Помоги проекту - поделись книгой:
В ходе движения поршня вниз повышается давление в кривошипной камере и клапан закрывается. Сам же процесс сгорания и расширения рабочей смеси происходит точно так же, как и в четырехтактном двигателе. Однако в момент движения поршня вниз открывается так называемое впускное окно (т. е. поршень перестает перекрывать его). Через это окно выхлопные газы, все еще находящиеся под большим давлением, устремляются в выпускной коллектор. Через некоторое время таким же образом поршень открывает впускное окно, которое расположено со стороны впускного коллек тора.
В это время свежая смесь выталкивается из кривошипной камеры идущим вниз поршнем и попадает в рабочую камеру двигателя, где окончательно вытесняет отработанные газы. Часть рабочей смеси при этом выбрасывается в выпускной коллектор. Во время движения поршня вверх часть свежей смеси, которая была вытолкнута из выпускного коллектора, засасывается обратно в кривошипную камеру.
При одинаковом объеме цилиндра двухтактный двигатель должен иметь почти в два раза большую мощность, чем четырехтактный. Однако это потенциальное преимущество далеко не всегда возможно полностью реализовать. Прежде всего это затрудняется недостаточной эффективностью продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Но все-таки при одинаковом литраже двухтактный двигатель мощнее в 1,5 или 1,8 раза.
Неотъемлемое преимущество двухтактного двигателя перед четырехтактным заключается в его компактных габаритах из-за отсутствия громоздкой системы клапанов и распределительного вала. К преимуществам двухтактного двигателя можно также отнести отсутствие громоздких систем смазки и газораспределения, большую мощность в пересчете на 1 л рабочего объема, простоту и дешевизну изготовления.
Карбюраторные и инжекторные двигатели
Разница между карбюраторными и инжекторными двигателями заключается прежде всего в системе приготовления рабочей смеси и впрыска топлива.
В карбюраторных двигателях приготовление рабочей смеси происходит в карбюраторе.
В двигателях инжекторного типа впрыск топлива в воздушный поток осуществляется с помощью специальных форсунок. Топливо подается к форсункам под давлением, дозирование же осуществляется с помощью электронного блока управления (подачей импульса тока).
Карбюраторные двигатели представляют собой, можно сказать, вариант, предшествующий инжекторным. Прямой последовательности в данном случае нет, так как один не является технологически новым поколением двигателей, продолжающим предыдущее поколение. Дело в том, что переход к инжекторному устройству связан в основном с новыми требованиями к чистоте выхлопа (выхлопным газам) и с установкой современных нейтрализаторов выхлопных газов – каталитических конвертеров, или просто катализаторов. Постоянство состава выхлопных газов, идущих в катализатор, обеспечивается системой впрыска топлива, контролируемой программой впрыска топлива. В связи с тем что современный катализатор может работать исключительно в узком диапазоне рабочего состава топлива и требует строго определенного содержания кислорода, необходимо обязательное наличие такого важного элемента, как лямбда-зонд, известного еще как кислородный датчик. Система управления с помощью лямбда-зонда постоянно анализирует содержание кислорода в выхлопных газах и поддерживает точное соотношение кислорода, недоокисленных продуктов сгорания топлива и оксидов азота. При этом регулярно поддерживается именно такое соотношение, которое способно обезвредить катализатор. Сложность устройства и его задача-максимум состоят в том, что современный катализатор вынужден не просто окислять не сгоревшие полностью в двигателе остатки углеводородов и угарный газ, но и восстанавливать оксиды азота. Кроме того, желательно еще раз окончательно окислять весь поток газов. Однако необходимого результата можно добиться лишь в пределах так называемого «каталитического окна». Учитывая то, что одной из самых сложных задач является удержание нормативов по оксидам азота, необходимо снижать интенсивность их синтеза в камере сгорания.
«Каталитическое окно» – узкий диапазон соотношения топлива и воздуха, когда катализатор способен выполнять свои функции.
Этого можно достигнуть преимущественно с помощью понижения температуры процесса горения путем добавления определенного количества выхлопных газов в камеру сгорания при некоторых критических режимах.
