книги из ГПНТБ / Корниенко А.Г. Конструктивные схемы автомобилей, тракторов и принцип действия их агрегатов и механизмов лекция

-20 -

Вцилиндре двигателя слипается только атмосферный воздух, кото­ рый вследствие больной степени сжатия нагревается до высокой тем­ пературы (600-650°С), зажигание же горючей смеси осуществляется не от постороннего источника, а в результате самовоспламенения топлива, впрыснутого через форсунку в среду раскаленного воздуха, имеющего высокую температуру в результате его сжатия в цилиндре.

Первый'дизельный двигатель был построен в 1897 г., который ра­ ботал на керосине.

Распиливание жидкого топлива осуществлялось сжатым воздухом, поэтому необходимо было иметь на двигателе компрессор и баллоны для сжатого воздуха, что делало конструкцию двигателя громоздкой. Такие двигатели называются компрессорными дизельными двигателями

иприменяются для стационарных установок.

В1899 г. в Роосии начали изготавливать дизельные двигатели, работающие на нефти и соляровом масле.

В1901 г. в Петербурге на Путиловском заводе талантливый русский инженер, позднее доктор технических наук, профессор Густав Василь­ евич Тринклерх) создал бесксмнрессорный двигатель, работающий по смеванному циклу. Впрыск топлива в цилиндры этого двигателя и его распиливание осуществляются без применения компрессора, а при по­ мощи специальных устройств (топливного насоса и форсунки).

Впоследствии двигатель Г.В.Тринклера был построен и усовершен­ ствован известным русским изобретателем Я.В.Маминым. Эта конструк­ ция двигателя получила широкое применение на транспортных машинах.

Создание Г.В.Тринклером двигателя, работающего без компрессора, положило начало принципиально новому направлению в двигатедестро-

ении. Ееомпрессорные двигатели вытеснили в мировом двигателестро-

будучи студентом разработал бесконпрессорный двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия с самовоспламенением, на который получил патент в 1899 г. Двигатель был построен и испытан на Путиловском (ныне Кировском) заводе. Не получив возможности изготавливать двига­ тель в России, он уехал в Германию, где в 1905 г. двигатель выпус­ кался под названием "двигатель системы Тринклера". В 1907 г. вер­ нулся в Россию. С 193Д г. работал профессором Горьковского инсти­ тута инженеров водного транспорта.

-21 -

Вобласти развития и совершенствования двигателей внутреннего сгорания большую роль сыграли русские ученые В.И.Гриневецкий, Е.К.Мазинг, Н.Р.Брилинг, А.С.Орлин и др.

Двигатели внутреннего сгорания по сравнению с паровыми маши­ нами имеют ряд преимуществ: отсутствие котельной установки, ма­ лые габариты и вес, небольшую потребность в воде, быстрый пуск, меньший расход топлива и отсутствие его в период выключения дви­ гателя.

Всвязи с наличием существенных преимуществ двигатели внутрен­ него сгорания в настоящее время нашли широкое применение во всех отраслях народного хозяйства. На стационарных установках, судах, тепловозах, тракторах и тяжелых грузовых автомобилях применяются дизельные двигатели. Двигатели с принудительным зажиганием от электрической искры применяются на легковых и малотоннажных гру­ зовых автомобилях.

Двигатель внутреннего сгорания является автономным источником энергии, самым распространенным в армии и самым дорогостоицим агре­ гатом любой современной подвижной техники. Надежность работы этих двигателей, их долговечность, мощноствые и экономические показате­ ли в значительной мере зависят от уровня технической подготовки лиц, их обслуживающих и эксплуатирующих, и правильного использова­ ния двигателей.

Внашей стране быстрое развитие двигателестроения получило пос­ ле Великой Октябрьской революции.

Специфичность технологии производства двигателей и повышение требований к их качеству при все возрастающем масштабе их произ­ водства привели к необходимости создания специализированных мотор­ ных заводов, оснащенных современным оборудованием.

