest składana, co umożliwia ścisłe połączenie z czopem wału. Nowoczesna technologia kontrolowane rozłupywanie dolnej głowicy pozwala na dużą precyzję łączenia jej części.

Koło zamachowe jest zainstalowane na końcu wału korbowego. Obecnie szeroko stosowane są dwumasowe koła zamachowe w postaci dwóch, elastycznie połączonych dysków. Koło zamachowe jest bezpośrednio zaangażowane w uruchamianie silnika poprzez rozrusznik.

Blok cylindrów i głowica

Blok cylindrów i głowica cylindrów są odlewane z żeliwa (rzadziej ze stopów aluminium). Płaszcze chłodzące, łoża pod łożyska wału korbowego i wałki rozrządu, a także punkty mocowania urządzeń i zespołów. Sam cylinder działa jako prowadnica dla tłoków. Głowica cylindra zawiera komorę spalania, otwory dolotowe i wydechowe, specjalne otwory gwintowane na świece zapłonowe, tuleje i wciskane gniazda. Szczelność połączenia bloku cylindrów z głowicą zapewnia uszczelka. Ponadto głowica cylindra pokryta jest wytłoczoną pokrywą, a między nimi z reguły instalowana jest uszczelka wykonana z gumy olejoodpornej.

Część 1. SILNIK I JEGO MECHANIZMY

Silnik jest źródłem energii mechanicznej.

Zdecydowana większość samochodów korzysta z silnika spalinowego.

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),

Ciężkie ciecze (olej napędowy).

Silniki benzynowe

Gaźnik benzynowy.Mieszanka paliwowo-powietrznaprzygotowanie w gaźnik lub w kolektorze dolotowym za pomocą dysz rozpyłowych (mechanicznych lub elektrycznych), wówczas mieszanka jest podawana do cylindra, sprężana, a następnie zapalana za pomocą iskry ślizgającej się między elektrodamiświece .

Wtrysk benzynyMieszanie następuje przez wtrysk benzyny do kolektor dolotowy lub bezpośrednio do cylindra za pomocą sprayu wtryskiwacze ( wtryskiwacz s). Istnieją jednopunktowe i wielopunktowe układy wtryskowe różnych układów mechanicznych i elektronicznych. V systemy mechaniczne Wtrysk, dozowanie paliwa odbywa się za pomocą mechanizmu nurnikowo-dźwigniowego z możliwością elektronicznej regulacji składu mieszanki. W układach elektronicznych tworzenie mieszanki odbywa się pod kontrolą wtrysku elektronicznej jednostki sterującej (ECU), która steruje elektrycznymi zaworami benzyny.

Silniki gazowe

Silnik spala gazowe węglowodory jako paliwo. Najczęściej silniki gazowe są zasilane propanem, ale są też inne, które działają na paliwie towarzyszącym (olejowym), skroplonym, wielkopiecowym, generatorowym i innych rodzajach paliwa gazowego.

Podstawowa różnica między silnikami gazowymi a silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi polega na wyższym stopniu sprężania. Zastosowanie gazu pozwala uniknąć niepotrzebnego zużycia części, ponieważ procesy spalania mieszanki paliwowo-powietrznej przebiegają bardziej prawidłowo ze względu na początkowy (gazowy) stan paliwa. Ponadto silniki gazowe są bardziej ekonomiczne, ponieważ gaz jest tańszy od oleju i łatwiejszy do wydobycia.

Niewątpliwymi zaletami silników gazowych są bezpieczeństwo i bezdymność spalin.

Same silniki gazowe rzadko są produkowane masowo, najczęściej pojawiają się po przeróbce tradycyjnych silników spalinowych, wyposażając je w specjalny osprzęt gazowy.

Silniki Diesla

Specjalny olej napędowy jest wtryskiwany w pewnym punkcie (przed osiągnięciem górnego martwego punktu) do cylindra pod wysokie ciśnienie przez dyszę. Podczas wtrysku paliwa bezpośrednio w cylindrze tworzy się palna mieszanka. Ruch tłoka wewnątrz cylindra powoduje nagrzewanie i późniejszy zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej. Silniki wysokoprężne są wolnoobrotowe i mają wysoki moment obrotowy na wale silnika. Dodatkowa zaleta silnik wysokoprężny jest taki, że w przeciwieństwie do silników o zapłonie iskrowym nie potrzebuje prądu do działania (w samochodowych silnikach wysokoprężnych) Układ elektryczny używany tylko do rozruchu), dzięki czemu mniej boi się wody.

Według metody zapłonu:

Iskra (benzyna)

Kompresja (diesel).

Według liczby i rozmieszczenia cylindrów:

w linii,

Przeciwny,

V - w kształcie litery V,

VR - w kształcie,

W - w kształcie.

