Интернет журныл о промышленности в Украине

Довідкова і технічна інформація про деталі двигунів

Характеристики автомобільних двигунів.

Двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) - це найбільш поширене джерело енергії для транспортних засобів.

Цей двигун виробляє потужність за рахунок перетворення хімічної енергії палива в теплоту, яка потім перетворюється в механічну роботу.
Перетворення хімічної енергії в теплоту здійснюється при згорянні палива, а подальший перехід теплоти в механічну роботу здійснюється за рахунок внутрішньої енергії робочого тіла, яке, розширюючись, виконує роботу. В якості робочих тіл в ДВС використовуються гази, тиск яких зростає за рахунок стиснення. Якщо процес згоряння палива відбувається всередині циліндра двигуна, цей процес називається внутрішнім згорянням. Якщо процес згоряння відбувається поза циліндра, то він називається зовнішнім згорянням. За кількістю тактів розрізняють двигуни з двотактним і чотиритактним робочим циклом. Двотактний двигун це двигун, в якому присутні два робочих такту: стиснення і розширення. У двотактному двигуні весь робочий цикл повністю відбувається протягом одного обороту колінчастого валу. Газообмін відбувається в кінці такту розширення і на початку такту стиснення. Тривалість впуску та випуску визначається самим поршнем, коли він при переміщенні вгору після НМТ послідовно перекриває продувні і випускні вікна. До недоліків двотактного двигуна відноситься підвищена витрата палива і високий рівень викидів, погана робота на холостому ходу і підвищені теплові навантаження.

Чотиритактний двигун це двигун з чотирма робочими циклами:

  • Впуск - впуск повітря або паливної суміші. У процесі першого такту поршень опускається з верхньої мертвої точки (ВМТ) в нижню мертву точку (НМТ) і через впускний клапан в циліндр засмоктується свіжа паливно-повітряна суміш.
  • Стиснення - стиснення поршнем робочої суміші в камері згоряння. Поршень йде з НМТ у ВМТ, стискаючи отриману робочу суміш.
  • Робочий хід (згоряння і розширення) - рух поршня при згорянні робочої суміші; суміш підпалюється іскрою від свічки запалювання або тиском (дизель). Під час шляху поршня з ВМТ в НМТ паливо згорає, і під дією тепла згорілого палива робоча суміш розширюється, штовхаючи поршень.
  • Випуск - очищення камери згоряння від відпрацьованих газів. При досягненні поршнем ВМТ випускний клапан закривається, і цикл починається спочатку.

Перевагою чотиритактного двигуна є високий коефіцієнт наповнення у всьому діапазоні частот обертання колінчастого вала, низька чутливість до падіння тиску у випускній системі, можливість управління кривою наповнення шляхом підбору фаз газорозподілу і конструкцією впускної системи. Майже всі автомобільні двигуни це чотиритактні поршневі двигуни внутрішнього згоряння. Вони мають безліч характеристик - такі як крутний момент, потужність, ступінь стиснення, витрата палива, викид шкідливих речовин і т. Д., Які багато в чому залежать від їх конструктивних особливостей.

Коротко ми розберемо основні характеристики та відмінності поршневих автомобільних двигунів внутрішнього згоряння:

  • Тип (код) двигуна.

Кожен виробник автомобілів привласнює своїм силовим агрегатам буквено-цифрові коди, що дозволяють підібрати запасні частини в залежності від комплектації конкретної моделі автомобіля. Тип двигуна наноситься методом видавлювання на відфрезерований, технологічний відлив блоку циліндрів або видавлюється на спеціальній табличці, яка прикріплюється до блоку циліндрів. Як правило, там же міститься інформація і про номер двигуна. Деякі виробники наносять ці дані на головку блоку циліндрів (наприклад, AUDI двигун AAN ). У переважній більшості випадків можна прочитати нанесені дані про тип двигуна, без підйомних механізмів або зняття агрегату з автомобіля.

  • Діаметр циліндра (D)

Діаметр циліндра - це розмір отвору в блоці циліндрів (гільзі циліндра), в якому поступально рухається поршень. Це конструктивний параметр блоку циліндрів впливає на робочий об'єм двигуна. Крім цього від діаметра циліндра залежить загальна габаритна ширина і довжина двигуна. Розмір вказується, як правило, в міліметрах або дюймах з точністю до сотих часток. Дані розмірі номінального діаметра циліндра вказуються при кімнатній температурі (20 градусів Цельсія). Вимірювання проводяться нутромером або аналогічним по точності інструментом.

