full screen background image

Устройство автомобилей

33

Содержание

Устройство автомобилей

Основные термины и определения эксплуатационных свойств автомобилей

В зависимости от качественных характеристик и возможностей, придаваемых автомобилю, эксплуатационные свойства подразделяют на тяговые, динамические, технологические, экономические, а также обеспечивающих надежное, безопасное и комфортное движение автомобиля в различных условиях эксплуатации.

Тяговые свойства автомобиля

плавность хода и комфортабельность автомобиля

Тяговыми называют совокупность свойств автомобиля, определяющих возможные характеристики двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой, диапазоны изменения скоростей движения и определенные интенсивности разгона на тяговом режиме в различных дорожных условиях.
Тяговым режимом считается режим работы двигателя, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность, достаточная для преодоления сопротивления движению со стороны внешних факторов (качества дорожного покрытия, рельефа местности, встречного ветра и т. п.).
Чем тяжелее дорожные условия, тем меньше диапазон возможных скоростей и меньше возможность ускорения. В некоторых условиях, называемых предельными, диапазон скоростей снижается до одного значения, а ускорение становится невозможным. Если условия тяжелее предельных, автомобиль теряет возможность двигаться.

Динамичность автомобиля

Под динамичностью понимают свойство автомобиля перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью. Чем выше динамичность автомобиля, тем больше его производительность, т. е. способность выполнять бȯльшую транспортную работу в единицу времени.
Динамичность автомобиля во многом зависит от его тяговых и тормозных свойств.

Топливная экономичность автомобиля

Топливной экономичностью называют свойство автомобиля рационально использовать энергию сжигаемого топлива при выполнении единицы транспортной работы. Снижение расходов топлива транспортными средствами является важнейшей задачей конструкторов на современном этапе развития автомобилестроения, поскольку это свойство неразрывно связано с экономичностью и экологической безопасностью эксплуатации автотранспортных средств.
Подробнее о топливной экономичности автомобиля здесь.

Управляемость автомобиля

Управляемость – способность автомобиля сохранять заданное направление движения или изменять его при воздействии водителя на рулевое управление. Управляемость зависит от конструкции автомобиля, технического состояния рулевого управления, подвески, шин, а также от условий окружающей среды.
Подробнее об управляемости автомобиля здесь.

Устойчивость автомобиля

Под устойчивостью понимают свойство автомобиля сохранять направление движения и противодействовать силам, стремящимся увести автомобиль в сторону или опрокинуть его. Управляемость и устойчивость тесно связаны между собой. Управляемость, устойчивость и тормозная динамичность автомобиля определяют безопасность его движения.
Подробнее об устойчивости автомобиля здесь.

Проходимость автомобиля

Проходимость – свойство автомобиля свободно передвигаться по плохим (разбитым, размокшим) дорогам и пересеченной местности, преодолевая естественные и искусственные препятствия (канавы, рвы, пороги и т. п.) без вспомогательных устройств и посторонней помощи.

тяговые и динамические свойства автомобиля

Проходимость является одним из основных эксплуатационных свойств, определяющих эффективность использования данного транспортного средства. Этим качеством должны обладать автомобили всех типов, но в зависимости от их назначения – в различной степени.

Автомобили обычной проходимости предназначены для движения по шоссейным и грунтовым дорогам. К ним относятся автомобили общетранспортного назначения с колесной формулой 4×2 или 6×4 с обычными тороидными или низкопрофильными шинами и не блокируемыми дифференциалами.

К автомобилям повышенной проходимости относятся автомобили с колесной формулой 4×4, 6×4 и 6×6 и т. д. с широкопрофильными шинами, шинами регулируемого давления воздуха, с частично или полностью блокируемыми дифференциалами.

К автомобилям высокой проходимости относятся полноприводные автомобили с шинами сверхнизкого давления, арочными шинами или пневмокатками. Такие автомобили могут быть плавающими (амфибии) и работать в особо тяжелых климатических условиях, например, на севере.

