История создания двигателей внутреннего сгорания:
Еще в те далекие годы ученые, инженеры многих стран работали над открытиями в различных областях науки: химии, физики, механики. Так, в 1799 году, Филипп Лебон – французский инженер, открыл светильный газ. Светильный газ он получил из древесины и угля путем сухой перегонки. Открытие послужило началом развития техники освещения.
В 1801 году он разработал свою конструкцию газового двигателя. Работа двигателя основывалась, опять же, на свойствах открытого им газа. Газ, в смеси с воздухом при нагревании, воспламенялся, горел с выделением огромного количества тепла и расширялся. Эту энергию он использовал в своем первом двигателе. Конструкция его двигателя состояла из двух компрессоров и смесительной камеры. Один компрессор закачивал сжатый воздух, второй – светильный газ из газогенератора. Смесь газов направлялась в рабочие цилиндры, расположенные по обе стороны от поршня. Смесь поочередно воспламенялась, то в одном цилиндре, то — в другом. Это открытие послужило предпосылкой создания двигателя внутреннего сгорания. Но воплотить свою идею о создании двигателя внутреннего сгорания он не успел. В 1804 году он погиб. Его идею разработали другие изобретатели.
Конструкции двигателей внутреннего сгорания, в последующие годы, разрабатывались учеными в зависимости от использования горючих веществ — топлива.
В 1877 году Август Отто, немецкий изобретатель, разработал новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.
В конце XIХ века появились двухцилиндровые двигатели.
С начала XX века — четырёхцилиндровые.
В зависимости от вида топлива, используемого в двигателе, автомобили делятся на:
— автомобили с карбюраторными двигателями, работающие на легковоспламеняющемся жидком топливе – бензине
— автомобили с дизельными двигателями, работающие на тяжелом жидком дизельном топливе
— автомобили, работающие на сжатом или сжиженном газе, хранящиеся на автомобиле в баллонах.
Двигатели внутреннего сгорания бывают:
1. Поршневые.
2. Роторные.
3. Газотурбинные.
4. Роторно-поршневые.
5. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания.
6. RCV.
Мы будем говорить о поршневых двигателях внутреннего сгорания.
1. О конструкции двигателя внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания – поршневой
Двигатели внутреннего сгорания состоят из основных конструктивных узлов:
1. Цилиндра с поршнем – камера сгорания.
Где, пары топлива смешанные с воздухом, воспламеняются от электрической искры, сгорают, нагреваются, расширяются, создают давление и перемещают поршень. Химическая энергия топлива превращается в механическую энергию.
2. Кривошипно-шатунного механизма.
Служит для преобразования прямолинейного, возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
В него входят:
— блок цилиндров с головкой, поршни с кольцами, поршневые пальцы, шатуны,
коленчатый вал, маховик, картер.
3. Газораспределительного механизма.
Служит для своевременного впуска в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуска отработанных газов.
Состоит из:
— впускных и выпускных клапанов с пружинами, деталями их крепления, толкателей, направляющих втулок клапанов и толкателей, распределительного вала, распределительных шестерен.
4. Системы охлаждения.
Предназначена для отвода тепла от деталей двигателя, нагревающихся при его работе.
В нее входят:
— рубашка охлаждения блока, головки цилиндров, радиатор, насос, вентилятор,
водораспределительная труба, термостат, соединительные шланги, краники слива жидкости, жалюзи и указатель температуры охлаждающей жидкости.
5. Системы смазки.
Служит для подачи масла к трущимся поверхностям деталей двигателя, частичного охлаждения их и очистки масла.
К ней относятся:
— поддон картера, маслоприемник, масляный насос, масляные фильтры грубой и тонкой очистки, масляный радиатор, указатель давления масла, трубопроводы и каналы.
6. Системы питания.
Предназначена для подвода топлива, очистки и подачи воздуха к карбюратору, приготовления горючей смеси, подвода ее к цилиндрам и отвода из них отработавших газов.
