Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита.
На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока.
Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.
Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.
Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество.
То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов.
С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.
Устройство и описание ДПТ
Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.
Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:
- Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
- Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
- Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
- Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.
Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.
Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.
Статор (индуктор)
В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.
Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:
- с независимым возбуждением обмоток;
- соединение параллельно обмоткам якоря;
- варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
- смешанное подсоединение.
Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.
Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ
У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение.
Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера.
В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.
Ротор (якорь)
В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.
В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.
Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.
Рисунок 3. Ротор с тремя обмотками
Рисунок 4. Якорь со многими обмотками
Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.
Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем
Коллектор
Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.
Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.
Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.
В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.
Принцип работы
Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:
F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.
Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.
Рис. 6. Принцип работы ДПТ
Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.
Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.
Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.
Типы ДПТ
Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.
Рассмотрим основные отличия.
По наличию щеточно-коллекторного узла
Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.
Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.
В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.
По виду конструкции магнитной системы статора
В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.
О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.
Управление
Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.
Механическая характеристика
Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.
Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения
Регулировочная характеристика
Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.
Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.
Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением
Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.
Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения.
В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения.
Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.
Области применения
Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:
- бытовые и промышленные электроинструменты;
- автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
- трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.
Преимущества и недостатки
К достоинствам относится:
- Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
- Легко регулируемая частота вращения;
- хорошие пусковые характеристики;
- компактные размеры.
У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.
Недостатки:
- ограниченный ресурс коллектора и щёток;
- дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
- ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
- дороговизна в изготовлении якорей.
По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.
Видео в дополнение к написанному
Где находится двигатель в работе
Главная » Двигатель
Рейтинг статьи Загрузка…
Как ни старается человечество отвязаться от бензиновых и дизельных двигателей, которыми приводится в движение весь транспорт, за исключением троллейбусов и трамваев, ничего у него не получается.
Причин этому много, часть из них очевидны, и могут привести к разговорам о мировом правительстве и тому подобным глобальным вещам, поэтому мы рассмотрим более безобидную тему.
Не почему мы пользуемся двигателями внутреннего сгорания, а благодаря чему они дают возможность быстро и безопасно перемещаться в пространстве.
На фото двигатель внутреннего сгорания, преобразующий давление от сгорающего топлива в механическую работу
Можно ли сдать двигатель
Практически у каждого человека есть автомобиль. В процессе эксплуатации двигатель также выходит из строя.
Часто это случается по причине неправильной эксплуатации, когда возникают частые перегревы или владелец транспортного средства не выполнял профилактический ремонт по замене деталей, расходных материалов.
Чтобы привести мотор в полностью исправное состояние, потребуется вложить деньги, потратить время и найти хорошего мастера.
Чаще всего двигателя не подлежат ремонту, поэтому возникает вопрос о приобретении новой детали. Новый мотор стоит дорого, поэтому потребуются большие финансовые вложения. Каждый человек сможет вернуть часть денег. Можно сдать двигатель на металлолом. В пункте приема его направят на полный цикл переработки. Из металла могут сделать станок или другие детали, металлические листы.
Сдавать двигатель в пункт приема металлолома целесообразно в случае, когда ремонт требует больших затрат. Есть детали, которые не подлежат ремонту, потому что их срок эксплуатации вышел.
Перед тем, как сдать двигатель в пункт приема, рекомендуется обратиться на станцию технического обслуживания и получить консультацию мастера.
Он подскажет, подлежит ли мотор ремонту или его восстановление потребует больших затрат.
Демонтаж стартера
Существует несколько вариантов, как снять стартер с двигателя. Выбор преимущественно зависит от наличия у автовладельца гаража с ямой и свободного времени для того, чтобы замена стартера была произведена своими силами.
Лучше всего организовать доступ к этому узлу с двух сторон, сняв нижнюю защиту двигателя, и частично демонтировав систему воздушного охлаждения, убрав батарею АКБ. Это возможно в сервисе на подъемнике или в гараже на яме. Однако, даже в ее отсутствии ремонт стартера вполне возможен, но с увеличением трудозатрат и времени работ.
