Устройство роторного двигателя

После создания двигателя внутреннего сгорания началась эра автомобилей. Самое большое распространение при этом получил мотор поршневого типа. Но при этом с момента создания ДВС перед конструкторами стала задача извлечения максимального КПД при минимальных затратах топлива. Решалась эта задача несколькими путями – от технического улучшения уже имеющихся двигателей, до создания абсолютно новых, с другой конструкцией. Одним из таковых стал роторный двигатель.

Роторный двигатель

Появился он значительно позже поршневого, в 30-х годах. Полноценно работоспособная же модель такого двигателя появилась и вовсе в 50-х годах. После появления роторный двигатель вызвал заинтересованность у многих автопроизводителей, и все они кинулись разрабатывать свои модели роторных силовых установок, однако вскоре от них отказались в пользу обычных поршневых. Из приверженцев роторного мотора осталась только японская фирма Mazda, которая сделала такого типа мотор своей визитной карточкой.

Особенностью такого мотора является его конструкция, которая вообще не предусматривает наличие поршней. В целом это сильно сказалось на конструктивной простоте.

В поршневых моторах энергия сгораемого топлива воспринимается поршнем, который за счет своего возвратно-поступательного движения передает ее на кривошипы коленвала, обеспечивая ему вращение.

У роторных же двигателей энергия сразу преобразовывается во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение. Это сказывается на уменьшении потерь мощности на трение, меньшую металлоемкость и простоту конструкции. За счет этого КПД двигателя значительно возрастает.

Конструкция

Чтобы понять принцип работы, следует разобраться, какова конструкция роторного двигателя. Итак, вместо поршней энергия сгорания топлива у такого силового агрегата воспринимается ротором. Ротор имеет вид равностороннего треугольника. Каждая сторона этого треугольника и играет роль поршня.

Ротор

Чтобы обеспечить процесс горения, ротор помещается в закрытое пространство, состоящее из трех элементов – двух боковых корпусов, и одного центрального, называющегося статором. Пространство, в котором производится процесс горения, сделано в статоре, боковые корпуса обеспечивают только герметичность этого пространства.

Внутри статора сделан цилиндр, в котором и размещается ротор. Чтобы внутри этого цилиндра происходили все необходимые процессы, выполнен он в виде овала, с немного прижатыми боками.

Сам статор с одной стороны имеет окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха, и выпуска отработанных газов. Противоположно им сделано отверстие под свечи зажигания.

Устройство двигателя

Особенностью движения ротора в цилиндре статора является то, что его вершины постоянно контактируют с поверхностью цилиндра, его движение сделано по эксцентриковому типу. Он не только вращается вокруг своей оси, но еще и смещается относительно нее.

Для этого в роторе сделано большое отверстие, с одной стороны этого отверстия имеется зубчатый сектор. С другой стороны в ротор вставлен вал с эксцентриком.

Чтобы обеспечить вращение в боковой корпус установлена неподвижная шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором ротора, она является опорной точкой для него. При своем эксцентриковом движении он опирается на неподвижную шестерню, а зацепление обеспечивает ему вращательное движение. Вращаясь, он обеспечивает и вращение вала с эксцентриком, на который он одет.

Принцип работы

Теперь о самом принципе работы. Выполнение определенной работы поршня внутри цилиндров называется тактами. Классический поршневой двигатель имеет четыре такта:

• впуск — в цилиндр подается горючая смесь;
• сжатие — увеличение давления в цилиндре за счет уменьшения объема;
• рабочий ход — энергия, выделенная при сгорании смеси, преобразовывается во вращение вала;
• выпуск — из цилиндра выводятся отработанные газы;

Данные такты имеют все двигатели внутреннего сгорания, и сопровождаются они определенным движением поршня.

Однако они выполняются по-разному. Существуют двухтактные поршневые двигатели, в которых такты совмещены, но такие моторы чаще применяются на мотоциклах и другой бензиновой технике, хотя раньше создавались и дизельные двухтактные моторы. В них одно движение поршня включает два такта. При движении поршня вверх – впуск и сжатие, а при движении вниз – рабочий ход и выпуск. Все это обеспечивается наличием впускных и выпускных окон.

Классические автомобильные поршневые двигатели обычно являются 4-тактными, где каждый такт отделен. Но для этого в двигатель включен механизм газораспределения, который значительно усложняет конструкцию.

