прогиб, а более жесткий – вступает в работу, когда первый имеет прогиб, близкий к максимальному. В качестве упругого элемента применяются рессоры, пружины, пневматические упругие элементы и торсионы.

В настоящее время широкое распространение получили пружины, пневматические упругие элементы, реже – торсионы. Торсионы и пружины по сравнению с листовыми рессорами имеют меньшие массы, большую долговечность, практически не имеют внутреннего трения, просты в изготовлении и не нуждаются в уходе. Пневматическая подвеска обеспечивает высокую плавность хода, а также возможность регулирования в широких пределах жесткости подвески высоты кузова и гашения колебаний.

Гашение возникающих колебаний в подвесках современных автомобилей производится амортизаторами, которые оказывают существенное влияние на плавность хода. Применяемые в настоящее время гидравлические амортизаторы не дают накапливаться колебаниям масс автомобиля при частом воздействии неровностей дороги; они поглощают значительную часть энергии колебательного процесса, особенно если неровности являются периодическими с частотой возмущения, приближающейся к зоне резонанса.

Большое влияние на плавность хода автомобиля оказывают шины. Для улучшения плавности хода целесообразно иметь шины возможно меньшей жесткости. Уменьшение жесткости шин достигается снижением в них давления воздуха и увеличением ширины профиля.

Раздел II. Устройство основных узлов тягово-транспортных машин

Тема 2.1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания Основные понятия и определения, используемые при изучении ДВС

Прежде чем перейти к изучению рабочих процессов поршневых двигателей, приведем основные понятия и определения, используемые при изучении работы кривошипно-шатунного механизма двигателя. На рис. 2.1 показана схема поршневого двигателя. При движении поршня 2 в цилиндре 1 различают два его крайних положения: верхнюю мертвую точку (в.м.т) – при наибольшем удалении поршня от оси коленчатого вала, и нижнюю мертвую точку (н.м.т.) – при наименьшем удалении поршня от оси коленчатого вала. В крайних положениях скорость поршня равна нулю, так как в них меняется направление его движения. Расстояние между в.м.т и н.м.т. называется ходом поршня.

52

Рис. 2.1. Схема поршневого двигателя

Ход поршня равен удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала, т.е.

Часть процесса работы двигателя, во время которого поршень перемещается от одной мертвой точки к другой, называется тактом.

Период, в течение которого в цилиндре происходит законченный процесс преобразования тепловой энергии в механическую работу, называется рабочим циклом двигателя. Рабочий цикл состоит как из основного (рабочего), так и вспомогательных тактов. Число тактов в поршневых двигателях обычно равно двум или четырем. Пространство, освобождаемое поршнем при движении от в.м.т к н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра. Пространство, заключенное между головкой цилиндра и поршнем, находящимся в в.м.т., называется объемом камеры сгорания.

Полный объем цилиндраравен сумме рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания, т. е.

Рабочий объем цилиндра, выраженный в литрах, называется литражом цилиндра.

Рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах, называется литражом двигателя:

где –число цилиндров;–диаметр поршня (цилиндра), м;– ход поршня,

м.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия :

Степень сжатия оказывает влияние на мощность и экономичность двигателя. Чем выше , тем мощнее и экономичнее двигатель.

53

Рабочий процесс четырехтактного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя (рис. 2.2) состоит из четырех тактов.

Рис. 2.2. Рабочий процесс четырехтактного карбюраторного двигателя

Первый такт – впуск горючей смеси (рис. 2.2, а). При движении поршня 3 от в.м.т. к н.м.т. давление в цилиндре 4 ниже давления окружающей среды и находится в пределах 0,07–0,095 МПа, благодаря чему горючая смесь засасывается через впускной трубопровод 5 в цилиндр двигателя. При этом впускной клапан 6 открыт, а выпускной 8 – закрыт. Температура смеси при впуске благодаря соприкосновению с нагретыми деталями двигателя и перемешиванию с остатками продуктов сгорания повышается до 70–120° С.

Второй такт – сжатие смеси (рис. 2.2, б). Поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т., сжимая смесь при закрытых клапанах. Степень сжатия современных карбюраторных двигателей составляет 6–10. По мере уменьшения объема смеси давление и температура в цилиндре повышаются и при достижении поршнем в.м.т. достигают соответственно значений 0,8–1,5 МПа и 350–450° С. В этот момент между электродами свечи 7 проскакивает электрическая искра, воспламеняющая смесь.

Третий такт – сгорание рабочей смеси и расширение продуктов сгорания (рис. 2.2, в) – обычно называют рабочим ходом. Теплота, выделяющаяся при сгорании смеси, резко повышает температуру до 2000–2500° С и давление до 4– 6 МПа. Под действием давления расширяющихся продуктов сгорания поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т. и с помощью шатуна 2 вращает коленчатый вал 1, совершая при этом механическую работу. К концу такта давление и температура газов снижаются до 0,4-0,5 МПа и 900–1100° С соответственно.

Четвертый (заключительный) такт цикла – выпуск отработавших газов (рис. 2.2,г). Этот такт начинается при подходе поршня к н.м.т. в момент открытия выпускного клапана. Отработавшие газы под давлением 0,4–0,5 МПа начинают вытекать с большой скоростью из цилиндра в атмосферу. Далее поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. и через открытое отверстие выпускного клапана выталкивает продукты сгорания рабочей смеси в выпускной трубопровод 9. Среднее давление газов в этот период составляет 0,105– 0,115 МПа, а температура – 700–850° С.