На яме или подъемнике
Перед тем, как снять стартер своими силами, необходимо загнать машину на яму, чтобы обеспечить доступ к болтам крепления защиты ДВС снизу.
Эта деталь из толстостенной листовой стали крепится в 4 точках, проблем с откручиванием обычно не возникает, поскольку ее снимают очень часто во время обслуживания автомобиля.
При необходимости резьбовые части обрабатываются предварительно смазкой WD-40.
Внимание: В ряде случаев работе мешает накладка, защищающая глушитель, которую тоже придется снять. На иномарках под защитой двигателя может стоять дублирующая пластина из полимерного материала, так же подлежащая демонтажу.
Начинается замена стартера с демонтажа этого узла запуска ДВС, однако при снятой защите удобно откручивать только нижний болт. Верхние крепежные элементы проще выкручивать сверху. Для этого, в зависимости от компоновки агрегатов и узлов машины под капотом, придется снять:
- клеммы с аккумулятора (в любом случае);
- вытащить АКБ наружу;
- демонтировать при необходимости корпус воздушного фильтра;
- открутить кронштейн, на котором крепится патрубок охлаждения.
Читать еще: Электросхема запуска двигателя лада гранта
После чего, работы продолжаются в яме:
- от стартера необходимо отключить все провода, подходящие к нему от аккумулятора, поэтому откручивается гайка, фиксирующая кабель «+», затем провод, подходящий к управляющим контактам втягивающего реле;
- откручивается нижняя гайка крепления стартера ключом на 13.
Работы продолжаются сверху, со стороны капота автомобиля:
- откручиваются два или один оставшийся верхний болт ключом на 13;
- стартер за корпус отводится в сторону пассажирского сиденья, чтобы бендикс вышел из посадочного места возле маховика;
- вытаскивается этот узел через верх.
В зависимости от типа ДВС операции демонтажа стартера могут изменяться:
- двигатель С-типа – классический демонтаж по вышеописанной схеме;
- двигатель F-типа – вначале своими руками демонтируются крепежные болты стартера, затем снимается защита, отсоединяется опора ДВС задняя;
- двигатель V8 – при наличии 16 клапанов снимается защита, выкручиваются болты крепления стартера, демонтируется правое переднее колесо и усиление коллектора системы выхлопа, снимается задняя опора двигателя.
С подобными нюансами знакомы сотрудники СТО, поэтому замену стартера рекомендуется производить специалистам.
Без ямы
В отсутствие гаража, ямы или при внезапном отказе электростартёр можно снять через капот. Особенностями процесса являются:
- обеспечение доступа к болтам крепления по аналогии с вышеописанным способом (демонтаж аккумулятора и части системы воздушного охлаждения)
- нижние болты, клемма на втягивающем реле и гайка «+» клеммы находятся наощупь
- вначале откручивается нижний крепеж, затем средний, так как центрирующая втулка расположена именно на нем
В последующем время работ немного снижается за счет получения автовладельцем некоторого опыта. При необходимости может использоваться домкрат или ручные самодельные подъемники, например, как на нижнем фото. Это актуально, если потребуется снять переднее колесо со стороны пассажира.
Рис. 7 Ручной самодельный подъемник для легкового авто
Таким образом, для рядных двигателей демонтаж стартера в принципе сложностей не представляет, даже если осуществляется собственными силами. Аккумулятор необходимо снять в любом случае, чтобы обезопасить проведение работ. При сложной компоновке узлов под капотом, эксплуатации V-образных ДВС рекомендуется посетить СТО.
Базовые понятия
Любой автомобиль состоит из семи главных систем:
- мотор;
- трансмиссия;
- рулевое управление;
- шасси или подвеска;
- тормозная система;
- кузов;
- электрооборудование.
Кузов — классы и типы
Первое, что мы видим, любуясь той или иной машиной — это кузов. Мы уже много рассказывали об этом на нашем сайте, поэтому просто повторим.
- однообъемный — минивэны (мотор, салон, багажник объединены в одну пространственную конструкцию);
- двухобъемный — хэтчбек, универсал, внедорожник, кроссовер;
- трехобъемный — седан, лимузин, родстер, пикап.
