билеты к ГОСам. 1 Общее устройство автомобиля. 1 Общее устройство автомобиля
 Скачать 109.38 Kb.
|
|
1 Общее устройство автомобиля Автомобиль - это сложная механическая система, состоящая из набора взаимосвязанных узлов и агрегатов, выполняющих различные функции. Традиционно в конструкции автомобиля выделяли три основных блока: двигатель как источник механической энергии, шасси как совокупность элементов передачи крутящего момента к ведущим колёсам и управления автомобилем и кузов как внешняя оболочка и пространство для размещения пассажиров и багажа. Во внутреннем устройстве автомобиля можно выделить шесть структурных компонентов: несущую конструкцию; двигатель; трансмиссию; ходовую часть; системы управления; электрооборудование. Несущая система автомобиля представляет собой остов, к которому крепятся все остальные агрегаты: двигатель, трансмиссия, подвеска, рулевое управление и т.д. Двигатель - источник механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Двигатель вырабатывает механическую энергию за счёт преобразования другого вида энергии (энергии сгорания топлива, электричества, солнечной энергии и т.д.). Трансмиссия - это совокупность агрегатов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам, а также изменения его величины и направления. Простейшим вариантом трансмиссии является прямая передача, соединяющая двигатель с ведущим мостом напрямую. Ходовая часть автомобиля состоит из мостов, подвески и колёс (дисков и шин). Легковой автомобиль обычно имеет два моста (передний и задний) и четыре колеса, два или четыре из которых ведущие (колёсная формула 4х2 или 4х4). Исключения составляют трёхколёсные микрокары и машины со сдвоенной передней или задней осью. К системам управления автомобилем относят рулевое управление, тормозную систему и электронные системы управления двигателем, трансмиссией и т.д. Система электрооборудования автомобиля состоит из источников питания (генератора и аккумулятора), электропроводки, вспомогательного оборудования (реле, предохранителей, переключателей, распределительных коробок и т.д.), электронных систем (бортовой компьютер, электронный впрыск топлива, АКПП, ABS, системы безопасности и т.д.), системы зажигания двигателя, световых приборов (фары ближнего и дальнего света, габаритные огни, указатели поворота, стоп-сигналы, фонари заднего хода, противотуманные фары, освещение салона и багажника) и других потребителей электроэнергии (кондиционер, электроусилитель руля, видеокамеры, прикуриватель, сигнализация, электрические стеклоподъёмники, звуковой сигнал и т.д.). 2 Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) Поршневые двигатели внутреннего сгорания можно условно классифицировать: 1) по способу смесеобразования и виду применяемого топлива; 2) по способу осуществления рабочего цикла; 3) по числу цилиндров и их расположению; 4) по способу охлаждения и смазки деталей и т.п. По способу смесеобразования двигатели внутреннего сгорания делятся на двигатели с внешним смесеобразованием и двигатели с внутренним смесеобразованием. Автомобильные двигатели с внешним смесеобразованием работают на лёгком топливе, в основном на бензине или газе. Приготовление топливно-воздушной смеси, и её дозирование осуществляют карбюраторные, газобаллонные и инжекторные системы питания. Образование топливно-воздушной смеси происходит вне цилиндра двигателя - в смесительной камере карбюратора, в специальном смесителе или непосредственно во впускном коллекторе. Смесь в цилиндре воспламеняется в конце такта сжатия, принудительно от электрической искры. Автомобильные двигатели с внутренним смесеобразованием работают, в основном на дизельном топливе, которое относится к тяжёлым видам топлив. К этому же виду топлива относят «солярку», мазут и сырую нефть. В дизельных двигателях смесь приготавливается непосредственно в цилиндре из воздуха и топлива, подаваемых в цилиндр раздельно. Воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндре происходит самопроизвольно от воздействия высокой температуры при сжатии. Исключением является система непосредственного впрыска бензина, где зажигание смеси осуществляется от электрической искры. По способу осуществления рабочего цикла следует различать двухтактные и четырёхтактны едвигатели. У первых, рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала. У вторых, рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т.е. за два оборота коленчатого вала. Под рабочим циклом двигателя следует понимать совокупность процессов, протекающих в цилиндрах двигателя и «заставляющих» его работать. Подавляющее большинство современных автомобилей оборудуются четырёхтактными двигателями. По числу цилиндров и их расположению двигатели делятся на двух – и многоцилиндровые с рядным, многорядным, вертикальным, наклонным, звездообразным и горизонтальным расположением цилиндров. 3 Основные параметры двигателя (ВМТ, НМТ, радиус кривошипа…) Сердце автомобиля – ДВС или двигатель внутреннего сгорания, сложный технологический узел, обладающий множеством параметров. Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчатого вала. Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала. В мертвых точках поршень меняет направление движения, и его скорость равна 0. Ход поршня (S) (рисунок) — расстояние между мертвыми точками, проходимое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180° (пол-оборота).  Такт — часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое. Рабочий объем цилиндра (Vh) — объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ. Объем камеры сгорания (Vc) — объем пространства над поршнем, находящимся в ВМТ. Полный объем цилиндра (Va) — объем пространства над поршнем, находящимся в НМТ: Va = Vh + Vc. Рабочий объем двигателя (литраж) — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя (л или см3). Степень сжатия ε — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания: ε = Vа / Vc = (Vh + Vc) / Vc. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается смесь в цилиндре двигателя при ходе поршня из НМТ в ВМТ. При повышении степени сжатия увеличивается мощность двигателя и его экономичность. Однако повышение степени сжатия ограничено качеством применяемого топлива, оно также увеличивает нагрузки на детали двигателя. Степень сжатия для карбюраторных двигателей современных легковых автомобилей составляет 8 ÷ 10, а для дизелей — 15 ÷ 22. При таких степенях сжатия в бензиновых двигателях не происходит самовоспламенения смеси, а в дизелях, наоборот, обеспечивается самовоспламенение смеси. 4 Рабочие циклы бензинового двигателя Бензиновые двигатели – одна из разновидностей ДВС (двигателей внутреннего сгорания) в которых поджег смеси из воздуха и топлива, осуществляется в цилиндрах, посредством искр от свечей зажигания. Роль регулятора мощности выполняет дроссельная заслонка, которая регулирует поток поступающего воздуха. Бензиновые двигатели по способу осуществления рабочего цикла делятся на двухтактные и четырехтактные. Двухтактные двигатели обладают большей мощностью на единицу объема, однако проигрывают в КПД. Поэтому они нашли свое применение там, где важна компактность, а не экономичность (мотоциклы, моторные лодки, бензопилы и другие моторизованные инструменты). Четырехтактные двигатели доминируют в остальных средствах передвижения. Интересен тот факт, что двухтактные дизельные двигатели лишены многих недостатков двухтактных бензиновых двигателей, однако применяются в основном на больших судах (иногда на тепловозах и грузовиках). Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех основных этапов – тактов: 1. Впуск. На этом такте происходит перемещение поршня из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). Кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, через который в цилиндр всасывается новая горючая смесь. 2. Сжатие. Поршень переходит в прежнее состояние (из НМТ в ВМТ), сжимая при этом рабочую смесь. Согласно термодинамике, температура рабочей смеси увеличивается. 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Перед завершением цикла сжатия смесь топлива и воздуха поджигается искрой от свечи зажигания. Топливо сгорает во время движения поршня из ВМТ в НМТ, образуется газ, который расширяется, толкая поршень. 4. Выпуск. В последнем такте происходит вытеснение отработанных газов из цилиндра через выпускной клапан. Поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю, при достижении которой цикл начинается сначала. Если говорить о двухтактном цикле, то он делится на следующие такты: изначально, поршень поднимается вверх, сжимая рабочую смесь в цилиндре, а также создавая разрежение в кривошипной камере. Клапан впускного коллектора открывается от воздействия этого разряжения, и новая порция горючей смеси (зачастую с добавлением масла) втягивается в кривошипную камеру. При опускании поршня вниз закрывается клапан в кривошипной камере, а также повышается давление. 5 Процессы, происходящие в каждом такте четырехтактного бензинового двигателя 1. Впуск. На этом такте происходит перемещение поршня из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю (НМТ). Кулачки распределительного вала открывают впускной клапан, через который в цилиндр всасывается новая горючая смесь. 2. Сжатие. Поршень переходит в прежнее состояние (из НМТ в ВМТ), сжимая при этом рабочую смесь. Согласно термодинамике, температура рабочей смеси увеличивается. Степенью сжатия называется отношение рабочего объема цилиндра в НМТ к объему камеры сгорания в ВМТ. Это очень важный параметр, на практике, чем он больше, тем экономичнее двигатель. Однако и тут есть противоречия, для двигателей с высокой степенью сжатия требуется особенное топливо, с более высоким октановым числом, которое стоит дороже. 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Перед завершением цикла сжатия смесь топлива и воздуха поджигается искрой от свечи зажигания. Топливо сгорает во время движения поршня из ВМТ в НМТ, образуется газ, который расширяется, толкая поршень. Углом опережения зажигания называется степень "недоворота" коленвала двигателя до ВМТ при поджигании смеси. Необходимость преждевременного зажигания обосновывается тем, что процесс воспламенения горючей смеси медленный относительно скорости работы поршневых систем двигателя. Только в том случае, когда основная масса топлива успеет воспламениться, польза от использования энергии сгоревшего топлива будет максимальной. Процесс сгорания топлива занимает фиксированное время, поэтому, при повышении оборотов двигателя, необходимо увеличивать угол опережения зажигания, для повышения эффективности работы двигателя. Раньше, в старых автомобилях, использовалось механическое устройство (центробежный и вакуумный регулятор, который воздействовал на прерыватель). Сейчас в автомобилях установлена электроника, которая отвечает за определение угла опережения зажигания, работающая по емкостному принципу. 