Что касается роторного двигателя, то отсутствие поршня как такового позволило несколько совместить конструктивные особенности 2-тактных и 4-тактных моторов.

Принцип работы

Поскольку цилиндр роторного двигателя имеет впускные и выпускные окна, то надобность в газораспределительном механизме отпала, при этом сам процесс работы сохранил все четыре такта по отдельности.

Теперь рассмотрим, как все это происходит внутри статора. Углы ротора постоянно контактируют с цилиндром статора, обеспечивая герметичное пространство между сторонами ротора.

Овальная форма цилиндра статора обеспечивает изменение пространства между стенкой цилиндра и двумя близлежащими вершинами ротора.

Далее рассмотрим действие внутри цилиндра только с одной стороны ротора. Итак, при вращении ротора, одна из его вершин, проходя сужение овала цилиндра, открывает впускное окно и в полость между стороной треугольника ротора и стенкой цилиндра начинает поступать горючая смесь или воздух. При этом движение продолжается, эта вершина достигает и проходит высокую часть овала и дальше идет на сужение. Возможность постоянного контакта вершины ротора обеспечивается его эксцентриковым движением.

Впуск воздуха производится до тех пор, пока вторая вершина ротора не перекроет впускное окно. В это время первая вершина уже прошла высоту овала цилиндра и пошла на его сужение, при этом пространство между цилиндром и стороной ротора начинает значительно сокращаться в объеме – происходит такт сжатия.

В момент, когда сторона ротора проходит максимальное сужение, в пространство между стороной ротора и стенкой цилиндра подается искра, которая воспламеняет горючую смесь, сжатую между зауженной стенкой цилиндра и стороной ротора.

Особенностью роторного двигателя является то, что воспламенение производится не перед прохождением стороны так называемой «мертвой точки», как это делается в поршневом двигателе, а после ее прохождения. Делается это для того, чтобы энергия, выделенная при сгорании, воздействовала на ту часть стороны ротора, которая уже прошла ВМТ (верхняя мёртвая точка). Этим обеспечивается вращение ротора в нужную сторону.

После прохождения свечи, первая вершина ротора начинает открывать выпускное окно, и постепенно, пока вторая вершина не перекроет выпускное окно – производится отвод газов.

Такты двигателя

Следует отметить, что был описан весь процесс, сделанный только одной стороной ротора, все стороны проделывают процесс один за другим. То есть, за одно вращение ротора производится одновременно три цикла – пока в полость между одной стороной ротора и цилиндра запускается воздух или горючая смесь, в это время вторая сторона ротора проходит ВМТ, а третья – выпускает отработанные газы.

Теперь о вращении вала, на эксцентрик которого надет ротор. За счет этого эксцентрика полный оборот вала производится меньше чем за один оборот ротора. То есть, за один полный цикл вал сделает три оборота, при этом отдавая полезное действие дальше. В поршневом двигателе один цикл происходит за два оборота коленчатого вала и только один полуоборот при этом является полезным. Этим обеспечивается высокий выход КПД.

Если сравнить роторный двигатель с поршневым, то выход мощности с одной секции, которая состоит из одного ротора и статора, равна мощности 3-цилиндрового двигателя.

А если учитывать, что Mazda устанавливала на свои авто двухсекционные роторные моторы, то по мощности они не уступают 6-цилиндровым поршневым моторам.

Достоинства и недостатки

Теперь о достоинствах роторных моторов, а их вполне много. Выходит, что одна секция по мощности равна 3-цилиндровому мотору, при этом она в габаритных размерах значительно меньше. Это сказывается на компактности самых моторов. Об этом можно судить по модели Mazda RX-8. Этот автомобиль, обладая хорошим показателем мощности, имеет средне моторную компоновку, чем удалось добиться точной развесовки авто по осям, влияющую на устойчивость и управляемость авто.

Помимо компактных размеров в этом двигателе отсутствует газораспределительный механизм (ГРМ), ведь все фазы газораспределения выполняются самим ротором. Это значительно уменьшило металлоемкость конструкции, и как следствие – массу двигателя.

Из-за ненадобности поршней и ГРМ снижено количество подвижных частей в двигателе, что сказывается на надежности конструкции.

Сам двигатель из-за отсутствия разнонаправленных движений, которые есть в поршневом моторе, при работе меньше вибрирует.

