книги из ГПНТБ / Гаращенко, Г. М. Безопасность судовождения учебное пособие

тура газов здесь достигает 2000°С, давление возрастает до 30 кГ/см2. На индикаторной диаграмме процесс сго­ рания характеризуется линией с—г.

Под давлением газов поршень движется к н. м. т. Объем цилиндра увеличивается, газы расширяются, тем­ пература и давление их падают.

изображается линией г—в.

IV такт. Поршень движется к в. м. т., и через откры­ тое отверстие выпускного клапана из него удаляются отработанные газы. На индикаторной диаграмме про­ цесс выпуска характеризуется линией в—р.

В среднем давление газов при выпуске равно 1,2 кГ/см2, а температура — 600°С. Как только поршень придет в в. м. т., выхлопной клапан закроется и откро­ ется всасывающий, затем весь цикл повторится снова.

Из четырех тактов цикла лишь один (сгорание — расширение) является рабочим, остальные три — вспо­ могательными, которые осуществляются за счет инер­ ции вращающегося маховика.

При нескольких цилиндрах принцип работы каждого такта остается таким же, как и при одном. На каждую равную часть оборота коленчатого вала приходится ра­ бочий ход в одном из цилиндров.

Для работы двигателя внутреннего сгорания боль­ шое значение имеет то, в какой момент происходит от­ крытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Продолжительность открытого состояния, выраженная в градусах поворота коленчатого вала, а также моменты открытия и закрытия этих клапанов называются фаза­ ми газораспределения. Схематически они изображают­ ся в виде круговой диаграммы, называемой диаграммой фаз газораспределения (рис. 74).

Влияние ряда факторов сказывается на количестве горючей смеси, поступающей в цилиндр за период вса­ сывания: оно не равно тому, которое теоретически мог­ ло бы заполнить рабочий объем цилиндра. Для макси­ мального заполнения впускной клапан начинают откры­ вать несколько раньше в. м. т., благодаря чему к мо­ менту, когда поршень достигнет в. м. т., образуется максимальное проходное сечение между клапаном и его седлом; закрытие впускного клапана осуществляют не

136

в н. м. т., а несколько позже, чем увеличивают время поступления смеси в цилиндр.

Предварительное открытие выпускного клапана обес­ печивает падение давления в цилиндре к моменту при­ хода поршня в н. м. т. до давления, близкого к атмос­ ферному. К концу такта выпуска закрытие выпускного

Рис. 74. Диаграмма фаз газораспределения двигателя.

клапана происходит не в в. м. т., а несколько позже, благодаря чему достигается качественная очистка ци­ линдра от отработанных газов.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

В настоящее время двухтактные карбюраторные двигатели применяют на моторных лодках и мото­ циклах.

Устройство двухтактного двигателя значительно проще четырехтактного. У обычного двухтактного газо­

Для обеспечения своевременного поступления в ци­ линдр горючей смеси и выхода отработанных газов в двухтактных двигателях существуют две системы про­ дувки: кривошипно-камерная и прямоточно-клапанная. Кривошипно-камерная применяется главным образом в маломощных двигателях.

В двухтактном карбюраторном двигателе отсутству­ ет продувочный насос. Его функции выполняет криво-

137

ШНпная камера, сообщающаяся с подпоршневым прост­ ранством цилиндра. Изменение объема этого простран­ ства при работе двигателя и позволяет использовать кривошипную камеру как продувочный насос. Сущест­ вует два типа кривошипно-камерной продувки: попереч- но-дефлекторная и возвратно-петлевая.

К впускному присоединен карбюратор. Продувочное ка­ налом сообщается с кривошипной камерой (полостью картера), которая соединяется с атмосферной.

Рабочий цикл в двигателе происходит следующим об­ разом.

смеси.

В этот момент рабочая смесь в камере воспламенит­ ся электрической искрой, возникающей в свече. При сго­ рании смеси давление газов резко возрастет, и поршень начнет перемещаться к н. м. т., совершая рабочий ход. Как только поршень закроет впускное окно, в криво­ шипной камере начнется сжатие горючей смеси.

