Лекция 1. Автомобильдердің және бензиндік іштен жану
қозғалтқыштарының жалпы құрылысы
Қозғалтқыштардың қажеттілігі.
Автомобильдерде колданылатын қозғалтқыш түрлері.
Іштен жану қозғалтқыштарының жалпы құрылысы және классификациясы.
Автомобильдерде орнатылған қозғалтқыштар энергия көзі ретінде автомобильді қозғалысқа келтіруге және басқада жұмыстарды орындауға қажетті механикалық энергиямен қамтамассыздандыратын құрылым міндетін атқарады. Олар бір энергия түрін механикалық энергияға ауыстырады. Мысалы электр энергиясын электрқозғалтқыштарда механикалық энергияға ауыстырса, іштен жану қозғалтқыштарында жанар қоспаның жануынан пайда болған жылу энергиясының біраз бөлігін механикалық энергияға ауыстырады.
Электрқозғалтқыштары экологиялық тазалығына қарамастан алатын электрэнергиясының желілермен берілуіне байланысты олардың қызмет көрсету аймағы немесе энергия қорына байланысты жүру жолы шектелген. Көрсетілген бірінші кемшілікті жою үшін электр көлігінің мүмкін болатын барлық қызмет көрсету аймағына электр желілерін орнату қажет болған болар еді. Бұл жасалған әрекет экономикалық жағынан үлкен қаражат шығындарын талап етеді және барлық жағдайларда тиімді болмайды Сонымен қатар құрылымдарға қосымша күрделі өзгерістер енгізу қажет. Екінші кемшілікті жою бағытында қазіргі кезде дүниежүзілік ғалымдар, машина жасаушы фирмалар белгілі жұмыстар жүргізуде. Орын алған кемшілік көбіне қорландыру құрылымдарындағы электр энергиясының белгілі уақыттан немесе жол жүргеннен кейін сарқылуына байланысты болғандықтан, қорландыру құрылымдарын жетілдіру, күн көзінің энергиясын қолдану арқылы электр тогын алу мәселелері қарастырылуда.
Іштен жану қозғалтқыштары поршеньді, роторлы-поршеньді, реактивті және газотурбиналы болады. Аталған құрылымдардың бір-бірінен айырмашылығы негізінен құрылысында, қолданылатын отынында.
Қазіргі кезде автомобильдерде ең көп қолданылатын қозғалтқыштарға поршеньді іштен жану қозғалтқыштарын жатқызуға болады..Бұл қозғалтқыштардың өзара айырмашылығы қуатында және жалпы осы құрылымдарға тән белгілерінде.
Қозғалтқыштың жұмыс принципн түсіну үшін, оның қарапайым схемасын қарастырайық (Сурет 1). Қақпақпен 8 жабылған цилиндрде 4 поршень 6 жоғарғы жағындағы кеңістіктен қысылған газ массасы өтпеуі үшін тығыздалып отырғызылады. Поршеннің тығыз орнатылуын оның бөлігіне шеңбер бойымен орнатылған сақиналар қамтамассыздандырады. Саусақ 7,шатун 5 арқылы поршень иінді білікпен 1 жалғастырылады, оның бір шетінде серпер орнатылады.
Жұмыс барысында поршень цилиндр бойымен иінді білік осіне жақындайды немесе одан қашықтайды.Поршеннің ең жоғарғы орналасуын жоғарғы өлі нүкте (ЖӨН) және поршеннің ең төменгі орналасуын төменгі өлі нүкте (ТӨН) деп атайды. Бұл нүктелерде поршень өте қысқа уақыт сәтіне тоқтап бағытын кері жаққа ауыстырады.
Өлі нүктелер (ЖӨН,ТӨН) аралығы поршеннің жүріс жолын анықтайды. Поршеннің бір жүріс жолында иінді білік өз осінде жарты айналым жасайды.
