Двигатель автомобиля
Здравствуйте дорогие друзья!
Для тех кому интересно устройство и принцип действия двигателя автомобиля , я решил коротко описать его.
На этой страничке мы разберем:
1) Устройство двигателя автомобиля
2) Порядок работы цылиндров двигателя
3) Крутящий момент
Устройство и принцип работы двигателя
Двигатель автомобиля, он же, Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), представляет собой силовой агрегат, который, работает благодаря свойствам тепловой энергии.
Тепловая энергия выделяется в результате процесса горения чего либо. Если сгораемое вещество поместить в минимальное пространство и поджечь, то произойдет взрыв. В результате горения происходит увеличение давления от выделяемых газов при горении. А давление это энергия, и вот, чтобы не терять эту энергию – был изобретен двигатель внутреннего сгорания. Двигатель устроен так, чтобы вся энергия от горения направлялась в нужном направлении.
Двигатель внутреннего сгорания был изобретен еще в 17-м веке и принцип его работы почти нисколько не изменился до нашего времени.
По своей конструктивной особенности поршневая система выглядит так:
пары поршней находятся в радиальной противоположности, причем пары састоят из двух крайних цилиндров и двух средних. Это сделано для того, чтобы уравновесить, при больших оборотах, вращающиеся элементы двигателя, тем самым уменьшить вибрацию и детонацию двигателя в целом. Этому еще способствует конструкция коленвала, где в качестве противовесов выступают щечки кривошипа, что и уравннивает центробежные силы возникающие при оборотах.
1 – Цилиндр
2 – Коленчатый вал
3 – Поршень
4 – Шатун
5 – Маховик
6 – Распредвал
7 – Впускной клапан
8 – Выпускной клапан
9 – Картер
10 – Маслозаборник
11 – Поддон двигателя
– все эти элементы связаны между собой:
Картер – удерживающая коробка, которая удерживает все элементы двигателя и включает в себя блок цилиндров.
Цилиндры – это направляющие для поршней. Именно в цилиндрах происходит процесс воспламенения топлива, где вся энергия направляется в сторону поршня, который, в свою очередь, давит на шатун(4), а шатун начинает вращение коленвала(2). К каленвалу прикреплен Маховик(5)
Маховик, играет очень важную роль в работе двигателя:
во первых, он при вращении усиливает мощьность двигателя;
во вторых, его зубчатая часть связана со стартером, который начинает через маховик вращать каленвал и всю поршневую систему, за счет чего и происходит запуск двигателя;
в третьих, через него происходит связь двигателя и трансмиссии.
Чтобы двигатель работал динамично и практично, ему требуются определенные настройки. Эти настройки с самого начала устанавливают на заводе изготовителе.
Сюда входят настройки:
- количество топлива, подаваемое в цилиндры для оптимальной работы двигателя;
- своевременная подача искры, для воспламенения этого топлива;
- определенное количество подача воздуха для поддержания горения топлива;
На современных автомобилях за всем этим следит компьютер.
Все это должно происходить в нужное время, в нужном месте и в нужном количестве.
рисунок 2.
На рисунке мы видим схему, на которой изображены все действующие части работающего двигателя.
Каленвал связан с распредилительным валом цепью или зубчатым ремнем. Каленвал и распредвал должны вращаться четко синхронно.
Заводом изготовителем на них устанавливаются метки, которые при регулировке должны строго совпадать. Благодаря правильной регулировке газораспределительного механизма, двигатель будет работать равномерно и устойчиво.
На распределительном валу находятся кулачки, которые поочередно нажимают на клапана.
Клапана, в свою очередь. открываются либо закрываются и тем самым происходит впрыск топлива или выхлоп отработанных газов. Соответственно, впускные или выпускные клапана.
Это полезно знать при самостоятельном ремонте двигателя.
Порядок работы цилиндров
1 2 3 4
рисунок 3.
1 – Коленчатый вал
2 – Шатун
3 – Цилиндр
4 – Поршень
5.- Свеча зажигания
6 – Выпускной клапан ( 8 на рисуноке 1)
7 – Впускной клапан ( 7 на рисунке 1, впускной клапан больше выпускного)
Сейчас почти все автомобильные двигатели внутреннего сгорания имеют четырехтактную систему работы. Что это такое, мы сейчас разберем.