Но и недостатков у такого двигателя тоже хватает. Начнем с того, что система смазки у него идентична с системой 2-тактного двигателя. То есть, смазка поверхности цилиндра производится вместе с топливом. Но только организация подачи масла несколько иная. Если в 2-тактном двигателе масло для смазки добавляется прямо в топливо, то в роторном оно подается через форсунки, а потом оно уже смешивается с топливом.

Использование такого типа смазки привело к тому, что для двигателя подходит только минеральное масло или специализированное полусинтетическое. При этом в процессе работы масло сгорает, что негативно сказывается на составе выхлопных газов. По экологичности роторный двигатель сильно уступает 4-тактному поршневому двигателю.

При всей простоте конструкции роторный мотор обладает сравнительно небольшим ресурсом. У той же Mazda пробег до капитального ремонта составляет всего 100 тыс. км. В первую очередь «страдают» апексы – аналоги компрессионных колец в поршневом двигателе. Апексы размещаются на вершинах ротора и обеспечивают плотное прилегание вершины к стенке цилиндра.

Недостатком является также невозможность проведения восстановительных работ. Если у ротора изношены посадочные места апексов – ротор полностью заменяется, поскольку восстановить эти места невозможно.

То же касается и цилиндра статора. При его повреждении расточка практически невозможна из-за сложности выполнения такой работы.

Из-за большой скорости вращения эксцентрикового вала, его вкладыши изнашиваются значительно быстрее.

В общем, при значительно простой конструкции, из-за сложности процессов его работы роторный двигатель оказывается по надежности значительно хуже поршневого.

Но в целом, роторный двигатель не является тупиковой ветвью развития двигателей внутреннего сгорания. Та же Mazda постоянно совершенствует данный тип мотора. К примеру, мотор, устанавливаемый на RX-8 по токсичности уже мало отличается от поршневого, что является большим достижением.

Теперь они стараются еще и увеличить ресурс. Однако это скорее всего будет достигнуто за счет использования особых материалов изготовления элементов двигателя, а также из-за высокой степени обработки поверхностей, что еще больше осложнит и увеличит стоимость ремонта.

Электронная система управления двигателем

Система управления двигателем (ЭСУД) – это электронная система, задача которой обеспечить правильную работу одной и более систем двигателя. Электронная система управления двигателем – это своеобразный компьютер, который отвечает за контроль и выполнение необходимых задач для правильного функционирования. Толчок в развитии электронная система управления получила благодаря поиску и решению технических задач системы впрыска и системы зажигания. Но в процессе совершенствования, электронная система управления отвечает не только за работу вышеупомянутых систем, но и управляет топливной системой, системой охлаждения, системой впуска топливной смеси и выпуска отработавших газов, системой тормозов, системой улавливания паров бензина и др.

Электронный блок управления считывает данные с различных датчиков двигателя и управляет его системами. Контроль работы двигателя и управление его системами позволяет работать в оптимальном режиме и сохранять требуемые нормы токсичности и расхода топлива. Лидирующие позиции в производстве электронных систем управления занимают компании Bosch и General Motors.

Работа электронного блока управления происходит во взаимодействии с блоками управления автоматической коробки передач (АКПП), электроусилителя рулевого колеса, системой ABS, системы безопасности.

Устройство электронной системы управления двигателем

1– адсорбер; 2- запорный клапан системы управления паров бензина; 3 – датчик давления во впускном коллекторе; 4 — топливный насос высокого давления; 5 — датчик давления топлива в контуре низкого давления; 6 — датчик давления топлива в контуре высокого давления; 7 – форсунка впрыска; 8 — клапан регулирования фаз газораспределения; 9 — катушка зажигания; 10 — датчик Холла; 11 — датчик температуры воздуха на впуске; 12 — блок управления дроссельной заслонкой с датчиком положения; 13 — управляющий клапан  системы рециркуляции отработавших газов; 14 — потенциометр заслонки впускного коллектора; 15 — датчик детонации; 16 — датчик частоты вращения коленчатого вала; 17 — кислородный датчик; 18 — датчик температуры охлаждающей жидкости; 19 — блок управления; 20 — диагностический интерфейс; 21 – датчик положения педали акселератора; 22 – топливный насос; 23 — кислородный датчик; 24 — датчик температуры отработавших газов; 25 — датчик оксидов азота.

Как работает электронная система управления двигателем

Принцип работы электронной системы управления двигателем заключается в комплексном управлении величины крутящего момента двигателя. Если говорить проще, система управления двигателем регулирует величину крутящего момента в зависимости от режима работы двигателя.