Плавность хода автомобиля

Плавностью хода называют свойство автомобиля двигаться по дорогам и местности с заданными скоростями без толчков и колебаний кузова, которые могут нарушить нормальную работу механизмов автомобиля, оказывать вредное влияние на водителя и пассажиров, снижая комфорт поездки.
Выступы и впадины от 100 м до 10 см называют микропрофилем дороги, который является основной причиной колебаний кузова на подвеске.
Мелкие неровности дорожной поверхности менее 10 см называют шероховатостью. Шероховатость может создавать высокочастотные вибрации отдельных элементов шасси и кузова автомобилей и высокий уровень шума как внутри кузова, так и вокруг автомобиля.
О плавности хода автомобиля подробнее здесь.

Надежность автомобиля

проходимость и надежность автомобиля

Надежностью называют свойство автомобиля безотказно перевозить грузы и пассажиров в течение определенного срока и без ухудшения основных эксплуатационных показателей.
Надежность – это совокупность свойств, которая может включать в себя безотказность, долговечность и ремонтопригодность автомобиля.

Безотказность – свойство автомобиля (двигателя или другого механизма) сохранять работоспособность в течение определенного интервала времени или наработки до определенной величины. Для автомобилей наработка чаще всего определяется пробегом.

Долговечность – свойство автомобиля сохранять работоспособность до определенного времени, когда установлено проведение технического обслуживания или ремонта автотранспортного средства.

Ремонтопригодность – приспособленность автомобиля к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов в процессе эксплуатации.

Что изучает теория двигателей

Слово «автомобиль» появилось в конце 90-х годов XIX века и происходит от греческого autos – caм и латинского mobilis – движущийся и означает самоходную машину с двигателем, на которой перевозят грузы, пассажиров и специальное оборудование.

Понятие автотранспортные средства (АТС) обозначает автомобиль и прицепные устройства к нему (прицепы и полуприцепы). Следовательно, АТС являются комплексной системой, состоящей из нескольких модулей, которые объединены общей решаемой задачей – перевозка грузов, пассажиров, специального оборудования. Основным модулем АТС является автомобиль, поскольку он обеспечивает целенаправленное движение.

Важную роль в жизни любого государства играет транспорт. Это подтверждается высказываниями английского философа-материалиста Ф. Бекона, который отмечал, что три фактора делают государство богатым и процветающим: плодородная земля, развитая промышленность и легкость перемещения людей и товаров.

Среди существующих видов транспортных средств (автомобильного, железнодорожного, водного, воздушного, трубопроводного) особое место занимает автомобильный. Особенностями автомобильного транспорта является то, что он может существовать самостоятельно и двигаться, как по дорогам, так и по бездорожью. Не один из других перечисленных видов транспорта этими свойствами не обладает.

Историю развития автомобиля можно условно разделить на шесть этапов:

1. Создание самоходной тележки, оснащенной основными функциональными системами, присущими автомобилю и приводимой в движение мускульной силой человека (период до конца ХYIII в).

2. Создание двигателя внутреннего сгорания (период до конца ХIХ в.).

3 . Объединение колесного шасси и источника энергии (конец ХIХ в.).

4. Массовые изобретения рациональных конструкций основных элементов функциональных систем автомобиля (конец ХIХ – начало ХХ в.).

5. Научно-обоснованное усовершенствование и начальная автоматизация функциональных систем автомобиля (начало и середина ХХ в.).

6. Автоматизация, компьютеризация и роботизация автомобиля (современный этап).

Началом развития автомобиля считается 1741 год, когда крепостной Л.Л. Шамшуренков создает самоходную тележку, приводимую в движение мускульной силой двух людей. В 1784-1791 г.г. механик И.П. Кулибин усовершенствует похожую тележку коробкой перемены передач и муфтой свободного хода.

Отсутствие самостоятельного источника энергии не позволяло тележке развивать необходимую скорость, однако она явилась прообразом современного автомобиля. Для конкуренции с гужевым и железнодорожным транспортом нужен был эффективный источник энергии.

Паровые двигатели И.И.Ползунова (1763) и Дж. Уатта (1765) имели малую энергоемкость и большие габариты, а потому проблему не решали. Француз И.Кюнье в 1869г. создал первый паровой дорожный экипаж, грузоподъемностью 3т, мощность двигателя – 2 л.с., скорость – 5 км /ч.

