Това е образователна тема, целяща да запознае този форум с най-разпространеното и използвано средство за придвижване в света - автомобила.

Глава I : Двигател

**********

1. Двигател с вътрешно горене


Четиритактов двигател - работен процес по цикъла на Ото

Двигател с вътрешно горене

Двигател с вътрешно горене (ДВГ) е вид топлинен двигател, при който горивото се възпламенява и изгаря вътре в самия двигател. Получената от разширяването на горещите газове енергия се преобразува в механична, и използва за задвижване. Най-често обаче в практиката под „двигател с вътрешно горене“ се разбира „бутален двигател с вътрешно горене“.

При двигателите с външно горене, като парната машина и двигателя на Стърлинг, горивният процес става извън двигателя.

Видове

Бутален двигател с вътрешно горене - той работи, като изгаря въглеводороди или водородно гориво, които ускоряват бутало. Работят по 2 основни цикъла:
*Цикъл на Ото - горивото се запалва от искра;
*Цикъл на Дизел - горивото се самозапалва вследствие от висока температура и налягане;
Реактивен двигател - той работи, като горещите газове от изгарянето се ускоряват вътре в горивната камера и дюзата, и изтичат във вид на струя, пряко ускорявайки двигателя напред.
Газотурбинен двигател или газова турбина - като предния, но струята завърта валове с лопатки, подобни на тези при парната турбина, които отдават мощност.
Роторен / Ванкелов двигател с вътрешно горене - той работи, като изгаря въглеводороди или водородно гориво, които ускоряват ротор с триъгълна форма и планетарна предавка.

Реактивните двигатели, ракетите и газовите турбини са класифицирани като двигатели с вътрешно горене, но терминът "двигател с вътрешно горене" често е използван специфично за бутален двигател с вътрешно горене, при който работата е разделена на няколко цикъла, наречени 'тактове'.

Четиритактови двигатели


Схема на работата на четиритактов двигател

Схема на работата на четиритактов двигател.Действителните цикли на четиритактовите двигатели се осъществяват за четири такта или четири хода на буталото.

Първи такт - процес всмукване или пълнене. Този процес протича при движение на буталото от ГМТ (горна мъртва точка) до ДМТ (долна мъртва точка). Когато налягането на остатъчните газове в цилиндъра спадне значително, през всмукателния клапан, който се отваря с помощта на газоразпределителния механизъм, постъпва прясно работно вещество (горивна смес). Поради съпротивлението на пълнителната система налягането на работното вещество в цилиндъра в процеса на пълненето е по-малко от атмосферното налягане.

За да осигури максимално напълване на цилиндъра с прясно работно вещество,всмукателният клапан се отваря от 10 до 40 градуса преди ГМТ, т.е. с изпреварване, и се затваря от 20 до 70 градуса след ДМТ, т.е. със закъснение.

Втори такт - процес сгъстяване. Сгъстяването на работното вещество протича при движение на буталото от ДМТ до ГМТ след затварянето на всмукателния клапан. Тъй като надбуталното пространство намалява, налягането и температурата на работното вещество се повишават, в резултат на което в края на сгъстяването се създават благоприятни условия за възпламеняване и изгаряне на горивото. За тази цел началото на подаване на горивото (в дизеловите двигатели) или искра (в карбураторните двигатели) трябва да започне преди ГМТ, т.е. с определен ъгъл на изпреварване - от 10 до 35 градуса.

По такъв начин по време на втория такт в цилиндъра протича главно сгъстяване на работното вещество. Освен това в началото на такта продължава да постъпва в цилиндъра прясно работно вещество, а в края на същия такт започва процесът горене.

Трети такт - процес горене и разширение. Този процес протича при движение на буталото от ГМТ до ДМТ. В резултат на топлината, която се отделя при изгарянето на горивото, температурата и налягането на работното вещество се повишават значително. Под действието на високото налягане буталото се премества към ДМТ, а продуктите на горенето се разширяват, вследствие на което се получава полезна работа. Ето защо този ход на буталото се нарича работен ход.

Четвърти такт - процес изпускане. По време на този такт буталото се движи от ДМТ към ГМТ, като изтласква газовете от цилиндъра на двигателя през изпускателния клапан. За да се намали работата за изтласкване на газовете, а също и да се подобри очистването на цилиндъра, изпускателният клапан се отваря на около 40-70 градуса преди ДМТ. За подобряване очистването на цилиндъра от газовете същият клапан се затваря от 10 до 35 градуса след ГМТ.


Спортен двигател Мерцедес V6 произведен за Германските ДТМ серии

Двутактови двигатели

В двутактовите двигатели работният цикъл се извършва за два такта или за два хода на буталото, т.е. за едно завъртане на коляновия вал. За да се очисти цилиндърът по-добре от продуктите на горенето и да се запълни с прясно работно вещество, то предварително трябва да се сгъсти до определено налягане в специален агрегат (компресор) или в картера на двигателя.

Действителният цикъл на двутактовите двигатели се извършва по следния начин.

Първи такт Този такт се осъществява при движение на буталото от ГМТ (горна мъртва точка) до ДМТ (долна мъртва точка). През това време в цилиндъра се извършва изгаряне на горивото и разширение на продуктите на горенето, т.е. осъществява се работният ход на буталото. В края на разширението се отварят изпускателните отвори и започва свободно изтичане на газове от цилиндъра. Тогава, когато налягането в цилиндъра стане приблизително равно на налягането на прясното работно вещество, продухвателните отвори се отварят. Прясното работно вещество, което постъпва в цилиндъра през продухвателните отвори, изтласква продуктите на горенето през изпускателните органи и запълва цилиндъра. По такъв начин по време на първия такт в цилиндъра протичат процесите: горене, разширение, изпускане на газове, продухване и пълнене на цилиндъра с прясно работно вещество.

Втори такт Този такт се осъществява при движение на буталото от ДМТ до ГМТ. През това време продължава процесът на очистване на цилиндъра от продуктите на горенето и запълването му с прясно работно вещество. След затваряне на газообменните отвори протича процесът на сгъстяване на работното вещество. В края на сгъстяването преди ГМТ в цилиндъра се подава гориво (в дизеловите двигатели) или искра (в карбураторните двигатели).

Ясно е, че по време на вторият такт (при движение на буталото към ГМТ) в цилиндъра протичат процесите: изтичане на газове, продухване, пълнене, сгъстяване и начало на горенето.
*

1.1 Дизелов двигател

История


Стационарен едноцилиндров двигател на Дизел MAN- 12 hp, 1906


Патент издаден на Рудолф Дизел за изобретението му

Този вид ДВГ е изобретен от Рудолф Дизел в края на 19-ти век. Идеята за построяване на такъв двигател Дизел развил с теорията си за "рационален термичен двигател" през 1890 година, който да работи вследствие на силното компресиране на въздух и внасяне в цилиндъра на "идеалното гориво" - въглищен прах. За това е получил патент през 1893 година. Първоначалната идея на Р. Дизел двигателят да работи с въглищен прах се оказала неудачна, поради високата абразивност на горивото, трудното му внасяне в горивната камера на цилиндъра и бавното му изгаряне. Макар да са съществували идеи за построяването на подобен двигател и от други автори, само Дизел е успял да прозре високата ефективност на топлинния процес при самозапалване при висока компресия на въздуха в цилиндъра. След неуспеха с въглищния прах, през 1897 година, след дълги опити и многобройни неудачи, Дизел създава един експериментален масивен двигател работещ с течни горива. При тегло 5 тона, мощност 20 конски сили и 172 оборота в минута, двигателят е доказал по-висок КПД от съществуващите по това време двигатели. Освен работа с по-тежки течни горива, по-късно се възприема идеята за използване на растително (фъстъчено) масло като гориво. През 20-те години на ХХ век немския инженер Роберт Бош усъвършенства и вгражда горивна помпа за високо налягане при впръскване на горивото, която се използва и до днес. Това нововъведение променя първоначалната концепция за отделен въздушен компресор, както и позволява да се повишат значително работните обороти на двигателя, а с това да се разшири приложението му.

През 1936 година първия серийно произвеждан лек автомобил с дизелов двигател е Мерцедес Бенц 260D.

Дизеловите двигатели се налагат поради редица предимства като: КПД, по-високо от това на бензиновите двигатели, висока горивна икономичност и голям въртящ момент при ниска честота на въртене на коляновия вал, но са по-тежки и шумни от бензиновите (при еднаква ефективна мощност), а освен това, ако не са добре регулирани, отделят доста микро-частици сажди и дим. Основните си сфери на приложение дизеловите двигатели намират там, където е необходима голяма мощност и висока горивна икономичност.

