Системы двигателей

К тепловым двигателям, используемым на автомобилях, относятся карбюраторные четырехтактные и двухтактные двигатели с воспламенением от электрической искры, четырехтактные и двухтактные дизельные двигатели с воспламенением от сжатия, роторно-поршневые двигатели, газотурбинные и пр. Последние имеют большую перспективу. Кроме того, бывают варианты комбинированных силовых установок, дизельный двигатель и электропривод (аналогично существуют и комбинации двухтактных двигателей и электропривода, в том числе и для малолитражных легковых автомобилей). Перспективным является электромобиль, как альтернатива поршневым двигателям внутреннего сгорания.

На мотоциклах применяются те же типы поршневых двигателей внутреннего сгорания (в основном двухтактные). Данные типы благодаря их простоте устанавливаются на катерах, в стационарном виде и на некоторые специальные транспортные средства. Их основным преимуществом является то, что они имеют воздушное охлаждение в виде оребренных блоков и головок блоков двигателей. На автомобилях воздушное охлаждение сейчас применяется крайне редко (известны в основном лишь старые модели отечественных легковых автомобилей особо малого класса, а также большие дизели грузовых автомобилей. Карбюраторные двигатели таким образом практически не имеют варианта исполнения с воздушным охлаждением в виду большой шумности и тепловой нагрузки, но до сих пор исправно могут эксплуатироваться. Но при этом рабочий цикл большого двигателя может быть только четырехтактным, а не двухтактным

К основным конструктивным показателям двигателей относят его объем, объем камеры сгорания (объем пространства, освобождаемый поршнем при перемещении поршня от верхней мертвой точки до нижней), полный объем цилиндра (рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания), степень сжатия (отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания). Показатели этой группы, характеризуют конструктивные параметры двигателя по его объему.

К другой группе показателей относятся основные параметры, характеризующие мощностные данные двигателя: мощность двигателя (максимальная мощность двигателя при номинальной частоте вращения коленчатого вала двигателя), максимальный крутящий момент двигателя при определенной частоте вращения двигателя, удельная литровая мощность двигателя (отношение максимальной мощности к литражу),приемистость двигателя (отношение величин максимального крутящего момента к крутящему моменту при номинальной частоте вращения).Эти группы показателей входят в техническую характеристику автомобиля в целом как характеристики двигателей автомобилей.

Топливом для карбюраторных двигателей служат бензины типа А-92, А-95, А-98. Цифра означает наименьшее октановое число бензина, буква – бензин для автомобилей. Октановое число может определяться по моторному или исследовательскому методу. Маркировка бензина за рубежом несколько иная, однако она соответствует показателям по октановому числу, которое определяется аналогичными методами. Для повышения детонационных свойств бензинов (стойкости) добавляют антидетонатор – тетрастилсвинец, однако за рубежом его применение иногда ограничивается законом и сейчас у нас он также не применяется. В данном случае можно применять марганцевые добавки или спиртовые. Для дизелей применяется дизельное топливо: дизельные топлива маркируются по количеству содержащейся в них серы и по температуре вспышки. В качестве топлива могут также применяться этиловый или метиловый спирт, в том числе и в качестве добавок к бензинам или дизельному топливу, что обычно приводит к улучшению сгорания и уменьшению токсичности отработавших газов. В частности, к дизельному топливу могут добавлять рапсовое топливо (рафинированное масло). Для карбюраторных двухтактных двигателей используется бензин с добавкой моторного масла, что улучшает смазывающие способности и увеличивает надежность и долговечность цилиндропоршневой группы.

В газобаллонных автомобилях используются следующие марки газов: СПБТЗ (Л) – техническая смесь пропана и бутана, БТ – бутан технический и природный газ (метан). Топливо хранится в сжатом или сжиженном виде.

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Как известно за рубежом, а также на отечественных автомобилях находят широкое применение прогрессивные системы, улучшающие их параметры (мощность, экономичность, токсичность):,одной из которых относятся разные системы впрыска топлива. Они являются альтернативные схеме карбюраторных двигателе, работающим на бензине и обладающими основными факторами прогресса в данной области.