Поршень ЖӨН-де болған жағдайында оның жоғарғы бөлігіндегі көлемді жану камерасы деп атайды. Поршень ТӨН-де болғанда оның жоғарғы бөлігіндегі көлем толық көлем болып табылады.ЖӨН және ТӨН аралығындағы көлем жұмысшы көлемді анықтайды.Барлық цилиндрлердің
Сурет 1.Бір цилиндрлі қозғалқыштың схемасы .
а) қозғалтқыш схемасы; б) поршеннің жоғарғы өлі нүктедегі жағдайы; в)поршеннің төменгі өлі нүктедегі жағдайы: 1-иінді білік; 2-серпер;3- қозғалтқыш тұрқы; 4-цилиндр; 5-шатун; 6-поршень; 7- поршень саусағы; 8- цилиндр қақпағы; 9-клапандар; 10- беріліс бөлшектері;11- жұдырықшалы білік;12- бөлістіру тісті дөңгелектері.
жұмысшы көлемдерінің литрмен өлшенген қосындысы қозғалтқыштың литражы деп аталады.
Цилиндр қалпағында кіргізу және шығару клапандары орнатылған тесіктер қарастырылған. Құрамында клапандары 9,беріліс бөлшектері 10, жұдырықшалы білігі 11 және бөлістіру тісті дөңгелектері 12 бар бөлістіру механизімі көмегімен кіргізу және шығару клапандары белгілі қажетті уақыт сәтінде ашылады немесе жабыладылігі 11 жәнебөлістіру .
Иінді біліктің айналысында шатунмен жалғасқан поршень төмен түсе бастағанда, оның үстінде көлем ұлғайып қысым төмендейді.Бұл кезде кіргізу клапаны ашылып , цилиндрге ауа немесе жанар қоспа кіреді. Ауа дизельді қоғалтқыштарда, ал жанар қоспа карбюраторлы қозғалтқыштарда сорылады. Поршень ТӨН-ге жетіп одан жоғары көтеріле бастағанда кіргізу клапаны жабылады.Цилиндр ішіндегі қоспа көлемі поршень ЖӨН-ге жеткенде жану камерасының көлеміне дейін қысылады.Ол қысылу шамасын қозғалтқыштың қысу дәрежесі деп атайды.Бұл жерде бір айта кететін мәселе неге біз цилиндр ішідегі қоспа деген ұғымды жалпы түрде қостық. Былай қарағанда басында біз дизельдерде ауа сорылады дедік. Мәселе келесіде. Ауа сорылғанда алдындағы ырғақтан қалған өніммен араласып қоспаны құрайды, ал карбюраторлы қозғалтқыштарда сорылған жанар қоспа қалдық газдармен араласып жұмысшы қоспаны құрайды.. Дизельдерде жұмысшы қоспа жағармай бүркілген сәтте пайда болады.
Негізгі бөлігін ауа құрайтын жұмысшы қоспа жану камерасында қысылғанда және алдындағы үрдістерден қалған қызудың өтуіне байланысты,оның температурасы жоғарылайды. Осы сәтте жану камерасына жанармай бүркіледі. Қызған ауамен, поршеньмен және цилиндр қабырғасымен жанасқан жанармай бөлшектері тозаңданып, тұтанып, жанады.
Поршеньді іштен жану қозғалтқыштары келесі негізгі белгілеріне байланысты классификацияланады:
- жұмысшы қоспаның тұтануына байланысты қысыммен температураның әсерінен (дизельді қозғалтқыштарда) және еркісіз электр ұшқынның әсерінен тұтанатын болады (жағар қоспа жағармай мен ауаның белгілі қатынастағы қоспасы, ал оған қалдық газдар қосылғанда оны жұмысшы қоспа деп атайды);
- қоспа әзірлеу әдісіне байланысты сыртта немесе іште әзірленетін болады. Сыртта отын мен ауа қоспасын кабюраторда дайындау үрдісі кабюраторлы поршеньді қозғалтқыштарда қолданылады, ал іште дайындау қысылған ауа мен қалдық газдар қоспасына жағар май бүркіп жұмысшы қоспаны дайындау дизельді қозғалтқыштардың жұмыс үрдісіне тән.
