 |
1.4.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания
|
|
|
|
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - основная часть трактора, автомо- биля и самоходной машины. Это тепловой двигатель, в котором химическая энергия сгорания топлива преобразуется в механическую. На сельскохозяйст- венных тракторах и автомобилях устанавливают поршневые ДВС. Их класси- фицируют, принимая во внимание следующие основные признаки:
- род применяемого топлива - двигатели, работающие на жидком (бензин, керосин, спирт, дизельное топливо и др. ) и газообразном (природный, генера- торный газ и др. ) топливе, а также многотопливные, работающие на топливе разного фракционного) состава;
- способ смесеобразования - с внешним (карбюраторные) и внутренним (дизели) смесеобразованием;
- способ воспламенения рабочей смеси - с самовоспламенением от сжатия (дизели) и принудительным воспламенением рабочей смеси от электрической искры (карбюраторные, инжекторные, газовые);
- способ наполнения рабочего цилиндра - без принудительного нагнетателя (без наддува) и с применением специального механического нагнетателя (с наддувом);
- число тактов рабочего цикла - четырехтактные и двухтактные;
- число цилиндров - одно- и многоцилиндровые;
- расположение цилиндров - рядные, V-образные, оппозитные;
- тип охлаждения - с жидкостным и воздушным охлаждением.
Двигатель, рабочий цикл которого совершается за четыре хода (такта) поршня (за два оборота коленчатого вала), называется четырехтактным. Если рабочий цикл совершается за два хода поршня (один оборот коленчатого вала), то двигатель называется двухтактным.
Двигатель, у которого смесь топлива с воздухом образуется не в цилиндре, а в специальном приборе - карбюраторе, затем поступает в цилиндр и здесь воспламеняется электрической искрой, называется карбюраторным. Такие дви- гатели устанавливают, как правило, на автомобилях малой и средней грузо- подъемности, а также тракторах (для пуска основных двигателей).
|
|
|
Двигатель, у которого горючая смесь образуется внутри цилиндра и само- воспламеняется при высокой температуре сжатого воздуха, называется дизелем (по имени его создателя Р. Дизеля). Дизели применяют в качестве основных двигателей на тракторах, автомобилях большой грузоподъемности и стацио- нарных энергетических установках.
1. 4. 2. Принцип действия и общее устройство двигателя
Во время работы двигателя поршень перемещается в цилиндре, приближа- ясь к оси коленчатого вала или удаляясь от нее. При наибольшем удалении от этой оси поршень занимает положение, называемое верхней мертвой точкой (ВМТ), а при наименьшем - положение, называемое нижней мертвой точкой (НМТ). В этих точках поршень, останавливаясь на мгновение, изменяет на- правление своего движения на противоположное.
Расстояние между мертвыми точками называется ходом поршня. За один ход поршня (например, от ВМТ к НМТ) коленчатый вал поворачивается на пол- оборота.
Полость над поршнем, находящимся в ВМТ, называется объемом камеры сгорания, а полость, расположенная над поршнем, когда он находится в НМТ, - полным объемом цилиндра. Объем цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом цилиндра. Рабо- чий объем всех цилиндров, выраженный в литрах, называется литражом двига- теля.
В головке цилиндра имеются впускные и выпускные отверст с клапанами. В точно определенные моменты они открываются закрываются с помощью га-
зораспределительного механизма, который входят клапаны 4 и 5, передаточные детали 16, распределительный вал 14 и распределительные шестерни (зубчатые колеса).
