газораспределительного механизма, роль которого выполняет поршень.
Недостатки двухтактных двигателей:
по экономичности уступают четырехтактным из-за менее совершенной очистки цилиндра от отработавших газов;
продувка цилиндра осуществляется горючей смесью, что приводит к потере до 30 % смеси;
требуют более интенсивного охлаждения;
добавление масла (до 4 %) в бензин для смазки деталей двигателя приводит к увеличению отложения нагара на днищах поршней, головках клапанов и стенках камер сгорания;
неудовлетворительная продувка на режимах частичных нагрузок из-за низкого давления в кривошипной камере приводит к пропускам воспламенения рабочей смеси;
наличие выпускных и продувочных окон уменьшает продол-
жительность рабочего хода.
Из-за указанных недостатков установка двухтактных двигателей на автомобилях оказалась нерентабельной. Эти двигатели устанавливаются на мотоциклах, мопедах, мотороллерах, мотоколясках, а также используются в качестве подвесных лодочных моторов и пусковых двигателей тракторов.
Преимущества дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями:
лучшая экономичность (25... 30 %) благодаря большей степени сжатия и дешевому топливу;
менее опасны в пожарном отношении;
не имеют системы зажигания, на долю которой у карбюраторных двигателей приходится значительный процент неисправностей;
топливо содержит меньше канцерогенных веществ;
дизельные двигатели развивают больший крутящий момент при меньшей частоте вращения коленчатого вала.
Недостатки дизелей:
затрудненный, по сравнению с карбюраторными двигателями, пуск, особенно в зимнее время;
расход металла на единицу мощности на 30% больше, чем у карбюраторных двигателей;
более шумная и жесткая работа;
значительно меньшая литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы рабочего объема) по сравнению с бензиновыми двигателями;
технологически и технически более сложные процессы изготовления и обслуживания.
16
1.6 Наддув в дизельных двигателях
Мощность двигателя зависит от частоты вращения коленчатого вала, степени сжатия и рабочего объема цилиндров. Для повышения литровой мощности дизеля применяют газотурбинный наддув, увеличивающий весовое наполнение цилиндра воздухом, так как воздух подается под давлением 0,15…0,17 МПа. За счет этого обеспечивается более полное сгорание топлива. Турбонаддув позволяет повысить мощность двигателя на 20…40% без увеличения размеров цилиндров и частоты вращения коленчатого вала.
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – впускной клапан; 4 – впускной трубопровод; 5
– колесо центробежного компрессора; 6 – вал турбокомпрессора; 7 – корпус турбокомпрессора; 8 – колесо турбины; 9 – выпускная труба; 10 – выпускной клапан; 11 – поршневой палец; 12 – шатун
Рисунок 1.5 – Схема работы газотурбинного компрессора
Простейший турбокомпрессор работает следующим образом (рисунок 1.5). При открытом выпускном клапане 10 отработавшие газы выходят через выпускную трубу 9 и создают давление на лопасти колеса турбины 8. Колесо турбины установлено на валу турбокомпрессора 6, на другом конце которого установлено колесо центробежного компрессора 5. Колесо турбины под давлением отработавших газов вращается, вместе с ним вращается и колесо центробежного компрессора, захватывая воздух из впускной трубы и нагнетая его по трубопроводу 4 через впускной клапан 3 в камеру сгорания. Нагнетание воздуха в цилиндр 1 происходит в момент перекрытия клапанов, когда поршень 2 подходит к ВМТ. В это время выпускной клапан еще открыт и закрывается только тогда, когда поршень пройдет ВМТ (на 40 , считая по обороту коленчатого вала). Впускной клапан тоже открывается с опережением.
17
Поскольку двигатели многоцилиндровые, то газотурбинный компрессор будет работать, непрерывно подавая сжатый воздух в цилиндры, в которых осуществляется такт впуска.
К недостаткам газотурбинного наддува можно отнести повышение теплонапряженности деталей двигателя из-за сгорания большой дозы топлива, поступающего в цилиндр, и расход мощности на работу турбокомпрессора. Кроме того, наличие турбокомпрессора требует применения моторных масел более высокого качества. Не допускается работа в режиме полной мощности непрогретого двигателя с турбокомпрессором, а также резкая остановка двигателя после работы в режиме полной мощности и на высоких оборотах. Нарушение этих правил приводит к преждевременным поломкам турбокомпрессора.