54

Рис. 2.3. Рабочий процесс четырехтактного дизеля

Рабочий процесс четырехтактного дизеля (рис. 2.3) протекает, в основном, аналогично описанному выше процессу в карбюраторном двигателе. Разница состоит в том, что во время такта впуска (рис. 2.3, а), когда поршень 1 движется к н. м.т., а впускной клапан 3 открыт, в цилиндр 2 поступает не горючая смесь, а атмосферный воздух, который, нагреваясь в процессе сжатия, воспламеняет топливо, впрыскиваемое в конце такта сжатия. Гидравлическое сопротивление впускного трубопровода дизеля меньше, чем у карбюраторного двигателя, из-за отсутствия карбюратора, что повышает давление воздуха в конце такта впуска до 0,08–0,095 МПа. Температура воздуха в цилиндре составляет 50–80° С.

Во время такта сжатия (рис. 2.3, б), когда впускной 3 и выпускной 5 клапаны закрыты, температура и давление воздуха в цилиндре значительно возрастают. Вследствие высокой степени сжатия (=16-22) давление и температура воздуха достигают значений 3–5 МПа и 550–700° С соответственно. В конце такта в цилиндр через форсунку 4 (рис. 2.3, в) впрыскивается топливо. В зависимости от формы камеры сгорания и типа форсунки давление впрыска находится в пределах 8–40 МПа.

Впрыснутое распыленное топливо, перемешиваясь со сжатым воздухом, самовоспламеняется и сгорает. При этом температура газов к концу сгорания повышается до 1800–2000° С, а давление – до 5–8 МПа. Под давлением газов, образующихся в результате сгорания топливо-воздушной смеси, поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т., совершая механическую работу. Происходит такт расширения, или рабочий ход (рис. 2.3, в).

Во время четвертого такта – выпуска отработавших газов (рис. 2.3, г) – происходит выход в атмосферу из цилиндра продуктов сгорания. Температура выпуска равна 600–700° С, а давление газов – 0,105–0,11 МПа.

Рабочий процесс двухтактного двигателя

Полный цикл работы двухтактного двигателя совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, при этом процессы газообмена в цилиндре совмещены со сжатием горючей смеси и рабочим ходом поршня, т. е. впуск горючей смеси (воздуха) и выпуск отработавших газов происходят без самостоятельных ходов поршня с помощью продувки цилиндра. Продувка цилиндра предусматривает использование потока поступающей свежей смеси (воздуха) для вытеснения из него продуктов сгорания. Эффективность работы двухтактных двигателей во многом зависит от качества продувки цилиндра, т. е. степени очистки цилиндра от отработавших газов. Существуют несколько

55

систем продувок: контурная, прямоточная и др. Контурная продувка применяется в двухтактных карбюраторных двигателях, которые обладают низкой экономичностью ввиду того, что в процессе продувки часть горючей смеси уносится вместе с отработавшими газами. Этот недостаток является причиной того, что указанный тип двигателей применяется только в качестве пусковых.

В двухтактных дизелях применяется прямоточная продувка, причем свежий заряд воздуха поступает в цилиндр принудительно, предварительно сжатый до давления 0,12–0,15 МПа в специальном продувочном насосе (нагнетателе) или компрессоре. Они более экономичны, так как в них продувка производится воздухом, и потери топлива при этом отсутствуют. Рабочий процесс двухтактного дизеля с прямоточной продувкой от нагнетателя показан на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Рабочий процесс двухтактного дизеля

Первый такт – продувка и сжатие (рис. 2.4, а, б). Поршень 6 движется от н.м.т к в.м.т. В начальный период такта (рис. 2.4, а) продувочные отверстия 5 (окна) открыты, и через них воздух под давлением поступает в цилиндр из воздушной камеры 1. В камеру воздух подается нагнетателем 2. В это время выпускной клапан 3 открыт, и воздух движется от продувочных отверстий вдоль оси цилиндра, вытесняя отработавшие газы, оставшиеся от предыдущего рабочего цикла. Продувка заканчивается, когда движущийся поршень (рис. 2.4, б) перекрывает продувочные отверстия и выпускной клапан закрывается. Поршень, продолжая двигаться к в.м.т., сжимает находящийся в цилиндре воздух. В конце сжатия давление воздуха достигает 4,5 МПа, а температура – 500–600° С. При подходе поршня к в.м.т. (рис. 2.4, в) через насос-форсунку 4 впрыскивается распыленное топливо, которое при соприкосновении со сжатым воздухом воспламеняется и сгорает. В результате сгорания рабочей смеси температура в цилиндре повышается до 1800° С, а давление увеличивается до 7– 8 МПа.

Второй такт – расширение и выпуск отработавших газов (рис. 2.4, г). Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. под действием расширяющихся продуктов сгорания, совершая при этом полезную механическую работу. Процесс расширения занимает более половины хода поршня. В конце расширения, когда давление газов достигает 0,4–0,5 МПа, открывается выпускной клапан и отработавшие газы выходят из цилиндра в атмосферу. Давление в цилиндре снижается до 0,11–0,12 МПа. Когда поршень открывает продувочные отверстия, через них в цилиндр начинает поступать свежий воздух, т. е. происходит

56