Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм преобразует воз­вратно-поступательное движение поршня в цилинд­ре во вращательное движение коленчатого вала двигателя.

До сих пор мы рассматривали устройство и работу од­ноцилиндрового двигателя. На большинстве легковых автомобилей преимущественно используют четырех­цилиндровые двигатели, хотя на той же «Оке» установ­лен двигатель, состоящий всего из двух цилиндров. Су­ществуют и автомобили с шести-, восьми- и двенадца­тицилиндровыми двигателями. Многоцилиндровые двигатели легковых автомобилей имеют либо обычное расположение цилиндров - в один ряд, либо V-образ­ное. В первом случае цилиндры расположены в одну линию, во втором - в два ряда с некоторым углом меж­ду ними.

Далее мы будем изучать четырехцилиндровый двига­тель, пока еще самый распространенный в легковом автомобилестроении.

Устройство кривошипно-шатунного механизма четы­рехцилиндрового двигателя показано на рисунке.

В блоке цилиндров расположены порш­ни, шатуны и коленчатый вал, образующие шатун­но-поршневую группу, а также другие системы двига­теля. Блок цилиндров отливают либо из чугуна (двига­тели ВАЗ), либо из алюминиевого сплава (двигатели АЗЛК, УАЗ, ЗМЗ). В нем предусмотрены литые и высвер­ленные каналы и отверстия, а также места установки подшипников. На подшипниках в блоке цилиндров вращается коленчатый вал . Между двойны­ми стенками блока циркулирует охлаждающая жид­кость, а по специальным каналам - масло. Наружное оборудование двигателя также монтируется преимуще­ственно на блоке цилиндров. Нижняя часть блока на­зывается картером и представляет собой поддон (ре­зервуар) для масла.

Головка блока цилиндров закрепляется на блоке через металлоасбестовую прокладку, закрывая собой цилин­дры сверху. В головке блока расположены камеры сго­рания, клапаны и свечи зажигания, а также на большин­стве двигателей легковых автомобилей - распредели­тельный вал. В ней, как и в блоке цилиндров, предусмо­трены каналы и полости для охлаждающей жидкости и масла. Головка крепится к блоку цилиндров с помо­щью резьбовых соединений, а сверху через прокладку закрывается штампованной крышкой.

Рис. Устройство коленчатого вала двигателя:

1 - шатунная шейка; 2 - противовес; 3 - коренная шейка; 4 – маховик

Особенности работы шатунно-поршневой группы изло­жены при рассмотрении принципа работы одноцилин­дрового двигателя.

Чтобы представить себе «скорострельность» работы двигателя легкового автомобиля, познакомимся с не­которыми цифрами.

Около 1000 оборотов в минуту совершает коленчатый вал двигателя на холостом ходу, т.е. за секунду он со­вершит около 16 полных вращений. При движении ав­томобиля число оборотов возрастает от 2 до 5 раз, т.е. всего лишь за одну секунду коленчатый вал совершит до 80 оборотов. А вы не забыли, что коленчатый вал связан с поршнями? Причем всего за пол-оборота вала поршень проделает весь путь в цилиндре сверху вниз или наоборот, а за полный оборот - совершит два про­бега, причем с полной остановкой в верхней и нижней мертвых точках и последующим изменением направле­ния движения на противоположное. При этом поршни перемещаются в цилиндрах в условиях очень высоких температур и давления. Например, в двигателе ВАЗ-2106 за шесть минут работы на холостых оборотах каждый из четырех поршней проделает в его цилиндрах путь в 1 км. На повышенных оборотах этот километр поршень преодолеет за минуту. И это при том, что пор­шень в этом двигателе перемещается всего на 8 см. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

• подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.

• неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания)и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

И так началось движение поршней. А затем заработали все системы управления работой двигателя. Вернёмся к тексту « Попробуем?»…

Т опливная система

Контур низкого давления:

1 топливный бак

2 топливный насос

3 топливный фильтр

4 перепускной клапан

5 регулятор давления топлива

Контур высокого давления:

6 топливный насос высокого давления

7 трубопровод высокого давления

8 распределительный трубопровод

9 датчик высокого давления

10 предохранительный клапан

11форсунки впрыска

Прочее:

12 адсорбер

13 электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера

Топливная система (другое наименование система питания топливом) предназначена для питания двигателя автомобиля топливом, а также его хранения и очистки.

Обычно топливная система автомобиля имеет следующее устройство:

• топливный бак;

• топливный насос;

• датчик указателя запаса топлива;

• топливный фильтр;

• топливопроводы;

• система впрыска.