Silnik rzędowy

Silnik ten jest znany od samego początku budowy silników samochodowych. Cylindry znajdują się w jednym rzędzie prostopadłym 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

Poziomo przeciwległe silniki mają niższą przestrzeń nad głową niż silniki rzędowe lub typu V, co pomaga obniżyć środek ciężkości całego pojazdu. Lekka waga, kompaktowa konstrukcja i symetryczny układ zmniejszają moment odchylenia pojazdu.

Silnik w kształcie litery V

Aby zmniejszyć długość silników, silnik ten ma cylindry ustawione pod kątem od 60 do 120 stopni, przy czym osie wzdłużne cylindrów przechodzą przez oś wzdłużną wału korbowego.

Godność:stosunkowo krótki silnik

Wady:silnik jest stosunkowo szeroki, ma dwa podzielone głowy blok, zwiększony koszt produkcji, zbyt duża objętość robocza.

Silniki VR

W poszukiwaniu kompromisowego rozwiązania wydajności silników do samochodów osobowych klasy średniej przyszli do stworzenia silników VR. Sześć cylindrów przy 150 stopniach tworzy stosunkowo wąski i generalnie krótki silnik. Ponadto taki silnik ma tylko jedną głowicę blokową.

Silniki W

W silnikach z rodziny W dwa banki cylindrów w konstrukcji VR są połączone w jeden silnik.

Cylindry w każdym rzędzie są ustawione względem siebie pod kątem 150, a same rzędy cylindrów pod kątem 720.

Standardowy silnik samochodowy ma dwa mechanizmy i pięć układów.

Mechanizmy silnika

mechanizm korbowy,

Mechanizm dystrybucji gazu.

Układy silnika

System chłodzenia,

System smarowania,

System zasilania,

Sytem zapłonu,

System wydechowy.

mechanizm korbowy

Mechanizm korbowy służy do zamiany 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,

Tłoki z pierścieniami i szpilkami,

Szatunow,

Wał korbowy,

Koło zamachowe.

Blok cylindrów

Jest to jednoczęściowa część, która łączy cylindry silnika. Blok cylindrów ma powierzchnie nośne do montażu wału korbowego, głowica cylindra 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.

Odlewać z reguły - z żeliwa, rzadziej - z aluminium.

Bloki wykonane z tych materiałów nie mają sobie równych pod względem właściwości.

Tak więc blok żeliwny jest najbardziej sztywny, co oznacza, że ​​przy wszystkich innych parametrach jest równy, wytrzymuje najwyższy stopień siły i jest najmniej wrażliwy na przegrzanie. Pojemność cieplna żeliwa jest o połowę mniejsza niż aluminium, co oznacza, że ​​silnik z blok żeliwny nagrzewa się szybciej do temperatury roboczej. Jednak żeliwo jest bardzo ciężkie (2,7 razy cięższe od aluminium), podatne na korozję, a jego przewodność cieplna jest około 4 razy mniejsza niż aluminium, dlatego w silniku z żeliwną skrzynią korbową układ chłodzenia pracuje w bardziej intensywny tryb.

Aluminiowe bloki cylindrów są lekkie i chłodniejsze, ale w tym przypadku problemem jest materiał, z którego bezpośrednio wykonane są ścianki cylindrów. Jeśli tłoki silnika z takim blokiem są wykonane z żeliwa lub stali, bardzo szybko zużyją aluminiowe ścianki cylindrów. Jeśli tłoki są wykonane z miękkiego aluminium, po prostu „chwycą” ściany, a silnik natychmiast się zatnie.

Cylindry w bloku cylindrów mogą być częścią odlewu bloku cylindrów lub mogą być oddzielnymi wymiennymi tulejami, które mogą być „mokre” lub „suche”. Oprócz części generującej silnika, blok cylindrów przenosi dodatkowe funkcje, takich jak podstawa układu smarowania - przez otwory w bloku cylindrów olej dostarczany jest pod ciśnieniem do punktów smarowania oraz do silników chłodzenie cieczą podstawa układu chłodzenia - płyn krąży przez blok cylindrów przez podobne otwory.

Ściany wewnętrznej wnęki cylindra służą również jako prowadnice dla tłoka, gdy porusza się on między skrajnymi położeniami. Dlatego długość tworzącej cylindra jest z góry określona przez długość skoku tłoka.

Cylinder pracuje w warunkach zmiennych ciśnień w komorze nadtłokowej. Jej wewnętrzne ściany stykają się z płomieniami i gorącymi gazami rozgrzanymi do temperatury 1500-2500 °C. oprócz Średnia prędkośćślizganie się tłoka wzdłuż ścianek cylindra w silnikach samochodowych osiąga 12-15 m / s przy niewystarczającym smarowaniu. Dlatego materiał użyty do produkcji cylindrów musi mieć wysoką wytrzymałość mechaniczną, a sama konstrukcja ścian musi mieć zwiększoną sztywność. Ściany cylindra muszą wytrzymywać dobre ścieranie przy ograniczonym smarowaniu i mieć ogólnie wysoką odporność na inne możliwe rodzaje zużycia

Zgodnie z tymi wymaganiami jako główny materiał na cylindry stosuje się żeliwo perlityczne szare z niewielkimi dodatkami stopów (nikiel, chrom itp.). Stosuje się również żeliwo wysokostopowe, stal, stopy magnezu i aluminium.