Изменение величины крутящего момента производиться путем регулирования наполнения цилиндров воздухом и регулированием  угла опережения зажигания.

Системы наддува двигателя

С момента появления двигателя внутреннего сгорания перед конструкторами появилась задача повышения его мощности. А это возможно только одним путем – увеличением количества сгораемого топлива.

Способы повышения мощности двигателя

Для решения этой проблемы использовалось два метода, один из которых – повышение объема камер сгорания. Но в условиях постоянно ужесточающийся экологических требований к силовым агрегатам автомобилей этот метод повышения мощности сейчас практически не используется, хотя раннее он был приоритетным.

Второй метод повышения мощности сводится к принудительному увеличению количества горючей смеси. В результате этого даже на малообъемных силовых установках удается существенно повысить эксплуатационные показатели.

Если с увеличением количества подаваемого в цилиндры топлива проблем не возникает (система его подачи легко регулируется под требуемые условия), то с воздухом не все так просто. Силовая установка самостоятельно его закачивает за счет разрежения в цилиндрах и повлиять на объем закачки невозможно. А поскольку для максимально эффективного сгорания в цилиндрах должна создаваться топливовоздушная смесь с определенным соотношением, то увеличение только одного количества топлива никакого прироста мощности не дает, а наоборот – повышается расход, а мощность падает.

Выходом из ситуации является принудительная накачка воздуха в цилиндры, так называемый наддув двигателя. Отметим, что первые устройства, нагнетающие воздух в камеры сгорания, появились практически с момента появления самого двигателя внутреннего сгорания, но долгое время их на автотранспорте не использовали. Зато наддувы достаточно широко использовались в авиации и на кораблях.

Виды по способу создания давления

Наддув двигателя – задумка теоретически простая. Суть ее сводится к тому, что принудительная закачка позволяет существенно увеличить количество воздуха в цилиндрах по сравнению с объемом, который засасывает сам мотор, соответственно, и топлива подать можно больше. В результате удается повысить мощность силовой установки без изменения объема камер сгорания

Но это в теории все просто, на практике же возникает множество трудностей. Основная проблема сводится к определению, какая конструкция наддува является самой эффективной и надежной.

В целом разработано три типа нагнетателей, различающихся по способу нагнетания воздуха:

1. Roots
2. Lysholm (механический нагнетатель)
3. Центробежный (турбина)

Каждый из них имеет свои конструктивные особенности, достоинства и недостатки.

Roots

Нагнетатель типа Roots изначально был представлен в виде обычного шестеренчатого насоса (что-то схожее с масляным насосом), но со временем конструкция этого наддува сильно изменилась. В современном нагнетателе Roots шестеренки заменены на два ротора, вращающихся разнонаправлено, и установленных в корпусе. Вместо зубьев на роторах сделаны лопастные кулачки, которыми происходит зацепление роторов между собой.

Главной особенностью наддува Roots является способ нагнетания. Давление воздуха создается не в корпусе, а на выходе из него. По сути, лопасти роторов просто захватывают воздух и выталкивают его в выходной канал, ведущий к впускному коллектору.

Устройство и работа нагнетателя Roots

Но у такого нагнетателя есть несколько существенных недостатков – создаваемое им давление ограничено, при этом еще присутствует пульсация воздуха. Но если второй недостаток конструкторы смогли преодолеть (путем придания роторам и выходным каналам особой формы), то проблема ограничения создаваемого давления более серьезна – либо приходится увеличивать скорость вращения роторов, что негативно сказывается на ресурсе нагнетателя, либо создавать несколько ступеней нагнетания, из-за чего устройство становится очень сложным по конструкции.

Lysholm

Наддув двигателя типа Lysholm конструктивно схож с Roots, но у него вместо роторов используются спиралевидные шнеки (как в мясорубке). В такой конструкции создание давления происходит уже в самом нагнетателе, а не на выходе. Суть проста – воздух захватывается шнеками, сжимается в процессе транспортировки шнеками от входного канала на выходной и затем выталкивается. За счет спиралевидной формы процесс подачи воздуха идет непрерывно, поэтому никакой пульсации нет. Такой нагнетатель обеспечивает создание большего давления, чем конструкция Roots, работает бесшумно и на всех режимах мотора.

Нагнетатель типа Lysholm, другое название — винтовой.

Основным недостатком этого наддува является высокая стоимость изготовления.

