Синхронный электродвигатель: характеристики, устройство и принцип действия

Синхронный электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Его также можно использовать в качестве генератора. Чаще всего он применяется в компрессорах, прокатных станках, поршневых насосах и другом подобном оборудовании. Рассмотрим принцип действия синхронного электродвигателя, его характеристики и свойства.

Устройство синхронного электродвигателя

Строение агрегата данного вида типично. Двигатель состоит из:

• Неподвижной части (якорь или статор).
• Подвижной части (ротор или индуктор).
• Вентилятора.
• Контактных колец.
• Щеток.
• Возбудителя.

Статор представляет собой сердечник, состоящий из обмоток, который заключен в корпус. Индуктор комплектуется электромагнитами постоянного тока (полюсами). Конструкция индуктора может быть двух видов – явнополюсная и неявнополюсная.

В статоре и роторе расположены ферромагнитные сердечники, изготовленные из специальной электротехнической стали. Они необходимы для уменьшения магнитного сопротивления и улучшения прохождения магнитного потока.

Частота вращения ротора в синхронном двигателе равна частоте вращения магнитного поля. Независимо от подключаемой нагрузки частота ротора неизменна, так как число пар полюсов магнитного поля и ротора совпадают. Их взаимодействие обеспечивает постоянную угловую скорость, не зависящую от момента, приложенного к валу.

Принцип работы синхронного электродвигателя

Самые распространенные типы такого рода агрегатов – однофазный и трехфазный. Принцип работы синхронного электродвигателя в обоих случаях примерно одинаков. После подключения обмотки якоря к сети ротор остается неподвижным, в то время как постоянный ток поступает в обмотку возбуждения. Направление электромагнитного момента меняется дважды за время одного изменения напряжения. При значении среднего момента равном нулю, ротор под влиянием внешнего момента (механического воздействия) разгоняется до частоты, близкой по значению частоте вращения магнитного поля в зазоре, после чего двигатель переходит в синхронный режим.

В трехфазном устройстве проводники расположены под определенным углом относительно друг друга. В них возбуждается вращающееся с синхронной скоростью электромагнитное поле.

Разгон двигателя может осуществляться в двух режимах:

• Асинхронный. Обмотки индуктора замыкаются с помощью реостата. Вращающееся магнитное поле, возникающее при включении напряжения, пересекает короткозамкнутую обмотку, установленную на роторе. В ней индуцируются токи, взаимодействующие с вращающимся полем статора. По достижении синхронной скорости крутящий момент начинает уменьшаться и сводится к нулю после замыкания магнитного поля.
• С помощью вспомогательного двигателя. Для этого синхронный двигатель механически соединяется со вспомогательным (двигателем постоянного тока либо трехфазным индукционным двигателем). Постоянный ток подается только после того, как вращение двигателя достигает скорости, близкой к синхронной. Магнитное поле замыкается, и связь со вспомогательным двигателем прекращается.

Характеристики синхронного электродвигателя

Хотя асинхронные двигатели считаются более надежными и дешевыми, их синхронные «собратья» имеют некоторые преимущества и широко применяются в различных областях промышленности. К отличительным характеристикам синхронного электродвигателя можно отнести:

• Работу при высоком значении коэффициента мощности.
• Высокий КПД по сравнению с асинхронным устройством той же мощности.
• Сохранение нагрузочной способности даже при снижении напряжения в сети.
• Неизменность частоты вращения независимо от механической нагрузки на валу.
• Экономичность.

Синхронным двигателям также присущи некоторые недостатки:

• Достаточно сложная конструкция, делающая их производство дороже.
• Необходимость источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя).
• Сложность пуска.
• Необходимость корректировать угловую частоту вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Однако в некоторых случаях использование синхронных двигателей предпочтительнее:

• Для улучшения коэффициента мощности.
• В длительных технологических процессах, где нет необходимости в частых запусках и остановках.

Таким образом, «плюсы» двигателей такого типа значительно превосходят «минусы», поэтому на данный момент они высоко востребованы.

Изучив синхронный двигатель, устройство и принцип его действия и учтя условия, в которых он будет эксплуатироваться, вы сможете быстро и с легкостью подобрать оптимально подходящий для ваших целей тип агрегата (защищенный, закрытый, открытый) и использовать его с максимальной эффективностью.

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

На протяжении многих десятков лет моторы изготавливали из самых обычных материалов — стали, чугуна, меди, бронзы, алюминия. Совсем немного пластика, иногда какие-то мелкие элементы, вроде корпусов карбюраторов, — из магниевых сплавов. На волне тенденции к всемерному облегчению конструкций и увеличению мощности при улучшении экологической составляющей состав материалов с тех времен заметно изменился. Из чего же сегодня делают двигатели? Разбираемся.

Большая часть автовладельцев наверняка знает главный тренд современного автомобилестроения: увеличение мощности двигателя при постоянном уменьшении его объема и массы. Секрет такого сочетания кроется в том числе в новых материалах и конструктивах. Ну и, разумеется, тщательной проработке всех элементов силового агрегата, а также уже не скрываемом отсутствии избыточных (читай: невыгодных) запасов прочности.

Как ни странно, всевозможные нанотрубки и прочий хай-тек, о котором постоянно говорят в СМИ, в моторостроении на самом деле почти не применяются. В серийных моторах самыми дорогими и сложными материалами являются кремнийникелевые покрытия, металлокерамический композит (например, известный как FRM у Honda), различные полимерно-углеродные композиции и постепенно появляющиеся в серийных двигателях титановые сплавы, а также сплавы с высоким содержанием никеля, например Inconel. В целом же двигателестроение остается очень консервативной областью машиностроения, где смелые эксперименты в серийном производстве не приветствуются.

Прогресс обеспечивается в основном «тонкой настройкой» и применением давно известных технологий по мере их удешевления. Основная масса серийных агрегатов состоит в основном из чугуна, стали и алюминиевых сплавов — по сути, самых дешевых материалов в машиностроении. Однако тут все же есть место для новых технологий.

Самая крупная деталь любого мотора — блок цилиндров. Она же самая тяжелая. Долгие десятки лет основным материалом для блоков служил чугун. Он достаточно прочен, хорошо льется в любую форму, его обработанные поверхности обладают высокой износостойкостью. Список достоинств включает и невысокую цену. Современные моторы небольшого рабочего объема по-прежнему льются из чугуна, и вряд ли в ближайшее время индустрия полностью откажется от этого материала.

Основная задача в совершенствовании сплавов чугуна — это сохранение высокой твердости поверхности при улучшении его вспомогательных качеств, иначе это может привести к необходимости использования чугунных же гильз для блока цилиндров из более износостойкого сплава.

Так изредка делают, но в основном на грузовых моторах, где эта технология финансово оправданна.

Алюминий в качестве материала блока применяется также очень давно и совершенствуется примерно в том же направлении. Усилия направлены в основном на улучшение возможностей его обработки, на снижение коэффициента расширения при сохранении необходимой пластичности материала, повышение необходимых аспектов прочности сплавов.

Также развиваются технологии использования вторичного алюминия низкой очистки. Для таких сплавов применяются технологии, отличные от литья, причем налицо тенденция к изготовлению из алюминия блоков цилиндров более компактных моторов. Например, двигатель Volkswagen серии EA211 сегодня имеет алюминиевый блок, который оказался на 40% легче чугунного.

Магниевые сплавы значительно менее популярны. Они легче алюминиевых, но имеют значительно более низкую коррозийную стойкость, не переносят контакта с горячей охлаждающей жидкостью, со стальными крепежными деталями повышенной температуры.

На рядных шестицилиндровых блоках моторов BMW серий N52 и N53, например, из магниевого сплава выполнена только внешняя часть блока, «рубашка» системы охлаждения. Для сравнительно длинного блока шестицилиндрового мотора это дает выигрыш в массе порядка 10 кг по сравнению с цельноалюминиевой конструкцией. Также магниевые сплавы используют для блок-картеров моторов с отъемными цилиндрами. В основном это двигатели мотоциклов.

Компоненты двигателя

Если с самой большой деталью мотора новые технологии и материалы не очень «дружат» в целом, то в частностях возможны интересные сюрпризы. Гильзы цилиндров у любого блока являются точкой приложения всех новейших технологий и материалов. Высокопрочный чугун, методы поверхностного упрочнения алюминиевых высококремнистых сплавов, гальванические покрытия на основе сплава карбида кремния с никелем, металлокерамические матрицы и стальное напыление широко используются даже на серийных моторах. Про чугун и высококремнистый алюминий говорить не будем, все же сами технологии не только старые, но и массовые.

А вот про остальные материалы лучше рассказать чуть подробнее.

Упрочненные чугунные гильзы по технологии CGI (Compacted Graphite Iron) появились для реализации экстремально высокой степени форсирования у дизельных моторов. Этот чугун сильно отличается от распространенного серого чугуна. У него на 75% выше прочность на разрыв, на 40% выше модуль упругости, и он в два раза устойчивее к знакопеременным нагрузкам. А его сравнительно невысокая стоимость и прочность позволяют создавать литые чугунные блоки с массой меньше, чем у алюминиевых. Но в основном его применение ограничено гильзами и коленчатыми валами. Гильзы получаются очень тонкими, теплопроводными и при этом столь же технологичными и надежными, как обычные гильзы из чугуна. А коленчатые валы по прочности соперничают с коваными стальными при заметно меньшей себестоимости.

Покрытие по технологии Nicasil, в общем-то, не редкость и далеко не новинка, но оно остается одним из самых высокотехнологичных и перспективных в своей сфере. Изобрели его еще в 1967 году для роторно-поршневых двигателей, и засветиться в массовом автомобилестроении оно успело. Porsche его применял для гильз цилиндров с 1970-х, а в 1990-е его попытались применить и на более массовых моторах, например в BMW и Jaguar, но недостатки технологии и высокая цена заставили отказаться от него в пользу более дешевых методов поверхностного упрочнения высококремниевых сплавов, например по технологии Alusil.

Причем более вероятной причиной отказа является как раз повышенная стоимость блоков цилиндров с этим покрытием, связанная с низкой технологичностью процесса гальванического нанесения и высоким процентом не выявляемого сразу брака, который потом успешно списали на высокосернистые бензины.

Тем не менее это покрытие все еще остается лучшим выбором для создания рабочей поверхности в любом мягком металле, потому под различными торговыми наименованиями применяется в массовом и особенно гоночном двигателестроении. Например, под маркой SCEM в моторах Suzuki. Его недостатки в основном связаны с очень высокой стоимостью обработки и слабой приспособленностью к массовому производству при использовании с крупными многоцилиндровыми блоками.