- жұмыс циклын жүзеге асыру әдісіне байланысты екі және төрт ырғақты болады.Жұмыс циклы иінді біліктің бір айналысында жүзеге асса оны екі ырғақты, ал жұмыс циклы иінді біліктің екі айналысында жүзеге асса оны төрт тактылы қозғалтқыш деп атайды.
- қолданылатын отын түріне байланысты бір отын түрінде, яғни сұйық немесе газ отынында және бірнеше отында жұмыс істейтін болады. Сұйық отын ретінде бензин немесе дизель жағармайы қолданылады. Газ отынына сұйытылған, табиғи газды жатқызуға болады. Егер тек бір сұйық немесе газ отыныны қолданылса онда оны бір отынды, ал екі ауыстырмалы отын қолданылса оны екі отынды қозғалтқыш деп атайды.
- цилиндрлер санына байланысты бір және көп цилиндрлі болады. Әлемдік тәжірибеде екі,үш,төрт,бес, алты т.б. цилиндрлі қозғалтқыштар қолданылады.
- цилиндрлерінің орналасуына байланысты бір қатарлы, және екі қатарлы немесе V тәрізді болады.
муфтасы немесе планетарлық бұру механизмі; 8-үлестіргіш қорап; 9-кардан білігі; 11-шестернялы беріліс.[kgI]
Төменгі өлі нүкте (ТӨН) – поршеннің ең төменгі шеткі орналасу нүктесі (сурет. 1 в).
Сурет 1 – Бірцилиндрлі дизельдің схемасы:
1 –цилиндр бастамасы; 2 – иін; 3 – форсунка; 4 – шығару клапаны; 5 – кіргізу клапаны; 6 – цилиндр; 7 – поршень; 8 – поршнь саусағы; 9 – шатун; 10 – сермер; 11 – картер; 12 – иінді білік; 13 – бөлістіру білігінің жетек шестернясы; 14 – бөлістіру білігі; 15 – отын сорғысы; 16 – беру бөлшектері; 17 – воздухоочиститель.
Поршеннің жүріс жолы – ЖӨН және ТӨН аралығындағы поршеннің жүріп өткен жолы. Поршеннің әр жүрісінде иінді білік жарты айналады.
Жану камерасының көлемі (қысу) Vc – поршень ЖӨН-де болғанда, оның үстіндегі көлем.
Жұмысшы көлем – поршень ЖӨН-нен ТӨН- ге қозғалғанда босаған цилиндр көлемі:
(1)
где d –цилиндр диаметрі;
S – поршеннің жүріс жолы.
Литраж – литрде көрсетілген барлық цилиндрлердің жұмысшы көлемі
Цилиндрдің толық көлеміVа – цилиндрдің жану камерасы мен жұмысшы көлемінің жыйынтығы, поршеньТӨН- де болғандағы, оның үстіндегі көлем
(2)
Қысу дәрежесі – толық көлемнің жану камерасынан неше есе үлкен екенін көрсетеді
(3)
Қазіргі кездегі карбюраторлық қозғалтқыштарда 8…10, ал дизельдерде15…20 шегінде болады.
Ырғақ (такт) – поршеннің бір өлі нүктеден екінші өлі нүктеге қозғалғанда жүзеге асатын жұмыс циклының бөлігі, яғни шарты түрде ырғақ поршеннің бір жүріс жолында жүзеге асады.
Жұмыс циклы поршеннің төрт жүрісінде (ырғағында) немесе иінді біліктің екі айналысында жүзеге асатын қозғалтқышты төрт ырғақты деп атайды. Жұмыс циклы поршеннің екі жүрісінде немесе иінді біліктің екі айналысында жүзеге асатын қозғалтқышты екі ырғақты деп атайды.