К системе питания относятся:
— топливный бак, фильтр отстойник, насос, карбюратор
7. Системы зажигания.
Служит для образования электрической искры и воспламенения ее в цилиндрах двигателя.
2. О принципе работы поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Для объяснения принципа работы двигателя возьмем цилиндр с поршнем. Поршень, в не рабочем состоянии, свободно перемещается внутри цилиндра. Соединим его с кривошипом вала при помощи шатуна. В цилиндр введем заряд горючей смеси. Воспламеним этот заряд (пары топлива смешанные с воздухом) электрической искрой. При быстром сгорании топлива, газы нагреваясь, расширяются, создают давление и перемещают поршень. Шатун, шарнирно связан одним концом с поршнем, другим концом шарнирно закреплен на шейке кривошипа коленчатого вала. При перемещении поршня, весь узел поворачивает коленчатый вал и закрепленный на его конце маховик. Прямолинейное перемещение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала и маховика. Чтобы поршень работал постоянно, необходимо постоянно впускать заряд. Для этой цели в верхней части цилиндра имеются два отверстия: впускное и выпускное. Эти отверстия перекрываются поочередно клапанами. Маховик очень тяжелый. Он помогает не останавливаться поршню до нового воспламенения смеси.
После расширения газов клапан выпускного отверстия при движении поршня вверх открывается, и отработавшие газы выталкиваются наружу. Коленчатый вал продолжает вращаться, перемещает поршень вниз. В освобождаемой части цилиндра создается разряжение. Открывается впускной клапан впускного отверстия и цилиндр заполняется новой порцией заряда горючей смеси. Полезная работа создается только при новом цикле, когда происходит сгорание горючей смеси, то есть, когда поршень в верхнем положении и сжимает пары горючей смеси.
Верхнее и нижнее положения поршня – это мертвые точки. Движение поршня вверх – вниз – это ход поршня. За один ход поршня коленчатый вал поворачивается на 180 градусов, то есть пол-оборота.
Процессы, происходившие внутри цилиндра за один ход поршня, называются тактом.
Пространство внутри цилиндра над поршнем, при положении поршня в верхней части цилиндра (мертвой точке), называется камерой сгорания.
Пространство, освобождаемое при движении поршня вниз (нижнюю мертвую точку) называется рабочим объемом цилиндра.
В многоцилиндровых двигателях сумма рабочих объемов всех цилиндров называется литражом двигателя и выражается в литрах.
Полным объемом цилиндра называется сумма рабочего объема плюс объем камеры сгорания.
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия.
Чем больше степень сжатия, тем выше экономичность и мощность двигателя вследствии уменьшения тепловых потерь и уменьшения давления на поршень.
Снижение тепловых потерь достигается уменьшением внутренней поверхности камеры сгорания.
Среднее давление на поршень повышается за счет увеличения температуры и скорости сгорания рабочей смеси при ее большом сжатии.
И так выяснили:
— что принцип работы одноцилиндрового двигателя состоит из выполнения одного такта рабочего хода, при котором происходит сгорание рабочей смеси и расширение газов
— что, для этого процесса необходимы три подготовительных такта: впуск, сжатие, расширение и выпуск — четыре такта
— что блок цилиндра или цилиндров, является основной деталью двигателя.
3. О блоке цилиндра, как основном узле двигателя.
Цилиндры в блоке могут быть расположены вертикально, в один ряд, в два ряда, V – образно под углом 90 градусов.
Блок цилиндров отливают из чугуна или алюминиевого сплава. В этой же отливке выполняются: картер, стенки рубашки охлаждения, окружающей цилиндры двигателя, впускные и выпускные каналы, заканчивающиеся гнездами клапанов, и клапанная коробка, где размещается часть деталей газораспределительного механизма. Внутренняя поверхность цилиндров служит направляющей для поршней.