Система зажигания
Система зажигания является основной вспомогательной системой бензинового двигателя. Она призвана обеспечивать детонацию горючей смеси в необходимый момент. Системы зажигания бывают различного типа – контактные, бесконтактные или микропроцессорные. Бесконтактная принципиально отличается от контактной лишь тем, что у нее вместо прерывателя стоит индукционный датчик. У микропроцессорной системы отличий несколько больше: она управляется специальным блоком-компьютером и включает в себя такие элементы, как датчик положения коленчатого вала, блок управления зажиганием, коммутатор, катушки, свечи и датчик температуры двигателя. В инжекторных двигателях система зажигания дополнительно оснащается датчиком положения дроссельной заслонки и датчиком массового расхода воздуха.
Дизельный двигатель
История изобретения
В первую очередь стоит сказать о происхождении самого названия двигателя – «дизельный». Им он обязан своему изобретателю – Рудольфу Дизелю, который в 1890 г. разработал теорию «экономичного термичного двигателя». Уже вскоре теория была воплощена на практике, и 23 февраля 1893 г. Рудольф Дизель получил патент на свое изобретение. Однако путь к изобретению, которое вошло в историю человечества как самый настоящий «двигатель прогресса», был весьма тернист и многотруден. Интересно, что сначала изобретатель выдвигал в качестве идеального топлива каменноугольную пыль. Но сама практика вскоре продемонстрировала невозможность использования такого вида топлива прежде всего из-за высоких абразивных свойств как самой пыли, так и золы, образующейся при ее сгорании. Кроме того, возникали большие проблемы с подачей пыли в цилиндр. Работа все-таки не прошла даром, так как был получен важнейший опыт использования в качестве топлива тяжелых нефтяных фракций. Здесь самое время упомянуть, что, хотя Рудольф Дизель и был первым, кто запатентовал двигатель с воспламенением от сжатия, все-таки были и другие изобретатели, работавшие в том же направлении. Еще раньше Дизеля изобретатель Экройд Стюарт высказал одну интересную мысль: он предложил такую схему двигателя, при которой воздух втягивался в цилиндр, сжимался, а затем (в конце цикла сжатия) нагнетался в емкость, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя емкость нагревалась снаружи лампой, а после запуска его самостоятельная работа поддерживалась без подвода тепла извне.
Экройд Стюарт просто экспериментировал с возможностями исключения из двигателя свечей зажигания, не рассматривая при этом особенности работы от высокой степени сжатия, т. е. не обращал внимание на самое большое преимущество – топливную эффективность. Судя по всему, это и явилось причиной того, что повсеместно стали использоваться термины «двигатель Дизеля», «дизельный двигатель» или просто «дизель», ведь именно теория Рудольфа Дизеля стала базовой для создания тех самых современных двигателей с воспламенением от сжатия, которые используются сегодня в огромном количестве.
Еще большую популярность дизельные двигатели приобрели в связи с вопросами экономии, возникшими во второй половине XX в.: в 1970-е гг. после резкого роста цен на топливо на них обратили серьезное внимание мировые производители недорогих маленьких пассажирских автомобилей.
Однако нельзя сказать, что двигатель Дизеля стал окончательным вариантом – в дальнейшем этот механизм претерпевал доработки и усовершенствования. Так, например, большой вклад в улучшение двигателя Дизеля внес немецкий ученый Роберт Бош в 1920-х гг. Использованная им для нагнетания и впрыска топлива гидравлическая система позволила отказаться от воздушного компрессора и дала возможность дальнейшего увеличения скорости вращения. Востребованный в таком виде высокооборотный дизель стал пользоваться все большей популярностью как силовой агрегат для вспомогательного и общественного транспорта: его устанавливали на пассажирских и небольших грузовых автомобилях.
Типы дизельных двигателей
Существует классификация типов дизельных двигателей в зависимости от конструкции камеры сгорания.