Центробежный тип

Центробежные нагнетатели – самый сейчас распространенный тип устройства. Он конструктивно проще, чем первые два типа, поскольку рабочий элемент у него один – компрессионное колесо (обычная крыльчатка). Установленная в корпусе эта крыльчатка захватывает воздух входного канала и выталкивает его в выходной.

Центробежный нагнетатель с газотурбинным приводом

Особенность работы этого нагнетателя сводится к тому, что для создания требуемого давления необходимо, чтобы турбинное колесо вращалось с очень большой скоростью. А это в свою очередь сказывается на ресурсе.

Типы привода, их достоинства и недостатки

Вторая проблема – привод нагнетателя, а он может быть:

1. Механическим
2. Газотурбинным
3. Электрическим

В механическом приводе в действие нагнетатель приводится от коленчатого вала посредством ременной, реже – цепной, передачи. Такой тип привода хорош тем, что наддув начинает работать сразу после запуска силовой установки.

Но у него есть существенный недостаток – этот тип привода «забирает» часть мощности мотора. В результате получается замкнутый круг – нагнетатель повышает мощность, но сразу же ее и отбирает. Использоваться механический привод может со всеми типами наддувов.

Газотурбинный привод сейчас пока является самым оптимальным. В нем нагнетатель приводится в действие за счет энергии сгоревших газов. Этот тип привода используется только с центробежным наддувом. Нагнетатель с таким типом привода получил название турбонаддува.

Чтобы использовать энергию отработанных газов конструкторы, по сути, просто взяли два центробежных нагнетателя и соединили их крыльчатки одной осью. Далее один нагнетатель подсоединили к выпускному коллектору. Выхлопные газы, на выходе из цилиндров двигаются с высокой скоростью, попадают в нагнетатель и раскручивают крыльчатку (она получила название турбинное колесо). А поскольку она соединена с крыльчаткой (компрессорным колесом) второго нагнетателя, то он начинает выполнять требуемую задачу – нагнетать воздух.

Турбонаддув хорош тем, что не оказывает влияние на мощность двигателя. Но у него есть недостаток, причем существенный – на малых оборотах двигателя он из-за небольшого количества выхлопных газов не способен эффективно нагнетать воздух, он эффективен только на высоких оборотах. К тому же в турбонаддуве присутствует такой эффект как «турбояма».

Суть этого эффекта сводится к тому, что турбонаддув не обеспечивает мгновенную реакцию на действия водителя. При резком изменении режима работы двигателя, к примеру, при разгоне, на первом этапе энергии выхлопных газов недостаточно, чтобы наддув закачал требуемое количество воздуха, нужно время, чтобы в цилиндрах прошли процессы и повысилось количество отработанных газов. В результате при резком нажатии на педаль, машина «тупит» и не разгоняется, но как только наддув наберет обороты, авто начинает активно ускоряться – «выстреливает».

Есть и еще один не очень приятный эффект – «турболаг». У него суть примерно та же, что и у «турбоямы», но природа у него несколько другая. Сводится она к тому, что наддув обладает запоздалой реакцией на действия водителя. Обусловлена она тем, что нагнетателю требуется время захватить, закачать воздух и подать его в цилиндры.

Показательные графики эффектов «турбояма» и «турболаг» в зависимости от мощности

«Турбояма» появляется только в нагнетателях, работающих от энергии выхлопных газов, в устройствах же с механических приводом ее нет, поскольку производительность наддува пропорциональна оборотам двигателя. А вот «турболаг» присутствует во всех типах нагнетателей.

В современных автомобилях начинают внедрять электрические приводы наддува, но они только зарождаются. Пока их используют, как дополнительный механизм, для исключения «турбоямы» в работе турбонаддува. Не исключено что вскоре и появится разработка которая заменит привычные нам нагнетатели.

Электронагнетатель от фирмы Valeo

Для их эффективной работы необходимо более высокое напряжение, поэтому используется вторая сеть со своим аккумулятором на 48 вольт. Концерн Audi вообще планирует перевести все оборудование на повышенное напряжение – 48 вольт, так как увеличивается количество электронных систем и соответственно нагрузка на сеть автомобиля. Возможно в будущем все автопроизводители перейдут на повышенное напряжение бортовой сети.

Иные проблемы

Помимо способа нагнетания и типа привода существует еще немало вопросов, которые успешно решились или решаются конструкторами.

К ним относится:

• нагрев воздуха при сжатии;
• «турбояма»;
• эффективная работа нагнетателя на всех режимах.

