Меню Закрыть

Общее устройство и работа двигателя – Принцип работы и устройство двигателя

Общее устройство и работа двигателя

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — самый распространенный тип двигателя легкового автомобиля. Работа двигателя этого типа основана на свойстве газов расширяться при нагревании. Источником теплоты в двигателе является смесь топлива с воздухом (горючая смесь).

Двигатели внутреннего сгорания бывают двух типов: бензиновые и дизельные. В бензиновом двигателе горючая смесь (бензина с воздухом) воспламеняется внутри цилиндра от искры, образующейся на свече зажигания 3 (рис. 3). В дизельном двигателе горючая смесь (дизельного топлива с воздухом) воспламеняется от сжатия, а свечи зажигания не применяются. На обоих типах двигателей давление образующейся при сгорании горючей смеси газов повышается и передается на поршень 7. Поршень перемещается вниз и через шатун 8 действует на коленчатый вал 11, принуждая его вращаться. Для сглаживания рывков и более равномерного вращения коленчатого вала на его торце устанавливается массивный маховик 9.

Рис.3. Схема одноцилиндрового двигателя.

Рассмотрим основные понятия о ДВС и принцип его работы.

В каждом цилиндре 2 (рис. 4) установлен поршень 1. Крайнее верхнее его положение называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее — нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. За один ход поршня коленчатый вал повернется на половину оборота.

Рис.4. Схема цилиндра

Камера сгорания (сжатия) — это пространство между головкой блока цилиндров и поршнем при его нахождении в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра — пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из ВМТ в НМТ.

Рабочий объем двигател — это рабочий объем всех цилиндров двигателя. Его выражают в литрах, поэтому нередко называют литражом двигателя.

Полный объем цилиндра — сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра.

Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. Степень сжатия у бензинового двигателя равна 8…10, у изельного — 20… 30.

От степени сжатия следует отличать компрессию.

Компрессия — это давление в цилиндре в конце такта сжатия характеризует техническое состояние (степень изношенности) двигателя. Если компрессия больше или численно равна степени сжатия, состояние двигателя можно считать нормальным.

Мощность двигателя — величина, показывающая, какую работу двигатель совершает в единицу времени. Мощность измеряется в киловаттах (кВт) или лошадиных силах (л. с), при этом одна лошадиная сила приблизительно равна 0,74 кВт.

Крутящий момент двигателя численно равен произведению силы, действующей на поршень во время расширения газов в цилиндре, на плечо ее действия (радиус кривошипа — расстояние от оси коренной шейки до оси шатунной шейки коленчатого вала). Крутящий момент определяет силу тяги на колесах автомобиля: чем больше крутящий момент, тем лучше динамика разгона автомобиля.

Максимальные мощность и крутящий момент развиваются двигателем при определенных частотах вращения коленчатого вала (указаны в технической характеристике каждого автомобиля).

Такт — процесс (часть рабочего цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, рабочий цикл которого происходит за четыре хода поршня, называют четырехтактным независимо от количества цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Он протекает в одном цилиндре в такой последовательности (рис. 5):

Рис.5. Рабочий цикл четырехтактного двигателя

Рис.6. Схема работы четырехцилиндрового двигателя

1 -й такт — впуск. При движении поршня 3 вниз в цилиндре образуется разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан 1 в цилиндр из системы питания поступает горючая смесь (смесь топлива с воздухом). Вместе с остаточными газами в цилиндре горючая смесь образует рабочую смесь и занимает полный объем цилиндра;

2-й такт — сжатие. Поршень под действием коленчатого вала и шатуна перемещается вверх. Оба клапана закрыты, и рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания;

3-й такт — рабочий ход, или расширение. В конце такта сжатия между электродами свечи зажигания возникает электрическая искра, которая воспламеняет рабочую смесь (в дизельном двигателе рабочая смесь самовоспламеняется). Под давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал;

4-й такт — выпуск. Поршень перемещается вверх, и через открывшийся выпускной клапан 4 выходят наружу из цилиндра отработавшие газы.