Когда при вращении коленчатого вала соединенный с шатуном поршень отходит от ВМТ, над ним в цилиндре создается разрежение (вакуум). В это время впускной клапан открывается, и цилиндр начинает заполняться атмо- сферным воздухом. После прохода поршнем НМТ впускное отверстие закрыва- ется. При дальнейшем повороте вала поршень, перемещаемый шатуном, дви- жется вверх и сжимает воздух, заполнивший цилиндр. Когда поршень приходит в ВМТ, весь воздух, занимавший полный объем цилиндра, сжат в камере сгора- ния. Число, показывающее, во сколько раз уменьшается объем воздуха (или смеси воздуха с топливом - для карбюраторного ДВС) в цилиндре двигателя, называется степенью сжатия.
|
|
|
При сжатии воздух в камере сгорания нагревается до высокой температу- ры. В эту камеру впрыскивается мелкораспыленное топливо. Соприкасаясь с горячим воздухом и нагретым поршнем, частицы топлива испаряются, воспла- меняются и сгорают, выделяя теплоту. В результате температура и давление га- зов резко возрастают, и под действием этого давления поршень перемещается вниз — происходит расширение газов. Сила давления газов на поршень через палец и шатун передается коленчатому валу и вращает его. Так тепловая энер- гия преобразуется в механическую работу. При этом по мере перемещения поршня давление и температура газов снижаются. В конце хода поршня вниз открывается выпускной клапан. Движущийся маховик выводит механизм из НМТ. Поршень при движении вверх выталкивает из цилиндра отработавшие газы, освобождая его для следующей порции (дозы) свежего воздуха. При вра- щении коленчатого вала все процессы в цилиндре повторяются.
Работа двигателя основана на свойстве нагретых газов расширяться. Рабо- чий цикл двигателя включает в себя четыре хода поршня, при которых в ци- линдре протекают процессы впуска свежего воздуха, его сжатия, подачи и сго- рания топлива с расширением горячих газов, выпуска отработавших газов. Часть рабочего цикла, соответствующая движению поршня от одной мертвой точки до другой, называется тактом.
Из четырех тактов только при одном - расширении газов совершается по- лезная работа. Этот такт называется рабочим ходом. Остальные такты вспомо- гательные, совершаемые за счет части энергии, накопленной маховиком. Рас- смотрим рабочий цикл дизеля.
|
|
|
Первый такт - впуск. Цилиндр заполняется воздухом, кислород которого обеспечивает сгорание топлива. Чем больше воздуха поступает в цилиндр, тем большее количество топлива можно сжечь в нем и тем выше будет давление га- зов на поршень при рабочем ходе (увеличивается мощность двигателя). Во время впуска поршень движется вниз, впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Воздух, поступающий в цилиндр, нагревается при смешивании с горя- чими остаточными газами и от нагретых деталей работающего дизеля.
Второй такт - сжатие. При этом поршень перемещается вверх, ба клапана закрыты. Под действием поршня воздух сжимается в 5-17 раз, нагреваясь до температуры, значительно превышающей температуру самовоспламенения то- плива.
Третий такт - расширение. Перед самым окончанием такта сжатия, когда поршень почти достигает ВМТ, в цилиндр, через форсунку, впрыскивается порция топлива. Большая часть его сразу же воспламеняется и сгорает. Темпе- ратура и давление газов резко повышаются. Расширяющиеся газы перемещают поршень вниз, и он с помощью пальца и шатуна поворачивает коленчатый вал.
В процессе расширения сгорает остальная часть впрыснутого топлива. По мере перемещения поршня давление газов в цилиндре падает, а температура снижается.
Четвертый такт – выпуск, происходит при закрытом впускном и открытом выпускном клапанах. Из цилиндра выталкиваются отработавшие газы. Давле- ние в цилиндре продолжает снижаться, а температура выходящих из него газов еще достаточно высока. Далее рабочий цикл дизеля повторяется.
В отличие от дизеля у карбюраторного двигателя воздух и топливо по- ступают в цилиндр одновременно в виде готовой горючей смеси, приготовлен- ной в карбюраторе. Горючая смесь воспламеняется от искровой свечи зажига- ния, установленной в головке цилиндра. Рабочий цикл четырехтактного карбю- раторного двигателя осуществляется по следующей схеме.
