Toyota-navi.ru

АвтоКлуб Toyota
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Уроки по устройству и принципу работы двигателя

Основные составляющие двигателя

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

Коэффициент полезного действия универсального двигателя при его работе от сети переменного тока более низкий, чем при его работе от сети постоянного тока. Другой недостаток универсального двигателя — тяжелые условия коммутации, вызывающие интенсивное искрение на коллекторе при включении двигателя в сеть переменного тока. Этот недостаток объясняется наличием трансформаторной связи между обмотками возбуждения и якоря, что ведет к наведению в коммутируемых секциях трансформаторной ЭДС, ухудшающей процесс коммутации в двигателе.

Наличие щеточно-коллекторного узла является причиной ряда недостатков универсальных коллекторных двигателей, особенно при их работе на переменном токе (искрение на коллекторе, радиопомехи, повышенный шум, невысокая надежность). Однако эти двигатели по сравнению с асинхронными и синхронными при частоте питающего напряжения f = 50 Гц позволяют получать частоту вращения до 10 000 об/мин и более (наибольшая синхронная частота вращения при f = 50 Гц равна 3000 об/мин) [3].

Принцип работы карбюраторного двигателя

Принцип действия карбюраторного двигателя относительно простой и складывается из четырех тактов, которые совпадают с движением вверх и вниз в последовательности один за одним:

  • Первый такт — впуск; клапан впуска отворяется и в цилиндр доставляется новая смесь от системы питания.
  • Второй такт — сжатие; поршень сдавливает горючую смесь в камере сгорания. Все клапаны прикрыты.
  • Третий такт — расширение; происходит возгорание сдавленной горючей смеси от свечи зажигания. Смесь сжигается достаточно быстро при неизменном объеме, который соответствует объему самой камеры сжатия. Это основная характерность работы карбюраторного двигателя. При перегорании формируются газы, которые двигают поршень книзу и передают движение коленвалу.
  • Четвертый такт — впрыск; коленвал вращается и выбрасывает из цилиндра отработанные газы через приоткрытый клапан выпуска.

На этом один рабочий цикл карбюраторного двигателя заканчивается.

При первом такте клапан впуска уже в открытом виде при подходе поршня и благодаря высокой скорости движения поршня рабочая смесь продвигается к цилиндру и еще какое-то время при поднятии поршня во втором такте.

Искра поджигает рабочую смесь до того, как в цилиндре образуется высокое давление. В четвертом такте клапан выпускает отработанные испарения, чем очищает цилиндр еще до подхода поршня. Однако выход газов не прекращается даже после подхода поршня. Затем происходит запуск новой порции рабочей смеси, которая опять проходит в цилиндр.

Отсюда следует, что в работе между первым и четвертым тактом единовременно открываются клапаны впуска и выпуска, то есть происходит перекрытие клапанов. За момент перекрытия цилиндр очищается и в нем происходит разрежение, которое помогает выгоднее заполнить цилиндр горючей смесью при первом такте.

В таком двигателе происходит наружное образование рабочей смеси с ее сжатием и вынужденным поджиганием. На сегодняшний день как топливо чаще используется бензин, но они могут отлично выполнять свою работу и на газу.

Также популярны дизельные двигатели, где поджигание происходит от сжатия, их принцип работы зависит от нагревания газа при сжатии. Когда сжатие повышается, температура также поднимается. В это время в камеру сгорания через форсунку происходит впрыск топлива, которое поджигается и от полученных газов поршень передвигается. Сгорание топлива происходит после начала движения поршня.

Выше указан принцип работы одноцилиндрового двигателя, но он не способен создать условия непрерывного вращения с одинаковой скоростью. Расширенные газы оказывают действие на коленвал для его 1/4 части оборота, оставшиеся ¾ оборота движения поршня происходят по инерции.

Для ликвидации такой недоработки двигатели делают многоцилиндровыми, что способствует наиболее равномерному вращению и неизменному крутящему моменту.

Четырехтактный ДВС

Одноцилиндровые двигатели ставятся главным образом на мотоциклах. На автомобилях тракторах и т.п. ставятся 4, 6, 8 и более цилиндров.

Рабочий цикл цилиндра состоит из четырех тактов: всасывания смеси, сжатия, сгорания и выхлопа. Получается, что только один такт является полезным (рабочим). Поэтому был разработан двигатель, состоящий из четырех цилиндров, которые работают поочередно и, таким образом, при каждом такте по крайней мере один из цилиндров работает: вращает коленчатый вал.