1.2 Механизмдер, жүйелер және олардың қажеттілігі
Іштен жану қозғалтқыштары иінді білікті шатунды және газбөлістіргіш механизмдердің, қоректендіру, салқындату, майлау және іске қосу жүйелерінің тұрықтық бөлшектерінен құралады (сурет 1,а).Қосымша іске қосуды жеңілдету үшін дизельдерде декомпрессиялық механизм, ал карбюраторлық қозғалтқыштарда электр ұшқыны арқылы қоспаны еркісіз тұтандыратын тұтандыру жүйесі қарастырылған.
Иінді білікті шатунды механизм поршеннің ілгерлемелі қайтпалы қозғалысын иінді біліктің айналмалы қозғалысына немесе керісінше ауыстыруға арналған. Ол цилиндрден 6, сақиналы поршеннен 7, поршень саусағынан 8, шатуннан 9, иінді біліктен 12 және сермерден 10 құралған.Цилиндр жоғарғы жағынан қалпақпен 1 жабылған.
Газ бөлістіру механизмі уақтылы жаңа заряд немесе ауа кіргізуге және жұмыс орындап біткен газдарды шығаруға арналған.
Ол бөлістіргіш біліктен 14, оның жетегінің тісті дөңгелектерінен 13, итергіштер мен штангалардан 16, иіннен 2, клапандардан 4,5, серіппелерден құралады.
Қоректендіру жүйесі жанар қоспаны дайындауға, оны цилиндрге алып келуге (карбюраторлы және газ қозғалтқыштарында) немесе цилиндрді ауаумен толтыруға және онда жоғарғы қысыммен отын беруге (дизельде) арналған.
Салқындату жүйесі қозғалтқыштың оптималды жылу режимін қолдауға арналған. Қозғалтқыш бөлшектерінен артық жылуды алып кететін зат- жылу алып жүруші сұйық немесе ауа болуы мұмкін.
Майлау жүйесі үйкеліс беттерін бөлуге, салқындатуға, коррозиядан сақтауға және қажалу өнімдерін жуып алып кету мақсатында , оларға майлау материалын (мотор майын) алып келуге арналған.
Іске қосу жүйесі – қозғалтқыштардың цилиндрлеріндегі жұмыс циклының тұрақты басталуын қамтамасыздандыратын өзара әсерлесетінмеханизмдер мен жүйелер жыйынтығы.
1.3 Қозғалтқыштың жұмыс циклы
Төртырғақты дизельдің жұмыс циклын және жұмыс істееп тұрған дизельдің цилиндрлерінің бірінде не болып жатқанын қарастырайық (сурет 2).
Сурет 2 – Төрт ырғақты бір цилиндрлі қозғалтқыштың жұмыс схемасы
Кіргізу тактысы (Сурет 2,а). Поршень ЖӨН- нен ТӨН-ге қозғалғанда кіргізу клапаны ашық. Ырғақ соңында қысым 0,08…0,09 МПа, ауа температурасы 30…500С шамасында.
Қысу ырғағы (сурет 2,б). Екі клапанда жабық. Поршень ТӨН- нен ЖӨН- ге ауаны қыса қозғалады. Үлкен қысу дәрежесі негізінде (14…18 шамасында) бұл ырғақтың соңында қысым 3,5…4,0 МПа, ал температура отынның өздігінен тұтану темпаратурасынан жоғарылап - (550…7500С) шегіне жетеді. Поршеннің ЖӨН- ге жақын жағдайында жоғарғы қысым сорғысымен цилиндрге берілетін отын форсункамен бүркіледі.
Цилндрге бүркілген отвн ауа мен жанған газдар қалдығымен араласып жұмысшы қоспаны құрайды. Отынның көп бөлігі тұтанып, жанады.. Газдардың қысымы 5,5…9,0 МПа, ал температура 20000С- ға жетеді.
