2.3. Двигатель внутреннего сгорания.

Создатели ДВС отталкивались от конструкции паровой машины. Самые объемные и опасные ее элементы - топка и котел.

В 1860г французский механик Этьен Ленуар построил газовый двигатель. В крышки цилиндра машины он ввернул 2 электрические свечи. В резервуар он поместил горючий газ (светильный). Двигатель был двойного действия или двухтактный:

- при первом ходе происходит впуск, воспламенение и расширения смеси(газа и воздуха) в цилиндре – рабочий ход,

- при втором ходе – выпуск отработавших газов.

Двигатель усовершенствовал в 1876г коммерческий служащий Николай-Август Отто из Кельна совместно с Евгением Лангеном. Его КПД достигло 0,15 и ДВС получил название “четырехтактного”, так как процесс в нем совершался в течении 4 ходов поршня и двух оборотов коленчатого вала. Этот цикл сохранился и до наших дней.

К недостаткам двигателя Отто относят его тихоходность и большую массу.

В 1882 инженер машиностроитель Даймлер начал конструкцию двигателя, работающего на бензине. Этот год можно считать годом рождения автомобильного двигателя.

Официально изобретателями автомобиля считаются Готлиб Даймлер и Карл Бенц, создавшие автомобильные фирмы по производству запатентованных ими “самодвижущихся повозок” и слившихся потом в известную всем компанию “Даймлер-Бенц”. У них велосипедные колеса (у Даймлера – 2, у Бенца - 3), впоследствии – 4-х колесные.

На родине их машины не нашли спроса и они продали патенты во Францию, поэтому на рынке автомобили появились под марками французских фабрикантов.

Лекция № 2.

2. Автомобильные транспортные средства.

Ав. тр. ср-ва подразделяются на:

- пассажирские

- грузовые

- специальные (пожарные, спортивные, автокраны и др.)

Пассажирские автомобили представлены:

- автобусами

- троллейбусами

- трамваями

- миниавтобусами

- легковыми автомобилями

Грузовые автомобили представляют два класса:

- жесткие

- сочлененные.

Жесткое средство представляет собой единую конструкцию силового и грузового устройства, сочлененное имеет отдельно двигательную часть (тягач) и прицеп (или полу прицеп).

Автомобиль состоит из:

- ходовой части (х)

- грузового кузова и кабины (ГКиК)

- силовой установки (су)

- тяговой передачи (тп)

- тормозного управления (ту)

- рулевого управления (ру)

- специального устройства (сц)

Каждая часть предназначена для:

Х – для осущ-я поступательного движения по дороге;

ГК – для размещения груза;

К – для управления;

Су – преобразует какой-либо вид энергии в механическую;

Тп – изменяет крутящий момент на валу двигателя (по величине и направлению) и передает его на колеса;

Ту – для поддержания скорости движения и остановки;

Ру – для изменения направления движения;

Сц – для соединения ТС между собой.

Х – ходовая часть включает раму с тяговосчетным устройством, подвеску, колеса и шины, передний и задний мост.

Рама предназначена для крепления кузова и всех механизмов ав-ля. Рама воспринимает вертикальные нагрузки от веса, динамические – от толчков и ударов на дороге. Рамы бывают:

• лонжеронные(а) и хребтовые(б).

Наиболее распространенные – (а). Мостом называется узел ав-ля, соединяющие колеса одной оси между собой и с несущей системой, мосты передают реактивные моменты от колес на предрессорную часть. Они могут быть:

- ведущие (задние и средние моста);

- управляемые (передний мост);

- управляемые ведущие (передний мост с ведущими);

- поддерживающие (для повышения грузоподъемности ав-ля);

Подвеска связывает мосты или колеса с несущей системой и гасит динамические нагрузки от колес, а также регулирует положение кузова. Колеса передают силу тяжести на дорогу и уменьшают динамические нагрузки от неровностей дороги. Шины помогают колесу сцепляться с дорогой, уменьшают давление на грунт, амортизируют при движении, способствуя плавности хода ав-ля.

Для управляющих колес установлен угол развала и схождения для обеспечения их перпендикулярного положения по отношению к дороге и прямолинейного качения по дороге без бокового скольжения.

Кузова бывают:

- общего назначения

а) бортовые

б) платформы;

- специализированные

а) самосвальные

б) фургоны

в) цистерны.

По конструкции кузова бывают:

- каркасные

- полукаркасными

- безкаркасными (но с приданием отдельным частям кузова формы, например - автомобили);

По характеру воспринимаемых усилий:

- несущие (легковые автомобили)

- полунесущие (кузов соединен жестко с рамой и воспринимает часть нагрузок от движения)

- разгруженные (с рамой не соединен и несет нагрузку только от веса груза)

На колесных ТС используются тепловые двигатели с внешним и внутренним сгоранием (поршневые, роторно-поршневые, безпоршневые, комбинированные, реактивные).

В настоящее время на КТС устанавливаются поршневые ДВС.

У поршневого ДВС основными деталями являются цилиндр, головка цилиндра, картер, поршень, шатун, коленчатый вал с кривошипом, впускные и выпускные клапана.