Особености

Запалването на гориво-въздушната смес става не чрез подаване на електрическа искра в определен момент, както при бензиновия двигател, а чрез сгъстяване на постъпилия в цилиндъра атмосферен въздух и впръскване на гориво в определен момент преди буталото да достигне горна мъртва точка (Г.М.Т.). Като следствие от сгъстяването налягането се увеличава до 30-40 атмосфери, температурата на въздуха се повишава от 500 до 800 0C, което осигурява самовъзпламеняването на горивото. За осигуряване на горният режим на работа на двигателя, степента на сгъстяване при дизеловите двигатели е по-висока от тази на бензиновите и най-често е от 12,5 до 22.
Много икономично използване на подведената чрез горивото енергия. Поради точното дозиране на горивото от гориво-впръсквателната система, дизеловия двигател работи с по-евтино гориво и с 180 до 240 грама на конска сила на час. Само за сравнение горивната смес при бензиновия двигател се образува с 230 до 400 грама бензин за конска сила за един час работа на двигателя.
Конструкцията на дизеловия двигател позволява отдадената мощност да е по-висока от подобните топлосилови машини. За сравнение парната машина има коефициент на полезно действие (КПД) 12 %, бензиновия двигател - 24 %, а при дизеловия двигател КПД достига стойности от 32 до 35 %.
Поради особеностите на горивния процес, дизеловият двигател има значително по-масивни и здрави части - по-тежки са коляно-мотовилковия механизъм, лагерите, маховика, картера. Това влошава показателите на двигателя като намалява съотношението маса/единица мощност и увеличава цената му.

Работен процес

Има разработени дизелови двигатели, които работят с четиритактов и двутактов цикъл на действие.

Четиритактов дизелов двигател

За два оборота на коляновия вал, буталото извършва четири постъпателни движения, които се наричат тактове. Всяко едно движение на буталото е синхронизирано с други механизми в двигателя, с цел да се осъществи работния цикъл при точно определени условия.
I такт всмукване. От горна мъртва точка (ГМТ) буталото започва ход надолу в цилиндъра. Отваря се всмукателния клапан и цилиндърът на двигателя се изпълва с атмосферен въздух. За постигане на по-голяма мощност в някои двигатели запълването с въздух става принудително с турбокомпресор, т.е. въздушната маса в цилиндъра има по-високо налягане от обикновеното атмосферно налягане.
II такт сгъстяване. От долна мъртва точка (ДМТ) започва движение нагоре при затворен всмукателен клапан. Започва компресиране на въздуха в цилиндъра. Съпротивлението му се преодолява от инерцията на маховика на двигателя. При достигане на ГМТ налягането на компресирания въздух нараства до 30-40 атмосфери поради намаляване на първоначалния обем, достигащо до 22 пъти за някои дизелови двигатели. Температурата на въздуха в цилиндъра се повишава от 500 до 800 0C.
III такт разширение. Това е работният такт на двигателя. Горивонагнетателната помпа чрез дюзата в цилиндъра фино разпръсква дизелово гориво, което се самозапалва. Това се осъществява няколко градуса преди ГМТ. Процесът е лавинен и мигновен. С образуването на изгорели газове с много голямо налягане, рязко и мощно започва движението на буталото към ДМТ.
IV такт изпускане е последният от работният цикъл на двигателя. Движението на буталото е от ДМТ към ГМТ. Изпускателният клапан се отваря и изгорелите газове изтласкани от движението на буталото напускат цилиндъра. Изпускателният клапан ще се затвори преди да се отвори смукателния клапан за I такт на следващия работен цикъл.

Двутактов дизелов двигател


Двубутален двутактов дизелов двигател Юнкерс по опозитна схема

Двутактовият дизелов двигател се различава от четиритактовия, че четирите такта - запълване с въздух, компресиране, работен ход и изхвърляне на изгорелите газове се извършва за два хода на буталото или един оборот на коляновия вал. Функциите на газоразпределителен механизъм се изпълняват от движещото се бутало, "преливни канали" и всмукателните и изпускателни отвори в цилиндъра. При двутактовите дизелови двигатели се използва т. нар. клапанно-компресорна система, където в двигателната глава са поставени изпускателни клапани, а буталото при движението си отваря в ДМТ т. нар. всмукателни отвори за атмосферен въздух. За по-добро продухване и принудително пълнене на въздух с по-високо налягане се използва роторен нагнетател (т. нар. нагнетател на Рут) или пълнене чрез центробежен нагнетател, задвижван от газова турбина. Последната се задвижва от кинетичната енергия на изгорелите газове, като с това не се отнема от полезната мощност на двигателя. Като двутактови двигатели са реализирани и двигатели с две насрещно работещи бутала в един общ цилиндър по т. нар. опозитна схема (opposite piston engin). С такава конструкция са реализирани самолетния двигател на Junkers модел Jumo 205, танковите двигатели 4ТПА, 5ТД(Ф)(за Т-64) и др., в дизелови локомотиви. Характерно за тази конструкция е, че и двете бутала управляват всмукателни и изпускателни отвори.

Приложение
Двутактовият дизелов двигател се използва предимно за задвижване на тежки машини. Такива са танковите двигатели Т-64, Т-80, Т-84, двигателят Jumo 205 за бомбардировачите Юнкерс, двигателите ТЭ 3 и ТЭ 10 за дизелови локомотиви. При автомобилите двутактов дизелов мотор е използван от фирмата Круп- Германия в тежкотоварния камион Титан и в различните модели на камионите ЯАЗ, произвеждани в Русия. Двутактов дизелов двигател се използва в големите морски съдове при непосредствена връзка с гребния винт. Това, че всеки оборот на двигателя е работен, прави двигателя "гъвкав" и без редуктор може бързо да се форсира и увеличава оборотите си при необходимост. Такива двигатели се строят с мощност до 100 000 hp.

За задвижването на неголеми генератори за електрически ток или други стационарни задвижвания се използват предимно дизелови двигатели, поради ниския разход на гориво и тяхната работна дълговечност. Четиритактови дизелови двигатели се вграждат в тежкотоварни и лекотоварни камиони и трактори, а в последните 40 години всички големи производители на леки автомобили вграждат в моделите си и гама дизелови двигатели.

Използвано гориво
Дизеловите двигатели работят с по-тежко гориво от бензиновите - то е съставено от по-тежките фракции, получени при преработката на петрола. Дизеловото гориво се състои главно от парафини - наситени въглеводороди с формула CnH2n+2, при n>20 (до 75%) и циклични въглеводороди. Способността на дизеловото гориво да се възпламенява в двигателя се измерва по скала с мерна единица т.нар. цетаново число. Като еталон за висока възпламенимост се приема веществото цетан (хексадекан C16H34), на което се дава цетаново число 100, а за най-ниска се приема възпламенимостта на нафталина (0). Дизеловите двигатели са пригодени да работят с гориво, чието цетаново число е около 40-50.

Освен с нафта, дизеловите двигатели могат да работят и с олио. Също като нафтата, то е въглеводород, но има преимуществото да не съдържа тежки метали и сяра и е по-евтино. При правилно използване, олиото гори по-добре от нафтата и е по-екологично гориво. За гориво може да се ползва както ново рапично или слънчогледово олио, така и използвано олио от ресторантите.

1.2 Бензинов двигател

Първият патентован двигател с вътрешно горене в историята е двигателят, конструиран от немския инженер Ото през 1876г. Неговият двигател използва като гориво бензин. КПД на двигателя е около 25%. Той се нарича четиритактов, защото неговият цикъл се осъществява в четири такта
Ако надникнeте под капака на съвременна лека кола, най- вероятно е да видите именно този двигател. Той се състои от няколко цилиндъра, а във всеки цилиндър се движи бутало. Буталата са свързани с общ колянов вал, преобразуващ тяхното възвратно-постъпателно движение във въртеливо движение. След всеки четири такта на буталото термодинамичните процеси в двигаеля се повтарят, ето защо двигателят на Ото е четиритактов.
Бензиновите двигатели с вътрешно горене са компактни, те имат малка маса на единица мощност и сравнително висок КПД, както казахме вече, то е около 25%. За съжаление те работят със скъпо гориво, а изхвърлените газове замърсяват атмосферата.

Механизъм и системи

Четиритактовият бензинов двигател се състои от два механизма (коляно-мотовилков и газоразпределителен) и от четири уредби (охладителна, мазилна, горивна и запалителна).

