Сажевый фильтр (DPF/FAP)

Назначение сажевого фильтра (DPF/FAP)

Весь мир борется за сокращение выбросов вредных веществ в окружающую среду. Все… кроме американцев. Этим «товарищам» глубоко наплевать на усилия мира, об этом свидетельствует не подписание Киотского протокола. Европейцы, стремясь уменьшить негативное влияние на природу выхлопа автомобилей, внедрили в систему выпуска отработанных газов сажевый фильтр, так появился стандарт ЕВРО-4 для дизельных автомобилей.

Сажевый фильтр
Сажевый фильтр

Основное предназначение сажевого фильтра — уменьшение выброса из выхлопной трубы оксида азота, оксида углерода и… сажи. Существует два вида сажевых фильтров, DPF (diesel particulate filter) — фильтр закрытого типа, без возможности прочистки и FAP – фильтр закрытого типа с возможностью удаления (сгорания) накопленной сажи с поверхности фильтра и его регенерации. Для удаления сажи применяется специальный реагент, который вступает в реакцию с вредными веществами, которые находятся в сажевом фильтре, и под воздействием большой температуры, полностью удаляет их из фильтра. Фильтры типа DPF при засорении просто подлежат замене, правда считается, что такой фильтр восстанавливается на повышенных нагрузках, когда температура выхлопных газов достигает 400 градусов, что приводит к сгоранию сажи, такой метод регенерации называется пассивным. Контролирует состояние фильтра, его физико-химические характеристики, электронный блок управления. Индикация о состоянии сажевого фильтра выведена на панель приборов.

Сажевый фильтр
Сажевый фильтр

Конструктивно сажевый фильтр представляет собой металлическую колбу, внутри которой находится керамическая матрица, похожая на многоуровневую сетку. Ячейки матрицы имеют размер порядка одного миллиметра. Структура стенок матрицы пористая, что и дает возможность оседать на ней мелким частицам сажи. Так же в фильтре расположены датчики температуры, дифференциального давления и датчик кислорода. Устанавливается сажевый фильтр после выпускного коллектора, чаще после приемной трубы глушителя.

Регенерация сажевого фильтра

Процесс очистки выхлопных газов происходит следующим образом. Отработанные газы, попадая в сажевый фильтр, вступают в реакцию с покрытием матрицы. Осевшая на матрице сажа постепенно засоряет фильтр и для очистки его применяются два метода регенерации сажевого фильтра, пассивный про который сказано выше и активный. При активном методе выжигания сажи применяется специальный реагент, который сгорая, поднимает температуру в сажевом фильтре до 700 градусов. При такой температуре сажа выжигается полностью. Вместо реагента может использоваться дополнительная порция топлива, которая подается автоматически, но догорает она уже после цилиндров, что так же поднимает температуру в фильтре.

Регенерация сажевого фильтра
Регенерация сажевого фильтра

«Ложкой дегтя» в очистке выхлопных газов стала немаленькая цена сажевого фильтра, поэтому многие автолюбители просто удаляют фильтр, исключая возможность выхода из строя двигателя автомобиля.

Выхлопная система автомобиля

Устройство выхлопной системы автомобиля

Система выпуска отработавших газов представляет собой совокупность элементов глушителя соединенных с выпускным коллектором. В разрыв приемной трубы и резонатора возможна установка катализатора отработавших газов. Система предназначена для удаления, очистки выбросов и уменьшения шумов выхлопных газов.

Устройство выхлопной системы
Устройство выхлопной системы
Устройство выхлопной системы

Выхлопная система автомобиля связана с работой газораспределительного механизма, а именно с выпускными клапанами и выпускным коллектором. В состав системы входят:

  1. приемная труба (в народе именуемая «штаны»);
  2. катализатор (на двигателях стандарта от евро-2);
  3. резонатор;
  4. глушитель;
  5. датчики (лямбда-зонд).

Также в выхлопную систему может входить сажевый фильтр.

Устройство выхлопной системы
Устройство выхлопной системы

Теперь обо всем по порядку.