Такое устройство способствует наибольшему перемешиванию впрыскиваемого топлива и воздуха и самовоспламенению смеси. Эта схема долгое время признавалась оптимальной и широко использовалась. Однако вследствие малой экономичности в последнее время идет активное вытеснение таких дизелей двигателями с непосредственным впрыском топлива.
Четырехтактный дизельный двигатель
На первом этапе (такт впуска, когда поршень идет вниз) в цилиндр через открытый впускной клапан втягивается свежая порция воздуха.
На втором этапе (такт сжатия, когда поршень идет вверх), в то время как впускной и выпускной клапаны закрыты, воздух сжимается в объеме примерно в 17 раз (от соотношения 14 : 1 до 24 : 1) по сравнению с общим объемом цилиндра, а воздух становится очень горячим.
Непосредственно перед началом третьего такта (такт рабочего хода, когда поршень идет вниз) топливо впрыскивается в камеру сгорания через распылитель форсунки. Оно в момент впрыска распыляется на мелкие частицы, которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для создания самовоспламеняемой смеси. Когда поршень начинает свое движение в такте рабочего хода, энергия при сгорании высвобождается. Впрыск продолжается, что вызывает поддержание постоянного давления сгораемого топлива на поршень.
В начале четвертого этапа (такт выпуска, когда поршень идет вверх), выпускной клапан открывается и выхлопные газы проходят через него (рис. 16).
Двухтактный дизельный двигатель
Принцип работы двухтактного дизельного двигателя следующий. Поршень расположен в нижней мертвой точке (НМТ), и цилиндр в этот момент наполнен воздухом. Воздух сжимается во время хода поршня вверх; вблизи верхней мертвой точки (ВМТ) происходит впрыск топлива, которое самовоспламеняется.
Затем происходит рабочий ход: продукты сгорания, расширяясь, передают энергию поршню, который движется вниз. Вблизи нижней мертвой точки происходит продувка – продукты сгорания замещаются свежим воздухом. На этом цикл завершается.
Для осуществления продувки в нижней части цилиндра устраиваются продувочные окна. Они оказываются открытыми в то время, когда поршень находится внизу. Соответственно, когда поршень поднимается, он перекрывает окна.
Поскольку при двухтактном цикле рабочие ходы происходят вдвое чаще, то можно ожидать существенного повышения мощности по сравнению с четырехтактным циклом.
Мифы о дизельных двигателях
Старые дизели с механическим впрыском действительно отличаются весьма жесткой работой, однако с появлением аккумуляторных топливных систем высокого давления у дизельных двигателей удалось значительно снизить уровень шума.
Срок службы дизельного двигателя действительно гораздо больше бензинового и может достигать пробега 400—600 тыс. км.
Преимущества и недостатки дизельного двигателя
Стандартный дизельный двигатель обычно имеет коэффициент полезного действия 30—40 %, а иногда и до 50 %, в то время как бензиновый двигатель представляется довольно неэффективным, так как способен преобразовывать только около 20—30 % энергии топлива в полезную.
Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нем низкосортные тяжелые масла. Кроме того, дизельный двигатель не может развивать высокие обороты, так как смесь не успевает догорать в цилиндрах, что приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л его объема, а значит, и к снижению удельной мощности на 1 кг массы двигателя. Дизельный двигатель не имеет дроссельной заслонки, регулирование его работы осуществляется нормированием количества впрыскиваемого топлива. Это приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах.
Явными недостатками дизельных двигателей являются:
✓ необходимость использования стартера большой мощности;
✓ помутнение и застывание дизельного топлива при низких температурах;
✓ сложность в ремонте топливной аппаратуры, так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с особой точностью.
Разборка двигателя
Разборку двигателя производят после снятия его с автомобиля. Затем отсоединяют сцепление и снимают ремень привода распределительного вала вместе с натяжным роликом и размещенной под ним дистанционной шайбой. Потом нужно отсоединить и снять шкив распределительного вала.
