1 .7. Число и расположение цилиндров



Одноцилиндровый четырехтактный двигатель имеет значительную неравномерность вращения коленчатого вала, которая вызвана тем, что за два оборота коленчатого вала только в течение одного полуоборота коленчатый вал вращается вследствие давления газов, а три полуоборота — за счет энергии, накопленной маховиком. Причем во время рабочего хода вращение коленчатого вала ускоренное, а во время подготовительных ходов — замедленное, что вызывает повышенную вибрацию двигателя, которая может быть лишь частично уменьшена вследствие значительного момента инерции маховика. Повышения равномерности работы двигателя можно добиться увеличением числа цилиндров, так как при этом может быть увеличено число рабочих ходов, приходящихся на один оборот коленчатого вала. Цилиндры двигателя могут располагаться (рис. 5 и 6):

  1. вертикально в один ряд (рядное расположение);
  2. горизонтально в один ряд;
  3. однорядно с наклоном от вертикали;
  4. двухрядно V -образно;
  5. оппозитно.

1 .7. Число и расположение цилиндров Рис. 5. Варианты различного расположения цилиндров двигателей: а — однорядного; б — однорядного с наклоном от вертикали; в — V-образного; г — с противоположно лежащими цилиндрами; 1 — цилиндр; 2 — головка цилиндров; 3 — блок-картер; 4 — поддон При V -образном расположении цилиндров двигатель имеет более жесткую конструкцию, меньшие габаритные размеры (длину) и массу, чем рядный двигатель той же мощности. К недостаткам V -образных двигателей необходимо отнести значительную ширину и более сложную конструкцию. Равномерность вращения коленчатого вала многоцилиндрового двигателя обеспечивается при равномерном чередовании рабочих ходов поршней. Последовательное чередование одноименных тактов в различных цилиндрах за рабочий цикл называется порядком работы двигателя. При выборе порядка работы двигателя стремятся обеспечивать равномерное распределение нагрузки на коленчатый вал. В четырехцилиндровом двигателе (рис. 7 и 8) угол чередования рабочих ходов 180° (720° 4). Это определяет конструкцию коленчатого вала и угол между шатунными шейками, который должен равняться 180°

1 .7. Число и расположение цилиндров


Рис. 8. Поперечный разрез двигателя автомобиля «Волга»: 1 — поддон; 2 — коленчатый вал; 3 — шатун; 4 — блок цилиндров; 5 — поршень; 6 — гильза цилиндра; 7 — выпускной трубопровод; 8 впускной трубопровод; 9 — карбюратор; 10 — коромысло; 11 — ось коромысел; 12 — распределитель зажигания; 13 — штанга; 14 — указатель уровня масла; 15 — распределительный вал; 16 — стартер; 17 — маслоприемник Порядок работы четырехцилиндрового двигателя может быть 1-3-4-2 или 1-2-4-3. В шестицилиндровом рядном двигателе шатунные шейки коленчатого вала расположены в трех плоскостях под углом 120° порядок работы 1-5-3-6-2-4. В V -образных четырехтактных двигателях на равномерность чередования рабочих ходов влияет не только расположение шатунных шеек коленчатого вала, но и угол между осями цилиндров. Для получения оптимальной равномерности хода двухрядного двигателя угол, называемый углом развала, должен быть в два раза меньше угла между шатунными шейками. В этом случае угол чередования рабочих ходов определяется по формуле 720/2 i , где i — число цилиндров. В шестицилиндровых V -образных двигателях (рис. 9) с углом развала 90° и углом между шатунными шейками 120° порядок работы 1—4—2—5—6—3. Особенностью данного двигателя является крепление на одной шатунной шейке двух шатунов. В этом случае чередование одноименных тактов в цилиндрах неравномерно через 90 и 150° На таких двигателях для повышения равномерности хода устанавливают маховик с повышенным моментом инерции (на 60—70 % больше, чем у рядного двигателя). Восьмицилиндровые V -образные двигатели ЗИЛ-645 (рис. 10 и 11), КамАЗ-740.10 (рис. 12 и 13), ГАЗ-53-12 (рис. 14) имеют угол развала 90° Чередование одноименных тактов осуществляется через 90° Шатунные шейки коленчатого вала располагаются под углом 90° Перекрытие рабочих ходов в этом случае составляет также 90° что обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала. Порядок работы цилиндров двигателей 1-5-4-2-6-3-7-8.