  • Приемная труба представляет собой изогнутую, под определенную установку трубу с приваренной подошвой для присоединения к выпускному коллектору или выходу турбонагнетателя. «Штаны» изготавливаются из огнестойкого металла, реже из нержавейки. У двигателей автомобилей повышенной мощности могут применяться несколько приемных труб.
  • Резонатор представляет собой «банку» глушителя, где происходит первый этап разделения потока выхлопных газов, а так же уменьшения скорости выхлопа. Изготавливается так же из огнеупорного металла.
  • Катализатор, устройство очистки выхлопных газов. Выполнен в виде емкости из металла с внутренним огнеупорным слоем. Внутри емкости находится «тело» катализатора, которое можно разделить на две категории – керамическое или металлическое. Керамический катализатор это трехкомпонентный нейтрализатор выхлопа. Первый элемент это проволочная сетка из нержавеющей стали, которая покрывает подушку из керамического материала (второй элемент), обычно это силикат алюминия с частицами слюды. Третий элемент – теплоизоляция, (термоустойчивый корпус с двойными стенками). Металлический катализатор состоит из гофрированной фольги покрытой активным слоем, обычно это палладий или платина. Но в целом его конструкция совпадает с керамическим катализатором.
  • Датчик (лямбда-зонд) – это чувствительный кислородный элемент, устанавливаемый на резьбовое соединение, чувствительным элементом должен соприкасаться с выхлопными газами.
  • Глушитель, это емкость из металла (банка), у которой имеется внутри несколько перегородок, предназначенных для изменения направления потока выхлопных газов и, как следствие, уменьшение уровня шума.

Принцип работы выхлопной системы


Принцип работы системы следующий: при открывании выпускного клапана, отработанные газы попадают в выпускной коллектор. В бензиновых двигателях они продвигаются дальше по приемной трубе. В дизельных вариантах отработанные газы приводят в действие крыльчатку турбокомпрессора, и только затем попадают в приемную трубу. Далее газы попадают в катализатор. В катализаторе происходит оседание на поверхность активного элемента вредных примесей. Надо отметить, что катализатор работает только при высокой температуре (от 250 градусов). Контролирует состав отработанных газов датчик лямбда-зонд. Существуют системы выхлопа с двумя датчиками, на входе катализатора и выходе. Такие системы более точно отражают соотношение топлива и воздуха в смеси. Управляющий сигнал с датчиков подается на систему управления впрыска и в зависимости от содержания вредных примесей регулируется подача воздуха или топлива в цилиндры. После прохождения катализатора выхлоп «гасится» в резонаторе и далее поступает в глушитель. В глушителе резко меняется направление движения выхлопных газов и уменьшается их шум. После выхлопные газы улетучиваются в атмосферу.

Устройство выхлопной системы автомобиля
Устройство выхлопной системы автомобиля

Следует отметить, что эффективность отвода выхлопа зависит от диаметра труб, чистоты катализатора и глушителя. В противном случае отработанные газы могут скапливаться в цилиндрах, что приведет к снижению мощности двигателя и в некоторых случаях выходу из строя топливной системы.

Система охлаждения двигателя

Назначение системы охлаждения двигателя

Детали двигателя внутреннего сгорания в процессе работы подвергаются воздействию очень высоких температур, и без отвода излишнего тепла его функционирование невозможно. Основным назначением системы охлаждения двигателя является охлаждение деталей работающего двигателя. Следующей по важности функцией системы охлаждения является нагрев воздуха в салоне. В двигателях с турбонаддувом система охлаждения снижает температуру нагнетаемого в цилиндры воздуха, в автомобилях с АКПП охлаждает рабочую жидкость в коробке передач. В некоторых моделях автомобилей для дополнительного охлаждения масла в системе смазки двигателя устанавливается масляный радиатор.

Система охолаждения двигателя
Система охолаждения двигателя

Системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания подразделяются на два основных типа:

  1. жидкостную;
  2. воздушную.

Каждая из этих систем имеет свои достоинства и недостатки.

Воздушная система охлаждения
Воздушная система охлаждения

Воздушная система охлаждения имеет следующие преимущества: простота конструкции и обслуживания, меньший вес двигателя, пониженные требования к температурным колебаниям окружающей среды. Недостатками двигателей с воздушным охлаждением являются большая потеря мощности на приводе охлаждающего вентилятора, шумная работа, чрезмерная тепловая нагрузка на отдельные узлы, отсутствие конструктивной возможности организации цилиндров по блочному принципу, сложности с последующим использованием отводимого тепла, в частности – для обогрева салона.

В современных двигателях автомобилей система воздушного охлаждения встречается довольно редко, и основное распространение получила система жидкостного охлаждения закрытого типа.