Металлокерамическая матрица (MMC), более известная как FRM в моторах Honda, — еще один оригинальный и интересный материал. Например, двигатель на суперкаре NSX имел гильзы, выполненные по такой технологии. Опять же технология далеко не новая, но, как и материал, очень перспективная. Покрытие типа Nicasil тоже относится к MMC, но его приходится наносить гальваническим методом, и в качестве матрицы выступает достаточно твердый никель.

В технологии FRM материалом матрицы служит алюминий, а MMC получается в процессе заливки гильзы из волокнистого материала на основе карбоновой нити в алюминиевый блок. Использование углеродного волокна более технологично. К тому же матрица получается намного более толстой, чуть более мягкой, намного более упругой и абсолютно интегрированной в материал блока. Отслоение, как это происходило с Nicasil, попросту невозможно. Задиры и локальные повреждения в силу структуры материала ему почти не страшны, а в случае износа цилиндр можно расточить благодаря большому запасу по толщине.

Минусы у такого покрытия тоже имеются. Во-первых, немалая цена, во-вторых, жесткое отношение к поршневым кольцам, поскольку его структура плохо «настраивается». Тут не создать полноценной сетки хона, правда, масло хорошо удерживается в волокнах и без того. Края волокон очень жесткие, и даже сверхтвердые кольца имеют ограниченный ресурс, а поршень в местах контакта интенсивно изнашивается при малейшем биении, что подразумевает использование поршней с минимальным зазором и очень короткой юбкой. К тому же покрытие очень маслоемкое. В итоге у моторов постоянно наблюдался повышенный расход масла, что на определенном этапе не позволило выполнять жесткие экологические требования.

Впрочем, сейчас эта проблема уже не актуальна, новые катализаторы и новые поколения малозольных масел позволяют об этом не беспокоиться. Ну и, разумеется, цена нанесения покрытия такого типа заметно выше, чем у алюсила или чугунных гильз, но все же меньше, чем у Nicasil-подобных материалов.

Покрытия MMC разных типов также используются в целом ряде деталей двигателей. Например, в седлах клапанов в ГБЦ, упрочнениях крайних постелей распредвалов, особо нагруженных местах креплений элементов конструкции. Это позволяет широко применять цельноалюминиевые детали и снижать массу конструкции за счет упрощения. Некоторые детали двигателей могут иметь крупные элементы из MMC, например клапаны. Но это и сейчас удел не серийных конструкций.

Титановые сплавы также давно пытаются использовать в конструкции машин. В двигателях этот прочный, легкий и очень эластичный материал с превосходной химической стойкостью применяется очень ограниченно в силу высокой стоимости. Но можно найти серийные конструкции с деталями из титана. Титановые шатуны, например, давно устанавливаются в моторах Ferrari и тюнинговом подразделении AMG. Еще титан — неплохой выбор для пружин, шайб, рокеров и прочих элементов ГРМ, деталей теплообменников EGR, а также разных крепежных элементов. Кроме того, он используется для производства рабочих элементов высокопроизводительных турбин, а иногда —— для производства клапанов и даже поршней.

Теоретически детали из высококремнистых титановых сплавов с высоким содержанием интерметаллидов и сицилидов могут применяться в двигателях, но у большинства титановых сплавов наблюдается серьезная потеря прочности уже при температурах свыше 300 градусов — изменение пластичности в больших пределах и большой коэффициент расширения, что не позволяет создавать из них долговечные детали с низкой массой. Ограниченное применение имеет в двигателестроении и 3D-печать из титановых сплавов, например для создания выпускных систем на спорткарах.

А вот покрытия из нитрида титана — одни из самых популярных средств упрочнения поршневых колец. Этот материал отлично работает по кремниевому упрочненному слою гильз цилиндров. Его же используют как напыление на фаски клапанов, в том числе титановых, на торцы толкателей клапанного механизма и другие узлы двигателя. Начиная с 1990-х годов использование этого метода упрочнения неуклонно возрастает, и он вытесняет хромирование, азотирование и ТВЧ-закалку. Также нитрид титана является перспективным типом покрытия для гильз цилиндров: он может наноситься методом PA-CVD (плазмохимическое осаждение из газовой фазы), а значит, такие технологии могут стать серийными в ближайшее время, если будет спрос на новые износостойкие покрытия цилиндров.

Уже упомянутая 3D-печать также активно применяется для создания высокопрочных и высокоточных жаростойких деталей сплав Inconel. Это семейство никельхромовых жаростойких сплавов давно служит материалом для создания выпускных клапанов, верхних компрессионных колец, пружин и даже выпускных коллекторов, корпусов турбин и крепежного материала для высокотемпературного применения.

В последние годы, в связи с развитием технологий 3D-печати и активным использованием в них Inconel-сплавов, мелкосерийные ДВС все чаще обзаводятся деталями из этого очень перспективного материала. Рабочий диапазон деталей из него минимум на 150–200 градусов выше, чем у самых жаростойких сталей, и доходит до 1200 градусов. Как материал упрочнения сплавы Inconel используются серийно уже достаточно давно, так, в моторах Mercedes-Benz покрытие из Inconel применяется на моторах серий M272/M273.

Пластмассы также продолжают внедрять в конструкции двигателей. Выполненные из пластика элементы системы впуска и охлаждения — дело уже привычное. Но дальнейшее расширение номенклатуры маслостойких и теплостойких пластмасс с низким короблением позволило создать пластмассовые картеры ДВС, клапанные крышки, направляющие, корпуса малых конструкций внутри двигателя. Концепты моторов с блоком цилиндров из пластмассы, а точнее, из полимерно-углеродных композиций, уже были представлены публике. При незначительно меньшей прочности, чем у легких сплавов, пластик в производстве обходится дешевле и значительно лучше перерабатывается.

Каков итог?

Изучение вопроса применяемости материалов в двигателестроении показывает четкую направленность: для снижения массы и улучшения других характеристик применение каких-то суперматериалов либо не особо требуется, либо невозможно в принципе в силу физических и химических свойств. Развитие технологий идет путем эволюционным — усовершенствования как самого производства, так и традиционных материалов, реорганизации рабочего процесса и конструкторской оптимизацией. Так что даже в среднесрочной перспективе мы вряд ли увидим революцию в производстве ДВС, скорее речь будет идти о постепенном отказе от этого типа двигателя в принципе в пользу электротехнологий, хотя и там пока не наблюдается бурного технологического прорыва.

В Воронеже изготовлен первый двигатель РД-0124МС

9 декабря 2020 г., AviaStat.ru – В Воронежском центре ракетного двигателестроения (входит в интегрированную структуру ракетного двигателестроения, возглавляемую Научно-производственным объединением «Энергомаш» имени академика В.П. Глушко Госкорпорации «Роскосмос») изготовлен первый макет ракетного двигателя РД-0124МС, разрабатываемого для использования в составе перспективной отечественной ракеты-носителя «Союз-5».

Изготовленный макет предназначен для динамических испытаний ступени ракеты, которые являются одним из этапов создания нового ракетно-космического комплекса. Одновременно с изготовлением первого макета двигателя на предприятии завершается сборка экспериментальной установки, включающей в себя камеру сгорания двигателя с цилиндрическим насадком. Ее огневые испытания пройдут в начале следующего года на воронежском огневом стенде.

Директор Конструкторского бюро химавтоматики Сергей Ковалев: «Уже год сотрудники Конструкторского бюро химавтоматики и Воронежского механического завода выполняют производственные задачи единым коллективом. Несмотря на эпидемическую обстановку, мы сохранили ритмичность и динамику по ключевым направлениям, примером чему является успешное продолжение работ по созданию двигателя РД-0124МС. Изготовление первого экземпляра можно назвать событием года для нашего коллектива. Это первый проект, в котором мы внедряем использование PLM-системы — комплекса прикладного программного обеспечения для управления жизненным циклом продукции. Она помогает не только увязать в единый процесс труд конструкторов в цифровой трехмерной среде, но и обеспечивает дальнейшую сквозную автоматизацию технологической подготовки производства и изготовления разработанных деталей и агрегатов».

Главный конструктор предприятия Виктор Горохов: «К концу текущего года в полном объеме будет завершена разработка рабочей конструкторской документации по двигателю. Уже проведена технологическая отработка изготовления его ключевых агрегатов. Параллельно наше предприятие ведет подготовку производства и стендовой базы для наземных огневых испытаний экспериментальных установок и двигателей РД-0124МС. В следующем году нам предстоит выполнить большой объем работ по данной теме: провести испытания экспериментальной установки как с цилиндрическим насадком, так и с полноразмерным соплом, приступить к доводочным испытаниям двигателя, обеспечить изготовление двигателя для огневых стендовых испытаний в составе блока второй ступени ракеты-носителя. Под эти задачи наш коллектив в 2020 году провел серьезную конструкторско-технологическую подготовку, поэтому мы уверены, что предстоящие работы будут выполнены в соответствии с утвержденными графиками».

Ракетный двигатель РД-0124МС тягой в пустоте 60 тонн работает на компонентах топлива «нафтил + жидкий кислород» и предназначен для использования в составе второй ступени ракеты-носителя «Союз-5». Двигатель состоит из двух блоков, расположенных на общей раме. В состав каждого из блоков входят по две камеры сгорания. Двигатель обеспечивает качание камер в двух плоскостях, а также работу при выключении одного из блоков.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

В статье разберём подробно устройство двигателя ДВС и принцип работы двигателя ДВС. Разберёмся из каких частей состоит мотор и принцип его функционирования. Приведём основные понятия и термины как для опытных автолюбителей, так и для новичков в этой сфере.

Из каких основных частей состоит двигатель (мотор)

Мотор состоит из следующих основных частей:
— Кривошипно-шатунный механизм.
— Система газораспределения.
— Питающая система.
— Система выпуска.
— Система зажигания.
— Охлаждающая система.
— Смазочная система.

Устройство двигателя на примере одноцилиндрового ДВС

Для начала рассмотрим специфику устройства двигателя. Для примера возьмём мотор с всего одним цилиндром и разберёмся с его устройством и работой. Рассмотрим все процессы, которые в нём протекают и выясним что заставляет в конечном итоге колёса транспортного средства крутиться.  

Одной из основных частей мотора является цилиндр. В цилиндре находится поршень. Поршень двигателя соединяется при помощи шатуна с коленчатым валом. Поршень движется в цилиндре вверх и вниз и таким образом приводит во вращение коленчатый вал мотора. Таким образом можно сказать что в ДВС осуществляется преобразование поступательного движения поршня во вращающееся движение колен вала. На конце колен вала закреплён маховик, который делает вращение вала равномерным. Сверху цилиндр плотно закрыт крышкой, в крышке цилиндра находятся два типа клапанов, для впуска и выпуска. Клапаны закрывают соответствующие каналы. Они открываются и закрываются под действием специальных устройств распред вала через передаточные детали. Распред вал вращается посредством вращения колен вала. Поршень в цилиндре может занимать два рабочих положения.