138

В конце хода поршень откроет выпускное окно, че­ рез которое отработанные газы с большой скоростью выходят в атмосферу, одновременно через продувочное окно будет поступать в цилиндр горючая смесь, запол­ няя его и выталкивая остатки отработанных газов.

II такт. При движении от н. м. т. к в. м. т. поршень последовательно перекрывает впускное, продувочное и выпускное окна, сжимая находящуюся в цилиндре го­ рючую смесь. В это время в кривошипной камере соз­ дается разрежение, и как только поршень откроет впус­ кное окно, через него начнет поступать из карбюратора горючая смесь в камеру. Количество подаваемой смеси регулируется дроссельной заслонкой.

Таким образом, во время I такта происходит рабо­ чий ход и сжатие в кривошипной камере, а во время II такта — сжатие рабочей смеси в цилиндре и запол­ нение кривошипной камеры горючей смесью.

Рабочий процесс двухтактного дизельного двигателя с кривошипно-камерной продувкой протекает аналогич­ но описанному и отличается только тем, что в цилиндр дизеля поступает не горючая смесь, а атмосферный воз­ дух.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

этом в цилиндр всасывается из атмосферы воздух, дав­ ление которого в конце такта достигает 0,85—0,90 кГ/см2, а температура — на 20—30° выше температуры окружающей среды.

II такт — сжатие. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. при закрытых клапанах рабочего цилиндра. Воздух сжимается до давления 32—40 кг/см2, темпе­ ратура его повышается до 500—550” С, т. е. до само­ воспламенения топлива.

III такт —. рабочий ход (сгорание и расширение). В момент нахождения поршня у в. м. т. в цилиндр через форсунку впрыскивается топливо под давлением 110— 250 кГ/см2. Распыленное в среде сжатого воздуха топ­ ливо самовоспламеняется и сгорает. Давление обра­ зующихся газов достигает 50—80 кГ/см2 при темпера­ туре 1700—1900° С. Поршень, перемещаясь в них, осу­ ществляет рабочий ход.

139

В конце такта расширения давление снижается до 2,5—4,5 кГ/см2 при температуре газов 600—700°С.

IV такт — выпуск. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т., выталкивая отработанные газы из цилиндра через выпускной клапан.

Давление отработанных газов составляет 1,1—1,2 кГ/см2, а температура — 400—500°С.

После этого рабочий цикл повторяется.

В двигателях для лучшей очистки цилиндров от про­ дуктов сгорания и большего заполнения воздухом уве­ личивают продолжительность впуска и очистки цилинд­ ров, в связи с чем открытие всасывающих и выпуск­ ных клапанов производится До мертвой точки (с опе­ режением), а закрытие — за ней (с запаздыванием). Это значит, что в течение некоторого времени оба кла­ пана цилиндра открыты, и свежий воздух, поступив в цилиндр, частично выходит вслед за отработанными га­ зами.

В дизелях, устанавливаемых на быстроходных кате­ рах, топливо впрыскивается со значительным опереже­ нием относительно в. м. т. К моменту прихода поршня к в. м. т. оно успевает воспламениться и частично сго­ реть, что сопровождается сильным повышением давле­ ния, значительно превышающим давление в конце сжа­ тия.

По характеру и скорости сгорания, по интенсивности повышения давления во время сгорания эти дизели близки к карбюраторным двигателям, а отличаются от последних тем, что давление в конце сжатия здесь зна­ чительно выше.

Работа многоцилиндрового двигателя

В многоцилиндровом двигателе процесс происходит в каждом цилиндре в той же последовательности, что и в одноцилиндровом, но рабочие ходы совершаются не одновременно. Чтобы многоцилиндровый двигатель ра­ ботал равномерно, такты рабочих ходов должны сле­ довать друг за другом, через определенные углы пово­ рота вала и равные промежутки времени. Периодич­ ность (частота) рабочих ходов зависит от конструкции коленчатого вала: парности колен, угла между ними и порядка работы цилиндров. Число колен у двигателя, цилиндры которого расположены в один ряд, соответ­ ствует числу цилиндров. При выборе угла между коле­

140

нами исходят из условий обеспечения наиболее равно­ мерного вращения вала двигателя.

