Детали и функции двигателя

Как избежать ошибок

Выбор двигателя с правильными параметрами начинается с определения целей, для которых он будет использован. Для систем позиционирования существуют очень специфичные требования к зависимостям между скоростью и моментом. Характер нагрузки является ключевым параметром. Также важными являются условия окружающей среды. Инженеры должены быть в курсе тонкостей влияния температуры на выходные характеристики и поведения смазочного материала при низких температурах или при длительном нахождении в условиях повышенной температуры. Вооруженные этой информацией, они могут взвесить все преимущества и недостатки или модифицировать конструкцию двигателя для точного соответствия требованиям устройства.

Обычно все возвращается к вопросу о нагрузке, так как если значение нагрузки известно, можно рассчитать, подходит ли двигатель при наихудших условиях эксплуатации. Если значение нагрузки неизвестно заранее, регулирование параметров двигателя возможно за счет модификации обмотки — изменения количества витков или размера обмоточного провода. Также можно корректировать многие физические параметры двигателя (размер или тип магнитов, длина якоря). Все эти способы позволяют производителю изготавливать двигатели постоянного тока для обеспечения соответствия требованиям заказчика.

Пользователям необходимо иметь реалистичные взгляды в плане своих ожиданий. Это может казаться очевидным, но даже в случае идеальной конструкции двигатель может генерировать лишь ограниченные скорость и момент при заданных значениях напряжения и тока. И хотя использование двигателя часто происходит на повышенной скорости для достижения желаемых характеристик конечного оборудования, это является компромиссом, снижающим срок службы и потенциально ухудшающим точность.

Также важно помнить, что в случае, если двигатель используется с установленным редуктором, его заявленная максимальная скорость будет ниже. В случае установки на двигатель редуктора пользователь обычно хочет использовать его на пониженной скорости

И если впоследствии необхоимо повысить скорость, пользователь решает использовать напряжение выше номинального значения, тем самым достигая нужного уровня выходной скорости на редукторе. Однако, даже если такой вариант окажется приемлемым для самого двигателя, входная скорость на редукторе может оказаться слишком высокой.

Инерция и точность позиционирования тоже представляют собой два конкурирующих фактора. Двигатель с большим ротором может обеспечить больший крутящий момент. Однако, инерция ротора имеющая биквадратичную зависимость от его размеров, может существенно снизить точность позиционирования.

Подбор подходящих параметров двигателя является многофакторным процессом. Упомянутые выше нюансы являются лишь стартовыми моментами и базируются на некоторых упрощениях и допущениях. Заказчик должен тесно работать с производителем двигателя постоянного тока, чтобы получить правильное и наилучшее решение. Используя преимущества разных вариантов конструкции (изменение обмотки, материала щеток и пр.), можно получить точное соответствие выходных параметров заявленным требованиям.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

• Блок цилиндров . Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
• Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).

Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.

Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

Замену ГРМ проводят через каждые 60000 — 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

• Система питания . В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
• Система смазки . Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
• Система охлаждения . Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора

А это одна из важнейших характеристик любого мотора.

Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС.

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени. Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения «Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля», на платформе ELECTUDE

Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор

Что такое коллекторный двигатель и его особенности

Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

• постоянного тока;
• переменного тока;
• универсальные.

Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока. Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

Как уменьшить вибрацию двигателя

Для уменьшения «пляски» и тряски двигателя необходимо настроить все узлы устройства на оптимальные режимы работы. Чтобы ДВС не вибрировал, сначала надой найти причины. Причиной вибрации может быть банальное ослабление крепежа ДВС.

Причин из-за которых двигатель автомобиля сильно вибрирует может быть много:

1. подсос воздуха;
2. неправильное поступление топлива;
3. сбито зажигание;
4. ослаблено крепление мотора;
5. низкая компрессия;
6. троение двигателя.

