3.2 Принципова схема двигуна внутрішнього згоряння
Основним елементом будь-якого поршневого двигуна є циліндр з поршнем, з’єднаний за допомогою кривошипно-шатунного механізму з конічним валом (Мал. 3.1)
Циліндр (чи блок циліндрів) розташовується на верхній частині картера 1 і зверху закритий головкою, в якій встановлені впускний 2 і випускний 3 клапани і свічка запалювання (в карбюраторних двигунах), або форсунка (в дизельних). Циліндр і головка мають порожнини і канали по яких циркулює охолоджувальна рідина. В картері монтується колінчастий вал, кривошип 7, який рухомо з’єднаний з шатуном 6.
Мал. 3.1 Принципова схема поршневого двигуна внутрішнього згоряння
Верхня головка шатуна з’єднана шарнірно з поршнем, який здійснює прямолінійний зворотно-поступальний рух в циліндрі.
Крім основних деталей двигун має ряд допоміжних механізмів для подачі палива : паливний насос, змішувальні пристрої, фільтри, паливний бак, система змащення (масляний насос , фільтри,масляний бак), охолодження (водяний насос, радіатор) та інші. Допоміжні механізми приводяться в рух від колінчастого вала.
Крайні положення поршня називається верхньою мертвою точкою (ВМТ) і нижньою мертвою точкою (НМТ). Хід поршня від ВМТ до НМТ називається тактом. Об’єм описаний поршнем за один хід називається об’ємом циліндра, V=пd2S/4 (d – діаметр циліндра, S – хід поршня). Суму робочих об’ємів всіх циліндрів двигуна в літрах називають літражем двигуна.
Об’єм Vc над поршнем, який знаходиться у ВМТ, називається об’ємом камери згоряння. Відношення Ɛ=Vц / Vс називається степінь стискування.
Робота двигуна внутрішнього згоряння описується індикаторною діаграмою.
Індикаторна діаграма ДВЗ зображена на малюнку 3.2, а. Відрізок 0-1 – всмоктування паливної суміші (1-такт); 1-2 стискування суміші ( 2-такт); 2-3 горіння палива +3-4 – розширення продуктів згоряння +4-5 вихлоп (3-такт); 5-0 вихлоп (4-такт).
З усіх чотирьох тактів тільки третій виконує корисну роботу, тому його називають робочий хід.
Індикаторна діаграма двохтактного двигуна має вигляд, зображений на малюнку 3,2 б.
Мал. 3.2 Індикаторна діаграма чотирьохтактного (а) і двохтактного (б) двигунів: А – випускне вікно; Б – продувне вікно
Він має такі процеси: 0-1 – продувка і всмоктування нової порції суміші +1-2 стискування (1-й такт); 2-3 – загоряння палива + 3-4 – розширення + 4-0 вихлоп ( 2-й ) такт. В двохтактовому двигуні продувка циліндра від залишкових газів і наповнення його свіжою горючою сумішшю здійснюється через спеціальні отвори в циліндрі.
3.3 Сумішоутворення в двз
Підготовка суміші палива з повітрям в необхідних пропорціях називається сумішоутворенням.
Розрізняють двигуни із зовнішнім і внутрішнім сумішоутворенням.
До ДВЗ із зовнішнім сумішоутворенням відносяться карбюраторні і деякі газові двигуни. В двигунах , які працюють на бензині донедавна суміш готувалась у спеціальних пристроях – карбюраторах.
Принципова схема найпростішого карбюратора зображена на Мал. 3.3
Мал. 3.3 Принципова схема найпростішого карбюратора
Карбюратор складається із поплавкової і сумішоутворюючої камер. В поплавковій камері розміщений латунний поплавок 1, закріплений шарнірно на осі 3, і голковий клапан 2, завдяки якому підтримується постійний рівень бензину. В змішувальній камері розташований дифузор 6, жиклер 4 з розпилювачем 5 і дросельна заслінка 7. Жиклер має калібрований отвір, розрахований на пропускання певної кількості палива.
Коли поршень рухається вниз і впускний клапан відкритий, у циліндр засмоктується повітря, швидкість якого в дифузорі досягає 50-150 м/с. У завуженій частині дифузора, де розташований розпилювач, створюється розрідження, яке спричиняє засмоктування бензину з паливної камери. Бензин у потоці повітря розпилюється, випаровується і змішується з ним – утворюється горюча суміш. Якість горючої суміші залежить від співвідношення бензину і повітря. Горюча суміш може бути нормальною (15 кг повітря на 1 кг бензину ), бідною (більше 15 кг/кг) і багатою (менше 13 кг/кг).