Клапаны открываются под действием специальных кулачков распред вала через передаточные детали. Распред вал приводится во вращение шестернями от колен вала. Поршень, который перемещается в цилиндре, занимает два крайних положения.

Для осуществления работы двигателя в цилиндры подаётся горючая смесь в определённом количестве, если это двигатель, работающий на бензине и, если это дизельный мотор топливо подаётся определёнными порциями под давлением. Все трущиеся части мотора смазываются в процессе работы маслом. Для обеспечения нормального теплового режима мотор охлаждается – эту функцию берёт на себя охлаждающая система.  

Принцип работы двигателя (ДВС)

Поршень в цилиндре движется в поступательном режиме, то есть вверх и вниз. При этом колен вал совершает вращательное движение. Вращение колен вала осуществляется по часовой стрелке. За один оборот колен вала поршень совершает два хода (один ход вверх и один ход вниз).

При постоянной скорости вращения колен вала, поршень движется с ускорением – замедлением. Наименьшую скорость движения он имеет в верхней и в нижней точке. В верхней и в нижней части движения он останавливается и меняет направление движения.

Рабочий цикл четырёхтактного мотора:
— Впуск.
— Сжатие.
— Рабочий ход.
— Выпуск.

Работа мотора транспортного средства складывается из совокупности процессов, которые протекают в цилиндрах с определённой последовательностью. Эти процессы принято называть рабочим циклом.

Почему не надо промывать двигатель автомобиля перед заменой масла

Промывать двигатель перед заменой масла или нет? Споры об этом не утихают уже много лет, и даже более того — обострились с появлением на рынке новых моделей лубрикантов, равно как химикатов для экспресс-промывок — так называемых «пятиминуток». Давайте и мы разберемся в этом вопросе.

Почему промывку двигателя рекомендовали раньше

В стародавние времена, к коим условно отнесем года до «миллениума», заливка промывочного масла после слива «отработки», а уж тем более при переходе с одного вида смазки на другой, настоятельно рекомендовалась.

Дело в том, что после стандартного слива масла, скажем на ТО, в двигателе остается как минимум 15% отработки, а это микропыль, несгоревшие частицы топлива, лаки и продукты износа.

Весь этот мусор задерживается в скрытых полостях двигателя и после заливки свежего масла моментально ухудшает его состав. Кроме того, рекомендации по промывке основывались на том, что большая часть автопарка страны активно использовала «минералку» и «полусинтетику», что во многом объяснялось соображениями экономии. Между тем в таких, назовем их условно, бюджетных смазках был крайне низок процент чистящих и моющих присадок. Отсюда, собственно, и многочисленные рекомендации по промывке, которые давали пару десятков лет назад.

Способы промывки двигателя

Экономы практиковали следующие бюджетные способы выгнать остатки «отработки» — после слива основного объема масла — отворачивали фильтр и «трогали» мотор стартером, после чего из магистрали выходило еще какое-то количество масла. Для удаления остатков «отработки» использовали также специальные шприцы с присоединенной к ним капельницей и даже продувочный пистолет.

Что же касается собственно промывки, промывочное масло заливали в мотор уже после слива «отработки», давали силовому агрегату поработать на такой смазке четверть часа, после чего промывочный материал сливался, ставился новый фильтр и заливалось уже новое масло. Кроме того, практиковался и такой способ — в двигатель заливалось обычное моторное масло, на котором можно было проехать несколько десятков километров, после чего оно сливалось, унося с собой остатки отложений.

Особая статья — использование «пятиминуток». Такие средства заливают в мотор перед заменой масла, после чего двигатель работает на холостом ходу пять — десять минут. Минус «пятиминуток» состоит в том, что их остатки с агрессивными моющими свойствами остаются в моторе, ухудшают характеристики уже нового масла и вредят прокладкам и сальникам.

Почему классическая промывка в большинстве случаев не нужна, а может быть и вредна

Современные моторные масла, в особенности синтетические, от ведущих производителей, отличаются хорошими моющими свойствами уже по умолчанию. Поэтому, если вы по регламенту льете в ваш двигатель качественную «синтетику», этим и ограничьтесь. В тех случаях, когда происходит замена определенного типа смазки на аналогичный, промывать двигатель также нет необходимости.

Более того, любое промывочное масло, прямо скажем, инородная для двигателя субстанция. В его состав входят присадки, растворяющие грязь и выводящие шлак, а также компоненты для устранения дефектов и царапин на поверхности мотора. Теперь представьте — вы промыли мотор, извините за тавтологию «промывкой», и слили ее.

Но при этом в скрытых полостях мотора опять-таки останется 10-15% промывочного масла, и оно смешается с уже новым, свежим, которое вы зальете после. Потому уж если занялись промывкой, озаботьтесь тщательным удалением ее остатков. Как это сделать, — читай выше — «трогание» мотора стартером, специальные шприцы и продувочный пистолет.

Когда в промывке двигателя есть прямой смысл

Промывка двигателя по-прежнему рекомендована, если вы решили сменить минеральное моторное масло на полусинтетику или синтетику. Дело в том, что после слива «минералки» большая часть внутренних поверхностей мотора покрыта тягучей, плохо растворимой масляной пленкой. По сути это аналог лака.

Промывочная жидкость имеет ингредиенты, которая растворяет и убирает этот налет. Прямой смысл в промывке имеется также, когда вы меняете марку или производителя масла, когда есть подозрения, что в двигатель могло попасть некачественное топливо, антифриз или контрафактный лубрикант. Промывайте также моторы с изношенной цилиндропоршневой группой, когда имеет место повышенный расход масла на угар.

Рекомендована промывка также после любого ремонта двигателя, связанного с вскрытием головки блока цилиндров. И, наконец, это стоит сделать, когда вы приобрели машину с пробегом и не уверены, какое масло залито в мотор и как давно оно там находится. И в заключение — главный совет: меняйте масло примерно на пробеге 7,5 тыс. км, то есть в два раза чаще, чем рекомендует большинство автопроизводителей, и никакая промывка вам точно не понадобится.

Как работают автомобильные двигатели?

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель — это двигатель внутреннего сгорания. Бензиновый двигатель имеет 4 основных такта, включая впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Бензин легко смешивается с воздухом, поэтому сгорает при небольшой искре. В результате бензиновый двигатель имеет свечу зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси. Вот как работают четыре такта бензинового двигателя.

1. Всасывание

Впускной клапан открывается, и топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр.

2. Сжатие

Впускной клапан закрывается, и топливно-воздушная смесь сжимается поршнем.

3. Сжигание

На этом этапе смесь воздуха и топлива взрывается, и мощность, создаваемая взрывом, заставляет поршень опускаться.

4.Выхлоп

Сгоревшие газы в баллоне отводятся через вентиль.

Дизельный двигатель

Работа дизельного двигателя аналогична работе бензинового двигателя, но они немного отличаются в том, как они воспламеняют топливно-воздушную смесь. В бензиновых двигателях воздух и топливо предварительно смешиваются перед всасыванием в цилиндр. С другой стороны, дизельные двигатели используют топливные форсунки для распыления топлива в цилиндр. Поскольку у дизельных двигателей нет свечей зажигания, они должны иметь более высокую степень сжатия, чтобы смесь воздуха и топлива была достаточно сжатой для воспламенения.

Электрический и гибридный автомобиль

Электромобили не имеют двигателя внутреннего сгорания, но вместо этого у них есть электродвигатель, поскольку они работают на электричестве. Аккумуляторная батарея внутри автомобиля хранит электроэнергию и питает электродвигатель. Аккумулятор заряжается путем подключения к зарядной станции.

Напротив, гибридные автомобили используют как двигатель внутреннего сгорания, так и электродвигатель. Таким образом, две разные системы работают в гармонии, приводя в движение автомобили.Батареи в гибридных автомобилях не нужно подключать, так как двигатель внутреннего сгорания заряжает их.

Контроль выбросов двигателя

Контроль выбросов двигателя

W. Addy Majewski, Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Увеличение количества дизельных двигателей создало давление в отношении контроля выбросов твердых частиц и NOx из дизельного топлива.Первоначальный прогресс в борьбе с выбросами дизельного топлива был достигнут за счет технологий двигателей, включая изменения в конструкции камеры сгорания, улучшенные топливные системы, охлаждение наддувочного воздуха и особое внимание к расходу смазочного масла. Нормы выбросов, введенные в период 2005-2010 гг. , Дополнительно требуют использования методов нейтрализации выхлопных газов на новых дизельных двигателях. Эти методы включают дизельные фильтры твердых частиц, катализаторы СКВ с мочевиной и адсорберы NOx.

Введение

Выбросы загрязняющих веществ

В современных двигателях внутреннего сгорания за образование и сокращение выбросов отвечают две основные системы:

• система сгорания и
• выхлоп система доочистки .

Система сгорания включает камеру сгорания, ее форму и характеристики, такие как состав заряда, движение заряда и распределение топлива. Здесь образуются такие загрязнители, как NOx, CO и PM, а также происходит неполное окисление топлива. На то, что происходит в системе сгорания, сильно влияют другие системы двигателя, такие как система управления впускным зарядом и система впрыска топлива. Фактически, основная цель этих вторичных систем — влиять на то, что происходит в процессе сгорания.Доступны многочисленные варианты ограничения образования загрязняющих веществ в системе сгорания. Как только выхлопные газы покидают систему сгорания, их состав по существу замораживается до тех пор, пока не попадет в систему доочистки выхлопных газов (ATS, также сокращенно EAT или EATS), где может быть реализовано дальнейшее сокращение загрязняющих веществ, а также там, где вторичные выбросы, такие как N ₂ O, НЕТ ₂ и NH ₃ могут исходить.

Система доочистки состоит из каталитических реакторов, которые стремятся еще больше снизить количество загрязняющих веществ.В некоторых случаях, например, в двигателях со стехиометрическим искровым зажиганием (SI), одного трехкомпонентного катализатора (TWC) достаточно для достижения очень значительного сокращения выбросов загрязняющих веществ. В других случаях, таких как дизельные двигатели, работающие на обедненной смеси, требуется ряд каталитических устройств. Вторичные системы необходимы для обеспечения правильной работы АВР. К ним относятся: контроль состава выхлопных газов посредством управления стехиометрией выхлопных газов или подача дополнительных реагентов, которые обычно отсутствуют в выхлопных газах или отсутствуют в достаточном количестве (например,g. , мочевина, дополнительные углеводороды, дополнительный воздух или O ₂ ), управление температурным режимом для обеспечения работы катализаторов в пределах требуемого температурного окна, системы, обеспечивающие удаление загрязняющих веществ и загрязняющих веществ, которые могут накапливаться (регенерация фильтров, управление серой, мочевина отложений,) и систем для сведения к минимуму образования вторичных загрязнителей, таких как катализатор проскальзывания аммиака (ASC).