  • Хід поршня (S)

Хід поршня - це відстань між положенням будь-якої точки поршня у верхній мертвій точці (В.М.Т.) і положення поршня в нижній мертвій точці (Н.М.Т). Це конструктивний параметр колінчастого вала, що впливає на робочий об'єм двигуна. Розмір вказується, як правило, в міліметрах або дюймах з точністю до сотих часток. Вимірювання проводяться штангель-циркулем або аналогічним по точності інструментом. Як правило, вимірювання проводяться безпосередньо на колінчастому валу. Від розміру, ходу поршня залежить габаритна висота двигуна.

  • Кількість циліндрів двигуна (z)

Кількість циліндрів є найважливішою конструктивною характеристикою двигуна. Залежно від кількості циліндрів розраховується і проектується і система охолодження двигуна. Кількість циліндрів самим прямим чином впливає на загальні габаритні розміри і вага автомобіля. Наприклад: c збільшенням кількості циліндрів при одному і тому ж літражі двигуна розміри його циліндрів зменшуються. Це зменшення внаслідок збільшення відносини внутрішньої поверхні циліндра до його об'єму супроводжується посиленням охолодження двигуна. Зменшення діаметра циліндра дозволяє створювати камеру згоряння поліпшеної форми і разом з обставиною посилення охолодження дозволяє виробником створювати більш економічні двигуни. Але є і зворотна сторона, збільшення кількості циліндрів веде до загального подорожчання силового агрегату. У сучасному автомобільному моторобудування набули поширення 2-х, 3-х, 4-х, 5-й, 6-й, 8-й, 10-й, 12-й, 16-і циліндрові двигуни.

  • Об'єм двигуна (V)

Як правило, в довідниках і каталогах вказується робочий об'єм двигуна.

Робочий об'єм двигуна (VH) (літраж двигуна) складається з робочих обсягів усіх циліндрів. Тобто, цей твір робочого об'єму одного циліндра Vp на кількість циліндрів Z.

Тобто, цей твір робочого об'єму одного циліндра Vp на кількість циліндрів Z

Робочий об'єм циліндра (Vp) - це простір, який звільняє поршень при переміщенні з верхньої мертвої точки (ВМТ) до нижньої мертвої точки (НМТ).

Робочий об'єм циліндра (Vp) - це простір, який звільняє поршень при переміщенні з верхньої мертвої точки (ВМТ) до нижньої мертвої точки (НМТ)

Повний обсяг циліндра (Vo) - це сума робочого об'єму одного циліндра Vp і обсягу однієї камери згоряння в голівці блоку Vk.

Повний обсяг циліндра (Vo) - це сума робочого об'єму одного циліндра Vp і обсягу однієї камери згоряння в голівці блоку Vk

Обсяг камери згоряння (Vk) - обсяг порожнини циліндра і камери згоряння в голівці блоку циліндрів над поршнем, що знаходиться у верхній мертвій точці (ВМТ) - тобто в крайньому положенні і в найбільшому видаленні від колінчастого вала. Параметр, що прямо впливає на ступінь стиснення двигуна. У гаражних умовах вимірювання камери згоряння здійснюється за допомогою вимірювання об'єму рідини, що заповнює камеру.

У гаражних умовах вимірювання камери згоряння здійснюється за допомогою вимірювання об'єму рідини, що заповнює камеру

  • Кількість клапанів на один циліндр

У сучасному автомобілебудуванні все частіше і частіше застосовуються двигуни з мульти клапанним газорозподільним механізмом. Збільшення кількості клапанів є найважливішим параметром дозволяє отримувати більшу потужність при одному і тому ж об'ємі двигуна, за рахунок збільшення обсягу суміші або повітря потрапляє в циліндри на такті впуску. Збільшення кількості клапанів дозволяє отримувати, краще наповнення циліндрів свіжою робочою сумішшю і швидше звільняти камеру згоряння від відпрацьованих газів.

За типом палива двигуни поділяються на такі групи:

Бензинові двигуни (Petrol) - мають примусове запалювання паливоповітряної суміші іскровими свічками. Принципово різняться за типом системи живлення:
У карбюраторних системах харчування змішання бензину з повітрям починається в карбюраторі і продовжується у впускному трубопроводі. В даний час випуск таких двигунів практично припинено через високі затрати палива та невідповідності пропонованим сучасним екологічним вимогам.
У вприськових (інжекторних) двигунах паливо може розпорошаться одним інжектором (форсункою) в загальний впускний трубопровід (центральний, моновприск) або декількома інжекторами перед впускними клапанами кожного циліндра двигуна (розподілене уприскування). У цих двигунах, можливо, невелике збільшення максимальної потужності і зниження витрати палива і зменшення токсичності відпрацьованих газів за рахунок розрахованої дозування палива блоком електронного управління двигуном;
Двигуни з безпосереднім уприскуванням бензину в камеру згоряння, який подається в циліндр декількома порціями, що оптимізує процес згорання, дозволяє двигуну працювати на збіднених сумішах, відповідно максимально зменшується витрата бензину і викид шкідливих речовин в атмосферу.