Внастоящее время на отечественных автотракторных и моторных заводах выпускаются семейства карбюраторных и дизельных двигате­ лей. Например, Заволжский моторный завод С3*13) выпускает двига­ тели 3M3-2IA для автомобиля М-21 ("Волга") и его модификаций ЗМ3-451 для автомобилей Ульяновского автомобильного завода (УАЗ); 3U3-977 для микроавтобусов типа РАФ, 3M3-53 для автомобилей Горь­ ковского автомобильного завода (ГАЗ). Завод имени Лихачева (ЗИЛ) изготавливает двигатели ЗИЛ-375 для автомобилей ЗИЛ и "Урал" (ЗИЛ-130, "Урал"-375 и др.). Ярославский моторный завод (ЯМЗ)

- 22 -

производит дизельные двигатели ЯМЗ-236, ЯМЗ-238. ЯМЗ-240 для авто­ мобилей типа МАЗ, КрАЗ, БелАЗ и др.

Современное развитие автотракторной техники характеризуется уве­ личением скоростей движения, что связано с увеличением мощности их двигателей. Поэтому на автотракторных и моторных заводах, в научноисследовательских институтах непрерывно ведутся работы по усовер­ шенствованию существующих конструкций двигателей, а также по соз­ данию новых достаточной мощности, высоко экономичных, облегчен­ ных и износостойких конструкций автотракторных двигателей внутрен­ него сгорания,особое внимание уделяется унификации узлов и дета­ лей двигателя и развитию семейства унифицированных двигателей.

Двигателем называется преобразователь того или иного вида энер­ гии в механическую работу. Двигатели, у которых механическая рабо­ та получается в результате преобразования тепловой энергии, назы­ ваются тепловыми двигателями.

Все тепловые двигатели, получившие в настоящее время практичес­ кое значение и распространение, могут быть разделены на две основ­ ные группы:

-двигатели внешнего горения. - паровые машины и паровые турбины;

-двигатели внутреннего сгорания.

В паровых машинах и турбинах рабочим телом для преобразования тепловой энергии топлива в механическую работу служит водяной пар.

Экономический к.п.д*. современных паросиловых установок, харак­ теризующий их экономичность, лежит в пределах 0,10 - 0,20 для уста­ новок с паровыми машинами и 0,20 - 0,30 для установок с паровыми турбинами..

Двигателем внутреннего сгорания называются тепловые двигатели, в которых процессы сжигания топлива, выделения тепла и преобразо­

вание части теплоты в механическую работу происходят непосредствен­ но внутри рабочего цилиндра двигателя.

Рабочим телом двигателя внутреннего сгорания являются продукты сгорания топлива.

К числу двигателей внутреннего сгорания относятся: карбюратор­ ные , газовые реактивные двигатели, двигатели с самовоспламенением, газовые турбины и др.

Двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри ра­

бочего цилиндра и энергия получающихся при этом газов воспринима­

ется движущимся в цилиндре поршнем, называется поршневым двигателем ьиуу,-.юннего сгорания.

- 23 -

Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются основными для современной автотракторной техники и имеют свою классификацию.

Они подразделяются по следующим основным признакам.

1.По рабочему циклу, т.е. характеру процесса сгорания топли­ ва в цилиндрах - на двигатели быстрого сгорания (или сгорания при постоянном объеме) - карбюраторные двигатели; на двигатели посте­ пенного сгорания (или сгорание при постоянном давлении) - компрес­ сорные дизельные двигатели с воздушным распиливанием топлива; на

двигатели смешанного сгорания (или частичного сгорания при постоян­ ном объеме и в значительной части при постоянном давлении) - бескомпрессорные дизельные двигатели с непосредственным впрыском жид­ кого топлива.

2.По способу воспламенения горючей смеси - на двигатели с при­ нудительным воспламенением горючей смеси от электрической искры (карбюраторные, газовые двигатели с впрыском легких топлив) и дви­ гатели с воспламенением от сжатия (дизельные двигатели).

3.По способу смесеобразования - на двигатели с внешним (кар­ бюраторные и газовые двигатели) и с внутренним смесеобразованием (дизельные двигатели и двигатели с впрыском легких топлив).

4.По способу осуществления рабочего процесса - на четырех­ тактные и двухтактные двигатели.

5.По виду применяемого топлива - на двигатели жидкого топли­ ва, работающие на бензине, керосине и дизельном топливе, двигате­ ли газообразного топлива, работающие на генераторном, сжатом и сжиженных газах и двигатели, работающие на смешанном топливе (основное топливо - газ, пусковое - жидкое).