В этом видео рассмотрена одна из возможных причин вибрации

В этом видео показывается ликвидация вибрации за счет правильно выставленных меток, автомобиль Чери Тиго.

Комментарии: 25Публикации: 328Регистрация: 04-03-2016

Обратная ЭДС двигателей постоянного тока

Учитывая, что ротор состоит из множества спиралей проводника, мы можем представить модель двигателя постоянного тока как электрическую цепь, состоящую из источника питания (батареи) и сопротивления (рис. 3).

Рис.3. Упрощенная схема двигателя постоянного тока
Модель двигателя постоянного тока рассматривается как проводник с сопротивлением RM (сопротивление обмотки двигателя) и источник питания с напряжением VS. Ток в цепи равен I. Данная модель упрощенная и не полная.

По закону Ома:

V_S= IR_M

где VS — напряжение питания, I — ток, RM — сопротивление обмотки.

В случае постоянного значения напряжения питания, потребляемый ток двигателя обратно пропорционален его сопротивлению, которое мы можем приблизительно определить как сопротивление обмотки (достаточно низкое значение). Это означает, что на низких скоростях вращения или при заблокированном роторе двигателя значение тока достаточно для перегорания обмоток двигателя. Существуют и другие факторы в работе двигателя. Якорь состоит из витков, перемещающихся внутри магнитного поля. Как было рассмотрено в предыдущей статье, магнитное поле якоря оказывает воздействие на обмотку и генерирует крутящий момент. В то же время верно и обратное — проводник, перемещающийся в магнитном поле, генерирует электродвижущую силу (ЭДС).

Другими словами, каждый двигатель постоянного тока одновременно работает и как генератор. По закону Ленца направление действия обратной ЭДС противоположно Vs. Это отражено знаком «минус» в выражении выше. Магнитный поток, проходящий через виток, может быть выражен формулой:

Это означает, что для вращающейгося в постоянном магнитном поле B якоря с плотной обмоткой, состоящей из N витков, это выражение может быть представлено следующий образом:

ЭДС двигателя постоянного тока противоположна приложенному напряжению питания и увеличивается при увеличении скорости вращения катушки. Теперь наша эквивалентная электрическая цепь содержит еще один компонент (см. рис.4), и уравнение 1 видоизменяется следующим образом:

Рис.4. Работа двигателя как генератора
Электродвигатель (зеленый прямоугольник) работает как генератор, поэтому эквивалентная цепь должна содержать обратную ЭДС, которая действует в направлении, противоположном напряжению питания, и уменьшает ток.

Решив уравнение 5 относительно силы тока, получим:

Другими словами, чем выше обратная ЭДС двигателя, тем меньше потребляемый ток и ниже уровень рассеиваемого тепла. Также, выражение 4 говорит нам о том, что чем выше скорость двигателя постоянного тока, тем больше значение обратной ЭДС, которая снижает значение тока. Рассмотрим вариант работы на холостом ходу. Сразу после старта двигателя ток резко возрастает, но обратная ЭДС немедленно начинает увеличиваться и действует в направлении, обратном напряжению питания, заставляя снижаться потребляемый ток. К тому времени, когда двигатель постоянного тока достигает максимальной скорости, обратная ЭДС практически уравновешивает напряжение питания, в результате чего двигатель без нагрузки, работающий на холостом ходу, потребляет совсем небольшой ток. Как только мы добавляем нагрузку, скорость и обратная ЭДС двигателя падают, позволяя току увеличиваться, и двигатель производит полезную мощность.

Это соотношение позволяет использовать обратную ЭДС как инструмент для контроля скорости или проверки работы двигателя.

Строение двигателя внутреннего сгорания

Конструктивное отличие у поршневых моторов практически отсутствует. Основными составляющими являются: корпус, кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм и системы двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм

КШМ преобразовывает движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. Состоит из двух групп деталей: подвижных и неподвижных. К подвижным относятся: поршень, поршневой палец, шатун, маховик и коленчатый вал.

