Помогите автомобиль с двигателем внутреннего сгорания

Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на:
  • карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
• Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. Особенности их устройства заключаются в преображении тепловой энергии в механическую работу с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.

Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.

Принцип работы двигателя

Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:

1. Впуск топлива;
2. Сжатие топлива;
3. Сгорание;
4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.

Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч зажигания – элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. При такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600О С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
2. Система смазки;
3. Система охлаждения;
4. Система подачи топлива;
5. Выхлопная система.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал;
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
• Детали привода клапанов;
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Система смазки

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон);
• Насос подачи масла;
• Масляный фильтр с редукционным клапаном;
• Маслопроводы;
• Масляный щуп (индикатор уровня масла);
• Указатель давления в системе;
• Маслоналивная горловина.

Система охлаждения

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя;
• Насос (помпа);
• Термостат;
• Радиатор;
• Вентилятор;
• Расширительный бачок.

Система подачи топлива

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак;
• Датчик уровня топлива;
• Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
• Топливные трубопроводы;
• Впускной коллектор;
• Воздушные патрубки;
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Выхлопная система

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор;
• Приемная труба глушителя;
• Резонатор;
• Глушитель;
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

Источник статьи: http://wikers.ru/articles/ustrojstvo-dvigatelya.html

Обозрение. Все типы гибридов: Скрестив бензин с электричеством

К сожалению, отменить светофоры, пробки и нерегулируемые перекрестки вряд ли возможно. Значит, автомобили и впредь будут разгоняться и тормозить. А потому идея запасти кинетическую энергию, бесполезно переводимую в нагрев и износ тормозов, чрезвычайно популярна.

«Ультралегкие» гибриды — это изобретение автора. Строго говоря, автомобиль, не использующий электродвигатель для перемещения, гибридом называться не должен. Но все же я буду настаивать на том, чтобы их так называли. Хотя бы потому, что эти машины способны запасать кинетическую энергию, пусть и для других целей. Такие системы применяют в современных БМВ и «Ауди».

Принцип достаточно прост: поскольку генератор отбирает мощность мотора, можно оптимизировать его работу, сняв с двигателя лишнюю нагрузку во время разгона и добавив — при торможении. Во время относительно равномерного движения все зависит от текущего баланса потребителей: если их немного, то вполне хватает возможностей батареи. Как только уровень заряда упадет ниже определенного значения, генератор включится снова. Для этого понадобится продвинутое управление процессом зарядки (необходимо учитывать гораздо больше факторов, чем по силам банальному реле-регулятору, который служит автомобильному делу более полусотни лет) и вдобавок иные характеристики аккумуляторной батареи. Результат действия системы, впервые показанной БМВ как часть концепции эффективной динамики, — снижение расхода топлива на 0,2–0,3 л/100 км и незначительное улучшение разгона.

Ныне подобные устройства нашли применение на БМВ 1-й и 3-й серий, а также на экологичных дизельных «Ауди» с индексом «е». Впрочем, это только начало. Ведь интеллектуальное управление зарядом батареи необходимо и для систем «старт-стоп». Это уже реализовано на 4-цилиндровых БМВ с механическими коробками передач.

«Легкие» гибриды — попытка превратить обычный автомобиль в гибрид с наименьшими затратами. Как любой компромисс, он не лишен недостатков и выделяется в первую очередь неспособностью перемещаться исключительно на электротяге. Тем не менее положительных сторон больше, чем отрицательных: заметное уменьшение расхода топлива в городе и улучшение динамики разгона (имеется в виду прежде всего так называемый rolling start и эластичность). Реальный выигрыш может превышать 20%.

Узнать легкий гибрид можно по незначительной — обычно не более 20 кВт — мощности электродвигателя. Самым коммерчески успешным примером стала, конечно, «Хонда-Сивик Гибрид», с виду почти не отличающаяся от обычного «Сивика». Первое поколение этих машин появилось в 2003 году. Под их капотом 1,8-литровый бензиновый мотор уступил место 1,3-литровому с 15-киловаттным электрическим помощником. Расположенный между мотором и коробкой передач электродвигатель помогал при разгоне и работал в качестве генератора, заряжая никель-металлгидридную батарею напряжением 156 В. Второе поколение машин, выпускаемое с 2006 года, оснастили вариатором и новой системой регулирования фаз газораспределения i-VTEC, которая полностью закрывает клапаны неработающего мотора, уменьшая насосные потери и торможение двигателем. Таким образом, гибридный «Сивик» научился ездить на чистой электротяге, став единственным пока легким гибридом, умеющим это делать.

Похожую схему избрал «Мерседес-Бенц», который собирается в нынешнем году предложить гибридный автомобиль на базе S-класса. На «Мерседес-Бенце S 400 BlueHYBRID» электромотор мощностью всего 20 кВт расположен между бензиновым двигателем и 7-ступенчатым гидромеханическим автоматом. Ездить на электротяге «Мерседес» не умеет, зато оснащен электрическим компрессором кондиционера — значит, не потребуется жертвовать комфортом в пробке или на светофоре, когда бензиновый мотор выключен.

Выигрыш в динамике невелик лишь на первый взгляд. Несмотря на то что электродвигатель развивает всего 20 кВт, его крутящий момент достигает 160 Н.м. Это больше половины того, что дает бензиновый мотор. Соответственно заметен и его вклад в динамике, а не в максималке. Наибольший выигрыш достигается в разгоне с малых скоростей или при обгоне в диапазоне 60–120 км/ч. А вот старт с места практически не меняется — с гидромеханической трансмиссией крутящий момент бензинового двигателя множит гидротрансформатор.