Устройство и схема жидкостной (водяной) системы охлаждения двигателя

Устройство и схема жидкостной (водяной) системы охлаждения двигателя
Устройство и схема жидкостной (водяной) системы охлаждения двигателя

Система жидкостного охлаждения позволяет равномерно забирать тепло у всех узлов двигателя, независимо от тепловых нагрузок. Двигатель водяного охлаждения является менее шумным относительно двигателя с воздушным охлаждением, менее склонен к детонации, быстрее разогревается при запуске.

Основными элементами системы жидкостного охлаждения двигателя как бензинового, так и дизельного являются:

  1. «водяная рубашка» двигателя;
  2. радиатор системы охлаждения;
  3. вентилятор;
  4. центробежный насос (помпа);
  5. термостат;
  6. расширительный бачок;
  7. радиатор отопителя;
  8. элементы управления.


  1. Водяная рубашка» представляет собой сообщающиеся полости между двойными стенками двигателя в местах, откуда необходим отвод избыточного тепла посредством циркуляции охлаждающей жидкости.
  2. Радиатор системы охлаждения служит для отдачи тепла в окружающую среду. Радиатор выполняется из большого количества изогнутых (в настоящее время чаще всего алюминиевых) трубок, имеющих дополнительные ребра для повышения теплоотдачи.
  3. Вентилятор предназначен для усиления потока набегающего воздуха на радиатор системы охлаждения (работает в сторону двигателя) и включается посредством электромагнитной (иногда – гидравлической) муфты от сигнала датчика при превышении порогового значения температуры охлаждающей жидкости. Вентиляторы охлаждения с постоянным приводом от двигателя встречаются в настоящее время довольно редко.
  4. Центробежный насос (помпа) служит для обеспечения бесперебойной циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения работающего двигателя. Привод помпы от двигателя осуществляется механическим путем: ремнем, реже — шестернями. Некоторые двигатели, такие как: двигатели с турбонаддувом, непосредственным впрыском топлива, могут оснащаться двухконтурной системой охлаждения — дополнительной помпой для указанных агрегатов, подключаемой по команде с электронного блока управления двигателем при достижении порогового значения температур.
  5. Термостат – прибор, представляющий собой биметаллический, реже — электронный клапан, установленный между «рубашкой» двигателя и входным патрубком радиатора охлаждения. Назначение термостата – обеспечение оптимальной температуры охлаждающей жидкости в системе. При холодном двигателе термостат закрыт, и циркуляция охлаждающей жидкости происходит «по малому кругу» — внутри двигателя, минуя радиатор. При увеличении температуры жидкости до рабочего значения термостат открывается, и система начинает работать в режиме максимальной эффективности.
  6. Системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания в большинстве своем представляют собой системы закрытого типа, а потому в их состав включается расширительный бачок, компенсирующий изменение объема жидкости в системе при изменении температуры. Через расширительный бачок обычно и заливается охлаждающая жидкость в систему.
  7. Радиатор отопителя – это, по сути, радиатор системы охлаждения, уменьшенный в размерах и установленный в салоне автомобиля. Если радиатор системы охлаждения отдает тепло в окружающую среду, то радиатор отопителя – непосредственно в салон. Для достижения максимальной эффективности отопителя забор рабочей жидкости для него из системы осуществляется в самом «горячем» месте — непосредственно на выходе из «рубашки» двигателя.
  8. Основным элементом в цепи устройств управления системой охлаждения является температурный датчик. Сигналы с него поступают на контрольный прибор в салоне автомобиля, электронный блок управления (ЭБУ) с настроенным соответствующим образом программным обеспечением и, через него — на иные исполнительные устройства. Список этих исполнительных устройств, расширяющих стандартные возможности типовой системы жидкостного охлаждения достаточно широк: от управления вентилятором, до реле дополнительной помпы в двигателях с турбонаддувом или непосредственным впрыском топлива, режимом работы вентилятора двигателя после остановки, и так далее.

Принцип работы системы охлаждения

Здесь дана только общая, упрощенная схема работы системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.

Система охлаждения двигателя
Система охлаждения двигателя

Современные системы управления двигателем на самом деле учитывают множество параметров, как то: температуру рабочей жидкости в системе охлаждения, температуру масла, температуру за бортом и прочее, и уже на основе собранных данных реализуют оптимальный алгоритм включения в работу тех или иных устройств.