Топливная система бензинового и дизельного двигателей имеет, в основном, аналогичное устройство.

Принципиальные отличия имеет система впрыска.

Топливный бак предназначен для хранения запаса топлива, необходимого для работы двигателя. Топливный бак в легковом автомобиле обычно располагается в задней части на днище кузова. Емкость топливного бака обеспечивает в среднем 500 км пробега конкретного автомобиля. Топливный бак изолирован от атмосферы. Вентиляцию топливного бака производит система улавливания паров бензина.

Топливный насос подает топливо в систему впрыска и поддерживает рабочее давление в топливной системе. Топливный насос устанавливается в топливном баке и имеет электрический привод. При необходимости используется дополнительный (подкачивающий) насос (не путать с топливным насосом высокого давления системы впрыска дизельных двигателей и системы непосредственного впрыска).

В топливном баке вместе с насосом устанавливается датчик указателя запаса топлива. Конструкция датчика включает поплавок и потенциометр. Перемещение поплавка при изменении уровня топлива в баке приводит к изменению положения потенциометра. Это, в свою очередь, приводит к повышению сопротивления в цепи и уменьшению напряжения на указателе запаса топлива.

Очистка поступающего топлива осуществляется в топливном фильтре. На современных автомобилях в топливный фильтр встроен редукционный клапан, регулирующий рабочее давление в системе. Излишки топлива отводятся от клапана по сливному топливопроводу. На двигателях с непосредственным впрыском топлива редукционный клапан в топливном фильтре не устанавливается.

Топливный фильтр топливной системы дизельных двигателей имеет несколько иную конструкцию, но суть его работы остается прежней. С определенной периодичностью производится замена топливного фильтра в сборе или, только, фильтрующего элемента.

Топливо в системе циркулирует по топливопроводам. Различают подающий и сливной топливопроводы. В подающем топливопроводе поддерживается рабочее давление. По сливному топливопроводу излишки топлива удаляются в топливный бак.

Система впрыска предназначена для образования топливно-воздушной смеси за счет впрыска топлива.

Работа топливной системы осуществляется следующим образом. При включении зажигания топливный насос закачивает топливо в систему. При прохождении через топливный фильтр происходит его очистка. Далее топливо поступает в систему впрыска, где происходит распыление и образование топливно-воздушной смеси.

На некоторых автомобилях рабочее давление в топливной системе создается при открытии водительской двери (включается топливный насос).

В инжекторной системе подачи впрыск топлива в воздушный поток осуществляется специальными форсунками — инжекторами.

Классификация

По точке установки и количеству форсунок:

• Моновпрыск или центральный впрыск  — одна форсунка на все цилиндры, расположенная, как правило, на месте карбюратора (на впускном коллекторе). В настоящее время непопулярна.

• Распределённый впрыск — каждый цилиндр обслуживается отдельной изолированной форсункой во впускном коллекторе. В то же время различают несколько типов распределённого впрыска:

  • Одновременный — все форсунки открываются одновременно.

  • Попарно-параллельный — форсунки открываются парами, причём одна форсунка открывается непосредственно перед циклом впуска, а вторая перед тактом выпуска. В связи с тем, что за попадание топливо-воздушной смеси в цилиндры отвечают клапаны, это не оказывает сильного влияния. В современных моторах используется фазированный впрыск, попарно-параллельный используется только в момент запуска двигателя и в аварийном режиме при поломке Датчика Положения Распределительного Вала ДПРВ (так называемой Фазы).

  • Фазированный впрыск — каждая форсунка управляется отдельно, и открывается непосредственно перед тактом впуска.

  • Прямой впрыск — форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит прямо в камеру сгорания.

Я специально разместил в книге не совсем привычную схему топливной системы. Сделал это намеренно, потому что сегодня большинство автомобильных двигателей с инжекторной системой впрыска. Так что давайте осваивать новые горизонты!