Такт – это ход поршня от верхней “мертвой” точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ). Так вот, у четырехцилиндрового двигателя соответственно четыре поршня и каждый поршень совершает четыре такта за один рабочий цикл. Полный цикл это когда поршень умудряется “сходить” туда – сюда два раза. За это время получается четыре такта: такт впрыска топлива – такт сжатия – такт воспламенения (рабочий ход) – такт выхлопа
Порядок работы цилиндров На схеме По цилиндрам это происходит так:
1 цилиндр – такт воспламенения топлива – (поршень идет вниз – рабочий ход)
2 цилиндр – такт выхлопа отработанных газов – (поршень идет вверх)
3 цилиндр – такт сжатия топлива – (поршень идет вверх)
4 цилиндр – такт впрыска топлива – (поршень идет вниз )
И так далее по кругу.
Подробнее: обычно, происходит так, по порядку – сначала происходит такт воспламенения топлива идет рабочий ход поршня, далее – такт выхлопа отработанных газов, следующий такт подачи топлива, и четвертый такт сжатие топлива и так далее по кругу. Впрыск топлива и выхлоп отработанных газов происходит, соответственно, через впускные(7) и выпускные(6) клапана.
Так выходит, у нас за цикл по настоящему работает только один цилиндр где происходит такт воспламенения топлива и передается крутящий момент на коленвал(1), а остальные как будьто бы “отдыхают”, но это сделано специально для того, чтобы улучшить вентиляцию цилиндров от выхлопных газов и увеличить эффективность работы топлива.
Насамом деле этот цикл происходит в каждом цилиндре и каждым поршнем в отдельности. Но это происходит с большой скоростью и заметить это можно только с помощью замедленной съемки.
И пока самыми оптимальными, являются четырехтактные двигатели.
Динамика автомобиля
Динамика автомобиля зависит от величины крутящего момента двигателя и правильного подбора передаточного числа в коробке передач.
Крутящий момент двигателя
Крутящий момент двигателя характеризует динамику двигателя и является одним из технических параметров автомобиля. У каждого двигателя есть свой крутящий момент и ограниченное количество оборотов.
Что такое крутящий момент
Крутящий момент двигателя внутреннего сгорания – это промежуток времени, за который происходит максимальная отдача энергии от воспламенения топлива, которое подается в цилиндры при полностью нажатой педали газа при предельных оборотах.
В цилиндрах создается сила, которая в полной мере давит на поршень только при определенных оборотах двигателя. Когда при этих оборотах происходит максимальное усилие на вращение коленвала – это и есть крутящий момент двигателя, т.е. пока чувствуется тяга при нажатии педали акселератора. Далее происходит увеличение оборотов, при которых уже концентрация силы не успевает, в полной мере, толкать поршень и только, те газы от воспламенения топлива, еще успевающие догнать поршень, будут держать обороты двигателя и разгонять автомобиль до максимальной скорости, и выдавая максимальную мощность.
Ещё можно так характеризовать крутящий момент.
Представьте рычаг длинной в 1 метр. Если одним концом рычаг закреплен перпендикулярно валу, а за другой конец вы крутите вал с силой 1 кг. Вы совершите работу равную 1кг силы на 1 метр ( работа равняется произведению силы на длинну рычага, которая измеряется в “ньютоно-метрах”, или кг с* м.).
Рычаг, конечно может быть любой длинны, и сила может применяться любая.
Если в характеристике двигателя указано, что величина крутящего момента 145 Н*м, значит, на конец метрового рычага давит сила 145 ньютонов (1 кг = 9,8 Ньютона). Если рычаг уменьшить в два раза, значит силу надо уже увеличивать в два раза. Отсюда появляется зависимость величины силы и длины рычага.
То же самое происходит при вращении коленвала и все это при определённых оборотах, когда давит максимальная сила на вращение рычага.
В двигателе, рычагом – является “колено” у коленвала, а силой – является взрыв в камере сгорания. Всё давление от взрыва давит на поршень, который, в свою очередь, давит на шатун, а шатун уже на колено, это и есть сила. Поршень, в свою очередь, соединен шатуном к коленвалу, и как только, эффект от силы будет на пределе – вот это и будет являться крутящим моментом двигателя. Это и будет определять, насколько динамичным будет автомобиль, и будет указываться в технической характеристике автомобиля, как крутящий момент двигателя в Н*м./ при оптимальных оборотах двигателя.