Их отличительная особенность заключается в использовании вместо механического элемента, предназначенного для приготовления топливо-воздушной смеси (карбюратора, причем достаточно сложного по конструкции) гидравлической топливной системы среднего давления с форсунками впрыска, топливным насосом (гидравлическим или электробензонасосом),электронным блоком и комплексом датчиков.

В системах данного типа существуют так же и другие вспомогательные элементы, которые также усложняют функциональные структурные схемы, однако определяют основное направление развития техники в этой области на длительную перспективу. Кроме того, необходимо отметить, что системы впрыска за рубежом так и получили название «электронные карбюраторы», начиная со старых моделей «Феникс» и «Мультек».

Для улучшения процесса сгорания поршневые двигатели внутреннего сгорания могут иметь различные формы камер сгорания: в виде определенной формы углублений в поршне; вытеснители, выплавленные в поршнях; камеры обычного типа, сферические, шатровые, предкамеры и пр. Это относится в большинстве своем и к карбюраторным, и к дизельным четырехтактным двигателям. Двухтактные двигатели обычно имеют простую форму камеры сгорания или полусферическую, а поршень – простого типа. Рабочая камера роторно-поршневого типа – сегментного вида, а для газотурбинных двигателей она представляет собой открытую камеру сгорания. К наиболее современным и экономичным камерам сгорания бензиновых двигателей внутреннего сгорания относятся предкамеры (или форкамерно -факельное зажигание). Для дизельных двигателей ее форма может быть очень разнообразна, а экономичность и мощностные параметры повышаются с помощью других устройств, в первую очередь за счет турбонаддува. Для двухтактных двигателей важную роль играет расположение впускных и выпускных окон и организация продувки, а на экономичность оказывает значительное влияние наличие клапана (золотника) на впуске.

Блоки цилиндров двигателей

Все двигатели имеют литой блок цилиндров, головку блока цилиндров, крышку клапанной коробки, поддон картера, прокладки и пр. Это основные корпусные детали, обеспечивающие возможность и надежность его функционирования. В блоке цилиндров устанавливаются гильзы цилиндров (в преобладающем большинстве «сухие». Двухтактные двигатели имеют головку блока цилиндров и гильзы с ореберением для воздушного охлаждения, а также, как правило, разъемный посередине блок-картер с элементами сцепления, коробки передач и прочее

Материалом изготовления блоков цилиндров обычно являются чугун или литьевой алюминий, головки блоков цилиндров отливаются из алюминия, и тем более оребренные для воздушного охлаждения. Чугун может выдерживать высокие температурные нагрузки, а литьевой алюминий позволяет изготовить сложные, в т ом числе оребренные формы, у которых очень большая поверхность охлаждения и большой теплоотвод.

Гильзы цилиндров или вышлифовываются в блоке путем доводки после литья этой формы блока и его закалки («сухие» гильзы),или имеют отдельную вставную форму в блок цилиндров с возможностью их замены («мокрые» гильзы).Блоки цилиндров могут иметь отлитую внутри рубашку охлаждения.

Типичными элементами двигателей являются основные системы кривошипно-шатунный механизм, механизмы газораспределения, система охлаждения, смазочная система, система питания и выпуска отработавших газов, система зажигания и электрического пуска.

Узлы кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршней, воспринимающих давление газов, во вращательное давление коленчатого вала. Детали кривошипно-шатунного механизма разделяются на неподвижные и подвижные. Детали первой группы перечислены ранее.

К подвижным деталям относятся поршень с кольцами и поршневым пальцем, шатун, коленчатый вал и маховик. Кроме того, существуют также крепежные детали. Поршни для карбюраторных и дизельных двигателей имеют несколько отличаются.

В частности, для бензиновых двигателей современные поршни имеют очень, короткую юбку и выполнены из алюминия. Кроме того, в днище поршня могут быть клапанные углубления, а на поршне имеется два компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Для дизельных двигателей поршни также в основном изготавливаются из алюминия, однако они имеют длинную, чуть овальную юбку для уменьшения задиров о зеркало цилиндра. В поршне имеется либо впадины под клапаны, либо вытеснители, либо определенная форма камеры сгорания, а также он имеет три компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Иногда на поршень наносится предупредительная маркировка эксцентриситета пальца (для правильной установки поршня). Поршни для двухтактных двигателей имеют обычно длинную юбку.