1. Коляно-мотовилков механизъм - служи за възприемане налягането на газовете в цилиндъра и преобразуване на възвратно-постъпателно движение на буталото във въртеливо движение на коляновия вал.


Коляно-мотовилков механизъм



Състои се от : цилиндров блок, цилиндър, бутало, мотовилка, колянов вал с маховик и картер.

2. Газоразпределителен механизъм - осигурява напълването на цилиндъра с горивовъздушна смес и опразването му чрез своевременно отваряне и затваряне на всмукателния и изпускателния клапан.


Газоразпределителен механизъм



Състои се от : клапани, пружини (затварящи клапаните), кобилици или плунжери, разпределителен вал и задвижващата го част - верига или назъбен ремък, чрез който получава движението си от коляновия вал.

3. Горивна уредба - служи за приготвяне на горивовъздушната смес - в бензиновите двигатели и подаването и към цилиндрите или за вкарване в тях поотделно на въздух и гориво - при дизелите. Състои се от :резервоар за горивото, горивопроводи, филтри за гориво и въздух, подкачващи помпи, карбуратор или дюзи (инжекциони) - при бензиновите ДВГ, горивонагнетателна помпа и дюзи при дизелите.

Пълнене под налягане - турбо.


Турбо



За повишаване на литровата мощност на ДВГ(без да се изменя обема му) се използва метод с вкарване на въздух под налягане в цилиндрите по време на такта всмукване . За целта се употребява газотурбинен компресор - "турбокомпресор", който се задвижва от налягането, с което излизат отработените газове през изпускателаната тръба. Турбокомпресорът е с малко тегло и обем. В един корпус от една страна се намира турбината, задвижвана от газовете, а от другата е монтирана турбината на компресора - помпено колело. При въртенето си помпеното колело засмуква въздух през филтъра и под невисоко налягане го нагнетява в смукателния колектор. С това мощността на двигателя се увеличава с 20 - 40%. Турбокомпресорът не работи постоянно, а само когато се изисква повишена мощност на двигателя. За целта изпускателната тръба е снабдена с клапа, даваща възможност на изгорелите газове или направо да излизат в атмосферата, или да минават през турбината. Тази клапа се отваря при по-силно натискане педала на газта.Турбокомпресорите намират по-голямо приложение при дизеловите двигатели-TD (турбо дизел).





Инжекционни системи при бензиновите двигатели

В настоящо време инжекционните системи практически изместиха карбураторите в горивната уредба на бензиновите двигатели. Инжекционните системи позволяват в много по-голяма степен да се оптимизира процеса на горене за всеки режим на работа на двигателя чрез точно дозиране на горивото в засмуквания от буталата въздух.С това се постига по-голяма мощност и икономия на гориво.За разлика от карбураторните двигатели, при които горивото от карбуратора попада в преминаващия през него ( и постъпващ в цилиндрите) въздух вследствие създадения вакуум, при инжекционните то се впръсква при невисоко налягане във въздуха от дюзи, монтирани в смукателния колектор.Инжекционните системи са два вида : с централно (едноточково) впръскване или т. нар. моноинжекция; с многоточково впръскване или т. нар. пълен инжекцион.
---Система за централно(едноточково) впръскване.
Горивото попада в засмуквания от буталата въздух, като се впръсква при ниско налягане през една дюза - монтирана над всмукателния колектор(на мястото на карбуратора). Дюзата е от електромагнитен тип. Електромагнитът, отварящ и затварящ отворите за впръскване, получава командите(ел. импулси) от електронен блок за управление (ЕБУ) или използваната в световен мащаб абревиатура ECU. Горивото се впръсква прекъснато(на части). При натоварване на двигателя, т. е. при натискане педала на газта, се увеличава продължителността на фазите на впръскване. С това се увеличава количеството впръснато гориво за единица време, т.е. сместа се обогатява.Както и при карбураторните двигатели, с педала на газта водачът отваря и затваря дроселовата калапа, намираща се непосредствено под дюзата.На оста на капака е монтиран датчик, който подава сигнали на ЕБУ.
---Система за многоточково впръскване(пълен инжекцион).
При тази инжекционна система за всеки цилиндър има отделна дюза, монтирана в смукателната тръба пред съответния всмукателен клапан. Работата на дюзите се оправляват от ЕБУ също както при моноинжекцията.
ЕБУ представлява цифров микрокомпютър, в който са въведени данни за продължителност на впръскването, съобразно определен брой положения на дроселовата клапа. и честотата на въртене на коляновия вал на двигателя. Освен това той получава информация от определен брой датчици и на базата на заложената програма извършва корекции в продължителността на импулсите на впръскване.В инжекционните системи ЕБУ управлява и системата на запалването, който е електронен тип, като осигурява подаването на искра точно в определен момент, преди буталото да е достигнало ГМТ. Този момент (ъгъл на изпреварване на запалването) зависи от оборотите и режима на работа на двигателя.

Системи за впръскване при дизелите

---Система HDI common rail (обща рама) - Горивото се подава от нагнетената помпа под налягане от 200 до 1350 бара, според режима на двигателя, в обща рама (както при бензиновите инжекжиони), захранваща всички дюзи. Дюзите са електронен тип и се управляват от компютър. Той отчита от съответните датчици оборотите на двигателя и температурата на входящия въздух, температурата на охладителната течност, скоростта на автомобила, както и положението на педала на газта, съединителя и спирачката. Конфигурацията на система "common rail", наподобява на системата "пълна инжекция" при бензиновите двигатели, само че тук дюзите впръскват дизеливото гориво директно в камерите при 1000 пъти по-голямо налягане.
---Система "помпа-дюза" (Pumpe-Duse)
При тази система няма отделна горивнонагнетателна помпа, а самите дюзи са изпълнени и като помпи. До тях достига горивото от подкачваща помпа на резервоара. "Помпа-дюзите" се намират непосредствено до разпределителния вал, който ги задвижва, като налягането се упражнява директно върху всяка от тях чрез лостчета, опиращи се на гърбиците на вала. Регулирането на налягането във всяка дюза се управлява от електромагнит, контролиран от управляващ електронен блок на впръскването, с което се осигурява оптимална дозировка на подаването на гориво. Налягането на впръскването достига 2050 бара. Датчиците, подаващи информация на компютъра, са аналогични с тези на HDI.

4.Запалителна уредба - служи за възпламеняване на сгъстената горивовъздушна смес в точно определен момент. Такава уредба имат само бензиновите ДВГ. Основните части са : генератор на ток, индукционна бобина, прекъсвач - разпределител (механичен или електронен), електроно управляващо устройство (при инжекционите), запалителни свещи и проводници.


Автомобилна свещ






5. Охладителна уредба - служи за охлаждане на топлинно най-силно натоварените части на ДВГ - цилиндрова глава, цилиндров блок и бутало, чрез принудителна циркулация на охлаждаща течност. Състой се от : водна риза (кухини в блока и главата, през които минава течността), радиатор, вентилатор, водна помпа (центробежен тип), термостат (регулатор на циркулиращата течност, респективно на температурата).

6. Мазителнa уредба - служи за подаване на масло към триещите се части на двигателя. Състои се от : резервоар (картера на двигателя), маслена помпа, маслопроводи, филтър и в някои случаи - радиатор за охлаждане на маслото.

7.Пускова уредба - служи за пускане на двигателя в действие. Състои се от : акумулатор и пусков електромотор (задвижващ коляновия вал чрез маховика).


Автомобилен акумулатор






Акумулаторната батерия служи за снабдяване на автомобила с електричен ток.Тя е изградена от 6 отделни акумулаторни батерии, свързани последователно по между си(I=const, R=R1+R2+R3+…R6) с ЕДН(електро движещо напрежение)=2V или общо 12V(Е=Е1+Е2+Е3+...Е6, Е=6.2V=12V)Акумулаторът представлява електрохимичен вторичен източник на ток, т.е. използва се за преобразуване на енергията на химичните реакции в електрическа сила.Явлението, при което ел.ток протича през електролит и при което върху електродите се отделя вещество, се нарича електролиза.Вследствие на това явление настъпва поляризация на електродите и се създава електродвижеща сила, т.е.източник на ток.Отношението между електричната енергия получена при уравнението U1.I1.t1 към енергията изразходвана за пълненето му U2.I2.t2 се нарича КПД на акумулатор за оловния акумулатор КПД=80%.