Двигателями внутреннего сгорания занимается француз Ж.Ленуар (1860), немцы М.Отто и Е.Ланген (1867-1876), наш соотечественник О.С.Кострович (1889). Двигатель Ж. Ленуара работал на светильном газе и имел низкий КПД – 0,046. М.Отто и Е.Ланген повысили КПД до 0,15 при мощности 8,8 кВт. Двигатель Г.Даймлера работал на жидком топливе. Двигатель О.Костровича – бензиновый, восьмицилиндровый мощностью 58 кВт и массой 240 кг.29 августа 1885 года Г.Даймлер впервые регистрирует патент тележки для верховой езды с газовым двигателем. Датчанин А.Хаммель создает автомобиль с двухцилиндровым двигателем мощностью 2,2 кВт. В 1889 г. в Германии Г.Даймлером создается первая автомобильная фирма. В 1884 г. создается немецким инженером Р.Дизелем дизельный двигатель. Француз Е.Мишлен 1874 г. оснащает тележку эластичными колесами и доказывает их преимущество.

В 1895 …1890 гг. завод «Панар-Левассар» (Франция) приступает к выпуску автомобилей с четырехцилиндровым двигателем, немец Р.Бош разработал систему электромагнитного зажигания, француз Л.Рено применяет карданную передачу. В Германии на заводе «Даймлер» был создан первый грузовой автомобиль. Заводы «Рено» (Франция), «Опель» (Германия), «Фиат» (Италия) начинают массовый выпуск автомобилей.

В 1900 – 1905 гг. в США устанавливается первый спидометр, вводится пневматический привод тормозов. Инженер Ф.Ланчестер разрабатывает дисковый тормозной механизм. Заводы «Форд» и «Бьюик» начинают массовый выпуск автомобилей; в Англии компания «Данлоп» создает шину с рисунком протектора. Во Франции на электромобили Ф.Порше применяет мотор-колесо. Проявляются броневики с шасси и восьмицилиндровыми двигателями. Количество марок автомобилей достигает 1000. Россия отстает. Только Петербургский завод «Лесснер» выпускает небольшую партию автомобилей инженера Б.Г.Луцкого.

В 1905-1910 гг. начинается борьба за металлоемкость, качество, безопасность автомобиля. В США на заводе «Форд» внедряется конвейер сборки автомобилей, создаются автомобили с колесной формулой 4х4 с межосевым блокируемым дифференциалом. В Бельгии создается двигатель с алюминиевым блоком. В Париже в 1909 году состоялась международная конференция по регулированию безопасности движения. В 1911-1920 гг. автомобиль усовершенствуется. В США создается гидравлический тормозной привод, разрабатывается гидравлический амортизатор. В Детройте устанавливается первый трехцветный светофор. Во Франции создается V-об-разный двигатель, фирма «Ситроен» вводит конвейер. Начинает выпуск автомобилей фирма «Мицубиси».

В 1921-1930 гг. начинается пятый период, формируется теория автомобиля как наука. Появляются гидромуфты, ШРУС, синхронизаторы, триплекс, изменяется форма кузова, несущий кузов устанавливается на автомобилях, появляются телескопические амортизаторы, шины низкого давления. Начался выпуск автомобилей «Бенц» с дизелем, в Швейцарии внедряется моторный тормоз-замедлитель. Фирма «Вольво» (Швеция) начинает выпуск автомобилей. Скорость движения автомобиля достигает 327,89 км/ч (Англия). В России в 1917 году было около 10 тыс. автомобилей преимущественно зарубежных. В ноябре 1924 года завод в г. Москве АМО собирает первые 10 автомобилей. В 1931-1940 автомобили развиваются под влиянием теории автомобиля. Появляются торсионные упругие элементы, широкопрофильные шины, переднеприводные автомобили с поперечным расположением двигателя, авто-мобили со всеми управляемыми колесами, автомобили амфибии.

