Двигатели и техните системи: запалителна , смазочна система, охладителна, изпускателна и подгревателна система

Запалителна система (за бензинови двигатели)

Запалителната система е предназначена за запалване на горивовъздушната смес в бензиновия двигател. Запалването се извършва от протичането на ток под формата на искра между електродите на запалителна свещ в определен момент от сгъстяването на горивната смес в цилиндрите на двигателя.

Всяка запалителна система е предназначена да създаде високо напрежение (20 kV и повече), способно да пробие диелектричната среда между електродите на запалителната свещ, вследствие на което да протече ток под формата на искра. Това е може би най-чувствителната и точна система. Тя трябва в точно определен момент да подаде команда и генерира мощен запалителен импулс.

Запалителната система бива: контактна, безконтактна или транзисторна и електронна или микропроцесорна.

В зависимост от нейния вид, то и елементите на запалителната система са различни.

Схема на контактна запалителна система за бензинови двигатели

Така например в контактните класически запалителни системи са налице следните елементи:

• Източник на енергия (акумулаторна батерия);
• Стартерно реле;
• Контактна група (ключалка и ключ за запалване);
• Бобина (съхранение или преобразувател на енергия);
• Кондензатор;
• Дистрибутор;
• Прекъсвач;
• Кабели за високо напрежение;
• Конвенционални проводници за ниско напрежение;
• Запалителна свещ.

Системите са контактни, защото чрез механичен контакт, който постоянно се отваря и затваря в точно определени моменти се генерира високо напрежение, което чрез дистрибутор се подава към съответната запалителна свещ и цилиндър. Генерирането на високо напрежение се осъществява посредством LC група (бобина-кондензатор) и механичен прекъсвач (чукче и наковалня). В този вид системи е на лице нисковолтова и високо волтова част.

Другия вид запалителни системи са безконтактни. Те са такива защото е елиминирано присъствието на механичен прекъсвач.

Легенда на означенията:1) реле за включване на запалването, 2) включвател, 3) блок с предпазители,

4) комутатор, 5) датчик за момента на подаване на искрата, 6) запалителна бобина,

7)запалителни свещи

Схема на безконтактна запалителна система

Вместо такъв, в системата са включени електронен комутатор и датчик на момента на запалване. Електронният комутатор е изграден на полупроводникова база (транзистори, тиристори, диоди). Комутаторите също може да са два вида- напълно електронни и електронно механични. Във втория вид също има прекъсвач, но той работи в слаботокова верига и не се износва електрически.

Съвременните автомобили са оборудвани с електронен тип запалителни системи. В тях високото напрежение се генерира и разпространява от различни електронни устройства. Микропроцесорната система определя най-точно момента на подаване на искрата за запалване на въздушно-горивната смес. Това се извършва от компютърен блок, в който е запаметена диаграмата  показваща най-добрите стойности на ъгъла на предварение на запалването във функция от натоварването и оборотите на коляновия вал на двигателя.

Диаграма на ъгъла на изпреварване на запалването във функция от натоварването на двигателя и честотата на въртене на коляновия вал

Групата на безконтактните системи включва:

• Единична искрова бобина. В такива системи всяка свещ е свързана към отделно късо съединение. Едно от предимствата на такива системи е изключването на един цилиндър, ако някоя намотка се повреди. Превключвателите в тези диаграми могат да бъдат под формата на един блок или индивидуално за всяко късо съединение. При някои модели автомобили този блок се намира в ECU. Такива системи имат взривни проводници.
• Индивидуална намотка върху свещи (COP). Инсталирането на късо съединение в горната част на свещта елиминира експлозивните проводници.
• Двойни искрови бобини (DIS). В такива системи има две свещи на бобина. Има две опции за инсталиране на тези части: над свещта или директно върху нея. Но и в двата случая DIS изисква кабел с високо напрежение.

За непрекъсната работа на електронната модификация на SZ е необходимо да има допълнителни сензори, които записват различни индикатори, които влияят на времето на запалване, честотата и силата на импулса. Всички индикатори отиват в ECU, който регулира системата в зависимост от настройките на производителя.

Смазочна система

Предназначена е:

• Да смазва триещите се части на двигателя,
• Да охлажда използваното масло,
• Да съхранява маслото на двигателя.

Системата се състои от:

• Маслена помпа с приемник;
• Маслен филтър;
• Отдушник
• Маслен радиатор*.
• Тръбопроводи*

Смазочна система на двигател 

Маслен радиатор и тръбопроводи за неговото свързване към системата са на лице само в по-старите марки двигатели или пък в тези автомобили, които работят в тежък температурен режим.

Работа на смазочната система

Работа на смазочната система

Маслото се засмуква през маслоприемника разположен в картера на двигателя (1) и се нагнетява от маслената помпа(2) в смазочната магистрала. На нея има предпазителен клапан (3), чиято роля е ако по някаква причина се повиши налягането на маслото, той да се отвори и да пропусне маслото да се излее обратно в картера на двигателя, като по този начин предпазва масления филтър от разрушаване. От там маслото постъпва в масления филтър(6), където се филтрира и след него постъпва в масления радиатор(8) за охлаждане. На радиатора има предпазителен клапан, който се отваря, когато налягането на маслото е над определна стойност, след което последното се подава директно към централния маслопровод (13) за смазване на коляновия вал. Маслото преминава последователно през всички основни и мотовилкови лагери като ги смазва, след което пада отново в картера на двигателя и цикълът се повтаря. При постъпването си в в централния маслопровод, част от маслото се отправя и смазва разпределителните валове в главата на двигателя. След тяхното смазване, маслото също се изтича в картера на двигателя. На входа на маслената магистрала се намира датчика(11) отчитащ налягането на маслото. При ниско налягане на маслото датчикът подава сигнал и на таблото на водача светва индикаторна лампичка за ниско налягане на маслото.

Маслена помпа

Фиг.52. Маслена помпа

Маслена помпа к-т с маслоприемник

Устройството на маслената помпа е следното:

• Корпус с маслен приемник,
• Зъбни колела
• Пропускателен клапан

Корпусът е изработен от алуминиева сплав и обикновено се закрепва към специалниотвори в долната част на блока. В него (корпуса) е предвиден отвор, през който минава вал задвижващ зъбните колела. Самият вал взема движение  от коляновия вал на двигателя. Към корпуса е предвидено място, на което се закрепва масления приемник.

Маслен приемник – това е тази част, която е потопена в маслото. В него има мрежест филтър служещ за пречистване на маслото. Масленият приемник е свързан със засмуквашщата камера на маслената помпа.

Зъбни колела – изработени са от стомана и са поместени в специално създадената камера на корпуса, така че да образуват две части – всмукателна и нагнетателна част.

Пропускателен клапан- това е клапан, чието предназначение е да пропуска постъпващото масло когато по една или друга причина налягането в системата се повиши и да го насочи да влиза отново в картера на двигателя. В този случай помпата работи на празен ход.

Маслен филтър

Предназначен е да пречиства отработеното масло от стружки, механични примеси и нечистотии и да го подава в чист вид към маслените магистрали на системата.

Маслен филтър

Отдушник

Предназначен е да свързва с атмосферата пространството в картера и маслените пари и газове, които се отделят от маслото при неговото загряване и работа в двигателя да излизат в атмосферата. За да не се  замърсява атмосферата на изхода на отдушника се поставя спираловиден мрежест филтър, който „прихваща“ тежките компоненти на маслените изпарения. Останалата част се изхвърля в атмосферата или чрез специален маркуч се рециклира, като се подава отново в устройството за смесообразуване.

Маслен радиатор

Маслен радиатор

Този елемент не присъства във всички двигатели с вътрешно горене, а само в тези, които работят в тежки условия, при които двигателите се загряват до по-високи стойности. Предназначението на масления радиатор е да охлажда циркулиращото в смазочната система масло.

Устройството на масления радиатор е аналогично на водния радиатор, с тази разлика, че в следствие на по-големия вискозитет на маслото е необходимо тръбичките на радиатора да са с по-голямо сечение. Обикновено в зимни условия радиаторът се изключва чрез специалне кран.

Тръбопроводи– служат за свързване на масления радиатор към смазочната система. Когато в автомобила не е предвидено да има маслен радиатор, отсъства и необходимостта от тръбопроводи, защото цялата смазочна система е „събрана“ в самия двигател вътре в него.

Следва да се отбележи, че за да се извършва смазване на коляновия и разпределителния вал, в тях са разпробити още при тяхното изработване специални канали, през които да минава масло и да смазва основните и мотовилкови лагери на двигателя.

 

Охладителна система

Предназначението на охладителната система е да отвежда излишната топлина от детайлите и възлите на двигателя.

Елементи на охладителната система 

В зависимост от възприетия начин на охлаждане системите биват с въздушно охлаждане или с водно охлаждане (закрит и открит тип).

Тя се състои от:

• Воден радиатор с паровъздушен клапан;
• Вентилатор;
• Водна помпа;
• Термостат;
• Разширително казанче;
• Датчици за температура;
• Водни съединения;
• Водна риза.

Какво е предназначението на отделните елементи на охладителната система?

Воден радиатор:

Предназначен е за охлаждане на циркулиращата в системата охладителна течност.

Воден радиатор

Радиаторът се състои от:

• Горно и долно казанче;
• Охладителна решетка (пита);
• Входящи и изходящи тръби в долното и горно казанче на радиатора;
• Технологичен отвори за източване на охладителната течност;
• Технологичен отвор за монтиране на температурен датчик отчитащ влизащата в двигателя охладителна теност;

Вентилатор

Вентилаторът е предназначен да охлажда радиатора и циркулиращата в него течност. Той може да е с механично задвижване посредством ремък и шайба или с електрическо задвижване. Когато е с механично задвижване охлаждането е перманентно. Когато е с електрическо задвижване става чрез електромотор включващ се от термодатчик.

Когато задвижването е механично много важна дейност е да се следи обтягането на задвижващия  ремък. Когато той се разхлаби е възможно да започне да пробуксува и водната помпа да работи с по-малки обороти, при което да се влоши топлоотдаването.

Вентилатор

При електрическо задвижване трябва да се следи периодично състоянието на четките на електромотора.

Водна помпа

Това е елементът, който осигурява циркулирането на охлаждащата течност в системата.

Състои се от корпус, турбинно колело, салниково уплътнение, контролна пробка. Корпуссът е изработен от алуминиева сплав. За неговото уплътняване към главата на двигателя се използва гумена или клингеритова гарнитура. Турбинката е запресована върху вала на помпата. Същият е осигурен против изтичане на охладителна течност със салниково уплътнение. При износване на същото е налице контролна пробка, през която започва да изтича охладителна течност. Това е сигнал за смяна на водната помпа. В съвременните автомобили корпусът се продава в комплект с турбинното колело и контролната пробка.

Водна помпа

Вече има и автомобили, в които водната помпа е електрическа – Мерцедес Бенц М139 от 2022 г.

Термостат

Термостатът е устройство, което е предназначено да включва/изключва в работата на системата нейния голям кръг, чрез което се получава по-добро охлаждане на двигателя. Това е механичен прибор или възел, който при определена температура на охладителната течност, отваря пропускателен клапан, който свързва охладителната система на двигателя с охлаждащия радиатор, при което течността преминава през последния и се охлажда по-ефективно.

Термостатът се състои от корпус, клапан на термостата, цилиндърче

(мехче) на термостата. От тези три елемента най-важният е цилиндърчето, защото то отваря и затваря клапана. Гофрирания цилиндър е запълнен с воден разтвор на спирт. Отварянето/затварянето се осъществява в зависимост от това до колко се е разширил водния разтвор на спирта, респективно гофрираното цилиндърче.

Големият кръг включва охладителната течност да преминава през цилиндровите ризи на двигателя. При движение на охладителната течност през малкия кръг, от него се изключва охладителната риза и той се затваря само през радиатора.           

         Устройство на термостата       

   

Външен вид на термостата

 Разширително казанче

 

Разширително казанче

Предназначението му е да дава възможност на охладителната течност да се разширява в някакъв допълнителен обем, когато тя се разшири при загряване в процеса на работата на двигателя.

Изработено е от прозрачна пластмаса, през която да се вижда нивото на охладителната течност. На казанчето има белези за максимално и минимално ниво. Отгоре, където е гърловината за наливане се завива капачка, която е снабдена с паро-въздушен клапан (ПВК) или само с парен клапан(ПК).

ПВК е предназначен да се отвори, когато вследствие на повишаване на температурата на охладителната течност, същата се разширява. При това разширение част от течността може да излезе навън, а налягането в системата се понижава. В случай на много ниски температури, когато охладителната течност в двигателя намали своя обем,  течността в разширителното казанче постъпва в охладителната система и я попълва  по норма.

Датчици за температура;

Датчиците са два вида- за температура на охладителната течност в главата/блока на двигателя, за температура на охладиттелната течност влизаща във водния радиатор.

Датчик за температурата на водата

Датчиците представляват корпус с монтиран в него терморезистор. Датчикът за температурата на охладителната система (ЕСТ) е температурно променливо съпротивление, което обикновено е с отрицателен температурен коефициент. Това е двупроводников термистор, който е потопен в охладителната течност. Бордовият компютър използва моментната стойност на съпротивлението на ЕСТ  при изчисляване на стойностите на предварението на запалване и продължителността на впръскване на горивото.

• Водни съединения;
• Водна риза.

Изпускателна система

Системата е предназначена да отведе изгорелите газове извън двигателя, с което ще отведе и известно количество топлина.

Тя се състои от:

• Изпускателни колектори;
• Изпускателни тръби;
• Катализатор;
• Шумозаглушител.

 

 Изпускателна система на автомобил

Изпускателните колектори представляват една „кутия“, която е с определен брой входове, в зависимост от броя на цилиндрите и един изход. Възможно е да има повече от една кутии, като една кутия обхваща 2 цилиндъра. Изработена(и) е(са) обикновено от чугун. За уплътняване на изпускателните колектори между тях и главата се поставят гарнитури.

Изпускателните тръби са метални, с кръгло сечение, обикновено следващи профила на автомобила отдолу. Към рамата се захващат с гумени тампони или обтегачи. Тръбите са поне две, защото между тях се монтира катализатора.

Катализатор

Служи да протече каталитичен процес вътре в него между елементите, от които е изграден и изгорелите газове. Работата на катализатора, присъстващ в изпускателната система, е насочена към окислително-редукционни химични реакции, водещи до образуването на безвредни вещества: вода, въглероден диоксид и азот. Това са тристепенни преобразуватели, които се използват в повечето автомобили от най-новите модели. Принципът на действие на автомобилния катализатор осигурява превръщането на опасните за околната среда газове в безопасни съединения, които се отделят в атмосферата.

Катализатор – изглед

Катализаторът се състои от:

• Стоманен корпус с входящ и изходящ фланец
• Керамично тяло запълнено с керамични топчета

 

Принципът на действие на катализатора се основава на пълното му функциониране след пълно нагряване. Работата му трябва да се контролира от ламбда сонди – кислородни сензори, монтирани преди влизане в катализатора и след излизане от него. За електронния блок за управление информацията за количеството остатъчен кислород в отработените газове е важна, според която се правят заключения за функционирането на двигателя. Ако е необходима корекция, ECU изпраща сигнал за увеличаване или намаляване на подаването на въздух и гориво към системата на горивната камера.

Принципът на действие на катализатора в автомобила е доста прост и се основава на определена последователност от химични реакции: Вътрешната повърхност на пчелната пита е покрита с благородни метали, които са отговорни за активиране на окислителните процеси. В резултат на реакцията азотният оксид се разлага на азотни и кислородни атоми. Азотът се комбинира в молекули, образувайки стабилен азот. Кислородът се комбинира с въглероден оксид, за да образува въглероден диоксид. Катализаторът улавя остатъчния кислород от отработените газове, разгражда въглеводородите, произвеждайки съединения като въглероден диоксид и вода на изхода. Остатъчният кислород на изхода на катализатора се записва от ламбда сонда, за да се предаде информация за работата на устройството към стандартния бордов компютър.

Шумозаглушител

Предназначението на шумозаглушителя е да охлади и намали щума от излизашите в атмосферата газове.

Голямия шум се обуславя от значителното налягане на изходящите газове излизащи от цилиндрите със скоростта на звука. Принципа на неговото действие е се основава на постепенно намаляване на налягането до стойности по-малки от скоростта на звука.

Шумозаглушител

Обикновенният шумозаглушител представлява съд с обем от 6-20 пъти по голям от обема на цилиндрите. При своето движение в цилиндъра газовете преминават през редица малки отвори с последващи обеми на разширение. За тази цел в тях се поставят перфорирани прегради и мрежи.

Подгревателна  система

Тази система е преднаначена да подгрее двигателя при температури на окръжаващата среда под 5⁰ С. Използва  се при автомобили (респективно двигатели) експлоатиращи се постоянно в арктически условия или зимно време за другите климатични пояси. С нейното включване се дава възможност бързо да се загрее охладителната течност и циркулирайки през водните ризи да се подгреят цилиндровите втулки (цилиндрите) на двигателя. По този начин ще се намали повишеното механично триене при първоначалното пускане на двигателя и по-бързо ще се достига нормален температурен режим от него.