Во время нагнетания воздух сильно нагревается, что приводит к снижению его плотности, а это в свою очередь сказывается на детонационном пороге топливовоздушной смеси. Устранить эту проблему удалось путем установки интеркулера – радиатора охлаждения воздуха. Причем осуществлять охлаждение этот узел может разными способами – потоком встречного воздуха или за счет жидкостной системы охлаждения.

Варианты исполнения систем наддува

Но установка интеркулера породила другую проблему – увеличение «турболага». Из-за радиатора общая длина воздуховода от нагнетателя к впускному коллектору существенно увеличилась, а это повлияло на время нагнетания.

Проблема с «турбоямой» автопроизводителями решается по-разному. Одни снижают массу составных элементов, другие используют технологию изменяемой геометрии турбопривода. При первом варианте решения проблемы, снижение массы крыльчаток приводит к тому, что для раскручивания наддува требуется меньше энергии. Это позволяет нагнетателю раньше вступить в работу и обеспечить давление воздуха даже при незначительных оборотах двигателя.

Что касается геометрии, то за счет использования специальных крыльчаток с приводом от актуатора, установленных в корпусе турбинного колеса удается осуществлять перенаправление потока отработанных газов в зависимости от режима работы мотора.

Повышение эффективности работы нагнетателя на всех режимах работы некоторые производители решают путем установки двух, а то и трех нагнетателей. И здесь уже каждая автокомпания поступает по-разному. Одни устанавливают два турбонаддува, но разных размеров. «Малый» нагнетатель отрабатывает на небольших оборотах мотора, снижая эффект «турбоямы», а при увеличении оборотов в работу включается «большой» наддув. Другие же автопроизводители применяют комбинированную схему, в которой за малые обороты «отвечает» нагнетатель с механическим приводом, что вовсе устраняет «турбояму», а на высоких оборотах задействуется уже турбонаддув.

Напоследок отметим, что выше указаны только одни из основных проблем, связанных с принудительной подачей воздуха в цилиндры, в действительности их больше. К ним можно отнести передув и помпаж.

Увеличение мощности нагнетателем, по сути, ограничено только одним фактором — прочнотью составных элементов силовой установки. То есть, мощностные характеристики можно увеличивать только до определенного уровня, превышение которого приведет к разрушению узлов мотора. Это превышение и называется передувом. Чтобы он не произошел, система принудительного нагнетания воздуха оснащается клапанами и каналами, которые предотвращают раскручивание крыльчатки выше установленных оборотов, получается, что производительность наддува имеет граничную отметку. Дополнительно при достижении определенных условий ЭБУ системы питания корректирует количество подаваемого в цилиндры топлива.

Помпаж можно охарактеризовать как «обратное движение воздуха». Возникает эффект при резком переходе с высоких оборотов на низкие. В итоге, нагненататель уже накачал воздух в большом количестве, но из-за снижения оборотов он становиться невостребованным, поэтому он начинает возвращаться к наддуву, что может стать причиной его поломки.

Клапан blow-off

Проблема помпажа решена использованием обходных каналов (байпас), по которым сжатый не расходованный воздух перекачивается на входной канал перед нагнетателем, тем самым он смягчает, но не устраняет, нагрузки при помпаже. Второй системой которая полностью решает проблему помпажа, является установка перепускного клапана или blow-off, который при необходимости сбрасывает воздух в атмосферу.

Установка нагнетателей воздуха на силовые установки пока является самым оптимальным способом повышения мощности.

Сколько систем и механизмов в ДВС?

Автомобильные двигатели имеют следующие системы и механизмы: 1). Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) ; 2). Газораспределительный механизм (ГРМ) ; 3). Систему охлаждения, смазки, вентиляции картера, питания, зажигания, рециркуляции отработавших газов, пуска и некоторые другие. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы обеспечивают рабочий цикл (работу) двигателя. Системы двигателя, в свою очередь, обеспечивают работу КШМ и ГРМ. Механизмы и системы двигателя состоят из отдельных деталей и узлов. Основанием для крепления деталей и узлов перечисленных систем и механизмов является корпус двигателя….)) )

Система питания, система выпусков газа,охлождения,система смазки, механиз газореспределения….