В 1941…1950 гг. милитаризация автомобильной техники. Создаются автомобили с централизованной подкачкой воздуха, безкамерные шины. Во Франции разрабатывается роторно-поршневой двигатель. Появляется подвеска Макферсона (Англия). Производство автомобилей превысило 10 млн. шт. за год. Скорость достигла 634,26 км/ч.

В 1951…1960 гг. США применяет бесшкворневые подвески колес, создаются узлы, которые не требуют смазки, электронные системы зажигания, шины с радиальным кордом. Фирма «Ситроен» применяет гидропневматическую подвеску. Начались исследования автомобилей на активную и пассивную безопасность.

В 1961…1970 гг. США внедряют ремни безопасности. Максимальная скорость достигает 1014,28 км/час. Разработан луноход с дистанционным управлением, галогенные фары (Франция – Голландия). В Германии создается роторно-поршневой двигатель Ванкеля, внедряется инжекторная система питания, применяются противоблокировочные системы тормозов.

1970…1990 гг. отличаются бурным развитием электроники и робототехники. Автомобильное производство вместе с электротехникой становится динамичным. Перестраиваются автозаводы. Стоимость перестройки некоторых автомобильных компаний достигает сотни миллиардов долларов, создаются узлы, не требующие технического обслуживания, внедряются нейтрализаторы отработанных газов, пластмассовые рессоры, радары для контроля безопасной скорости движения.

Предмет теории автомобиля

Теория автомобиля – наука, которая изучает механику движения автомобиля, его взаимодействие с опорной поверхностью и воздухом, эксплуатационные свойства автомобиля.

Объектом теории автомобиля является колесная машина – автомобиль.

Предметом теории автомобиля являются закономерности, описывающие механику движения автомобиля, его взаимодействие с дорогой и воздухом, эксплуатационные свойства автомобиля.

На современном этапе развития теории автомобиля ее задачей является описать с помощью математики (разработать математические модели) механику движения автомобиля, как сложной механической системы, функционирование его механизмов и систем, формирующих его эксплуатационные свойства.

Россия отстала по производству автомобилей от западных фирм. Для устранения этого отставания в 1918 году была создана научная автомобильная лаборатория (НАЛ), руководил которой М.Р.Брилинг. В 1921 году она преобразовалась в научный автомоторный институт (НАМИ).

Как наука теория автомобиля сформировалась только в третьем десятилетии ХХ века. Большой вклад в ее формирование внесли русские ученые: Жуковский М.Е., Чудаков Е.А., Брилинг М.Г., Яковлев М.А. Первые фундаментальные работы принадлежат М.Е.Жуковскому «Вопросы теории поворота и динамики». В 1931 году Е.А.Чудаков публикует «Тяговой расчет автомобиля», а в 1935 году выходит его законченная работа «Теория автомобиля».

Заслуга Е.А.Чудакова заключается в том, что он обобщил результаты ранее проведенных исследований по теории автомобиля, представил их как законченный научный труд, а поэтому считается, что основоположником теории автомобиля как науки является академик Е.А.Чудаков.

Разработкой методов расчета тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобиля занимались Зимелев Г.В.,Фалькевич Б.С., Яковлев Н.А., вопросы управляемости и устойчивости рассматривались в трудах Литвинова А.С., Певзнера Я.М., Иларионова В.А., Фаробина Я.Е., плавностью хода занимались Ротенберг Р.В., Певзнер Я.М., тормозной динамикой автомобиля Бухарин И.А., Фрумкин А.К. и др.

В связи с ростом потребностей научно-обоснованых разработок автомобилей, его систем и узлов, удовлетворяющих наиболее полно эксплуатационным требованиям, к настоящему времени теория автомобиля становится самостоятельной наукой, возникают ее такие научные направления как: механика качения колеса, управляемость, устойчивость, проходимость, плавность движения, тормозная динамика, экономичность автомобиля и др.

Литература

1.Кошарний М.Ф. Основи механіки та енергетики автомобіля. -К.:Вища шк.,1992.-200с., с.3-12.

2.Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: теория эксплуатационных свойств.- М.: Машиностроение,1984.-272 с.,с.- 5…7

1. Какие вопросы изучает теория автомобиля?