Было бы ошибкой рассматривать систему сгорания и АВР как отдельные системы.Чтобы максимизировать их эффективность, требуется высокая степень интеграции. Классическим примером является соотношение воздух-топливо (AFR) в двигателях SI, где требуется очень высокий уровень точности управления для обеспечения максимальной производительности TWC. Управление температурным режимом ATS может осуществляться с помощью регулировок в двигателе, чтобы повлиять на температуру выхлопных газов, выходящих из цилиндра. В некоторых случаях дополнительное топливо, необходимое для ATS (например, для управления температурным режимом), может подаваться с помощью топливных форсунок двигателя.

Важно понимать, что целью оптимизации двигателя не является минимизация выбросов загрязняющих веществ из системы сгорания или максимальное сокращение выбросов загрязняющих веществ в ATS. Скорее цель состоит в том, чтобы достичь целевого уровня выбросов от всей системы. Целевой показатель обычно значительно ниже нормативного предела, чтобы учесть изменчивость производства. Это может потребовать увеличения выбросов некоторых загрязняющих веществ из системы сжигания, если показатели ATS достаточно высоки, чтобы все же обеспечить достижение проектных целей.Например, выбросы NOx из двигателей, оборудованных катализатором SCR мочевины, могут увеличиваться для минимизации выбросов парниковых газов (из-за компромисса NOx-BSFC), если достигается высокая конверсия NOx в катализаторе SCR.

Горюче-смазочные материалы являются важным «партнером» в комбинированной системе двигателя и нейтрализации выхлопных газов. Низкий уровень выбросов в течение срока службы двигателя будет невозможен, если загрязняющие вещества топлива, такие как сера и некоторые неорганические минералы, не будут доведены до очень низкого уровня.

Контроль выбросов от используемых двигателей

Вышеупомянутые технологии, обсуждаемые далее в следующих разделах, применимы к новым двигателям внутреннего сгорания (OEM).Некоторые из этих технологий могут также использоваться для уменьшения выбросов и / или повышения эффективности существующих двигателей. Также существует группа технологий, разработанных специально для используемых приложений, которые обычно не используются в новых двигателях. Эти технологии более подробно обсуждаются в разделе «Контроль выбросов от используемых двигателей

».

Выбросы парниковых газов и экономия топлива

Пределы выбросов парниковых газов и стандарты топливной эффективности создали возможности для внедрения широкого спектра технологий в двигатели и транспортные средства. В поисках повышения топливной экономичности основное внимание уделяется как минимум трем ключевым направлениям:

• КПД трансмиссии,
• автомобильной техники и
• рабочих параметров.

Поскольку эффективность трансмиссии напрямую влияет на расход топлива, это очевидный выбор для повышения эффективности использования топлива. Важные подходы включают повышение эффективности двигателя, рекуперацию кинетической энергии (например, за счет рекуперативного торможения), рекуперацию отработанного тепла и сокращение паразитных потерь от вспомогательных устройств, таких как насосы.Среди автомобильных технологий улучшенная аэродинамика и снижение трения качения — два очевидных фактора, влияющих на экономию топлива. Другие факторы включают вес автомобиля и мощность, используемую вспомогательными устройствами, не имеющими трансмиссии, такими как кондиционер. И последнее, но не менее важное: рабочие параметры транспортного средства, такие как схемы вождения и выбор маршрута, также могут быть использованы для получения значительных улучшений в экономии топлива [1376] . Эти технологии обсуждались в разделе «Технологии эффективности».

Технологии контроля выбросов

Варианты контроля выбросов можно сгруппировать в три категории: (1) методы проектирования двигателей, (2) технологии, связанные с топливом и смазочными материалами, и (3) доочистка выхлопных газов.Каждый из этих подходов можно разделить на подкатегории, как показано в следующих таблицах. Кроме того, технологии интеграции и управления трансмиссией играют очень важную роль в сокращении выбросов и повышении эффективности двигателя и транспортного средства. Некоторые из методов, обсуждаемых ниже, реализованы в современных движках, другие, которые все еще находятся в разработке, перспективны для будущих приложений.

Таблица 1
Технологии проектирования двигателей для снижения выбросов

Технологии	Воздействие на выбросы	Значимость
Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия
Впрыск топлива	Возможности значительно расширились. Значительные улучшения в технологии впрыска начались в 1990-х годах с повсеместного внедрения систем, способных изменять время впрыска за счет использования электронного управления. Двигатели с системой рециркуляции ОГ предъявляют самые высокие требования к давлению впрыска топлива. В легковых автомобилях используются самые сложные стратегии многократного впрыска.
Время впрыска	Используется в первую очередь для ограничения выбросов NOx	Время впрыска влияет на фазировку сгорания; замедление фазирования горения можно использовать для ограничения выбросов NOx.
Давление впрыска	Используется в первую очередь для ограничения выбросов сажи (ТЧ)	Более высокое давление впрыска может снизить выбросы сажи; особенно важно в сочетании с технологиями контроля NOx, такими как EGR, которые в противном случае увеличили бы выбросы сажи.
множественный впрыск	Различный	Стратегии множественного впрыска были разработаны для снижения выбросов NOx, сажи, HC и CO.
Рециркуляция выхлопных газов (EGR)	Основное применение в дизельных двигателях — контроль выбросов NOx.	Обычно используется во многих дизельных двигателях малой и большой мощности.Подача системы рециркуляции ОГ под высоким давлением может привести к снижению расхода топлива из-за более высоких насосных потерь. Система рециркуляции ОГ низкого давления имеет меньшие насосные потери, но ее труднее контролировать во время переходной работы. Могут потребоваться другие меры для ограничения потенциального увеличения количества сажи и, возможно, HC и CO.
Повышение уровня всасывания	Воздействие первичных выбросов заключается в снижении образования сажи (ТЧ). Также важно для повышения эффективности.	Более высокое давление на впуске увеличивает соотношение воздух / топливо для данного количества впрыскиваемого топлива и снижает образование сажи.Может быть важной мерой для компенсации нежелательного снижения производительности и увеличения выбросов с помощью таких мер контроля NOx, как EGR. Часто сопровождается улучшенными возможностями охлаждения всасываемого заряда. Позволяет уменьшить размер двигателя для повышения эффективности. Вызывает проблемы, такие как отставание турбокомпрессора, которые могут потребовать комплексных решений.
Управление температурой на впуске	Наиболее прямое влияние на выбросы NOx. Также может снизить выбросы сажи.	Повышенное давление наддува и / или EGR может повысить температуру впускного коллектора.Для ограничения температуры всасываемого заряда и сведения к минимуму связанных с ним увеличения выбросов NOx, уменьшения воздушно-топливного отношения и потерь удельной мощности требуются улучшения охлаждающей способности впускного заряда.
Конструкция камеры сгорания	Важная мера по борьбе с сажей	Изменения конструкции камеры сгорания обычно используются для компенсации увеличения выбросов сажи, когда принимаются меры по ограничению выбросов NOx. Во многих случаях усовершенствования улучшают перемешивание на поздних стадиях процесса сгорания, чтобы улучшить выгорание сажи.
Двигатели с принудительным зажиганием (SI)
Впрыск топлива	Расход топлива и выбросы твердых частиц	Переход от впрыска через порт к непосредственному впрыску бензина (GDI) был вызван уменьшением габаритов двигателя для удовлетворения расхода топлива Требования CO 2 . Двигатели GDI имеют более высокую тенденцию к выбросу мелких частиц, что может быть частично компенсировано усовершенствованием конструкции системы впрыска топлива.
Повышение давления на впуске	Расход топлива	Фактор уменьшения габаритов двигателя и снижения расхода топлива и выбросов CO 2 .
Переменное срабатывание клапана	Разное	Вот некоторые примеры: Регулировка фаз газораспределения является важной мерой для уменьшения количества углеводородов при холодном запуске. Регулируемый подъем клапана обеспечивает работу без дроссельной заслонки и повышает эффективность. Деактивация цилиндра снижает насосные потери при частичной нагрузке и повышает эффективность. Регулируемые фазы газораспределения позволяют использовать цикл Миллера для снижения насосных потерь.
Сжигание обедненной смеси	Расход топлива	Сжигание обедненной смеси может снизить насосные потери, теплопередачу и улучшить характеристики рабочей жидкости для повышения эффективности.Вводит необходимость в дорогостоящих технологиях доочистки NOx.
Сгорание	Расход топлива	Современные концепции сгорания могут повысить эффективность за счет более быстрого сгорания и снижения тепловых потерь.
EGR	Одно время использовалось для ограничения выбросов NOx. Современные подходы в основном направлены на снижение расхода топлива.	В двигателях SI система рециркуляции отработавших газов является альтернативой обогащению топлива при высоких нагрузках для снижения склонности к детонации и снижения температуры выхлопных газов при высокой мощности. В условиях частичной нагрузки это может снизить насосные потери.

Таблица 2
Топливно-смазочные технологии

Технология	Воздействие на выбросы	Значимость
Смазочное масло	Важно для снижения расхода топлива	Смазочные материалы с низкой вязкостью важны для снижения расхода топлива / CO 2 , но требуют других изменений уровень износа двигателя не увеличивается.Ограничение содержания каталитических ядов (например, серы, неорганической золы, фосфора) является ключевым фактором обеспечения долговечности и эффективности технологий каталитического контроля выбросов выхлопных газов.
Альтернативные виды топлива	Первичное воздействие — жизненный цикл CO 2 выбросов	Ограниченный критерий потенциала сокращения выбросов от современных двигателей с полным спектром доочистки NOx и PM. Некоторое влияние на критерии загрязняющих веществ (PM, NOx, SOx) возможно в приложениях без дополнительной обработки (например,г., морской). В некоторых случаях более низкие эксплуатационные расходы являются основным соображением (например, природный газ). Спрос часто может определяться государственными стимулами или предписаниями.
Присадки к топливу	Разные	Небольшой прямой выброс вредных веществ при использовании современных двигателей и высококачественного топлива. Важно поддерживать долгосрочную стабильную работу технологий контроля выбросов. Например, цетановые добавки помогают обеспечить постоянное и надежное качество воспламенения современного дизельного топлива для обеспечения надежных и предсказуемых характеристик; присадки для чистоты форсунок и смазывающие присадки предназначены для поддержания чистоты компонентов системы впрыска топлива и уменьшения износа, чтобы обеспечить долговечность и стабильную работу систем впрыска топлива; В некоторых системах сажевых фильтров используются топливные присадки, способствующие регенерации сажевых фильтров.