Для того чтобы снять крышку, нужно отвернуть три болта крепления водяного насоса, еще один болт и гайку, прикрепляющую заднюю крышку ремня привода распределительного вала. После этого можно отсоединить водяной насос, для чего его сначала поддевают отверткой, вставленной между фланцем корпуса насоса и блоком цилиндров, и немного сдвигают с места.
Затем снимают головку с блока цилиндров, масляный картер вместе с прокладкой и маслоприемник, для чего отворачивают соответствующие болты крепления.
При ослаблении болтов крепления маслоприемника и датчика уровня масла в масляном картере обращают внимание на то, что под ними установлены пружинные шайбы. Для того чтобы вынуть датчик из блока цилиндров, следует установить коленчатый вал в такое положение, при котором его противовес не мешает достать деталь.
Для снятия крышки шатуна нужно поворачивать коленчатый вал до тех пор, пока снимаемый поршень не окажется в нижней мертвой точке; после этого можно будет открутить и снять гайки крепления крышки детали. Если крышка не поднимается, по ней несколько раз несильно ударяют молотком. Если на крышке от времени стерся номер цилиндра, его переписывают с самой детали и прикрепляют к крышке.
После того как открыта крышка, шатун заталкивают внутрь цилиндра и вынимают его уже вместе с поршнем. Доставать деталь нужно предельно осторожно, не касаясь зеркала на внутренней поверхности цилиндров, чтобы не повредить его. Когда детали вынуты из цилиндра, их осматривают, чтобы проверить, сохранился ли номер на шатуне, который при необходимости наносят вновь.
В том случае, если нужно разъединить поршень с шатуном, на поршень тоже нужно нанести номер: в этом случае при сборке цилиндров детали не перепутаются. Остальные цилиндры двигателя снимаются аналогичным образом.
Затем нужно отсоединить маховик (см. соответствующие рекомендации в последующих разделах этой главы).
Потом от двигателя отсоединяют держатель заднего сальника коленчатого вала вместе с прокладкой и переходят к снятию шкива с коленчатого вала.
Внимательно следите за тем, чтобы не потерялась шпонка в пазу коленчатого вала, поскольку иногда она сидит недостаточно плотно, в этом случае ее лучше вынуть и отложить в сторону.
Затем вместе с прокладкой открепляется масляный насос, снимаются крышки коренных подшипников (для этого нужно открутить соответствующие крепежные болты) и коленчатый вал.
Для того чтобы осмотреть вкладыши крышек коренных подшипников, на средней опоре снимают упорные полукольца коленчатого вала. Вкладыши осматривают: если обнаружены следы износа или повреждения, детали заменяют новыми; если же нет, наносят маркировку, как они должны быть установлены относительно крышек и постелей при сборке.
В том случае, если при разборке двигателя требуется снять кронштейны генератора и опоры двигателя, после отсоединения соответствующих крепежных элементов нужно отсоединить подводящую трубу водяного насоса.
Для снятия поршневых колец лучше всего использовать специальный съемник. Если же его нет, можно снять кольца, разведя руками замки колец, но делать это надо очень аккуратно, чтобы не повредить детали. Затем с поршня снимают разжимную пружину маслосъемного кольца и стопорные кольца, которые закрепляют поршневой палец (обратите внимание на специальные выемки в бобышках поршня, которые предназначены исключительно для более удобного вытаскивания колец). После удаления колец можно снять поршень с шатуна, предварительно вытолкнув палец из поршня, достать вкладыши из самого шатуна и из крышки и внимательно осмотреть их (иногда вкладыши при снятии деталей остаются на коленчатом вале). Если вкладыши изношены или повреждены, их меняют на новые; если нет, то маркируют относительно шатунов и крышек (все маркировки производят только на нерабочей части вкладышей).
Замена изношенных деталей двигателя
Замена деталей уплотнения двигателя
При замене прокладки головки блока необходимо помнить, что она одноразовая, поэтому ее меняют на новую после каждого снятия блока деталей. В том случае, если в ходе осмотра мест крепления головки блока к блоку цилиндра обнаружится утечка моторного масла или охлаждающей жидкости, требуется снять головку, осмотреть целостность прокладки и заменить ее новой. Необходимо обратить внимание на деформацию головки блока. В том случае, если из-за сильного нагревания в процессе эксплуатации она покоробилась, деталь нужно заменить новой.