В общем, чем больше Н*м, тем лучше динамика двигателя автомобиля.
У любого двигателя есть предел оборотов.
Чтобы рационально использовать обороты двигателя или, так сказать, эффективность крутящего момента двигателя на динамику автомобиля, необходимо подобрать передаточное число в коробке передач. Что такое передаточное число читайте здесь.
Читайте также:
Технические характеристики автомобиля
Трансмиссия
Здесь он выполняет функции сцепления, а точнее является ведущим диском сцепления. К нему крепится, так называемая корзина сцепления, где находится подвижной ведущий диск сцепления. А между маховиком и подвижным диском, устанавливается ведомый диск, который связан шлицевым соединением с коробкой передач. Ведущий диск связан с педалью сцепления. Когда вы отпускаете педаль сцепления, подвижный диск прижимает ведомый диск к маховику и получается передача оборотов от двигателя на коробку передач, а далее уже, на ведущие колеса автомобиля. Вот так происходит трансмиссия.
А принцип работы этого двигателя, мы рассмотрим на примере велосипеда.
Я думаю, все знают гоночный или туристский велосипед – самый доступный способ для изучения принципа работы двигателя и коробки скоростей.
ВАШИ НОГИ – это «шатуны»(2)(помните? шатун в двигателе), которые давят на педали, а педальный механизм – это и есть коленвал(1). А ваша физическая сила давит на эти шатуны, как поршень(4) в двигателе.
Поршень находится в ограниченном пространстве, которое называется цилиндр(3), туда подается топливо. Это топливо поджигается искрой от свечи зажигания(5) и происходит воспламенение или, точнее, микровзрыв, вследствие чего, вся энергия от микровзрыва передается на поршень. Поршень связан с шатуном и давит на него, а шатун, в свою очередь давит на коленвал.
Коленвал – это своего рода, педальный механизм, а велосипед, у которого две педали, будем считать, имеет двух цилиндровый «биодвигатель». Благодаря действию вашей энергии или, скажем, физической силы, вы начинаете ногами давить на педали, тем самым приводить в действие педальный механизм (коленвал). По мере того, как вы быстро начнете вращать педали, будет увеличиваться скорость велосипеда благодаря оборотам педального механизма – «коленчатого вала» – как будто нажимаем на газ.
Порядок работы цилиндров двигателя
Педальный механизм соединен цепной передачей с ведущим колесом. Цепь ложится на звездочки, которые различаются по размеру. При вращении педалей («обороты двигателя») вам хочется, чтобы крутить было легче, для этого мы подбираем оптимальную передачу – специальное соотношение звездочек на заднем колесе и на педальном механизме.
После правильного выбора передачи, ногам- “двигателю”, становиться легче, разгонять велосипед. Но если скорость нас не устраивает, мы, разогнавшись до предела возможности ног – чтобы крутить педали , переключаем передачу на повышенную.
Происходит переход цепи на большую, по величине, звездочку, при этом скорость велосипеда увеличивается, но и увеличивается нагрузка на ноги.
При прямолинейном движении и без помех движению, скорость будет продолжать увеличиваться до ваших природных данных – уметь раскручивать педали т.е. быстроту ваших ног.
У каждого двигателя тоже есть предел числа оборотов.
Такой же, примерно, принцип действия разгона у автомобиля, только там нет цепной передачи. Вот эта передача оборотов от двигателя к колесам и называется трансмиссией.
Трансмиссия включает в себя сцепление и коробку передач, далее – ходовая часть – колеса.
Рычагом переключения передач включаем нам нужную передачу. Согласно конструкции коробки передач, чем меньше передача по номеру, тем меньше скорость, и наоборот, выше передача – выше скорость.
На эти конструктивные особенности вам не обязательно обращать внимание, но у многих есть интерес – как это работает?
Функции передачи оборотов от двигателя выполняют шестерни, которые передвигаются на валах рычагом передач. Согласно включенной вами передаче по порядку: 1-2-3-4-5, автомобиль начинает движение и разгон.
Если Вам нужно остановиться просто нажмите сцепление и тормоз, и установите рычаг переключения передач в нейтральное положение.
Об этом поговорим далее.
Читайте также:
Основные системы автомобиля
Характеристики автомобиля
Рулевое управление
Коробка передач
Тормоза
Устройство сцепления автомобиля
Управление автомобилем