При последующем ходе поршня вниз цилиндр вновь заполняется рабочей смесью, и цикл повторяется.

Как правило, двигатель имеет несколько цилиндров. На отечественных автомобилях обычно устанавливают четырехцилиндровые двигатели (на автомобилях «Ока» —двухцилиндровый). В многоцилиндровых двигателях такты работы цилиндров следуют друг за другом в определенной последовательности. Чередование рабочих ходов или одноименных тактов в цилиндрах многоцилиндровых двигателей в определенной последовательности называется порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы цилиндров в четырехцилиндровом двигателе чаще всего принят I —3—4—2 или реже I —2—4—3, где цифры соответствуют номерам цилиндров, начиная с передней части двигателя. Схема на рис. 6 характеризует такты, происходящие в цилиндрах во время первого полуоборота коленчатого вала. Порядок работы двигателя необходимо знать для правильного присоединения проводов высокого напряжения к свечам при установке момента зажигания и для последовательности регулировки тепловых зазоров в клапанах.

В действительности любой реальный двигатель гораздо сложнее упрощенной схемы, представленной на рис. 3. Рассмотрим типовые элементы конструкции двигателя и принципы их работы.

1pdd.ru

Лекция об общем устройстве и принципе работы двигателя

Общее устройство и принцип работы двигателя

Общее устройство.

Двигатель состоит из цилиндра 5 и картера 6, который снизу закрыт поддоном 9 (рис. а). Внутри цилиндра перемещается поршень 4 с компрессионными (уплотнительными) кольцами 2, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец 3 и шатун 14 связан с коленчатым валом 8, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек 13, щек 10 и шатунной шейки 11. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала (см. рис. 6).

Сверху цилиндр 5 накрыт головкой 1 с клапанами 15 и 17, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня.

Схема устройства поршневого двигателя внутреннего сгорания:

а — продольный вид, б — поперечный вид; 1 — головка цилиндра, 2 — кольцо,
3 — палец, 4 — поршень, 5 — цилиндр, 6 — картер, 7 — маховик, 8 — коленчатый вал,
9 — поддон, 10 — щека, 11 — шатунная шейка, 12 — коренной подшипник, 13 — коренная шейка,
14 — шатун, 15, 17- клапаны, 16 — форсунка

Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю: верхней мертвой точкой (ВМТ), соответствующей наибольшему удалению поршня от вала (см. рис. 6), и нижней мертвой точкой (НМТ), соответствующей наименьшему удалению его от вала.

Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком 7, имеющим форму диска с массивным ободом.

Расстояние, проходимое поршнем, между мертвыми точками называется ходом поршня 

S, а расстояние между осями коренных и шатунных шеек — радиусом кривошипа R (рис. б). Ход поршня равен двум радиусам кривошипа: S = 2R. Объем, который описывает поршень за один ход, называется рабочим объемом цилиндра (литражом) Vh:

Vh = (¶ / 4)D2S.

Объем над поршнем Vc в положении ВМТ (см. рис. а) и называется объемом камеры сгорания (сжатия). Сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания составляет полный объем цилиндра Va:

Va=Vh + Vc.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия е:

е = Va / Vc.

Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, так как сильно влияет на его экономичность и мощность.

Принцип работы.

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы расширения нагретых газов во время движения поршня от ВМТ к НМТ.

Нагревание газов в положении ВМТ достигается в результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура газов и их давление. Так как давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы расширятся, совершая полезную работу. Работа, производимая расширяющимися газами, посредством кривошипно-шатунного механизма передается коленчатому валу, а от него на трансмиссию и колеса автомобиля.

Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан 15 и топлива через форсунку 16 или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через выпускной клапан 17. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива.