Кроме газотурбинного, на некоторых двигателях применяется механический наддув, который представляет собой компрессор, подающий воздух в цилиндры двигателя под давлением, с приводом от коленчатого вала двигателя. Достоинством механического наддува является значительно меньшая теплонапряженность деталей компрессора, и, следовательно, большая надежность по сравнению с газотурбинным наддувом. Кроме того, механический наддув не создает дополнительного сопротивления при выпуске отработавших газов. Недостатком механического наддува являются значительные потери мощности двигателя на привод компрессора.
18
2 КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ
2.1 Общие сведения
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает силу взрыва горючих газов и превращает прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Весь кривошипно-шатунный механизм можно разделить на две большие группы: группу неподвижных и подвижных деталей. К группе неподвижных деталей относят блок цилиндров, отлитый за одно целое с верхним картером; поддон картера двигателя; головку блока цилиндров, между которыми находится уплотняющая прокладка; крышку распределительных зубчатых колес. Между поддоном картера, крышкой распределительных зубчатых колес и блоком цилиндров укладываются уплотнительные прокладки.
К группе подвижных деталей кривошипно-шатунного механизма относят коленчатый вал с подшипниками (вкладышами), шатуны с подшипниками (вкладыши для нижних головок и втулки для верхних головок), поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы (устанавливаются на всех моделях двигателей) и маховик. Обе группы имеют крепежные детали.
2.2 Блок цилиндров
Блок цилиндров (рисунок 2.1) является базовой деталью двигателей. На нем крепят и устанавливают все основные детали, а также механизмы и приборы различных систем двигателя. Блоки цилиндров двигателей составляют одно целое с верхним картером.
Блоки цилиндров могут изготавливаться из легированных серых чугунов (двигатели автомобилей ЗИЛ-433100, КамАЗ-5320 и всех модификаций, ВАЗ2110, -21102, -21103, -2111, -2112, «Ока» ВАЗ-1111, -11113 и др.) или из алюминиевого сплава (двигатели автомобилей ИЖ-2126, ГАЗ-3307, «Волга» ГАЗ-
3102 и ее модификации, «ГАЗель» ГАЗ-2705, ГАЗ-3302, -33021, -33023, -33027, - 330273, -27057 и другие модификации этих автомобилей). Для обеспечения сохранности геометрических форм и предотвращения коробления блоки цилиндров после отливки подвергают искусственному старению.
Блоки цилиндров, отлитые из чугуна, могут изготавливаться вместе с цилиндрами (двигатели автомобилей «Жигули» всех модификаций, «Ока» всех модификаций) или иметь вставные гильзы цилиндров (КамАЗ-5320 и все модификации, ЗИЛ-433100 и др.).
Блоки цилиндров, отлитые из алюминиевого сплава, имеют вставные гильзы цилиндров (двигатели автомобилей «ГАЗель» всех модификаций, ГАЗ-3307, ИЖ2126 и др.). Гильзы цилиндров могут быть мокрыми и сухими. Гильза называется мокрой, если она непосредственно омывается охлаждающей жидкостью. Сухие гильзы контакта с охлаждающей жидкостью не имеют.
19
1 — блок цилиндров; 2 — картер сцепления; 3 — площадка для установки корпуса масляных фильтров с каналами подачи и слива масла; 4 — отверстия в блоке для установки гильз цилиндров; 5 — установочный штифт головки цилиндров; 6 — площадка для установки передней части впускного трубопровода с фильтром вентиляции картера и отверстием для заливки масла в картер; 7 — каналы для подачи охлаждающей жидкости от водяного насоса в блок цилиндров; 8 — правый магистральный канал для подачи масла к правому ряду толкателей и компрессору; 9 — левый магистральный канал для подачи масла к коренным подшипникам коленчатого вала и к левому ряду толкателей; 10 — отверстие для установки распределительного вала; 11 — крышка распределительных шестерен; 12 — фланец для крепления центробежного датчика ограничителя числа оборотов коленчатого вала; 13 — отверстие для выхода носка коленчатого вала; 14 — отверстие для подачи масла к компрессору; 15 — пробка отверстия для слива масла из компрессора; 16— крышка переднего коренного подшипника коленчатого вала; 17 — крышка среднего коренного подшипника коленчатого вала; 18 — крышка заднего коренного подшипника коленчатого вала; 19 — перегородка (лоток) поддона картера; 20 — поддон картера двигателя; 21 — прокладка; 22 — нижняя крышка картера сцепления; 23 — площадка для крепления масляного насоса
Рисунок 2.1 – Блок цилиндров двигателя и его детали
20