6.По способу наполнения и продувки - на двигатели без наддува

ис наддувом (четырехтактные двигатели); на двигатели с кривошип­ нокамерной и с прямоточно-клапанной продувкой от специального на­ гнетателя (двухтактные двигатели).

?.По способу действия - на двигатели простого (одностороннего давления) и двойного (двухстороннего давления) действия.

8.По способу охлаждения - на двигатели с воздушным и жидкост­ ным охлаждением.

9.По назначению - на двигатели транспортные (автомобильные, тракторные, мотоциклетные), стационарные, судовые и специальные.

-24 -

10.По средней скорости поршня - на двигатели быстроходные и тихоходные (ГОСТ 4393-48). Быстроходными двигателями условно счи­ таются четырех- и двухтактные двигатели, имеющие среднюю скорость движения поршня, равную или большую 6,5 м/сек, тихоходными - мень­ шую 6,5 м/сек.

Средняя скорость поршня С определяется из уравнения:

С = 2 5 ■п м/сек,

где S - ход поршня , м ;

п - скорость вращения коленчатого вала, об/сек.

11. По числу цилиндров - на одноцилиндровые и многоцилиндро­ вые (двух-, трех-, четырех-, шести- и восьмицилиндровые) двигате­ ли.

12.По рабочему объему цилиндров - на микролитражные, малолит­ ражные, среднего и большого литража.

13.По расположению цилиндров - на однорядные (вертикальные и горизонтальные) и двухрядные ( V - образные и оппозитивные) дви­ гатели .

Выбор типа двигателя зависит от его назначения и предъявляемых

к нему требований в части топлива, габаритных размеров, веса и др. В соответствии с ГОСТ 4393-48 каждому типу дизельного двигате­

ля, исходя из его конструкции и назначения, присваивается услов­ ное обозначение. Например, 124 15/18; 64 15/18, 4Д 10,8/12,7. Бук­

газовый с присадкой жидкого топлива. Цифры впереди букв указывают число цилиндров в двигателе, а цифры после букв: в числителе - диа­ метр цилиндра в см, в знаменателе - ход поршня в см.

Кроме указанных обозначений ГОСТ 4393-48 разрешает дополнитель­ ные условные обозначения двигателей с маркой завода изготовителя.

В приведенном примере обозначения 124 15/18 двигатели заводом маркируются как 1Д12, Д12СП, 7Д12, Д12, ЗД12, а 64 15/18 имеют марки 1Д6-Ю0Д, 1Д6-100, 1Д6-150АД, 1Д6-150, У1Д6-150, 1Д6С-150М,

Д6С-150. Двигатели 4Д10, 8/12,7 имеют марки завода-изготовителя ЯАЗ-204, ЯМЗ-М204Г и т.д.

- 25 -

На современных автомобилях находят все большее применение дви­ гатели с двухрядным расположением цилиндров по .V -образной схеме, которая обеспечивает относительную малогабаритность двигателя и позволяет наряду с увеличением мощностных и экономических показа­ телей уменьшить базу автомобиля, значительно улучшить коэффициент использования металла. Кроме того, эти двигатели более удобны в обслуживании.

По такой схеме выполнены двигатели ЗИЛ-375, ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, 3M3-53 и другие, которые по конструктивным параметрам и удельным показателям находятся на уровне современных автотракторных двига­ телей.

5. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СИСТЕМЫ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Тепловая энергия, выделяющаяся в цилиндрах двигателя при сго­ рании топлива, проявляется в повышении температуры и давления га­ зов. Давление газов на поршни является причиной их движения в ци­ линдрах двигателя, в результате которого тепловая энергия преобра­ зуется в механическую, поэтому поршневой двигатель внутреннего сго­ рания состоит из ряда механизмов и систем.

К ним относятся механизмы: кривошипно-шатунный, газораспреде­ ления, регулирования и передач, а также системы: питания, зажигания, охлаждения, смазки и пуска.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для создания пере­ менного объема, в котором сгорает топливо, и для преобразования прямолинейного, возвратно-поступательного движения поршня во вра­ щательное движение коленчатого вала. Механизм состоит из блока цилиндров двигателя с головкой и картером, поршней с поршневыми кольцами и пальцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками, маховика с картером, поддона картера, шестерни и шкива.