2. Что обозначает понятие АТС?

3. Какие основные этапы развития конструкции и теории автомобиля?

4. Кто является основоположником теории автомобиля?

5. Что является предметом теории автомобиля?

Устройство и теория двигателя внутреннего сгорания

Автомобильные двигатели различают:

  • по способу приготовления горючей смеси — с внешним смесеобразованием (карбюраторные, инжекторные, газовые двигатели) и с внутренним смесеобразованием (дизели);
  • по роду применяемого топлива — бензиновые (работающие на бензине), газовые (на горючем газе) и дизели (работающие на дизельном топливе);
  • по способу охлаждения — с жидкостным и воздушным охлаждением;
  • расположению цилиндров — рядные и V-образные;
  • по способу воспламенения горючей (рабочей) смеси—с принудительным зажиганием от электрической искры (карбюраторные и инжекторные двигатели) или с самовоспламенением от сжатия (дизели).

Бензиновые – двигатели, работающие на бензине, с принудительным зажиганием. Приготовление топливно-воздушной смеси, и её дозирование осуществляют карбюраторные и инжекторные системы питания. Смесь в цилиндре воспламеняется в конце такта сжатия, принудительно от электрической искры.

Дизельные — двигатели, работающие на дизельном топливе с воспламенением от сжатия. В дизельных двигателях смесь приготавливается непосредственно в цилиндре из воздуха и топлива, подаваемых в цилиндр раздельно. Воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндре происходит самопроизвольно от воздействия высокой температуры при сжатии. Исключением является система непосредственного впрыска бензина, где зажигание смеси осуществляется от электрической искры.

Газовые — двигатели, которые работают на пропано-бутановом газе, с принудительным зажиганием. Перед подачей в цилиндры двигателя, газ смешивается с воздухом. По принципу работы такие двигатели практически не отличаются от бензиновых и не будем их рассматривать. Однако, если переоборудовали машину «на газ», то советую изучить статью «Газобаллонное оборудование».

Основные механизмы двигателя внутреннего сгорания:

  • кривошипно-шатунный механизм;
  • газораспределительный механизм;
  • система питания (топливная);
  • система выпуска отработавших газов;
  • система зажигания;
  • система охлаждения;
  • система смазки.

УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Для начала, возьмем простейший одноцилиндровый двигатель и разберемся с его устройством и работой. Рассмотрим протекающие в нем процессы, и выясним откуда все-таки берется тот самый крутящий момент, который в конечном итоге приходит на ведущие колеса автомобиля.

Одна из основных деталей двигателя — цилиндр 6, в котором находится поршень 7, соединенный через шатун 9 с коленчатым валом 12. При перемещении поршня в цилиндре вверх и вниз его прямолинейное движение шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик 10, который необходим для равномерности вращения вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой, в которой находятся впускной 5 и выпускной клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала 14 через передаточные детали 15. Распределительный вал приводится во вращение шестернями 13 от коленчатого вала. Поршень, свободно перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения.

Для нормальной работы двигателя в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Для уменьшения затрат работы 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.

ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ ПРИ РАБОТЕ ДВИГАТЕЛЯ

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — это крайнее верхнее положение поршня.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — это крайнее нижнее положение поршня.

Ход поршня — это расстояние, пройденное от одной мертвой точки до другой. За один ход поршня коленчатый вал повернется на полоборота.

Камера сгорания (сжатия) — это пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в ВМТ.

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

Рабочий объем двигателя — это сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя. При малых объемах (до 1 л.) его выражают в кубических сантиметрах, а при больших — в литрах.

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

Степень сжатия — это число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания. В бензиновых двигателях степень сжатия бывает от 8 до 12, а в дизелях — от 14 до 18. Степень сжатия не стоит путать с компрессией, т.к. это два разных понятия.

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

КАК РАБОТАЕТ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

При работе поршневого двигателя внутреннего сгорания поршень совместно с верхней головкой шатуна движется в цилиндре поступательно (вверх – вниз), при этом коленчатый вал совместно с нижней головкой шатуна совершает вращательные движения. У подавляющего большинства двигателей, если смотреть на двигатель со стороны шкива, вращение коленчатого вала осуществляется по часовой стрелке. За один оборот коленчатого вала (360°) поршень в цилиндре совершает два хода (один ход вверх и один вниз).