Дизельні двигуни (Diesel) - поршневі двигуни внутрішнього згоряння з внутрішнім сумішоутворенням, в яких займання суміші дизельного палива з повітрям походить від зростання її температури при стисненні. У порівнянні з бензиновими, дизельні двигуни мають кращу економічністю (приблизно на 15-20%) завдяки більш ніж в два рази більшому ступені стиснення, значно поліпшує процеси горіння паливо - повітряної суміші. Незаперечною перевагою дизелів є конструктивне відсутність дросельної заслінки, яка створює опір руху повітря на впуску і в зв'язку з цим збільшує витрату палива. Максимальний крутний момент дизелі розвивають на меншій частоті обертання колінчастого вала.

Гібридні двигуни - двигуни поєднують характеристики дизеля і двигуна з іскровим запалюванням.

  • Компонування поршневих двигунів (тип розташування)

Значна різноманітність компоновок поршневих двигунів пов'язано з їх розміщенням в автомобілі і необхідністю вмістити певну кількість циліндрів в обмеженому обсязі моторного відсіку.

  • Рядний двигун (R) - компоновка, при якій всі циліндри знаходяться в одній площині. Застосовується для невеликої кількості циліндрів (R2, R3, R4, R5 і R6). Рядний шестициліндровий двигун найлегше піддається врівноваження (зниження вібрацій), але має значну довжиною (рис. 1).
  • V-подібний двигун (V) - циліндри у нього розташовані в двох площинах, як би утворюючи латинську букву V. Кут між цими площинами називають кутом розвалу двигуна. V-подібні двигуни випускаються, зі зрозумілих причин, тільки з парною кількістю циліндрів. Така компоновка дозволяє значно зменшити довжину двигуна, але збільшує його ширину. Найбільш поширеними є двигуни з компонуванням V6 і V8, рідше зустрічаються V4, V10, V12, V16. (Рис. 2)
  • Опозитний двигун має кут розвалу 180 °, завдяки цьому у нього висота агрегату найменша серед всіх компоновок. Протилежні один одному циліндри розташовуються горизонтально. Як правило, випускаються 4-х і 6-й циліндрові варіанти оппозітних двигунів. (Рис. 3)
  • VR-подібний двигун - володіє невеликим кутом розвалу (близько 15 °), що дозволяє зменшити як подовжній, так і поперечний розміри агрегату. Набули поширення компонування VR5 і VR6. (Рис. 4)
  • W-подібний двигун має два варіанти компонування - три ряди циліндрів з великим кутом розвалу (рис. 5) або як би дві VR-компонування (рис. 6). Забезпечує хорошу компактність навіть при великій кількості циліндрів. В даний час серійно випускають W8 і W12.

В даний час серійно випускають W8 і W12

У сучасній світовій практиці для уточнення типу клапанного механізму застосовуються такі скорочення:

  • OHV позначає верхнє розташування клапанів в двигуні.
  • OHC позначає верхнє розташування распредвала.
  • SOHC позначає один розподільний вал верхнього розташування.
  • DOHC позначає конструкцію газорозподільного механізму з двома розподільними валами розташованими зверху.
  • Ступінь стиснення двигуна, компресія

Поняття ступеня стиснення не слід плутати з поняттям «компресія», яке вказує максимальний тиск, створюваний поршнем в циліндрі при даній ступеня стиснення (наприклад: ступінь стиснення для двигуна 10: 1, значення «компресії» при цьому відповідає значенню в 14 атмосфер).

  • Ступінь стиснення (ε) - відношення повного обсягу циліндра двигуна до обсягу камери згоряння. Цей параметр показує, у скільки разів зменшується повний обсяг циліндра при переміщенні поршня з нижньої мертвої точки у верхню мертву точку. Для бензинових двигунів ступінь стиснення визначає октанове число палива, яке застосовується. Для бензинових двигунів значення ступеня стиснення визначається в межах від 8: 1 до 12: 1, а для дизельних двигунів в межах від 16: 1 до 23: 1. Загальна світова тенденція в двигунобудування це збільшення ступеня стиснення як у бензинових так і у дизельних двигунів, викликане посиленням екологічних норм.