Głowica cylindra

Jest to drugi najważniejszy i największy element silnika. Głowica zawiera komory spalania, zawory i korki cylindrów, w których wałek rozrządu z krzywkami obraca się na łożyskach. Podobnie jak w bloku cylindrów, jego głowica zawiera wodę i kanały olejowe i wnęka. Głowica jest przymocowana do bloku cylindrów i podczas pracy silnika tworzy z blokiem jedną całość.

miska olejowa

Zamyka dno skrzyni korbowej silnika (uformowanej jako całość z blokiem cylindrów) i służy jako zbiornik oleju i chroni części silnika przed zanieczyszczeniem. W dolnej części miski olejowej znajduje się korek spustowy oleju silnikowego. Paleta jest przykręcona do skrzyni korbowej. Aby zapobiec wyciekowi oleju, między nimi zainstalowana jest uszczelka.

Tłok

Tłok to cylindryczna część, która porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym wewnątrz cylindra i służy do zamiany zmiany ciśnienia gazu, pary lub cieczy na pracę mechaniczną lub odwrotnie - ruch posuwisto-zwrotny na zmianę ciśnienia.

Tłok podzielony jest na trzy części o różnych funkcjach:

Spód,

Część uszczelniająca,

Część prowadząca (spódnica).

Kształt dna zależy od funkcji, jaką pełni tłok. Na przykład w silnikach spalinowych kształt zależy od umiejscowienia świec, wtryskiwaczy, zaworów, konstrukcji silnika i innych czynników. Dzięki wklęsłemu kształtowi dna powstaje najbardziej racjonalna komora spalania, ale osady nagaru są w niej bardziej intensywne. Przy wypukłym dnie siła tłoka wzrasta, 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 dociskowego nazywana jest pasem ogniowym tłoka. W zależności od materiału, z którego wykonany jest tłok, pas ogniowy ma minimum dopuszczalna wysokość, którego zmniejszenie może doprowadzić do wypalenia się tłoka wzdłuż ścianki zewnętrznej, a także zniszczenia gniazda górnego pierścienia dociskowego.

Funkcje uszczelniające pełnione przez grupę tłoków mają ogromne znaczenie dla: normalna praca silniki tłokowe. Stan techniczny silnika ocenia się na podstawie zdolności uszczelniania grupa tłoków... Na przykład w silnikach samochodowych niedopuszczalne jest, aby zużycie oleju z powodu jego odpadu w wyniku nadmiernej penetracji (zassania) do komory spalania przekraczało 3% zużycia paliwa.

Płaszcz tłoka (pień) jest jego częścią prowadzącą podczas ruchu w cylindrze i posiada dwa ucha (wypusty) do montażu sworznia tłokowego. Aby zmniejszyć naprężenia temperaturowe tłoka z obu stron, 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 karbów na skutek odkształceń termicznych, nazywane są „chłodnikami”. Pierścień zgarniający olej może również znajdować się na dole spódnicy.

Do produkcji tłoków stosuje się żeliwo szare i stopy aluminium.

Żeliwo

Zalety:Tłoki żeliwne są trwałe i odporne na zużycie.

Ze względu na niski współczynnik rozszerzalności liniowej mogą pracować ze stosunkowo małymi prześwitami, zapewniając dobre uszczelnienie cylindra.

Wady:Żeliwo ma dość duży ciężar właściwy. W związku z tym obszar zastosowania tłoków żeliwnych ogranicza się do silników stosunkowo wolnoobrotowych, w których siły bezwładności mas posuwisto-zwrotnych nie przekraczają jednej szóstej siły naporu gazu na denko tłoka.

Żeliwo ma niską przewodność cieplną, dlatego nagrzewanie dna tłoków żeliwnych osiąga 350-400 ° C. Takie nagrzewanie jest niepożądane, zwłaszcza w silnikach gaźnikowych, ponieważ powoduje zapłon żarowy.

Aluminium

Zdecydowana większość nowoczesnych silników samochodowych ma tłoki aluminiowe.

Zalety:

Niska waga (co najmniej 30% mniej w porównaniu do żeliwa);

Wysoka przewodność cieplna (3-4 razy większa niż przewodność cieplna żeliwa), która zapewnia nagrzewanie denka tłoka nie więcej niż 250°C, co przyczynia się do lepszego wypełnienia cylindrów i pozwala na zwiększenie stopnia sprężania w benzynie silniki;

Dobre właściwości przeciwcierne.

Korbowód

Korbowód jest częścią, która łączy tłok (Poprzezsworzeń tłokowy) i czopu korbowoduwał korbowy... Służy do przenoszenia ruchów posuwisto-zwrotnych z tłoka na wał korbowy. Aby zmniejszyć zużycie czopów korbowodu wału korbowego, aspecjalne wkładki z powłoką przeciwcierną.