Таблица 3
Технологии доочистки выхлопных газов

Технология	Воздействие на выбросы	Значимость
Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия
Катализатор окисления дизельного топлива (DOC)	Высокая степень снижения выбросов углеводородов в атмосферу / от среднего до умеренного . Окисление NO до NO 2 повышает производительность систем SCR / DPF.	Широко используется на автомобилях Euro 2/3 и некоторых дизельных двигателях US 1994 и более поздних версий. В современных двигателях используется в качестве вспомогательного катализатора в системах нейтрализации SCR / DPF (NO 2 поколения , контроль проскальзывания аммиака).
Катализаторы окисления твердых частиц	Снижение выбросов ТЧ до ~ 50%	Ограниченное коммерческое применение в отдельных (оборудованных системой рециркуляции отработавших газов) двигателях тяжелых грузовиков Евро IV, а также в некоторых двигателях малой и внедорожной техники.
Дизельные сажевые фильтры (DPF)	90% + сокращение выбросов ТЧ	Основная технология, используемая на всех дизельных двигателях малой грузоподъемности, соответствующих стандартам Евро 5 и США Tier 2, а также более поздним версиям; во всех двигателях большой мощности US2007 и Euro VI и более поздних; во всех внедорожных двигателях Stage V; в программах модернизации по всему миру.
Катализаторы мочевины-СКВ	90% + снижение выбросов NOx	Основная технология, используемая в двигателях для тяжелых условий эксплуатации в США 2010, Евро V и более поздних версиях; в легких дизельных транспортных средствах США Tier 2 и Euro 5/6 и более поздних версий; в внедорожных, морских и стационарных двигателях.
Катализаторы адсорбера NOx	Снижение NOx до ~ 70-90%, в зависимости от ездового цикла	Используется в качестве автономного катализатора снижения NOx в некоторых легких транспортных средствах США Tier 2 и Euro 5/6. Используется в качестве катализатора снижения выбросов NOx при холодном запуске на некоторых автомобилях стандарта Евро 6 с системой SCR.
Катализаторы обедненных NOx (HC-SCR)	Потенциал снижения NOx ~ 10-20% в пассивных системах, до 50% в активных системах	Ограниченное коммерческое применение OEM и модернизация коммерческого применения, в основном в 2000-х годах.
Двигатели с принудительным зажиганием (SI)
Катализатор окисления (OC)	90% + сокращение выбросов HC и CO	Используется в старых бензиновых автомобилях (примерно 1980-1990).
Трехкомпонентный катализатор (TWC)	90% + сокращение выбросов NOx, HC и CO	Самая важная технология контроля выбросов бензиновых двигателей. Широко используется в двигателях со стехиометрической системой SI по всему миру.
Катализаторы адсорбера NOx	Снижение NOx на ~ 70-90%	Используется в легких транспортных средствах с прямым впрыском бензина (GDI) с обедненным сжиганием (послойной загрузкой), которые были распространены в Европе в 2000-х годах.
Бензиновые сажевые фильтры (GPF)	~ 90% сокращение выбросов PN	Все более широкое использование в легких транспортных средствах класса GDI стандарта Euro 6. Ожидается, что в Китае будут широко использоваться 6 легковых автомобилей.

Таблица 4
Технологии управления, диагностики и трансмиссии

Технология	Воздействие на выбросы	Значимость
Гибридизация	В первую очередь для снижения расхода топлива	Гибридизация с аккумуляторным электроприводом может позволить двигателю работать дольше в регионах с более высокой термической эффективностью и меньшей точки низкой эффективности, такие как холостой ход и низкая нагрузка.Повышение эффективности электродвигателя позволяет использовать технологии повышения эффективности, которые в противном случае были бы непрактичными из-за отрицательного воздействия на производительность.
Диагностика	OBD обеспечивает долгосрочное соответствие требованиям по выбросам.	Предназначен для обнаружения неисправностей, которые могут привести к увеличению выбросов при сертификационном испытании за пределы определенного порогового значения.
Органы управления	Электронные органы управления обеспечивают точный контроль за многочисленными выбросами, а компоненты управления трансмиссией могут поддерживаться в течение всего срока службы автомобиля.Возможны изменения в условиях окружающей среды, системная интеграция и эффекты старения системы.	Элементы управления дизельным двигателем включают в себя: управление рециркуляцией отработавших газов, управление давлением наддува на впуске, управление синхронизацией впрыска топлива и управление сгоранием. Средства управления системой дополнительной обработки включают: дозирование мочевины, управление температурой для обеспечения высокой эффективности сокращения выбросов, контроль регенерации для обеспечения регулярного удаления накопленных материалов, таких как отложения сажи, серы и мочевины. Интегрированное управление системой: некоторые функции управления требуют комплексного подхода для обеспечения совместной работы двигателя и системы нейтрализации выхлопных газов.Примеры включают в себя катализатор-адсорбер NOx, который требует регулярного обогащения воздушно-топливного отношения двигателя для удаления накопленных NOx; регулировка параметров двигателя, таких как время впрыска топлива, для повышения температуры выхлопных газов для поддержания высокой эффективности системы нейтрализации выхлопных газов; и регенерация DPF, которая может потребовать строгого контроля работы двигателя, чтобы избежать повреждения DPF.
		Элементы управления двигателем SI включают в себя: управление соотношением воздух / топливо, управление синхронизацией зажигания, управление частотой вращения холостого хода. Средства управления системой последующей обработки включают: управление температурным режимом для обеспечения быстрого прогрева и высокой эффективности сокращения выбросов; и управление соотношением воздух / топливо для обеспечения максимального преобразования TWC. Интегрированное управление системой: необходимость точного управления соотношением воздух / топливо обусловлена ​​очень узким окном отношения воздух / топливо, где в TWC возможна высокая конверсия NOx, HC и CO.

###

Какие функции головного блока цилиндров выполняет в двигателе автомобиля?

Вы можете найти всевозможную информацию о прокладке головки , и многие автовладельцы знают о ее функциях, но гораздо меньше знают о самой головке блока цилиндров.Вот почему мы собрали все, что вам нужно знать о головке блока цилиндров . Узнайте, как работает головка блока цилиндров в вашем автомобиле, почему это важно и какие дефекты могут возникнуть.

Что делает головка блока цилиндров в моей машине?

Основная задача ГБЦ — закрывать камеру сгорания двигателя сверху. Верхняя часть двигателя называется головкой блока цилиндров, а нижняя часть — блок цилиндров . Головка блока цилиндров находится на двигателе и закрывает камеру сгорания.Зазор, который остается между головкой блока цилиндров и двигателем, дополняется прокладкой головки.

Еще одна задача ГБЦ — обеспечить постоянную смазку цилиндра. Если цилиндры плохо смазаны маслом, бесперебойная работа двигателя невозможна, поэтому головка блока цилиндров является неотъемлемой частью работы двигателя.

Так устроена ГБЦ

Головка блока цилиндров — это не только очень важная часть вашего двигателя, но и одна из самых дорогих частей двигателя автомобиля из-за своей сложной конструкции.Поскольку головка блока цилиндров в процессе сгорания подвергается воздействию очень высоких температур, она состоит из стойких алюминиевых сплавов и легких металлов.

Внизу он обычно крепится непосредственно к корпусу коленчатого вала и закрывается вверху клапанной крышкой. В зависимости от того, какой у вашего автомобиля дизельный или бензиновый двигатель, конструкция головки блока цилиндров различается.

Это компоненты головки блока цилиндров бензинового двигателя

• Впускные и выпускные каналы: они обеспечивают выход выхлопных газов из цилиндров и попадание абсорбированной топливовоздушной смеси в цилиндры.
• Впускные и выпускные клапаны: здесь бензиновые двигатели всасывают топливовоздушную смесь, а выхлопные газы одновременно транспортируются в выхлопную систему.
• Распредвалы: коленчатый вал, приводимый в движение ремнем ГРМ, приводит в движение распредвалы.Распредвалы отвечают за открытие и закрытие клапанов
• Форсунки: обеспечивают впрыск топлива в камеры сгорания.
• Свечи зажигания: инициируют сгорание топлива

Это компоненты головки блока цилиндров в дизельном двигателе

• Впускные и выпускные каналы: они позволяют выхлопным газам выходить из цилиндров и позволяют захваченной воздушно-топливной смеси поступать в цилиндры.
• Впускные и выпускные клапаны: автомобили с дизельным двигателем всасывают воздух через впускные и выпускные клапаны, в то время как выхлопные газы одновременно транспортируются в выхлопную систему.
• Распредвалы: коленчатый вал, приводимый в движение цепью ГРМ, приводит в движение распредвалы.Распредвалы отвечают за открытие и закрытие клапанов
• Форсунки: впрыскивают топливо в дизельных двигателях в камеры сгорания или предкамеры.
• Свечи накаливания: служат для облегчения холодного пуска

Могут ли быть дефекты ГБЦ?

К сожалению, сложная конструкция головки блока цилиндров и ее многочисленные задачи делают ее подверженной дефектам. Самый частый дефект — негерметичная прокладка ГБЦ, вызванная повышенным истиранием.Подробнее читайте в нашем блоге о признаках неисправной прокладки головки .

Также могут быть дефекты на самой головке блока цилиндров, например, из-за высоких температур и сильных вибраций в работающем двигателе. Это может привести к трещинам в материале головки блока цилиндров.

Ремонт или восстановление ГБЦ?

Многие дефекты могут потребовать ремонта головки блока цилиндров, который может оказаться очень дорогостоящим. Поскольку головка блока цилиндров установлена ​​в двигателе, обширные работы над этой деталью двигателя связаны с ремонтом или восстановлением.

В большинстве случаев головку блока цилиндров необходимо сначала снять, а затем отшлифовать после ремонта, так как это единственный способ обеспечить правильное закрытие нижней части двигателя.

Замена головки блока цилиндров возможна только в редких случаях. В основном дефекты ГБЦ связаны с легко заменяемыми деталями, например, с клапанами.

На этой странице вы найдете дополнительную информацию о том, сколько стоит ремонт ГБЦ.

Как распознать признаки возможных дефектов

Если вы заметили нарушения в работе вашего двигателя, рекомендуется как можно скорее связаться с гаражом, чтобы предотвратить дальнейшие повреждения.