Два механизма: КШМ, ГРМ Четыре системы: питания, смазки, охлаждения, зажигания Некоторые называют еще систему дистанционного запуска ДВС

Механизмы: кривошипно-шатунный и газово распределительный, итого 2. Системы (в обычных двигателях) : Система охлаждения, система смазки, система питания топливом, и система зажигания. Тоесть 4 Кроме того на военной техники есть ещё система запуска двигателя сжатым воздухом.

Основных механизмов два: кривошипно-шатунный(КШМ) и газораспределительный(ГРМ). КШМ преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала двигателя, а ГРМ обеспечивает наполнение цилиндров в такте «впуск» топливной смесью и отвод из цилиндров отработавших газов в такте «выпуск»<br>основные системы (на примере бензинового двигателя):<br>-система питания;<br>-система зажигания;<br>- система охлаждения;<br>- система выпуска отработавших газов.<br>также существует множество вспомогательных систем, особенно в современных двигателях (системы комплексного микропоцессорного управления двигателем, различные системы, изменяющие фазы газораспределения и так далее.

2механизма и2 системы

Система пуска двигателя

1. Устройство системы пуска двигателя
2. Работа системы пуска двигателя
3. Диагностика системы пуска двигателя

Двигатель не может запуститься сам. Чтобы завести его нужно приложить внешние усилия и повернуть коленчатый вал. В этой статье мы рассмотрим систему пуска, которая запускает двигатель.

Устройство и работа системы пуска двигателя

На двигателе имеется маховик. Обод маховика снабжен зубьями и превращен в зубчатый венец. Установленная на электромоторе стартера приводная шестерня входит с ним в зацепление и вращает коленчатый вал, инициируя рабочий цикл двигателя. Раcсмотрим, как это происходит:

Работа системы пуска двигателя с редуктором

Существует три типа систем пуска:

1. Система пуска двигателя с редуктором;
2. Система пуска двигателя с планетарным механизмом;
3. Система пуска обычного типа.

Рассмотрим конструкцию, работу и проверку системы пуска двигателя обычного типа.

1.Устройство системы пуска двигателя

В обычной системе пуска двигателя можно выделить три основных механизма:

1. Электромотор – создает вращающий момент.
2. Система привода – передает вращение на двигатель.
3. Электромагнитный включатель – приводит ведущую шестерню стартера в зацепление с ободом маховика, а также дает электрический ток в электромотор.

Рассмотрим электромотор системы пуска, создающий вращающий момент. Корпус электромотора выполнен из стали и имеет внешний вид цилиндра. Внутри корпуса имеются обмотки возбуждения, намотанные вокруг сердечников, прикрепленных к корпусу. Эти обмотки выполнены из толстой токопроводящей проволоки, способной выдержать сильный электрический ток. Обмотки генерируют электромагнитное поле, способное вращать якорь стартера. Одним из элементов якоря является сердечник, с канавками вдоль которого располагаются витки обмоток якоря. Оба конца каждой обмотки подключены к коллектору. Вращающие моменты, создаваемые каждой из обмоток, складываются, чтобы можно было вращать якорь, точнее вал якоря. Если посмотреть на стартер со стороны коллектора, то на якоре видно щеткодержатель.

Втягивающее реле  служит для подачи тока на мотор стартера и вводит бендикс в зацепление с маховиком для запуска двигателя. Устройство втягивающего реле, неисправности тягового реле. Как определить неисправности втягивающего реле?

Рассмотрим, как устроен щеткодержатель: в щеткодержателе объединены 4 щетки, прижимаемые к коллектору. Две из четырех щеток находятся в изолированных оправках и соединены с обмотками якоря и далее через коллектор с обмотками возбуждения. Те и другие заземлены на корпус.

Схема системы пуска двигателя:

1. Коллектор; 2 – задняя крышка; 3 – корпус статора; 4 – тяговое реле; 5 – якорь реле; 6 – крышка со стороны привода; 7 – рычаг; 8 – кронштейн рычага; 9 – уплотнительная прокладка; 10 – планетарная шестерня; 11 – шестерня привода; 12 – вкладыш крышки; 13 – ограничительное кольцо; 14 – вал привода; 15 – обгонная муфта; 16 – поводковое кольцо; 17 – опоры вала привода с вкладышем; 18 – шестерня с внутренним зацеплением; 19 — водило; 20 – центральная шестерня; 21 – опора вала якоря; 22 – постоянный магнит; 23 — якорь; 24 — щеткодержатель; 25 – щетка.