Wał korbowy

Wał korbowy to złożona część z czopami do mocowania korbowody , z którego odbiera wysiłki i przekształca je w moment obrotowy .

Wały korbowe wykonane są ze stali węglowej, chromowo-manganowej, chromowo-niklowo-molibdenowej i innych, a także ze specjalnych żeliw o wysokiej wytrzymałości.

Główne elementy wału korbowego

Szyja korzeniowa- podpora szybu leżąca w głównymłożysko gospodarzem w korbowód silnik.

Dziennik korbowodu- wspornik, z którym połączony jest wał korbowody (dostępne są kanały olejowe do smarowania łożysk korbowodu).

Policzki- połączyć czopy główne i korbowody.

Przednia część wyjściowa wału (nos) - część wału, na której jest zamocowana bieg lub krążek linowy przystawka odbioru mocy do napędumechanizm dystrybucji gazu (czas)oraz różne jednostki pomocnicze, systemy i zespoły.

Tylny wał wyjściowy (trzpień) - część wału łącząca się z koło zamachowe lub masywna główna przystawka odbioru mocy.

Przeciwwagi- zapewnić odciążenie głównych łożysk z siły odśrodkowe bezwładność pierwszego rzędu mas niewyważonych korby i dolnej części korbowodu.

Koło zamachowe

Masywny dysk zębaty. Koło koronowe jest wymagane do uruchomienia silnika (koło rozrusznika sprzęga się z kołem zamachowym i obraca wałem silnika). Koło zamachowe służy również do zmniejszenia nierówności obrotu wału korbowego.

Mechanizm dystrybucji gazu

Zaprojektowany z myślą o terminowym wprowadzaniu palnej mieszanki do cylindrów i uwalnianiu spalin.

Główne części mechanizmu dystrybucji gazu to:

Wał rozrządczy,

Zawory dolotowe i wydechowe.

Wał rozrządczy

Silniki wyróżnia położenie wałka rozrządu:

Z wałkiem rozrządu umieszczonym w blok cylindrów (Cam-in-Block);

Z wałkiem rozrządu umieszczonym w głowicy cylindrów (Cam-in-Head).

W nowoczesnych silnikach samochodowych zwykle znajduje się na szczycie głowicy bloku cylindry i podłączony do krążek linowy lub zębatka wał korbowy pasek lub łańcuch rozrządu, i obraca się z o połowę mniejszą częstotliwością niż ta ostatnia (w silnikach 4-suwowych).

Integralna część wałki rozrządu są jego krzywki , których liczba odpowiada liczbie wlotu i wylotu zawory silnik. W ten sposób każdy zawór ma indywidualną krzywkę, która otwiera zawór uruchamiając dźwignię popychacza zaworu. Kiedy krzywka „ucieknie” z dźwigni, zawór jest zamykany przez potężną sprężynę powrotną.

Silniki z rzędową konfiguracją cylindrów i jedną parą zaworów na cylinder mają zwykle jeden wałek rozrządu (w przypadku czterech zaworów na cylinder dwa) oraz w kształcie litery V i przeciwstawne - albo jeden w załamaniu bloku, lub dwa, po jednym na każdy półblok (w każdej głowicy bloku). Silniki z 3 zaworami na cylinder (najczęściej dwa wlotowe i jeden wylot) mają zwykle jeden wałek rozrządu na głowicę, podczas gdy silniki z 4 zaworami na cylinder (dwa wlotowe i 2 wylotowe) mają po 2 wałki rozrządu w każdej głowicy.

Nowoczesne silniki mają czasami układy zmiennych faz rozrządu, czyli mechanizmy, które umożliwiają względnie obracanie wałka rozrządu napędowe koło zębate, zmieniając w ten sposób moment otwierania i zamykania (faza) zaworów, co umożliwia wydajniejsze napełnianie cylindrów mieszaniną roboczą przy różnych prędkościach.

Zawór

Zawór składa się z płaskiej głowicy i pręta, połączonych płynnym przejściem. W celu lepszego wypełnienia cylindrów mieszaniną palną średnica głowicy zaworów wlotowych jest znacznie większa niż średnica wylotu. Ponieważ zawory pracują w wysokich temperaturach, produkowane są z wysokiej jakości stali. Zawory wlotowe wykonane są ze stali chromowej, zawory wydechowe są żaroodporne, ponieważ te ostatnie mają kontakt z palnymi spalinami i nagrzewają się do 600 - 800 0 С. Ciepło podgrzanie zaworów powoduje konieczność zainstalowania w głowicy cylindrów specjalnych wkładek wykonanych z żeliwa żaroodpornego, zwanych gniazdami.

Jak działa silnik

Podstawowe koncepcje

Górny martwy środek - 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 cylindra a tłokiem, gdy znajduje się on w górnym martwym punkcie.

Przemieszczenie cylindra - przestrzeń zwolniona przez tłok podczas przemieszczania się od górnego martwego punktu do dolnego martwego punktu.