Для снижения вредных выбросов в систему выпуска было предложено устанавливать каталитический нейтрализатор отработавших газов. Но катализатор эффективно работает только при сжигании в двигателе так называемой нормальной топливо-воздушной смеси (весовое соотношение воздух/бензин 14,7:1). Любое отклонение состава смеси от указанного приводило к падению эффективности его работы и ускоренному выходу из строя. Для стабильного поддержания такого соотношения рабочей смеси карбюраторные системы уже не подходили. Альтернативой могли стать только системы впрыска. Первые системы были чисто механическими с незначительным использованием электронных компонентов. Но практика использования этих систем показала, что параметры смеси, на стабильность которых рассчитывали разработчики, изменяются по мере эксплуатации автомобиля. Этот результат вполне закономерен, учитывая износ и загрязнение элементов системы и самого двигателя внутреннего сгорания в процессе его службы. Встал вопрос о системе, которая смогла бы сама себя корректировать в процессе работы, гибко сдвигая условия приготовления рабочей смеси в зависимости от внешних условий. Выход был найден следующий. В систему впрыска ввели обратную связь - в выпускную систему, непосредственно перед катализатором, поставили датчик содержания кислорода в выхлопных газах, так называемый лямбда-зонд. Данная система разрабатывалась уже с учетом наличия такого основополагающего для всех последующих систем элемента, как электронный блок управления (ЭБУ). По сигналам датчика кислорода ЭБУ корректирует подачу топлива в двигатель, точно выдерживая нужный состав смеси.

На сегоднящний день инжекторый (или, говоря по-русски, впрысковый) двигатель практически полностью заменил устаревшую карбюраторную систему. Инжекторный двигатель существенно улучшает эксплуатационные и мощностные показатели автомобиля (динамика разгона, экологические характеристики, расход топлива).

Инжекторные системы подачи топлива имеют перед карбюраторными следующие основные преимущества:

• точное дозирование топлива и, следовательно, более экономный его расход.

• снижение токсичности выхлопных газов. Достигается за счет оптимальности топливно-воздушной смеси и применения датчиков параметров выхлопных газов.

• увеличение мощности двигателя примерно на 7-10%. Происходит за счет улучшения наполнения цилиндров, оптимальной установки угла опережения зажигания, соответствующего рабочему режиму двигателя.

• улучшение динамических свойств автомобиля. Система впрыска незамедлительно реагирует на любые изменения нагрузки, корректируя параметры топливно-воздушной смеси.

• легкость пуска независимо от погодных условий.

А ЕСЛИ БЕЗ БЕНЗИНА?

Схема газо – баллонного оборудования ( ГБО) 3 поколения для карбюраторного автомобиля

1 - баллон 2 - мультиклапан 3 - газовая магистраль высокого давления 4 - выносное заправочное устройство 5 - газовый клапан 6 - редуктор-испаритель 7 - дозатор 8 - смеситель воздуха и газа 9 - бензиновый клапан 10 - переключатель видов топлива

Сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) под давлением поступает из баллона (1) в газовую магистраль высокого давления (3). Расход газа из баллона происходит посредством мультиклапана (2), через который также осуществляется заправка с помощью выносного заправочного устройства (4). По магистрали газ в жидкой фазе попадает в газовый клапан-фильтр (5), который очищает газ от взвесей и смолистых отложений и перекрывает подачу газа при выключении зажигания или при переходе на бензин. Далее очищенный газ по трубопроводу поступает в редуктор-испаритель (6), где давление газа понижается с шестнадцати атмосфер до одной. Интенсивно испаряясь, газ охлаждает редуктор, поэтому последний присоединяется к системе водяного охлаждения двигателя. Циркуляция тосола позволяет избежать обмерзания редуктора и его мембран. Под действием разряжения, создаваемого во впускном коллекторе работающего двигателя, газ из редуктора по шлангу низкого давления через дозатор (7) поступает в смеситель (8), установленный между воздушным фильтром и дроссельными заслонками карбюратора. Иногда вместо установки смесителя производится непосредственная врезка газовых штуцеров в карбюратор. Управление режимами работы (на газе или на бензине) осуществляется с помощью переключателя видов топлива (10), установленного на панели приборов. При выборе позиции "ГАЗ" переключатель открывает электромагнитный газовый клапан (5) и отключает электромагнитный бензиновый клапан (9). И, наоборот, при переходе с газа на бензин, переключатель закрывает газовый клапан и открывает бензиновый. С помощью светодиодов переключатель позволяет контролировать, какое топливо используется в данный момент. Переключатель может быть оснащен указателем уровня топлива в баллоне (для этого мультиклапан должен быть оснащен сенсором уровня топлива). Установка ГБО третьего поколения на инжекторные автомобили отличается тем, что вместо бензоклапана для отсечения подачи бензина используется эмулятор форсунок. Когда подается газ, этот эмулятор имитирует работу бензиновых форсунок, чтобы штатный компьютер не перешел в аварийный режим. По этой же причине нужно устанавливать эмулятор лямбда-зонда. Системы газобаллонного оборудования четвертого поколения отличаются тем, что газ подается непосредственно во впускной коллектор через специальные газовые форсунки. Они управляются собственным электронным блоком управления, который синхронизирует свою работу со штатным контроллером и одновременно выполняет функции эмулятора.