Система зажигания автомобиля

Работа системы зажигания автомобиля

Свечи зажигания
Свечи зажигания

Основным назначением системы зажигания автомобиля является подача искрового разряда на свечи зажигания в определённый такт работы бензинового двигателя. Для дизельных двигателей под зажиганием понимают момент впрыска топлива в такт сжатия. В некоторых моделях автомобилей система зажигания, а именно ее импульсы, подаются на блок управления погружным топливным насосом.

Систему зажигания, по мере своего развития, можно разделить на три типа. Контактная система зажигания, импульсы у которой создаются во время работы контактов на разрыв. Бесконтактная система зажигания, управляющие импульсы создаются электронным транзисторным управляющим устройством – коммутатором, (хотя правильно его назвать генератором импульсов). Микропроцессорная система зажигания — это электронное устройство, которое управляет моментом зажигания, а также другими системами автомобиля. Для двухтактных двигателей, без внешнего источника питания используются системы зажигания типа магнето. Основана на принципе создания ЭДС при вращении постоянного магнита в катушке зажигания по заднему фронту импульса.

Устройство системы зажигания

Устройство системы зажигания ВАЗ
Устройство системы зажигания ВАЗ

Все вышеперечисленные виды систем зажигания похожи между собой, отличаются только методом создания управляющего импульса. Так в систему зажигания входят:

  1. Источник питания для системы зажигания, это аккумуляторная батарея (в момент запуска двигателя), и генератор (во время работы двигателя).
  2. Выключатель зажигания – это механическое или электрическое контактное устройство подачи напряжения на систему зажигания, или по-другому – замок зажигания. Как правило, выполняет две функции: подачи напряжения на бортовую сеть и систему зажигания, подачи напряжения на втягивающее реле стартера автомобиля.
  3. Накопитель энергии – узел предназначенный для накопления, преобразования энергии достаточной для возникновения электрического разряда между электродами свечи зажигания. Условно  накопители энергии можно разделить на индуктивный и емкостный.
    1. Простейший индуктивный накопитель – это катушка зажигания, которая представляет собой автотрансформатор, первичная обмотка у него подключается к плюсовому полюсу и через устройство разрыва к минусовому. Во время работы устройства разрыва, например кулачков зажигания, в первичной обмотке возникает напряжение самоиндукции. Во вторичной обмотке образуется повышенное напряжение, достаточное для пробоя воздушного зазора свечи.
    2. Емкостный накопитель представляет собой емкость, которая заряжается повышенным напряжением и в нужный момент отдает свою энергию на свечу зажигания
  4. Свечи зажигания, представляют собой устройство с двумя электродами находящимися друг от друга на расстоянии 0,15-0,25 мм. Это фарфоровый изолятор, насаженный на металлическую резьбу. В центре находится центральный проводник, который служит электродом, вторым электродом является резьба.
  5. Система распределения зажигания предназначена для подачи в нужный момент энергии от накопителя к свечам зажигания. В состав системы входят распределитель, и(или) коммутатор, блок управления системой зажигания.
    1. Распределитель зажигания (трамблёр) – устройство распределения высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам цилиндров. Обычно в распределителе собран и кулачковый механизм. Распределение зажигания может быть механическим и статическим. Механический распределитель представляет собой вал, который приводится в действие от двигателя и при помощи «бегунка» распределяет напряжение по высоковольтным проводам. Статическое распределение зажигания подразумевает под собой отсутствие вращающихся деталей. При таком варианте катушка зажигания присоединятся непосредственно к свече, а управление происходит от блока управления зажиганием. Если, например, двигатель автомобиля имеет четыре цилиндра, то и катушек будет четыре. Высоковольтные провода в данной системе отсутствуют.
    2. Коммутатор – электронное устройство для генерации импульсов управления катушкой зажигания, включается в цепь питания первичной обмотки катушки и по сигналу от блока управления разрывает питание, в результате чего возникает напряжение самоиндукции.
    3. Блок управления системой зажигания – микропроцессорное устройство, которое определяет момент подачи импульса в катушку зажигания, в зависимости от данных датчиков положения коленвала, лямбда-зондов, температурных датчиков и датчика положения распредвала.
  6. Высоковольтный провод — это одножильный провод с повышенной изоляцией. Внутренний проводник может иметь форму спирали, для исключения помех в радиодиапазоне.