Угол между соседними кривошипами зависит от тактности двигателя и числа его цилиндров и определя­ ется делением количества градусов поворота вала за весь цикл на число цилиндров. Для четырехтактного че­ тырехцилиндрового двигателя угол <р = 720 s 4=180°, т. е. в каждом следующем цилиндре рабочий ход будет на­ ступать через каждые 180°, через каждые пол-оборота вала. В данном случае колена вала расположены в од­ ной плоскости. Два крайних колена / и 4 движутся по­ парно в одну сторону, 2 и 3 — в другую.

Для шестицилиндрового двухтактного двигателя

цилиндров двигателя.

В четырехцилиндровом двигателе обычно принят по­ рядок работы цилиндров: 1—3—4—2, т. е. если при пер­ вом полуобороте коленчатого вала рабочий ход будет в первом цилиндре, то во время второго полуоборота, в третьем и т. д. В таком же порядке чередуются и все остальные такты. Не меняя формы и расположения ко­ лен вала четырехцилиндрового двигателя, можно изме­ нить очередность рабочих ходов при другом порядке открытия клапанов. Например, порядок работы 1—2 — 4—3 имеют двигатели М-21 «Волга», УАЗ, тогда как дви­ гатель автомобиля «Москвич-407» имеет порядок рабо­ ты 1—3—4—2.

В шестицилиндровых двигателях наиболее распрост­ ранены следующие порядки работы цилиндров: 1—5— 3—6—2—4 и 1—4—2—6—3—5.

Знать порядок работы цилиндров двигателей необ­ ходимо при регулировке зазоров в клапанах, установке зажигания в карбюраторных двигателях или моментов впрыска топлива в дизелях.

Требования к катерным двигателям

Лодочные двигатели должны обеспечивать в течение длительного времени надежную работу при полной на­ грузке. Форма двигателей и отдельных узлов должна быть простой и легко доступной для осмотра и ремон­ та. В двигателях необходимо возможно полное уравно­ вешивание сил инерции вращающихся и движущихся частей во избежание возникновения вибрации. Двига­

141

тели должны работать бесперебойно при наклоне оси коленчатого вала к горизонту не более 7—9°, иметь кра­ сивое внешнее оформление, минимально возможные раз­ мер и вес при соблюдении жесткости конструкции, на­ дежности и долговечности эксплуатации. Наименьший удельный вес среди поршневых двигателей (отношение веса к единице мощности) у быстроходных двух- и че­ тырехтактных карбюраторных двигателей 1,5—5 кг/л. с., затем тихоходных карбюраторных двигателей и быстро­ ходных дизелей 25—30 кг/л. с. и более.

Широкое распространение на мотосудах легких кар­ бюраторных двигателей — -следствие, в первую очередь, их малого удельного веса.

Для тихоходных моторных судов выбирают двига­ тели с удельным весом 25—50 кг/л. с. На гоночных мо­ тосудах используются двигатели с удельным весом 0,8— 5 кг/л. с., а на туристских — 5—25 кг/л. с.

Естественно, что при прочих равных условиях луч­ шим следует признать двигатель, имеющий минималь­ ный расход топлива и смазки на 1 л . с. Чем совершен­ нее двигатель и чем лучше преобразуется в нем энер­ гия топлива в полезную механическую работу, тем меньше удельный расход топлива. Современные четырех­ тактные карбюраторные двигатели расходуют от 250 до 350 г бензина па 1 л. с. в час, двухтактные — от 400 до 600 г/л. с. час. Наиболее экономичны дизели, расхо­ дующие 160—220 г/л. с. час, недорогого тяжелого топ­ лива.

Любителям, использующим в качестве двигателя своего моторного судна не лодочные двигатели, необхо­ димо учитывать возможность их конверсии, т. е. при­ способления двигателя к работе в этих новых, конкрет­ ных условиях.