Устройство автомобилей

Система пуска обеспечивает первоначальное проворачивание коленчатого вала при пуске двигателя, поскольку сам двигатель в неподвижном состоянии не создает вращающего момента, и без внешнего источника энергии не запустится.
Для того, чтобы вдохнуть в двигатель жизнь, его коленчатому валу нужно сообщить определенную начальную (пусковую) частоту вращения, после чего начинают протекать газообменные и термодинамические процессы в цилиндрах, а также функционировать основные системы, обеспечивающие работу двигателя – питания, зажигания, смазки. В цилиндры двигателя начинает поступать горючая смесь (у дизелей – чистый воздух), в нужный момент на свечи зажигания подается искрообразующий электрический импульс, либо впрыскивается порция топлива (у дизелей), а система смазки обеспечивает снижение сил трения при работе механизмов двигателя – двигатель запускается и начинает работать самостоятельно.

Читать еще:  Что такое 1 6 двигатель 114 л с

При первоначальном проворачивании коленчатого вала системе пуска необходимо преодолеть моменты сопротивления следующих составляющих:

  • момент сил трения, возникающих между поверхностями сопряженных деталей двигателя и во вспомогательных механизмах, имеющих привод от коленчатого вала;
  • момент инерционных сил, которые появляются в процессе разгона двигателя, создаваемых движущимися деталями. Основную долю момента инерционных сил составляет момент инерции маховика;
  • момент сопротивления тепловых циклов горючей смеси, определяемый затратами энергии на расширение и сжатие заряда в цилиндрах двигателя. Эта составляющая зависит от величины компрессии в цилиндрах, степени сжатия и рабочего объема двигателя.

Суммарный момент сопротивления зависит, также, от типа и мощности двигателя, а также от его температуры и технического состояния. Так, с понижением температуры увеличивается вязкость масла смазывающей системы, что приводит к увеличению момента сил трения.

Система пуска должна обладать достаточной мощностью, чтобы преодолеть моменты сопротивления, заставив вращаться коленчатый вал с частотой, необходимой для запуска двигателя. За все время существования двигателей внутреннего сгорания изобретатели и конструкторы разработали и испробовали на практике разнообразные способы пуска двигателей. И в современных двигателях можно встретить разные по принципу действия и конструкции пусковые устройства. При этом используемый в двигателе способ пуска во многом определяется назначением и характером работы машины, а также условиями, в которых она эксплуатируется.

Классификация систем пуска двигателя

Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно запустить, раскручивая коленчатый вал различными способами:

Мускульный пуск

Мускульный пуск осуществляется вручную при помощи пусковой рукоятки (или другого аналогичного устройства), либо проворачиванием вывешенного ведущего колеса, когда второе ведущее колесо заторможено (опирается на дорогу и не вращается благодаря дифференциалу).
В данном способе источником энергии для проворачивания коленчатого вала двигателя является мускульная сила человека.

Мускульный пуск применяется на современных автомобилях только в случае отказа штатной системы пуска. Он достаточно опасен с точки зрения травмирования человека, поэтому требует особой осторожности при применении. Запускать дизельный двигатель при помощи мускульного пуска значительно сложнее и опаснее, чем двигатель с принудительным воспламенением из-за высокой степени сжатия в цилиндрах.
В последние годы на легковых автомобилях производителями не предусматриваются штатные устройства для мускульного пуска двигателя.

Пуск методом буксировки

Методом буксировки двигатель можно запустить при помощи другого транспортного средства либо с использованием мускульной силы группы людей или животных (лошадей, мулов и т. п.).
Буксированием автомобиль разгоняется до некоторой скорости, после чего водитель включает передачу КПП (обычно 3-ю) и плавно включает сцепление, заставляя коленчатый вал крутиться.
Данный метод пуска двигателя не применим для автомобилей, оборудованных автоматической коробкой передач.

Пуск от электродвигателя

Пуск от электрического двигателя постоянного тока — стартера, использующего для своей работы энергию аккумуляторной батареи автомобиля. Этот способ наиболее удобен и практичен, поэтому применяется в подавляющем большинстве систем пуска современных автомобильных двигателей.
Стартер конструктивно объединяет электродвигатель постоянного тока, привод с обгонной муфтой, соединяющий стартер с венцом маховика, и электрическое реле включения электродвигателя.

Пуск с помощью вспомогательного двигателя — «пускача»

Пуск основного двигателя от вспомогательного двигателя внутреннего сгорания малой мощности, который запускается от других источников энергии, в том числе – вручную. Этот способ нередко применяется в тракторных двигателях, поскольку позволяет легко запустить двигатель большой мощности с высокой степенью сжатия, свойственной дизелям, мало зависит от степени заряда аккумуляторной батареи, поэтому применим в любых условиях, в том числе вдали от населенных пунктов.
В качестве пусковых двигателей обычно используют небольшие карбюраторные двигатели, называемые «пускачами».