К признакам дефектов ГБЦ относятся:

• Вы заметили потерю мощности двигателя
• Температура охлаждающей воды в красной области
• Вы видите масло в охлаждающей воде
• Необходимо через короткое время долить воду и масло
• Вы заметили плохое поведение при холодном запуске

Как охлаждается головка блока цилиндров в двигателе?

Как уже было сказано выше, головка блока цилиндров подвергается воздействию высоких температур и поэтому ее необходимо охлаждать, чтобы избежать перегрева и повышенного истирания. Существует два различных типа охлаждения ГБЦ: водяное или воздушное.

Головки блока цилиндров с воздушным охлаждением

Головки цилиндров с воздушным охлаждением охлаждаются только проходящим воздухом. Кроме того, они оснащены большими ребрами охлаждения.

Одним из преимуществ этого метода охлаждения является то, что он обеспечивает надежную работу и может быть построен очень просто и недорого. Соответственно, ремонт таких ГБЦ обходится дешевле, чем ремонт ГБЦ с водяным охлаждением.Кроме того, вам не нужно беспокоиться о замерзании охлаждающей жидкости при охлаждении воздуха.

Головки блока цилиндров с водяным охлаждением

Большинство современных двигателей охлаждаются водой. Для этого в качестве охлаждающей жидкости обычно используют смесь воды и морозостойкости. Для охлаждения головки блока цилиндров охлаждающая жидкость проходит через прокладку головки блока цилиндров в головку блока цилиндров.

Одним из преимуществ этого типа охлаждения является, прежде всего, то, что охлаждающая жидкость может поглощать, а также рассеивать большое количество тепла. К тому же этот способ охлаждения наиболее эффективен.

Как работают тепловые двигатели?

Как работают тепловые двигатели? — Объясни это

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 7 ноября 2020 г.

В наш век топливных элементов и электромобили, паровозы (и даже автомобили с бензиновым двигателем) может показаться ужасно старой технологией. Но посмотрите на историю шире, и вы увидите, что даже самые старые паровой двигатель — действительно очень современное изобретение.Люди были использование инструментов для увеличения мышечной силы примерно на 2,5 миллионов лет, но только за последние 300 лет или около того мы усовершенствовали искусство создания «мускулов» — машин с приводом от двигателя — которые работают все сами по себе. Другими словами: люди были без двигатели для более чем 99,9 процента нашего существования на Земле!

Теперь у нас есть двигатели, без которых, конечно, не обойтись. их. Кто мог представить себе жизнь без машин, грузовиков, кораблей или самолеты — все они приводились в движение мощными двигателями.И двигатели не просто перемещают нас по миру, они помогают нам его кардинально изменить. От мостов и туннелей до небоскребов и плотины, практически каждое крупное здание и сооружение, построенное людьми за последние пару веков был построен с помощью двигатели — краны, экскаваторы, самосвалы и бульдозеры среди их. Двигатели также подпитывают современную сельскохозяйственную революцию: подавляющая часть всех наших еда теперь собирается или транспортируется с помощью двигателя. Двигатели не заставляют мир идти раунд, но они участвуют практически во всем, что происходит на нашей планете.Давайте подробнее разберемся, что это такое и как они Работа!

Artwork: Основная концепция теплового двигателя: машина, которая преобразует тепловую энергию в работу, перемещаясь туда и обратно между высокой и низкой температурой. Типичный тепловой двигатель приводится в действие за счет сжигания топлива (внизу слева) и использует расширяющийся-сжимающийся поршень (вверху в центре) для передачи энергии топлива к вращающемуся колесу (внизу справа).

Что такое тепловая машина?

« Всем известно, что тепло может вызывать движение.Никто не может сомневаться в том, что он обладает огромной движущей силой … ”

Николя Сади Карно, 1824

Двигатель — это машина, которая энергия, заключенная в топливе, в силу и движение. Угля нет очевидное использование кто угодно: это грязный, старый, каменистый материал, похороненный под землей. Сжечь это в двигателем, и вы можете высвободить содержащуюся в нем энергию, чтобы силовые заводские машины, автомобили, лодки или локомотивы. То же самое справедливо других видов топлива, таких как природный газ, бензин, древесина и торф.С двигатели работают, сжигая топливо для выделения тепла, иногда они называется тепловых машин . Процесс сжигания топлива включает в себя химическая реакция, называемая сгорание , где топливо сгорает в кислород в воздухе для образования углекислого газа и пара. (Как правило, двигатели также загрязняют воздух, потому что топливо не всегда чистое на 100 процентов и не горит идеально. )

Есть два основных типа тепловых двигателей: внешнего сгорания и внутреннего сгорания. сжигание:

• В ДВС топливо горит снаружи и вдали от основной части двигателя, где сила и движение производятся.Хороший пример — паровая машина: уголь горит на одном конце, который нагревает воду для образования пара. Пар подается в прочный металлический цилиндр , где он перемещает плотно прилегающий поршень называется поршень вперед-назад. В движущийся поршень приводит в действие все, к чему прикреплен двигатель (возможно, заводская машина или колеса локомотива). Это внешний двигатель внутреннего сгорания, потому что уголь горит снаружи, а некоторые расстояние от цилиндра и поршня.
• В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндр.Например, в типичном автомобильном двигателе есть что-то вроде четырех-шести отдельных цилиндров, внутри которых бензин постоянно горит кислородом, выделяя тепловую энергию. В цилиндры поочередно «загораются», чтобы двигатель стабильный источник энергии, приводящий в движение колеса автомобиля.

Двигатели внутреннего сгорания, как правило, намного более эффективны, чем внешние двигатели внутреннего сгорания, потому что энергия не расходуется на передачу тепла от огонь и бойлер к баллону; все происходит в одном месте.

Художественное произведение: В двигателе внешнего сгорания (таком как паровой двигатель) топливо горит вне цилиндра, и тепло (обычно в виде горячего пара) необходимо отводить на некоторое расстояние. В двигателе внутреннего сгорания (таком как двигатель автомобиля) топливо сгорает прямо внутри цилиндров, что намного эффективнее.

Как двигатель приводит в действие машину?

В двигателях

используются поршни и цилиндры, поэтому мощность, которую они производят, равна непрерывное возвратно-поступательное движение, тянущее-толкающее или возвратно-поступательное движение.Проблема в том, что многие машины (и практически все автомобили) полагаются на на вращающихся колесах — другими словами, вращающихся движение. Существуют различные способы поворота возвратно-поступательного движения. движение во вращательное (или наоборот). Если вы когда-нибудь смотрели паровой двигатель гудит, вы заметите, как колеса приводится в действие кривошипом и шатуном: простой рычаг-рычаг, который соединяет одну сторону колеса с поршнем, так что колесо вращается, когда поршень качается вперед и назад.

Альтернативный способ преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение использовать шестерни. Вот что гениальный шотландский инженер Джеймс Ватт (1736–1819) решил сделать это в 1781 году, когда обнаружил кривошипно-шатунный механизм. потребовалось использовать в его усовершенствованной конструкции паровой машины, на самом деле, уже защищен патентом. Дизайн Ватта известен как солнце и планетарная передача шестерня) и состоит из двух или более шестерен колеса, одно из которых (планета) толкается вверх и вниз поршнем стержень, вращающийся вокруг другой шестерни (Солнца) и заставляющий ее вращаться.

Фото: Два способа преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное движение: Первое фото: Солнце и планетарная шестерня. Когда поршень движется вверх и вниз, шестерни вращаются. Второе фото: В этом токарном станке с ножным приводом просто решена проблема преобразования вертикального движения в круговое. Когда вы нажимаете вверх и вниз на педаль (педаль), вы заставляете струну подниматься и опускаться. Это заставляет вал, к которому прикреплена струна, вращаться со скоростью, приводя в действие токарный станок и сверло или другой инструмент, прикрепленный к нему.Обе фотографии сделаны в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.

Некоторым двигателям и машинам необходимо преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное движение. Для этого вам нужно что-то, что работает в путь, противоположный коленчатому валу, а именно кулачок. Камера — это некруглое (обычно яйцевидное) колесо, имеющее что-то вроде бар, опирающийся на него. Когда ось поворачивает колесо, колесо заставляет штангу подниматься и опускаться. Не можете себе это представить? Попробуйте представить себе машину, колеса которой яйцевидной формы.Во время движения колеса (кулачки) поворачиваются как обычно, но кузов автомобиля подпрыгивает и вниз одновременно — поэтому вращательное движение производит возвратно-поступательное движение (подпрыгивание) у пассажиров!

Кулачки работают на всех типах машин. Есть камера в электрическая зубная щетка, которая делает щетка движется вперед и назад, когда внутри вращается электродвигатель.

Типы двигателей

Фото: Внешнее сгорание: Эта стационарная паровая машина использовалась для закачки природного газа в дома людей с 1864 года.Фотография сделана в Think Tank.

Существует около полдюжины основных типов двигателей, которые вырабатывают энергию за счет сжигания топлива:

Двигатели внешнего сгорания

Балочные двигатели (атмосферные двигатели)

Первые паровые машины были гигантскими машинами, которые заполняли целые здания. и они обычно использовались для откачки воды из затопленных шахт. Первопроходец англичанин Томас Ньюкомен (1663 / 4–1729) в начале 18 века они имели один цилиндр и поршень, прикрепленный к большой балке, которая раскачивалась взад и вперед.Тяжелая балка обычно наклонялась вниз так, чтобы поршень находился высоко в цилиндре. В цилиндр закачивался пар, затем вбрызгивалась вода, охлаждающая пар, создавая частичный вакуум и заставляя луч наклоняться назад наоборот, до того, как процесс повторится. Лучевые двигатели были важным технологическим достижением, но они были слишком большими, медленными и неэффективными, чтобы приводить в действие заводские машины и поезда.

Иллюстрация: Как работает атмосферный (пучковый) двигатель (упрощенно).Двигатель состоит из тяжелой балки (серая), установленной на башне (черная), которая может качаться вверх и вниз. Обычно балка наклоняется вниз и вправо под весом присоединенного к ней насосного оборудования. Водогрейный котел (1) выпускает пар (2) в цилиндр (3). Когда цилиндр заполнен, из бака (4) впрыскивается холодная вода. Это конденсирует пар, создавая более низкое давление в цилиндре. Поскольку атмосферное давление (воздух) над поршнем выше, чем давление под ним, поршень выталкивается вниз, вся балка наклоняется влево, а насос тянется вверх, вытягивая воду из шахты (5).

Паровые двигатели

В 1760-х годах Джеймс Ватт значительно усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, сделав ее меньше, эффективнее и мощнее — и эффективно вращает пар двигатели в более практичные и доступные машины. Работа Ватта привела к стационарному пару двигатели, которые можно использовать на заводах, и компактные движущиеся двигатели которые могли приводить в действие паровозы. Подробнее читайте в нашей статье о паровых двигателях.