Блок цилиндров является базовой деталью для двигателя, так как на нем монтируются все механизмы двигателя. Внутри цилиндров, стен­ ки которых служат направляющими для движения поршней, происходят все рабочие процессы двигателя, в том числе и наиболее напряжен­

- 26 -

ные процессы - это сгорание рабочей смеси и расширения продуктов сгорания, т.е. осуществляется рабочий ход.

Расположение цилиндров в блоке самое разнообразное. Для авто­ тракторных двигателей наибольшее распространение получило верти­ кальное рядное (3M3-2IA, ГАЗ-51 и др.) и У -образное двухрядное расположение (ЗИЛ-375, ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ГАЗ-бб и др.) цилиндров. Нумерация цилиндров указывается на патрубках впускной трубы дви­ гателя.

С целью повышения долговечности двигателей блоки цилиндров современных двигателей изготовляют с вставными мокрыми и сухими гильзами (3M3-2IA, ЗИЛ-375, ЯМЗ-236, ЗИЛ-158, ГАЗ-51 и др.). Кро­ ме того, гильзы снабжаются вставками из аустенитного чугуна, стой­ кого против коррозионного износа. С этой же целью наружную поверх­ ность верхнего компрессионного кольца, работающего в наиболее тя­ желых условиях, покрывают слоем пористого хрома или изготовляют из специального чугуна, лигированного хромом и вольфрамом (ЯМЗ-236). Блок цилиндров двигателя ЗИЛ-375 чугунный, со вставными мокрыми

гильзами из серого чугуна с кислотоупорной вставкой в верхней час­ ти. Уплотнение верхней части гильзы осуществляется зажимом бурта гильзы между блоком и головкой блока, а нижней части - двумя ре­ зиновыми кольцами. Головка блока цилиндров из алюминиевого сплава со вставными седлами и направляющими клапанов.

онного кольца. На поршне устанавливаются одно маслосъемное и три компрессионных кольца. Причем два компрессионных кольца хромиро­ ваны, а о^но (нижнее) конической формы (большое основание конуса направлено вниз). Маслосъемное кольцо составлено из двух плоских стальных колец и двух расширителей - осевого и радиального. Шату­ ны новых двигателей имеют три металлические вкладыши, представ­ ляющие собой стальную ленту с нанесенным на нее медно-никелевым (ЗИЛ-375) или металло-керамическим (3M3-53) подслоем, залитым сплавом СОС-66 или свинцовистой бронзой (ЯМЗ-236). кривошипы ко­

- 27 -

каждой шатунной шейкой соединено по два шатуна цилиндров правого

илевого рядов.

Коленчатые валы выполнены по полноопорной схеме (после кахдой шатунной шейки следует коренная) с коренными и шатунными шейками вала, подвергнутыми поверхностной закалке токами высокой частоты. Вкладыши коренных подшипников аналогичны по конструкции вклады­ шам шатунных подшипников. Для повышения несущей способности нихние вкладыши коренных подшипников выполняются без масляной канав­ ки (ЗИЛ-375).

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впус­ ка в цилиндры двигателя горючей смеси (карбюраторные двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) и своевременного выпуска из цилинд­ ров отработавших газов в той последовательности, которая определе­ на порядком работы двигателя в соответствии с фазами газораспре­ деления .

В современных автотракторных двигателях применяется клапанный газораспределительный механизм, как наиболее простой и долговеч­

Вэтом случае воздух через окна подается нагнетателем, а выпуск осуществляется через два клапана.

Газораспределительный механизм состоит из распределительного вала с приводом, толкателей, штанг, коромысел, впускных и выпуск­ ных клапанов с пружинами.

Вдвигателях применяются газораспределительные механизмы с ниж­ ним или верхним расположением клапанов. Нижними называются клапа­ ны, установленные в блоке, а верхними - в головке цилиндров. Но­ вые двигатели в основном имеют верхнее расположение клапанов, ко­ торые размещены в головке цилиндров (3M3-2IA, ЗИЛ-375, ЯМЗ-236,

ЯМЗ-238, 3M3-53).

Верхнее расположение клапанов по сравнению с нихним более слож­ ное в конструктивном отношении, однако имеет ряд преимуществ, та­ ких, как: лучше наполняются цилиндры; лучше условия сгорания ра­ бочей смеси, поэтому увеличивается мощность двигателя, меньше рас­ ход топлива и опасность возникновения детонационного сгорания.