Пневматический пуск

Пневматический пуск осуществляется с использованием энергии сжатого воздуха, который накапливается в специальных баллонах при работе основного двигателя. Этот способ пуска ДВС в автомобильном транспорте применения не нашел; его чаще используют для запуска судовых и тепловозных двигателей, а также дизелей тяжелой бронетанковой техники.

Инерционный пуск

Инерционный пуск с использованием энергии вращающегося маховика, накопившего энергию во время работы двигателя — может использоваться для запуска двигателя после кратковременной остановки. Впрочем, известны инерционные системы пуска, в которых тяжелый маховик первоначально раскручивался вручную, после чего его энергия использовалась для пуска двигателя и после длительной стоянки.
К инерционному пуску можно отнести пуск двигателя, заглохшего во время движения транспортного средства – включение какой-либо передачи КПП при плавном включении сцепления позволяет раскрутить коленчатый вал от вращающихся колес. Такой способ пуска двигателя иногда еще называют ротационным.

Непосредственный пуск

Непосредственный пуск (Direct Start) – перспективный способ пуска двигателя внутреннего сгорания без применения внешних источников механической энергии, предложенный известной фирмой Bosch.
Оригинальность этого способа пуска заключается в том, что с помощью бортового компьютера определяется, какой из цилиндров двигателя наиболее подходит для выполнения такта рабочего хода (поршень находится чуть за пределами верхней мертвой точки), после чего в него подается и воспламеняется небольшая порция горючей смеси – двигатель начинает работать.
По ряду причин этот способ можно использовать в двигателях с числом цилиндров не менее четырех.

Читать еще:  Эл схема ваз 2115 инжектор вентилятор охлаждения двигателя

Работы над воплощением этой идеи в настоящее время ведутся, и вполне возможно, электрическую систему пуска заменит более эффективный и удобный непосредственный пуск.

Пиротехнический пуск

Еще один редкий способ запуска двигателя. Пиротехнический пуск — способ с использованием пиротехнических веществ, например, пороха, не получивший применения на автомобилях. Этот способ технологически похож на пневматический пуск, и отличается тем, что не требует запаса сжатого воздуха — давление пуска обеспечивают пороховые газы, образующиеся при сгорании пиропатрона, который можно воспламенить электрической искрой или ударом обыкновенного молотка по капселю.
В настоящее время пиротехнический пуск используется на некоторых моделях снегоходов и моторных судовых шлюпок, поскольку удобен тем, что в некоторых условиях для пуска двигателя другие источники энергии недоступны.

Основное требование, предъявляемое к системам пуска двигателя – обеспечение достаточной частоты вращения коленчатого вала, для чего необходим крутящий момент определенной величины. При этом система пуска должна надежно функционировать в любых условиях эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, и минимально расходовать запасы собственных источников энергии транспортного средства.

Вспомогательные устройства пуска двигателя

К системе пуска относятся и устройства, облегчающие пуск холодного двигателя, особенно при низких температурах окружающей среды. Такие устройства в момент пуска холодного двигателя позволяют улучшить искрообразование (в двигателях с принудительным воспламенением смеси), обеспечить подачу в цилиндры горючей смеси необходимого качества и количества, выполняют продувку цилиндров, а также предварительный подогрев горючей смеси, смазочного материала, охлаждающей жидкости и деталей основных механизмов двигателя.

Особенно затруднен пуск холодного двигателя, оборудованного газовой и дизельной системой питания в зимнее время. Здесь, наряду с перечисленными выше причинами, имеют место и специфические трудности пуска, обусловленные характеристиками используемого топлива и типом системы питания.
Так, газовое топливо при выходе из баллонов нуждается в подогреве (газообразное) или испарении (жидкий газ). Для того, чтобы подогреватель или испаритель начали функционировать, необходимо изначально запустить и прогреть двигатель, поскольку в подогревателе используются отработавшие газы, а в испарителе — горячая жидкость системы охлаждения. Очевидно, в холодном состоянии системы двигателя не могут обеспечить нормальный подогрев газа перед подачей его в редуктор и смеситель. Поэтому пуск двигателя в газобаллонных автомобилях обычно осуществляется на бензине, а после некоторого прогрева двигателя переключают систему питания на газообразное топливо.

