Устройство  двигателя.

Принцип работы двигателя

              Кривошипно-шатунный  механизм  

 

          
 
 
 
 
 
 
 

 
 

      Устройство  двигателя внутреннего сгорания бензинового - это в общем случае связка кривошипно-шатунного механизма (КШМ), газораспределительного механизма (ГРМ) и систем, обслуживающих их работу:

      1.                 охлаждения

      2.                 смазки

      3.                 питания и выпуска отработавших газов

      4.                 зажигания

      5.                 пуска двигателя

      Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из блока цилиндров (блока картера), головки блока цилиндров и поддона картера.  
Блок цилиндров отливается единым с цилиндрами, поверхности которых затем обрабатываются хонингованием. Внутри блока цилиндров расположены поршни с надетыми на них поршневыми кольцами.      
 
 
 
 

 
 

      Поршни  соединены с коленчатым валом  шатунами. Шатун своей верхней (малой) частью крепится изнутри к поршню с помощью поршневого пальца. К коленчатому валу он крепится своей широкой частью, соединенной шейкой коленчатого вала через шатунный подшипник в виде баббитового вкладыша. Коленчатый вал пятиопорный, крепится снизу к блоку цилиндров через коренные подшипники. На коленчатый вал насажен маховик. Маховик – это массивный диск, по ободу которого крепится зубчатый венец, необходимый для соединения маховика  со стартером при пуске двигателя.  
Маховик обеспечивает плавность трогания автомобиля с места, вывод поршней из мертвых точек и движение поршней во вспомогательных тактах рабочего процесса.

      В головке блока цилиндров расположены  узлы газораспределительного механизма. Кроме того, блок цилиндров и головка  блока цилиндров имеют единую рубашку охлаждения. Это пространство между стенками цилиндров и наружными стенками двигателя, заполняемое охлаждающей жидкостью системы охлаждения. Поддон картера, который крепится снизу к блоку цилиндров, предназначен для хранения запаса моторного масла с погруженным в него масляным насосом.

Принцип действия, рабочий  процесс и устройство двигателя  на примере одноцилиндрового четырехтактного двигателя

 

 

      Рабочий процесс двигателя – это совокупность периодически повторяющихся в определенной последовательности, процессов внутри цилиндра двигателя.

      Каждый  такт – это процесс, происходящий за один ход поршня, т.е. за одно движение поршня от одной мертвой точки до другой мертвой точки. Мертвая точка (МТ) – это верхнее или нижнее положение поршня, при котором его скорость равна нулю. Этих точек две. Соответственно ВМТ – верхняя МТ и НМТ – нижняя МТ.  Когда поршень находится в НМТ, то пространство цилиндра, образующееся над ним, составляет рабочий объем цилиндра. Сумма рабочих объемов всех цилиндров составляет ЛИТРАЖ. 
Когда поршень находится в ВМТ, то пространство головки блока цилиндров, образующееся над ним составляет объем камеры сгорания.  
Таким образом, при нахождении поршня в НМТ все образующееся над ним пространство составляет полный объем цилиндра, который чисто арифметически составляет сумму рабочего объема и объема камеры сгорания.  
Отношение полного объема к объему камеры сгорания называется степенью сжатия. Чем больше объем цилиндров двигателя, тем больше мощность самого двигателя, а чем больше степень сжатия, тем больше мощность и экономичность двигателя.

НМТ, ВМТ

      Рабочий процесс состоит из четырех тактов: ВПУСК, СЖАТИЕ, РАБОЧИЙ ХОД (сгорание – расширение), ВЫПУСК.

      В камеру сгорания двигателя выведены два клапана ГРМ. Один из них  впускной, а другой - выпускной. Впускной клапан обеспечивает впуск в цилиндр горючей смеси. Горючая смесь образуется в системе питания и представляет собой смесь паров бензина и воздуха в определенном между собой соотношении. Выпускной клапан обеспечивает выпуск отработавших в двигателе газов, образующихся в результате сгорания в цилиндре смеси, в атмосферу через выпускной коллектор и систему выпуска отработавших газов. Оба эти клапана не могут быть одновременно открыты, так как нельзя одновременно и впускать смесь и выпускать газы, следовательно, открываются они поочередно. Но закрыты одновременно, они должны быть в двух тактах из четырех.

