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

- 30 -

сокого напряжения. Цепь высокого напряжения необходима для созда­ ния искрового разряда с температурой 10 000°К, а для этого необхо­ димо напряжение 12-14 кв.

Вцепь низкого напряжения входят аккумуляторная батарея (гене­ ратор), прерыватель-распределитель, конденсатор, замок зажигания, первичная обмотка катушки зажигания, вариатор, провода низкого напряжения.

Вцепь высокого напряжения входят: прерыватель-распределитель, вторичная обмотка катушки зажигания, свечи зажигания, провода вы­ сокого напряжения.

На современных автомобилях в целях уменьшения помех радиопри­ ему, создаваемых электрическими разрядами высокого напряжения, в провода от катушки зажигания к распределителю и от распределителя

ксвечам вводятся подавительные сопротивления от 7 до 14 ком. Прерыватель-распределитель замыкает и размыкает цепь низкого

напряжения, в связи с чем первичная обмотка катушки зажигания со­ здает магнитный поток, который, пересекая вторичную обмотку, индук­ тирует ток напряжением 12-24 кв. Ток высокого напряжения прерыва­ тель-распределителем в соответствии с порядком работы двигателя пе­ редается по свечам зажигания, т.е. ротор распределителя при враще­ нии передает импульсы тока высокого напряжения со сторичной обмот­ ки катушки зажигания к свечам зажигания.

Прерыватель-распределитель имеет центробежный регулятор, кото­ рый изменяет угол опережения зажигания в зависимости от числа обо­ ротов коленчатого вала, вакуумный регулятор, изменяющий угол опе­ режения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя, и октан-кор­ ректор, служащий для ручной регулировки угла опережения зажигания в соответствии с октановым числом бензина.

Наличие регуляторов опережения угла зажигания обеспечивает авто­ матическое увеличение угла опережения зажигания с возрастанием чи­ сла оборотов коленчатого вала двигателя и уменьшением нагрузки на двигатель и, наоборот, уменьшение угла опережения зажигания при по­ нижении оборотов вала двигателя и увеличении нагрузки на двигатель.

На автомобилях применяется однопроводная схема монтажа электро­ оборудования, при которой в качестве второго провода используются металлические части автомобиля.

- 31 -

Система охлаждения предназначена для отвода излишнего тепла от нагретых деталей двигателя в атмосферу и поддержания температуры двигателя в требуемых пределах.

В двигателях внутреннего сгорания при сгорании топлива в цилин­

35% тепла, введенного в цилиндр.

Так как при слишком высокой температуре двигателя ухудшается наполнение цилиндров рабочей смесью (у карбюраторных двигателей) или воздухом (у дизельных двигателей), детали двигателя значитель­ но расширяются, отчего зазоры между ними уменьшаются и может прои­ зойти заедание движущихся частей, разжижение масла и ухудшение его смазочных качеств. Кроме того, падает давление масла в систе­ ме смазки. Все это вызывает уменьшение мощности и увеличение из­ носа деталей двигателя, а при значительном перегреве двигатель вообще может отказать в работе.

Однако и чрезмерное охлаждение двигателя вызывает ряд вредных явлений, ухудшающих его работу. Переохлаждение двигателя увеличи­ вает потери тепла, ухудшаются процессы смесеобразования и сгора­ ния топлива, все это снижает мощность и экономичность двигателя. Кроме того, при сильном охлаждении возможно заедание поршня в ци­ линдре двигателя.

Наивыгоднейшим тепловым режимом считается такой, при котором температура охлаждающей жидкости в рубашке блока составляет 80-90°с. Для нормальной работы двигателя необходимо поддерживать вполне

определенное устойчивое тепловое равновесие. Это выполняется с помощью системы охлаждения ^жидкостной или воздушной). В основном на автотракторных двигателях применяется жидкостная система ох­ лаждения, состоящая из рубашки охлаждения двигателя, водяного на­ соса, вентилятора, радиатора, жалюзи, термостата, предохранитель­ ных клапанов в пробке радиатора, сливных краников, датчика, указа­ теля температуры охлаждающей жидкости, соединительных патрубков, распределительных труб.

-32 -

Вновых автомобилях часть тепла, отводимого от двигателя сис­ темой охлаждения, используется в отопителях для обогрева кабин грузовых и специальных автомобилей, кузовов, легковых автомобилей

иавтобусов. Кроме того, часть тепла, теряемого двигателем с вы­ пускными газами, также используется для обогрева кузовов или в ото­

пительных системах специальных автомобилей.

Принцип действия жидкостной системы охлаждения почти всех авто­ тракторных двигателей в основном одинаков и различается только емкостью системы охлаждения, конструкцией и расположением отдель­ ных элементов.