Цилиндр растачивают под требуемый размер, а затем шлифуют. Эта поверхность называется зеркалом цилиндра. Цилиндры могут выполняться и в виде вставных гильз, омываемых охлаждающей жидкостью. Такие гильзы называются мокрыми. Нижняя часть гильз имеют уплотнительные кольца. Вверху уплотнение достигается за счет прокладки головки цилиндров. Для продления срока службы двигателей в верхнюю часть, наиболее изнашивающуюся часть цилиндров, запрессовываются короткие тонкостенные гильзы из кислотоупорного чугуна. Сверху блок закрыт головкой цилиндров, изготовленной из алюминиевого сплава.
Крепятся головки цилиндров к блоку шпильками с гайками, а их герметичность, с помощью металлоасбестовой прокладки.
Поршни отливаются из алюминиевого сплава. Поршни имеют цилиндрическую форму. Состоит из головки с днищем и направляющих стенок (юбки). На цилиндрической части головки поршня выточены канавки для поршневых колец.
В головку залита чугунная кольцевая вставка с прорезью для верхнего компрессионного кольца. Над верхней канавкой сделана кольцевая вытачка для уменьшения передачи тепла от днища поршня к кольцам, для предохранения от их пригорания.
В направляющих стенках имеются два прилива – бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца. Ось отверстия под поршневой палец смещена в сторону распределительного вала для уменьшения качания поршня в верхней мертвой точке и снижения шума при работе. В юбке, в нижней ее части, есть выемка для прохода противовесов коленчатого вала при вращении.
Для предотвращения заклинивания при нагреве между рабочей поверхностью цилиндра и поршнем есть зазор. Диаметр головки поршня делают меньшим, так как он нагревается больше, чем стенки поршня.
Для уменьшения зазора между поршнем и цилиндром в прогретом состоянии и предотвращения стука в холодном двигателе направляющие стенки поршней делаются овальной формы, или П – образные разрезы, или Т – образные, или косые разрезы. Большая ось овала ставится в плоскости действия боковых сил и меньшей осью в плоскости поршневого пальца. Для правильной установки поршней при сборке на днище выбита с надписью «вперед».
Для ускоренной приработки поршней к цилиндру их покрывают тонким слоем олова.
Поршневые кольца служат для предотвращения прорыва газов в картер двигателя и снятия излишек масла со стенок цилиндра. Изготовляются кольца из чугуна или стали и имеют замок (разрез). Они упругие, поэтому плотно прилегают к стенкам цилиндра. Кольца устанавливают на поршень разрезами в разные стороны.
Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Палец – пустотелый, цилиндрической формы. Наружный слой пальца закален с нагревом токами высокой частоты для повышения износостойкости. Палец удерживается от осевого смещения стопорными пружинными кольцами, установленными в вытачках бобышек поршня. Такое крепление поршневого пальца называется плавающим и позволяет ему во время работы двигателя, поворачиваться вокруг оси в бобышках поршня и в верхней головке шатуна.
4. О неисправностях цилиндра, поршня, поршневых колец и пальцев, признаках неисправностей и их устранениях.
1. Двигатель не развивает полной мощности.
Причины:
— уменьшение компрессии в результате нарушения уплотнения прокладки головки цилиндров при слабой или неравномерной затяжке гаек крепления.
Устранение неисправности:
а) ключом раскрутить гайки на шпильках
б) вынуть шпильки
в) тщательно очистить поверхность разъема
г) прокладку натереть порошкообразным графитом
д) заменить металлоасбестовую прокладку
е) провести операцию сборки в обратном порядке с равномерной затяжкой гаек. Затяжку гаек производить от центра, постепенно перемещаясь к краям
— пригорание колец в канавках поршня из за отложения смолистых веществ, приводит к перерасходу топлива.
Устранение неисправности:
а) проверить рукой или компрессометром компрессию в цилиндрах:
Для проверки компрессии рукой, вывернуть свечи зажигания, кроме проверяемого цилиндра. Вращать коленчатый вал пусковой рукояткой. По сопротивлению проворачиванию во время такта сжатия, опытные проверяют, судят о компрессии.