Поршни шатунов имеют литую пространственную форму с внутренними выплавленными бобышками, в которые вставляется шлифованный палец шатуна. С его помощью осуществляется сборка системы и передача усилия от поршня к маховику. Одновременно при вращении коленвала поршень толкается шатуном вверх. Все движение поршней вверх-вниз осуществляется внутри цилиндров. Шатун имеет высокопрочный стержень с бобышкой вверху для установки поршня на пальце и разьемным отверстием с крышкой для шатунного подшипника снизу. Он изготавливается ковкой из чугуна или стали.

Сам коленчатый вал изготавливается из чугуна путем ковки его колен в необходимую форму разворотов, а также может быть изготовлен сварным из специальных сталей. В теле коленчатого вала сверлятся внутренние длинные отверстия, связанные между собой в один канал. по которому подается масло под давлением для смазки подшипников скольжения (вкладышей) коренных опорных подшипников самого коленчатого вала и непосредственно шатунов. Сами подшипники скольжения, т.е. вкладыши выполняются из стальных полуколец с нанесенным на их поверхность антифрикционным материалом (бабитовые. вкладыши).Они могут работать лишь в условиях смазки под давлением или хотя бы подачей ее разбрызгиванием к узлам трения..

Поэтому двигатели, имеющие в коленчатых валах сверления для масляного канала работают долговечнее и требуют меньше замен вкладышей двигателя. Однако существуют так же коленчатые валы без внутренних высверленных каналов, но в блоке цилиндров имеются выплавленные внутренние обьемы с отверстиями возле самих вкладышей (хотя бы коренных),что представляет собой масляные каналы системы смазки из которых впрыскивается масло под давлением к этим узлам трения. Кроме того, системы смазки имеют масляный поддон, в котором вращается коленчатый вал и омывается самой смазкой, т.е. происходит «саморазбрызгивание» и смазка узлов трения. Поэтому наличие системы смазки с насосами давления для обеспечения работы двигателя-обязательное условие работы двигателя. Вкладыши двигателей имеют несколько ремонтных размеров и разделяются на коренные и шатунные.

Их сборка или замена осуществляется при разборке двигателя, его кривошипно-шатунного механизма путем снятия крышек вкладышей шатунов или шатунных шеек.

На мотоциклах применяются коленчатые валы разборной конструкции, на которых устанавливаются не подшипники трения, а подшипники качения (шариковые или роликовые), а смазка осуществляется внутри корпуса блока цилиндров обтекающей через его топливо-воздушной смесью, в состав которой обязательно добавляется масло. Такие конструкции разборных коленчатых валов стали применяться и для двигателей легковых автомобилей. Поэтому современные двигатели так же могут иметь подшипники качения хотя бы для шатунов. Современные конструкционные материалы могут обеспечить их прочность и долговечность при высоких давлениях сгорающих в камере сгорания газов при их расширении.

Любой коленчатый вал поршневого двигателя имеет коленчатую структуру с шейками подшипников и противовесами (щеками),которые обязательно уравновешываются при установке двигателя путем высверливания и удаления таким образом части металла из него до тех пор пока весь вал не будет равномерно вращаться на измерительном стенде. Это обязательное условие, иначе появится неравномерность работы двигателя, что приведет не только к высокой его вибрации, но и отказу его работы. Поэтому при изготовлении и сборке двигателя- уравновешивание коленчатого вала обязательная операция.

Коленчатый вал и маховик имеет литую форму с подшипниками скольжения (или качения на форсированных спортивных двигателях).

Важнейшим элементом кривошипно-шатуного механизма двигателя без которого так же невозможна его работа является маховик, который укрепляется на заднем фланце двигателя со стороны сцепления и коробки передач. Без маховика двигатель практически не будет работать, – его неравномерность будет наиболее высокой. Маховик представляет собой тяжелый инерционный диск с высверленным в нем отверстиями с целью окончательного его уравновешивания, удаления дисбаланса и вибрации. На маховик укрепляется сцепление трансмиссии. Маховик выполняется из стали и укрепляется с помощью болтов на фланце коленвала. Поверхность маховика шлифуется со стороны нажимного диска сцепления для обеспечения ровной и гладкой поверхности для работы буксования сцепления при переключениях передач или трогании с места и т. п.