Основни части на двигателя
Горивна камера
Горивната камера се формира от дъното (горната част) на буталото, долната част на главата на цилиндъра и стените на цилиндъра. В тази затворена камера на всеки час протича процес, еквивалентен на експлозията на 32 пръчки динамит. За надеждна работа на двигателя са необходими точност и здравина на частите.
Бутала и бутални пръстени
Буталото образува долния ръб на горивната камера и предава силата от изгарянето на горивото към коляновия вал (колянов вал) чрез мотовилка. Буталата се предлагат в различни видове и дизайни. Гледните точки могат да се различават в дизайна на полата на буталото, в дизайна на главата на буталото, в производствения процес на буталото и в степента на използвания метал.
Буталните пръстени са монтирани около горната част на буталото. Те образуват кръг с малко по-голям диаметър от обиколката на буталото. Когато краищата на дъгата (окръжността) се срещнат вътре в цилиндъра, се образува уплътнение, което предпазва изгорелите газове от навлизане в картера на двигателя и картерното масло от навлизане в горивната камера.
Конструкция на полата
За бутала се използват два основни дизайна на полата. По-старите бутала в двигатели с ниски обороти имат пълни прегради. Тази пълна пола увеличава движещата се инерция и движещата се маса на двигателя.
Когато коляновите валове получиха противотежести и скоростта на двигателя се увеличи над нивото, налично в косачките, частични (олекотени) поли се появиха на буталата. Тази частична преграда намалява теглото на буталото и осигурява място за противотежестите на коляновия вал. Почти всички съвременни двигатели използват частични бутала. Намалената движеща се маса на буталото на частичната пола позволява по-висока максимална скорост на двигателя.
Дизайн на главата на цилиндъра
Стандартните бутала обикновено имат плоска глава (дъно). Много двигатели с висока производителност, особено тези, предназначени за състезания, използват уок бутала. В много случаи инсталирането на тези изпъкнали бутала не е предимство, тъй като те предотвратяват разпространението на фронта на пламъка в горивната камера. Докато буталото се движи нагоре в хода на компресия, изпъкналостта запълва част от горивната камера в главата на цилиндъра. Това увеличава коефициента на компресия. Въпреки че увеличаването на съотношението на компресия увеличава потенциалната мощност на двигателя, то води до повишаване на температурата на горене. Когато температурата в горивната камера надвиши 1380*C, кислородът и азотът в горивната камера образуват азотен оксид. Тези съединения са сред най-токсичните и се следят отблизо от екологичните разпоредби. Ако решите двигател, проверете дали избраните от вас бутала отговарят на необходимите изисквания.
Буталата могат да бъдат лети или ковани. Кованите бутала са по-здрави, по-прецизно произведени, но и по-скъпи. Поради тези причини те се използват в форсирани двигатели с висока мощност.
Буталата на двигателите на стари автомобили са направени от чугун. Чугунените бутала съответстват на необичайно движеща се маса. Тази маса отнема част от мощността на двигателя и намалява максималната му скорост.
През 50-те и 60-те години алуминиевите бутала започват да се използват в масовото производство на автомобилни двигатели. Това позволи да се увеличи максималната скорост на двигателя и да се намалят паразитните загуби на мощност поради възвратно-постъпателното движение на масата на буталото.
Типичното бутало не е идеално кръгло като отвор на цилиндър. Има формата на елипса с надлъжнаос, наречена референтна ос, която е перпендикулярна на късата ос, наречена ос на буталния щифт. Тази конструкция на буталото се нарича шлайфане на гърбица (прилепване) и позволява топлинно разширение на буталото по оста на буталния щифт. В допълнение, тази конструкция позволява компресия на оста на лагера на буталото по време на хода на хода. Когато се правят измервания на бутало по време на разглобяване, трябва да се вземат предвид съображенията за дизайн.
Главата на буталото може да има различни конструкции. Всеки дизайн служи за решаване на определени проблеми. За повечето ремонти на двигател е подходящо бутало с гладко дъно. Уок буталата са много популярни при модернизирани двигатели. Издутината обаче влияе върху движението на фронта на пламъка и увеличава съотношението на компресия. Двигателите с висока компресия обикновено не работят много добре със стандартен бензин, който е предназначен за обикновени автомобили от 90-те години.