  1. Такт впуска — Впускается топливо-воздушная смесь

  2. Такт сжатия — Смесь сжимается и поджигается

  3. Такт расширения — Смесь сгорает и толкает поршень вниз

  4. Такт выпуска — Продукты горения выпускаются

Принцип действия. Сгорание топлива происходит в камере сгорания, которая расположена внутри цилиндра двигателя, куда жидкое топливо вводится в смеси с воздухом или раздельно. Тепловая энергия, полученная при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Продукты сгорания удаляются из цилиндра, а на их место всасывается новая порция топлива. Совокупность процессов, происходящих в цилиндре от впуска заряда (рабочей смеси или воздуха) до выпуска отработанных газов, составляет действительный или рабочий цикл двигателя.

Системы и механизмы двигателя, и их назначение.

Кривошипно-шатунный механизмвоспринимает давление газов в цилиндрах и преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из цилиндра, головки, поршня, поршневого пальца, шатуна, картера, коленчатого вала и других деталей.

Система питанияпроизводит подготовку новой порции рабочей смеси, состоящей из воздуха и топлива, и ее подвод в цилиндры двигателя. У карбюраторного двигателя она состоит из воздухоочистителя, фланца, карбюратора, впускного трубопровода, топливного насоса с фильтром-отстойником, бензопровода и бензобака.

Механизм газораспределенияуправляет своевременным впуском свежего заряда топлива и выпуском отработавших газов. Он состоит из распределительных шестерен, кулачкового вала, толкателя, пружины и клапанов.

Система зажиганиякарбюраторных двигателей обеспечивает подачу импульса электротока высокого напряжения на контакты свечи для получения искры, необходимой для воспламенения рабочей смеси.

Система охлажденияпредотвращает перегрев двигателя отводом тепла от стенок цилиндров и головок. Она состоит из водяных рубашек, блока и головок, радиатора, вентилятора водяного насоса и других элементов.

Система смазкиобеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям и отвод продуктов износа. Она состоит из масляного поддона, насоса, фильтров грубой и тонкой очистки масла, маслопроводов и масляных клапанов.

Кроме перечисленных систем и механизмов двигатель оборудуется пусковым устройством, приборами контроля и управления и вспомогательными механизмами, например подогревателями.

Основные понятия и термины. Мертвые точки — это крайние положения, занимаемые поршнем при его движении. Наиболее отдаленное положение поршня от оси коленчатого вала называется верхней мертвой точкой (ВМТ), наиболее близкое положение — нижней мертвой точкой (НМТ).

Ход поршня — это расстояние между крайними положениями поршня, равное двойному радиусу кривошипа.

Рабочий объем цилиндр — это объем, освобождаемый в цилиндре при перемещении поршня от ВМТ до НМТ.

Объем камеры сжатия — это объем пространства, образуемого над поршнем при положении его в ВМТ.

Полный объем цилиндра — это сумма рабочего объема и объема камеры сжатия.

Степень сжатия — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия.

infourok.ru

Разработка урока с применением ИКТ «Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания»

Цель занятия: создание условий для формирования знаний об общем устройстве и работе двигателя внутреннего сгорания.

Задачи занятия:

  • Обучающая: познакомить обучающихся с общим устройством и рабочими циклами четырехтактного карбюраторного двигателя легкового автомобиля;
  • Развивающая: способствовать развитию у обучающихся понимания общего устройства двигателя внутреннего сгорания для определения неисправности и выбора методов ее устранения; развивать умение доказывать и отстаивать своё мнение, делать выводы; расширять словарный запас технических терминов и понятий;
  • Воспитывающая: воспитывать бережное отношение к технике, понимание необходимости бережного отношения к окружающей среде; воспитывать умение выслушать и принять во внимание мнение других.

Методическая цель: связь теоретического обучения с практическим обучением.

Содержание занятия:

  • повторить пройденный материал;
  • изложить информацию по теме;
  • закрепить полученные знания;
  • проконтролировать качество усвоения нового материала и оценить знания обучающихся.