Нашей промышленностью выпускаются конвертиро­ ванные двигатели автомобилей «Москвич» — АМ-402- СРЗ, ЗИЛ-120 с различными передаточными числами ре­ дукторов, ГАЗ-51-С-62 с прямым или угловым реверсредуктором и МЗМА-407 с прямым редуктором или с вертикальной колонкой.

Восновной объем конверсии двигателя входят:

1.Замена коробки передач на реверсивно-редукцион­ но-разобщительное устройство или на переделанную ко­ робку передач.

2.Изменение системы охлаждения применительно к судовым условиям.

142

3. Установка выносного масляного холодильника ИЛИ установка змеевика с проточной водой в масляном под­

доне картера.

На автомобильных двигателях ГАЗ типа A, AM, М-1, ММ и двигателях «Москвич-400» и «Москвич-401» монти­ руется змеевик из пяти витков, изготовленный из мед­ ной трубки диаметром 10 мм.

4. Термоизоляция выхлопного коллектора или обору­ дование его для охлаждения водой.

5. Изменение крепления двигателя.

Большинство бензиновых двигателей работает с при­ нудительным электрическим зажиганием горючей смеси.

Особенности двигателей с электрическим зажигани­ ем по сравнению с дизелями определяются главным об­ разом меньшей степенью сжатия.

Вследствие меньшей степени сжатия (е = от 5 до 7,5)

удвигателей с электрическим зажиганием (у дизелей—

е= от 13 до 19), они работают менее экономично. Повы­ шению же степени сжатия у двигателей с электричес­ ким зажиганием препятствуют преждевременное воспла­ менение горючей смеси и возможность образования де­

тонации.

Техническая характеристика рекомендуемых отечест­ венных двигателей для стационарной установки па ма­ ломерные суда приведена в табл. 6.

Двигатели «Москвич»

На многих моторных лодках устанавливаются дви­ гатели автомобилей «Москвич» (разных выпусков, че­ тырехтактные, четырехцилиндровые, рядные, верхнекла­ панные, с жидкостным охлаждением), основные техни­ ческие данные которых приведены в табл. 7.

Эти двигатели состоят из неподвижных и подвиж­ ных деталей. К неподвижным относятся детали остова двигателя: блок-картер, поддон и головки цилиндров; к подвижным — кривошипно-шатунный механизм, в ко­ торый входят поршень, шатун, коленчатый вал, маховик и детали механизма газораспределения. Детали остова для повышения их жесткости выполняются более мас­ сивными, чем остальные детали, поэтому они состав­ ляют основную часть общей массы двигателя. Все дета­ ли остова надежно соединены между собой, для герме­ тичности и пыленепроницаемости стыки в соединениях уплотнены прокладками.

143

Блок-картер и головку отливают из серого или леги­ рованного чугуна или из алюминиевого сплава. Чугун­ ные детали обладают достаточной прочностью и сравни­ тельно дешевы. Детали из алюминиевого сплава легко обрабатываются и значительно легче чугунных.

Двигатель «Москвич-412» (рис. 76 и 77) — карбю­ раторный, четырехтактный, четырехцилиндровый, рабо­ тает на топливе с октановым числом 93.

Верхнее расположение клапанов с приводом от рас­ пределительного вала, компактная полусферическая ка­ мера сгорания, двухкамерный карбюратор с последова­ тельным открытием дросселей и жидкостный подогрев рабочей смеси обеспечивают получение высоких мощно­ стей и экономических показателей двигателя. Впервые на этих двигателях применены: полнопоточный масля­ ный фильтр, обеспечивающий улучшенную очистку мас­ ла; сталебронзовые вкладыши шатунных и коренных подшипников, выдерживающие большие удельные дав­ ления при высоких температурах. Поршень с терморе­ гулирующей вставкой обладает большой износостойко­ стью и бесшумностью работы; «мокрые» втулки цилинд­ ров имеют улучшенный теплоотвод и позволяют произ­ водить их легкую замену при ремонте.

Кроме того, на двигателе модели 412 использованы уже апробированные на других двигателях «Москвич» материалы и конструкции деталей: центробежные ло­ вушки в шатунных шейках коленчатого вала, служа-

146