Принцип работы системы зажигания

Рассмотрим принцип действия классической системы зажигания. При вращении вала привода трамблёра в действие приводятся кулачки, которые «разрывают» подаваемые на первичную обмотку автотрансформатора (бобину) 12 вольт. При пропадании напряжения на трансформаторе, в обмотке появляется ЭДС самоиндукции, соответственно на вторичной обмотке возникает напряжение порядка 30000 вольт. Высокое напряжение подается в распределитель зажигания (бегунок), который вращаясь попеременно подает напряжение на свечи в зависимости от такта работы двигателя внутреннего сгорания. Высокого напряжения достаточно для пробоя искровым разрядом воздушного зазора между электродами свечи зажигания.

Система зажигания автомобиля
Система зажигания автомобиля

Опережение зажигания нужно для более полного сгорания топливной смеси. Из-за того, что топливо сгорает не сразу, поджечь его необходимо немного раньше, до прихода в ВМТ. Момент подачи искры должен быть точно отрегулирован, потому что в ином случае (раннее или позднее зажигание) двигатель потеряет свою мощность, возможна повышенная детонация.

Система смазки двигателя

Работа системы смазки двигателя

Система смазки двигателя
Система смазки двигателя

Двигатель внутреннего сгорания состоит из множества трущихся друг о друга деталей. Процесс трения деталей называется фрикциями. В двигателях внутреннего сгорания фрикции являются отрицательными процессами, так как напрямую вызывают износ деталей и уменьшение КПД двигателя.  Для уменьшения фрикционного износа, в двигателях применяется система смазки трущихся деталей. Для двигателей внутреннего сгорания применяется самая распространенная система смазки двигателя – комбинированная. Для двухтактных двигателей – топливная, то есть моторное масло смешивается с топливом. Во время работы подмешанное масло смазывает узлы и детали двигателя.

В комбинированной системе смазки масло может выполнять и охлаждающие функции. Для охлаждения самого моторного масла в некоторых системах применяются масляные радиаторы, которые включаются в контур забора масла и установлены в передней части моторного отсека. Для двигателей небольшого литража применяются теплообменники. Обычно это узел, на который устанавливается масляный фильтр. Теплообменник имеет выходы для подключения контура охлаждения. Процесс охлаждения масла совмещен непосредственно с охлаждением двигателя. Охлаждающая жидкость, проходя через теплообменник, забирает часть тепла от подаваемого в двигатель моторного масла, исключая его перегрев и разложение под действием высоких температур.

В комбинированной системе смазки масло подается под давлением в масляные каналы. Но при этом смазывание происходит как под давлением, так и при помощи образующейся масляной ванночки, разбрызгиванием.

Устройство системы смазки

Комбинированная система смазки ДВС включает в себя несколько основных элементов:

 

Устройство системы смазки
Устройство системы смазки
  • Поддон
  • Масляный насос
  • Заборник
  • Масляный фильтр
  • Контуры подачи масла к деталям и узлам

Поддон

Это конструктивно установленная на  блок цилиндров (в нижней части) ёмкость, в которой находится моторное масло. Поддон изготавливается из железа или алюминия. Для исключения образования масляной пены, между поддоном и блоком цилиндров установлена пеногасительная пластина. У поддона имеется резьбовое сливное отверстие. Форма поддона обычно имеет наклонные плоскости, углубление для заборника масляного насоса. Заборник должен устанавливаться с учетом неполного забора масла со дна поддона. Делается это для недопускания попадания частиц мусора скапливающихся на дне поддона в масляный насос.

Контроль  уровня масла производится при помощи щупа с делениями, указывающими на допустимое количество. Контроль должен проводиться постоянно и при малейшем изменении уровня, необходимо устранять причины подъема или опускания уровня масла. Повышенный расход масла указывает на отсутствие компрессии в цилиндрах, износ турбины, или износ сальников. Повышенный уровень может свидетельствовать об утечке охлаждающей жидкости в поддон, залегании компрессионных колец.

Замена масла производится строго с учетом рекомендаций производителя. Менять масло на другие марки по API (не рекомендованные производителем) не следует.

Масляный насос

Масляный насос двигателя ВАЗ
Масляный насос двигателя ВАЗ

Узел, который подает масло под давлением в систему смазки двигателя. Разновидностей масляных насосов множество (поршневые, шестеренчатые, воздушные и др.). Для двигателей внутреннего сгорания применяются насосы шестеренчатые. Масло нагнетается при помощи двух шестерен, подогнанных друг к другу с минимальным зазором между зубьями. В корпусе насоса находится редукционный клапан, который сбрасывает излишки давления масла. Приводится в действие насос вращающимся коленвалом непосредственно или при помощи цепной передачи. К масляному насосу присоединяется заборник с сетчатым фильтром грубой очистки.