Pojemność silnika - suma objętości roboczych wszystkich cylindrów silnika. Wyrażana jest w litrach, dlatego często nazywana jest pojemnością 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.

Kompresja-ciśnienie w cylindrze na końcu suwu sprężania.

Takt- proces (część cyklu roboczego), który zachodzi w cylindrze podczas jednego suwu tłoka.

Cykl pracy silnika

I skok - wlot... Gdy tłok porusza się w dół, w cylindrze powstaje podciśnienie, pod działaniem którego palna mieszanina (mieszanka paliwa i powietrza) dostaje się do cylindra przez otwarty zawór wlotowy.

2. środek - kompresja ... Tłok porusza się w górę pod działaniem wału korbowego i korbowodu. Oba zawory są zamknięte, a palna mieszanina jest sprężona.

III cykl - skok roboczy ... Pod koniec suwu sprężania zapala się palna mieszanka (od sprężania w silniku wysokoprężnym, od świecy zapłonowej w silnik benzynowy). Pod ciśnieniem rozprężających się gazów tłok przesuwa się w dół i poprzez korbowód wprawia wał korbowy w ruch obrotowy.

Czwarty takt - uwolnienie ... Tłok porusza się do góry, a spaliny wydostają się przez otwarty zawór wydechowy.

Od około stu lat główne jednostka mocy w samochodach i motocyklach, traktorach i kombajnach innym wyposażeniem jest silnik spalinowy. Przybył na początku XX wieku w celu zastąpienia silników spalinowych (parowych), pozostaje najbardziej opłacalnym typem silnika w XXI wieku. W tym artykule przyjrzymy się bliżej urządzeniu, zasadzie działania różne rodzaje ICE i jego główne systemy pomocnicze.

Definicja i ogólne cechy silnika spalinowego

Główną cechą każdego silnika spalinowego jest to, że paliwo jest zapalane bezpośrednio w jego komorze roboczej, a nie w dodatkowych zewnętrznych nośnikach. Podczas pracy energia chemiczna i cieplna ze spalania paliwa zamieniana jest na pracę mechaniczną. Zasada działania silnika spalinowego opiera się na fizycznym efekcie rozszerzalności cieplnej gazów, która powstaje podczas spalania mieszanki paliwowo-powietrznej pod ciśnieniem wewnątrz cylindrów silnika.

Klasyfikacja silników spalinowych

W procesie ewolucji silnika spalinowego swoją skuteczność dowiodły następujące typy tych silników:

• Odwzajemniający się silniki z zapłonem wewnętrznym. W nich komora robocza znajduje się wewnątrz cylindrów, a energia cieplna zamieniana jest na pracę mechaniczną za pomocą mechanizmu korbowego, który przenosi energię ruchu na wał korbowy. Silniki tłokowe dzielą się z kolei na
• gaźnik, w którym mieszanka paliwowo-powietrzna utworzony w gaźniku, wtryskiwany do cylindra i tam zapalany przez iskrę ze świecy zapłonowej;

• zastrzyk, w którym mieszanina jest dostarczana bezpośrednio do kolektora dolotowego, przez specjalne dysze, pod kontrolą elektronicznej jednostki sterującej, a także jest zapalana za pomocą świecy;
• diesel, w której zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej następuje bez świecy, poprzez sprężenie powietrza, które nagrzewa się od ciśnienia od temperatury przekraczającej temperaturę spalania, a paliwo wtryskiwane jest do cylindrów przez wtryskiwacze.
• Tłok obrotowy silniki z zapłonem wewnętrznym. W silnikach tego typu energia cieplna zamieniana jest na pracę mechaniczną poprzez obracanie wirnika o specjalnym kształcie i profilu z gazami roboczymi. Wirnik porusza się po „planetarnej trajektorii” wewnątrz komory roboczej, która ma kształt „ósemki” i pełni funkcje zarówno tłoka, jak i mechanizmu rozrządu (mechanizmu dystrybucji gazu) oraz wału korbowego.
• Turbina gazowa silniki z zapłonem wewnętrznym. W tych silnikach zamiana energii cieplnej na pracę mechaniczną odbywa się poprzez obracanie wirnika ze specjalnymi łopatkami w kształcie klina, które napędzają wał turbiny.

Najbardziej niezawodne, bezpretensjonalne, ekonomiczne pod względem zużycia paliwa i konieczności regularnej konserwacji są silniki tłokowe.

Pojazdy z innymi typami silników spalinowych mogą zostać uwzględnione w Czerwonej Księdze. Obecnie tylko Mazda produkuje samochody z silnikami z tłokami obrotowymi. Eksperymentalna seria samochodów z silnikiem turbogazowym została wyprodukowana przez „Chryslera”, ale było to w latach 60. i żaden inny producent samochodów nie powrócił do tego problemu. W ZSRR czołgi T-80 i desanty Żubr były wyposażone w silniki z turbiną gazową, ale później zdecydowano się zrezygnować z tego typu silników. W związku z tym przyjrzyjmy się szczegółowo „zdobywcom” światowa dominacja»Tłokowe silniki spalinowe.

