книги из ГПНТБ / Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие

опережения зажигания. Поэтому устанавливается приспособление в прерывателях-распределителях для соответствующего изменения угла опережения зажигания. В современных двигателях производится автоматическое изменение опережения зажигания центробежным регу­ лятором в зависимости от числа оборотов двигателя и в дополнение к

дящего ток. Ток высокого напряжения подводится по проводу к цент­ ральному электроду свечи, а вторым проводом служит масса двига­ теля, с которой соединены через корпус свечи боковые электроды / . Искра проскакивает через воздушный зазор (0,6-4-0,8 мм) между электродами / и 6 в конце такта сжатия и зажигает рабочую смесь.

Магнето. Магнето представляет собой специальный электри­ ческий генератор для выработки тока высокого напряжения и рас­ пределения по цилиндрам для зажигания. В магнето объединены ис­ точники переменного тока низкого напряжения (магнитоэлектриче­ ская машина), индукционная катушка и прерыватель с распредели­ телем.

В зависимости от способа получения тока низкого напряжения раз­ личают следующие три типа магнето: 1) с вращающимися обмотками (якорем) и неподвижным магнитом; 2) с вращающимся постоянным магнитом и неподвижными обмотками; 3) с неподвижными обмотками и магнитом и вращающимся промежуточным элементом. Больше всего в современных двигателях применяются магнето с вращающимся магнитом и неподвижными обмотками.

330

Магнето с вращающимися обмотками (якорем) имеет неподвижный постоянный магнит, между полюсами которого вращается якорь с намотанными на него двумя обмотками — первичной и вторичной. Недостатком этого типа магнето является малая надежность быстровращающегося якоря с намотанными на него обмотками.

В магнето с вращающимся магнитом обмотки конденсатор и преры­ ватель неподвижны, а магнит выполнен в виде вращающегося ротора. Магнитный поток в сердечнике обмоток периодически меняет свою ве­ личину и направление, что и вызывает индуктирование электрического тока в обмотке магнето. На сердечнике П-образной формы наматыва­ ются первичная и вторичная обмотки, образующие трансформатор.

Рис . 3-45. Схема системы зажигания от магнето

Вмагнето с вращающимся промежуточным элементом (с магнит­ ным коммутатором) неподвижными являются как магнит, так и обмот­

ки с конденсатором и прерывателем. Магнитный поток подводится здесь к сердечнику обмоток через вращающуюся промежуточную железную деталь, так называемый магнитный коммутатор, который при враще­ нии периодически меняет величину и направление магнитного потока по сердечнику обмоток.

Электрические схемы всех вышеуказанных типов магнето одинако­ вы. Первичная обмотка / (рис. 3-45) состоит из витков довольно толс­ той проволоки (d = 1,0-г-1,25 мм), вторичная обмотка 2— из более тонкой проволоки (d = 0,10-7-0,12 мм) с очень большим количеством витков. При вращении якоря между полюсами магнита в первичной обмотке индуктируется переменный ток низкого напряжения (12-f- -7-40 В). Вторичная обмотка замыкается через искровой зазор б элект­ рической свечи 4. При вращении якоря во вторичной обмотке также индуктируется электродвижущая сила, но вторичный ток не возни­ кает, так как получающегося при этом напряжения 1000-т- 1500В недос­ таточно для преодоления электрического сопротивления искрового зазора свечи. Д л я увеличения электродвижущей силы в первичную цепь включают прерыватель 6 и параллельно ему конденсатор 7. В мо­ мент возникновения максимального тока первичная цепь размыкается прерывателем 6, благодаря чему электродвижущая сила во вторичной

331

обмотке достигает 104-20 тыс. В. Полученная таким образом большая электродвижущая сила с помощью распределителя 5 (как и при бата­ рейном зажигании) передается на электроды соответствующей свечи 4 и, преодолевая сопротивление искрового зазора б. образует мощный искровой заряд, необходимый для зажигания смеси. Специальный предохранитель — искровой разрядчик 3 — служит для предохране­ ния от чрезмерно высоких напряжений, которые могут возникнуть при неисправностях искрового зазора. Позицией 8 показан ручной выключатель зажигания.

§ 3-17. Системы смазки и охлаждения двигателей

Смазка двигателей

Смазка двигателей осуществляется для уменьшения трения и из­ носа деталей, для снижения затраты мощности на механические поте­ ри, а также для охлаждения трущихся поверхностей двигателя. По­ дача масла на смазываемые поверхности двигателя производится двумя способами: циркуляционным насосом под давлением и разбрыз­ гиванием (барботажем).