Читать еще: Датчик температуры двигателя iveco
Также от длины кузова зависит класс автомобиля — способов классификации есть очень много, наиболее распространенной является европейская:
- «А» — компактные хэтчбеки, например Chevrolet Spark, Daewoo Matiz;
- «B» — малые авто — все ВАЗы, Дэу Ланос, Geely MK;
- «C» — средний класс — Шкода Октавиа, Форд Фокус, Мицубиси Лансер.
Ну и так далее — на нашем сайте Vodi.su есть статья, где классы расписаны более подробно.
Свои типы классификации есть и у отдельных производителей, например BMW, Audi, или Мерседес. Достаточно зайти на официальный сайт, чтобы определить разницу:
- Мерседес А-класс — самый малый класс, соответствует В-классу по европейской классификации;
- В-класс — соответствует С-классу;
- С-класс (Comfort-Klasse);
- CLA — компактный престижный легкий класс;
- G, GLA, GLC, GLE, M — Гелендваген, внедорожники и SUV-класс.
Несложно разобраться с классификацией Ауди:
- А1-А8 — хэтчбеки, седаны универсалы с разной длиной кузова;
- Q3, Q5, Q7 — внедорожники, кроссоверы;
- ТТ — родстеры, купе;
- R8 — спорткары;
- RS — «заряженные версии» с улучшенными техническими характеристиками.
Такая же классификация и у БМВ:
- Серии 1-7 — легковые авто типа хэтчбек, универсал, седан;
- Х1, Х3-Х6 — внедорожники, кроссоверы;
- Z4 — родстеры, купе, кабриолеты;
- М-серия — «заряженные» версии.
Для большинства покупателей, особенно женского пола, именно тип кузова имеет решающее значение. Тем не менее, кузов — это лишь обертка, а технические характеристики — самое главное. Рассмотрим основные.
Двигатель
Тема необъятная, назовем главные моменты:
- по типу топлива — бензин, дизель, газ, газо-топливные, гибриды, электромобили;
- по количеству цилиндров — трехцилиндровые и более (есть например моторы на 8 и 16 цилиндров);
- по расположению цилиндров — рядные (цилиндры просто стоят в ряд), оппозитные (цилиндры друг против друга), V-образные;
- по расположению под капотом — продольные, поперечные.
В большинстве легковых авто используются рядные 3-4-цилиндровые двигатели с продольной (по оси движения) или поперечной установкой. Если же речь идет про грузовые авто или машины классом выше среднего, то мощность достигается за счет добавления цилиндров.
Кроме того, неотъемлемым элементом двигателя является система охлаждения, которая может быть:
- жидкостная — охлаждение производится тосолом, антифризом, простой водой;
- воздушная — яркий пример «Запорожец», в котором двигатель находился сзади, а воздух всасывался благодаря вентилятору, такая же система используется на мотоциклах;
- комбинированная — охлаждение с помощью тосола, для дополнительного обдува применяется вентилятор.
Также важные моменты:
- система впрыска — карбюратор, инжектор;
- система зажигания — контактная (с помощью распределителя), бесконтактная (датчик Холла, коммутатор), электронная (процесс контролируется блоком управления);
- механизм газораспределения;
- система смазки и так далее.
Трансмиссия
Основная задача трансмиссии — передавать момент вращения от мотора к колесам.
- сцепление — соединяет или разделяет трансмиссию с двигателем;
- коробка передач — выбор режима езды;
- кардан, карданная передача — передает момент движения на ведущую ось;
- дифференциал — распределение момента между колесами ведущей оси.
Читать еще: Что такое танковый газотурбинный двигатель
В большинстве современных авто применяется одно- или двухдисковое сухое сцепление, работающее в паре с механической или роботизированной (полуавтоматической, преселективной) коробкой передач, либо гидротрансформатор — гидрообъемная система, в которой энергия двигателя приводит в движение поток масла — автоматические коробки передач или CVT (вариаторная КПП).