Система смазки предназначена для непрерывной подачи смазки к трущимся поверхностям деталей двигателя с целью уменьшения трения между ними и отвода тепла, а также удаления из зазоров продуктов износа. В систему смазки входят масляный резервуар (картер двига­ теля), насос с маслоприемником, фильтры грубой и тонкой очистки масла, масляные каналы и трубопроводы, редукционный клапан, ука­ затели давления масла с датчиком, маслоизмерительный стержень и масляный радиатор.

На большей части автомобильных двигателей применяется комбини­ рованная система смазки. Так, на автомобиле ГАЗ-66 в двигателе под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, подшипники расщ делительного вала, упорная шайба распреде­ лительного вала и ось коромысел. Разбрызгиванием смазываются: зер­ кало цилиндров, втулки..верхних головок шатунов, поршневые кольца, клапаны, толкатели и кулачки распределительного вала. Шестерни при­ вода распределительного Бала смазываются маслом, сливаемым из филь­ тра центробежной очистки, а привод распределителя зажигания и его шестерни смазываются маслом, поступающим из полости, расположенной между пятой шейкой распределительного вала и заглушкой блока.

Система пуска предназначена для пуска двигателя. В систему пус­ ка входят источники энергии и агрегаты, преобразующие эту энергию в механическую работу, необходимую для проворачивания коленчатого вала двигателя.

Для осуществления пуска двигателя его коленчатому валу необходи­ мо сообщить определенное число оборотов, при котором обеспечивает­ ся воспламенение топлива. При проворачивании коленчатого вала и

- 33

вместе с ним других механизмов двигателя требуются большие уси­ лия для преодоления сопротивления сжатия горючей смеси или возду­ ха в цилиндрах и сил трения между движущимися деталями и механиз­ мами. В зимних условиях при медленном вращении коленчатого вала невозможно достигнуть воспламенения горючей смеси в цилиндре дви­ гателя. Быстрый и надежный пуск двигателя обеспечивается системой пуска. Двигатели внутреннего сгорания запускаются вручную, электро­ стартером, малолитражным пусковым двигателем внутреннего сгорания, сжатым воздухом.

Двигатели небольшой мощности обычно пускаются вручную, средней мощности - электростартерами, питающимися электроэнергией от акку­ муляторных батарей.

Электростартер представляет собой электродвигатель постоянного тока сериесного возбуждения, снабженный приводным механизмом с муфтой свободного хода и реле привода, размещенным на корпусе стар­ тера. Характерной особенностью электродвигателей такого типа явля­ ется то, что развиваемый ими крутящий момент все более возрастает по мере увеличения торможения якоря, благодаря этому облегчается пуск двигателя. Все стартеры имеют принципиально одинаковое устрой­ ство и различаются напряжением питания, числом оборотов якоря, ха­ рактеристикой обмоточных данных, величинами мощности потребляемого тока, тормозного момента.

Для обеспечения пуска дизельных двигателей при низких температу­ рах окружающего воздуха применяются различные конструкции запальных устройств (электрические свечи накаливания, запальники со вставным фитилем, пропитанным селитрой), способствующих возникновению пер­ вых вспышек в цилиндрах двигателей.

Тракторные дизельные двигатели чаще всего имеют пусковые бен­ зиновые двигатели (типа ПД-Юм, МП-10, П-46) с механизмом передачи (редуктор, муфта сцепления и автомат выключения).

Наиболее распространенным способом пуска стационарных дизель­ ных двигателей (больших и средних мощностей) является пуск сжатым воздухом.

Для облегчения проворачивания коленчатого вала дизельных двига­ телей в начальный период в системе пуска предусматривается механизм декомпрессии. Он обеспечивает выключение компрессии нескольких ци-

- 34 -

линдров путем открытия и удержания в открытом положении впускных клапанов независимо от вращения распределительного вала.

6. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗУЧЕНИИ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Для изучения конструкции поршневых двигателей внутреннего сго­ рания необходимо знать наиболее важные его параметры и уяснить некоторые понятия, которые являются общими для всех поршневых авто­ тракторных двигателей внутреннего сгорания.

ВМТ - верхняя мертвая точка, когда поршень в цилиндре находится на наибольшем расстоянии от оси коленчатого вала.

НМТ - нижняя мертвая точка, когда поршень в цилиндре находится на наименьшем расстоянии от оси коленчатого вала. По-другому верх­ ней и нижней мертвыми точками называются положения коленчатого ва­ ла, при которых поршень достигает крайних положений во время его перемещений в цилиндре.

Ход поршня ( S ) - расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками, т.е. длина пути, который проходит поршень при движении от одной мертвой точки к другой, соответствующий повороту колен­

чатого вала на 180°. Ход поршня равен двум радиусам кривошипа ('I ). Длина хода поршня и число оборотов коленчатого вала определяют

среднюю скорость поршня 0 , которая характеризует быстроходность двигателя. Она определяется из уравнения

С = 2 S Пм/сек.,

где S - ход поршня, м;

п - число оборотов коленчатого вала, об/сек.