4. Выпуск. В последнем такте происходит вытеснение отработанных газов из цилиндра через выпускной клапан. Поршень перемещается из нижней мертвой точки в верхнюю, при достижении которой цикл начинается сначала. При этом совсем не необходимо, чтобы начало нового цикла совпадало с окончанием предыдущего. Положение, в котором открыты сразу два клапана: впускной и выпускной, называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов способствует лучшему наполнению цилиндров топливом, а также более качественной очистки цилиндров от продуктов сгорания. 6 Процессы, происходящие в каждом такте дизельного двигателя Рабочий цикл авто с дизельным двигателем отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе. 1. Впуск. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление 0.08—0.09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше. 2. Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется исправностью деталей КШМ и равна 17—21. 3. Рабочий ход. В конце такта сжатия (20—30 градусов угла поворота коленчатого вала до прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются лишение и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа. а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемешается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2-0,4 МПа . 4. Выпуск. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11 -0,12 МПа, температура 850—1200. После этого рабочий цикл дизеля повторяется. В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и рабочего хода. Рабочий цикл происходит за 360 градусов (один оборот коленчатого вала). 7 Механизмы и системы двигателя 1 Кривошипно-шатунный механизм. Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала двигателя. Основные элементы: блок цилиндров, головка блока цилиндров, крышки распределительных шестерен, картер маховика, маховик, коленчатый вал, шатунно-поршневая группа 2. Газораспределительный механизм. Газораспределительный механизм обеспечивает впуск в цилиндры воздуха и выпуск отработавших газов в определенные моменты относительно ВМТ и НМТ (нижняя мертвая точка) при перемещении поршня в соответствии с происходящими процессами в цилиндрах двигателя. Основные элементы: распределительный вал, механизм привода клапанов, клапаны. 3.Система охлаждения. Система охлаждения обеспечивает регулируемый отвод тепла от нагревающихся элементов двигателя. Основные элементы: водяной насос, радиатор, термостат, вентилятор. 4. Система смазки. Система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям двигателя для уменьшения трения. Обеспечивает дополнительное охлаждение элементов двигателя. Основные элементы системы: маслоприемник с сетчатым фильтром, масляный насос, масляный фильтр, масляный радиатор. 5. Система питания. Система питания обеспечивает впрыск топлива под высоким давлением в цилиндры двигателя в конце такта сжатия с временной синхронизацией момента начала подачи топлива относительно ВМТ поршня в соответствии с режимом работы двигателя. Основные элементы системы: топливный насос высокого давления, подкачивающий топливный насос с топливным фильтром, топливозаборник с сетчатым фильтром грубой очистки топлива. 6. Система предпускового подогрева. Система предпускового подогрева дизельного двигателя обеспечивает прогрев камеры сгорания перед пуском двигателя. Основные элементы системы: накальные свечи предварительного нагрева и схема управления. Несущим элементом двигателя является блок цилиндров, к которому крепятся все остальные элементы механизмов и систем двигателя. Назначение карбюратора. Основное назначение карбюратора состоит в приготовлении горючей смеси, которая затем по впускному трубопроводу поступает в цилиндры. Устройство карбюратора: Простейший карбюратор состоит из двух камер: поплавковой камеры и смесительной камеры. Клапанная система и поплавок поддерживают в поплавковой камере постоянный уровень топлива. Поплавковая камера. Поплавковая камера имеет отверстие, через которое внутренняя часть сообщается с атмосферой. Поплавковая камера сообщается посредством распылителя с камерой смешения. В смесительной камере максимальная скорость движения воздуха отмечается в горловине диффузора Пусковое устройство карбюратора. Пусковое устройство карбюратора обеспечивает образование богатой смеси, необходимой для легкого пуска холодного двигателя. Таким устройством является воздушная заслонка, располагаемая в воздушном патрубке. Главная дозирующая система приготовляет обедненную горючую смесь, обеспечивающую экономичную работу двигателя под нагрузкой. Ускорительный насос. Ускорительный насос обогащает горючую смесь во время резкого открытия дросселя. |