Двигатель внутреннего сгорания

Значительный рост всех отраслей народного хозяйства требует перемещения большого количества грузов и пассажиров. Высокая маневренность, проходимость и приспособленность для работы в различных условиях делает автомобиль одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров. На долю автомобильного транспорта приходится свыше 80% грузов, перевозимых всеми видами транспорта вместе взятыми, и более 70% пассажирских перевозок. За последние годы заводами автомобильной промышленности освоены многие образцы модернизированной и новой автомобильной техники, в том числе для сельского хозяйства, строительства, торговли, нефтегазовой и лесной промышленности. В настоящее время существует большое количество устройств, использующих тепловое расширение газов. К таким устройствам относится карбюраторный двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т. д.

Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы:
1. Двигатели с внешним сгоранием.
2. Двигатели внутреннего сгорания.

Изучая тему урока “Двигатели внутреннего сгорания” в 8 классе мы заинтересовались этой темой. Мы живем в современном мире, в котором техника играет важную роль. Не только та техника, которую мы используем у себя дома, но и на которой ездим – автомобиль. Рассматривая машину, я убедился, что двигатели это необходимая часть автомобиля

Неважно будь это старая или новая машина. Поэтому мы решили затронуть тему двигателя внутреннего сгорания, который использовали и раньше и сейчас

Для того, чтобы понять устройство ДВС, мы решили создать его сами и вот, что у нас получилось.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

Блок цилиндров . Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).

Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

Замену ГРМ проводят через каждые 60000 — 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

Система питания . В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
Система смазки . Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
Система охлаждения . Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто

А это одна из важнейших характеристик любого мотора.

Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС.

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени. Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения «Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля», на платформе ELECTUDE

Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор

Литература

1. Хрестоматия по физике: А. С. Енохович – М.: Просвещение, 1999
2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: – М., Высшая школа., 1989.
3. Кабардин О. Ф. Физика: Справочные материалы: Просвещение 1991.
4. Интернет–ресурсы.

Авторы работы:
Кайгородов Илья,
Филипчук Евгений,
ученики 10 класса

Руководители работы:
Шаврова Т. Г. учитель физики,
Бачурин Д. Н. учитель информатики.

Муниципальное общеобразовательное учреждение
“Первомайская средняя общеобразовательная школа №2”
Бийского района Алтайского края

Презентация работы: http://static.livescience.ru/dvigatel/presentation.pdf

Шатунно-поршневая группа

При разборке шатунно-поршневой группы рекомендуется шатун в сборе с поршнем закрепить в тисках, снять с помощью приспособления поршневые кольца, вынуть круглогубцами стопорные кольца поршневого пальца. При снятии маслосъемного кольца необходимо с помощью приспособления снять кольцевые диски, затем вручную вынуть расширители. Для выпрессовки поршневого пальца следует нагреть поршень в масле или в электронагревательном приборе до температуры 55 °С, выпрессовать поршневой палец с помощью оправки и отсоединить поршень от шатуна. Затем необходимо проверить состояние поршневого пальца, поршня и втулок верхней головки шатуна.

Техобслуживание двигателя автомобиля в основной период эксплуатации

В общем виде техническое обслуживание движка автомобиля включает в себя:

очистку ДВС и навесных агрегатов от загрязнений, удаление смолистых отложений масел, нагара;
проверку и подтяжку резьбовых соединений;
замену масла и тосола/антифриза, фильтров в топливной, масляной и воздушной системах;
регулировку при необходимости.

Особое внимание при первом техническом обслуживании (ТО-1) автомобиля уделяют протяжке болтов и гаек в системах крепления выпускного коллектора, глушителя и опор двигателя. При втором техническом обслуживании (ТО-2) делают проверку и протяжку (если есть необходимость) крепления головок цилиндров, регулировку тепловых зазоров клапанов в газораспределительной системе, проверку и регулировку натяжения ремня генератора, ГРМ и т

п.

В течение основного периода эксплуатации автомобиля проводится техническое обслуживание разных видов:

ЕО — ежедневное обслуживание;
ТО-1 — первое техническое обслуживание;
ТО-2 — второе техническое обслуживание;
СО — сезонное техническое обслуживание.

1. Ежедневное обслуживание двигателя.

Данный вид технического обслуживания включает следующие действия:

Визуальный осмотр движка.
Проверка уровня масла и охлаждающей жидкости, при необходимости их доливка.
Оценка работы мотора (по приборам на панели и на слух).

2. Первое техническое обслуживание.