Для дизелей дополнительной причиной затруднения пуска является холодный воздух. Поскольку дизельный двигатель использует для воспламенения горючей смеси сильное сжатие воздуха, то очевидно, что холодный воздух при одной и той же степени сжатия прогреется меньше, чем теплый воздух, и воспламенение смеси будет затруднено или даже невозможно. Кроме того, высокая степень сжатия в дизелях, характеризующаяся значительным компрессионным сопротивлением, создает дополнительное препятствие работе системы пуска (стартера или пускового двигателя), и при запуске трудно раскрутить коленчатый вал до нужной частоты.
Для устранения описанных причин затрудненного пуска дизелей применяются такие конструкторские решения, как предварительный подогрев воздуха во впускном трубопроводе с помощью специальных электронагревательных свечей, а также декомпрессоры — устройства, снижающие компрессию двигателя в момент раскручивания коленчатого вала перед пуском двигателя. Декомпрессоры обычно открывают клапана (впускной, выпускной или оба), что облегчает стартеру раскручивание коленчатого вала до нужной частоты, а после отключения декомпрессора двигатель запускается.
Кроме того, декомпрессор может быть использован для аварийной остановки двигателя в случае необходимости — снижение компрессии в цилиндрах исключает возгорание горючей смеси, и дизель глохнет.
Конструктивно декомпрессор представляет собой систему тяг и рычагов с ручным или электромагнитным приводом, воздействующих на штанги толкателей и открывающих клапаны ГРМ.

В условиях очень низких температур для облегчения пуска двигателя нередко применяют эфиросодержащие жидкости, впрыскиваемые в небольшом количестве во впускной тракт системы питания.

В холодное время года наиболее удобным и надежным средством облегчения пуска двигателей являются предпусковые подогреватели.

Принцип преобразования энергии

Принцип работы электродвигателя любого типа заключается в использовании электромагнитной индукции, возникающей внутри устройства после подключения в сеть. Для того чтобы понять, как эта индукция создается и приводит элементы двигателя в движение, следует обратиться к школьному курсу физики, объясняющему поведение проводников в электромагнитном поле.

Итак, если мы погрузим проводник в виде обмотки, по которому движутся электрические заряды, в магнитное поле, он начнет вращаться вокруг своей оси. Это связано с тем, что заряды находятся под влиянием механической силы, изменяющей их положение на перпендикулярной магнитным силовым линиям плоскости. Можно сказать, что эта же сила действует на весь проводник.

Схема, представленная ниже, показывает токопроводящую рамку, находящуюся под напряжением, и два магнитных полюса, придающие ей вращательное движение.

Именно эта закономерность взаимодействия магнитного поля и токопроводящего контура с созданием электродвижущей силы лежит в основе функционирования электродвигателей всех типов. Для создания аналогичных условий в конструкцию устройства включают:

  • Ротор (обмотка) – подвижная часть машины, закрепленная на сердечнике и подшипниках вращения. Она исполняет роль токопроводящего вращательного контура.
  • Статор – неподвижный элемент, создающий магнитное поле, воздействующее на электрические заряды ротора.
  • Корпус статора. Оснащен посадочными гнездами с обоймами для подшипников ротора. Ротор размещается внутри статора.
Читать еще:  Горит чек неисправность двигателя шевроле лачетти причина

Для представления конструкции электродвигателя можно создать принципиальную схему на основе предыдущей иллюстрации:

После включения данного устройства в сеть, по обмоткам ротора начинает идти ток, который под воздействием магнитного поля, возникающего на статоре, придает ротору вращение, передаваемое на крутящийся вал. Скорость вращения, мощность и другие рабочие показатели зависят от конструкции конкретного двигателя и параметров электрической сети.

Шасси и электрическая схема

Ходовая часть автомобиля — это шасси, подвеска, рулевое управление, мосты. Для демпфирования неровностей и обеспечения устойчивости и хорошей управляемости, подвеска автомобиля состоит из упругих элементов, пружин или рессор, а также амортизаторов, которые не дают раскачиваться кузову, но способствуют плавности хода.

Рулевое управление автомобиля состоит из системы тяг и рычагов, рулевого механизма, рулевой колонки и руля. Современные автомобили оборудованы усилителем рулевого управления, гидравлического или электрического типа.

Также для контроля и безопасности каждый автомобиль имеет тормозную систему, которая приводится в действие педалью и ручным рычагом стояночного тормоза. Система может блокировать колеса по мере нажатия на педаль тормоза.

Также в каждом современном автомобиле реализована система безопасности, которая способна предохранить от травм и повреждений водителя и сделать безопаснее движение в принципе.