Принципът на действие на генератора се обяснява чрез явлението - електромагнитна индукция (при промяна на магнитното поле в един затворен проводников контур протича ток - това се нарича индукция). Големината на индуцирането в затворен проводников контур ЕДН е равна на скоростта, с която се изменя магнитния поток през повърхността, заградена от проводника. Това се изразява чрез закона на Фарадей:
където Е - индуцирана ЕДН, Ф - изменението на магнитния поток, а t - времето за промяна магнитния поток.
При пускане на двигателя в ход и при ниска честота на въртене възбудителната намотка се захранва от акумулаторната батерия с постоянен ток. Около нея се създава магнитно поле. Когато това напрежение превиши напрежението на акумулаторната батерия, възбудителната намотка започва да се захранва с ток от генератора.
Оерстед експериментално доказва, че проводник, по който тече електричен ток, е източник на магнитно поле и това поле се простира в пространството и действа с магнитна сила.
Силата, с която полето действа на токов елемент (I l ),( където I е големината на тока, а l - дължината на проводника) е max. когато токът тече в посока перпердикулярна на индукционните линии (индукционни линии - онагледяват магнитното поле, показват посоката на магнитната индукция B).
Магнитната индукция B е характеристика на дадена точка от магнитното поле и числено е равна на : Посоката се определя от посоката, в която се ориентира магнитната стрелка внесена в точка



Действие на четиритактовия двигател



Действителните цикли на четиритактовите двигатели се осъществяват за четири такта или четири хода на буталото.

Първи такт - процес всмукване или пълнене. Този процес протича при движение на буталото от ГМТ (горна мъртва точка) до ДМТ (долна мъртва точка). Когато налягането на остатъчните газове в цилиндъра спадне значително, през всмукателния клапан, който се отваря с помощта на газоразпределителния механизъм, постъпва прясно работно вещество (горивна смес). Поради съпротивлението на пълнителната система налягането на работното вещество в цилиндъра в процеса на пълненето е по-малко от атмосферното налягане.

За да осигури максимално напълване на цилиндъра с прясно работно вещество,всмукателният клапан се отваря от 10 до 40 градуса преди ГМТ, т.е. с изпреварване, и се затваря от 20 до 70 градуса след ДМТ, т.е. със закъснение.

Втори такт - процес сгъстяване. Сгъстяването на работното вещество протича при движение на буталото от ДМТ до ГМТ след затварянето на всмукателния клапан. Тъй като надбуталното пространство намалява, налягането и температурата на работното вещество се повишават, в резултат на което в края на сгъстяването се създават благоприятни условия за възпламеняване и изгаряне на горивото. За тази цел началото на подаване на горивото (в дизеловите двигатели) или искра (в карбураторните двигатели) трябва да започне преди ГМТ, т.е. с определен ъгъл на изпреварване - от 10 до 35 градуса.

По такъв начин по време на втория такт в цилиндъра протича главно сгъстяване на работното вещество. Освен това в началото на такта продължава да постъпва в цилиндъра прясно работно вещество, а в края на същия такт започва процесът горене.

Трети такт - процес горене и разширение. Този процес протича при движение на буталото от ГМТ до ДМТ. В резултат на топлината, която се отделя при изгарянето на горивото, температурата и налягането на работното вещество се повишават значително. Под действието на високото налягане буталото се премества към ДМТ, а продуктите на горенето се разширяват, вследствие на което се получава полезна работа. Ето защо този ход на буталото се нарича работен ход.

Четвърти такт - процес изпускане. По време на този такт буталото се движи от ДМТ към ГМТ, като изтласква газовете от цилиндъра на двигателя през изпускателния клапан. За да се намали работата за изтласкване на газовете, а също и да се подобри очистването на цилиндъра, изпускателният клапан се отваря на около 40-70 градуса преди ДМТ. За подобряване очистването на цилиндъра от газовете същият клапан се затваря от 10 до 35 градуса след ГМТ..


Принцип на работа


Двигателят се състои от следните основни части:
1. Цилиндър
2. Бутало с мотовилка
3. Колянов вал с маховик ( масивен метален диск )
4. Клапани - всмукателни и изпускателни ( по два или четири на цилиндър )
5. Разпределителен вал - получава движение от коляновия вал ( двата вала се въртят синхронно )
Буталото е съединено шарнирно посредством буталния болт с мотовилка, а тя е съединена също шарнирно с коляновия вал. При работа на двигателя мотовилката слиза надолу заедно с буталото и същевременно се отклонява от оста на цилиндъра на известен ъгъл, като превърта коляновия вал. По този начин праволинейното движение на буталото се превръща във въртеливо движение на коляновия вал. При това буталото променя своята посока на движение ту надолу, ту нагоре. Това праволинейно движение на буталото с променяща се посока се нарича праволинейно-възвратно движение. Крайните положения на буталото, при които то се намира най-далече или най-близо до коляновия вал и в които посоката на движението му се променя, се наричат горна и долна мъртва точка (съкратено ГМТ и ДМТ ).
Пътят, който изминава буталото, движейки се от една мъртва точка до друга, се нарича ход на буталото.
Обемат над буталото, когато то се намира в ГМТ, се нарича обем на камерата на горенето. Това е минималния обем над буталото. При движението си от ГМТ до ДМТ буталото освобождава обем, който се нарича работен обем на цилиндъра. Работният обем на цилиндъра и обемът на камерата на горене взети заедно, образуват пълния обем на цилиндъра. Това е максималния обем над буталото, който се получава, когато буталото е в ДМТ. Отношението между пълния работен обем на цилиндъра и обема на камерата на горенето се нарича степен на сгъстяване. Колкото по-голяма е степента на сгъстяването, толкова по-мощен е двигателят и толкова по-малко гориво изразходва.
Автомобилните двигатели са обикновено многоцилиндрови. Сборът от работните обеми на всички цилиндри на даден двигател се нарича работен обем на двигателя или литраж. Измерва се в кубически сантиметри или литри. Например всеки е виждал на някоя кола да пише 1.6 ; 1.8 ; 2.0 и т.н. . Това всъщност показва колко литра е работния обем на двигателя.
Работата, която се извършва за единица време ( 1 сек. ) се нарича мощност. Мощността се измерва в киловати ( kW ). Много често се употребява старата единица за мощност - конска сила ( к.с. ).




Преобразуването на енергия (от топлинна в механична ) става при протичането на редица процеси, повтарящи се постоянно във всеки един от цилиндрите. При работата на двигателя пълненето на цилиндъра с горивна смес започва в началото на движението на буталото ГМТ към ДМТ при отварящ се всмукателен клапан. Отработилите газове, останали в цилиндара от предния цикъл, се разграждат и тяхното налягане става по-ниско от атмосферното; създава се подналягане (вакуум), поради което в цилиндъра навлиза с голяма скорост горивната смес, която се образува в карбуратора. Горивната смес се състои от вуздух и бензинови пари и дребни неизпарили се още капчици бензин.
Пълненето на цилиндъра продължава малко след достигана на буталото в ДМТ и връщането му обратно към ГМТ. В този момент всмукателният клапан се затваря и постъпването на горивна смес се прекратява. Постъпилата горивна смес се смесва с отработените газове и образува с тях работна снес. Този процес се нарича такт на пълненето или още всмукване.
Бyталото продължава да се движи от ГМТ към ДМТ, всмукателният и изпускателният клапан са затворени, работната смес се сгъстява и увеличава темтературата си. Неизпарилите се напълно капчици бензин се изпаряват окончателно и бензиновите пари се размесват още по-добре с въздуха. Този такт се нарича сгъстяване. В края на сгъстяването, когато буталото се намира в ГМТ, обемът на работната смес се намалява толкова пъти, колкото е степента на сгъстяване (от 8-9 и повече пъти), налягането се повишава от 10-15 и повече пъти, а температурата достига 427- 527 градуса, като се доближава до темтературата на възпламеняване на работната смес.
Малко преди буталото да достигне ГМТ, се получава искра от запалителната свещ, от която работната смес се възпламенява и изгаря за много кратко време - около 3 хилядни от секундата. Температурата на горящите газове достига до 2230 - 2580 градуса, а налягането до 40.105 + 60.105 Pa (паскала). Газовете се разширяват и действат върху буталото, извършвайки механична работа. Под действието на това налягане буталото се придвижва към ДМТ и, посредством мотовилката, върти коляновия вал. Ето защо този процес се нарича работен такт. При изгаряне на горивото газа се разширява и извършва работа,а процеса е изобарен. Работата извършвана от газа A' се определя по формулата: А'=p(V2-V1), където p- налягането на газа; V1 ; V2 - началният и крайният обем, заемани от газа. Малко преди буталото да достигне ДМТ, изпускателният клапан се отваря и отработилите газове, поради по-голямото налягане, което имат спрямо атмосферното, с голяма скорост излизат навън от цилиндъра. След като буталото достигне ДМТ и започне да се движи обратно към ГМТ, то изтласква останалите отработили газове навън от цилиндъра. Цилиндърът не може да се изчисти напълно от отработилите газове. Част от тях остават в обема на камерата на горенето. Този процес, който продължава докато буталото достигне ГМТ, се нарича такт на изпускане. След това буталото пак се движи от ГМТ към ДМТ, засмуква горивна смес и действието се повтаря.
За да преобразува топлинната енергия, освободена при изгарянето на гориво в цилиндъра, в механична работа, трябва да се извършат горните четири процеса, които образуват работния цикъл на двигателя. Работните цикли следват непрекъснато един след друг. Процесът, който се извършва за един ход на буталото, се нарича такт, което ще рече, че за половин завъртане(оборот) на коляновия вал, целия работен цикъл се извършва за две завъртания на коляновия вал.