Данный вид технического обслуживания включает следующие действия:

Проверка надежности закрепления агрегатов движка на раме и кузове.
Проверка надежности фиксации оборудования непосредственно на двигателе (генератора, бензонасоса, глушителя).
Проверка надежности крепления передних опор.
Проверка картерного поддона на подтекания, при необходимости — подтяжка болтов.
Регулировка.
Проведение операций согласно карте смазки.

3. Второе техническое обслуживание.

Второе техническое обслуживание включает следующие действия:

Выполнение всех пунктов первого технического обслуживания.
Проверка и затяжка (если нужно) гаек крепления головки цилиндров.
Регулировка тепловых зазоров клапанов и, при наличии, толкателей и коромысел.
Проверка компрессии в цилиндрах.
При необходимости — удаление нагара.

Операции первого технического обслуживания не требуют разбора движка, тогда как при втором ТО необходимо снять клапанные крышки с головок цилиндров для диагностики и регулировок зазоров в ГРМ.

Каждый автопроизводитель разрабатывает методические рекомендации по профилактике неполадок и ремонту двигателя. Так, момент затяжки головки бензиновых двигателей ниже, чем у дизельных. При этом производить оценку крепления алюминиевой головки цилиндров нужно на холодном движке, а чугунной — на прогретом.

При отрицательных температурах подтяжка головок цилиндров запрещена. Мотор необходимо прогреть и только потом приступать к затяжке креплений. Затягивать болты следует равномерно, в два приема, согласно рекомендованной изготовителем схеме, где учтены особенности конструкции двигателя. Для протяжки используют специальный динамометрический ключ. Данный вид работы проводят одновременно с затягиванием болтов крепления выпускной системы. Завершить процедуру следует проверкой зазоров в клапанах и, при необходимости, их регулировкой, специфика которой обусловлена конструкцией движка.

В период эксплуатации автомобиля нередко меняется допустимый зазор между клапанами и толкателями, в результате ухудшается заполнение камеры сгорания цилиндров топливной смесью и затрудняется выведение выхлопных газов. Все это приводит к повышенному расходу топлива и снижению мощности ДВС.

Как работает четырехтактный двигатель

Конструктивно рабочий цикл типового четырехтактного агрегата обеспечивается работой следующих элементов:

цилиндр;
поршень — выполняет возвратно-поступательные движения внутри цилиндра;
клапан впуска — управляет процессом подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания;
клапан выпуска — управляет процессом выброса отработавших газов из цилиндра;
свеча зажигания — осуществляет воспламенение образовавшейся топливовоздушной смеси;
коленчатый вал;
распределительный вал — управляет открытием и закрытием клапанов;
ременной или цепной привод;
кривошипно-шатунный механизм — переводит движение поршня во вращение коленчатого вала.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рабочий цикл такого механизма состоит из четырех тактов, в ходе которых реализуются следующие процессы:

Впуск (нагнетание топлива и воздуха). В начале цикла поршень находится в ВМТ. В момент, когда коленвал начинает вращаться, он воздействует на поршень и переводит его в НМТ. Это приводит к образованию разрежения в камере цилиндра. Распредвал воздействует на клапан впуска, постепенно открывая его. Когда поршень оказывается в крайнем положении клапан полностью открыт, в результате чего происходит интенсивное нагнетание топлива и воздуха в камеру цилиндра.
Сжатие (увеличение давления горючей смеси). На втором этапе поршень начинает обратное перемещение к верхней мертвой точке такта сжатия. Коленвал совершает еще один поворот, а оба клапана полностью закрыты. Внутреннее давление увеличивается до величины 1,8 МПа и повышается температура горючей смеси до 600 С°.
Расширение (рабочий ход). При достижении верхней позиции поршнем в камере сгорания устанавливается максимальная компрессия до 5 МПа и срабатывает свеча зажигания. Это приводит к возгоранию смеси и увеличению температуры до 2500 С°. Давление и температура приводят к интенсивному воздействию на поршень, и он начинает вновь перемещаться к НМТ. Коленвал совершает еще поворот, и таким образом, тепловая энергия переходит в полезную работу. Распредвал открывает выпускной клапан, и при достижении поршнем НМТ он полностью раскрыт. В результате отработавшие газы начинают постепенно выходить из камеры, а давление и температура снижаются.
Выпуск (удаление отработавших газов). Коленвал двигателя поворачивается, и поршень начинает движение в верхнюю точку. Это приводит к выталкиванию отработавших газов и еще большему снижению температуры и уменьшению давления до 0,1 МПа. Далее, начинается новый цикл, в ходе которого указанные процессы вновь повторяются.