Двигатели Стирлинга

Не все двигатели внешнего сгорания огромны и неэффективны.Шотландский священник Роберт Стирлинг (1790–1878) изобрел очень умную двигатель, который имеет два цилиндра с поршнями, приводящими в действие два кривошипа вождение одного колеса. Один цилиндр постоянно остается горячим (нагревается внешней энергией). источник, который может быть чем угодно, от угольного костра до геотермальной энергии поставка), в то время как другой постоянно остается холодным. Двигатель работает перекачивает тот же объем газа (постоянно запечатанный внутри двигатель) вперед и назад между цилиндрами через устройство, называемое регенератор , который помогает сохранять энергию и значительно увеличивает КПД двигателя.Двигатели Стирлинга не обязательно предполагают сгорание, хотя они всегда питаются от внешнего источника тепла. Узнайте больше в нашей основной статье о двигателях Стирлинга.

Фото: Машинный зал Think Tank (научный музей в Бирмингеме, Англия) представляет собой удивительную коллекцию энергетических машин XVIII века. Среди экспонатов — огромный паровой двигатель Сметвик, самый старый действующий двигатель в мире. Это не показано на этом снимке, в основном потому, что оно было слишком большим, чтобы его можно было сфотографировать!

Двигатели внутреннего сгорания

Бензиновые двигатели

В середине 19 века несколько европейских инженеров, в том числе Француз Жозеф Этьен Ленуар (1822–1900) и немец Николаус Отто (1832–1891) усовершенствовал двигатели внутреннего сгорания, которые сжигали бензин. Для Карла Бенца (1844–1929) это был короткий шаг. подключить один из этих двигателей к трехколесному перевозки и создать первый в мире автомобиль, работающий на газе. Читать далее в нашей статье о автомобильных двигателях.

Фото: мощный бензиновый двигатель внутреннего сгорания от спортивного автомобиля Jaguar.

Дизельные двигатели

Позже, в 19 веке, другой немецкий инженер, Рудольф Дизель (1858–1913), понял, что может сделать гораздо более мощный внутренний двигатель внутреннего сгорания, который может работать на всех видах топлива.В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели сжимают топливо намного сильнее. он самопроизвольно загорается и выделяет тепловую энергию заперт внутри него. Сегодня дизельные двигатели по-прежнему являются предпочтительными машинами для вождения. тяжелые транспортные средства, такие как грузовики, корабли и строительные машины, а также многие автомобили. Подробнее читайте в нашей статье о дизельных двигателях.

Роторные двигатели

Одним из недостатков двигателей внутреннего сгорания является то, что они нужны цилиндры, поршни и вращающийся коленчатый вал, чтобы использовать их мощность: цилиндры неподвижны, поршни и коленчатый вал постоянно двигаются.Роторный двигатель — это кардинально другая конструкция двигателя внутреннего сгорания, в котором «цилиндры» (которые не всегда цилиндр по форме) вращаются вокруг неподвижного коленчатого вала. Хотя роторные двигатели восходят к 19 веку, возможно, наиболее известной конструкцией является относительно современный роторный двигатель Ванкеля , особенно используется в некоторых японских автомобилях Mazda. Статья в Википедии о Роторный двигатель Ванкеля — хорошее вступление с прекрасной небольшой анимацией.

Теоретические двигатели

Фото: Машинист: гениальный Николя Сади Карно, 17 лет.

Пионерами двигателей были инженеры, а не ученые. Ньюкомен и Ватт были практическими «деятелями», а не ломающими голову теоретическими мыслителями. Лишь когда в 1824 году появился француз Николя Сади Карно (1796–1832), то есть спустя более века после того, как Ньюкомен построил свой первый паровой двигатель, были предприняты какие-либо попытки понять эту теорию. о том, как работают двигатели и как их можно улучшить с истинно научной точки зрения. Карно интересовался, как сделать двигатели более эффективными (в другими словами, как можно получить больше энергии из того же количества топлива).Вместо того, чтобы возиться с настоящим паровым двигателем и пытаться его улучшить методом проб и ошибок (такой же подход, который использовал Ватт с двигателем Ньюкомена), он заставил себя теоретический двигатель — на бумаге — и вместо этого поигрался с математикой.

Фото: Паровые двигатели по своей сути неэффективны. Работа Карно говорит нам, что для максимальной эффективности пар в двигателе как будто это нужно перегреть (так что это выше его обычная температура кипения 100 ° C), а затем дать ему максимально расшириться и остыть в цилиндрах, чтобы передать как можно больше энергии поршням.

Цикл Карно

Тепловая машина Карно представляет собой довольно простую математическую модель. о том, как в теории может работать наилучший поршневой и цилиндровый двигатель, путем бесконечного повторения четырех шагов, которые теперь называются циклом Карно . Мы не собираемся здесь вдаваться в детальную теорию или математику (если вам интересно, см. Страница цикла Карно НАСА и превосходные Тепловые двигатели: страница цикла Карно Майкла Фаулера с превосходной флэш-анимацией).

Базовый двигатель Карно состоит из газа, заключенного в цилиндр с поршнем. Газ забирает энергию от источника тепла, расширяется, охлаждается и выталкивает поршень. Когда поршень возвращается в цилиндр, он сжимает и нагревает газ, поэтому газ завершает цикл с точно такими же давлением, объемом и температурой, с которых он был начат. Двигатель Карно не теряет энергии на трение или окружающую среду. Это полностью обратимо — теоретически совершенная и совершенно теоретическая модель того, как работают двигатели. Но это также многое говорит нам о реальных двигателях.

Насколько эффективен двигатель?

Стоит отметить вывод, к которому пришел Карно: КПД двигателя (реальная или теоретическая) зависит от максимальной и минимальной температуры, между которыми работает . С математической точки зрения, эффективность двигателя Карно, работающего между Tmax (его максимальная температура) и Tmin (его минимальная температура):

(Tmax − Tmin) / Tmax

, где обе температуры измеряются в кельвинах (К).Повышение температуры жидкости внутри цилиндра в начале цикла делает его более эффективным; понижение температуры на противоположном конце цикла также делает его более эффективным. Другими словами, действительно эффективная тепловая машина работает между максимально возможной разницей температур. Другими словами, мы хотим, чтобы Tmax была как можно выше, а Tmin как можно меньше. Вот почему такие вещи, как паровые турбины на электростанциях, должны использовать градирни для максимального охлаждения пара: именно так они могут получить максимум энергии из пара и произвести больше электроэнергии. В реальном мире движущиеся транспортные средства, такие как автомобили и самолеты, очевидно, не могут иметь ничего похожего на градирни, и трудно достичь низких температур Tmin, поэтому мы обычно фокусируемся на повышении Tmax. Настоящие двигатели — в автомобилях, грузовиках, реактивных самолетах и ​​космических ракетах — работают. при чрезвычайно высоких температурах (поэтому они должны быть построены из высокотемпературных материалы, такие как сплавы и керамика).

« Мы не должны ожидать, что когда-либо сможем использовать на практике всю движущую силу горючих материалов. ”

Николя Сади Карно, 1824

Каков максимальный КПД двигателя?

Есть ли предел эффективности теплового двигателя? Да! Tmin никогда не может быть меньше нуля (при абсолютном нуле), поэтому, согласно Согласно приведенному выше уравнению, никакой двигатель не может быть эффективнее, чем Tmax / Tmax = 1, что равно 100-процентной эффективности, и большинство настоящие двигатели даже близко не подходят к этому. Если бы у вас был паровой двигатель, работающий при температуре от 50 ° C до 100 ° C, это будет около 13 процентов эффективности.Чтобы добиться 100-процентной эффективности, вам нужно охладить пар. до абсолютного нуля (−273 ° C или 0K), что, очевидно, невозможно. Даже если бы вы могли охладить его до заморозки (0 ° C или 273K), вы все равно сможете достичь эффективности только на 27 процентов.

Диаграмма

: Тепловые двигатели более эффективны, когда они работают при больших перепадах температур. Предполагая, что минимальная ледяная температура остается постоянной (0 ° C или 273K), эффективность медленно растет по мере увеличения максимальной температуры. Но обратите внимание, что мы получаем убывающую отдачу: с каждым повышением температуры на 50 ° C эффективность с каждым разом растет все меньше.Другими словами, мы никогда не сможем достичь 100-процентной эффективности, просто подняв максимальную температуру.

Это также помогает нам понять, почему более поздние паровые двигатели (впервые разработанные такими инженерами, как Ричард Тревитик) и Оливер Эванс) использовали гораздо более высокое давление пара , чем те, которые производили такие люди, как Томас Ньюкомен. Двигатели с более высоким давлением были меньше, легче и их легче было установить на движущихся транспортных средствах, но они также были намного эффективнее: при более высоких давлениях вода закипает при более высоких температурах, и это дает нам большую эффективность.При двойном атмосферном давлении вода закипает при температуре около 120 ° C (393K), что дает КПД 30%. с минимальной температурой 0 ° С; при давлении, в четыре раза превышающем атмосферное, температура кипения составляет 143 ° C (417K), а эффективность приближается к 35 процентам. Это большое улучшение, но до 100 процентов еще далеко. Паровые турбины на электростанциях используют действительно высокое давление (в 200 раз превышающее атмосферное давление). типично). При 200 атмосфер вода закипает при температуре около 365 ° C (~ 640K), что дает максимальную теоретическую эффективность около 56 процентов, если мы также можем охладить воду вплоть до замерзания (и если нет других потерь тепла или неэффективности).Даже в этих экстремальных и идеальных условиях мы все еще очень далеки от 100-процентной эффективности; реальные турбины с большей вероятностью достигнут 35–45 процентов. Создать эффективные тепловые двигатели намного сложнее, чем кажется!

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Один из лучших способов понять движки — это посмотреть их анимацию в действии.Вот два очень хороших сайта, которые исследуют широкий спектр различных движков:

• Анимированные движки: Этот замечательный сайт охватывает практически все виды движков, о которых вы только можете подумать, с простой для понимания анимацией и очень четкими письменными описаниями.
• Посмотрите, как работают двигатели: Коллекция очень красиво нарисованных анимаций реальных двигателей из Лондонского музея науки. (Архивировано через Wayback Machine.)

Книги

Вводный

• Шесть легких пьес Ричарда П. Фейнман. Penguin, 1998. Глава 4 представляет собой очень оригинальное объяснение сохранения энергии, включая довольно простое объяснение того, почему ни один двигатель или машина не являются более эффективными, чем идеально обратимые (идеальные).