Уверхнеклапанного двигателя толкатель непосредственно на кла­ пан не действует, а передает усилие при. подъеме клапана через тол­

- 28 -

кающую штангу и коромысло, установленное на оси. Ось коромысла

стержень клапана имеет сверление, заполненное натрием, а тарелка клапана - жаропрочную наплавку посадочной фаски.

Своевременное открытие и закрытие клапанов обеспечивается спе­ циально подобранным расположением кулачков на распределительном валу, их профилем и правильной установкой фаз газораспределения. Количество и расположение кулачков на распределительном валу за­ висят от конструктивных особенностей двигателя, порядка его рабо­ ты и количества клапанов. Кроме того, от распределительного вала получают привод топливный и масляный насосы, распределитель за­ жигания.

Распределительные валы современных двигателей устанавливаются на подшипниках из биметаллической ленты (ЗИЛ—375) или металлокерамических втулок (ЯМЗ-236). С целью износоустойчивости опорные шейки и кулачки подвергают закалке с нагревом токами высокой час­ тоты.

В двухтактных дизельных двигателях типа ЯМЗ-204- с целью устра­ нения вибраций, возникающих от действия неуравновешенных сил инер­ ции поршней, применена специальная система уравновешивания, состо­ ящая из распределительного и уравновешивающего валов с противове­ сами.

у четырехтактных двигателей скорость вращения распределительно­ го вала в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала, а у двухтактных скорости вращения обоих валов одинаковы.

Механизм регулирования предназначен для изменения количества подаваем 4 в цилиндры двигателей горючей смеси или топлива в зави­ симости от числа оборотов и нагрузки двигателя.

Механизм передач служит для передачи крутящего момента от колен­ чатого вала к механизмам и различным агрегатам, установленным на двигателе, которые обеспечивают работу двигателя (механизм газорас­ пределения, прерыватель-распределитель, масляный, топливный и водя­ ной насосы, генератор и др.).

- 29 -

Систеиа питания предназначена для содержания определенного запаса топлива, фильтрации и подачи топлива к карбюратору (кар­ бюраторный двигатель) или форсункам (дизельные двигатели), или к смесителю (газовые двигатели); приготовления и подачи горючей смеси в цилиндры (карбюраторные и газовые двигатели) или топ­ лива в цилиндры, наполнения цилиндров воздухом и приготовления горючей смеси внутри цилиндра (дизельные двигатели); очистки воздуха; подогрева горючей смеси, выпуска отработавших газов и глушения шума выпуска.

Горючей смесью называется поступающая в цилиндры во время ра­ боты двигателя смесь распыленного и частично испаренного топлива с воздухом. После того как горючая смесь смешается внутри цилин­ дра с отработавшими газами, остающимися в нем от предшествующего рабочего цикла, ее называют рабочей смесью.

У карбюраторных и газовых двигателей система питания состоит из топливного бака (газобаллонной установки газовые двигатели), топливопроводов, топливного и воздушного фильтров, топливного насоса, карбюратора или смесителя , впускного и выпускного трубо­ проводов, глушителя.

Впускной трубопровод на новых двигателях выполняется из алю­ миниевого сплава и общим для двух рядов цилиндров, располагается между головками блока и снабжается водяной рубашкой для подогрева смеси. Выпускные трубопроводы выполняются чугунными и устанавлива­ ются по одному с каждой стороны блока.

Удизельного двигателя в систему питания входят те же детали

иприборы, с той лишь разницей, что вместо карбюратора имеется топливный насос высокого давления и форсунки или насос -форсунки. Система зажигания предназначена для принудительного воспла­ менения горючей смеси от электрической искры. В нее входят прибо­ ры, обеспечивающие получение электрического тока высокого напря­ жения, провода и приборы, преобразующие энергию тока высокого на­ пряжения в тепловую энергию (свечи). У дизельного двигателя си­ стема зажигания отсутствует. Принципиальная схема зажигания при­ мерно одинаковая для различных марок карбюраторных двигателей. В схему зажигания входят источники тока низкого напряжения (акку­

муляторная батарея и генератор с реле-регулятором1) и источники тока высокого напряжения (прерыватель-распределитель и катушка зажигания), поэтому схема зажигания имеет две цепи: низкого и вы­