Загальна світова тенденція в двигунобудування це збільшення ступеня стиснення як у бензинових так і у дизельних двигунів, викликане посиленням екологічних норм

  • Компресія (тиск в циліндрі наприкінці такту стиснення) (pc) є одним з показників технічного стану (зношеності) циліндропоршневої групи і клапанів. У двигунів з серйозним пробігом, як правило, вже є нерівномірний знос гільзи циліндра і поршневих кілець, в зв'язку, з чим поршневе кільце не щільно прилягає до поверхні циліндра. Також зношується клапанний механізм, а точніше стрижень клапана і напрямна втулка клапана. Внаслідок перерахованих причин виникають втрати герметичності камери згоряння.

Внаслідок перерахованих причин виникають втрати герметичності камери згоряння

де:
p0 - це початковий тиск в циліндрі на початку такту стиснення.
ε - ступінь стиснення двигуна.

  • Потужність двигуна (P)
  • Потужність - це фізична величина, що дорівнює відношенню виконаної роботи або події зміни енергії до проміжку часу, протягом якого була здійснена робота або відбувалася зміна енергії. Зазвичай потужність вимірюється в Кінських силах (Horse Power - англ). Значення 1 к.с. (HP) = 0,735 кВт) або в кіловатах (1 кВ) = 1,36 к.с. (HP). Максимальне значення потужності і максимальний крутний момент досягаються при різних оборотах двигуна.

Максимальне значення потужності і максимальний крутний момент досягаються при різних оборотах двигуна

де:
M - це крутний момент (Н * м)
ω - кутова швидкість (рад / сек)
n - частота обертання колінчастого вала двигуна. (Хв -1)

Як правило, у всіх довідкових автомобільних джерелах, а також технічних документації на транспортний засіб, вказується ефективна потужність.

  • Ефективна потужність двигуна - це потужність, що знімається з колінчастого вала двигуна. Не плутати з номінальною потужністю двигуна.

Не плутати з номінальною потужністю двигуна

де:
VH - робочий об'єм двигуна (см 3)
pe - середнє ефективне тиск (бар)
n - частота обертання колінчастого вала двигуна. (Хв -1)
K - тактовий коефіцієнт (K = 1 для двотактного; K = 2 для чотиритактного двигуна)

  • Номінальна потужність двигуна - це гарантована виробником потужність двигуна в режимі повного дроселя і заданої частоти обертання, тобто, при роботі двигуна на номінальній частоті обертання при повній подачі палива.
  • охолодження двигуна

Щоб уникнути теплових перевантажень, згоряння мастила на направляючої поверхні поршня і некерованого згоряння через перегрів окремих деталей, всі частини двигуна розташовувані навколо камери згоряння повинні інтенсивно охолоджуватися. Використовуються дві принципові схеми охолодження:

    • Безпосереднє повітряне охолодження. Охолоджуючий повітря безпосередньо контактує з нагрітими частинами двигуна і забезпечує відведення від них теплоти. В основі методу лежить принцип пропуску повітряного потоку через обребрена охлаждаемую поверхню. Переваги: ​​надійність і майже повна відсутність технічного обслуговування. Подорожчання вартості окремих деталей.
    • Непряме (рідинне або водяне) охолодження, тому що вода або інші охолоджуючі рідини мають високу теплоємність і забезпечують ефективне відведення теплоти від нагрітих поверхонь, більшість сучасних двигунів мають рідинні системи охолодження. Система містить замкнутих охолоджуваний контур, що дозволяє застосовувати антикорозійні і низкозамерзающие присадки. Охолоджуюча рідина примусово прокачується насосом через двигун і радіатор, що охолоджує.
  • Система харчування двигуна

Двигуни внутрішнього згоряння випускаються з різними системами харчування, найвідоміші з них:

система Ecotronic - це система електронного управління роботою карбюратора складається з дросельної і повітряної заслінок, камери поплавця, системи холостого ходу, перехідної системи і системи управління подачею повітря на холостому ходу. Двигуни з цією системою є більш економічними в порівнянні з карбюраторними, але поступаються вприськовим двигунів.

Система Mono - Jetronic - це електронно-керована одноточковий система центрального впорскування високого тиску, особливістю, якої є наявність паливної форсунки центрально розташування, роботою якого управляє електромагнітний клапан. Розподіл палива по циліндрах здійснюється у впускному колекторі. Різні датчики контролюють всі основні робочі характеристики двигуна, вони використовуються для розрахунку керуючих сигналів для форсунок і інших виконавчих пристроїв системи.

