ustr_btt_1

Основные определения

Верхняя мертвая точка (ВМТ) (рис. 5.2) – такое положение КШМ, при котором расстояние от поршня до оси коленчатого вала будет максимальным.

Рис. 5.2. Схема устройства одноцилиндрового поршневого ДВС

Нижняя мертвая точка (НМТ) – такое положение КШМ, при котором расстояние от поршня до оси коленчатого вала будет минимальным.

Ходом поршня – S (мм) – называется расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой.

Объемом камеры сжатия – Vс – называется объем над поршнем при положении его в ВМТ.

Рабочим объемом – Vh – называется объем цилиндра, заключенный между ВМТ и НМТ.

Полным объемом цилиндра – Va (Va=Vc+Vh) – называется объем цилиндра при положении поршня в НМТ.

Литражом двигателя – Vл (Vл=Vh+i, где i – число цилиндров) – называется сумма всех рабочих объемов многоцилиндрового двигателя.

Степенью сжатия – E (E=Va/Vc) – называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия.

42

5.1.3.Диаграмма фаз газораспределения

ииндикаторная диаграмма рабочего цикла дизеля с наддувом

Продолжительность периодов от начала открытия до конца закрытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в углах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называется диаграммой фаз газораспределения.

Индикаторная диаграмма рабочего цикла – это графическое выражение изменения давления газов в цилиндре двигателя за один рабочий цикл.

Рабочим циклом называется совокупность процессов, происходящих в цилиндре двигателя в определенной последовательности.

Рабочий цикл складывается из процессов:

1)наполнение цилиндров свежим зарядом;

2)сжатие;

3)воспламенение и сгорание рабочей смеси;

4)расширение;

5)выпуск отработанных газов.

Такт – часть рабочего цикла, совершаемая за один ход поршня. Рабочий процесс четырехтактного дизеля совершается за два оборота ко-

ленчатого вала и делится на четыре такта: впуск, сжатие, расширение (рабочий ход) и выпуск. Диаграмма фаз газораспределения приведена на рисунке 5.3.

Рис. 5.3. Диаграмма фаз газораспределения

43

Такт впуска

При вращении коленчатого вала поршень перемещается в цилиндре вниз от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) и создает разряжение в цилиндре. В это время клапаны впуска открыты и в цилиндры поступает воздух. Давление воздуха из-за сопротивления главным образом в воздухоочистителе и клапанах впуска уменьшается, особенно при больших частотах вращения коленчатого вала. Приводной центробежный нагнетатель дизеля не только восполняет уменьшение давления из-за действия указанных выше сопротивлений, но и создает избыточное давление сверх атмосферного. Для лучшего наполнения цилиндра клапаны впуска открываются за 35° до ВМТ (точка О1) и закрываются с некоторым опозданием, после прохождения поршнем НМТ, т.е. в начале такта сжатия (33° после НМТ точка О2).

Такт сжатия

Втакте сжатия поршень при закрытых клапанах впуска и выпуска движется от НМТ к ВМТ и воздух в цилиндре сжимается. Степень сжатия дизеля составляет 14. Высокая степень сжатия необходима для получения высокого давления и высокой температуры воздуха в цилиндре, обеспечивающих самовоспламенение впрыскиваемого топлива.

Вконце такта, когда поршень еще не дойдет до ВМТ на (33° точка С) по

углу поворота коленчатого вала, в цилиндр впрыскивается топливо.

Давление газов в цилиндре резко повышается до 107 кгс/см2, а темпера-

тура их достигает 1780 °С.

Такт расширения (рабочий ход)

В результате расширения газов и давления их на поршень последний движется от ВМТ к НМТ и, воздействуя через шатун и кривошип, приводит во вращение коленчатый вал. При движении поршня к НМТ объем газов увеличивается, а их давление и температура снижаются. При подходе поршня к НМТ открываются клапаны выпуска.

Такт выпуска

Поршень движется от НМТ к ВМТ, через открытые клапаны выпуска происходит удаление продуктов сгорания. Для ускорения выпуска газов из цилиндра на такте выпуска и быстрейшего снижения давления газов, действующих на поршень при движении от НМТ к ВМТ, клапаны выпуска открываются с опережением 60° до НМТ (точка В1) в такте расширения.

Для улучшения очистки цилиндра от отработавших газов клапаны выпуска закрываются после ВМТ (40°точка В2) на такте впуска.

44

Вконце такта выпуска и в начале такта впуска одновременно находятся в открытом состоянии клапаны впуска и выпуска. Этот период называется перекрытием клапанов.