Масляный фильтр

Предназначен для очистки масла от металлических примесей, появляющихся в процессе эксплуатации двигателя, от конденсата воды, от других вредных веществ. Крепится в непосредственной близости к масляному насосу, обычно на резьбовом соединении. Фильтр имеет форму цилиндра с отверстием в центре для подачи масла и отверстиями по краю для подачи отфильтрованного масла в каналы смазки. Существуют фильтры несменные, в таких фильтрах меняется только фильтрующий элемент. Остальные фильтры меняются вместе с заменой масла.

Принцип работы системы смазки


 

При запуске двигателя начинает вращаться масляный насос, который подает масло в фильтр, далее масло поступает в каналы смазки и распределяется на узлы, которые работают в режиме повышенного износа. Это шейки коленчатого вала (коренные, шатунные), шейки распредвала и в турбированных двигателях пальцы поршней и турбина. Во многих турбированных двигателях стоят специальные форсунки, которые подают масло под давлением на пальцы поршней.

После смазки шеек распредвала, масло образует масляную ванночку в ГБЦ. Этим маслом смазываются бобышки распредвала и толкатели клапанов, клапаны. После увеличения уровня в ванночке, масло по сливным каналам опять поступает в поддон. В поддоне, под действием движущихся шатунов и выдавливания масла из-под вкладышей шеек, образуется масляный туман, который разбрызгивается по стенкам цилиндров. После смазывания цилиндров, оно снимается со стенок маслосъёмными кольцами. Избыточное давление, которое возникает в картере, снимается при помощи сапуна. Сапун представляет собой устройство задержки масла и выпуска воздуха из картера. Выход сапуна подключается к заборнику воздушного фильтра.

Система смазки автомобиля
Система смазки автомобиля

Процесс смазки происходит непрерывно, пока работает двигательконтроль давления масла осуществляется при помощи установленного датчика на выходе фильтра и указателя давления на приборной панели. При малейшем несоответствии давления (мигание лампочки контроля), двигатель немедленно должен быть остановлен.

Кривошипно-шатунный механизм

Устройство кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и наоборот.

 

Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм

Устройство КШМ

Поршень

Поршень
Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.

Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Шатун

Шатун
Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяющая, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Коленчатый вал

Коленчатый вал
Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

Маховик

Маховик
Маховик

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок и головка блока цилиндров

Блок и головка блока цилиндров
Блок и головка блока цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.


 

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизмподразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.

Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм

Устройство ГРМ

В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).

Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм

С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилительгидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.

Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.

Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.

Принцип работы ГРМ


Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.

Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед надеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем надевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.

Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм

При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.

Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.

Газораспределительный механизм двигателя
Газораспределительный механизм двигателя

В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь надевается на вал совместно со шкивом.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания устройство и принцип работы

Современный автомобиль, чаще всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.

Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.

Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Первый такт — такт впуска.

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами.

Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии.

Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Первый такт
Первый такт

 

Второй такт — такт сжатия.

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера?

Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец.

Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Второй такт
Второй такт

 

Третий такт — рабочий ход.

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется?

Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

 

Четвертый такт — такт выпуска.

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан.

Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его.

От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

 

 

 


 

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска?

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Принцип работы двухтактного двигателя
Принцип работы двухтактного двигателя

В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. … Изображенный на рисунке двигатель имеет «тарельчатый» впускной клапан, который открывается за счет разряжения в картере. В это же время в камере сгорания происходит сжатие рабочей смеси.

Двигатель

Устройство двигателя автомобиля.

Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении.

Строение двигателя
Строение двигателя

 

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец.

Устройство инжекторного двигателя автомобиля ВАЗ

Устройство инжекторного двигателя автомобиля ВАЗ
Устройство инжекторного двигателя автомобиля ВАЗ

Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень.

Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.


 

Устройство дизельного двигателя

 

Устройство дизельного двигателя
Устройство дизельного двигателя


 

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия).

Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Поршень
Поршень

 

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала.

Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания.

При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Поршни
Поршни

 

Технические характеристики двигателя.

При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх.

Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.

Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя.

Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30.

Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.

Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.

Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня.

Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее.

Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.