Первый такт - впуск. Выпускной клапан закрыт, а впускной открыт. При движении поршня от ВМТ вниз цилиндр заполняется смесью топлива с возду- хом. Поступая в цилиндр, она перемешивается с остаточными газами, в резуль- тате чего образуется рабочая смесь. Давление рабочей смеси в цилиндре при такте впуска несколько ниже, чем в дизеле, а температура рабочей смеси, на- гретой оставшимися отработавшими газами, выше.
|
|
|
Второй такт - сжатие. При этом такте, как и в дизеле, рабочая смесь, сжи- маясь, нагревается, что ускоряет испарение топлива и смешивание его с возду- хом. С увеличением степени сжатия растут давление и температура смеси. Од- нако при повышении температуры возникает опасность преждевременного вос- пламенения (самовоспламенения) смеси. Чтобы избежать этого, рабочую смесь сжимают лишь в 4-9 раз, до степени сжатия, значительно меньшей, чем у дизе- ля. При этом температура смеси ниже температуры самовоспламенения.
Третий такт - расширение. Перед окончанием такта сжатия между элек- тродами искровой свечи возникает электрический разряд, воспламеняющий ра- бочую смесь. Температура горящего топлива резко возрастает, давление повы- шается. Под действием силы давления газов поршень перемещается вниз, со- вершая рабочий ход. К концу рабочего хода давление газов падает, но их тем- пература выше, чем у дизеля.
Четвертый такт – выпуск, происходит у карбюраторных двигателей так же, как у дизеля, но при несколько более высокой температуре газов.
Перед карбюраторным (бензиновым) двигателем дизель имеет следующие преимущества:
- он экономичнее вследствие высокой степени сжатия расход топлива на единицу выполненной работы снижается на 25... 35 %;
- дизельное топливо дешевле бензина и менее опасно в пожарном отноше-
нии.
Недостатки дизеля таковы:
- из-за высокого давления газов в цилиндрах корпус и другие детали, рабо- тающие со значительными нагрузками, тяжелее и имеют большие размеры;
- для пуска дизеля требуется более мощный стартер или специальный кар- бюраторный двигатель;
- дизель работает со значительным избытком воздуха, поэтому Размеры цилиндров и других деталей и сборочных единиц увеличены.
В одноцилиндровом двухтактном карбюраторном двигателе отсутствуют клапаны. Впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов осуществляется через окна 10 и 12 в цилиндр 7, которые в определенное время открываются и закрываются движущимся поршнем 6. Первый такт происходит при движении поршня от НМТ вверх. В кривошипной (продувочной) камере 1 создается раз- режение, поэтому в нее через окно 12 из карбюратора 1 засасывается горючая смесь. После перекрытия поршнем продувочного окна 5, а затем выпускного окна 10 в цилиндре, над поршнем, происходит сжатие ранее поступившей сме- си. В конце сжатия эта смесь воспламеняется электрической искрой от свечи зажигания 9 и к началу движения поршня вниз сгорает.
|
|
|
Второй такт происходит при перемещении поршня от ВМТ вниз под воз- действием образовавшихся в камере сгорания газов. Опускаясь, поршень пере- крывает впускное окно 12 и сжимает горючую смесь в камере 1. При дальней- шем движении поршня он открывает выпускное окно 10, через которое из ци- линдра выходят отработавшие газы.
В конце второго такта поршень открывает продувочное окно 5, сообщаю- щееся при помощи канала 4 с продувочной камерой, где давление частично сжатой горючей смеси оказывается выше давления отработавших газов в ци- линдре. Поэтому через канал 4 предварительно сжатая смесь из кривошипной камеры поступает в цилиндр, выталкивая из него оставшиеся отработавшие га- зы. Этот процесс называется продувкой.
Таким образом, и у двухтактного карбюраторного двигателя рабочий цикл складывается из процессов впуска, сжатия, расширения и выпуска газов. Дан- ные процессы протекают одновременно в кривошипной камере под поршнем и цилиндре над ним. Поэтому двухтактные двигатели называют также двигате- лями с кривошипно-камерной продувкой. Поскольку весь рабочий цикл совер- шается за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, мощность та- кого двигателя превышает (на 60... 70%) мощность четырехтактного двигателя такого же литража. Двухтактный двигатель работает более равномерно, имеет простое устройство и более удобен для обслуживания.