Вот как раз тип коробки передач имеет для многих решающее значение. По собственному опыту скажем, что механика — наилучший вариант, поскольку водитель сам выбирает оптимальный режим и при этом расходуется меньше топлива. К тому же, МКПП проста и дешева в обслуживании. Автомат и вариатор — значительно упрощают процесс вождения, но если они сломаются, то готовьте нешуточные суммы денег.
Также трансмиссия включает в себя такое понятие, как тип привода:
- передний или задний — момент вращения приходится на одну ось;
- полный — ведущими являются обе оси, правда, привод может быть как постоянным, так и подключаемым.
Раздаточная коробка служит для распределения крутящего момента на оси автомобиля. Она устанавливается в полноприводных авто, например УАЗ-469 или ВАЗ-2121 «Нива».
Как видим, автомобиль — довольно сложный механизм. Тем не менее, большинству достаточно уметь управлять им и выполнять простейшие операции, например замену колеса. Техобслуживание же лучше доверить профессионалам.
Видео: устройство и выбор автомобиля
Заключение
Вкратце схема устройства самолета является простой: двигатели толкают самолет, крылья изменяют вектор тяги и создают подъемную силу. В результате машина поднимается в воздух и летит.
Когда необходимо снижаться на посадку, пилот сбавляет обороты двигателя и немного меняет вектор подъемной силы с помощью закрылков и стабилизатора на крыле.
При приближению к земле пилот активирует шасси, и самолет успешно касается покрытия взлетно-посадочной полосы.
Все это звучит очень просто, однако на самом деле техническое устройство самолета намного сложнее. Перед инженерами ставятся задачи высокой сложности, поскольку для того, чтобы безопасно поднять и посадить такую машину, необходимо проведение серьезных расчетов и обеспечение работы всех систем, включая системы безопасности и жизнеобеспечения.
Всего в самолете реализуется тысячи систем, каждая из которых просчитана до мелочей, и перечислять их все можно очень долго. К примеру, в судне реализована система сбрасывания кислородных масок, которая автоматически срабатывает при разгерметизации.
Механизмы тушения двигателей в случае пожара, устройства обогрева салона, ориентировки в пространстве и т. д.
Современные лайнеры оснащаются умным программным обеспечением, которое даже может вывести лайнер из так называемого «штопора» – ситуации, при которой частично теряется управление.
Все это разобрать в маленькой статье практически невозможно, но общее устройство самолета теперь, пожалуй, является понятным.
Где находится двигатель в работе Ссылка на основную публикацию
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
Схема устройства двигателя.
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
Схема работы двигателя.
Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:
- Впуск топлива;
- Сжатие топлива;
- Сгорание;
- 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.
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:
- ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
- Система смазки;
- Система охлаждения;
- Система подачи топлива;
- Выхлопная система.
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.
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.
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 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.
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.
Двигатель внутреннего сгорания (устройство и принцип работы). — DRIVE2
Продолжаем познавательную страничку.
В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.
- Различают следующие основные типы ДВС:
- • Поршневой двигатель внутреннего сгорания;• Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания;
- • Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.
- Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.
- Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются:
- • Автономность;• Универсальность (сочетание с различными потребителями);• Невысокая стоимость;• Компактность;• Малая масса;• Возможность быстрого запуска;• Многотопливность.Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся:
- • Высокий уровень шума;• Большая частота вращения коленчатого вала;• Токсичность отработавших газов;• Невысокий ресурс;
- • Низкий коэффициент полезного действия.
- В зависимости от вида применяемого топлива различают следующие поршенвые ДВС:• Бензиновые двигатели;• 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. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.
- Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет следующее общее устройство:
- • Корпус;• Кривошипно-шатунный механизм;• Газораспределительный механизм;• Впускная система;• Топливная система;
- • Система зажигания
(бензиновые двигатели);• Система смазки;• Система охлаждения;• Выпускная система;
• Система управления.
Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.
Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.
Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.
Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.
- Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.
- Принцип работы двигателя внутреннего сгорания 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;
- • Выпуск.
принцип действия
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).
На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси.
В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей).
При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.
На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.
Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение).
В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз.
Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.
При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.
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.
Вот так вот, Друзья! Благодарю за внимание!
источник: vk.com/drivingacar