Korpus silnika łączy się w jeden organizm:

• blok cylindrów, wewnątrz komór spalania, których mieszanina paliwowo-powietrzna jest zapalana, a gazy z tego spalania napędzają tłoki;
• mechanizm korbowy, który przenosi energię ruchu na wał korbowy;
• mechanizm dystrybucji gazu, który ma na celu zapewnienie terminowego otwierania / zamykania zaworów wlotu / wylotu mieszanki palnej i gazów spalinowych;
• układ zasilania („wtrysk”) i zapłon („zapłon”) mieszanki paliwowo-powietrznej;;
• system usuwania produktów spalania(spaliny).

Przekrój czterosuwowego silnika spalinowego wewnętrznego spalania

Po uruchomieniu silnika mieszanka paliwowo-powietrzna jest wtryskiwana do jego cylindrów przez zawory wlotowe i zapalana tam przez iskrę świecy zapłonowej. Podczas spalania i rozszerzalności cieplnej gazów z nadciśnienia tłok wprawia się w ruch przenosząc pracę mechaniczną na obrót wału korbowego.

Praca tłokowego silnika spalinowego odbywa się cyklicznie. Cykle te są powtarzane kilkaset razy na minutę. Zapewnia to ciągły obrót do przodu wału korbowego opuszczającego silnik.

Zdefiniujmy terminologię. Suw to proces roboczy, który zachodzi w silniku jednym skokiem tłoka, a dokładniej jednym ruchem tłoka w jednym kierunku, w górę lub w dół. Cykl to zbiór taktów, które powtarzają się w określonej kolejności. Według liczby kleszczy w obrębie jednego pracownika Cykl ICE dzielą się na dwusuwowy (cykl realizowany jest w jednym obrocie wału korbowego i dwóch suwach tłoka) oraz czterosuwowy (w dwóch obrotach wału korbowego i czterech suwach tłoka). Jednocześnie zarówno w tych, jak iw innych silnikach proces pracy przebiega według następującego planu: wlot; kompresja; spalanie; rozbudowa i wydanie.

Zasady dotyczące silników spalinowych

- Zasada działania silnika dwusuwowego

Po uruchomieniu silnika tłok, porwany przez obrót wału korbowego, zaczyna się poruszać. Gdy tylko osiągnie dolny martwy punkt (BDC) i porusza się w górę, mieszanka powietrzno-paliwowa jest podawana do komory spalania cylindra.

W ruchu do góry tłok ściska go. W momencie, gdy tłok osiąga górny martwy punkt (TDC), iskra z elektronicznej świecy zapłonowej zapala mieszankę paliwowo-powietrzną. Rozprężając się natychmiast, palące się opary paliwa szybko popychają tłok z powrotem do dolnego martwego punktu.

W tym czasie otwiera się zawór wydechowy, przez który gorące spaliny są usuwane z komory spalania. Po ponownym minięciu BDC tłok wznawia ruch do GMP. W tym czasie wał korbowy wykonuje jeden obrót.

Wraz z nowym ruchem tłoka ponownie otwiera się kanał dolotowy mieszanki paliwowo-powietrznej, która zastępuje całą objętość uwolnionych spalin, a cały proces powtarza się od nowa. Ze względu na to, że praca tłoka w takich silnikach jest ograniczona do dwóch suwów, wykonuje on znacznie mniej niż w silniku czterosuwowym liczbę ruchów na określoną jednostkę czasu. Straty tarcia są zminimalizowane. Jednak uwalniane jest dużo energii cieplnej, a silniki dwusuwowe nagrzewają się szybciej i mocniej.

W silnikach dwusuwowych tłok zastępuje mechanizm rozrządu zaworowego, w trakcie jego ruchu, w określonych momentach, otwierając i zamykając robocze otwory wlotowe i wylotowe w cylindrze. Najgorsza wymiana gazu w porównaniu z silnikiem czterosuwowym jest główną wadą dwusuwowego układu ICE. W momencie usuwania spalin pewien procent nie tylko substancji roboczej jest tracony, ale także mocy.

Sferami praktycznego zastosowania dwusuwowych silników spalinowych są motorowery i skutery; silniki do łodzi kosiarki, piły łańcuchowe itp. sprzęt małej mocy.

Te wady są pozbawione czterosuwowych silników spalinowych, które w różnych wersjach są instalowane w prawie wszystkich nowoczesnych samochodach, ciągnikach i innym sprzęcie. W nich wlot / wylot mieszanki palnej / spalin odbywa się w postaci oddzielnych procesów roboczych, a nie w połączeniu ze sprężaniem i rozprężaniem, jak w przypadku dwusuwowych. Za pomocą mechanizmu dystrybucji gazu zapewniona jest mechaniczna synchronizacja działania zaworów dolotowych i wydechowych z prędkością wału korbowego. W silniku czterosuwowym wtrysk mieszanki paliwowo-powietrznej następuje dopiero po całkowitym usunięciu spalin i zamknięciu zaworów wydechowych.