Схема кривошипно-шатунного механизма автомобиля

Поршень

Представляет собой основную деталь поршневой группы. Тепловой энергия расширяющихся газов, полученная в результате сгорания топлива, превращается в механическую работу поршня в цилиндре. Поршень в свою очередь путем восприятия давления сжатого газа и его преобразования в поступательное движение, оказывает силовое воздействие на шатун, что впоследствии приводит к вращению коленчатого вала. Помимо этого, поршень выполняет функцию отвода тепла от камеры сгорания.  

Схема поршня в сборе с шатуном:1 — болт шатунный длинный; 2 — шайба стопорная; 3 — крышка шатуна; 4 — вкладыш шатунного подшипника; 5 — шатун; 6 — поршень; 7 — кольцо стопорное поршневого пальца; 8 — палец поршневой; 9 — втулка шатуна; 10 — кольца поршневые компрессионные; 11 — кольца поршневые маслосъемные; 12 — расширители радиальные маслосъемных колец; 13 — болт шатунный короткий

Основные составляющие: днище, уплотняющая и направляющая части.

На днище приходится большая часть тепловой нагрузки. У двухтактных двигателей сферическая форма, за счет чего камера сгорания лучше заполняется топливовоздушной смесью и освобождается от газов после отработки. Четырехтактные с плоской или вогнутой формой, что способствует улучшенному смесеобразования и уменьшению риска соприкосновения поршня с клапаном.

Выемки в днищах дизельных моторов могут быть различной формы. Представляют собой поршневую систему сгорания, внутри которой создаются завихрения в процессе работы и за счет этого, улучшается качество воздушно-топливной смеси.

Уплотняющая часть представлена в виде канавок на поверхности поршня, в которые устанавливаются поршневые кольца. За счет плотного прилегания к поршню и стенкам гильзы устраняется зазор, тем самым обеспечивая полную герметизацию. Чаще всего конструкция состоит из двух компрессионных колец и одного маслосъемного. Масло стекает по специальному отверстию в поддон.

Днище и уплотняющая головка образуют головку поршня.  Юбка задает направление движения поршня внутри цилиндра.

Поршневые пальцы

Поршневой «палец» соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Изготавливается из прочного материала — хромоникелевой стали, что обеспечивает износостойкость в процессе трения и при высоких нагрузках.

Шатун

С помощью шатуна поршень соединяется с коленчатым валом при помощи шатунных вкладышей и способствует передаче возникающих поступательных движений к коленчатому валу от поршня.

Коленчатый вал

Значимость этой сложной по форме детали заключается в преобразовании движений поршня через шатун в крутящий момент. В составе коленчатого вала коренные и шатунные шейки, соединенные щеками между собой. Для предотвращения осевых смещений из-за возникающих от силы давления газов переменных нагрузок на среднюю или крайнюю шейку устанавливается упорный подшипник скольжения. Изготавливаются детали коленвала из среднеуглеродистой легированной стали или из чугуна.

Маховик

Представляет собой зубчатое колесо, которое выполняет следующие функции: уменьшает неравномерность вращения коленвала, тем самым стабилизируя его работу; накапливает кинетическую энергию для запуска двигателя и обеспечивает плавный старт; способствует запуску мотора; соединяет двигатель с трансмиссией. Маховики изготавливаются из чугуна.

Основные неподвижные детали КШМ: блок двигателя, головка блока цилиндров, цилиндры, поддон, гильзы цилиндров.

Блок

Блок является основной цельнолитой деталью КШМ, в которой находятся цилиндры мотора. Это корпусная часть двигателя, к которой прикрепляются все остальные узлы и агрегаты, а также вспомогательные механизмы и системы автомобиля. Верхняя часть блока закрыта прикрепленной головкой. Закрытые цилиндры образуют камеры сгорания. Головку блока изготавливают из магниевого или алюминиевого сплава и чугуна. Головка, как и блок цилиндров, имеет отверстия для смазывающих веществ. Поддон собирает масло для последующей его подачи в систему смазки посредством масляного насоса. Для предотвращения утечки масла между ними установлена прокладка.

Блок цилиндров V-образного двигателя

Детали и функции двигателя — Вспомогательные детали

Вспомогательные детали двигателя — это не основные части двигателя, а детали двигателя, которые играют важную роль в работе двигателя. Они выполняют свои обязанности, будучи установленными на двигателе.

Что такое впускной коллектор?

В автомобилях с двигателями внутреннего сгорания движение становится возможным благодаря серии небольших взрывов, происходящих в камерах сгорания. Топливом для этих взрывов обычно является бензин или дизельное топливо. Но без кислорода были бы невозможны взрывы и не происходило бы возгорания. Для того, чтобы двигатель работал, ваш автомобиль должен иметь в цилиндрах надлежащую топливно-воздушную смесь.

Впускной коллектор представляет собой своего рода резервуар, который равномерно распределяет воздух, поступающий в двигатель, по каждому из цилиндров. Он должен содержать нужное количество воздуха. Большинство двигателей внутреннего сгорания, используемых в автомобилях, работают в четырехтактном режиме, и во время впуска, которое считается началом этих процессов, воздух во впускном коллекторе подается в цилиндр при открытии впускного клапана. Затем эти впускные клапаны закрываются еще три раза — сжатие, сгорание и выпуск — и снова открываются после начала цикла. Впускной коллектор отвечает за обеспечение достаточного количества воздуха для каждого такта впуска при открытии клапана и за то, чтобы каждый цилиндр получал столько же воздуха, сколько и другие.

Как узнать, что нежелание вашего автомобиля ускоряться связано с утечкой в ​​коллекторе? Первый способ — просто послушать свой двигатель. Возможно, ваша машина пытается сообщить вам о проблеме. При работе двигателя на холостом ходу возможны шумы, такие как шипение или свист. Остановка двигателя может происходить очень медленно. Или, когда вы выключаете зажигание автомобиля, он может продолжать работать некоторое время. Все это может быть признаком утечек во впускном коллекторе.

Выпускной коллектор

Это путь выхода сгоревшего газа в баллон. В общем, выходящая из цилиндров трубка соединяется и входит в катализатор. Между внутренним цилиндром и катализатором находится выпускной коллектор. В двигателях с турбонаддувом коллектор соединен с турбонагнетателем. Давление выхлопных газов вращает турбину турбонагнетателя. Лопатки компрессора, с которыми сторона турбины соединена валом, сжимают абсорбированный свежий воздух и направляют его во впускной коллектор, а оттуда в камеру сгорания.

Виды комплектности б/у кабин и двигателей — первая комплектность, столбик, без навесного, каркас кабины.

Часто наши клиенты задают вопрос — «А что у вас входит в состав кабины, двигателя первой комплектности?». В разных компаниях на этот вопрос отвечают по-разному. У нас в 7 Деталей есть четкие критерии разделения по комплектности:

Кабина первой комплектности, кабина в сборе

Кабина первой комплектности — это кабина в сборе (двери, стекла, зеркала, салон, капот, воздуховод за кабиной)

В комплект не входит продолжения дверей, корпуса подножек, продолжения крыльев кабины, торсион, блоки управления. На разных машинах блоки управления называются по-разному:

• VIC — DAF
• ZBR — MAN
• BCM — Iveco
• VECU — Volvo
• блок управления координатор — Scania.

Запчасти кабины, не входящие в комплект, продаются отдельно.

Двигатель первой комплектности, двигатель в сборе

Двигатель первой комплектности — это двигатель со всем навесным оборудованием, кроме термомуфты и блока управления

Двигатель голый, без навесного оборудования, «столбик»

Двигатель без навесного оборудования — это двигатель, в состав которого входят — блок двигателя, головка(и) двигателя, коленвал, распредвал, рокерный вал, поршни, шатуны. Все остальные запчасти в комплект не входят и продаются отдельно.

Как работает синхронный двигатель

Принцип действия синхронного двигателя основывается на взаимном влиянии магнитных полей якоря и полюсов индуктора. При обращенной конструкции агрегата расположение якоря и индуктора выполнено наоборот, то есть, первый расположен на роторе, а другой – на статоре. Такой вариант используют криогенные синхронные машины, у которых в состав обмоток возбуждения входят материалы со свойствами сверхпроводимости.

При запуске двигателя его разгоняют до частоты близкой к той, с которой в зазоре вращается магнитное поле. Только после этого он переходит в синхронный режим. В данной ситуации происходит пересечение магнитных полей якоря и индуктора. Этот момент получил название входа в синхронизацию.

При разгоне используется состояние асинхронного режима, когда происходит замыкание обмоток индуктора с помощью реостата или короткозамкнутым путем, подобно асинхронным машинам. Для того, чтобы осуществлять запуск в таком режиме, ротор оснащается короткозамкнутой обмоткой, которая одновременно является успокоительной обмоткой, способной устранить раскачивание ротора во время синхронизации. После того, как скорость становится близко к номинальной, в индуктор подается постоянный ток.

Таким образом, синхронный двигатель это не только двигатель, но и своеобразный генератор, поскольку у них одинаковое конструктивное исполнение. Схема работы двигателя будет следующей. Обмотка якоря подключается к трехфазному переменному току, а к обмотке возбуждения от постороннего источника подается постоянный ток. Вращающееся магнитное поле, созданное трехфазной обмоткой и поле, созданное обмоткой возбуждения, взаимодействуют между собой. Это вызывает появление электромагнитного момента, приводящего ротор во вращающееся состояние.

Для двигателей, где установлены постоянные магниты, применяются специальные внешние разгонные двигатели. В отличие от асинхронных устройств, разгон ротора в синхронном двигателе должен достигнуть частоты вращения магнитного поля. Это связано с подачей в обмотку ротора тока из постороннего источника, а не индуцируется в нем под действием магнитного поля статора, следовательно, на него не влияет частота вращения вала. В результате, синхронный двигатель переменного тока приобретает постоянную частоту вращения ротора вне зависимости от нагрузки. Специфический принцип работы этих устройств оказал влияние на их пуск и регулировку частоты вращения.

Что такое балансирные валы

ДВС — это устройство сложной конструкции, основанной на преобразовании одной энергии в другую. Чем сложнее устройство, в данном случае, чем больше цилиндров имеет двигатель, тем сильнее создаются вибрации и колебания отдельных деталей, и двигателя целиком.

Цилиндры в ДВС располагаются по-разному:

1. Рядная схема двигателя. Это такая, при которой оси цилиндров находятся в одной плоскости.
2. Оппозитная схема. Оси цилиндров на противоположной стороне, то есть через 180 градусов. 
3. V-образная схема ДВС. Оси цилиндров в В-образных моторах располагаются в разных плоскостях.

Во всех двигателях существуют два вида сил:

• Уравновешенные. Уравновешенные силы — это сила давления, сила трения.
• Неуравновешенные. Неуравновешенные силы — это вес силового привода, сила инерции (то есть обратная сила).

В связи с тем, что двигатели не могут работать без вибрации, конструкторами была придумана деталь, которая сводит к минимуму повышенные значения вибрации и колебания.

Балансирный вал представляет собой цилиндрический стержень с имеющимися на нем пазами. Уравновешивающий вал гасит силы инерции второго порядка. Силы второго порядка в двигателе внутреннего сгорания не уравновешиваются путем установки дополнительных грузов на щека коленчатого вала. К силам первого порядка относится масса кривошипа, радиус его движения, угловая скорость и угол поворота. К силам второго порядка в ДВС относятся лямбда, то есть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.