Более сложный

Детские книги

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2019. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2019) Двигатели. Получено с https://www.explainthatstuff.com/engines.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте…

Двигатель приводит в движение ваш автомобиль, преобразуя топливо в энергию. Другими словами, он превращает химическую энергию в механическую. Двигатель требует топлива и чистого воздуха, охлаждающей жидкости и воды, электричества для зажигания и масла для смазки.

Базовая работа двигателя

Двигатель состоит из полых цилиндров, называемых камерами сгорания, и поршней, которые двигаются вверх и вниз внутри. Здесь начинается основная операция.Топливо и воздух сгорают внутри камер, что приводит к перемещению поршня. В автомобилях обычно имеется 4, 6 или 8 таких цилиндров, которые могут быть установлены в различных положениях.

Детали двигателя и их назначение

Двигатель состоит из тысяч частей, работающих вместе. Вот почему вам следует использовать опытного автомеханика, прошедшего соответствующую подготовку. Все эти части составляют основу механической, химической, электрической и (теперь уже) компьютерной инженерии. Клиенты обязательно должны помнить об этом, учитывая, сколько времени потребуется механикам, чтобы осмотреть ваш двигатель.Здесь мы предоставили список деталей двигателя, с которыми необходимо ознакомиться, чтобы вы могли быть проинформированы и понять диагностику вашего двигателя:

1. Блок двигателя (или блок цилиндров)

Блок двигателя содержит цилиндры и другие каналы. Его также называют блоком цилиндров, потому что он содержит цилиндрические отверстия, по которым поршни перемещаются вверх и вниз. Здесь же вращается коленчатый вал, а в некоторых двигателях удерживает распредвал. В современных транспортных средствах блок цилиндров двигателя сделан из алюминиевого сплава из-за его способности передавать тепло системе охлаждения.Общие проблемы с блоком цилиндров включают утечку охлаждающей жидкости, изношенный цилиндр и пористый блок двигателя, вызванные загрязнением металла во время его изготовления.

2. Камера сгорания и поршень.

В камере сгорания создается энергия для работы вашего двигателя. Воздух, давление, топливо и электричество вместе образуют взрыв, который перемещает поршень вверх и вниз. Камера сгорания состоит из головки блока цилиндров вверху, цилиндра по бокам и поршня у пола.Поршень прикрепляется к коленчатому валу через шатун. Когда он движется вверх и вниз, он вращает коленчатый вал. Канавки вокруг поршней называются поршневыми кольцами. Компрессионные кольца вверху создают уплотнение против стенок камеры сгорания. Масляные кольца предотвращают просачивание масла в камеру сгорания.

3. Головка блока цилиндров, топливные форсунки и свечи зажигания.

Головка блока цилиндров — это герметичная крышка камеры сгорания. Он также удерживает впускной и выпускной клапаны, свечи зажигания и топливные форсунки.Топливные форсунки распыляют бензин (или дизельное топливо) в двигатель. На головке блока цилиндров установлена ​​одна топливная форсунка на цилиндр. Свеча зажигания преобразует электрическую энергию в химическую. После впрыска топлива в камеру сгорания свеча зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь, создавая взрыв. Этот взрыв заставляет поршни подниматься и опускаться, преобразовывая химическую энергию в механическую.

4. Распредвал и коленчатый вал

Коленчатый вал вращается в соответствии с выходом механической энергии из двигателя внутреннего сгорания.Он вращается за шатун поршня. С другой стороны, распределительный вал расположен над двигателем. Его работа заключается в открытии и закрытии клапанов, которые заполняют двигатель смесью воздуха и топлива, необходимой для сгорания. Он приводится в действие коленчатым валом и ремнем ГРМ. Одной из проблем, которые могут возникнуть в современных автомобилях, является отказ датчика положения коленчатого вала. Этот датчик контролирует частоту вращения и положение коленчатого вала. При выходе из строя датчиков двигатель может пропускать зажигание и вибрировать.

5.Система синхронизации

Из-за тысяч движущихся частей синхронизация важна для правильной и эффективной работы двигателя. Прежде всего, топливно-воздушная смесь должна срабатывать точно, когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ) во время своего вращения. В самом простом объяснении коленчатый вал вращает ремень ГРМ, который, в свою очередь, приводит в действие распределительный вал, который открывает и закрывает топливный и воздушный клапаны в синхронизированном темпе. С компьютерными системами в более новых автомобилях используется электронная система хронометража, которая более точно рассчитывает время искры.Время также контролируется датчиками. Таким образом, если ваш двигатель пропускает зажигание или выходит из строя, ваш автомобиль может предупреждать вас и иногда автоматически отключаться, чтобы избежать дальнейшего повреждения двигателя.

6. Клапаны и клапаны

Клапанный механизм или клапанный механизм включает в себя все части двигателя, которые необходимы для открытия и закрытия топливного и выпускного клапанов. Распределительный вал — самая важная часть этого узла. В зависимости от типа двигателя клапанный механизм может включать один или несколько распределительных валов.Некоторые автомобили имеют один распределительный вал, некоторые — несколько, а некоторые имеют один распределительный вал для выпуска и один для топлива. Лепестки кулачка расположены на распредвале и открывают и закрывают впускные и выпускные клапаны в зависимости от расположения поршня. Кулачковый толкатель расположен на верхней части клапана. Лепесток кулачка нажимает на толкатель кулачка, когда он вращается. Затем кулачковый толкатель переводит вращательное движение в движение вверх и вниз, открывая и закрывая клапан.

7. Коромысла

Коромысло — это более крутой способ сказать «толкатель кулачка».Они преобразуют вращательную энергию в линейную энергию. Время работы двигателя частично зависит от размера и формы коромысел, которые определяют, как долго впускные и выпускные клапаны остаются открытыми.

8. Толкатели / подъемники

Толкатели и толкатели также являются частью клапанного механизма. Подъемник соединяется с распредвалом, а толкатель — с подъемником. Когда распределительный вал вращается, толкатель толкает коромысла вверх, который раскачивает коромысло и толкает клапаны вниз.

Мы надеемся, что это познакомит вас с работой двигателя. Если ваш двигатель вибрирует, пропускает зажигание или горит индикатор проверки двигателя, позвоните нам по телефону 314-849-2900! Компания Sant Automotive рада помочь! Для получения дополнительной информации посмотрите это видео с нашего партнера BG Products.

Поршневой двигатель

ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Типы двигателей (оппозитные, рядные и V-образные)

Двигатель оппозитного типа имеет два ряда цилиндров, расположенных прямо напротив друг друга, с коленчатым валом в центре.Поршни обоих рядов цилиндров соединены с одним коленчатым валом. (Фотография слева)
Рядный двигатель обычно имеет четное количество цилиндров, хотя были сконструированы некоторые трехцилиндровые двигатели. У этого двигателя только один коленчатый вал, который расположен либо над, либо под цилиндрами. Если двигатель предназначен для работы с цилиндрами ниже коленчатого вала, он называется перевернутым двигателем. (Центральное фото)
В двигателях V-типа цилиндры расположены в двух рядных рядах, как правило, на расстоянии 60 ° друг от друга.Большинство двигателей имеют 12 цилиндров с жидкостным или воздушным охлаждением. (фото справа)

Картер 6 цилиндров

Основа двигателя — картер. Он содержит подшипники и опоры подшипников, в которых вращается коленчатый вал. Картер не только сам поддерживает себя, но и должен обеспечивать плотную оболочку для смазочного масла и поддерживать различные внешние и внутренние механизмы двигателя. Он также обеспечивает поддержку крепления узлов цилиндров и силовой установки к самолету.Он должен быть достаточно жестким и прочным, чтобы предотвратить перекос коленчатого вала и его подшипников.

Коленчатый вал

Коленчатый вал — механическая часть, способная выполнять преобразование между возвратно-поступательным движением и вращательным движением. В поршневом двигателе он преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение.

Стержень гладкий

Шатун — это звено, передающее силы между поршнем и коленчатым валом.Шатуны должны быть достаточно прочными, чтобы оставаться жесткими под нагрузкой, и в то же время быть достаточно легкими, чтобы уменьшать силы инерции, возникающие, когда шток и поршень останавливаются, меняют направление и снова запускаются в конце каждого хода.

Цилиндры

Часть двигателя, в которой развивается мощность, называется цилиндром. Цилиндр представляет собой камеру сгорания, в которой происходит горение и расширение газов, и в нем находятся поршень и шатун.

Распредвал

Клапанный механизм оппозитного двигателя приводится в действие распределительным валом. Распределительный вал приводится в движение шестерней, которая сопряжена с другой шестерней, прикрепленной к коленчатому валу. Распределительный вал всегда вращается с половинной скоростью вращения коленчатого вала. При вращении распределительного вала выступы заставляют толкатель в сборе подниматься в направляющей толкателя, передавая усилие через толкатель и коромысло, открывая клапан.

Механизм привода клапана

Оппозиционный двигатель

Радиальные двигатели

Радиальный двигатель состоит из ряда или рядов цилиндров, расположенных радиально вокруг центрального картера.Этот тип двигателя оказался очень прочным и надежным. Количество цилиндров, составляющих ряд, может быть три, пять, семь или девять. Некоторые радиальные двигатели имеют два ряда по семь или девять цилиндров, расположенных радиально вокруг картера, один перед другим. Они называются двухрядными радиальными кольцами.

Коленчатый вал двигателя радиальный одноходовой

Коленчатые валы радиальных двигателей могут быть одноходовыми, двухходовыми или четырехходовыми, в зависимости от того, является ли двигатель однорядным, двухрядным или четырехрядным.Одноходовой радиальный коленчатый вал двигателя показан на рисунке ниже. Независимо от того, сколько ходов он может иметь, каждый коленчатый вал состоит из трех основных частей — шейки, шатунной шейки и щеки кривошипа.

Узел ведущей и шарнирно-сочлененной тяги

Узел ведущего и шарнирно-сочлененного стержня обычно используется в радиальных двигателях. В радиальном двигателе поршень одного цилиндра в каждом ряду соединен с коленчатым валом с помощью ведущего штока. Все остальные поршни в ряду соединены с ведущим штоком шарнирно-сочлененными шатунами.В 18-цилиндровом двигателе, который имеет два ряда цилиндров, есть две ведущие тяги и 16 шарнирно-сочлененных тяг.

Головки цилиндров

Головка блока цилиндров предназначена для обеспечения места сгорания топливовоздушной смеси и обеспечения большей теплопроводности цилиндра для надлежащего охлаждения.

Привод клапана

Привод клапана состоит из кулачкового кольца или кулачкового вала, снабженного выступами, которые работают против кулачкового ролика или кулачкового толкателя.