Главный недостаток двухтактного двигателя - большая потеря рабочей смеси (до 30 %), выходящей вместе с отработавшими газами во время продув-
ки. Поэтому их используют при кратковременной работе в качестве пусковых двигателей для тракторных дизелей.
Рабочий цикл в одноцилиндровом четырехтактном двигателе совершается за два оборота коленчатого вала. Поэтому, несмотря на наличие маховика, ко- ленчатый вал вращается неравномерно: ускоренно во время рабочего хода и за- медленно, когда совершаются вспомогательные такты. Кроме того, одноцилин- дровый двигатель имеет небольшую мощность и повышенную вибрацию. Что- бы устранить эти недостатки, на современных тракторах и автомобилях уста- навливают многоцилиндровые двигатели. Цилиндры в таких двигателях могут быть расположены в один ряд вертикально (рядный двигатель), в два ряда под углом один к другому (V-образно) или в горизонтальной плоскости. Двухряд- ное расположение цилиндров позволяет уменьшить длину и массу двигателя.
Чтобы многоцилиндровый двигатель работал равномерно, такты расшире- ния должны следовать через равные промежутки времени, что конструктивно достигается равными углами поворота коленчатого вала. Для определения это- го утла продолжительность цикла, выраженную в градусах поворота коленча- того вала, делят на число цилиндров. Например, в четырехцилиндровом четы- рехтактном двигателе такт «рабочий ход» происходит через 180° (720: 4) по от- ношению к предыдущему, т. е. через половину оборота коленчатого вала. Дру- гие такты этого двигателя также чередуются через 180°. Поршни четырехци- линдрового двигателя движутся попарно. Когда в первом и четвертом цилинд- рах они опускаются (в первом - расширение, в четвертом - впуск), то во втором и третьем поршни поднимаются (во втором - выпуск, а в третьем - сжатие).
Чередование одноименных тактов в цилиндрах двигателя называется по- рядком работы цилиндров. Порядок работы цилиндров в четырехцилиндровых отечественных тракторных дизелях следующий: 1-3-4-2. Определенная после- довательность тактов соблюдается и в других многоцилиндровых двигателях.
При увеличении числа цилиндров возрастает и число рабочих ходов, при- ходящихся на каждый оборот коленчатого вала, и он вращается более равно- мерно. В четырехцилиндровом двигателе при любом положении коленчатого вала рабочий ход совершается лишь в одном цилиндре, тогда как в восьмици- линдровом - одновременно в двух, а в двенадцатицилиндровом - в трех цилин- драх.
Для нормальной работы двигателя в цилиндры должны подаваться горю- чая смесь требуемого состава (у карбюраторных двигателей) или отмеренные порции топлива, в строго определенное) время под высоким давлением (у дизе- лей). Для уменьшения силы трения и нагрева, предотвращения повреждения поверхности и быстрого износа трущиеся детали смазываются маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охла- ждаться. Из-за высокой степени сжатия пустить дизель вручную невозможно. Его оснащают пусковым устройством. Поэтому все двигатели, устанавливае- мые на тракторах и автомобилях, оснащены соответствующими механизмами и системами. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-
поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого ва- ла.
Газораспределительный механизм управляет работой клапанов, что позво- ляет в определенных положениях поршня впускать воздух в цилиндры, сжи- мать его до необходимого давления и удалят оттуда отработавшие газы.
Система питания обеспечивает в определенный момент подачу в цилиндры двигателя отмеренных порций топлива в распыленном состоянии.
Смазочная система необходима для непрерывной подачи масла к трущим- ся деталям и отвода от них теплоты.
Система охлаждения предохраняет стенки камеры сгорания от перегрева и поддерживает в цилиндрах нормальный тепловой режим.
Система пуска нужна для проворачивания коленчатого вала во время пус-
ка.
В отличие от дизеля система питания карбюраторного двигателя предна- значена для приготовления горючей смеси в карбюраторе и подачи ее в цилин- дры. Воспламенение рабочей смеси в цилиндрах карбюраторного двигателя осуществляется системой зажигания.