1.3 Ванкелов двигател



През 1954 година Феликс Ванкел /Felix Wankel/ открива, че при въртенето на един триъгълен ротор или т.н. триъгълно бутало, в един наподобяващ по своята вътрешна форма осем-образен (епитрохоидна форма) протича един четиритактов работен процес. Това е причина още през същата година да се проектира един ротационно-бутален двигател, който след решаването на някои проблеми на 1 февруари 1957 при стендово изпитание доказва своето право на живот. При първото изпълнение картерът, имайки осем образно вътрешно пространство, се върти ексцентрично около своята ос бутало, чрез което отделните камери между ръбовете на ротора и формата на вътрешното пространство изменят непрекъснато своят обем. Тъй като технологически един неподвижен картер е по изгоден, чрез конструктивно изменение от въртящия се бутален двигател се създава съвременния вариант. Принципът остава неизменен, но сега въртящото се бутало се върти в неподвижния картер и освен около собствената си ос то се върти ексцентрично около геометричната ос на епитрохоидния картер. Това допълнително ексцентрично кръгово движение към ротационното дава на двигателя ново име ротационно-бутален двигател. Двата обаче, стария ротрационен двигател с въртящт се картер и новия ротационно-бутален двигател, се вклчват в по-широкото понятие роторни двигатели. Ротационно буталния двигател представлява истински четиритактов двигател с четирите такта: всмукване,сгъстяване,изгаряне и изпускане. Само че при него за разлика от ходово-буталния двигател едновременно протичат три от тези тактове.
Както се вижда на снимката възвратно-постъпателните маси на коляно-мотовилковия механизъм са изчезнали, както и технически сложните части на газоразпределението: разпределителен вал,клапани, повдигачи, повдигателни прътове, кобилици, клапанни пружини и задвижващия механизъм за разпределителния вал. Един ротационно-бутален двигател в следствие на това е значително по-лек и по-малък, отколкото ходово-буталния двигател със същата мощност. Възвратно-постъпателно движещете се маси отпадат и с това се решава от самосебе си проблема за уревновесяване на масата. По отношение на качеството на горивото и октановото число грижите са също по-малки, тъй като двигателят не притежава никакви "топлинни гнезда", каквито са горещите изпускателни клапани при ходово-буталния двигател, които биха могли да предизвиката чукане в двигателя чрез предварителното възпламеняване на горивото. На фигурата се показани отделните фази на ротационния процес.



I такт: Първата камера на двигателя се увеличава и всмуква гориво-въздушна смес.
II такт: Същата камера чрез въртенето на буталото сега изтласква засмуканата смес към горивното пространство. Поради ексцентричното движание на буталото камера се намалява по обем и с това сгъстява сместа.
III такт: Искрата от свеща възпламенява сгъстената смес. Силата на изгаряшите газове тласка буталото по-нататък в неговото кръгово движение, което отговаря на работния такт.
IV такт: Накрая буталото със своя ръб отваря изпускателното прозорче (изрез) на изпускателния канал и изтласква изгорелите газове през изпускателната система навън.
Както при ходово-буталния двигател максималния ходов обем (работен обем) представлява една важна сравнителна величина. Такава при ротационно-буталния дигател е най-големия обем на горивната камера. Еднокамерни ротационно-бутални двигатели са достигали около 500 куб. см. обем на горивната камера, също са конструирани и така наречените многокамерни двигатели, известни още като многодискови дигатели.
Интерсно:
Ако един еднокамерен респ. еднодисков двигател притежава динамичните качества почти на един шестцилиндров двигател то дисковия двигател отговаря на един осем цилиндров двигател, а два пъти по 500 куб. см камерен обем води до мощност 120 конски сили - едно респектиращо постижение

**Източник на информацията и картинките за Ванкелов двигател: http://dvigateli.info/future.php **
източници: Интернет

следва продължение

Автомобилен акумулатор




Автомобилен акумулатор е тип акумулатор, доставящ електрическа енергия в автомобила. Изработен е през 1859 г. от френския физик Гастон Планте. Макар че се е променил от гледна точка на конструкция, акумулаторът който ние използваме днес в автомобилите е изработен от последователно свързани 2 волтови елемента, всеки от които е абсолютно подобен на елемента на Гастон Планте.

Той може да бъде Стартерен, доставящ електричество до стартера, светлините и запалителната система на двигателя, или Тягов - използван като основен източник на енергия в електромобила.

Автомобилните акумулатори са най-често оловно-киселинни акумулатори, осигуряващи напрежение от 12-волта (по-точно 12.6 волта). За тази цел те съдържат шест клетки, свързани последователно, всяка от които има номинално напрежение от 2 до 2.1 волта. Както и другите акумулатори от този тип, той е направен от електроди, съдържащи олово и оловен диоксид. Тези пластини са потопени в електролит, съставен от приблизително 35% сярна киселина и 65% дестилирана вода. Вследствие на протичащата електрохимична реакция химическата енергия се превръща в електрическа. При разреждането на акумулатора материалът на електродите реагира с киселината от електролита, превръщайки се и в двата случая в оловен сулфат. Когато акумулаторът се зарежда, протича обратната реакция. Оловният сулфат се превръща съответно в олово и оловен диоксид, възстановявайки електродите до началното им състояние.

Тъй като оловният диоксид и оловният сулфат са кристални порьозни вещества те са поставени в метална решетка за по-добра механична устойчивост. Към електродния материал се добавят различни вещества - калций, кадмий или стронций за промяна на плътността, твърдостта или порьозносттата. Това позволява по-лесното производство на електродите.

Видове


Автомобилните акумулатори намират различно приложение:

Стартерният тип дава по-голям ток, обикновено за стартиране на двигател. Те обикновено имат повече електроди и оттук по-голяма площ, която позволява отдаването на по-голям максимален ток . Стартерният акумулатор съдържа повече антимон, калций, кадмий. Наличието на такива елементи подобряват експлоатационните им качества. Напоследък се работи върху безантимонови акумулаторни батерии.
Тяговите батерии са предназначени за постоянно подаване на ток за дълъг период от време например в електрокар или друго транспортно средство, задвижвано от електрическа енергия. Те могат да се използват за временно съхраняване на енергията от вятърна турбина. Техните пластини са по-дебели за по-голям капацитет и позволяват повече цикли на разреждане/зареждане.

Има и акумулатори с двойно предназначение (стартерни и тягови).

Използване и поддръжка


Ниво на електролита

По-голямата част от акумулаторите, произвеждани по нова технология, нямат нужда от поддръжка и от обслужване /доливане с дестилирана вода/. Ако акумулаторът има лесно отварящи се запушалки, то е необходимо периодично /ежемесечно, а при по-старите батерии дори и ежеседмично/ да се следи нивото на електролита в определените граници и при нужда да се коригирано. В този случай запушалките се махат и се долива дестилирана вода в границите от 10 до 15 mm над горната повърхност на плочите.

Вода от чешмата или дъждовна вода не трябва да се използват никога (проверено и доказано)! Те съдържат минерали, които водят до корозия на електродите и намаляват капацитета на акумулатора.

Зареждане и разреждане

При натоварване или при стоене с времето акумулаторът се разрежда вследствие на електрохимичната реакция, при което се изразходват оловото и оловният диоксид и се получава оловен сулфат (т.нар. сулфатиране). Образуваният оловен сулфат е под формата на фини бели кристали с много голяма повърхност. При дълго стоене в разредено състояние или при много дълбоко разреждане кристалите се срастват и се образуват по-едри кристали с много по-малка повърхност. В този случай акумулаторът губи голяма част от капацитета си защото само една част от едрите кристали може да се превърне обратно в олово/оловен диоксид. Поради намалената повърхност се редуцира значително и максималният ток който може да се отдаде при стартиране на автомобила.