Манивели
Мотовилката прехвърля вертикалната сила, генерирана от изгарянето на гориво в горивната камера и действаща върху буталото, към коляновия вал. Въпреки че тези свързващи пръти трябва да са здрави, те трябва да пренасят възможно най-малко от собственото си тегло върху коляновия вал. Просто казано, манивелите трябва да са леки и здрави. Тази комбинация е лесна за оптимизиране; нивото на оптимизация нараства заедно с цената на мотовилката.
Подобно на буталата, биелите могат да бъдат отлети или ковани. Кованите биели са по-здрави и по-прецизни, поради което обикновено се използват за подобрени двигатели.
Биелните пръти за конвенционалните автомобили са изработени от чугун. Такива свързващи пръти съответстват на необичайна I движеща се маса. Тази маса отнема мощност и максимална скорост от двигателя. Състезателни двигатели и 1 друг високопроизводителендвигателите използват алуминиеви биели.
През 50-те и 60-те години на миналия век алуминиевите I мотовилки се появяват на модернизирани двигатели. Това ми позволи да увелича максималния брой обороти и да намаля! паразитна загуба на мощност поради възвратно-постъпателното движение на мотовилките с голяма маса.
Всеки свързващ прът има голям край и малък край. Малкият край е монтиран в буталото в точката, където мощността се прехвърля от буталото към мотовилката през буталния щифт. Буталният щифт може да бъде притиснат в свързващия прът и да има плаващо прилягане в буталото, или може да бъде притиснат в буталото и да има плаващо прилягане в края на свързващия прът, или може да има пълно плаващо прилягане, т.е. има плаващо прилягане както на буталото, така и на мотовилката.
Големият край на свързващия прът е свързан към коляновия вал. Сменяемите втулки са разположени от вътрешната страна на големия край на свързващия прът. Поради голямото натоварване на втулките, те са една от частите на двигателя, които са най-податливи на повреди.
Колянов вал
Мощността, развивана от двигателя, се предава към трансмисията с помощта на коляновия вал (колянов вал). Можем да кажем, че коляновият вал преобразува възвратно-постъпателното движение на буталата в цилиндрите във въртеливото движение, необходимо за въртене на колелата на автомобила.
Тежест от около 2000 kg или дори 8000 kg (камион) се движи през метално парче с диаметър около 10 cm.
Коляновият вал може да бъде изкован или излят от различни сплави. Въпреки че кованият колянов вал обикновено е по-здрав, той е и по-скъп. Лятият колянов вал е повече от достатъчен за повечето обикновени (не състезателни) приложения.
След отливане или коване, повърхностите на лагерите се обработват и след това се шлифоват и полират. Съвременните колянови валове използват противотежести, за да ги балансират с теглото.бутала и биели. По-нататъшното балансиране се извършва чрез отстраняване на метала от противотежестите.
Цилиндровата глава има няколко функции. Той съдържа горивните камери и осигурява подаване на въздушно-горивната смес към горивната камера. В допълнение, главата осигурява отработените газове от горивната камера към изпускателния колектор. Газовите канали се отварят и затварят от клапани. След Втората световна война тези клапани са разположени в главата на цилиндъра.
Вентили и задвижващ механизъм на клапани
Клапаните контролират потока на въздушно-горивната (работна) смес и отработените газове в и извън горивната камера. Всмукателният клапан се отваря винаги, когато буталото се движи надолу, за да изтегли гориво и въздух в горивната камера. Изпускателният клапан се отваря, когато буталото се движи нагоре, за да изтласка отработените газове от горивната камера.
Повечето двигатели имат само два клапана на цилиндър: един всмукателен и един изпускателен. В опит да подобрят потока на газове през горивната камера, много от най-новите двигатели използват два или повече всмукателни или изпускателни клапана, или и двата, във всеки цилиндър. Въпреки че на пръв поглед това прави двигателя по-сложен, в действителност това означава само повече части, а не повече сложност.
Отварянето на клапаните на много двигатели се извършва с помощта на тласкачи (пръчки) и кобилици. Както можете да видите от старите двигатели от Първата световна война, това е стар метод, но си остава много функционален.
Обикновено по-големият вентил е входният клапан. Всмукателният клапан се отваря, за да пропусне въздух и гориво в горивната камера. По-малък клапан, наречен изпускателен клапан, се отваря, за да освободи газове след товакрай на процеса на горене.
Разпределителен вал (разпределителен вал)
Разпределителният вал се състои от поредица от яйцевидни гърбици, отговорни за отварянето и затварянето на всмукателните и изпускателните клапани. При някои двигатели разпределителният вал се намира вътре в цилиндровия блок. Връзката между разпределителния вал и клапаните се осъществява чрез тласкачи и пръти.
Много двигатели имат разпределителен вал, разположен отгоре на клапаните. Разпределителният вал действа повече или по-малко директно върху клапаните. При такива двигатели единствените части между разпределителния вал и клапана са кобилицата (кобилицата). Това премахва необходимостта от тласкачи и пръти. Много двигатели дори нямат кобилици. Премахването на тласкачите и прътите намалява броя на частите на двигателя, които са склонни към износване. Освен това са възможни по-високи обороти, тъй като липсата на пръти елиминира потенциалните отрицателни ефекти, които биха могли да повлияят на реакцията на двигателя.
Разпределителният вал се задвижва от коляновия вал и се синхронизира с него. Гърбиците на разпределителния вал движат тласкачите нагоре и надолу, тласкачите движат прътите, а прътите задвижват кобилиците, за да отворят клапаните. Най-общо казано, колкото по-голямо е повдигането на лоба на разпределителния вал, толкова повече въздух под атмосферно налягане може да влезе в цилиндъра и колкото по-дълго е времето за отваряне, толкова по-дълго въздухът влиза в цилиндъра.
Конфигурации на разпределителния вал и времето
Когато през 1947 г. състезателният пилот Chuck Jaeger проби звуковата бариера в кола, мислите на дизайнерите се движеха около плоските цилиндрови глави на двигателите. В тази конфигурация клапаните са разположени в цилиндровия блок. През 50-те години сериознаиновация: двигател с горни клапани. Движението на клапаните в главата на цилиндъра означава подобрено преминаване на всмукателни и изгорели газове през горивната камера.
Въпреки че прътовите двигатели се произвеждат от много дълго време и въпреки че са много надеждни, новите приоритети и изисквания за автомобилните двигатели бавно изместват този дизайн.
Двигателят с горен разпределителен вал е разработен през 20-те години на миналия век. Премахването на прътите осигурява по-добро управление на клапаните и по-малко инерция в двигателя. Тази конфигурация е известна като горен разпределителен вал (OHC). Някои по-сложни конструкции на двигатели използват отделни горни разпределителни валове за всмукателните и изпускателните клапани. Този дизайн се нарича двоен горен разпределителен вал (DOHC).
Зъбни колела, вериги и зъбни ремъци
Синхронизиращата верига (синхронизация) свързва разпределителния и коляновия вал и синхронизира тяхната работа. Схемата, показана тук, е с конвенционален дизайн. Специалните вериги (за повишени двигатели) имат ролков дизайн. Много скъпи европейски двигатели използват ролкови вериги като стандартно оборудване. По-голямото зъбно колело е зъбното колело на разпределителния вал; по-малкото зъбно колело е зъбното колело на коляновия вал. Изместена от центъра кръгла главина на голямо зъбно колело задвижва горивната помпа. Това задвижване не е налично при повечето двигатели с впръскване на гориво, тъй като те използват електрическа горивна помпа.
Много двигатели с горен разпределителен вал използват верига за свързване на разпределителния и коляновия вал, но повечето двигатели използват зъбен ремък. Експлоатация и стареенеса склонни да отслабят гумените зъби на ремъка, което може да доведе до повреда. Скъсаният зъбен ремък може да причини сериозни щети на буталата и частите на клапанния механизъм, ако двигателят работи на високи обороти, а при някои двигатели дори на празен ход.
Ако отворените клапани имат отрицателна хлабина с буталото в горна мъртва точка (TDC) и ако системата за синхронизиране (зъбни колела/верига/зъбен ремък) не синхронизира правилно разпределителния и коляновия вал (това може да се случи, когато веригата и ремъкът се скъсат), тогава могат да възникнат различни повреди. Когато буталата срещнат клапаните, клапаните се огъват. Ако имате късмет, това е всичко, което ще се случи. Ако нямате късмет, тогава повредата на зъбния ремък или задвижващата верига ще деактивира главата на цилиндъра, клапаните, буталата и евентуално цилиндровия блок.
От казаното следва едно просто заключение: нов ангренажен ремък и няколко часа работа са много по-евтини от нов двигател. Ако ръководството за ремонт на вашия автомобил препоръчва смяна на зъбния ремък на редовни интервали (по пробег или по време), следвайте стриктно тези препоръки.