Замена изношенной прокладки крышки головки блока цилиндров
Для замены прокладки необходимо отсоединить провод от отрицательной клеммы на аккумуляторе, после чего перевести поршень первого цилиндра в положение верхней мертвой точки такта сжатия. Затем из системы сливают охлаждающую жидкость.
В том случае, если на автомобиле установлен впрысковой двигатель, а замена деталей производится после продолжительной работы двигателя во время поездки, необходимо дополнительно понизить давление в системе питания.
После отсоединения приемной трубы глушителя от выпускного коллектора открепляется и снимается термостат. Для того чтобы отсоединить колодку с проводами от датчика уровня масла в картере двигателя, необходимо снять гайку, которая крепит кронштейн к подводящей трубе водяного насоса, и повернуть 1—2 раза гайку, которая присоединяет деталь к выпускному коллектору. После того как крепление ослабло, следует отвести кронштейн в сторону.
На некоторых моделях ВАЗа необходимо дополнительно ослабить на 1—2 оборота гайку крепления поддерживающего кронштейна и отвернуть крепление, после чего отжать пластмассовую защелку и отсоединить белую колодку с проводами от датчика положения коленчатого вала.
Затем можно приступить к снятию с зубчатых шкивов и натяжного ролика ремня привода распределительного вала. Для того чтобы снять натяжной ролик, нужно отвести ремень в сторону.
Для снятия с распределительного вала зубчатого шкива нужно открутить соответствующий болт крепления детали (чтобы избежать проворачивания распределительного вала во время откручивания болта, зафиксируйте вал при помощи отвертки), после чего с помощью двух отверток снять деталь с вала. Внимательно следите за тем, чтобы при снятии не повредить сальник распределительного вала. На последнем этапе снимают крышку головки блока цилиндров и осматривают ее, при необходимости заменяют изношенные детали.
Снятие, проверка и установка маховика двигателя
Для проверки и замены маховика необходимо сначала отсоединить провод от отрицательной клеммы на аккумуляторе, снять коробку передач и сцепление, открутить все шесть крепежных болтов маховика (фиксируйте маховик от проворачивания при помощи отвертки) и вместе с последним болтом снять стопорную пластинку болтов. Для проверки маховик снимают с фланца коленчатого вала, осматривают зубья обода детали; в случае их сильного износа или повреждения маховик нужно заменить новым.
После проверки состояния зубьев переходят к осмотру поверхности прилегания ведомого диска сцепления и фланца коленчатого вала. В том случае, если на поверхностях имеются задиры и повреждения, маховик меняют на новый или отдают в специальные мастерские для проточки.
Замена деталей головки блока цилиндров
Сначала следует отсоединить головку блока цилиндров, рым и кронштейн подводящей трубы водяного насоса, сняв гайки крепления рыма и ослабив крепление гаек кронштейна. Развинтить винт крепления и снять держатель топливных трубок, отсоединить кронштейн, снять ресивер и кронштейн ресивера, затем отсоединить и снять впускную трубу и выпускной коллектор и осмотреть прокладки. Если последние сильно изношены, обжаты или повреждены, их необходимо заменить новыми.
Рым – металлическое кольцо на машинах и их частях, которым пользуются при их перемещении.
Затем нужно перевернуть головку блока цилиндров корпусами подшипников вверх, под саму головку подложить деревянные подставки, чтобы не повредить клапаны, открутить крепежные элементы и снять заднюю крышку головки блока.
Вывернув свечи зажигания, снять передний и задний корпуса подшипников распределительного вала, для чего отвернуть 10 гаек крепления и снять шайбы. Затем снять распределительный вал и сальник и вынуть толкатели клапанов.
Для того чтобы не перепутать толкатели при сборке и правильно поставить на прежнее место, их маркируют, распределительные шайбы по возможности оставляют в толкателях.