Четырехтактный двигатель получил широкое распространение. Он может работать как с бензином, так и с дизельным топливом. Отличием рабочего цикла для дизеля является то, что воспламенение топливовоздушной смеси происходит не от искры, а от высокого давления и температуры в конечной точке такта сжатия.

Как работает двухтактный мотор

Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.

Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.

Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.

Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.

Watch this video on YouTube

Преимущества и недостатки

Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.

Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.

Ремонт генератора своими руками

Генератор представляет собой устройство, которое осуществляет преобразование механической энергии в электрическую. Благодаря наличию данного прибора все системы автомобиля работают исправно. Кроме этого, именно генератор заряжает аккумуляторную батарею в машине и питает силовой агрегат.

Учитывая это, необходимо понимать, что поломка генератора приводит к тому, что АКБ не получает нужного заряда, из-за чего могут возникнуть серьезные проблемы.

По этой причине многие автомобилисты осуществляют ремонт генератора своими руками в случае появления различных неисправностей. Рассмотрим типичные неисправности генератора.

Распространенные поломки

Как правило, о наличии сбоев в работе генератора свидетельствует следующее:

генератор обеспечивает подачу недостаточно высокого напряжения;
на панели приборов загорается соответствующий индикатор;
генератор вообще не вырабатывает электричество;
посторонние звуки, которые появляются во время работы генератора.

Профилактические действия

Прежде чем приступить к ремонту генератора своими руками, советуем выполнить проверку данного прибора, для чего его надо разобрать. Ещё до этого желательно убедиться в том, что ремень генератора натянут (подробнее о том, как выполняется натяжка и замена ремня генератора читайте в соответствующей статье).

Для проверки необходимо надавить на центральную часть ремня с помощью пальца. Если ремень натянут нормально, он опустится максимум на 5 мм. Если же ремень установили совсем недавно, он должен прогибаться лишь на 1-2 мм.

Обратите внимание

Об износе ремня свидетельствует недостаточно сильная натяжка. В таких случаях подтягиваем ремень генератора. Кроме этого, профилактика заключается в прокручивании натяжного ролика генератора.

Если во время этого появляются посторонние шумы и скрипы, придется воспользоваться маслом либо заменить данный элемент.

Проверка состояния генератора

Для того чтобы определить техническое состояние устройства необходимо подготовить следующее:

Вольтметр.
Амперметр.
Реостат.

Для определения частоты вращения ротора придется воспользоваться тахометром (если этот прибор установлен на приборном щитке возле спидометра, вам повезло). Если генератор исправен, этот показатель составит минимум 2 тыс. оборотов в минуту.

В каких случаях нужен ремонт генератора

Сначала мы упомянем некоторые факторы, которые могут привести к выходу из строя рассматриваемого прибора. Если в вашем автомобиле генератор не вырабатывает заряд, скорее всего, причины в следующем:

износ либо поломка щеток генератора;
замыкание обмотки или обрыв в роторной либо статорной цепи;
плохие контакты либо выход из строя предохранителя;
поломка реле регулятора.

В большинстве таких ситуациях придется покупать новые элементы прибора и производить их замену. А для этого необходимо знать, как разобрать генератор.

Сначала необходимо снять щеткодержатель, а также регулятор напряжения (для этого следует осторожно открутить соответствующие крепления).
Вытянуть натяжные болты, а также крышку и статор.

Снять крышку, предварительно отключив фазные обмотки от выводов, расположенных на блоке выпрямления.
Снять гайку крепления шкива и сам шкив с вала.

Снять крышку генератора (понадобится соответствующий съемник).

Ремонт основных неисправностей генератора своими руками

Если произошло замыкание обмотки, заменой элемента обойтись не удастся. В случае обрыва обмотки её можно восстановить или установить новые провода. Нередко проблема возникает возле контактных колец.

Помимо этого, поломка может быть вызвана распайкой одного из окончаний обмотки. Для выхода из ситуации отматываем виток в зоне разрыва с роторной обмотки.

После этого удаляем отломанную часть обмотки с контактного кольца и припаиваем в это место предварительно отмотанный провод. Если провод просто отпаялся, его надо просто припаять обратно.

Если генератор обеспечивает чрезмерно сильный либо слабый заряд, необходимо заменить реле. Если во время проверки напряжения вы убедились, что генератор работает нормально, однако на приборном щитке горит лампочка, это может свидетельствовать о том, что сгорел соответствующий диод. Эти диоды расположены в генераторе, для их замены прибор придется разбирать.