В коренные и шатунные подшипники, а также в большинстве слу­ чаев в подшипники распределительного вала, в поршневой палец и в другие ответственные узлы двигателя масло подается под давлением. Это обеспечивает более надежный непрерывный подвод масла к тру­ щимся деталям в количестве, необходимом как для смазки, так и для непрерывного отвода тепла из смазываемых поверхностей.

Обычно масло заливается в картер двигателя через специальную горловину до определенного уровня. Оно находится в работе до тех пор, пока частично не потеряет свои смазочные свойства. Затем его заменяют свежим маслом.

Масло подается в основном шестеренчатым насосом (рис. 3-46). Достоинством его является простота конструкции и надежность рабо­ ты. Масло засасывается из резервуара по каналу 2 в полость впуска 3, затем шестернями / переносится в полость нагнетания 4 и оттуда по­ ступает в масляную магистраль 5. Для ограничения максимального давления в масляной магистрали в циркуляционном насосе имеется редукционный клапан 6, который перепускает избыток масла об­ ратно по каналу 7 в поддон картера.

При работе двигателя масло забирается обычно через сетчатый заборник из сборного резервуара картера двигателя циркуляционным насосом, проходит под давлением (24-8 бар) через фильтр грубой очист­ ки и далее поступает в масляную магистраль для направления во все смазываемые поверхности. Из масляной магистрали по специальным каналам масло подводится в коренные подшипники, оттуда по сверле­ нию коленчатого вала проходит в шатунные подшипники. Подшипни­ ки распределительного вала и коромысел клапанов обычно также сма­

332

вследствие чего создается масляный туман внутри картера двигателя, благодаря чему в мелких и средних двигателях осуществляется смаз­ ка зеркала цилиндров, зубчатых передач, кулачков распределитель­ ного вала, а иногда и поршневого пальца. В теплонапряженных и в мощных двигателях для лучшей смазки поршневого пальца масло под­ водится в верхнюю головку шатуна из шатунной шейки по сверлению в стержне или по трубке, прикрепленной к шатуну. В небольших дви­ гателях специального сверления в шатуне или трубки для подвода

гих смазывающихся поверхностей, стекает в поддон картера двига­ теля. В некоторых транспортных двигателях, где по условиям эксплуа­ тации двигатель может иногда продолжительное время работать, наклонившись на большой угол (танковые, некоторые судовые, авиа­ ционные), применяется система сухого картера, в котором резервуа­ ром служит особый бак, находящийся отдельно от двигателя, куда насосом отсасывается масло из отстойника поддона картера.

В процессе работы двигателя смазочное масло загрязняется про­ дуктами разложения масла и различными механическими примесями, получающимися вследствие износа трущихся деталей. Для очистки масла от этих примесей в двигателях обычно устанавливается два типа фильтра: основной (сетчатый, войлочный, ленточно-щелевой или проволочно-щелевой) и фильтр тонкой очистки. Масло, подавае­ мое циркуляционным насосом, проходя через основной фильтр, очи­

(Ю-г-30%) после основного фильтра пропускается через фильтр тон­ кой очистки, где очищается от более мелких частиц (размером

333

2 - М мк), и сливается обратно в картер. Вместо хлопчатобумажных, войлочных и картонных фильтров тонкой очистки иногда применяют реактивные масляные центрифуги.

Температура масла при работе двигателя должна быть в пределах 75-7-95° С. При повышении температуры ухудшаются его смазочные свойства. Для охлаждения масла в системе обычно устанавливается масляный радиатор (холодильник).

Охлаждение двигателей

В процессе работы в цилиндре двигателя сгорает топливо, и газы, получающиеся при этом, нагревают цилиндр, головку, поршень и ряд других деталей двигателя. Температура газов в камере сгорания дос­ тигает 2050-7-2700 К. Температура стенок деталей при работе двига­ теля не должна превышать определенной предельной величины, так как при чрезмерном повышении температуры стенок возникает ряд неполадок в работе двигателя. Основными из них являются следую­ щие: 1) коробление деталей, понижение механической прочности ма­ териалов и в результате этого растрескивание головки и цилиндра дви­ гателя; 2) прогорание выпускных клапанов и клапанных гнезд; 3) ухудшение смазки и заедание поршневых колец о стенки цилиндра вследствие разложения (карбонизации) и пригорания смазочного мас­ ла на стенках гильзы цилиндра; 4) появление детонаций и преждевре­ менных вспышек в двигателях с внешним смесеобразованием.