Проверить компрессию с помощью компрессометра. Для этого, прогреть двигатель. Вывернуть свечи. Полностью открыть дроссель и воздушную заслонку карбюратора. Установить резиновый наконечник компрессометра в отверстие для свечи. Вращать коленчатый вал двигателя в течении 2 – 3 секунд. Компрессометр дает показания. В исправном двигателе величина давления конца сжатия в пределах 7,0 – 8,0 килограмм на один квадратный сантиметр.
б) выпустить воду
в) отсоединить шланги
г) снять приборы, укрепленные на головке цилиндров, и, отвернув гайки, осторожно отделить головку цилиндров, используя металлическую полоску
д) удалить отложения смолистых веществ с помощью скребка из мягкого металла. Перед удалением смолистых веществ, чтобы не повредить поверхность поршня, смочить керосином
е) заменить кольца
ж) вновь собрать узел
з) проверить компрессию двигателя
и) пригорание колец можно устранить и без разборки двигателя. На ночь залить в каждый цилиндр смесь из 20 г, состоящей из равных частей денатурированного спирта и керосина
— износ, поломка, потеря упругости колец
Устранение неисправности:
а) проделать те же операции по определению компрессии двигателя
б) проделать те же операции по разборке узла, что и при удалении отложений смолистых веществ, без применения керосина
г) заменить поврежденные кольца.
— отложение нагара на днищах поршней и стенках камеры сгорания
Причины этой неисправности приводят к перегреву двигателя, увеличению расхода топлива, к потере мощности.
Устранение неисправности:
б) выпустить воду
в) отсоединить шланги
г) снять приборы, укрепленные на головке цилиндров, и, отвернув гайки, осторожно отделить головку цилиндров, используя металлическую полоску
д) удалить нагар:
Удаляется нагар с днищ поршней поочередно, когда поршни устанавливаются в цилиндрах в крайние верхние положения. Соседние цилиндры надо закрыть чистой ветошью. Нагар удалять скрепками из мягкого металла, чтоб не повредить поверхность очищаемых деталей. Для размягчения нагара смачивают керосином. Нагар в камере сгорания удаляют также.
е) вновь собрать узел
ж) проверить компрессию двигателя
— износ, поломка, потеря упругости колец
Устранение неисправности:
а) проделать те же операции по определению компрессии двигателя
б) проделать те же операции по разборке узла, что и при удалении отложений смолистых веществ или нагара, без смазки керосином, просто заменой исправными кольцами
— обрыв шпилек, повреждение резьбы шпилек, повреждение резьбы гаек
а) заменить шпильки и гайки
— износ рабочей поверхности цилиндра. Вызывает перерасход топлива, дымный выпуск отработавших газов.
Устранение неисправности:
а) разборка узла, выше указанным способом
б) отправка на восстановление до нужных размеров диаметра цилиндра в специализированные участки или замена новым.
2. Стуки в двигателе.
Причины:
— увеличение зазора в результате износа или повреждения поверхностей поршней, цилиндров, поршневых пальцев и втулок, коренных и шатунных подшипников, выплавление баббитового слоя вкладышей подшипников. Стук во время пуска и работе холодного двигателя, признак увеличения зазора между поршнем и цилиндром. Резкий металлический стук, который прослушивается на всех режимах работы двигателя, говорит об увеличении зазора между поршневыми пальцами и втулками. Увеличение стука при резком повышении оборотов коленчатого вала двигателя указывает на повышенный износ коренных и шатунных подшипников. Если более глухой стук – это износ коренных подшипников. Резкий, не прекращающийся стук в двигателе, который сопровождается падением давления, «говорит» о выплавлении или большом износе слоя баббита во вкладышах подшипников.
Устранение неисправности:
Прослушивание двигателя для определения причин стуков производится с помощью стетоскопа. Пользование этим прибором требует большого навыка.
Источник avtoliteratura.ru
Источник: //vaz-2106.com/209-istorija-sozdanija-dvigatelja-vnutrennego.html