Кількість і якість горючої суміші, а значить, потужність і число обертів двигуна, регулюється дросельною заслінкою та іншими спеціальними пристроями у складних карбюраторах.
Проте карбюраторна система має багато суттєвих недоліків: значна непродуктивна витрата бензину, інерційність зміни складу суміші, нерівномірність заповнення циліндрів у багатоциліндрових двигунах тощо. Тому на сучасних автомобілях карбюраторна система забезпечення паливною сумішшю замінена на інжекторну (ingection – упорсуквання).
Система центрального упорскування (моноупорскування) відноситься до систем упорскування палива бензинових двигунів. Робота системи грунтується на упорскуванні палива однією форсункою, розташованою на впускному колекторі двигуна.
Відомими конструкціями системи центрального упорскування є системи Mono - Jetronic і Opel - Multec. Система упорскування Mono - Jetronic розроблена фірмою Bosch в 1975 році. Система встановлювалася на автомобілі як марок Volkswagen, Audi.
Облаштування системи упорскування Mono - Jetronic
Система Mono – Jetronic має наступні пристрої:
• регулятор тиску;
• центральна форсунка упорскування;
• дросельна заслінка з механічним приводом;
• електросервопривод дросельної заслінки;
• електронний блок управління;
• вхідні датчики.
Схема системи центрального упорскування Mono – Jetronic. Регулятор тиску підтримує постійний робочий тиск в системі упорскування (0,1 МПа). Окрім цього, за допомогою регулятора в системі після виключення двигуна зберігається залишковий тиск, що перешкоджає утворенню повітряних пробок і полегшує пуск двигуна.
Центральна форсунка упорскування забезпечує імпульсне упорскування палива. Форсунка є електромагнітним клапаном. Управління клапаном здійснюється електричним сигналом, що поступає від електронного блоку управління. До конструкції форсунки входить:
• електромагнітна котушка(соленоїд);
• замочний клапан;
• поворотна пружина;
• розпилювальне сопло.
Дросельна заслінка призначена для регулювання об'єму повітря, що поступає. Дросельна заслінка має два приводи: механічний і електричний. Механічний привод здійснюється від педалі газу. Електросервопривід дросельної заслінки служить для стабілізації обертів холостого ходу за рахунок примусового відкриття дросельної заслінки.
Електронний блок управління здійснює управління центральною форсункою упорскування (електромагнітним клапаном) і електросервоприводом дросельної заслінки. Блок управління включає мікропроцесор і блок пам'яті. У блоці пам'яті поміщена інформація про еталонну характеристику упорскування (співвідношення компонентів паливно-повітряної маси на усіх режимах роботи двигуна).
Вхідні датчики фіксують поточний стан роботи двигуна. У системі використовуються наступні датчики:
• датчик моменту упорскування;
• датчик положення дросельної заслінки;
• датчик температури повітря;
• датчик температури охолоджувальної рідини;
• датчик оборотів двигуна;
• вимикач сервоприводу;
• датчик концентрації кисню.
За показами датчиків температури повітря і положення дросельної заслінки розраховується необхідний об'єм повітря в системі упорскування.
Маса всмоктуваного повітря, відповідно з густиною, знаходиться в прямій залежності від температури. Чим холодніше повітря, тим воно густіше, а значить має більшу масу. Датчик температури повітря розташований перед центральною форсункою упорскування.
Дросельна заслінка влаштована так, що кожному її положенню відповідає певна кількість повітря, що пропускається. Цей параметр фіксує датчик положення дросельної заслінки, потенціометр. Датчик положення дросельної заслінки (дроссель).
У разі відмови датчиків температури повітря і положення дросельної заслінки їх робота дублюється сигналами датчика оборотів і датчика температури охолоджувальної рідини (температури двигуна). Упорскування палива здійснюється від сигналів датчика моменту упорскування, які подаються одночасно з сигналами на займання паливно-повітряної суміші.
Вимикач сервоприводу забезпечує роботу системи в режимі холостого ходу двигуна. Замкнуте положення вимикача свідчить про режим холостого ходу, при цьому включається електросервопривід.
Датчик концентрації кисню (кисневий датчик) призначений для підтримки оптимального співвідношення компонентів паливно-повітряної суміші.
Датчик встановлюється у випускній системі:
• у випускному колекторі;
• на автомобілях з каталітичним нейтралізатором - перед нейтралізатором.