Доклад. Двигатель автомобиля
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
Двигатель автомобиля-это самая главная из систем машины. Двигатель по сути сердце автомобиля и этим все сказано. Автомобильных моторов существует несколько видов и основное их различие по преобразованию определённого вида энергии в механическую , которая и приводит колёса машины в движение. То есть , для получения энергии , в двигателе автомобиля должно произойти сгорание топлива или выработка электрической энергии , зависит от вида двигателя. Сам источник энергии находиться на автомобиле и требует дозаправки , например , топливный бак. Сейчас в современных автомобилях применяются усовершенствованные моторы 20 века , либо созданные на их основе- роторные и гибридные двигатели. Самый распространенны -это двигатель внутреннего сгорания, имеет сокращенное название ДВС. Этот двигатель преобразует энергию сгорающего топлива в механическую работу. Самые известные типы двигателей внутреннего сгорания- это поршневой двигатель , роторно-поршневой и газотурбинный. Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания разработали в 1957 год-изобретатель Фройде. Внутри цилиндра размещается ротор (поршень) с зубчатым колесом, который совершает не возвратно-поступательное движение, как в бензиновых двигателях и дизелях, а вращается по определенной траектории-эпитрохоиде. Данная конструкция даёт возможность создать 4-ех тактный цикл, без дополнительного механизма газораспределения. Благодаря этому он обладает хорошей приёмистостью-быстро набирает обороты, обеспечивая автомобилю хорошую динамику разгона. Из-за конструктивных особенностей степень сжатия ограничена, поэтому работает только на бензине и обладает худшей экономичностью из-за формы камеры сгорания. Раньше его недостатком был меньший ресурс, а теперь и невысокие экологические показатели, которым сейчас уделяется большое внимание. На практике такие двигатели получили распространения в виде 3-ех кратного ротора на двигателях. Размеры и вес такого двигателя в два-три раза меньше двигателей внутреннего сгорания при одинаковой мощности. Двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу. Различают следующие основные типы двигателей внутреннего сгорания: поршневой роторно-поршневой газотурбинный. Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС Достоинства ДВС: автономность универсальность (сочетание с различными потребителями) невысокая стоимость компактность малая масса возможность быстрого запуска многотопливность. Недостатки: высокий уровень шума большая частота вращения коленчатого вала токсичность отработавших газов невысокий ресурс низкий коэффициент полезного действия. Классификация ДВС По роду топлива различают жидкостные и газовые ДВС По способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные. По способу охлаждения — на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением; По типу смазки - смешанный тип(масло смешивается с топливной смесью) и раздельный тип(масло находится в картере) По способу приготовления горючей смеси – с внешним ( карбюраторные) и внутренним ( дизели) смесеобразованием По виду преобразователя энергии –поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0.4–0.5. В зависимости от вида применяемого топлива различают бензиновые и дизельные двигатели. Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород. Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Принцип работы двигателей Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма. По типу используемого топлива делятся на: Бензиновые — смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), или непосредственно в цилиндре при помощи распыляющих форсунок, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.  Дизельные — специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Горючая смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры воздуха, подвергшегося сжатию в цилиндре. Четырёхтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания: 1 – коленчатый вал 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – впускной клапан; 4 – свеча зажигания; 5 –выпускной клапан 6 – поршень; 7 – цилиндр Главная деталь четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания цилиндр 7 в головке которого расположены впускной 3 и выпускной 5 клапаны и свеча 4 для зажигания рабочей смеси. В цилиндре движется поршень 6 его возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 1 с помощью кривошипно-шатунного механизма Для обеспечения наиболее полного сгорания топлива его перемешивают с воздухом в пропорции 1: 15 (на одну часть паров бензина должно приходиться 15 частей воздуха). Рабочий цикл четырёхтактного двигателя Принцип работы ДВС основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре. Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель): впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель). 1 такт - впуск Впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2 такт -сжатия Впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. Когда поршень находится в нескольких миллиметрах от верхней мертвой точки (ВМТ), свеча воспламеняет . При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. 3такт -рабочий ход (расширение) Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы давление газов достигло максимальной величины когда поршень будет находиться в ВМТ. При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. 4такт - выпуск . После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.   Вывод: Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск . Недостатком ДВС является то, что он производит высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемыми атрибутами двигателя внутреннего сгорания являются трансмиссия и стартёр. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме. Также ДВС нужны топливная система (для подачи топливной смеси) и выхлопная система (для отвода выхлопных газов). |