За да не се допусне това неизползваните акумулатори трябва да се зареждат периодично със зарядно устройство. При нормална работа на алтернатора (генератора) в автомобила зарядът загубен при стартирането на двигателя се възстановява и акумулатора се зарежда. При често пътуване на къси разстояния и при наличието на много електрически консуматори (климатик, вентилатори, осветление) обаче акумулаторът не може да се зареди нацяло.

При поставянето на нов акумулатор или зареждането на разреден акумулатор, се прилагат няколко метода. Най-щадящият от тях се нарича продължително зареждане. Другите са бавно и ускорено зареждане, като вторият е най-вреден за акумулатора. Напрежението при зареждане трябва да е по ниско от около 14,4 волта, в противен случай в акумулатора се образуват водород и кислород вследствие електролиза на водата.

Зареждането както и разреждането зависят от редица фактори като: началното състояние, до какво крайно състояние се разрежда, възрастта, капацитета, товара, темепературата и др. За напълно зареден акумулатор максималното време на работа се получава като капацитета в амперчаса (A·h или Ah) се раздели на протичащия ток в ампери (A). Например нов акумулатор с капацитет 72 Ah при товар от 10 A трябва да издържи 7,2 часа до пълно разреждане. Когато акумулаторът остарее, капацитетът му намалява поради частично сулфатиране на електродите. При ниски температури максималният ток който може да протече е много нисък и не е достатъчен за стартиране на автомобила.

Монтиране на акумулатора в автомобила

В повечето автомобили за маса се използва купето на автомобила, като минусът на акумулатора се свързва към купето. В миналото имаше автомобили, в които плюсът на акумулатора е свързан към купето, но те корозират повече. Към зареждането трябва да се подходи с внимание, тъй като електролитът е сярна киселина и може да нанесе опасни поражения на човешката кожа.

При изваждането на акумулатора минусът трябва да се махне първо, а след това и плюсът. Това няма да позволи създаването на късо съединение от ключа, докосващ част от купето, при положение че първо се маха кабелът от плюса. При поставянето му се действа в обратния ред.


Опасности

При неправилно зареждане (напрежение > 14,4V или презареждане) в акумулатора може да се образуват газове (водород и кислород). При това налягането в клетките се повишава, което води до спукване на акумулатора и/или загуба на електролит. Водородът и кислородът могат да реагират експлозивно един с друг при наличието на искра, което води до разрушаване на акумулатора. Електролитът съдържа сярна киселина и е опасен, тъй като разяжда кожа, тъкани и др. и причинява корозия на металите.


Терминология

Амперчас (A·h) дава представа за електрическия заряд, който акумулаторът е способен да съхрани и след това отдаде.
Стартерен ток (CA), е токът, който акумулаторът може да отдаде за 30 секунди при 0 °C като запази 1.2 волта/клетка (7.2 волта за 12 волтов акумулатор).
Стартерен ток на студено (CCA) е токът, който акумулаторът може да отдаде за 30 секунди при -18 °C като запази 1.2 волта/клетка (7.2 волта за 12 волтов акумулатор).
Стартерен ток на топло (HCA) е токът, който акумулаторът може да отдаде за 30 секунди при 26.7 °C като запази 1.2 волта/клетка (7.2 волта за 12 волтов акумулатор).
Закон на Пюкерт обяснява, че капацитетът на акумулатора варира в съответствие със скоростта на разряд. Акумулатор, разреждащ се по-бързо, отдава по-малко ампер-часа, отколкото същия, разреждан по-бавно.
Ареометърът измерва плътността на електролита и дава информация за разреждането на акумулатора. Ниски стойности означават, че акумулаторът е разреден.
Волтметърът служи за измерване на напрежението на акумулатора. Напрежението се измерва при изключен двигател и дава приблизителна оценка на степента на разреждане:

Напрежение * Плътност * ~ Заряд
12.65 V * 1.265 g/cm3 * 100 %
12.45 V * 1.225 g/cm3 * 75 %
12.24 V * 1.190 g/cm3 * 50 %
12.06 V * 1.155 g/cm3 * 25 %
11.89 V * 1.120 g/cm3 * 0 %


Нови видове

С развитието на технологията нови видове акумулатори намират приложение в автомобила. Двигател на прогреса са т.н. "хибридни автомобили", използващи електрически двигател и двигател с вътрешно горене. За подаване на енергия към електрическия двигател в автомобила се поставят тягови акумулатори или водородни клетки. Видове акумулатори:

NiMH - никел-металхидридни
LiION - литиево-йонни










Алтернатор





Алтернаторът е електромеханично устройство, което преобразува механичната енергия в електрическа под формата на променлив ток. Повечето алтернатори използват въртящо се магнитно поле, но в някои случаи се използват и линеини алтернатори.


История

Системи за генериране на променлив ток са познати още от откриването на електромагнитната индукция. Ранните машини са били направени от пионери като Майкъл Фарадей.

Лорд Келвин и Себастиян Феранти също са правили ранни алтернатори, работещи на честоти между 100 и 300 херца. През 1891г. Никола Тесла патентова практически високочестотен алтернатор, който работи на около 15 килохерца, честота. След 1891г. започват да се произвеждат многофазни алтернатори, за да осигуряват многофазен ток. Произвеждат се и алтернатори с регулируема честота между 16 и 100 херца за използване при осветителни тела и електрически мотори.


Принцип на действие

Алтернаторите генерират електричество както и правотоковите генератори. Когато магнитното поле около проводник се променя, ток се индуктира в проводника. Основно се използва въртяща се част наречена ротор, в която има поставен постоянен магнит и се върти около статора (стационарната част от механизма), в който са поставени намотки. Магнитното поле минава през проводниците и генерира електродвижещо напрежение, а механическа сила е осигурена за задвижването на ротора.

Въртящия се магнит индуцира променливо напрежение в статорните намотки. Често се използват три намотки физически разделени една от друга, за да може да се създаде трифазна верига и трите фази са дефазирани на 120 градуса една спрямо друга.

Магнитното поле на ротора може да се получи от индукция, от постоянни магнити или от роторни възбудителни намотки с постоянен ток. Магнитното поле на ротора може да се осигури от стационарни намотки с движещи се полюси в ротора.

Автоматичен регулатор на напрежението може да се използва за контролиране на тока генериращ магнитното поле, за да поддържа изходния волтаж константен. Ако изходното напрежение спадне, заради увеличена консумация повече ток се осигурява в роторните намотки през регулатора на напрежение. Това увеличава магнитното поле около възбудителните намотки, което индуктира по-високо напрежение в изходните намотки и така изходното напрежение остава непроменено.

Алтернаторите използвани в основните енергиини системи може също да контролират тока генериращ магнитното поле, за да се регулира реактивната мощност и да се помогне стабилизацията на мощността в системата срещу ефектите на внезапни прекъсвания.


Таблица на синхронизирани скорости

Изходната честота на генератора зависи от броя на полюсите (които могат да бъдат в статора или ротора) и оборотите в минута на ротора. Тази таблица дава някои основни примери:

Полюси * Обороти в минута за 50Hz * Обороти в минута за 60Hz
2 * 3000 * 3600
4 * 1500 * 1800
6 * 1000 * 1200
8 * 750 * 900
10 * 600 * 720
12 * 500 * 600
14 * 428.6 * 514.3
16 * 375 * 450
18 * 333.3 * 400
20 * 300 * 360

източник: http://www.bg.wikipedia.org


Скоростна кутия



Устройство на петстепенна скоростна кутия


"Предавателна кутия", или още популярна с наименованието "скоростна кутия", е част от силовото предаване на автомобила. Тя служи за промяна на въртящия момент и оборотите, които се предават от двигателя към двигателните колела на автомобила. Също така, служи и за променяне на посоката на движение (напред и назад).

Според начина на превключване на предавките, предавателните кутии биват механични (с ръчно превключване на предавките) и автоматични (с автоматично превключване на предавките), а от своя страна автоматичните скоростни кутии се разделят на два подвида - степенни (с определен брой предавки с константно предавателно число) и безстепенни, които най-често биват три вида - работещи чрез макари, тороидални и хидростатични. (тези трансмисии позволяват избирането на подходящото предавателно отношение без никакво усещане за превключване) . Монтирането на предавателна кутия в превозните средства се налага, поради това, че двигателите с вътрешно горене имат неподходяща за изрползване при автомобилите външно- честотна характеристика. Например при потегляне на колелата на автомобила е нужен по-голям въртящ момент и по-ниска ъглова скорост, а при високи скорости са необходими високи обороти на колелата на автомобила и нетолкова голям въртящ момент.