Полноценные, или, как их еще называют, «тяжелые», гибриды умеют ездить, используя и бензиновый, и электрический двигатели, а также сочетание их мощи в любой пропорции. Эти машины сегодня наилучшим образом представлены марками «Тойота» и «Лексус». Стараниями крупнейшего производителя автомобилей и японской корпорации «Айсин» (агрегаты трансмиссии) была разработана одна из наиболее удачных схем. Двигатель автомобиля приводит генератор, занявший в трансмиссионном агрегате место традиционной коробки передач. Но соединены они не жестко, а через планетарный делитель, который, в свою очередь, дает выбор мотору — вращать колеса или генератор. Он же отвечает за пуск двигателя на ходу, ненадолго замыкая трансмиссию.

Далее располагается электродвигатель и еще один планетарный редуктор, который работает в режиме двухступенчатой коробки передач, изменяя передаточное число между электродвигателем и трансмиссией. Оказывается, двух передач (1,9:1 и 3,9:1) достаточно для эффективной работы привода во всех диапазонах скоростей. Привычной коробки у автомобиля нет — суммарный крутящий момент бензинового мотора и электродвигателя позволяет обходиться всего двумя ступенями.

В режиме Hybrid выбор — в пользу наиболее экономичного перемещения. Power предполагает максимальное использование электродвигателя как «бустера», улучшающего динамику автомобиля. Зимний режим Snow вводит ограничение по крутящему и тормозному моментам для максимально эффективного сцепления с дорогой. Спортивный режим трансмиссии «Лексуса-LS600h» предлагает восемь уровней торможения двигателем и соответственно скорости и интенсивности реакции на педаль газа, имитируя работу 8-ступенчатой автоматической трансмиссии. При обычном разгоне автомобиль трогается только за счет электродвигателя, а бензиновый мотор подключается по мере надобности.

Система, применяемая компанией «Дженерал моторс» на гибридном вседорожнике «Шевроле-Тахо», несколько иная: в ней отсутствует вторая планетарная передача, но вместо одного электромотора — два, по 22 кВт. Этого достаточно, чтобы бензиновый двигатель обходился без традиционной коробки передач, а автомобиль в целом мог перемещаться исключительно на электротяге. Название 2-Mode Hybrid Transmission означает два режима работы. В первом, при минимальных скоростях и нагрузках, в зависимости от состояния аккумуляторов можно двигаться как за счет одних электродвигателей, так и с помощью бензинового 5,3-литрового мотора. Второй режим работы, напротив, предназначен для движения с высокой скоростью по шоссе: он исключает влияние электродвигателей, что повышает КПД трансмиссии и снижает расход бензина. Более того, при благоприятных условиях автоматика отключает четыре из восьми цилиндров мотора. В таком режиме «Шевроле-Тахо» способен пройти 22 мили на галлоне бензина, что соответствует примерно 10,7 л/100 км. Неплохой результат для автомобиля такого размера!

Их называют range extender (в буквальном переводе — удлинитель). Впрочем, речь идет пока об опытных образцах, которые не подтверждают заявленных характеристик. Гибриды такого класса — это, по существу, электромобили, оснащенные вспомогательным бензиновым или дизельным двигателем.

Основное отличие в эксплуатации — крайне желательна ежедневная подзарядка от сети. Основной режим для «бензоудлинителя» — городской. При запасе хода 100 км и более в ежедневных поездках по городу вообще нет необходимости использовать двигатель внутреннего сгорания. Ну а если электричество «кончится», то бензиновый мотор теоретически в состоянии обеспечить беспроблемное путешествие до ближайшей розетки. Его задача не заряжать аккумуляторы, а лишь поддерживать примерно 30-процентный уровень заряда. КПД невысок, но подразумевается, что «бензиновый» пробег для машины скорее исключение, чем правило. Механической связи с колесами мотор такого гибрида не имеет вовсе, то есть лишается одного из важнейших преимуществ гибридной трансмиссии — улучшения динамики за счет совместной работы электродвигателя и ДВС.

Первым серийным автомобилем этого класса должен стать «Шевроле-Вольт», производство которого обещают начать в 2010 году.

О ВРЕДЕ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ

Какая из концепций гибридного привода победит? Однозначного ответа нет. Вполне вероятно, что «бензоудлинители» окажутся востребованными в Северной Америке при доступных ценах на электроэнергию и высоких — на бензин. Гибриды аналогичного типа планирует выпускать и «Мерседес-Бенц». Компоновка его компактных моделей еще много лет назад была сделана с этим прицелом.

Впрочем, еще вероятнее, что дуэт «Тойоты» и «Айсина» окажется более удачливым и им удастся постепенно увеличивать электрическую составляющую гибридных трансмиссий. Прототип «Тойоты-Приус» с возможностью подзарядки уже способен преодолеть на электротяге 10 км в городском цикле. Для полной зарядки батарей от сети 220 В требуется менее двух часов. Автомобиль третьего поколения с литий-ионными аккумуляторами будет способен на заметно лучшие результаты. Подзарядка аккумуляторов от внешнего источника позволяет превратить их из сомнительного накопителя кинетической энергии в реальный «топливный бак» (пусть даже на порядок уступающий бензиновому).

Единственный вопрос, который остается, — цена на бензин. Настоящий кризис оказался экономическим, а не топливным. А когда топливо дешевеет, дорогостоящие программы развития гибридных трансмиссий и силовых установок могут серьезно повредить финансовому здоровью автомобильных производителей.

Источник статьи: http://www.zr.ru/content/articles/16909-obozrenije_vse_tipy_gibridov_skrestiv_benzin_s_elektrichestvom/