Рабочий объем цилиндра ( V/, ) - объем, освобождаемый поршнем при перемещении от ВМТ до HilT

\ “ — — S = 0,785 D $ м ,

где D - диаметр цилиндра, м;

$ - ход поршня, м.

- 35 -

Объем камеры сгорания ( У ) - объем над поршнем, когда поршень находится в ВМТ.

Полный объем цилиндра ( у ) - сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра, т.е. объем над поршнем, когда он нахо­ дится в HUT:

Va-Vh+Vgм3 .

Литражом двигателя (Ул ) называется сумма рабочих объемов всех его цилиндров, выраженная в литрах:

Степень сжатия ( <5 ) - отношение полного объема цилиндра к объ­ ему камеры сгорания (камеры сжатия):

Vk +Vc

Степень сжатия есть отвлеченное число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема пространства сжатия. Сте­ пень сжатия является постоянной величиной для двигателя данной кон струкции.

Рабочий цикл двигателя - комплекс последовательных процессов (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск), периодически повто ряющихся в каждом цилиндре и обусловливающих работу двигателя.

Т а к т - часть рабочего цикла, происходящего за время движе­ ния поршня от одной мертвой точки к другой.

Четырехтактный двигатель - рабочий цикл в котором совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала (720°).

Двухтактный двигатель - рабочий цикл в котором совершается за два хода поршня или один оборот коленчатого вала (360°).

- 36 -

Индикаторная диаграмма - график зависимости давления газа в ци­ линдре от объема, изменяющегося лри перемещении поршня (рис.2). Х'рафик строится в координатах р у . По индикаторной диаграмме определяется работа двигателя за один цикл. По индикаторной диа­ грамме определяется мощность двигателя, максимальное давление ра­ бочего цикла и давление конца сжатия. По виду индикаторной диа­ граммы можно судить также о правильности протекания рабочего цикла и работе распределительных органов двигателя. Индикаторная диаграм­ ма может быть построена с помощью расчетов или свята на работающем двигателе специальным прибором-индикатором.

Р кГ/см*

В М Т н м т

Рис.2. Индикаторная диаграмма автотракторного четырехтактного карбюраторного двигателя

7. РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ а) Четырехтактного карбюраторного двигателя

При такте впуска поршень движется от ВМТ к НМТ (см.рис.2), объем над поршнем при этом увеличивается, и в полости цилиндра создается разряжение, благодаря чему атмосферный всздух устрем­ ляется в цилиндр двигателя через открытый клапан. Воздух, посту­ пающий в цилиндр, предварительно проходит через карбюратор, об­ разуя в нем горючую смесь.

Давление газов в цилиндре при впуске составляет 0,07-0,08 мн/м2 (0,75-0,85 кГ/см^) и зависит от числа оборотов коленчатого вала,

- 37 -

сопротивлений в клапанах и в карбюраторе, тейпературы стенок ци­ линдра. Температура горючей смеси при такте впуска возрастает на 70 - 130°С (343-403°К) за счет соприкосновения ее с нагретыми де­ талями двигателя (клапаны, поршень, стенки цилиндра и др.) и сме­ шивания с остаточными газами, имеющими высокую температуру.

Заполнение цилиндра двигателя горючей смесью характеризуется

На индикаторной диаграмме (рис.2) процесс впуска изображается кривой £<2, расположенной ниже линии атмосферного давления.

При такте сжатия поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и вы­ пускной клапаны закрыты, горючая смесь, находящаяся в цилиндре двигателя, сжимается и образуется так называемая рабочая смесь. По мере уменьшения объема смеси давление и температура в цилиндре по­ вышаются, смесь в конце такта сжатия сильно уплотняется, отчего происходит подготовка топлива к сгоранию.

Давление конца сжатия находится в пределах 0,69 - 1,17 мн/м2 (7 - 12 кГ/см2), а температура рабочей смеси достигает 350-400°С (620 - 670°К). Чем выше степень сжатия двигателя, тем больше дав­ ление и температура рабочей смеси. В конце такта сжатия сгорание смеси происходит с большой скоростью; мощность и экономичность двигателя при этом повышается. Процесс сжатия на диаграмме изо­ бражается кривой ас.

При рабочем ходе поршень движется от ВМТ к КМТ. Впускной и вы­ пускной клапаны закрыты. Рабочая смесь, сжатая в цилиндре, воспла­ меняется электрической искрой. При горении смеси внутри цилиндра выделяется тепло, вследствие чего температура и давление горящих газов сильно возрастают. Это давление, воздействуя на днище поршня заставляет его перемещаться к НМТ и с помощью шатуна вращать колен чатый вал, совершая при этом механическую работу.