Вэтот период вследствие наличия избыточного давления в коллекторе впуска происходит продувка воздухом камеры сгорания. В результате продувки улучшается очистка цилиндра от отработавших газов и происходит охлаждение воздухом клапанов, поршня, корпуса распылителя форсунки, что повышает надежность работы этих деталей и увеличивает коэффициент наполнения цилиндров воздухом.

Для изучения и анализа процессов, происходящих в цилиндре двигателя, широко используется индикаторная диаграмма, показывающая характер изменения давления газов в цилиндре (P) в зависимости от изменения объема цилиндра (V) (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля с наддувом

На схеме приведена индикаторная диаграмма, построенная в координатах P-V. Ординаты любой точки диаграммы показывают абсолютное давление газов (P), а абсциссы – объем внутренней полости цилиндра (V) в рассматриваемый момент цикла.

Горизонтальной линией диаграммы (Pо) показано атмосферное давление, линией Рн – давление наддува, две вертикальные линии соответствуют положениям поршня в ВМТ и НМТ.

45

Рассматриваемый рабочий цикл состоит из четырех тактов: такт впуска Р-А; такт сжатия А-С; такт расширения С-Z-В; такт выпуска В-Р.

Такт впуска (Р-А). Открыт впускной клапан, поршень движется от ВМТ к НМТ, в цилиндр двигателя поступает свежий заряд, давление и температура которого выше, чем у атмосферного воздуха, вследствие предварительного сжатия в нагнетателе. Поэтому на диаграмме линия Р-А расположена выше линии Ро – атмосферного давления и приближается к линии Рн.

Такт сжатия (А-С). Впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень движется от НМТ к ВМТ и происходит сжатие свежего заряда воздуха.

Объем заряда при сжатии уменьшается, а давление и температура внутри цилиндра увеличивается и достигает: Рс = 5–9 МПа; Тс = 900–1100 °С. В конце такта сжатия в объем сжатого свежего заряда впрыскивается дизельное топливо (точка М). Весовое количество впрыскиваемого топлива больше, чем у равноценного дизеля без наддува, так как в такте впуска в цилиндр подано большее весовое количество воздуха. Под действием высокой температуры сжатого воздуха топливо испаряется, пары смешиваются с воздухом и образуют рабочую смесь, которая самовоспламеняется (точка С).

Такт рабочего хода (С-Z-В). Рабочая смесь самовоспламеняется в конце такта сжатия и продолжает сгорать в начальный период такта рабочего хода. Участок интенсивного горения рабочей смеси С характеризуется значительным увеличением температуры и давления газов. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ и НМТ. Тепловая энергия, выделяемая при сгорании топлива, посредством КШМ частично преобразуется в механическую, которая идет на совершение внешней работы.

Вследствие расширения продуктов сгорания давление и температура газов в цилиндре (участок Z-В) уменьшается.

Такт выпуска (В-Р). Выпускной клапан открыт. Поршень движется от НМТ к ВМТ и вытесняет отработанные газы в атмосферу. Давление в такте выпуска при отводе газов в атмосферу ниже давления в такте впуска, поэтому линия В-Р располагается на индикаторной диаграмме ниже линии впуска.

5.1.4. Понятие о тепловом балансе, КПД, литровой, габаритной мощности и удельном весе двигателя

Под тепловым балансом двигателя понимают распределение тепла, выделенного при сгорании топлива в цилиндрах, на полезную работу и различного вида потери.

Уравнение теплового баланса записывается в форме

Qо = Qе + Qм + Qо.г + Qохл,

где Qо – общее количество тепла, выделенного при сгорании топлива в цилиндрах; Qе – полезно используемое, т.е. эффективное тепло, за счет которого созда-

ется эффективная мощность (22–38 %);

46

Qм – потери тепла, соответствующие мощности механических потерь(5–10 %); Qо.г – потери тепла с отработавшими газами (30–45 %);

Qохл – потери тепла в системе охлаждения (15–30 %).

КПД двигателя – это отношение количества тепла, преобразованного в работу ко всему теплу, выделенному при сгорании топлива в цилиндрах. КПД дизелей равно 0,28–0,38.

Эффективная мощность – Ne – мощность, снимаемая с коленчатого вала и идущая на совершение внешней работы.

Литровая мощность – Nл (Nл = Ne/Nh) – величина эффективной мощности, снимаемая с 1 литра рабочего объема.