Такт  ВПУСК

      Поршень находится в ВМТ и движется вниз к НМТ. Открывается впускной клапан и под действием разрежения, создаваемого ходом поршня через открытый клапан внутрь цилиндра поступает горючая смесь. Эта смесь, попав в цилиндр, смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего цикла и образует РАБОЧУЮ СМЕСЬ.  Именно она и сгорает потом в цилиндре.

Такт  СЖАТИЕ

      Поршень движется от НМТ вверх ВМТ при  обоих закрытых клапанах. Когда он достигнет ВМТ,  рабочая смесь будет сжата до объема камеры сгорания со степенью сжатия.

Такт  РАБОЧИЙ ХОД

      Сжатая  рабочая смесь уже нагрета до такой степени, что готова мгновенно воспламениться. В этот момент на свече зажигания выведенной в камеру сгорания пробегает искра. Рабочая смесь воспламеняется и быстро сгорает. При ее сгорании выделяется тепло, преобразующее смесь в газы. Сила этих газов намного выше, чем давление, с которым была сжата смесь. Под действием силы давления этих газов поршень начинает движение вниз к НМТ при обоих закрытых клапанах. Это движение передается от поршня через шатун на коленчатый вал, вызывая его принудительное вращение. Результатом этого вращения будет появление на маховике крутящего момента (М кр.).

Такт  ВЫПУСК

      Поршень движется от НМТ вверх к  ВМТ и через открывшийся выпускной клапан выдавливает отработавшие газы в атмосферу через систему выпуска отработавших газов. Таким образом, можно сказать, что из четырех тактов только один – рабочий ход является полезным, а три остальных – вспомогательные, обеспечивающие такт рабочий ход. Рабочий процесс, происходящий в одном цилиндре, точно так же происходит в остальных цилиндрах, но сдвинут по началу первых тактов в соответствии с порядком работы цилиндров.

      Чаще  всего он такой – 1 – 3 – 4 – 2. см. таблицу ниже, но может и отличаться соответственно частному устройству двигателя.

 

 

Газораспределительный механизм

      Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для своевременного, в соответствии с порядком работы цилиндров открытия и закрытия клапанов, обеспечивая рабочий процесс двигателя. Он состоит из распределительного вала, соединенного специальной шестерней с коленчатым валом цепью или зубчатым ремнем ГРМ. Это необходимо для того, чтобы движение поршней, которое обеспечивается коленчатым валом, соответствовало открытию и закрытию клапанов. Следовательно, ориентация валов друг относительно друга должна быть строго определенной. Это обеспечивается совпадением рисок, нанесенных на шестерни (звездочки) валов, соединенных цепью или зубчатым ремнем.

      На  распределительный вал нанесены кулачки, которые своей выступающей  частью обеспечивают открытие клапанов, набегая на него или передавая  это движение через коромысло.

      Кроме  того, к ГРМ относятся впускной и выпускной клапаны с пружинами и маслосъемными колпачками.

      ГРМ требует уважительного к себе отношения из-за важности своего предназначения и необходимости периодического проведения регулировки тепловых зазоров  клапанов. Также необходимо следить  за  тем, в каком состоянии ремень ГРМ, так как срыв ремня ГРМ - относительно распространенная ситуация.

Система охлаждения

      При сгорании рабочей смеси в цилиндрах двигателя температура газов достигает 2500^о С. Это вызывает сильный нагрев деталей и может привести к:

      ·                   заклиниванию поршней в цилиндре

      ·                   обгоранию головок клапанов

      ·                   выгоранию смазки

      ·                   выплавлению вкладышей подшипников

      ·                   потере мощности двигателя.

      Для предупреждения этого в двигателе  необходимо поддерживать определенный тепловой режим, что обеспечивается системой охлаждения.  
Система охлаждения может быть воздушной, когда охлаждение двигателя достигается набегающим потоком воздуха, и жидкостной с элементами воздушной(комплексной).

      Температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 80^о С-90^о С на всех режимах работающего двигателя. При воздушном охлаждении тепловой режим двигателя определяется температурой масла в системе смазки – 90 – 120º С. На рассматриваемых автомобилях система охлаждения жидкостная, закрытая, с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.  
Заполняется система охлаждения раствором Тосол А-40, который при температуре ниже -40^оС превращается в густую массу