Кеңею ырғағы. Екі клапан да жабық. Поршень кеңейген газдар қысымымен ЖӨН- нен ТӨН- ге қозғалады(сурет 2в). Кеңею ырғағының басында отынның қалған бөлігі жанады. Кеңею ырғағының соңында қысым 0,2…0,3 Мпа- ға дейін, температура 3000С-ға дейін төмендейді.
Шығару ырғағы. Шығару клапаны ашық. Поршень ТӨН-нен ЖӨН-ге қозғалып (сурет 2в) ашық клапан арқылы жанып біткен газдар цилиндрден атмосфераға шығарылады. Бұл ырғақ соңында газдар қысымы 11…0,12 МПа, температура 65…900С болады.
Бұдан кейін жұмыс циклы қайталанады.
Енді екі ырғақты қозғалтқыштың жұмыс циклын қарастырайық. Екі ырғақты, карбюраторлы иінді үрленетін камералы қозғалтқыштың құрылысының және жұмысының схемасы сурет 3- те келтірілген.
Сурет 3. Екі ырғақты қозғалтқыштың жұмыс схемасы
1 – тұтандыру білтесі(свеча); 2 – поршень; 3 – шығару терезесі; 4 – карбюратор; 5 – кіргізу терезесі; 6 – иінді камера; 7 - үрлеу каналы; 8 – цилиндр; 9 – шығару құбыры; 10 – картер.
Бұл түрдегі қозғалтқыштардың цилиндрінің 8 қабырғасында кіргізу 5, үрлеу 7, шығару 3 терезелері жасалған. Қозғалтқыш картері (иін камерасы 6) атмосферамен байланыспаған. Кіргізу терезесі 5 карбюратормен 4, үрлеу терезесі канал 7 арқылы қозғалтқыштың иін камерасымен 6 байланысқан.
Екі ырғақты карбюраторлы қозғалтқыштың жұмыс циклы келесі ретте жүзеге асады. Поршень 2 ТӨН- нен ЖӨН-ге (сурет 3а) алғашқыда үрлеу терезесін 7 содан шығару терезесін 3 жаба қозғалады. Бұдан кейін цилндрдегі 8 жұмысшы қоспаны қыса бастайды. Бұл уақытта иінді камерада 6 қысымсыздану туындайды, поршеннің төменгі кемері кіргізу терезесін 5 ашысымен, ол арқылы карбюратордан 4 иін камерасына жанар қоспа сорыла бастайды.
Поршеннің ЖӨН-ге жақын жағдайында қысылған жұмысшы қоспа білтеден 1 берілген электр ұщқынынан тұтанады. Қоспа жана бастағанда газдар қысымы күрт өседі. Газдардың қысымымен поршень ТӨН-ге қарай жылжыйды (сурет 3б). Ол кіргізу терезесін 5 жабысымен иінді камерада 6 ертерек кіргізілген жанар қоспаны қысу басталады.
Поршень жүрісінің соңында шығару терезесін 3 (сурет 3в), содан кейін үрлеу терезесін 7 ашады. Ашылған шығару терезесі арқылы жұмыс істеп біткен газдар үлкен жылдамдықпен атмосфераға шығады. Цилиндрдегі газдардың қысымы тез төмендейді. Үрлеу терезесінің ашылу сәтінде иін камерасындағы қысылған жанар қоспа қысымы цилиндрдегі жұмыс істеп біткен газдардың қысымынан үлкен болады. Сондықтан жанар қоспа иін камерасынан канал 7 бойынша цилиндрге кіреді де, шығару терезесі арқылы жұмыс істеп біткен газдардың қалдықтарын сыртқа қысымдап шығарып,цилиндрді жаңа қоспамен толтырады. Бұдан ары үрдіс осылай тізбекті жалғасады.