Габаритная мощность – Nг (Nг = Ne/Nдв) – величина эффективной мощности, снимаемая с единицы объема двигателя.

Удельный вес – Gу (Gу = Gдв/Ne) – вес двигателя, приходящийся на единицу эффективной мощности.

Сравнительная оценка двигателей приведена в таблице 5.1.

5.2. Двигатель В-46-6

Двигатель В-46-6 предназначен для преобразования энергии, выделяемой при сгорании топлива в цилиндрах, в механическую работу.

Двигатель установлен в силовом отделении машины перпендикулярно к её продольной оси на фундаменте, приваренном к днищу корпуса. Своими лапами он крепится к фундаменту восьмью болтами и гайками. Под лапы двигателя устанавливаются прокладки различной толщины для центровки коленчатого вала двигателя с зубчатым валом ведущей шестерни гитары.

47

48

Общее устройство двигателя

Двигатель состоит из следующих механизмов:

1)кривошипно-шатунный механизм;

2)газораспределительный механизм;

3)механизм передач.

Кроме того, на двигателе размещены агрегаты и узлы систем, обеспечивающих работу двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования воз- вратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Кривошипно-шатунный механизм состоит:

1)из неподвижных частей:

−картер;

−блок цилиндров – 2 шт.;

2)подвижных частей:

−шатунная группа – 6 шт.;

−коленчатый вал;

−поршневая группа –12 шт.

Картер совместно с установленными на нем блоками составляет силовой остов двигателя, воспринимающий внутренние и внешние силы, действующие на двигатель. На картере устанавливаются все агрегаты и узлы двигателя.

Картер состоит из двух половин: верхней и нижней. Плоскость разъема проходит через ось коленчатого вала.

Верхняя половина картера отливается из алюминиевого сплава и состоит из продольных стенок коробчатой формы, верхних полок, на которые устанавливаются блоки цилиндров, передней и задней стенок, восьми поперечных перегородок, служащих коренными опорами коленчатого вала.

На верхних наклонных полках имеются отверстия для гильз цилиндров, а в поперечные перегородки ввернуты анкерные шпильки, стягивающие блок и головку с картером. Со стороны носка коленчатого вала на верхней половине картера имеется горизонтальная площадка для установки центробежного нагнетателя.

Боковые коробчатые стенки образуют замкнутую полость, по которой для прогрева коренных подшипников при пуске двигателя в холодное время протекает охлаждающая жидкость, подаваемая от подогревателя.

Нижняя половина картера отливается из алюминиевого сплава и представляет собой поддон. Со стороны механизма передачи на ней выполнены площадки, на которых устанавливаются: снизу – масляный насос, справа – водяной насос, слева – откачивающий шестеренчатый насос системы вентиляции карте-

49

ра. Через систему вентиляции внутренняя полость картера сообщается с атмосферой.

Маслосборник картера корытообразной формы, перекрыт маслоуловительным щитком и имеет два маслоотстойника, соединенных трубками с откачивающими секциями масляного насоса. Маслосборная часть картера имеет двойные стенки, образующие полость, по которой протекает охлаждающая жидкость, подаваемая подогревателем машины через верхний картер. Охлаждающая жидкость разогревает масло в картере перед пуском двигателя в холодное время.

Нижняя половина крепится к верхней 48 шпильками с гайками. Разъём уплотняется двумя шелковыми нитями и тонким слоем герметика.

На двигателе установлено два блока цилиндров (рис. 5.5). Блок цилиндров состоит из алюминиевой рубашки 9, шести стальных гильз 8, головки 14 блока с деталями механизма газораспределения, крышки 2 головки, коллектора 6 впуска и коллектора 16 выпуска, биметаллических колец 7 уплотнения газового стыка, патрубков 11 подвода и 15 отвода охлаждающей жидкости.

Рис. 5.5. Блок цилиндров:

1 – распределительный вал выпуска; 2 – крышка головки; 3 – распределительный вал впуска; 4 – клапан впуска; 5 – угольник для транспортировки двигателя; 6 – коллектор впуска;

7 – биметаллическое кольцо уплотнения газового стыка; 8 – гильза цилиндра; 9 – рубашка цилиндра; 10 – уплотнительное кольцо; 11 – патрубок подвода охлаждающей

жидкости; 12 – трубка слива масла через анкерный колодец; 13 – уплотнительное кольцо; 14 – головка блока; 15 – патрубок отвода охлаждающей жидкости; 16 – коллектор выпуска; 17 – большая пружина клапана; 18 – малая пружина клапана; 19 – клапан выпуска

50