1. 4. 3. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизм
Главное назначение кривошипно-шатунного механизма - с помощью силы давления газов вращать коленчатый вал двигателя. Этот механизм состоит из цилиндров, поршней с кольцами и пальцами, шатунов с подшипниками, колен- чатого вала с подшипниками и маховика. Все детали механизма размещены в блоке цилиндров и картере.
При работе двигателя на кривошипно-шатунный механизм и корпус (ос- тов) двигателя действуют переменные по величине и направлению силы и мо- менты. Нагрузка и напряжения, создаваемые ими, в значительной степени оп- ределяют конструкцию деталей механизма, их материал, массу и габаритные размеры.
Корпус двигателя состоит из неподвижных частей, к которым изнутри и снаружи прикреплены детали его механизмов и агрегатов. Часть, объединяю- щая все цилиндры, называется блоком цилиндров, а замкнутая полость, в кото- рой вращается коленчатый вал и находится масло для смазывания механизмов, картером. У двигателей жидкостного охлаждения цилиндры, выполняемые в виде стальных гильз, находятся в теплоотводящей жидкости. Головка цилинд- ров отливается из чугуна или алюминиевого сплава. Нижняя часть цилиндров с надпоршневым пространством образует камеру сгорания. В головке цилиндров размещают свечи (карбюраторный двигатель) или форсунки (дизель), а также каналы системы охлаждения, клапаны и другие конструктивные элементы. Ци- линдр двигателя с воздушным охлаждением, как и головка, снаружи имеет оребрение, увеличивающее поверхность теплопередачи при охлаждении. У двигателя с жидкостным охлаждением наружная поверхность гильзы цилиндра омывается водой. Такая гильза называется мокрой. Внутренняя поверхность гильзы (зеркало цилиндра), являющаяся направляющей для движения поршня, тщательно полируется и подвергается термической обработке.
Газораспределительный механизм служит для своевременной подачи в цилиндры воздуха (в дизелях) или горючей смеси (в карбюраторных двигате- лях) и для выпуска из цилиндров отработавших газов. В автотракторных двига- телях применяют в основном оконный и клапанный механизмы газораспреде- ления. Оконный механизм используется в двухтактном двигателе, в котором впускные (продувочные) и выпускные окна цилиндра открывает и закрывает непосредственно поршень. В четырехтактных двигателях, как правило, приме- няют клапанный газораспределительный механизм, который может иметь ниж- нее (боковое) или верхнее (подвесное) расположение клапанов.
В газораспределительном механизме с верхним расположением клапанов при вращении распределительного вала кулачок набегает на штангу с толкате- лем, поднимает его и действует на плечо коромысла. Другое плечо тем време- нем движется вниз и давит на клапан, опуская его и сжимая пружины. Когда кулачок распределительного вала сходит с толкателя, штанга и толкатель опус- каются, а клапан под действием пружин, садясь в седло, плотно закрывает от- верстие канала.
Каждым клапаном управляет свой кулачок. У многоцилиндровых двигате- лей кулачки находятся на общем распределительном валу. В четырехтактных двигателях рабочий цикл в цилиндре совершается за два оборота коленчатого вала, поэтому открытие и закрытие клапанов должно происходить однократно за цикл. Эта достигается с помощью привода, имеющего передаточное отноше- ние 1/2 (т. е. распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого).
1. 4. 4. Систем питания
В состав системы питания карбюраторного двигателя или дизеля входят устройства и отдельные элементы, обеспечивающие непрерывную очистку воз- духа, подачу свежих порций рабочей смеси в цилиндры двигателя и отвод от- работавших газов в окружающую среду (воздухоочиститель, впускные и выпу- скные коллекторы, глушители шума, искрогасители, турбокомпрессор и др. ), а также устройства и приборы, обеспечивающие хранение и очистку топлива, контроль его количества и дозирование подачи для смесеобразования (топлив- ные баки, фильтры, насосы и др. ).
В системе питания карбюраторного двигателя топливо (бензин) из бака подается по трубопроводу подкачивающей помпой через фильтр-отстойник и поры фильтра тонкой очистки в карбюратор, обеспечивающий приготовление горючей смеси. Уровень топлива в баке контролируют по указателю, в элек- трическую цепь которого включен датчик. Воздух, засасываемый поршнями цилиндров двигателя, пройдя воздушный фильтр, также поступает в карбюра- тор. Здесь топливо распыляется этим воздухом и смешивается с ним. Получен- ная горючая смесь поступает во впускной коллектор и подается в цилиндр. От- работавшие газы через выпускной коллектор, трубу и глушитель шума выбра- сываются в окружающую среду.
Системы питания дизелей и карбюраторных двигателей принципиально различаются по способу смесеобразования. Система питания дизеля предназна- чена для подачи в цилиндры очищенного воздуха и распыленного топлива.
Смесеобразование в дизелях происходит за очень короткий промежуток време- ни. Для получения горючей смеси, способной быстро и полностью сгорать, не- обходимо, чтобы топливо было распылено на возможно более мелкие частицы и каждая из них имела вокруг себя достаточное для полного сгорания количе- ство воздуха. Поэтому топливо впрыскивается в цилиндр форсункой под дав- лением, в 3 - 5 раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия, и в камере сгорания возникают интенсивные газовые потоки (вихри).
В систему питания дизеля входят такие агрегаты, как топливный насос вы- сокого давления и форсунки, имеющие трущиеся пары с весьма малым зазором, поэтому наличие механических примесей в топливе приводит к их быстрому изнашиванию или выходу из строя.
1. 4. 5. Система охлаждения двигателей
Система охлаждения служит для отвода теплоты от нагретых деталей и поддержания нормального температурного режима работающего двигателя с помощью искусственного охлаждения жидкостью (жидкостное охлаждение) или воздухом (воздушное охлаждение).
Температура газов в цилиндрах работающего двигателя составляет около 1000°С - стенки цилиндров, поршней и головки цилиндров нагреваются этими газами. Если двигатель не охлаждать, то сгорит пленка масла между трущимися деталями, могут возникнуть заклинивание поршней из-за их расширения и дру- гие неисправности. Излишний отвод теплоты также нежелателен, поскольку он вызывает неполное сгорание тяжелых фракций топлива, что приводит к сниже- нию мощности и экономических показателей двигателя. Для нормальной рабо- ты двигателя температура охлаждающей жидкости должна составлять 80... 95
°С.
В системе жидкостного охлаждения цилиндры и головка цилиндров окру- жены жидкостной рубашкой. Жидкость циркулирует в системе принудительно, под давлением, создаваемым центробежным насосом, который забирает воду из нижнего бака радиатора. Насос имеет привод от вала вентилятора, а тот, в свою очередь, создает поток воздуха, необходимый для охлаждения жидкости, про- ходящей по трубкам радиатора благодаря высокой скорости циркуляции раз- ность темпера жидкости, входящей в рубашку охлаждения и выходящей из нее: невелика (4... 7°С), что благоприятно влияет на равномерность охлаждения дви- гателя.
В жидкостную систему охлаждения входят следующие вспомогательные устройства: термостат, соединительные шланги, краны слива и термометр. Ко- личество жидкости, проходящей через радиатор, автоматически регулируется термостатом. По мере ее прогрева клапан термостата все больше открывается и, следовательно, поток жидкости через радиатор возрастает. Тепловое состояние двигателя контролируют с помощью дистанционного термометра, датчик кото- рого вмонтирован в головку цилиндров.
На автотракторных двигателях устанавливают закрытую систему охлажде- ния, которая сообщается с атмосферой через паровоздушный клапан радиатора лишь при повышенном или пониженном давлении. Такая система позволяет
достичь более высокой температуры кипящей жидкости и снизить потери ох- лаждающей жидкости в результате испарения.
В системе с воздушным охлаждением теплота от деталей двигателя отво- дится в результате принудительного обдува воздухом цилиндров и их головки, для чего применяется роторный вентилятор с большим числом лопастей. Вра- щаясь с большой частотой, ротор нагнетает воздух под воздухораспредели- тельный кожух, откуда он направленно поступает к охлаждающим ребрам ци- линдров и их головке, забирает у них теплоту и отводит ее в атмосферу.