Как видите, ремонт генератора своими руками вполне реально сделать. Для этого нужно иметь лишь определенные знания и немного навыков. Во время проверки и замены отдельных элементов устройства советуем придерживаться основных правил безопасности.

Многие автомобилисты сталкиваются с проблемой свиста ремня генератора. О её устранении читайте в одной из наших статей.

Классификация

Выяснив принцип работы двс, водитель может приступать к изучению классификации устройства. Каждый производитель старается его по-своему усовершенствовать. Кто-то пытается увеличить мощность, другие — уменьшить выход токсичных веществ в атмосферу, третьи — оптимизировать стоимость. Рассмотрим, какие на сегодняшний день существуют ДВС и по каким критериям их подразделяют.

Тип конструкции

Двигатели внутреннего сгорания подразделяются на виды по типу конструкции: роторные, поршневые и газовые турбины.

Как работает двигатель внутреннего сгорания роторного типа? На ротор действует давление газов, при этом мотор не имеет ГРМ. Его роль выполняют выпускные (впускные) окна в стенках корпуса по бокам.

Поршневой тип функционирует от поршня, который приводится в действие от сгорающих газов. Поршень толкает коленчатый вал. Что касается газовых турбин, то в ДВС газы на большой скорости влетают на лопатки турбины. Компрессор, установленный в моторе, в свою очередь, предназначается для нагнетания воздуха.

Тип топлива

ДВС функционирует за счет сжигания смеси воздуха с дизелем, газом либо бензином. Если водитель предпочитает газовое топливо, то в его качестве используется сочетание пропана и бутана, сжиженного газа, метана или водорода.

Рабочий цикл

Двигатель внутреннего сгорания имеет рабочий цикл. Он представляет собой последовательность процессов в цилиндрах, которые превращают топливную энергию в механическую.

Существует 2-х тактный и 4-х тактный цикл, каждый из которых работает по своему принципу. В первом случае впуск и сжатие происходят одновременно, а во втором — по четырем тактам (сжатие, впуск, выпуск, рабочий ход).

Нельзя выделить из этих двух ДВС лучший, поскольку 2-х тактный по рабочему циклу является более компактным, а 4-х тактный считается лучше по экономичности.

Работа ГРМ

ГРМ устанавливается по одной из четырех схем, описанных выше по тексту. Каждая компоновка влияет на работу «движка». Помимо этого, приводы клапанов подразделяются по способу регулировки зазоров. Их настройка проводится ручным методом. Для этого меняют в коромыслах винты, либо устанавливают гидрокомпенсаторы для авторегулировки.

Количество цилиндров

Существует одноцилиндровые моторы, которые функционируют не столь равномерно, но это не сильно сказывается на их работе в мопедах и мотоциклах. «Движок» для авто устроен по-другому, здесь требуется более высокая мощность и большой объем цилиндров. В легковые машины по большей части ставят моторы с 4-мя цилиндрами, а в грузовики: 6-ти или 8-ми цилиндровые двигатели. В элитные автомобили марки Ауди могут быть установлены 12-ти цилиндровые «движки».

Расположение цилиндров

Поршневые двигатели подразделяются по схемам блока цилиндров. Они могут быть представлены в виде разного рода конструкций. Их около 5 разновидностей. В зависимости от компоновки под капот мотор ставят под разными углами.

Создание рабочей смеси

Способ смесеобразования — еще один критерий, по которому классифицируются ДВС. Существует внешнее и внутреннее смесеобразование. Первый тип присутствует в карбюраторных моторах, а также в агрегатах с впрыском во впускной коллектор. Второй тип находится в дизельных «движках», а также в бензиновых, имеющих впрыск в камеру сгорания.

Типы поршней

В двигателях внутреннего сгорания применяется два типа поршней, различающихся по конструктивному устройству – цельные и составные.

Цельные детали изготавливаются путем литья с последующей механической обработкой. В процессе литья из металла создается заготовка, которой придается общая форма детали. Далее на металлообрабатывающих станках в полученной заготовке обрабатываются рабочие поверхности, нарезаются канавки под кольца, проделываются технологические отверстия и углубления.

В составных элементах головка и юбка разделены, и в единую конструкцию они собираются в процессе установки на двигатель. Причем сборка в одну деталь осуществляется при соединении поршня с шатуном. Для этого, помимо отверстий под палец в юбке, на головке имеются специальные проушины.

Достоинство составных поршней — возможность комбинирования материалов изготовления, что повышает эксплуатационные качества детали.