Система K- Jetronic - це електронно-керована система розподіленого упріскування паливо. Вона є механічною системою, яка НЕ ​​требует! Застосування паливного насоса з приводом від двигуна. Вона здійснює безперервне дозування палива пропорційно кількості повітря, що всмоктується при такті впуску. Так як система виробляє пряме вимірювання витрати повітря, вона може враховувати зміни в роботі двигуна, що дозволяє використовувати її разом з обладнанням для зниження токсичності відпрацьованих газів.

Система KE- Jetronic - це електронно-керована система розподіленого уприскування палива. Вона є вдосконаленим варіантом системи K-Jetronic. Вона містить електронний блок управління для підвищення гнучкості роботи і забезпечення додаткових функцій. Додатковими компонентами системи є: датчик витрати всмоктується в циліндри повітря; виконавчий механізм регулювання якості робочої суміші; регулятор тиску, що підтримує сталість тиску в системі і забезпечує припинення подачі палива при виключенні двигуна.

Система L- Jetronic - це електронно-керована система розподіленого уприскування палива. Вона поєднує в собі переваги систем з безпосереднім вимірюванням витрати повітря і можливості, що представляються електронними пристроями. Також як система K-Jetronic дана система розпізнає зміни в умовах роботи двигуна (знос, нагарообразование в камері згоряння, зміна в зазорах клапанів), що забезпечує постійний оптимальний склад відпрацьованих газів.

Система L2- Jetronic - це електронно-керована система розподіленого уприскування палива. Ця система має додатковими функціями в порівнянні з тими, які пропонує аналогове пристрій L-Jetronic.

Система LH- Jetronic - схожа з L- Jetronic, відмінність полягає в методах вимірювання витрати всмоктуваного повітря, так як в системі LH- Jetronic використовується тепловий вимірювач масової витрати повітря. Тому результати не залежить від щільності повітря, яка змінюється в залежності температури і тиску.

Система L3-Jetronic про бладает додатковими функціями в порівнянні з тими, які пропонує аналогове пристрій L-Jetronic. В електронному блоці управління системи L-Jetronic застосовується цифрова обробка для регулювання якості суміші на базі аналізу залежності навантаження / частота обертання колінчастого вала двигуна.

система Motronic складається з ряду підсистем. Принцип системи заснований на тому що запалювання і впорскування палива об'єднані в одну систему. І тому окремі елементи системи мають підвищену гнучкість і можливістю керувати величезною кількістю характеристик роботи двигуна.

Система ME-Motronic - ця система об'єднує в собі систему вприскування палива LE2-Jetronic, в якій крім клапана додаткової подачі повітря в додатковому повітряному каналі, є повторний регулятор холостого ходу, і систему повністю електронного запалювання VSZ.

Система Mono-Motronic - є скомбінувати системою запалювання і вприскування палива на базі дискретного центрального уприскування палива Mono-Jetronic.

Система KE-Motronic - є комбінованою системою запалювання і вприскування палива на базі безперервного уприскування палива KE-Jetronic.

Система Sport-Motronic - є вдосконаленою комбінованою системою запалювання і вприскування палива має підвищену гнучкість і дозволяє експлуатувати двигун в умовах з максимальною швидкісний навантаженням.

Система вприскування CR (Common Rail) - це система харчування дизельного двигуна, це так звана акумуляторна паливна система, яка робить можливим об'єднання системи упорскування палива дизеля з різними дистанційно виконуваними функціями і в той же час дозволяють підвищувати точність управління процесом згорання палива. Відмітна характеристика системи із загальним трубопроводом полягає в поділі вузла, що створює тиск і вузла вприскування. Це дозволяє підвищити тиск впорскування палива.

  • Кількість корінних опор

Кількість корінних опор це параметр, що впливає на жорсткість блоку і на опір різних навантажень колінчастого вала. Кількості корінних опор відповідає кількість корінних підшипників ковзання. Кількість шатунних підшипників ковзання дорівнює кількості циліндрів двигуна.

  • привід распредвала

У світовому автомобілебудуванні набули поширення два типи приводу розподільних валів:

    • Ремінний привід - це привід, який здійснюється за допомогою еластичного, але міцного ременя, що має поперечні насічки (зубчастий ремінь) для поліпшення зачеплення. Перевагою ремінного приводу є невисока гучність роботи, простота конструкції, і як наслідок менша вартість і невисока маса вузлів газорозподільного механізму.
    • Ланцюговий привід - це привід, який здійснюється за допомогою металевої ланцюга, яка своїми ланками призводить обертання зубчастих шестерень на колінчастому валу і распредвала. Основною перевагою ланцюгового приводу є тривалий (у порівнянні з ремінним приводом) термін служби і підвищена надійність роботи газорозподільного механізму.