Система воздушного охлаждения проста и удобна в эксплуатации, обеспе- чивает быстрый прогрев двигателя в холодное время года, но с точки зрения поддержания благоприятного теплового режима его работы уступает жидкост- ной. Кроме того, требуется большое количество энергии для приведения в дей- ствие роторного вентилятора. Поэтому двигатели с воздушным охлаждением устанавливают на машины малой мощности.
1. 4. 6. Система смазки двигателя
Необходимость в смазочной системе обусловлена следующим. При работе двигателя внутреннего сгорания неизбежен контакт деталей. Трущиеся детали двигателя, несмотря на хорошую обработку, имеют шероховатую поверхность. В процессе работы шероховатость соприкасающихся поверхностей способству- ет увеличению силы трения, препятствующей движению, и тем самым снижает мощность двигателя. Чтобы уменьшить силу трения и одновременно охладить детали, между трущимися поверхностями вводят слой масла. При жидкостном трении износ деталей в десятки раз меньше. Кроме того, масло снижает износ и коррозию и очищает детали от продуктов износа.
В большинстве двигателей применяют комбинированную смазочную сис- тему. К наиболее нагруженным деталям масло подается под давлением, а к ос- тальным - разбрызгиванием и самотеком. Под давлением смазываются корен- ные и шатунные подшипники коленчатого вала, клапанный механизм и втулки распределительных шестерен.
Циркуляция масла под давлением у большинства двигателей происходит по одинаковой схеме. При работе двигателя оно из поддона подается под дав- лением с помощью шестеренчатого насоса к фильтру. Очищенное масло охла- ждается в масляном радиаторе и поступает в главный масляный канал. Далее оно проходит по каналам в блоке к коренным подшипникам коленчатого вала и шейкам распределительного вала. По наклонным каналам коленчатого вала масло попадает в полости шатунных шеек, затем выходит на поверхность шеек и смазывает шатунные подшипники. Из магистрали оно поступает к пальцу промежуточной шестерни для смазывания ее втулки. По каналу в одной из ше- ек распределительного вала масло пульсирующим потоком подается в верти- кальный канал блока, а по каналам в головке цилиндров - в пустотелую ось ко- ромысел. В валике коромысел имеются отверстия, через которые масло посту- пает к втулкам, затем, стекая по штангам, смазывает толкатели и кулачки рас- пределительного вала.
Цилиндры, поршни, поршневые пальцы, распределительные пальцы сма- зываются разбрызгиванием. Вытекающее из подшипников коленчатого вала и стекающее с клапанного механизма масло разбрызгивается вращающимся ко- ленчатым валом. Капли образовавшегося масляного тумана оседают на поверх- ностях вышеназванных устройств и деталей, смазывают их, стекают в поддон картера, и циркуляция масла продолжается. Поршневой палец смазывается ка- плями масла, которые попадают в отверстие верхней головки шатуна. Работу смазочной системы контролируют по манометру, измеряющему давление в главной магистрали. На некоторых двигателях устанавливают термометры для измерения температуры в смазочной системе и сигнализатор падения давления масла.
1. 4. 7. Система зажигания и пуска двигателя
В карбюраторных двигателях воспламенение рабочей смеси происходит от искры, образующейся в свече зажигания. Приборы, предназначенные для полу- чения электрической искры и ее распределения по цилиндрам, составляют сис- тему зажигания двигателя. Высокое напряжение, необходимое для возбуждения искрового разряда, обеспечивают система с автономным источником питания - магнето или приборы системы батарейного зажигания, в которых используется электрическая энергия аккумуляторной батареи и генератора.
В тракторах и автомобилях основными источниками тока в системе элек- трооборудования являются совместно применяемые аккумуляторы и генерато- ры. Аккумулятор - это источник тока при неработающем двигателе. Генератор при работающем двигателе становится источником тока по достижении опре- деленной частоты его вращения, а аккумулятор в это время превращается в по- требителя, заряжаясь электроэнергией от генератора.
Различают следующие системы батарейного зажигания: контактную, кон- тактно-транзисторную и бесконтактную.