Proces pracy silnika spalinowego

Każdy skok to jeden skok tłoka od górnego do dolnego martwego punktu. W tym przypadku silnik przechodzi przez następujące fazy pracy:

• Pierwszy skok, spożycie... Tłok przesuwa się od górnego do dolnego martwego punktu. W tym czasie wewnątrz cylindra pojawia się podciśnienie, otwiera się zawór wlotowy i wchodzi mieszanka paliwowo-powietrzna. Na końcu wlotu ciśnienie we wnęce cylindra mieści się w zakresie od 0,07 do 0,095 MPa; temperatura - od 80 do 120 stopni Celsjusza.
• Drugi środek, kompresja... Gdy tłok przesuwa się od dolnego do górnego martwego punktu, a zawory dolotowy i wydechowy są zamknięte, palna mieszanina jest sprężana w komorze cylindra. Procesowi temu towarzyszy wzrost ciśnienia do 1,2-1,7 MPa, a temperatury do 300-400 stopni Celsjusza.
• Trzeci środek, ekspansja... Zapala się mieszanka paliwowo-powietrzna. Towarzyszy temu uwolnienie znacznej ilości energii cieplnej. Temperatura we wnęce cylindra gwałtownie wzrasta do 2,5 tys. stopni Celsjusza. Pod ciśnieniem tłok szybko przesuwa się do dolnego martwego punktu. Wskaźnik ciśnienia w tym przypadku wynosi od 4 do 6 MPa.
• Czwarty środek, problem... Podczas ruchu wstecznego tłoka do górnego martwego punktu otwiera się zawór wydechowy, przez który spaliny są wypychane z cylindra do rury wydechowej, a następnie do otoczenia. Wskaźniki ciśnienia w końcowej fazie cyklu wynoszą 0,1-0,12 MPa; temperatury - 600-900 stopni Celsjusza.

Układy pomocnicze silników spalinowych

Układ zapłonowy jest częścią wyposażenia elektrycznego maszyny i jest zaprojektowany dać iskrę, zapalając mieszankę paliwowo-powietrzną w komorze roboczej cylindra. Części składowe układy zapłonowe to:

• Źródło mocy... Podczas uruchamiania silnika jest to bateria akumulatorowa, a podczas jego pracy - generator.
• Przełącznik lub wyłącznik zapłonu... Wcześniej był mechaniczny, a w ostatnich latach coraz częściej elektryczny skontaktuj się z urządzeniem do dostarczania napięcia elektrycznego.
• Magazynowanie energii... Cewka lub autotransformator to jednostka zaprojektowana do przechowywania i przetwarzania energii wystarczającej do wytworzenia wymaganego wyładowania między elektrodami świecy zapłonowej.
• Rozdzielacz zapłonu (dystrybutor)... Urządzenie zaprojektowane do rozprowadzania impulsów wysokiego napięcia wzdłuż przewodów prowadzących do świec zapłonowych każdego cylindra.

Układ zapłonowy ICE

- Układ dolotowy

Zaprojektowano układ dolotowy silnika spalinowego dla nieprzerwany piłowanie do silnika atmosferyczny powietrze, do mieszania go z paliwem i przygotowania mieszanki palnej. Należy zauważyć, że w dawnych silnikach gaźnikowych układ dolotowy składa się z kanału powietrznego i filtra powietrza. I to wszystko. Układ dolotowy nowoczesne samochody, ciągniki i inny sprzęt to:

• Wlot powietrza... Jest to rura odgałęziona wygodna dla każdego konkretny silnik formularze. Za jego pośrednictwem powietrze atmosferyczne jest zasysane do silnika poprzez różnicę ciśnień w atmosferze iw silniku, gdzie podczas ruchu tłoków powstaje podciśnienie.
• Filtr powietrza... Ten zużywalny, przeznaczony do oczyszczania powietrza wchodzącego do silnika z kurzu i cząstek stałych, ich opóźnienia na filtrze.
• Zawór dławiący... Zawór powietrza przeznaczony do regulacji przepływu odpowiednia ilość powietrze. Mechanicznie aktywowany przez wciśnięcie pedału gazu i w nowoczesna technologia- za pomocą elektroniki.
• Kolektor dolotowy... Rozprowadza przepływ powietrza do cylindrów silnika. Dawać przepływ powietrza do pożądanej dystrybucji stosuje się specjalne klapy wlotowe i wzmacniacz podciśnienia.