Принцип работы: топливо с воздухом подается в цилиндр, воспламеняются, образующийся газ давит на поршень вниз, поршень давит на шатун, шатун на коленчатый вал, вал вращается и через тяговую передачу вращает колеса. Поршень поднимается, и отработанные газы выпускает из цилиндра. Далее цикл повторяется. Для впуска и выпуска газов газораспределительный механизм. Он соединен через шестерни с коленвалом так, что за рабочий цикл однажды впускает и выпускает газы.

Подготовку и впрыск горючей смеси обеспечивает система питания. Она также удаляет отработанные продукты. В систему входят устройства:

- для хранения топливо

- для контроля его количества

- фильтрации подачи топлива и воздуха

- приготовления горючей смеси и подачи его в цилиндры

- отводов газов из цилиндра

- глушения шума при выпуске.

Для приготовления смеси на каждый 1кг бензина требуется примерно 15кг воздуха. Это т.н. нормальная смесь. Коэффициент отношения действительного к-ва воздуха к теоретически необходимому (α)=1; Если (α)>1, то смесь наз. бедной, если (α)<1 – богатой. При (α)=0,80,9 двигатель развивает максимальную мощность.

Основной элемент системы – карбюратор, служащий для распыливания, частичного испарения и смешения топлива с воздухом, установления состава смеси с режимом работы двигателя.

Различают режимы:

- впуск двигателя

- холостого хода и малых нагрузок (α)=0,60,8

- частичных нагрузок (α)=0,91,1

- максимальных нагрузок (α)=0,80,9

Карбюратор имеет пусковое уст-во, главное дозирующее уст-во, систему холостого хода, экономайзер и ускорительный насос.

Пусковое устройство работает при пуске двигателя),благоприятные условия) – [готовит горючую смесь].

С-ма холостого хода работает, когда не работает главная дозирующая система.

Ускорительный насос поддерживает состав смеси на подъеме при обгоне (резкая смена режима).

Экономайзер обогащает смесь, приготовленную главным дозирующем устройством во время максимальных нагрузок.

Бензиновый насос создает давление в с-ме (не больше 0,125 МПа).

В дизелях смесь приготавливается непосредственно в цилиндре. превращение топлива в газ (пар) достигается с помощью высокого давления впрыска.

Для смазки трущихся деталей подается масло через систему смазки, включающей масленки, масляные насосы, фильтры, маслосборники, охладители и др.

Во избежание падения вязкости масла перед водяным радиатором размещают масляный радиатор для поддержания необходимой температуры.

Для охлаждения деталей, соприкасающимися с горячими газами применяют систему охлаждения с принудительной циркуляцией жидкости – в качестве теплообменника использует радиатор, в котором теплота от жидкости передается потоку воздуха, гонимого вентилятором через жалюзи. Избыточный пар от жидкости выпускается через спец. паровой клапан (избыточном давлении 0,045-0,055МПа) и подается через воздушный клапан (при падении до 0,01МПа).

Нормальная температура воды 8595С. Регулирует температуру воды термостат, который при температуре < 70С (при выходе из головок цилиндра) пускает воду мимо радиатора.

Достоинством карбюраторных двигателей по сравнению с дизельными являются:

- меньшие габаритные размеры и масса;

- более легкий пуск;

- меньший шум;

- простота и более дешевая топливная аппаратура;

- более простая регулировка и обслуживание.

Недостатком:

- низкая экономичность;

- ядовитость отработанных газов;

- высокие требования к топливу;

- зависимость работы топливной системы от положения двигателя и др.

В настоящее время делается попытка усовершенствовать двигатель: заменить его на более простой. Так, известны:

1) комбинированный двигатель (применяется газовая турбина и все виды компрессоров);

2) роторно-поршневой (двигатель Ванкеля) разработан в 1957г в ФРГ: внутри цилиндра размещается поршень в виде ротора, движущегося по специальной кривой. Ротор обкатывается вокруг неподвижной шестерни, закрывая переменные объемы камер. При этом не применяется механизм газораспределения;

3) реактивный двигатель: из топливных баков жидкость (топливо с окислителем) подается в камеру сгорания. Смесь распределяется и с большой скоростью стекает наружу. Сила реакции толкает транспортное средство в противоположную сторону;

4) газотурбинный двигатель: безпоршневой двигатель внутреннего сгорания. Воздух засасывается извне компрессором, сжимается и подается в камеру сгорания одновременно с топливом из форсунки. Происходит процесс горения топлива при постоянном давлении. Продукты сгорания поступают на турбину, которая вращает вал компрессора и колесо силовой турбины, связанной непосредственно с тяговой передачей. В турбинах газ расширяется, и его давление уменьшается до атмосферного. Так в турбине идет непрерывный процесс преобразования внутренней энергии газа в механическую работу. Основной показатель: КПД компрессора η_k=0,72.

- силовой турбины η_т=0,85;

- мощность двигателя до 1000кВт;

- стоимость в 1,5-2 раза больше чем дизеля;

- затраты на компенсацию ремонта равны 20-30% от стоимости двигателя (дизеля=70-80%);

- затраты на ТО и текущий ремонт на 50% меньше чем дизеля.

Возможно использование на любых видах ав-лей.