При постоянной скорости вращения коленчатого вала двигателя, поршень в цилиндре движется с ускорением – замедлением. Наименьшие скорости движения поршня будут наблюдаться при его «крайних» положениях в цилиндре — в верхней (ВМТ) и нижней части (НМТ). В верхней и нижней части цилиндра поршень «вынужден» сделать остановку, чтобы поменять направление движения.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя: а) впуск; б) сжатие; в) рабочий ход; г) выпуск.

Что изучает теория двигателей

  • Главная
  • Марки
  • Трассы
  • Техника
  • Пилоты
  • Чемпионаты
  • Автосалоны
  • Мультимедиа
  • История
  • Info
Классификация ДВС

По способу смесеобразования :

  • с внешним смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров (карбюраторные и газовые)
  • с внутренним смесеобразованием (рабочая смесь образуется внутри цилиндров) — дизели

По способу осуществления рабочего цикла :

  • четырехтактные
  • двухтактные

По числу цилиндров :

  • одноцилиндровые
  • двухцилиндровые
  • многоцилиндровые

По расположению цилиндров :

  • с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд
  • V-образные с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180 двигатель называется двигателем с противолежащими цилиндрами, или оппозитным)

По способу охлаждения :

  • с жидкостным охлаждением
  • с воздушным охлаждением

По виду применяемого топлива :

  • бензиновые
  • дизельные
  • газовые
  • многотопливные

По степени сжатия :

  • высокого (E=12. 18) сжатия
  • низкого (E=4. 9) сжатия

По способу наполнения цилиндра свежим зарядом :

  • без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при всасывающем ходе поршня
  • с наддувом, у которых впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым компрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенной мощности двигателя

По частоте вращения :

  • тихоходные
  • повышенной частоты вращения
  • быстроходные
Основы устройства поршневого ДВС

Основными частями ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система. Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно- поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.

Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя.

Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемещается поршень с компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере. Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами и, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а следовательно, и с перемещением поршня. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение — нижняя мертвая точка (НМТ). Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S=2R. Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный объем цилиндра Vа: Vа=Vс+Vh. Рабочий объем цилиндра (его измеряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д — диаметр цилиндра. Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя называют рабочим объемом двигателя, его определяют по формуле: Vр=(пД^2*S)/4*i, где i — число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и мощность.

Принцип работы

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании работы теплового 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 давления. Т.к. давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы — расширяться, совершая полезную работу. Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию, цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти задачи выполняют механизм газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система подачи топлива. Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Впуск. По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 — 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь.

Сжатие. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

Расширение или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ.

В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом.

В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 — 0.75 МПа, а температура до 950 — 1200 С.

Выпуск. При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод.

Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Впуск. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0.08 — 0.095 МПа, а температура 40 — 60 С.

Сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом.

Расширение или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6 — 9 МПа, а температура 1800 — 2000 С. Под действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ — происходит рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 — 0.5 МПа, а температура до 700 — 900 С.

Выпуск. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 — 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.

Принцип действия двухтактного двигателя

Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей — продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три окна: впускное, выпускное и продувочное, которое сообщается клапаном с кривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:

Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.

Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Теория и принцип работы двигателя Ибадуллаева: 3 новых положения в теории работы ДВС

Много важных событий произошло в России в начале 21 века, но огромный интерес автомобилистов и массу ожесточённых дискуссий в интернете породило одно из них. В Дагестане местным следователем прокуратуры был создан двигатель Ибадуллаева. Чем он так интересен? Чем же он лучше миллионов других двигателей внутреннего сгорания, эксплуатирующихся во всём мире уже много лет и спроектированных грантами мировой автомобильной индустрии? Может быть, это просто пустышка?