Действието на предавателната кутия се основава на "Закона за запазване на мощностите"- произведението на въртящият момент и ъгловата скорост на входа на кутията е еднакво с това на изхода. По своята същност предавателната кутия представлява редуктор, който има няколко степени на работа (предавки или скорости). Чрез определена технологична подредба, във всяка кутия се монтират определен брой двойки зъбни колела. Броят на двойките съответства на броя на предавките на кутията.

При автомобилите с преден, надлъжно разположен двигател и задно задвижване механичните предавателни кутии са тривалови. Те имат един входящ, един междинен и един изходящ вал.
При автомобилите с преден, напречно разположен двигател, механичните предавателни кутии в повечето случаи са двувалови, като липсва междинен вал при предавките за преден ход.

До средата на 80-те години повечто механични предавателни кутии са четиристепенни, а впоследствие пет- и шестстепенни. В предавателните кутии се използват цилиндрични зъбни колела с наклонени зъби. Цилиндричните зъбни колела с наклонени зъби имат много по-тиха работа от тези с правите зъби и могат да предават по-голям въртящ момент. Зъбната двойка за всяка една от предавките е постоянно зацепена (с изключение на предавката за задна скорост), като едното от колелата се върти свободно върху вала, на който е монтирано. Подбиранета на предавката се осъществява, чрез блокиране на свободното колело към вала, посредсвом синхронизатор.

Синхронизаторът представлява механизъм, много близък до триещия съдинител. Състои се от външен, вътрешен и междинен пръстен, пружини и фиксиращи щифтове (обикновено 3 на брой). Чрез синхронизатора се осъществява плавно зацепване на колелата към валовете, посредсвом триене между пръстените на синхронизатора, докато се изравнят ъгловите скорости на вала и колелото. В повечето случаи един сдвоен (огледален) синхронизатор се използва за включването/ изключването на две предавки. За осигуряване на заден ход в кутията има още едно "паразитно" колело, което обръща посоката на движение на изходящия вал.

Автоматичните скоростни кутии също имат входящ и изходящ вал, но промяната на въртящият момент и оборотите се осъществява чрез планетни механизми. В една кутия има повече от един планетен механизъм. Изборът на предавателно число се определя чрез "блокиране" на колело, водило или корона от даден планетен механизъм, посредством съединител или спирачка.




Маховик





Маховикът е машинен елемент, служещ за намаляване неравномерността при въртене. Принципът му на действие се състои в съхраняване на необходимата кинетична енергия през работния процес. Например, при двигател с вътрешно горене това е енергията, необходима за въртене на коляновия вал при подготвителните тактове. Маховикът осигурява възможността на двигателя да преодолява кратковременни претоварвания (инерционен акумулатор).

Маховикът представлява масивен чугунен диск със значително удебеляване в периферията (венеца). При двигателите с вътрешно горене, върху периферията му е запресован зъбен венец за въртене на коляновия вал от пусков двигател (стартер, пусков мотор).

История

Ефектът на маховика се е използвал още в древни времена, например във вятърните мелници.

По време на Индустриалната революция, Джеймс Уат използва маховик в парните машини, а неговият съвременник Джеймс Пикард използва маховик в съчетание с коляно-мотовилков механизъм за преобразуване на възвратно-постъпателното движение във въртеливо.



Колянов вал





Схема на работа. В червено - колянов вал, в черно - маховик, в сиво - бутало и мотовилка и в синьо - цилиндров блок.

Коляновият вал е механичен детайл чиято основна функция е да превръща постъпателното движение във въртеливо и обратното. За пръв път се е използвал като част от различни механични устройства: точила, вятърни помпи, примитивни стругове, по-късно е станал основен елемент от буталните парни двигатели, крачни шевни машини, а днес е най-масово използван в двигателите с вътрешно горене, компресори, помпи и пр. Коляновият вал заедно с мотовилката образува така наречения коляно-мотовилковия механизъм.

Изработва се чрез коване, отливане и последваща металообработка. Някои колянови валове се състоят от множество части, други са монолитни. Кованите валове се изработват от въглеродни и от легирани стомани с високо качество. След изработката се подлага на частична (повръхностна) циментация на основните и мотовилковите шийки.


Автомобилен радиатор




Автомобилен радиатор е важна част от двигателя с вътрешно горене. Предназначението му е да охлажда до известна степен нагрятата във водната риза на двигателя охладителна течност. Чрез радиатора става топлообмен между течността и атмосферния въздух.

Представлява тръбно-пластинчата сърцевина, която се състои от множество тънкостенни месингови тръбички с елипсовидно или кръгло сечение, свързани в краищата си към две резервоарчета. За увеличаване на охладителната площ, върху тръбичките са надянати голям брой тънки месингови или алуминиеви пластинки.


Карбуратор









Карбураторът е част от системата за захранване с гориво на двигател с вътрешно горене работещ по принципа на Николаус Ото. Карбураторът служи да образува подходяща по количество и състав и възможно по-хомогенна горивна смес при всеки режим на работа на двигателя.

Основни съставни части


За разлика от първите използвани карбуратори, които са работили на изпарителен принцип, съвременните са пулверизационни. Основните им части се съдържат в т.нар. елементарен карбуратор. Той се състои от поплавъкова камера с поплавак, иглен клапан, горивен жигльор и разпръсквач и от главен въздушен канал образуван от входна тръба, дифузьор и смесителна камера с дроселна клапа. Чрез фланец в края на смесителната камера карбураторът се свързва с всмукателният тръбопровод, а към входната му тръба се присъединява въздушният филтър.

Поплавъкът представлява плътно затворено месингово или пластмасово тяло. За даден карбуратор той има точно определена маса и форма.

Горивният жигльор дозира количеството на изтичащото от поплавъковата камера гориво. Той представлява сменяема резбова пробка с точно изработен отвор и определена пропускателна способност.

Чрез разпръсквача горивото постъпва в най-тясната част на дифузьора, където условията за смесообразуване са най-добри.

Дифузьорът има за задача да увеличи скоростта на преминаващия въздух с цел да се подобри смесообразуването. Представлява къса тръба със стеснено проходно сечение. За намаляване на хидравличните загуби от стеснението, които влошават пълненето на цилиндрите, то има форма на два пресечени конуса, като дължината на изходящия е по-голяма.

Чрез дроселната клапа се регулира количеството на постъпващата в цилиндрите горивна смес. Обикновено тя представлява кръгла месингова пластинка закрепена на вал. Задвижва се чрез лостов механизъм от педал или ръчка за газ.


Действие


Елементарният карбуратор действа по следния начин. Подаваното от резервоара гориво през горивопровода постъпва в поплавъковата камера, където налягането е равно на атмосферното. С увеличаване на нивото на горивото поплавакът се повдига. Игленият клапан, който се поддържа от свързания с поплавъка шарнирен лост, също се повдига и при определено ниво затваря притока на гориво. Когато от поплавъковата камера през разпръсквача изтича гориво, поплавъкът слиза надолу, игленият клапан се отваря и отново постъпва гориво до определеното ниво. Така нивото на горивото в поплавъковата камера за даден режим на работа се поддържа постоянно. За да се предотврати изтичане на гориво от разпръсквача при неработещ двигател, поддържаното ниво за различните карбуратори е с 4-8 мм под изходния отвор на разпръсквача. То се предписва и конструкцията позволява да се регулира.

При работа на двигателя по време на такта пълнене обемът в цилиндъра над буталото се увеличава и се създава подналягане, което предизвиква преминаване на въздушен поток през карбуратора към отворения всмукателен клапан. От уравнението за непрекъснатост и уравнението на Бернули следва, че в стеснението на дифузьора, където е и изходният отвор на разпръсквача, въздухът увеличава скоростта си, а статичното му налягане намалява. Тъй като налягането в поплавъковата камера остава неизменно, върху свободните повърхности на горивото в двата скачени съда-поплавъкова камера и разпръсквач, ще действа различно налягане при поплавъковата камера и в изходния отвор на разпръсквача. Вследствие на разликата в тези налягания, т.е. на разреждането в дифузьора от разпръсквача изтича фонтан гориво. Тъй като въздухът се движи с многократно по-голяма скорост от изтичащото гориво, той го разбива на ситни капчици. Те се смесват с въздуха, увличат се от него и частично се изпаряват. По-нататък изпаряването на горивото и хомогенизирането на сместа продължават във всмукателния тръбопровод и цилиндъра. Количеството на образуваната горивна смес се регулира, като се изменя проходното сечение в смесителната камера чрез завъртане на дроселната клапа.