Контактная система батарейного зажигания имеет простое устройство, благодаря чему она находит широкое применение в автомобилях. Однако у нее есть существенные недостатки: контакты прерывателя быстро изнашиваются вследствие подгорания, так как через них проходит ток высокого напряжения; сила тока высокого напряжения зависит от частоты вращения коленчатого вала; в высокооборотных многоцилиндровых двигателях эта система зажигания не обеспечивает надежного воспламенения смеси. В современных автомобилях все чаще используют систему зажигания на транзисторах, которая сложнее ба- тарейной, но имеет ряд преимуществ. Транзисторная система способствует на- дежной экономичной работе высокооборотных двигателей с повышенной сте- пенью сжатия.
Для пуска двигателя внутреннего сгорания необходимо провернуть его коленчатый вал с помощью постороннего источника энергии. Минимальную частоту вращения коленчатого вала, при которой происходит пуск двигателя, называют пусковой. Она зависит от вида двигателя и условий пуска. В карбю- раторном двигателе уже при частоте вращения 0, 6... 0, 8 с-1 можно получить го- рючую смесь необходимого состава и воспламенить ее электрической искрой.
Дизель можно пустить лишь в том случае, когда температура в конце такта сжатия достаточна для самовоспламенения впрыскиваемого топлива, что дос- тигается при частоте вращения коленчатого вала 2, 5... 4, 2 с-1. При пуске двига- теля требуются значительные усилия, чтобы преодолеть сопротивление трения движущихся деталей и сжимаемой топливовоздушной смеси. При низкой тем- пературе это усилие возрастает из-за увеличения вязкости масла.
Различают следующие, способы пуска: электрическим стартером, вспомо- гательным двигателем и вручную.
Первый способ широко применяют для пуска, как карбюраторных двига- телей, так и дизелей. Шестерню стартера вводят в зацепление с венцом махови- ка и замыкают контакты электрической цепи. Якорь стартера начинает вра- щаться, прокручивая коленчатый вал двигателя. После пуска двигателя стартер выключается, а шестерня возвращается в исходное положение. Стартер удобен в эксплуатации, существенно облегчает труд водителя, но для его работы необ- ходимо значительное количество электричекой энергии, что сокращает число возможных попыток пуска двигателя.
Вспомогательный двигатель используют для пуска некоторых дизелей. Этот способ более надежен при любых температурных режимах, но требуется ряд дополнительных операций. Для облегчения пуска мощных дизелей при низкой температуре окружающего воздуха применяют декомпрессионный ме- ханизм и устройства подогрева воды и воздуха. У большинства автотракторных двигателей управление механизмами системы пуска дистанционное, осуществ- ляемое из кабины. Вспомогательный двигатель передает вращение коленчатому валу основного дизеля через редуктор. Этот двигатель в сборе с редуктором на- зывают пусковым устройством.
Ручной пуск (рукояткой или шнуром) используют только карбюраторных двигателях, поскольку пуск дизеля за счет мускульной силы человека невозмо- жен. Ручной пуск применяется как резервный в случае неисправности системы электрического пуска, а также для пуска вспомогательных карбюраторных дви- гателей тракторов.
Контрольные вопросы
1. По каким признакам классифицируют двигатели?
2. Какие процессы протекают в цилиндре двигателя?
3. Назовите основные механизмы и системы двигателя.
4. Из каких деталей состоит кривошипно-шатунный механизм?
5. Какую работу выполняет коленчатый вал?
6. Каково назначение газораспределительного механизма?
7. Материал для клапанов газораспределительного механизма?
8. Различия систем питания дизеля и карбюраторного двигателя?
9. Смесеобразование и горение топлива в цилиндре дизеля.
10. Основные элементы системы жидкостного охлаждения двигателя.
11. Назовите составные части и приборы смазочной системы.
12. Из каких приборов состоит батарейное зажигание?
13. Способы пуска двигателей, их достоинства и недостатки.
ЗАНЯТИЕ 7
Тема 1. 5. Теплоснабжение ферм
|
|
|