Краткая биография изобретателя

Ибадуллаев Гаджикадир Алиярович родился 2 марта 1957 года в Хивском районе Дагестана. После окончания школы Гаджи выбрал юридический факультет ДГУ в Махачкале. Получив профессию юриста, он распределился в прокуратуру, где стал работать следователем. В 2006 г. оставил службу в звании полковника (старшего советника юстиции) и вышел на пенсию по выслуге лет.

Он не любил обсуждать это время жизни и называл его «болото». Дело в том, что в застойные годы Гаджикадир не стеснялся работы, а после 1985 года стал «белой вороной» — не брал взяток из принципа. Не вписывался в коллектив и ушёл на пенсию, не жалея ни о чём.

Ещё работая в прокуратуре в 90-е годы, Гаджи пробовал усовершенствовать механику автомобильного двигателя. Им было получено 40 патентов на усовершенствование механизмов и системы питания бензиновых двигателей. Но, подумав, он пришёл к выводу, что повышение КПД механики двигателя большого эффекта не даст.

Этот показатель у лучших экземпляров моторов уже достигал 80 %. Он сообразил, что термический КПД двигателя лучше всего привести к максимуму, используя увеличение степени сжатия горючей смеси, и решил продолжать в этом направлении.

Гаджикадир выдвинул гипотезу, что, если поднимать степень сжатия двигателя до определённого предела, будет происходить пропорциональный рост КПД. У серийных движков она около 10. Но теория моторостроения не разрешает повышать эту степень выше 14 — возникнет детонация, разрушающая двигатель. Было необходимо как-то победить её.

Изготовление первого мотора

Гаджи занялся теорией. К сожалению, техническое образование у него отсутствовало. Знаний для победы над детонацией не хватало. Возникла необходимость искать поддержку у учёных и производственников. Именно её изобретатель и стал искать.

В конце 2001 года Ибадуллаев познакомился с профессором Николаем Иващенко, заведующим кафедрой МГТУ имени Баумана. Профессор и его коллеги сразу признались, что дилетант несёт совершенный бред и они выслушали его только из-за того, что следователь ставит вопросы интересно и оригинально.

После нескольких встреч и бурных споров учёные согласились, что тема значительной экономии топлива и увеличения удельной мощности двигателя может заинтересовать производственников. Ссылаясь на их авторитет, Гаджи попытался найти поддержку у конструкторов ВАЗа и ГАЗа в создании действующего изделия.

Его сначала внимательно выслушивали и вежливо поддакивали, но, когда юрист приехал в Тольятти в четвёртый раз, ему посоветовали больше не приезжать, так он надоел. Конструкторы оказались уверенными в себе профессионалами. Они заявили, что скорее возьмутся за вечный двигатель, чем пытаться безнадёжно бороться с детонацией.

Уговорить кого-нибудь сделать тестовый экземпляр Гаджикадиру не посчастливилось и он осенью 2002 года был вынужден своими руками создать мотор Ибадуллаева, используя в качестве основы двигатель БМВ-525. Сжатие получилось равным 17.

Сначала он двигался на машине осторожно, установив ограничитель хода педали акселератора, но скоро понял, что опасения напрасны и ограничитель снял. За полгода двигатель пробежал 5 000 км.

В 2003 г. Гаджи познакомился с Беккером В. Я. — директором торгового предприятия по продаже автозапчастей, который поверил в изобретателя и оказал ему материальную поддержку в создании двигателя на базе ВАЗовского мотора. ВАЗ-2110 для испытаний был приобретён знакомым бывшего следователя.

В июне 2003 года был изготовлен и протестирован мотор с коэффициентом сжатия 19. Через месяц Гаджи на автомобиле с этим двигателем съездил в Москву, проехав около 2 000 км, не превышая скорость 120 км/час со средним расходом топлива марки АИ-95 около 4,63 литра на 100 км.

После этих успехов дагестанца легко решились вопросы дальнейшей оплаты работ, получения бокса, запчастей и прочих расходов. Был создан второй двигатель для стендовых испытаний. Автору удалось решить и проблему получения стенда для испытаний в МАДИ (ГТУ).

За 3 года на стенде были решены вопросы калибровок, программирования и прочих настроек. За это время двигатель много раз разбирался и продемонстрировал идеальное состояние без признаков износа.

По завершении стендовых испытаний стало очевидно, что для этого двигателя требуются очень мощные свечи и катушки с повышенным напряжением, а также новая программа. Изобретатель пытался договориться с московским представительством фирмы «Бош» об изготовлении этих компонентов, но на оплату (более 3 млн евро за программу и 1,5 млн евро за свечи и катушку) денег у него не было.

Проблема решилась чудесным образом. Московский изобретатель Павел Воронов предложил Гаджи коммутатор собственного изготовления и катушки, выдававшие необходимые для двигателя 80 кВ вместо стандартных 20 кВ.

После демонстрации работы двигателя у многих зрителей, знакомых с термодинамикой, начинали возникать подозрения, что им показывают какой-то фокус. Они начинали искать, где спрятаны секреты, то ли в особом бензине, то ли в подаче топлива. Настолько невероятна была теория Ибадуллаева, реализованная в «железе».

Создание теории Ибадуллаева

Следующий важный этап истории его открытия произошёл осенью 2007 года, когда на Международную конференцию «Двигатель-2007», посвящённую юбилею школы моторостроения Бауманки, буквально ворвался Гаджикадир.

Он объявил, что приехал на автомобиле, у которого мотор работает со степенью сжатия 25 без каких-либо признаков детонации. Двигатель подвергли тщательной проверке с замером всех заявленных параметров, дилетанта завалили вопросами, на большинство которых он ответить не мог.

После обсуждений на конференции учёные признали, что изобретателем выявлен неизвестный ранее термодинамический цикл и двигатель Ибадуллаева — это реальность. Вскоре по результатам этого исследования в МГТУ был выпущен сборник статей дебютанта.

Изобретателю посоветовали объяснить результаты его работы на базе классической термодинамики. Юристу снова пришлось засесть за технические учебники. Иващенко выдал Гаджи кучу книг по теории двигателей внутреннего сгорания и согласился консультировать по курсу.

Проработка изданий непревзойдённых классиков ДВС была выполнена добросовестно. Бывший юрист книжки прочитал и понял, что общепринятые теории не способны объяснить его изобретение, придётся самому вписывать новые главы в развитие термодинамики и двигателестроения.

Под руководством профессора Гаджикадиру удалось издать свою первую брошюру про двигатель Ибадуллаева и его принцип работы. Описание работы изобретателя в книге вышло не очень понятным, так как бывший следователь не знал теории двигателестроения, а профессор суть теории Ибадуллаева так и не понял.

Последовательно исследователь формулировал свою теорию. Он выделил главные положения теории ДВС Ибадуллаева:

  1. Максимальный порог степени сжатия двигателя зависит не от детонации, а от возможностей технологии.
  2. Явление детонации определяется взаимодействием следующих факторов: температуры, давления и времени.
  3. При построении каждого цикла двигателя таким образом, что продолжительность задержки самовоспламенения будет превышать время окончания сжатия и начала расширения, условия для детонации не возникнут совсем.

Не хватало инструментов для анализа. Не удовлетворившись классическими постулатами теории, он сформулировал новые законы:

  • перехода термодинамических процессов газа;
  • перехода циклов;
  • синхронизации процессов.

Гаджикадир пришёл к революционному выводу, что при работе моторов с высокой и сверхвысокой степенями сжатия в зависимости от нагрузки и оборотов будет происходить переход действительных циклов из одного в другой. Учёным были выявлены и описаны неизвестные ранее варианты термодинамических циклов:

  • Ибадуллаева;
  • Имам;
  • Аида;
  • Алияр.

Заслуженное признание учёного

В дальнейшем вошедший во вкус дилетант нашёл много нестыковок и противоречий в общепринятой теории ДВС и смог отстоять своё мнение в непримиримых дискуссиях с корифеями научного сообщества. Учёным пришлось признать её «теорией со значительными оговорками».

Источник http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/7_teoria_avto_2/index.shtml

Источник https://gazykt.ru/dvigatel/chto-izuchaet-teoriya-dvigatelej.html

Источник

Источник


TAG


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *