Й учебный вопрос. Двигатели базовых машин.

 

Понятие “ автомобиль “ включает в себя легковой, грузовой автомобили и автобус. Несмотря на ряд принципиальных конструктивных различий, между ними имеется много общего (см. схема 2.1):

 

 

Система регулирования воздуха в шинах

Лебедка

Специальное оборудование

4.

Коробка отбора мощности

Трансмиссия

Сцепление

Коробка передач

Мосты (оси)

Колесный редуктор

Межосевой дифференциал

Раздаточная коробка

Карданная передача

Дублирующая

Колеса

Подвеска

3.

Шасси

Полуоси

Главная передача

Механизмы и системы управления

Ходовая часть

 

 

 

Схема 2.1. Общее устройство автомобиля.

· силовая установка (как привод);

· кузов;

· шасси;

· специальное оборудование.

На автомобильных заводах конечным результатом (продуктом производства) могут быть как автомобили в сборе, так и отдельные их составляющие части (двигатели, мосты, топливная аппаратура и т.д.), включающие в себя большое число деталей, узлов и механизмов и систем.

Двигатель по своей сущности является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Наибольшее распространение на советских автомобилях получили двигатели внутреннего сгорания.

2-а учебный вопрос. Назначение, общее устройство и рабочий процесс карбюраторного двигателя.

 

Поршневые двигатели внутреннего сгорания

	По числу цилиндров
		По способу воспламенения рабочей смеси

 

Работающие на газовом топливе (генераторный и природный газ)

Работающие на тяжелом топливе (мазут, дизельное топливо и т.д.)

Работающие на легком топливе (бензин, керосин, спирт и т.д.)

По виду используемого горючего

С внутренним смесеобразованием

С внешним смесеобразованием

Оппозитное

Вертикальное

Горизонтальное

V-образное

Х-образное

Звездообразное

По расположению цилиндров

По способу смесеобразования

С форкамерно-факельным зажиганием

С искровым зажиганием

От сжатия (дизель)

С газожидкостным зажиганием

 

 

Схема 2.2 Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания

 

 

 

Жидкост-ный насос

Термос-тат

Нагне-гат (турбо-компрес-сор)

Свечи зажигания

Распреде-литель

Масляные фильтры грубой и тонкой очистки

Топливные фильтры грубой и тонкой очистки

Форсунка

Топлив-ный насос

Карбюра-тор

Масля-ный насос

Воздуш-ный фильтр

Стар-тер

Генера-тор

Электро-оборудо-вание

Система охлажде-ния

Система зажигания

Система смазки

Система питания топливом

Система электро-пуска

Система питания воздухом

Узлы и агрегаты основных систем

Клапанная группа

Распределительный вал

Привод распределителя вала

Механизмы газораспределения

 

 

Схема 2.3 Состав двигателя внутреннего сгорания

 

 

Двигатели подразделяются на (см. слайды №43 и 44 схемы 2.2 и 2.3):

· двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые), у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров;

· на двигатели с внутренним смесеобразованием (дизельные), у которых рабочая смесь образуется внутри цилиндров.

По числу цилиндров: на одно- двух и многоцилиндровые.

По способу выполнения рабочего цикла: на четырех и двух-тактовые.

По расположению цилиндров: на двигатели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд; на V-образные двигатели с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом в 180⁰ двигатель называется противолежащими цилиндрами или оппозитным).

По способу охлаждения: на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением.

По виду применяемого топлива: на бензиновые, дизельные, газовые и много топливные.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из механизмов и систем. Основными частями такого двигателя являются: кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, система питания, смазочная система, система охлаждения и зажигания (см. слайд № __ схема 2.4).

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение коленчатого вала и состоит из цилиндра, головки, поршня с кольцами и пальцем, который соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Нижняя головка шатуна соединена с коленчатым валом, на заднем конце которого установлен маховик. Коленчатый вал вращается в подшипниках, расположенных в картере (последний закрыт поддоном, используемым как резервуар для масла).

Механизм газораспределения обеспечивает своевременный выпуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Этот механизм приводится в действие коленчатым валом через зубчатые колеса. При этом распределительный вал, воздействуя на толкатели, штанги и коромысла открывает впускной или выпускной клапан, закрытие которого происходит под действием пружин.

Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания из цилиндра.

Смазочная система обеспечивает подачу масла к взаимодействующим деталям и состоит из насоса, маслоподводящих каналов, фильтров для очистки масла и радиатора для его охлаждения.

Система охлаждения предназначена для поддержания нормального температурного режима двигателя.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. Она включает в себя источник электрической энергии, приборы, преобразующие ток низкого напряжения в ток высокого напряжения и провода, подводящие ток высокого напряжения к свече зажигания, электрическая искра, от которой воспламеняется рабочая смесь.

Взаимодействие механизмов и систем двигателя происходит следующим образом. Когда поршень опускается вниз, горючая смесь через впускной клапан поступает в цилиндр. При движении поршня вниз она сжимается и когда поршень оказывается в В.М.Т. происходит воспламенение от электрической искры и сгорает. В процессе сгорания образуются газы, имеющие высокую температуру и большое давление. Под действием давления расширяющихся газов поршень опускается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал. Таким образом происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Затем поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы через открывающийся клапан.

При одном обороте коленчатого вала двигателя поршень делает один ход вниз и один ход вверх. Изменение направления движения поршня в цилиндре происходит в крайних точках, называемых мертвыми, т.к. скорость поршня в них равна О (см. слайд № __ схема 2.5).

Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня “ S “, который равен удвоенному радиусу R кривошипа:

S = 2R

Следовательно, при перемещении от одной мертвой точки до другой, коленчатый вал поворачивается на 180 градусов, т.е. совершает половину оборота.

Пространство под днищем поршня при прохождении его в ВМТ называется камерой сгорания - Vc (объем камеры сгорания).

Пространство между НМТ и ВМТ - это рабочий объем Vh.

Полный объем цилиндра - это сумма объема камеры сгорания и рабочего объема:

Va = Vc + Vh

Рабочий объем цилиндра в см----- или литрах:

Vh = ПDS/4, где D - диаметр цилиндра

Сумму всех рабочих цилиндров многоцилиндрового двигателя называют рабочим объемом двигателя:

Va = ПDSi/4, где i - число цилиндров.

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

Е = (Vc + Vh)/ Vc + Va/Vc

Cтепень сжатия - безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха, находящихся в цилиндре, при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давление рабочей смеси при подходе поршня к ВМТ. Автомобильные двигатели бензиновые имеют степень сжатия 6-10; на газе - 7-9; дизельные - 15-20.

РАБОЧИЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЯ

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обуславливающим превращение тепловой энергии в механическую работу. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным (мотоциклы, пусковые двигатели).

Четырехтактный цикл совершается за два оборота коленчатого вала или за четыре хода поршня и состоит из такта впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска.

Поршень находится в ВМТ и по мере вращения коленчатого вала (за один его полуоборот) перемещается к НМТ, При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз, объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07-0,095 МПА, вследствие чего свежий заряд горючей смеси засасывается в цилиндр. От соприкосновения свежего заряда с нагретыми деталями в конце такта впуска, он имеет температуру 75-125 градусов. Степень заполнения цилиндра свежим зарядом характеризуется коэффициентом наполнения, который составляет 0,65-0,75. Чем выше значение коэффициента наполнения, тем большую мощность развивает двигатель.

Такт сжатия.

После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Впускной клапан закрывается, а выпускной закрыт. По мере сжатия горючей смеси температура и давление ее повышается, в зависимости от степени сжатия давление может составить (в конце такта) 0,8-1,5 МПА, а температура газов 300-400 градусов.

Такт расширения.

В конце такта сжатия происходит воспламенение горючей смеси от электрической искры, в результате чего она быстро сгорает, образуя давление газов, Поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. Максимальное давление газов на поршень при сгорании составляет 3,5-5МПА, а температура газов достигает 2100-2400 градусов. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3-0,75 МПА, а температура - до 900-1200 градусов.

Такт выпуска.

Коленчатый вал через шатун перемещает поршень от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу. В начале процесса выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно падает до 0,105-0,120 МПА, а температура газов - с 750-900⁰ до 500-600⁰ . Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания невозможно, поэтому при последующем впуске свежей горючей смеси, она перемещается с остаточными отработанными газами и называется рабочей смесью. Коэффициент остаточных газов характеризует степень загрязнения атмосферы отработанными газами и представляет собой отношение массы продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре к массе свежей горючей смеси. Коэффициент составляет 0,06-0,12. (см. слайд № __ схема 2.6).

Много цилиндровые двигатели состоят из нескольких одноцилиндровых двигателей, конструктивно объединенных в одно целое и имеющих один общий коленчатый вал. В таком двигателе за два оборота коленчатого вала рабочих ходов будет столько, сколько у него цилиндров (а так как два оборота коленчатого вала 720⁰, то такты рабочего хода будут чередоваться через разные углы интервала 0 в зависимости от числа цилиндров i, следовательно 0 = 720i).

Например, в четырех -, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы проходят соответственно через 180⁰, 120⁰, 90⁰ поворота коленчатого вала. В каждом цилиндре указанных двигателей происходит один и тот же рабочий процесс, но одноименные такты происходят в разные моменты времени, при этом чередование тактов в цилиндрах двигателя выбирают так, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на подшипники коленчатого вала и плавную работу двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндре двигателя в течении его рабочего цикла называется порядком работы двигателя.

Порядок работы 4-х цилиндровых двигателей 1-3-4-2 (ВАЗ); 1-2-4-3- (ГАЗ).

6-и цилиндровых - 1-4-2-5-3-6- (V-образные - 90⁰);

8-и цилиндровые - 1-5-4-2-6-3-7-8- (ЗИЛ-130, КАМАЗ).