Ако положението на дроселната клапа и честотата на въртене не се променят, количеството и съставът на горивната смес, образувана в карбуратора, не трябва да се променят. Но ако въздушният филтър е замърсен, хидравличното му съпротивление нараства и разреждането в дифузьора се увеличава. Вследствие на това разходът на въздух намалява, а разходът на гориво се увеличава-сместа излишно се обогатява, двигателят работи неикономично и отделя повече СО и СН. За да се избегне това, поплавъковата камера на съвременните карбуратори се свързва с атмосферата не пряко, а чрез пространството при входната тръба. Такива карбуратори се наричат уравновесени и при тях съставът на горивната смес не зависи от промяната на съпротивлението на въздушния филтър.


Видове карбуратори

Според посоката на движение на горивната смес в смесителната камера карбураторите са: с нисходящ, с възходящ или с хоризонтален поток. Съвременните автомобилни карбуратори са почти изключително с низсходящ поток, тъй като са по-достъпни за обслужване и защото са по-удобни за компановката на двигателя в автомобила.

Според броя на смесителните камери карбураторите са едно, дву и много камерни. Най-голямо приложение имат двукамерните. Двете камери могат да са с последователно действие, втората дроселна клапа започва да отваря, след като първата е отворена до определено положение, а пълното им отваряне става едновременно; с паралено действие-двете дроселни клапи се отварят едновременно и всяка от камерите захрнава част от цилиндрите.

Основните фактори, който влияят върху смесообразуването в карбуратора, са: движението на въздушния поток през карбуратора и величините, които го характеризират (скорост, подналягане, температура, разход) разходът на гориво през горивния жигльор; разпръскване и изпарение на горивото.



Запалителна свещ



Запалителната свещ е елемент от запалителната система на двигателите с вътрешно горене, които използват за гориво бензин или газ. Монтирана в надбуталното пространство в двигателната глава, с нея се осъществява електроискрово възпламеняване на горивната смес в цилиндъра на двигателя. Състои се от централен електрод, изолатор с корпус и електрод за "маса". Електродът за "маса" е херметично закрепен в изолатора, който от своя страна е неподвижно свързан с корпуса. Във въздушното пространство между централния електрод и електрода за “маса” (обикновено от 0,4 до 0,6 mm) прескача запалителна искра с напрежение достигащо до 18 000 V. Моментът на запалване е различен за различните използвани горива, марки и модели двигатели, но обикновено е от 2-3 до 1 mm преди горна мъртва точка на двигателното бутало при такт сгъстяване. От запалителните свещи зависи лесното запалване на двигателя, работата му в режим на празен ход, ускорението и максималната скорост на автомобила. Затова не трябва без основателна причина да се сменя типа запалителни свещи, препоръчван от завода-производител, които се характеризират с определено работно топлинно число. Топлинното число означава степента на устойчивост на запалителните свещи към топлинното натоварване в двигателя при различни условия на експлоатация.

За двигателя се подбират такива запалителни свещи, които при всякакви условия достигат температурата си на самопочистване. Колкото по-ниско е топлинното число на запалителната свещ, толкова по-високо е съпротивлението ѝ на топлинно запалване и толкова по-малка е устойчивостта им към замърсяване. Колкото по-високо е топлинното число на свещта, толкова по-малко е съпротивлението ѝ на топлинно запалване и толкова по-висока е устойчивостта ѝ към замърсяване. Топлинното число се съдържа в обозначението на запалителната свещ.


Common rail





Кòмън рèйл (common rail) е система за управление на впръскването на горивото, използвана в съвременните дизелови двигатели с вътрешно горене. Разработването и започва още през 60-те години на 20 век и е наложено, преди всичко, от нарастващите изисквания за опазване на околната среда. Сега наред с достигнатите високи резултати по отношение на намаляването на вредните емисии и димността на отработилите газове, конструкторите могат да се похвалят и с високи достижения по отношение на икономичността на агрегатите, намалени габарити (за същата мощност), намалена шумност, стабилност във всички режими на работа и др. Стандартната горивна помпа за ниско налягане е заменена с електрическа, стандартната гориво-нагнетателна помпа за високо налягане (ГНП), играеща роля и на разпределител, е заменена с електронно управлявана помпа създаваща налягане до 2400 bar. Стандартните инжектори (дюзи-разпръсквачи), са заменени с електронно управлявани (електромагнитно или пиезоелектрически) клапани, които са свързани към обща тръба/резервоар (common rail). Всички елементи на системата се следят и управляват от електронен блок (EDC) или (ECU).

Принцип на работа

Още преди стартиране на двигателя, електрическата помпа за ниско налягане заработва за известно време, позволявайки запълването на горивната система с гориво с налягане около 2.5 bar. Предварителното запълване на системата спомага за нормалното заработване на помпата за високо налягане, а заедно с това се избягва досадното многократно и продължително превъртане на стартер при смяна филтри или ремонти по горивната система. В същото време електронният блок (EDC) определя оптималните параметри за пуск на двигателя получавайки информация от ред датчици като:положение на педала на газта,температура и налягане на атмосферния въздух, температура на горивото, температура на охлаждащата течност. С превъртането на коляновия вал от стартера се задейства и помпата за високо налягане, а в същото време EDC определя положението на вала, а от там и на всяко едно бутало, изчислява се точния момент за впръскване на гориво в съответния цилиндър, определя се точната порция и се подава сигнал към съответния инжектор. След като двигателят е заработил EDC започва да следи и още няколко параметъра като: налягане на компресора (турбото), желанието на водача, скоростта на движение, обороти, натоварването на агрегата и др. Различното в тази система, е че помпата за високо налягане има само един изход, независимо от броя на цилиндрите, налягането на този изход е променливо във времето и се определя от EDC в зависимост от режима на работа, високото налягане постъпва в общ за всички инжектори тръбопровод (common rail), а инжекторите се управляват електрически за да се осигури оптимална работа на двигателя във всички експлоатационни режими. С цел да се подобри качеството на горивния процес, да се намалят вредните емисии и да се снижи шума при детонационното изгаряне – порцията гориво се подава с много по-голямо налягане (до 1800 bar) и не еднократно а на поредица от малки порции, като общия им брой достига 5 за един такт.


Turbocharged Direct Injection


TDI е съкращение от turbocharged direct injection. Това съкращение се използва главно от концерна Фолксваген за означаване на турбодизеловите двигатели с директно впръскване на автомобилите от марките Volkswagen, Audi, Škoda и SEAT.
При по-старите дизелови двигатели, горивото се впръсква в предкамера или камера свързана с главната горивна камера чрез малки отвори(бренери). Този вид дизелови двигатели са с предкамерно впръскване на горивото. Дизеловите двигатели с предкамерно впръскване работят по-твърдо, могат да развиват повече обороти, но за сметка на това изразходват повече гориво, по-тежки са и се стартират по-трудно от дизеловите двигатели с директно впръскване. За това всички нови дизелови двигатели са с директно впръскване на горивото, които са по-икономични, по-мощни и се палят по-лесно при ниски температури.

Система

Системата се състои от турбокомпресор и специално топлоотделящо тяло (най-често радиатор). Това топлоотделящо тяло е разположено на място, където въздушната струя може лесно да го охлади — най-често в предницата на автомобила. При засмукването от турбокомпресора на въздух същият повишава драстично температурата си поради високото налягане. От тук следва че същия обем подаван въздух е с по-ниска плътност и съответно се доставя и по-малко кислород. От тук пък, следва че се намалява и максималното количество гориво което може да бъде ефективно изгорено(отработено) за единица време. Това налага охлаждането сгъстения въздух. На помощ идва топлооделящото тяло, което чрез въздушната струя, причинена от движението на автомобила, охлажда въздуха и съдържанието на кислород се увеличава. При някои автомобили има и перка задвижвана от ремък от самия двигател, с което се подобрява значително охлаждането дори при движение с ниска скорост. С това се увеличава и КПД на двигателя. Като цяло за единица време се изгаря по-голямо количество гориво въздушна смес.

Някои хора смятат, че означението TDI означава също „Turbo Diesel Intercooler“, което е грешно. За съответното се използва абревиатурата TDi.


източници: http://www.bg.wikipedia.org