Оборудование, учебно-наглядные пособия:

  • компьютер,
  • мультимедийный проектор и экран;
  • компьютерные программы;
  • карточки-задания (Приложение 1);
  • презентация “Устройство автомобиля” (Приложение 2);
  • “Устройство и техническое обслуживание легковых автомобилей”: учебник водителя автотранспортных средств категории “В”/В.А.Родичев, А.А.Кива. – 8-е изд., испр.-М.:Издательский центр “Академия”,2008. – 80с.;
  • макет двигателя внутреннего сгорания;
  • схема двигателя внутреннего сгорания .

Основной метод: объяснительно-иллюстративный с применением ИКТ.

Межпредметные связи: химия, физика, черчение.

Раздаточный материал: учебники, карточки с заданиями по теме “Общее устройство автомобиля”.

Ход занятия

I. Организационный момент.

(Цель этапа: развитие ученического самоуправления. Быстрое включение обучающихся в рабочий ритм. Воспитание ответственности за порученное дело.)

  1. Взаимное приветствие мастера производственного обучения и обучающихся.
  2. Принятие рапорта у дежурного обучающегося о посещаемости, проверка готовности обучающихся к занятию.

II. Повторение пройденного материала.

(Цель этапа: актуализация опорных знаний, умений и мотивационных состояний.)

1. Мастер производственного обучения делит группу на три подгруппы. Каждая подгруппа получает карточку с заданиями. (Приложение 1). На выполнение заданий отводится 3 минуты. Обучающиеся совместно обсуждают варианты ответов. По истечении заданного времени отвечает на вопросы один представитель каждой подгруппы.

2. Обобщение ответов обучающихся и переход к восприятию нового материала.

  • Какие детали автомобиля мы вспомнили? (Кузов, шасси, трансмиссия.)
  • Для чего служит кузов автомобиля? (Для размещения пассажиров, багажа. К кузову крепятся детали автомобиля.)
  • Какую функцию выполняет шасси? (Передача энергии от двигателя к колёсам и управление ими.)
  • Назовите детали шасси? (Трансмиссия, ходовая часть и системы управления.)
  • Из каких деталей состоит трансмиссия? (Сцепление, коробка передач, карданная передача и ведущий мост.)
  • Без чего все эти агрегаты автомобиля не могут работать? (Без двигателя.)

III. Сообщение темы и цели занятия.

Мастер производственного обучения задает вопросы обучающимся:

  1. Какие двигатели вы знаете, перечислите их?
  2. Как они работают?
  3. Как не допустить поломку двигателя?
  4. Если происходит поломка двигателя, как устранить неисправность?

Мастер производственного обучения благодарит за ответы и переходит к сообщению темы лекции – диалога “Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания”.

Знания по этой теме вам нужны будут для понимания общего устройства и работы двигателя внутреннего сгорания, чтобы в дальнейшем вовремя определить неисправность и принять меры к ее устранению. А также для правильного обслуживания автомобиля, увеличивая срок его эксплуатации.

IV. Работа по теме.

(Цель этапа: изложение нового материала.)

Изучение содержания темы происходит с помощью лекционного материала по теме “ Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания” с применением материалов презентации “Устройство автомобиля” (Приложение 2), схемы двигателя внутреннего сгорания и макета двигателя внутреннего сгорания.

Применение данной формы работы (лекция-диалог), презентации “ Устройство автомобиля”, схемы двигателя внутреннего сгорания и макета двигателя внутреннего сгорания способствует развитию познавательной деятельности обучающихся.

Мастер производственного обучения рассказывает теоретический материал, задаёт вопросы и демонстрирует презентацию “Устройство автомобиля” и схему двигателя внутреннего сгорания.

Обучающиеся конспектируют лекцию, участвуют в диалоге, отвечая на вопросы мастера производственного обучения.

1. Общее устройство и работа двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – самый распространенный тип двигателя легкового автомобиля. Работа двигателя этого типа основана на свойстве газов расширяться при нагревании. Источником теплоты в двигателе является смесь топлива с воздухом (горючая смесь).

(Слайд 2)

  • Какие типы двигателя вы знаете?

Двигатели внутреннего сгорания бывают двух типов: бензиновые и дизельные. В бензиновом двигателе горючая смесь (бензина с воздухом) воспламеняется внутри цилиндра от искры, образующейся на свече зажигания.

  • Для чего нужен воздух? (Для поддержания горения в качестве окислителя.)

В дизельном двигателе горючая смесь (дизельного топлива с воздухом) воспламеняется от сжатия, а свечи зажигания не применяются. На обоих типах двигателей давление образующейся при сгорании горючей смеси газов повышается и передается на поршень.

Поршень перемещается вниз и через шатун действует на коленчатый вал.

  • В результате этого, что происходит с коленчатым валом? (Он вращается.)

Для сглаживания рывков и более равномерного вращения коленчатого вала на его торце устанавливается массивный маховик. (Мастер производственного обучения демонстрирует на макете)

Рассмотрим основные понятия о двигателе внутреннего сгорания и принцип его работы. (Слайд 3)

В каждом цилиндре установлен поршень.

Крайнее верхнее его положение называется верхней мертвой точкой (ВМТ).

  • А крайнее нижнее положение как будет называться? (Нижней мертвой точкой (НМТ).)

Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. За один ход поршня коленчатый вал повернется на половину оборота.

Камера сгорания (сжатия) – это пространство между головкой блока цилиндров и поршнем при его нахождении в ВМТ.

Рабочий объем цилиндра – пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из ВМТ в НМТ.

Рабочий объем двигателя – это рабочий объем всех цилиндров двигателя.

  • В каких единицах измерения выражается объём двигателя? (В литрах.)

Его выражают в литрах, поэтому нередко называют литражом двигателя. Полный объем цилиндра – сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра.

Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. Степень сжатия у бензинового двигателя равна 8–10, у дизельного – 20–30.

От степени сжатия следует отличать компрессию. Компрессия – это давление в цилиндре в конце такта сжатия характеризует техническое состояние (степень изношенности) двигателя. Если компрессия больше или численно равна степени сжатия, состояние двигателя можно считать нормальным.

  • А если компрессия меньше степени сжатия. Что это означает? (Изношенность двигателя.)

Мощность двигателя – величина, показывающая, какую работу двигатель совершает в единицу времени. Мощность измеряется в киловаттах (кВт).

  • В каких единицах ещё может измеряться мощность двигателя? (В лошадиных силах.)

При этом одна л.с. ≈ 0,74 кВт.

Крутящий момент ДВС численно равен произведению силы, действующей на поршень во время расширения газов в цилиндре, на плечо ее действия. Крутящий момент определяет силу тяги на колесах автомобиля: чем больше крутящий момент, тем лучше динамика разгона автомобиля.

Такт – процесс (часть рабочего цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня. Двигатель, рабочий цикл которого происходит за 4 хода поршня, называется четырехтактным независимо от количества цилиндров.

2. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. (Слайды 4, 5)

Мастер производственного обучения рассказывает теоретический материал и демонстрирует рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя на макете двигателя внутреннего сгорания и презентацию “Устройство автомобиля”.

1-й такт – впуск. При движении поршня 3 вниз в цилиндре образуется разрежение, под действием которого через открытый впускной клапан 1 в цилиндр из системы питания поступает горючая смесь (смесь топлива с воздухом). Вместе с остаточными газами в цилиндре горючая смесь образует рабочую смесь и занимает полный объем цилиндра;

2-й такт – сжатие. Поршень под действием коленчатого вала и шатуна перемещается вверх. Оба клапана закрыты, и рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания;

3-й такт – рабочий ход, или расширение. В конце такта сжатия между электродами свечи зажигания возникает эл

urok.1sept.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *