Любой автомобильный двигатель - сердце машины. Сегодня производителями изготавливаются моторы разного типа и модификаций. Все они конструктивно отличаются между собой, поэтому выбирая транспортное средство, необходимо знать, какой агрегат в нём установлен, его принцип работы, технические характеристики, преимущества и недостатки. Существуют компрессорный, турбированный и атмосферный двигатель.
Классификация атмосферных моторов
Атмосферник - двигатель внутреннего сгорания , в который через фильтры поступает воздух, где он смешивается с топливом. Полученная смесь попадает в камеру сгорания, воспламеняется и приводит в движение поршни, благодаря ему поддерживается вся работа автомобиля.
Двигатели внутреннего сгорания, преобразующие энергию тепла от сгорания топлива в механическую энергию движения, делятся на три группы:
- дизельные;
- газовые;
- бензиновые.
Ещё в 19 столетии был создан первый бензиновый двигатель, который за время существования претерпел много изменений. Он нашёл широкое применение в автомобилестроении наряду с дизельным агрегатом. Газовый применяется только как дополнительный элемент к бензиновому мотору.
По способу подачи топлива все атмосферные агрегаты классифицируются на 2 типа:
- карбюраторные;
- инжекторные.
Карбюратор представляет собой узел системы питания мотора. В нём топливо смешивается с определённой частью воздуха, образуя воздушно-топливную смесь. Полученная смесь в наиболее приемлемом количестве и составе подаётся в цилиндры самого двигателя.
Инжектор или специальная форсунка - это электронно-механический узел в автомобиле, задача которого распылять топливо прямым впрыском непосредственно в цилиндр или во впускной коллектор.
Инжектор выигрывает у карбюратора по показателям эффективности. Карбюраторный агрегат потребляет больше топлива, содержание вредных веществ в выхлопе увеличивается, так как топливо сгорает менее полноценно. Управление системой требует ручной настройки.
Принцип работы
Понятие «атмосферный» говорит о том, что при горении топлива в цилиндрах принимает участие атмосферное давление. Атмосферники громоздкие и тяжёлые, поэтому конструкторы со временем нашли способ усовершенствовать их за счёт компрессоров или турбин. Тем не менее эти двигатели по-прежнему востребованы. Они устанавливаются на авто любого класса, но чаще всего на бюджетные легковые автомобили.
Двигатель работает за счёт энергии , вырабатываемой при воспламенении смеси топлива с воздухом, профильтрованным через воздушный фильтр. Эта энергия взрыва толкает поршень вниз, заставляя коленчатый вал вращаться. Вращательные движения коленвала передаются через муфту сцепления и систему трансмиссии на вращение колёс.
Агрегат работает повторяющимися одинаковыми циклами, каждый из которых состоит из четырёх тактов:
- Впуск воздушно-топливной смеси.
- Сжатие.
- Воспламенение.
- Выпуск отработанных газов.
Во время такта впуска выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. Смесь топлива с воздухом при этом всасывается через впускной клапан в цилиндр.
С завершением хода поршня вниз впускной такт заканчивается. Горючее с воздухом втягивается в цилиндр, начинает всё больше сжиматься при подъёме поршня вверх.
Когда поршень закончит свой ход вверх, через свечу зажигания проходит электрический ток, вызывая в нём искровой разряд, немедленно взрывающий горючую смесь. Энергия взрыва опускает поршень, заставляя коленчатый вал вращаться. Эта и есть та сила, которая вращает колёса.
При завершении хода поршня вниз открывается выпускной клапан. Так как поршень начинает опять идти вверх, отработанный газ выталкивается из цилиндра через выпускной клапан. Коленчатый вал приводится во вращение дважды, пока поршень проходит через все 4 такта.
Непрерывная работа двигателя образуется постоянным повторением этих тактов - вот что значит атмосферный двигатель.
Устройство атмосферника
Как устроен двигатель, можно рассмотреть на примере четырёхтактного атмосферного. По функциям детали мотора разделяются примерно на 4 группы:
- Для обеспечения впуска и воспламенения топливно-воздушных смесей. К этой группе относятся головка блока цилиндров и клапанный механизм.
- Детали для обеспечения сжатия воздушно топливной смеси. Эта группа состоит из поршней, поршневых колец, блока цилиндра, клапана.
- Для передачи энергии мотора. В группе находятся шатуны, коленчатый вал, подшипники и маховики, их можно купить здесь: /uzp.net.ua/ru/podshypnyky/ .
- Детали для выработки искровых вспышек. Группу наполняют свечи зажигания и распределители.
Взаимодействие этих деталей мотора обеспечивает главное вращение колёс.
Головка блока цилиндров
Это главная часть двигателя, расположенная непосредственно над блоком цилиндров. Она постоянно подвергается действию сгорающих газов, имеющих высокую температуру и давление. Деталь делают из листового железа или из сплава алюминия с высокопрочными и высокотемпературными добавками.
Основание головки блока цилиндра углублено, образует вместе с поршнем и цилиндром камеру сгорания. Коэффициент полезного действия двигателя сильно зависит от формы камеры сгорания, а также от расположения клапанов и свечей зажигания.
Клапаны и сопутствующие детали
Современные четырёхтактные двигатели имеют 4 клапана для каждого цилиндра: 2 впускных и 2 выпускных. Для обеспечения эффективного впуска впускной клапан имеет больший диаметр, чем выпускной. Они изготавливаются из высокотемпературного никеля или хромированной стали.
Каждый клапан имеет сопутствующие детали: седло и пружина, которая является спиральной и создаёт тесный контакт с седлом, предотвращая утечку газа. Обычно в двигателях используется одна пружина, но в некоторых видах устанавливают по 2 штуки для каждого клапана.
Когда клапан закрыт, седло находится в плотном контакте с его поверхностью, чтобы обеспечить непроницаемость камеры сгорания.
Блок цилиндров образует каркас двигателя. Совместно с поршнями блок цилиндров играет важную роль в обеспечении преодоления давления сжатия и сгорания. Для минимизации износа деталей и утечек газа внутренняя поверхность каждого цилиндра отделена под высокое давление хромированием.
Отверстие цилиндра делается круговым. Однако верхняя часть цилиндра и поршня благодаря высокому давлению и температуре страдает от износа. Позже зазор между поршневыми кольцами и цилиндром увеличивается, приводя к потерям сжатия.
Поршень мотора
Деталь двигается в цилиндре вверх и вниз под действием давления, образующего взрывами топливно-воздушной смеси. При этом поршень через поршневой палец и шатун вращает коленчатый вал. Сечение поршня не является правильным кругом: диаметр в направлении поршневого пальца делается немного меньше для утечки теплового расширения.
Головка поршня становится гораздо горячее и расширяется больше, чем юбка. Для компенсации разницы в тепловом расширении диаметр поршня вверху сделан меньше, чем внизу. Кольца препятствуют утечкам под давлением сжатия смеси через зазор между цилиндром и поршнем. Обычно каждый поршень имеет 3 кольца.
Шатун агрегата
Он связывает поршень с коленчатым валом так, что вертикальное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленвала. Поскольку шатун подвержен непрерывно действующим силам сжатия и растяжения, он должен быть довольно прочным и хорошо закреплённым, чтобы выдерживать эти нагрузки.
Коленчатый вал
Эта деталь преобразует через шатун прямолинейное движение каждого поршня во вращательное движение. Он состоит из шатунных шеек, которые передают силу поршней и валу, коленных шеек, регулирующих вращение вала и балансировочных грузов, обеспечивающих хорошее, сбалансированное вращение вала.
Коленвал вращается с большой скоростью, подвергаясь сильным нагрузкам от поршней, поэтому он должен быть довольно прочным и закреплённым, а также хорошо сбалансированным как статически, так и динамически.
Достоинства и недостатки
Многие автомобилисты до сих пор выбирают атмосферные агрегаты благодаря их преимуществам:
- простота строения обеспечивает лёгкость в их обслуживании, возможность устранить неисправность самостоятельно и небольшие расходы;
- простой принцип работы;
- низкий расход масла: около 200−500 г на 10 тыс. км;
- замена масла через 15 тыс. - 20 тыс. км;
- хорошо справляется с низкокачественным топливом;
- быстрый прогрев двигателя;
- способность пройти без капитального ремонта свыше 500 тыс. км.
Из недостатков агрегата наиболее существенными по сравнению с турбированным двигателем являются:
- выше расход топлива;
- ниже мощность, динамичность и экологичность.
Развитие перспективных атмосферных двигателей идёт в направлении усовершенствования рабочего процесса, в увеличении степени сжатия и управлении фазами газораспределения, в применении впрыска топлива в цилиндры, уменьшении механических потерь и затрат на вспомогательное оборудование.
Двигатели внутреннего сгорания и дизельные силовые агрегаты приводятся в движение энергией, выделяющейся при сжигании топливо-воздушной смеси. Если накачка горючего может осуществляться исключительно топливным насосом, то методов забора воздуха существует несколько. Атмосферные двигатели, отличающиеся простотой устройства, получают воздух из окружающей среды под действием естественного разрежения, которое образуется в карбюраторе. Однако они имеют существенный недостаток, выраженный в невысокой мощности, который полностью устранен в турбированных и битурбированных двигателях.
О турбокомпрессоре
Принцип принудительного нагнетания воздуха в камеру сгорания дизельного двигателя был известен еще в конце XIX века, однако патент на турбокомпрессор Альфред Бюхи получил только в 1911 году. Изобретение турбонангнетателя стало одним из результатов исследования методов повышения мощности дизельного двигателя, из которых наиболее многообещающим считался принцип принудительной закачки камеры сгорания предварительно сжатым воздухом. Избыток воздуха в камере сгорания позволил сжигать до 99% топливной смеси, что обеспечило турбированному двигателю повышенную мощность без ощутимых компромиссов в экономичности.Как действует нагнетатель
Принцип работы турбокомпрессора основан на использовании энергии отработанных газов. Газ из выпускного коллектора под большим давлением проходит через турбину, раскручивая ее. Вал турбины имеет непосредственное соединением с ротором центробежного компрессора, подготавливающего воздух для впускного коллектора. Производительность турбонагнетателя напрямую зависит от текущей мощности двигателя.Битурбированный двигатель
В современном автомобилестроении все большее внимание уделяется динамическим характеристикам транспортных средств. Иногда даже преимущества турбированных двигателей перед атмосферными оказываются не столь ярко выраженными. Дело в том, что потребность в присутствии кислорода в камере сгорания не имеет линейной зависимости от роста крутящего момента. Попросту говоря, существует определенный порог мощности, за пределами которого производительности турбокомпрессора недостаточно для полного раскрытия потенциала дизельного мотора.Такой недостаток был полностью устранен с появлением двигателя, имеющего двойной турбонагнетатель. Когда двигатель выходит за порог производительности компрессора, производится включение в работу второго турбонагнетателя. Он имеет более высокую производительность, которая, в свою очередь, слишком высока для работы силового агрегата на малых оборотах. Конструкция битурбированного двигателя позволяет реализовать увеличение мощности за счет сжигания большего количества горючего вместо расширения объема рабочей зоны цилиндра.
УСТРОЙСТВО, устройства, ср. 1. только ед. Действие по гл. устроить в 1, 2, 3 и 4 знач. устраивать. Он занят устройством квартиры. Устройство мастерской. Устройство спектакля. 2. Соотношение частей, расположение. Удобное устройство дома. 3.… … Толковый словарь Ушакова
- (у)строение, построение, строй, склад, складка, уклад, структура, механизм, организм; изготовление, приготовление, выполнение, исполнение, осуществление, организация. См. образование … Словарь синонимов
устройство
устройство - устройство Элемент или блок элементов, который выполняет одну или более функций. [ГОСТ Р 41.48 2004] [ГОСТ Р 52388 2005] устройство Совокупность элементов, представляющая единую конструкцию (многоконтактное реле, набор… … Справочник технического переводчика
устройство - вычислительной машины; устройство Часть вычислительной машины, имеющая определенное функциональное назначение … Политехнический терминологический толковый словарь
См. Устав, устраивать, устроенный … Библейская энциклопедия Брокгауза
УСТРОЙСТВО, а, ср. 1. см. устроить, ся. 2. Расположение, соотношение частей, конструкция чего н. Удобное у. помещения. Прибор сложного устройства. 3. Установленный порядок, строй. Государственное у. Общественное у. 4. Техническое сооружение,… … Толковый словарь Ожегова
Бронекорпус и башня Корпус танка представлял собой клепаную конструкцию из броневых листов толщиной 8 16 мм, собираемых на каркасе. Первые танки несли особые листы двухслойной (дно и крыша) и трехслойной брони, изготовленной по способу… … Энциклопедия техники
устройство - УСТРОЙСТВО1, аппарат, прибор, приспособление УСТРОЙСТВО2, конструкция … Словарь-тезаурус синонимов русской речи
устройство - 2.5 устройство: Элемент или блок элементов, который выполняет одну или более функцию. Источник: ГОСТ Р 52388 2005: Мототранспортны … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
У этого термина существуют и другие значения, см. Устройство (значения). Устройство (также жарг. девайс от англ. device) искусственный объект, имеющий внутреннюю структуру, созданный для выполнения определённых функций … Википедия
Книги
- , М. Ф. Владимирский-Буданов. Устройство и управление городов России, т. I. Введение. Города России в XVIII ст. С.-Петербург, 1875. Соч. И. Дитятина. - Городское самоуправление в России. Городское самоуправление до 1870…
- Устройство и управление городов России, т. I. Введение. , М. Ф. Владимирский-Буданов. Устройство и управление городов России, т. I. Введение. Города России в XVIII ст. С.-Петербург, 1875. [Соч.] И. Дитятина. - Городское самоуправление в России. Городское самоуправление до 1870…
Современный магнитный компас, используемый туристами, охотниками и даже работниками спасательных служб, пожалуй, наиболее простой из всех видов компасов, известных на сегодняшний день.
Глядя на такое снаряжение и его функциональность, можно сделать следующий вывод. Главное - при сооружении чего-либо нового помнить о правилах использования элементов, входящих в состав конечного изделия, и реально оценивать возможность их использования в условиях, для которых новое снаряжение предназначается. А то вопреки всем законам физики на свет начнут появляться новые чайники с «низким» носиком и компасы, вмонтированные в ножи.
Если же говорить о компасах в целом, то нужно отметить, что человечество изобрело множество различных видов компасов, отличающихся не только по внешнему виду, но и по принципу работы, а значит и по внутреннему строению. Многие из них устроены намного сложнее рассмотренных моделей. Да и среди магнитных тоже не всегда все просто: чего только стоит устройство морского (судового) компаса с его системой противодействия магнитным девиациям, позволяющей уменьшить влияние больших масс железа на стрелку компаса, минимизируя ее отклонение.
Мы же с вами рассмотрели только магнитный компас, поскольку именно он наиболее применим к условиям туризма, а также может быть сконструирован самостоятельно из подручных средств в случае возникновения непредвиденной аварийной ситуации, которая произошла вдалеке от цивилизации. Понимание изложенного материала позволит человеку выбрать оптимальную для его потребностей модель, а при необходимости - и починить оную.
Для начала расставим все точки над "i" и разберёмся в терминологии.
Электродинамический громкоговоритель, динамический громкоговоритель, динамик, динамическая головка прямого излучения – это разнообразные названия одного и того же прибора служащего для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в колебания воздуха, которые и воспринимаются нами как звук.
Звуковые динамики или по-другому динамические головки прямого излучения вы не раз видели. Они активно применяются в бытовой электронике. Именно громкоговоритель преобразует электрический сигнал на выходе усилителя звуковой частоты в слышимый звук.
Стоит отметить, что КПД (коэффициент полезного действия) звукового динамика очень низкий и составляет около 2 – 3%. Это, конечно, огромный минус, но до сих пор ничего лучше не придумали. Хотя стоит отметить, что кроме электродинамического громкоговорителя существуют и другие приборы для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в акустические колебания. Это, например, громкоговорители электростатического, пьезоэлектрического, электромагнитного типа, но широкое распространение и применение в электронике получили громкоговорители электродинамического типа.
Как устроен динамик?
Чтобы понять, как работает электродинамический громкоговоритель, обратимся к рисунку.
Динамик состоит из магнитной системы – она расположена с тыльной стороны. В её состав входит кольцевой магнит . Он изготавливается из специальных магнитных сплавов или же магнитной керамики. Магнитная керамика – это особым образом спрессованные и «спечённые» порошки, в составе которых присутствуют ферромагнитные вещества – ферриты. Также в магнитную систему входят стальные фланцы и стальной цилиндр, который называют керном . Фланцы, керн и кольцевой магнит формируют магнитную цепь.
Между керном и стальным фланцем имеется зазор, в котором образуется магнитное поле. В зазор, который очень мал, помещается катушка. Катушка представляет собой жёсткий цилиндрический каркас, на который намотан тонкий медный провод. Эту катушку ещё называют звуковой катушкой . Каркас звуковой катушки соединяется с диффузором – он то и «толкает» воздух, создавая сжатия и разряжения окружающего воздуха – акустические волны.
Диффузор может выполняться из разных материалов, но чаще его делают из спрессованной или отлитой бумажной массы. Технологии не стоят на месте и в ходу можно встретить диффузоры из пластмассы, бумаги с металлизированным покрытием и других материалов.
Чтобы звуковая катушка не задевала за стенки керна и фланец постоянного магнита её устанавливают точно в середине магнитного зазора с помощью центрирующей шайбы . Центрирующая шайба гофрирована. Именно благодаря этому звуковая катушка может свободно двигаться в зазоре и при этом не касаться стенок керна.
Диффузор укреплён на металлическом корпусе – корзине . Края диффузора гофрированы, что позволяет ему свободно колебаться. Гофрированные края диффузора формируют так называемый верхний подвес , а нижний подвес – это центрирующая шайба.
Тонкие провода от звуковой катушки выводятся на внешнюю сторону диффузора и крепятся заклёпками. А с внутренней стороны диффузора к заклёпкам крепится многожильный медный провод. Далее эти многожильные проводники припаиваются к лепесткам, которые закреплены на изолированной от металлического корпуса пластинке. За счёт контактных лепестков, к которым припаяны многожильные выводы звуковой катушки, динамик подключается к схеме.
Как работает динамик?
Если пропустить через звуковую катушку динамика переменный электрический ток, то магнитное поле катушки будет взаимодействовать с постоянным магнитным полем магнитной системы динамика. Это заставит звуковую катушку либо втягиваться внутрь зазора при одном направлении тока в катушке, либо выталкиваться из него при другом. Механические колебания звуковой катушки передаются диффузору, который начинает колебаться в такт с частотой переменного тока, создавая при этом акустические волны.
Обозначение динамика на схеме.
Условное графическое обозначение динамика имеет следующий вид.
Рядом с обозначением пишутся буквы B или BA , а далее порядковый номер динамика в принципиальной схеме (1, 2, 3 и т.д.). Условное изображение динамика на схеме очень точно передаёт реальную конструкцию электродинамического громкоговорителя.
Основные параметры звукового динамика.
Основные параметры звукового динамика, на которые следует обращать внимание:
Но кроме активного сопротивления звуковая катушка обладает ещё и реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление образуется потому, что звуковая катушка, это, по сути, обычная катушка индуктивности и её индуктивность оказывает сопротивление переменному току. Реактивное сопротивление зависит от частоты переменного тока.
Активное и реактивное сопротивление звуковой катушки образует полное сопротивление звуковой катушки. Оно обозначается буквой Z (так называемый, импеданс ). Получается, что активное сопротивление катушки не меняется, а реактивное сопротивление меняется в зависимости от частоты тока. Чтобы внести порядок реактивное сопротивление звуковой катушки динамика измеряют на фиксированной частоте 1000 Гц и прибавляют к этой величине активное сопротивление катушки.
В итоге получается параметр, который и называется номинальное (или полное) электрическое сопротивление звуковой катушки. Для большинства динамических головок эта величина составляет 2, 4, 6, 8 Ом. Также встречаются динамики с полным сопротивлением 16 Ом. На корпусе импортных динамиков, как правило, указывается эта величина, например, вот так – 8Ω или 8 Ohm .
Стоит отметить тот факт, что полное сопротивление катушки где-то на 10 – 20% больше активного. Поэтому определить его можно достаточно просто. Нужно всего лишь измерить активное сопротивление звуковой катушки омметром и увеличить полученную величину на 10 – 20%. В большинстве случаев можно вообще учитывать только чисто активное сопротивление.
Номинальное электрическое сопротивление звуковой катушки является одним из важных параметров, так как его необходимо учитывать при согласовании усилителя и нагрузки (динамика).
Диапазон частот – это полоса звуковых частот, которые способен воспроизвести динамик. Измеряется в герцах (Гц). Напомним, что человеческое ухо воспринимает частоты в диапазоне 20 Гц – 20 кГц. И, это только очень хорошее ухо:).
Никакой динамик не способен точно воспроизвести весь слышимый частотный диапазон. Качество звуковоспроизведения будет всё-равно отличаться от того, что требуется.
Поэтому слышимый диапазон звуковых частот условно разделили на 3 части: низкочастотную (НЧ ), среднечастотную (СЧ ) и высокочастотную (ВЧ ). Так, например, НЧ-динамики лучше всего воспроизводят низкие частоты – басы, а высокочастотные – «писк» и «звон» – их поэтому и называют пищалками. Также, есть и широкополосные динамики. Они воспроизводят практически весь звуковой диапазон, но качество воспроизведения у них среднее. Выигрываем в одном – перекрываем весь диапазон частот, проигрываем в другом – в качестве. Поэтому широкополосные динамики встраивают в радиоприёмники, телевизоры и прочие устройства, где порой не требуется получить высококачественный звук, а нужна лишь чёткая передача голоса и речи.
Для качественного воспроизведения звука НЧ, СЧ и ВЧ-динамики объединяются в едином корпусе, снабжаются частотными фильтрами. Это акустические системы. Так как каждый из динамиков воспроизводит только свою часть звукового диапазона, то суммарная работа всех динамиков значительно увеличивает качество звука.
Как правило, низкочастотные динамики рассчитаны на воспроизведение частот от 25 Гц до 5000 Гц. НЧ-динамики обычно имеют диффузор большого диаметра и массивную магнитную систему.
Динамики СЧ рассчитаны на воспроизведение полосы частот от 200 Гц до 7000 Гц. Габариты их чуть меньше НЧ-динамиков (зависит от мощности).
Высокочастотные динамики прекрасно воспроизводят частоты от 2000 Гц до 20000 Гц и выше, вплоть до 25 кГц. Диаметр диффузора у таких динамиков, как правило, небольшой, хотя магнитная система может быть достаточно габаритная.
Номинальная мощность (Вт) – это электрическая мощность тока звуковой частоты, которую можно подвести к динамику без угрозы его порчи или повреждения. Измеряется в ваттах (Вт ) и милливаттах (мВт ). Напомним, что 1 Вт = 1000 мВт. Подробнее о сокращённой записи числовых величин можно прочесть .
Величина мощности, на которую рассчитан конкретный динамик, может быть указана на его корпусе. Например, вот так – 1W (1 Вт).
Это значит, что такой динамик можно легко использовать совместно с усилителем, выходная мощность которого не превышает 0,5 – 1 Вт. Конечно, лучше выбирать динамик с некоторым запасом по мощности. На фото также видно, что указано номинальное электрическое сопротивление – 4Ω (4 Ом).
Если подать на динамик мощность большую той, на которую он рассчитан, то он будет работать с перегрузкой, начнёт «хрипеть», искажать звук и вскоре выйдет из строя.
Вспомним, что КПД динамика составляет около 2 – 3%. А это значит, что если к динамику подвести электрическую мощность в 10 Вт, то в звуковые волны он преобразует лишь 0,2 – 0,3 Вт. Довольно немного, правда? Но, человеческое ухо устроено весьма изощрённо, и способно услышать звук, если излучатель воспроизводит акустическую мощность около 1 – 3 мВт на расстоянии от него в несколько метров. При этом к излучателю – в данном случае динамику – нужно подвести электрическую мощность в 50 – 100 мВт. Поэтому, не всё так плохо и для комфортного озвучивания небольшой комнаты вполне достаточно подвести к динамику 1 – 3 Вт электрической мощности.
Это всего лишь три основных параметра динамика. Кроме них ещё есть такие, как уровень чувствительности, частота резонанса, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), добротность и др.