Układ paliwowy, czyli układ zasilania silnika spalinowego, jest „odpowiedzialny” za nieprzerwaną pracę zapas paliwa do tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej. Część system paliwowy obejmuje:

• Zbiornik paliwa- zbiornik do przechowywania benzyny lub oleju napędowego z urządzeniem do pobierania paliwa (pompa).
• Przewody paliwowe- komplet rurek i węży, przez które silnik otrzymuje swoje „pokarm”.
• Urządzenie mieszające, tj. gaźnik lub wtryskiwacz- specjalny mechanizm do przygotowania mieszanki paliwowo-powietrznej i jej wtrysku do silnika spalinowego.
• Elektroniczna jednostka kontrolująca(ECU) tworzenie i wtrysk mieszanki - in silniki wtryskowe to urządzenie jest „odpowiedzialne” za synchroniczne i efektywna praca w sprawie tworzenia i dostarczania palnej mieszanki do silnika.
• Pompa paliwowa - urządzenie elektryczne do pompowania benzyny lub oleju napędowego do przewodu paliwowego.
• Filtr paliwa jest materiałem eksploatacyjnym do dodatkowego oczyszczania paliwa podczas jego transportu ze zbiornika do silnika.

Schemat układu paliwowego ICE

- System smarowania

Zadaniem układu smarowania silnika spalinowego jest: zmniejszenie siły tarcia i jego destrukcyjny wpływ na części; dywersja części zbędnych ciepło; usunięcie produkty osady węglowe i zużycie; ochrona metal przed korozją... Układ smarowania silnika spalinowego obejmuje:

• Miska olejowa- zbiornik do przechowywania oleju silnikowego. Poziom oleju w misce jest kontrolowany nie tylko przez specjalny prętowy wskaźnik poziomu, ale również przez czujnik.
• Pompa olejowa- pompuje olej z palety i dostarcza go do niezbędnych części silnika przez specjalne wywiercone kanały - "linie". Pod wpływem grawitacji olej spływa ze smarowanych części z powrotem do miski olejowej, tam gromadzi się i cykl smarowania powtarza się ponownie.
• Filtr oleju wychwytuje i usuwa cząstki stałe z oleju silnikowego z osadów węglowych i produktów zużycia. Wkład filtra jest zawsze wymieniany na nowy przy każdej wymianie oleju silnikowego.
• Chłodnica oleju przeznaczony do chłodzenia oleju silnikowego za pomocą płynu z układu chłodzenia silnika.

Wydechowy System ICE służy do usunięcia zużyty gazy oraz redukcja szumów praca silnika. W nowoczesnej technologii system wydechowy składa się z następujących części (w kolejności spalin z silnika):

• Kolektor wydechowy. Jest to system rur wykonanych z żeliwa wysokotemperaturowego, który odbiera rozżarzone spaliny, gasi ich pierwotny proces oscylacyjny i kieruje je dalej do rury ssącej.
• Rura spustowa- zakrzywiony wylot gazu wykonany z ognioodpornego metalu, popularnie zwany „spodniami”.
• Rezonator lub mówiąc potocznie „bank” tłumika to pojemnik, w którym następuje oddzielenie spalin i zmniejszenie ich prędkości.
• Katalizator- urządzenie przeznaczone do oczyszczania i neutralizacji spalin.
• Tłumik- kontener z zespołem specjalnych przegród przeznaczonych do wielokrotnych zmian kierunku przepływu gazu i odpowiednio ich hałasu.

Układ wydechowy silnika spalinowego

- System chłodzenia

Jeśli na motorowerach, skuterach i niedrogich motocyklach jest nadal używany system powietrzny chłodzenie silnika - przy nadchodzącym przepływie powietrza, to oczywiście nie wystarczy dla mocniejszej technologii. Działa tu system chłodzenia cieczą, zaprojektowany dla pochłanianie nadmiaru ciepła na silniku i redukcja obciążeń termicznych o jego szczegółach.

• Chłodnica samochodowa system chłodzenia służy do oddawania nadmiaru ciepła do otoczenia. Składa się z dużej liczby zakrzywionych rurek aluminiowych, użebrowanych w celu dodatkowego rozpraszania ciepła.
• Wentylator zaprojektowany w celu zwiększenia efektu chłodzenia chłodnicy przez nadchodzący strumień powietrza.
• Pompa wodna(pompa) - „prowadzi” płyn chłodzący przez „małe” i „duże” kręgi, zapewniając jego cyrkulację przez silnik i chłodnicę.
• Termostat- specjalny zawór, który zapewnia optymalna temperatura płyn chłodzący uruchamiając go w "małym kółku", omijając chłodnicę (przy zimnym silniku) i przez " duże koło”, Przez chłodnicę - z ciepłym silnikiem.

Dobrze skoordynowana praca tych układów pomocniczych zapewnia maksymalną wydajność i niezawodność silnika spalinowego.

Podsumowując, należy zauważyć, że w dającej się przewidzieć przyszłości nie oczekuje się pojawienia się godnych konkurentów silnika spalinowego. Istnieją wszelkie powody, by twierdzić, że w swojej nowoczesnej, ulepszonej formie pozostanie przez kilkadziesiąt lat dominującym typem silnika we wszystkich sektorach światowej gospodarki.