1. Система привода системы пуска двигателя

Этот механизм передает вращающий момент от электромотора к маховику. На валу якоря установлена шестерня привода. Действие электромагнитного включателя заставляет рычаг привода перевести шестерню привода в зацепление с зубчатым ободом маховика (в этом положение вращение передается на вал двигателя). Когда двигатель запущен, расцепляется оконная муфта, и теперь шестерня привода вертится в холостую. Позднее при включенном зажигании шестерня привода расцепляется с зубчатым ободом.

Теперь рассмотрим реальный механизм: оконная муфта передает вращение только в одном направлении и связана с шестерней привода. На муфте стартерного электромотора имеются винтовые шлицы. Винтовые шлицы имеются также на валу якоря. Шестерня привода способна скользить вдоль них вращаясь при этом. Винтовые шлицы обеспечивают плавное сцепление шестерни привода с зубчатым ободом. После сцепления зубчатого обода с ведущей шестерней раскручивается двигатель. Шестерня привода вертит зубчатый обод (при этом работает оконная муфта). Когда двигатель запущен, то двигатель вертит шестерню привода, при этом оконная муфта отключена. Шестерня привода вертится в холостую, чтобы не повредить электромотор.

2. Электромагнитный включатель

Электромагнитный включатель – заставляет приводной рычаг передвинуть шестерню привода и направляет ток в электромотор.

Схема работы электромагнитного включателя

В центре включателя находится плунжер. Плунжер выполняет две функции: перемещает приводной рычаг, соединенный с одним концом плунжера, а также включает главные контакты через контактную пластину, соединенную с его другим концом. Плунжер окружает втягивающая обмотка, которая подтягивает плунжер к главным контактам. Поверх втягивающей обмотки расположена удерживающая обмотка, которая удерживает плунжер у контактов. При повороте ключа зажигания электрический ток проходит по втягивающей, и удерживающей обмоткам, создавая магнитное поле. Это поле перемещает плунжер вправо. В результате контактная пластина замыкает главные контакты. Теперь клемма 30 замыкается с клеммой С, соединенной с мотором. В стартовый электромотор подается мощный ток, одновременно с этим, приводной рычаг приводит шестерню привода в зацепление и она начинает раскручивать двигатель.

Как устроен электромагнитный включатель?

Втягивающие и удерживающие обмотки закреплены на корпусе включателя. Контактная пластина расположена на торце плунжера напротив главного контакта. Втягивающие и удерживающие обмотки размещены вокруг плунжера, который поджимается возвратной пружиной. После запуска двигателя возвратная пружина перемещает шестерню привода в исходное положение.

Схема системы пуска двигателя

1. Электромотор;
2. Система передачи;
3. Электромагнитный включатель;

Электрическая схема системы пуска двигателя

Положительный полюс АКБ соединен с клеммой 30 и включателем зажигания. Клемма С соединена с обмотками возбуждения и обмоткой якоря, заземленными на корпус и далее соединенными с отрицательным полюсом АКБ. Все соединения выполнены мощным кабелем, который выдерживает большой ток. Клемма 50 соединена с положительным полюсом АКБ через включатель зажигания.

При повороте ключа зажигания ток сначала проходит через втягивающую и удерживающие обмотки, затем по обмоткам возбуждения и обмотке якоря, и наконец в землю. Поскольку сопротивление якоря и обмоток возбуждения очень низкое почти все напряжение АКБ падает на втягивающую и удерживающие обмотки. Возникающее в них поле перемещает плунжер вправо. Приводной рычаг, связанный с плунжером переводит муфту влево, одновременно поворачивая ее на винтовых шлицах якоря. Вместе с зацеплением привода с зубчатым венцом маховика временно замыкаются главные контакты. Когда главные контакты замкнуты контактной пластиной обмотки возбуждения и якоря питаются непосредственно от АКБ. После замыкания контактов выравниваются потенциалы клемм С и 50. Втягивающая обмотка уже не действует на плунжер. И он удерживается в прежнем положении только магнитным полем удерживающей обмотки. Когда после запуска двигателя ключ зажигания выключают главные контакты остаются замкнутыми. Но теперь ток от главных контактов во втягивающую обмотку поступает таким образом, что ее магнитное поле противоположно полю удерживающее обмотки. Оба магнитных поля взаимно уничтожаются. Теперь возвратная пружина переводит плунжер в исходное положение и размыкает главные контакты. Одновременно шестерня привода выходит из зацепления и возвращается в исходное положение.