Упрощенная система электрооборудования автомобиля представлена на фото. Это довольно сложный и многоуровневый организм, который поддерживает и обеспечивает электричеством все точки-потребители, а основными ее элементами есть генератор и аккумулятор.

В двух словах — так и работает каждая современная машина уже на протяжение более ста лет. Технологии и конструкторские решения меняются, неизменным остается только одно — автомобиль прочно вошел в жизнь современного человека и без него наш мир не был бы полноценным.

§ 18. Понятие о машине и механизме

В современном мире человека окружают различные машины. Многие из них ты видел.

Машина — это устройство, предназначенное для выполнения какой-либо работы путём преобразования одного вида энергии в другой. Машины разделяют на пять классов.

Машины-двигатели — превращают энергию любого вида в механическую, например электрическую в механическую (стиральная машина) или тепловую в механическую (двигатель в автомобиле).

Машины-генераторы — преобразуют механическую энергию в другой вид энергии, например: турбина электростанции превращает энергию текущей в реке воды в электрическую энергию.

Технологические машины предназначены для изменения размеров и форм заготовок, например станки для обработки древесины и металла.

Транспортные и подъёмно-транспортные машины служат для перемещения людей, грузов, изделий, например автомобили, подъёмные краны, лифты.

Информационные машины предназначены для преобразования информации, например электронно-вычислительные машины (ЭВМ) или персональные компьютеры (ПК).

Машины состоят из одного или нескольких связанных между собой механизмов. Механизм — это устройство, имеющее несколько деталей, в котором при движении одного элемента (звена) другие звенх>я выполняют определённые согласованные движения (табл. 3).

Таблица 3

Виды механизмов(передач)

В винтовом механизме при вращении винта гайка, удерживаемая от вращения, начинает перемещаться вдоль оси винта, например в винтовом механизме переднего и заднего зажимов столярного верстака.

Фрикционный механизм (фрикционная передача) состоит из двух катков (дисков), которые прижаты друг к другу. При вращении одного катка вращается и другой.

Ремённая передача передаёт вращение от одного шкива 1 к другому 2 с помощью ремня 3 (см. табл. 3). В сверлильном станке, с которым ты ознакомишься в § 29, вращение шпинделю со сверлом передаётся от электродвигателя с помощью ремённой передачи.

Детали, из которых состоят изделия, соединяются между собой тем или иным образом. Соединения деталей могут быть подвижными и неподвижными (табл. 4).

Таблица 4

Виды соединений


Все машины и механизмы состоят из отдельных деталей. Детали могут быть простыми и сложными (табл. 5). Простые детали (болт, гайка, шайба) применяют почти во всех изделиях. Сложными называют детали, которые имеют непростую форму и на их изготовление требуется много времени (например, станина станка, зубчатое колесо ручной дрели и др.).

Таблица 5

Примеры простых и сложных деталей

Знакомимся с профессиями

Машинист — специалист, занимающийся управлением различных машин, например машинист электровоза, тепловоза, экскаватора, подъёмного крана. Эта профессия требует большой ответственности, поскольку связана с перемещением людей или грузов.

Водитель — это специалист, который управляет легковым или грузовым автомобилем. Он знает устройство автомобиля, правила его обслуживания, может выполнять несложный ремонт.

Наладчик — специалист, обслуживающий технологические машины — станки. Это рабочий высокой квалификации, который выполняет наладку и настройку станков, следит за точностью их работы. Оператор ЭВМ — это специалист, который занимается вводом и обработкой информации на электронно-вычислительных машинах. Он должен знать устройство компьютера, уметь обслуживать компьютерную технику, работать с программными комплексами и многое другое.

Лабораторно-практическая работа № 16

Ознакомление с машинами, механизмами, соединениями, деталями

  1. Ознакомьтесь с машинами, имеющимися в школьной учебной мастерской. Запишите в рабочую тетрадь их названия, определите, к какому классу они относятся.
  2. Ознакомьтесь с механизмами, имеющимися в мастерской. Запишите в рабочую тетрадь их названия и назначение.
  3. Запишите в рабочую тетрадь примеры подвижных и неподвижных соединений, кроме указанных в таблице 4.
  4. Найдите в машинах и механизмах, имеющихся в мастерской, простые и сложные детали.

Найди в Интернете информацию о том, какие интересные машины и механизмы помогают человеку в его жизни.

Новые слова и понятия

Машина, технологические машины, информационные машины, механизмы, соединения деталей (подвижные, неподвижные), детали (простые, сложные), машинист, водитель, наладчик, оператор ЭВМ.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector