Материал: Силовые установки колёсных транспортных средств

Уже два столетия ведутся работы по созданию и совершенствованию конструкций двигателей. Рассматриваются различные направления, ищется оптимальная конструкция для создания высокоэффективного двигателя. Так, еще в 1816 г. шотландский пастор Р. Стирлинг создал двигатель внешнего сгорания (воздушную машину), который работал на перепаде температур. Его цикл близок к идеальному циклу Карно, а КПД равен приблизительно 60% (у современных двигателей — от 38 до 42 %). В настоящее время созданы лишь опытные конструкции стирлинг-двигателей для автомобилей и судов. Возможно, это двигатель будущего.

Паровой двигатель использовался на автомобилях в начале XX века, однако работы над его совершенствованием продолжаются и сегодня.

Ведутся разработки и по использованию на автомобилях электродвигателей, но возникают такие сдерживающие факторы для широкого их применения, как необходимость зарядных станций, недостаточная мощность электромобилей и т. д.

6

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

1.1 Понятие «двигатель внутреннего сгорания». Классификация двигателей

Двигателем называется силовая установка, преобразующая тепловую энергию в механическую работу. В автомобилях применяют поршневые двигатели, называемые двигателями внутреннего сгорания. В таких двигателях теплота, выделяемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют по следующим признакам.

1)По назначению:

транспортные (устанавливаются на автомобилях и других самоходных машинах);

стационарные (предназначены для работы на стационарных силовых установках).

2)По способу осуществления рабочего цикла:

четырехтактные (применяются на всех современных автомобилях);

двухтактные (применяются на маломощных транспортных средствах – мотоциклах и мотоколясках).

3)По способу смесеобразования:

с внешним смесеобразованием (карбюраторные);

с внутренним смесеобразованием (дизельные).

4)По способу воспламенения рабочей смеси:

с воспламенением от электрической искры (двигатели, работающие на бензине и газе);

с воспламенением от высокой температуры, возникающей при сжатии воздуха (дизельные двигатели).

5)По виду применяемого топлива:

двигатели, работающие на жидком топливе (бензин, керосин, спирты, дизельное топливо);

двигатели, работающие на сжатых и сжиженных газах.

6)По числу цилиндров:

одноцилиндровые;

многоцилиндровые.

7)По расположению цилиндров:

однорядные;

V-образные (с расположением цилиндров под углом 90);

оппозитные (с расположением цилиндров под углом 180);

W-образные.

8)По способу наполнения цилиндров свежим зарядом:

без наддува;

с наддувом.

7

9)По способу охлаждения:

с жидкостным охлаждением;

с воздушным охлаждением.

1.2Общее устройство двигателя

Поршневые двигатели внутреннего сгорания имеют в своем составе два механизма: кривошипно-шатунный и газораспределительный, а также системы смазки, охлаждения, питания, зажигания и запуска.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для восприятия силы взрыва газов и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Основными деталями кривошипно-шатунного механизма являются блок цилиндров, головка блока цилиндров, картер, поддон картера, коленчатый вал, шатуны, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы и маховик.

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси и для выпуска отработавших газов. К газораспределительному механизму относятся распределительный вал, толкатели, штанги, ось коромысел, коромысла, клапаны, пружины клапанов с деталями их крепления на стержнях клапанов.

Система охлаждения двигателя предназначена для отвода излишней теплоты и поддержания температурного режима в пределах 80...95°С. Существуют системы охлаждения двигателей с жидкостным отводом теплоты в окружающую среду и воздушные, где излишняя теплота отводится от цилиндров двигателя путем обдува их воздухом. Жидкостная система охлаждения имеет радиатор, водяной насос, термостат, рубашку охлаждения цилиндров и жалюзи радиатора.

Система смазки двигателя предназначена для подачи масла к движущимся деталям, удаления продуктов трения с трущихся поверхностей и частичного охлаждения трущихся деталей. Основными приборами системы являются масляный насос с маслоприемником, фильтры очистки масла, масляные радиаторы, детали системы вентиляции картера двигателя, магистрали и трубопроводы.

Система питания карбюраторных двигателей служит для приготовления горючей смеси вне цилиндров двигателя и подачи ее в цилиндры. Основными приборами системы являются топливный бак, фильтры грубой и тонкой очистки, топливный насос, карбюратор, воздушный фильтр, впускные и выпускные трубы, глушитель. К системе питания дизеля относятся топливный бак, фильтры топлива грубой и тонкой очистки, подкачивающий насос низкого давления, топливный насос высокого давления, форсунки, воздушный фильтр, выпускные трубы, труба глушителя и глушитель.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. У дизелей система зажигания отсутствует, так как воспламенение горючей смеси происходит под действием высокой температуры воздуха в результате сильного сжатия.

8

Система запуска включает приборы, обеспечивающие пуск двигателя.

1.3 Основные параметры двигателя

Косновным параметрам двигателя относятся:

-верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня (рисунок 1.1).

-нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня.

-радиус кривошипа R — расстояние от оси коренной шейки коленчатого вала до оси его шатунной шейки.

-ход поршня S — расстояние между крайними положениями поршня, равное удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала. Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (полоборота).

а — ВМТ; б — НМТ; Vc — объем камеры сгорания; Vh, — рабочий объем цилиндра; D — диаметр цилиндра; S - ход поршня

Рисунок 1.1 – Основные положения кривошипно-шатунного механизма

Ход поршня S и диаметр D цилиндра обычно определяют размеры двигателя.

-такт — часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня.

-объем камеры сгорания VC — объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ.

-рабочий объем цилиндра Vh — объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ.

9

-полный объем цилиндра — объем пространства над поршнем при нахождении его в НМТ. Очевидно, что полный объем цилиндра равен сумме рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания.

-степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

-индикаторная мощность Ni — мощность, развиваемая газами в цилиндре.

-эффективная (действительная) мощность Ne — мощность,

развиваемая на коленчатом валу двигателя. Эффективная мощность Ne меньше индикаторной Ni, так как часть последней затрачивается на трение и на приведение в движение вспомогательных механизмов. Эта мощность называется мощностью механических потерь NM.

-механический КПД (коэффициент полезного действия) двигателя М

— отношение эффективной мощности к индикаторной:

-индикаторный КПД i , представляет собой отношение теплоты Qi эквивалентной индикаторной работе, ко всей теплоте Q, введенной в

двигатель с топливом.

-эффективный КПД e — отношение количества теплоты Q2, превращенного в механическую работу на валу двигателя, ко всему количеству теплоты Q1, подведенному в процессе работы.

-среднее эффективное давление ре — произведение среднего индикаторного давления рi (давление, действующее на поршень в течение одного хода поршня) на механический КПД М .

-удельный индикаторный расход топлива gi — количество топлива,

расходуемого в двигателе для получения в течение 1 ч индикаторной мощности 1 кВт.

-удельный эффективный расход топлива ge — количество топлива,

которое расходуется в двигателе для получения в течение 1 ч 1 кВт эффективной мощности.

1.4 Рабочие циклы двигателей

Рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания называется совокупность процессов, повторяющихся в определенной последовательности.

У четырехтактного двигателя каждый такой процесс называется тактом и происходит за один ход поршня.

1.4.1 Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Тактами карбюраторного двигателя являются впуск - наполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси; сжатие - впущенный в цилиндр свежий заряд горючей смеси сжимается для подготовки следующего такта, которым является рабочий ход, предназначенный для преобразования тепловой энергии в

10