Воспламенение рабочей смеси осуществляется с опережением, т.е. еще при такте сжатия, когда поршень не доходит до ВМТ на 25-30° по углу поворота коленчатого вала. Наличие опережения обеспечивает наибольшее давление газов в цилиндре, когда поршень проходит ВМТ на 3 - 5°.

- 38 -

диаграмме процессы сгорания и расширения изображаются кривой сгб. При такте выпуска поршень движется от НМТ к ВМТ и выталкивает

отработавшие газы из полости цилиндра наружу через открытый выпуск­ ной клапан. Давление отработавших газов на линии выпуска несколько выше атмосферного и равно 0,107-0,128 мн/м2 (1,1-1,2 кГ/см2), а температура 700-800°С (970-Ю70°К). Процесс выпуска на диаграмме изображается кривой Вт. .

На индикаторной диаграмме полезной работе соответствует площадь С2&С , а отрицательной работе, или насосным потерям, - площадь,

ограниченная линией впуска 2 й , лежащей нике атмосферной линии и линии Ъ & , расположенной выше атмосферной линии.

В связи с наличием в двигателе камеры сгорания полностью очис­ тить цилиндр от продуктов сгорания не представляется возможным. Поэтому в цилиндре после такта выпуска всегда находится некоторое количество остаточных газов. При впуске в цилиндр новой свежей порции смеси она всегда смешивается с остаточными газами и загряз­ няется. Наличие в смеси остаточных газов, содержащих углекислый газ, уменьшает скорость распространения пламени, которая в цилин­ дре двигателя имеет значение порядка 25-40 м/сек. На скорость рас­ пространения пламени также оказывают влияние: расположение свечи, форма камеры сгорания и вихревое движение смеси в ней, состав сме­ си, степень сжатия.

Воспламенение рабочей смеси в цилиндре представляет собой яв­ ление окислительной реакции, при которой выделяющееся тепло вызы­ вает появление пламени. Моменту воспламенения предшествует период предварительных окислительных реакций меньшей интенсивности. В дви­ гателях с внешним смесеобразованием окислительные реакции начинают появляться в процессе сжатия горючей смеси.

Сгорание и расширение в двигателях внутреннего сгорания явля­ ются важнейшими процессами рабочего цикла,так как в течение этого времени химическая энергия топлива превращается в тепловую и затем частично в механическую.

- 39 -

б) Четырехтактного дизельного двигателя

Процесс работы дизельного двигателя отличается от процесса ра­ боты карбюраторного двигателя способом образования и воспламене­ ния рабочей смеси. Основное отличие заключается в том, что в ци­ линдр дизельного двигателя в такте впуска поступает атмосферный воздух, который при такте сжатия сильно сжимается и достигает 3,49-3,92 мн/м2 (35-40 кГ/см2). В конце этого такта в среду на­ гревшегося при сжатии воздуха (вследствие высокой степени сжатия) через форсунку впрыскивается топливо. Топливо, смешиваясь с возду­ хом, воспламеняется и сгорает под действием высокой температуры.

Для воспламенения топлива в цилиндрах дизельного двигателя не­ обходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива, впрыскиваемого в конце такта сжатия.

Поэтому дизельные двигатели работают с большими степенями сжатия ( 8 = 15 - 20), обеспечивающими высокие температуры сжимаемого воздуха 500-700°С (770-970°К).

В конце такта сжатия, когда поршень не доходит до ВМТ на 15 - 30° по углу поворота коленчатого вала, в камеру сгорания

двигателя впрыскивается топливо под давлением 11,76-24,70 мн/м2 (120-250 кГ/см*1), а у двухтактных дизельных двигателей Ярослав­ ского завода - до 137,0 ын/м2 (1400 кГ/см2). Давление впрыска топ­ лива должно значительно превышать давление воздуха, сжатого в ка­ мере сгорания для обеспечения более тонкого распиливания топлива и распределения его по всему объему воздуха, сосредоточенного в камере сгорания. Струя топлива при выходе из распиливающих отвер­ стий сопла форсунки под действием высокого давления приобретает огромную скорость и, пронизывая массу сжатого воздуха, раздробля­ ется в мелко растленные частицы диаметром 0,002 - 0,005 мм

(2-5 микрон).

Топливо, поступившее в мелкораспыленном состоянии в цйлиндр, приходя в непосредственное соприкосновение с горячим воздухом, воспламеняется и начинает гореть.

Продолжительность подачи топлива в цилиндр или продолжитель­ ность впрыска составляет 6 - 30° угла поворота коленчатого вала дизельного двигателя. Давление в цилиндре в конце сгорания состав-