Камеры сгорания нужно очистить от нагара, проверить на отсутствие следов прогара, головку блока цилиндров внимательно осмотреть; если на ней замечены повреждения или трещины, нужно заменить деталь новой. Необходимо проверить плоскости головки блока на наличие заусенцев или небольших забоин, при необходимости зачистить поверхность.
Для того чтобы проверить герметичность головки, надо снять патрубок, поставить заглушку из плотного картона, залить керосин в каналы водяной рубашки и проверить, не понижается ли его уровень. В том случае, если керосин уходит, в головке есть трещины и ее нужно заменить.
При проверке опорных поверхностей под шейкой вала на головке блока и корпусах подшипников следует обратить внимание на отсутствие следов износа, задиров или повреждений, при необходимости головку блока и корпуса подшипников заменить новыми.
В ходе осмотра головки блока следует обязательно проверить герметичность клапанов, для чего в камеру сгорания залить керосин и выждать около 3 мин. Если керосин начинает просачиваться, требуется замена или притирка клапанов.
Для замены клапана под него помещают упор, устанавливают специальное приспособление для сжатия пружин клапанов и сжимают его, после чего отверткой поддевают и вынимают два сухаря, верхнюю тарелку и пружины клапана. Каждый клапан маркируют по номеру цилиндра, в котором он установлен, чтобы не перепутать при установке. Затем надо вытолкнуть клапаны из головки блока и пассатижами снять маслосъемные колпачки, после чего вынуть нижние тарелки пружин клапанов, счистить металлической щеткой нагар и осмотреть клапаны на отсутствие царапин и глубоких рисок на рабочей фаске, проверить, нет ли повреждений, трещин, деформации стержня клапана, не покороблены ли тарелки клапана, нет ли следов прогара. При обнаружении дефектов заменить клапаны новыми или отдать в специализированную мастерскую, где можно провести шлифовку рабочей фаски клапанов.
Концентрические следы приработки шайб с кулачками распределительного вала допускаются и не считаются дефектом.
Седла клапанов со следами износа или коррозии на рабочих фасках заменяют или шлифуют в специализированных мастерских.
Далее следует проверить наружную и внутреннюю пружины клапанов на отсутствие искривлений, дефектов или трещин. При потере пружинами упругости или при обнаружении других неисправностей надо заменить детали новыми.
Толкатели клапанов заменяют в случае обнаружения в ходе визуального осмотра задиров, царапин и других повреждений.
При проверке регулировочных шайб нужно обратить внимание на отсутствие на рабочих поверхностях задиров, выбоин, царапин, следов сильного износа. При обнаружении вышеуказанных дефектов шайбы нужно заменить новыми.
Для замены направляющей втулки ее выпрессовывают специальной оправкой со стороны камеры сгорания, после чего новую втулку смазывают моторным маслом, устанавливают в специальную оправку и запрессовывают со стороны распределительного вала, пока стопорное кольцо втулки не упрется в головку блока, после чего разворачивают отверстие во втулке с помощью развертки и устанавливают новый или старый клапан, притирают его к седлу, смазывают стержни моторным маслом и устанавливают в головку блока, вновь ставят нижние тарелки пружин клапанов, потом возвращают на место маслосъемные колпачки, распределительный вал и корпуса подшипников.
Если при осмотре распределительного вала на его шейках и кулачках обнаружены следы сильного износа, деформации, глубокие риски, вал заменяют новым.
Затем устанавливают прокладки, выпускной коллектор и впускную трубу; при этом под крепежными гайками, которые присоединяют одновременно впускную трубу и выпускной коллектор, должны находиться шайбы большего диаметра, чем под всеми остальными, а гайки крепления кронштейна устанавливают без шайб. После установки головки на блок цилиндров необходимо провести регулировку зазоров в приводе клапанов.
При установке маховика нужно обезжирить болты и резьбовые отверстия уайт-спиритом и нанести на резьбу специальный герметик, после чего установить на место маховик, следя за тем, чтобы отверстия на нем и фланце коленчатого вала приняли правильное асимметричное положение.
Поделиться книгой: