Газораспределительный механизм (ГРМ)

Московский Автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет)

Двигатели внутреннего сгорания

 

                                                   Студент: Лазарев Р.

                                                                         Преподаватель: Вахламов В.К.

                                        Группа: 2Ап3

 

Москва 2010

Двигатель

Бензиновые и дизельные двигатели, их отличительные особенности. Какие из них имеют большее распространение на легковых автомобилях?

Двигатели бывают разные, их отличительные особенности заключаются в их строении, а так же классификации.

- Кол-во тактов (2-4)

- Типы смесеобразования  (инжекторные и карбюраторные)

- Расположение цилиндров  (V, W, рядные,оппозитные)

- Способ охлаждения (жидкостное, воздушное)

- По типу смазки - смешанный тип (масло смешивается с топливной смесью) и раздельный тип(масло находится в картере)

-  Число цилиндров (1-16) * на легковых АМ и джипах, есть и больше

 

Главной отличительной особенность бензиновых двигателей является их мощность, а дизельных – их высокая экономичность и экологичность.

Различие бензиновых и дизелей состоит в способе смесеобразования и сгорания топлива. В бензиновых топливно-воздушную смесь поджигает свеча, в дизеле – давление (оно же сжатие). Так же по типу смесеобразования различают карбюраторные и инжекторные двигатели (в первом случае т-в смесь формируется в спец. устройстве – карбюраторе.)

 

Современные автомобили оснащены больше бензиновыми двигателями, нежели дизельными. А так же инжекторные, а не карбюраторные Распространенное кол-во цилиндров: 4 – рядные; 6-8 V- образные.

 

Рабочий процесс двигателя

 

Рабочий процесс двигателей на современных машинах обычно имеет 4 такта

Впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

При такте впуска поршень движется от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан закрыт. Под действием вакуума, создаваемого при движении поршня, в цилиндр поступает горючая смесь через выпускной клапан, открытый распределительным валом. Горючая смесь перемешивается с остаточными отработавшими газами, образуя при этом рабочую смесь.

Такт сжатия происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем рабочей смеси уменьшается, а давление в цилиндре повышается, что сопровождается увеличением температуры рабочей смеси.

При такте рабочего хода впускной и выпускной клапаны закрыты. Воспламененная в конце сжатия от свечи зажигания рабочая смесь быстро сгорает. Температура и давление образовавшихся газов в цилиндре возрастают. Газы давят на поршень, он движется от ВМТ до НМТ и совершает полезную работу, вращая через шатун 2 коленчатый вал. По мере перемещения поршня к НМТ и увеличения объема пространства над ним давление в цилиндре уменьшается. Снижается и температура газов.

Такт впуска происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Отработавшие газы вытесняются поршнем из цилиндра через выпускной клапан, открытый распределительным валом. Давление и температура в цилиндре уменьшаются.

 

Основные параметры двигателя

Верхняя мертвая точка (ВМТ) – крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчатого вала.

Нижняя мертвая точка (НМТ) – крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала.

Угол опережения зажигания — угол поворота кривошипа от момента, при котором на свечу зажигания начинает подаваться напряжение для пробоя искрового промежутка до занятия поршнем ВМТ

Расход топлива -  G_т

Ход поршня (S) – расстояние между мертвыми точками, проходимое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя.

Такт – часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое.

Рабочий объем цилиндра (V_h) – объем, освобождаемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ.

Объем камеры сгорания (V_c) – объем пространства над поршнем, находящимся в ВМТ.

Полный объем цилиндра (V_a) – объем пространства над поршнем, находящимся в НМТ.

Рабочий объем (литраж) двигателя – сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах.

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

 

Что определяет внешняя скоростная характеристика двигателя?

 

Внешняя скоростная характеристика определяет возможности двигателя и характеризует его работу. По внешней скоростной характеристике определяют техническое состояние двигателя. Она позволяет сравнивать различные типы двигателей и судить о совершенстве новых двигателей.

Почему мощность и момент двигателя на автомобиле меньше указанных в технических характеристиках, каталогах, проспектах и т.п.?

 

Испытания автомобилей проводятся на спец стендах, где их ставят на площадку с подвижными валами. Отсутствует фактически сопротивление. Тестируется только двигатель. В конечном счете Автомобиль “подгоняют” под нормы выбросов, звука, давления воздуха, условиям эксплуатации, потому, после подгона, автомобиль не может развить стендовой мощности.

 

Перечислить основные части бензинного двигателя и дизеля и их назначение.

Двигатель можно рассортировать на 2 механизма и 4 системы.

Кривошипно-шатунный механизм

Газораспределительный механизм

Система питания

Система охлаждения

Система зажигания

Система смазки

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно – поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

· подвижные: поршень с кольцами, поршневой палец, шатун, головка цилиндра, коленчатый вал, маховик.

· неподвижные: блок цилиндров (является остовом двигателя внутреннего сгорания), головка блока, поддон, гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

Принцип действия

Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал состоит из:

· шатунные шейки

· коренные шейки

· противовес

 

Кривошипно-шатунный гидравлический поворотный механизм

Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразовывается в поступательное движение поршня.

Газораспределительный механизм (ГРМ)

(ГРМ) — механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путём перекрытия и открытия поршнями продувочных окон цилиндров в двухтактных двигателях, либо открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (в четырехтактных двигателях), имеющих привод от распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с каленвалом, реализованную с помощью шестерёнчатой, зубчато-ремённой или цепной передачи.

Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя по причине удара поршней о не вовремя открытые клапана.

Регулирование ГРМ крайне необходимо для работы двигателя. При неправильном его регулировании, зубья шестерней просто сточатся, либо двигатель вообще не заведется.

Фазы газораспределения

Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называется фазами газораспределения.

Наивысшие мощностные показатели работы двигателя могут быть достигнуты при наилучшем наполнении цилиндров горючей смесью и наиболее полной их очистке от отработавших газов. Поэтому продолжительность фаз впуска и выпуска установлена более 180^о за счет того, что моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями поршня в верхней и нижней мертвых точках.

В конце такта выпуска и в начале такта впуска происходит перекрытие клапанов, когда оба клапана открыты одновременно. Продолжительность перекрытия клапанов составляет для двигателя 20 и 50^о. Перекрытие клапанов длится небольшой промежуток времени и не оказывает влияния на работу двигателя.

 

 

Системы

Смазочная система

Смазочная система двигателя за счет подачи масла к трущимся поверхностям обеспечивает:

· -уменьшение трения и повышение механического КПД двигателя;

· -уменьшение износа трущихся деталей;

· -охлаждение деталей двигателя и вынос продуктов износа из сопряжений деталей двигателя.

В смазочную систему входят:

· -масляный насос;

· -приемный патрубок с малой фильтрующей сеткой, прикрепленный к корпусу насоса;

· -полнопоточный масляный фильтр, установленный на левой передней стороне двигателя;

· -редукционный клапан давления масла, встроенный в приемный патрубок;

· -электрический датчик недостаточного давления масла.

 

Смазывание трущихся деталей наряду с подбором материалов и вида обработки их поверхностей эффективно повышает долговечность двигателя. Смазочная система также обеспечивает очистку циркулирующего масла от механических и других вредных примесей при прохождении его через масляный фильтр с бумажным фильтрующим элементом.

Масло для двигателя имеет комплекс присадок, обеспечивающих высокие смазочные свойства масла, стойкость против окисления и возможность работы в широком интервале температур.

Необходимый для нормальной работы двигателя запас масла находится непосредственно в картере двигателя. Заправку масла в картер двигателя производят через маслоналивную горловину, герметически закрываемую крышкой. Отработанное масло сливают из системы через отверстие, закрытое резьбовой пробкой. Емкость масляной системы 3,75 л. Уровень масла контролируется по меткам на указателе. Давление масла на прогретом двигателе при средних оборотах составляет 0,35-0,45 МПа (3,5-4,5 кгс/см²)

Принцип работы

Масло заливают в поддон через горловину и его количество контролирует специальным стержнем, конец которого находится в масляной ванне. При работе двигателя масло забирается из поддона насосом через маслоприемник и по приемному каналу в блоке цилиндров подается фильтр, который включен в главную масляную магистраль последовательно. Из фильтра масло через главную магистраль и канал в блоке цилиндров под давление поступает соответственно к коренным подшипникам коленчатого вала и переднему подшипнику вала привода масляного насоса, а также к заднему подшипнику по центральному каналу вала.

Автомобили выделяют в окружающую среду много ядовитых веществ.

Вентиляция картера двигателя и ее тип существенно влияют на количество выделяемых в окружающую среду токсичных веществ.

Вентиляция картера двигателя предназначена для удаления картерных газов, которые разжижают масло и образуют смолистые вещества и кислоты. Кроме того, картерные газы повышают давление в картере двигателя и вызывают утечку масла через уплотнения. На легковых автомобилях система вентиляции картера двигателя закрытого типа. Она обеспечивает за свет вакуума во впускном трубопроводе принудительное удаление картерных газов в цилиндры двигателя на догорание.

В результате предотвращается попадание картерных газов в салон кузова автомобиля и уменьшается выброс ядовитых веществ в окружающую среду.

Система охлаждения

При сгорании рабочей смеси в цилиндрах двигателя температура газов достигает 2500^о С. Это вызывает сильный нагрев деталей и может привести к:

1. заклиниванию поршней в цилиндре

2. обгоранию головок клапанов

3. выгоранию смазки

4. выплавлению вкладышей подшипников

5. потере мощности двигателя.

Для предупреждения этого в двигателе необходимо поддерживать определенный тепловой режим, что обеспечивается системой охлаждения.
Система охлаждения может быть воздушной, когда охлаждение двигателя достигается набегающим потоком воздуха, и жидкостной с элементами воздушной (комплексной).
Температура охлаждающей жидкости поддерживается в пределах 80^о С-90^о С на всех режимах работающего двигателя.
При воздушном охлаждении тепловой режим двигателя определяется температурой масла в системе смазки - 90^о С-120^о С.
На рассматриваемых автомобилях система охлаждения жидкостная, закрытая, с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости.
Заполняется система охлаждения раствором Тосол А-40, который при температуре ниже -40^о С превращается в густую массу.

 

Система охлаждения двигателя включает в себя:

1. Рубашку охлаждения блока и головки цилиндров.

2. Радиатор с заливной горловиной

3. Расширительный бачок

4. Термостат

5. Соединительные патрубки и шланги

6. Сливные пробки (краники)

7. Водяной насос центробежного типа

8. Вентилятор

9. Датчик и указатель температуры охлаждающей жидкости.

 

Оптимальным температурным режимом двигателя при жидкостной системе охлаждения считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости в двигателе составляет 80…100 С на всех режимах работы двигателя.

 

Принцип работы системы охлаждения:

Центробежный насос приводится во вращение от шкива коленчатого вала через ременную передачу всегда, когда работает двигатель. Захватывает жидкость из нижней части радиатора и нагнетает ее в рубашку охлаждения головки блока и блока цилиндров.

Термостат служит для ускорения прогрева двигателя после его пуска и автоматического поддержания теплового режима при движении.
Устанавливается перед входом охлаждающей жидкости в насос. Двухклапанный, неразборный. Внутри корпуса помещен термоэлемент. Термочувствительный элемент состоит из стакана с резиновой вставкой, а между стенками стакана помещается твердый наполнитель ЦЕРЕЗИН (кристаллический воск), обладающий большим коэффициентом объемного расширения.
При температуре менее 80^о С термоэлемент находится в нижнем положении и клапан закрыт. Вода циркулирует по малому кругу (только в рубашке охлаждения). Двигатель быстро прогревается и при 80^о -90^о С, элемент расширяется и открывает давлением клапан, и вся жидкость проходит через радиатор по большому кругу.

Полностью клапан открывается при температуре 95^о С. Набегающим потоком воздуха при движении автомобиля жидкость, проходящая по тонким трубочкам радиатора, охлаждается и опускается в его нижнюю часть, откуда захватывается насосом. Когда автомобиль стоит с работающим двигателем или движется с малой скоростью, основную роль в охлаждении играет вентилятор. Он затягивает воздух извне через радиатор, а своей реактивной струей дополнительно охлаждает двигатель.

Кроме того, на автомобилях без кондиционера система используется для обогрева салона автомобиля. Для этого от рубашки охлаждения отводится с помощью трубочек горячая жидкость к расположенному в салоне специальному радиатору отопителя. Для регулирования потока жидкости используется специальный кран отопителя, а воздух через этот радиатор циркулирует по салону с помощью специального возле радиатора расположенного вентилятора, либо извне, через воздухозаборник.