В связи с этим для обеспечения допустимой температуры стенок необходим принудительный интенсивный отвод тепла от цилиндра, крышки, а иногда и от поршня двигателя. Количество отводимого от двигателя тепла при этом составляет 15-т-30% от всего тепла, внесен­ ного топливом. Отсюда следует, что охлаждать стенки цилиндра и крышки (головки) двигателя нужно до известного предела: чрезмер­ ное охлаждение из-за увеличения тепловых потерь ухудшает эконо­ мичность и уменьшает мощность установки.

По способу отвода тепла охлаждение двигателя может быть жид­ костным и воздушным.

Ж и д к о с т н о е о х л а ж д е н и е . При жидкостном охлажде­ нии применяется вода, которая омывает стенки цилиндра и головку двигателя. Охлаждающая вода под небольшим давлением подается в нижнюю часть рубашки цилиндра, откуда проходит к крышке и, ох­ лаждая при этом детали двигателя, сама нагревается до температуры 70-7-95° С. В зависимости от способа циркуляции охлаждающая вода

после двигателя направляют в градирню, где она охлаждается и затем обратно насосом подается в рубашку цилиндра двигателя. При ох­ лаждении проточной водой последняя вторично к двигателю не воз­ вращается. Воду в этом случае берут из водопровода, из реки или из другого естественного источника.

334

В транспортных двигателях горячая вода после двигателя охлаж­ дается в специальном холодильнике (радиаторе), откуда обратно поступает в двигатель. Схема циркуляции воды при установках с радиа­ тором показана на рис. 3-47. Из нижней коробки радиатора 7 по трубо­ проводу 5 вода поступает к водяному насосу (помпе) 4 и далее пода­ ется в водяную рубашку блока и к головке двигателя. Затем по трубо­ проводу 2 горячая вода попадает в верхнюю коробку 1 радиатора, где в трубках радиатора 6 охлаждается сильным воздушным потоком, создаваемым вентилятором 3. Для циркуляции воды применяются центробежные водяные насосы низкого давления.

Рис. 3-47. Схема циркуляции воды в транспортном двигателе

В некоторых малолитражных двигателях полустационарного типа циркуляция воды иногда осуществляется по термосифонной системе охлаждения. Этот принцип основан на разности удельных весов горя­ чей и холодной воды. При этом вода в рубашке двигателя, нагреваясь от горячих стенок, имеет меньший удельный вес, нежели холодная, поднимается вверх и поступает в верхнюю коробку радиатора. Далее, охлаждаясь в трубке, вода стремится в нижнюю коробку, откуда по­ ступает вновь в рубашку двигателя.

В транспортных двигателях в зимнее время иногда воду заме­ няют жидкостями, замерзающими при более низких температурах,— антифризами. В качестве антифриза часто используются растворы

335

глицерина и гликолей или воды и спирта. Это позволяет избежать во время стоянки в холодную погоду замерзания охлаждающей жидкос­ ти. Ни в коем случае нельзя допустить замерзания воды в двигателе:

передача тепла от горячих стенок цилиндра и головки в окружающую

дения двигателя конструктивно более проста, она получила довольно широкое распространение. Воздушное охлаждение применяется в мотоциклетных и в авиационных поршневых двигателях малой мощ­ ности. Кроме того, часто применяют воздушное охлаждение в мало­ литражных автомобильных двигателях и небольших передвижных установках. Мощные двигатели всегда имеют жидкостное охлаждение.

336

§ 3-18. Конструкции двигателей внутреннего сгорания

Конструкции двигателей внутреннего сгорания разнообразны. Ниже приводятся конструктивные устройства четырех типов двигате­ лей (карбюраторных, дизелей, турбопоршневых и газовых), широко распространенных в народном хозяйстве.

Карбюраторные двигатели

Карбюраторные двигатели по сравнению с дизелями работают с меньшим коэффициентом избытка воздуха (всасываемый в цилиндр воздух используется более эффективно), максимальное давление сго­ рания в них ниже. Они более быстроходны. Вследствие всего этого карбюраторные двигатели получаются легкими, и удельная мощность их значительно больше, чем у дизелей.

