ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Цель работы: Изучение общего устройства и работы двигателя, его основных механизмов и систем, компоновки, основных параметров рабочего цикла и технических характеристик.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

Таблица 1 - Основные данные двигателей

№ п/п	Наименование показателей	Марка двигателя
		1,5
1.	Тип двигателя.	Бензиновый
2.	Число и расположение цилиндров.	4
3.	Диаметр цилиндра D, мм	82
4.	Ход поршня S, мм	71
5.	Степень сжатия, 	9,9
6.	Рабочий объем 1 цилиндра, дм3	375
7.	Объем камеры сгорания Vc, дм3	23
8.	Полный объем двигателя Vа, дм3	1499
9.	Максимальная мощность Ne (кВт) и соответствующая ей частота вращения. N (сек -1)	68/5600
10.	Максимальный крутящий момент Ме (Н м) и соответствующая ему частота вращения. М (сек -1)	100/3400
11.	Порядок работы цилиндров.	1342

Контрольные вопросы

1. Степень сжатия — отношение объёма над поршневого пространства цилиндра двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в нижней мёртвой точке (НМТ) (полный объем цилиндра) к объёму над поршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ), то есть к объёму сгорания. , где:

 = диаметр цилиндра;

 = ход поршня;

 = объём камеры сгорания, то есть, объём, занимаемый бензовоз душной смесью в конце такта сжатия, непосредственно перед поджиганием искрой; часто определяется не расчётом, а непосредственно измерением из-за сложной формы камеры сгорания.

Увеличение степени сжатия требует использования топлива с более высоким октановым числом (для бензиновых ДВС) во избежание детонации. Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность, кроме того, увеличивает КПД двигателя как тепловой машины, то есть, способствует снижению расхода топлива.

3. В процессе эксплуатации изнашиваются плунжерные пары топливного насоса высокого давления, нарушается герметичность посадки иглы форсунки, что приводит на низких оборотах при пуске (70—90 оборотов в минуту) к плохому распылению шва. В то же время в резуль­тате появившегося износа цилиндра-поршневой группы на такой частоте вращения заметно увеличивается про­рыв сжимаемого воздуха в картер, а значит, давление и температура не достигают значений, необходимых для воспламенения распыленного топлива.  Тем не менее существуют достаточно простые уст­ройства, которые резко улучшат запуск дизелей при низких температурах, в том числе теплообменное устрой­ство, устанавливаемое на период зимней эксплуатации во впускной коллектор. Опыт эксплуатации дизельных двигателей позволяет сделать вывод, что рассмотренные выше изменения, которые происходят в топливной аппаратуре и цилиндра-поршневой группе, почти не вызывают снижения мощности и увеличения расхода топлива. Двигатели подвергаются ремонту, главным образом, из-за повышения расхода смазочного масла, что можно легко определить по доливу и появлению голубого дыма, который образуется из-за сгорания масла.. 

4. Механический наддув позволяет легко поднять мощность двигателя. Основным элементом в такой системе является нагнетатель, приводимый непосредственно от коленчатого вала двигателя. Механический нагнетатель способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки, увеличивая давления наддува строго пропорционально оборотам двигателя, что является важным преимуществом подобной схемы. Однако механический наддув имеет и существенный недостаток – он отбирает на свою работу часть мощности двигателя.

5. Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три окна: впускное, выпускное и продувочное, которое сообщается клапаном с кривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта: Сжатие. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру. Рабочий ход. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь. Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

6. . В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий цикл происходит следующим образом:

1. Такт впуска По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый

полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа, вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь .

2. Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление рабочей смеси повышаются.

3. Такт расширения или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь

воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего

температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ.В процессе такта расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до 0.3 -0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С.

4. Такт выпуска . При четвертом полуобороте коленчатого вала поршень

перемещается от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод .

7. Дизельные двигатели более долговечны, чем бензиновые, что объясняется более прочным и жестким выполнением блока цилиндров, коленчатого вала, деталей цилиндра-поршневой группы, головки блока цилиндров и применением дизельного топлива, которое в отличие от бензина в известной степени также является смазочным материалом.

8 .  В целом дизельный мотор более экономичный по двум причинам: во-первых, ДТ дешевле бензина, ну, а во-вторых, дизельный мотор, потребляет меньше топлива. При выборе типа двигателя необходимо учитывать, что Вам больше нравится в автомобиле. В основном для старых авто расклад такой: если Вы цените больше динамичность движения, то выбирайте бензин, если Вам нужна тяга, то берите дизель. Для новых же автомобилей разница не так ощутима. Но в любом случае, все-таки дизельные моторы проигрывают бензиновым двигателям в мощности. Разница при этом лишь частично компенсируется за счет ровной тяги движка практически на любых оборотах, а максимальный крутящий момент у дизеля развивается уже на 2-х – 3-х тысячах оборотов. Поэтому можно утверждать, что дизель предпочтительнее использовать для езды на малых/средних скоростях. При этом его не рекомендуется "выжимать" до максимума, т.к. это приведет к более быстрому износу двигателя. Дизельный мотор более долговечен и надежен в использовании, но он обходится дороже в обслуживании и деталях. Большая долговечность обусловлена с более прочной по сравнению с бензиновым мотором конструкцией блока цилиндров и колен вала, также немалую роль при этом играет тот факт, что само ДТ выступает в качестве смазочного материала, что позволяет предохранять узлы от износа. Одним из серьезных недостатков для владельцев автомобиля с дизельным мотором, проживающего на территории Украины является то обстоятельство, что большинство машин рассчитаны на работу на евро топливе (Евро 3, 4), а не на нашем горючем (Евро 0). В результате, повышается износ двигателей.

9. При сжигании топлива очень важно правильно регулировать поступление воздуха в топку котла.

Если воздуха в топку котла будет поступать мало, то кислорода не будет хватать для полного сгорания топлива, и часть горючих газов, образующихся в топке котла (например, окись углерода СО), и несгоревшие частицы угля будут уноситься с продуктами горения в дымовую трубу. Неполноту сгорания топлива можно заметить по появлению черного дыма из дымовой трубы. Очевидно, что такое сжигание вызывает излишнюю трату топлива.

Чтобы обеспечить полное сгорание кускового топлива, практически приходиться подавать воздуха в топку в несколько раз больше, чем требуется по расчету (например, в полтора раза). Но чрезмерный избыток воздуха в топке котла недопустим, так как много тепла при этом тратится на нагревание излишнего воздуха перед его подачей в топку котла, а также много тепла уносится в дымовую трубу.

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, должно быть несколько большим теоретиче­ского, так как при практическом сжигании топлива не все количе­ство теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате не­достаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку котла, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке

α_т = V_вд / V_в°,

где V_вд — действительный объем воздуха, поданного в топку котла на 1 кг топлива,

      V_в°  — теоретический объем воздуха,

тогда

V_вд = α_т ּ V_в°     (40)

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топ­лива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

При сжигании топлива очень важно правильно регулировать поступление воздуха в топку котла.

Если воздуха в топку котла будет поступать мало, то кислорода не будет хватать для полного сгорания топлива, и часть горючих газов, образующихся в топке котла (например, окись углерода СО), и несгоревшие частицы угля будут уноситься с продуктами горения в дымовую трубу. Неполноту сгорания топлива можно заметить по появлению черного дыма из дымовой трубы. Очевидно, что такое сжигание вызывает излишнюю трату топлива.

Чтобы обеспечить полное сгорание кускового топлива, практически приходиться подавать воздуха в топку в несколько раз больше, чем требуется по расчету (например, в полтора раза). Но чрезмерный избыток воздуха в топке котла недопустим, так как много тепла при этом тратится на нагревание излишнего воздуха перед его подачей в топку котла, а также много тепла уносится в дымовую трубу.

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, должно быть несколько большим теоретиче­ского, так как при практическом сжигании топлива не все количе­ство теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате не­достаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку котла, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке

α_т = V_вд / V_в°,

где V_вд — действительный объем воздуха, поданного в топку котла на 1 кг топлива,

      V_в°  — теоретический объем воздуха,

тогда

V_вд = α_т ּ V_в°     (40)

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топ­лива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

10. Классификация ДВС определяется следующими признакам: По применяемому топливу: бензиновый (с воспламенением от электрической искры), дизельный (с воспламенением от высокой температуры сжатого воздуха) По системе охлаждения: жидкостная или воздушная. По количеству рабочих тактов: двух тактный или четырёх тактный. По расположению клапанного механизма: над головкой блока (Overhead Camshaft (OHC)) или над головкой устанавливаются только клапаны, в то время как распределительный вал монтируется в корпусе блока цилиндров (Overhead Valve (OHV) design) По количеству цилиндров: 4,5,6,8… По конструктивному расположению цилиндров: рядный (цилиндры расположены в линию), V – образный (под углом друг к другу), оппозитный (напротив друг друга). In-line type engine – в переводе, двигатель, с продольным расположением цилиндров (рядный). Двигатели такого типа имеют довольно лёгкий и компактный блок цилиндров, а так же головку, объединённую в одно целое. Как правило, рядное расположение имеют 3-х, 4-х, 5-ти, 6-ти цилиндровые двигатели. Двигатели, имеющие расположение цилиндров в форме буквы V называются V – образные. Как правило, с таким расположением встречаются 6-ти, 8-ми, 10-ти, 12-ти цилиндровые двигатели. Применение такие двигатели находят в автомобилях представительского и спортивного класса. В последнее время в легковых автомобилях всё большее применение находят двигатели оппозитного типа. В таких двигателях поршни двигаются навстречу друг другу или в прямо-противоположных направлениях.  Классификация автомобилей. Двигатель в автомобиле может конструктивно устанавливаться вдоль оси движения (продольное расположение двигателя) и поперёк оси движения (поперечное расположение двигателя). Так же двигатель может располагаться во фронтальной части, посередине и в задней части кузова автомобиля. Например, автомобиль с фронтальным расположением двигателя и с приводом на задние колёса – значит, что двигатель расположен во фронтальной части кузова (рядный или V – образный), и момент от двигателя передаётся только на задние колёса (через карданный вал). Поперечно расположенные двигатели с передачей момента только на передние колёса применяются в основном на легковых автомобилях малого и среднего класса вследствие того, что ось коленчатого вала двигателя и ось приводных валов параллельны. Данный факт имеет значение для уменьшения размеров моторного отсека автомобиля. Двигатели, расположенные в середине кузова автомобиля, применяются в основном в автомобилях спортивного класса.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2