Рис . 3-49. Общий вид двигателя ЗИЛ -130 со сцеплением и коробкой передач

Д в и г а т е л ь ЗИЛ-130. Двигатели ЗИЛ-130 (рис. 3-49) уста­ навливаются на грузовые автомобили Московского автомобильного завода им. Лихачева. Это карбюраторный, четырехтактный, V-об- разный, восьмицилиндровый двигатель с водяным охлаждением. Диа­ метр цилиндра 100 мм, ход поршня 95 мм, рабочий объем двигателя 6 л, степень сжатия 6,5, угол развала между цилиндрами 90°. Макси­ мальная мощность двигателя 125 кВт = 170 л. с. при 3600 об/мин.

337

Двигатель имеет ограничитель числа оборотов. При ограничителе максимальное число оборотов 3100 об/мин и максимальная мощность ПО кВт = 150 л.с. Минимальный удельный расход топлива 326 г/(кВт-ч); сухой вес двигателя 447 кг.

23 22 21

го чугуна, имеет два ряда цилиндровых гнезд. Для большей жесткости нижняя плоскость разъема блока находится ниже оси коленчатого

338

вала. Снизу блок цилиндров герметично закрыт поддоном, который уплотняется прокладкой и крепится к блоку болтами. Гильзы ци­ линдров вставные, чугунные, в верхней части уплотняются от проса­ чивания охлаждающей воды буртом гильзы и прокладкой, в нижней части — резиновыми уплотняющими кольцами. Для повышения кор­ розионной стойкости гильзы в ее верхнюю часть запрессована специ­ альная вставка из легированного чугуна.

На двигатель устанавливаются 2 разъемные головки, которые отлиты из алюминиевого сплава. Крепится головка к блоку 17 болтами. Из них 4 болта одновременно служат еще и для крепления к головке стоек оси коромысел. Для центровки головки на блок за­ прессованы 2 штифта. Для герметичности между блоком и головкой устанавливается сталеасбестовая прокладка. С наружной стороны блока к головкам крепятся выпускные трубопроводы, с внутренней стороны, — впускные трубопроводы. Выпускные трубопроводы отли­ ты из серого чугуна, а впускные — из алюминиевого сплава. В голов­ ку цилиндров вставлены седла из жаропрочной стали и запрессованы направляющие втулки для клапанов. Клапаны изготовлены из жа­ ростойкой стали. Высота подъема каждого клапана — 10,25 мм. Для повышения стойкости стержень выпускного клапана наполняется из­ нутри натриевым охладителем, а для увеличения износостойкости на рабочей фаске тарелки клапана делается наплавка из жаростой­ кого сплава.

Коленчатый вал стальной, кованый, пятиопорный, покоится на пя­ ти коренных подшипниках. В шатунных шейках коленчатого вала имеются центробежные ловушки для очистки масла.

Вкладыши коренных и шатунных подшипников тонкостенные, лег­ косъемные, изготовлены из стальной ленты с медно-никелевым под­ слоем, покрытым антифрикционным сплавом толщиной 0,08-4-0,12 мм. Задний и передний коренные подшипники коленчатого вала для устра­ нения утечки масла имеют сальниковые уплотнения; кроме того, на заднем конце шейки вала имеются маслосгонные спиральные канав­ ки и для слива масла — отверстие в коренном подшипнике. На пер­ вом коренном подшипнике для фиксации коленчатого вала от осевых перемещений имеются упорные стальные шайбы, на которые наплав­ лены антифрикционный сплав.

Чугунный маховик крепят к фланцу коленчатого вала 6 болта­ ми. На маховик надет прессовой посадкой стальной зубчатый ве­ нец, который служит для вращения коленчатого вала от стартера при пуске двигателя. В торец вала для пусковой рукоятки установлен храповик.

Распределительный вал стальной, кованый, пятиопорный, приво­ дится во вращение парой шестерен с косыми зубьями.

Коренные и шатунные шейки коленчатого вала, опорные шейки, кулачки и эксцентрики распределительного вала подвергаются тер­ мической закалке током высокой частоты.

Поршень отлит из алюминиевого сплава, трущиеся поверхности его покрыты оловом. На каждом поршне установлены 3 компрессион­ ных и 1 составное маслосъемное кольцо. Верхние 2 компрессионные

339