1 .7. Число и расположение цилиндров

parkers | 04.03.2009

1.6. Сравнение дизелей и карбюраторных двигателей



На современных автомобилях применяются как карбюраторные двигатели, так и дизели. По сравнению с карбюраторными двигателями дизели имеют следующие преимущества:

  1. более высокая топливная экономичность (на 30—40 %);
  2. больше крутящий момент (на 15—20 %) при одинаковой мощности;
  3. меньшая пожароопасность;
  4. меньшая токсичность;
  5. высокая надежность.
К недостаткам дизеля, при сравнении их с карбюраторными двигателями, можно отнести:
  1. большую массу и габаритные размеры при одинаковой мощности;
  2. более трудный пуск, особенно в зимнее время года;
  3. повышенный уровень шума;
  4. высокую стоимость топливной аппаратуры;
  5. меньшую мощность;
  6. значительное содержание сажи в отработавших газах.


parkers | 27.02.2009

1.5. Четырехтактный дизель



Рабочий цикл дизеля (рис. 4) отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный в воздухоочистителе воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе. Первый такт — впуск. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давление 0,08—0,09 МПа. Коэффициент наполнения цилиндра 0,9 и выше, т.е. больше, чем у карбюраторного двигателя. Второй такт — сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется прочностью деталей КШМ и равна 17—21. Третий такт — расширение (рабочий ход). В конце такта сжатия (20—30° угла поворота коленчатого вала до прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются давление и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа, а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемещается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2—0,4 МПа и 800—1200 К соответственно. Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11—0,12 МПа, температура 850—1200 К. После этого рабочий цикл дизеля повторяется. В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и расширения. Рабочий цикл происходит за 360° (один оборот коленчатого вала). При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМТ впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя. Сравнение рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1,5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее. К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежего заряда, снижает экономичность.


parkers | 23.02.2009

1.4. Карбюраторный четырехтактный двигатель



При рассмотрении рабочего цикла двигателя (рис. 3) условно принято, что каждый такт начинается и заканчивается при нахождении поршня в ВМТ или НМТ. Первый такт — впуск. Поршень перемещается с ВМТ в НМТ, освобождающаяся надпоршневая полость цилиндра заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан из-за возникающего разрежения. Горючая смесь, поступая в цилиндр, смешивается с остатками отработавших газов от предыдущего цикла, образует рабочую смесь. В конце такта давление в цилиндре составляет 0,07—0,95 МПа, температура — 350—390 К, коэффициент наполнения цилиндра — 0,6—0,7. Второй такт — сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем надпоршневой полости уменьшается. Рабочая смесь сжимается. Сжатие сопровождается повышением давления и температуры. Степень сжатия регламентируется детонационной стойкостью топлива. В конце такта давление составляет 1,2—1,7 МПа, а температура — 600—700 К. Третий такт — расширение. В начале такта при сгорании рабочей смеси, которая воспламеняется от искрового разряда свечи зажигания, выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура и давление. Вследствие давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Газы расширяются и совершают полезную работу. В начале расширения давление газов составляет 4—6 МПа, температура — 2500—2800 К. В конце расширения давление в цилиндре составляет 0,3—0,5 МПа, температура - 1100—1800 К. Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод и в окружающую среду. В конце выпуска давление в цилиндре составляет 0,105—0,12 МПа, а температура — 850-1200 К. Степень очистки цилиндра от отработавших газов характеризуется коэффициентом остаточных газов (отношение массы остаточных газов к массе свежего заряда). Для современных ДВС коэффициент остаточных газов составляет 0,08—0,2, он возрастает при увеличении частоты вращения коленчатого вала. Рабочий цикл двигателя заканчивается четвертым тактом. При дальнейшем движении поршня цикл повторяется в той же последовательности. Коленчатый вал в течение четырех тактов поворачивается на 720°, т.е. совершает два оборота. В двигателях, работающих по четырехтактному циклу, полезная работа совершается только в период такта расширения (рабочего хода), когда поршень перемещается под действием расширяющихся газов, поворачивая коленчатый вал на 180° Остальные три такта являются подготовительными и выполняются при поворачивании коленчатого вала на 540° за счет инерции маховика и работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателях)


parkers | 17.02.2009

1.3. Рабочие циклы ДВС



Рабочий цикл — последовательность процессов, периодически повторяющихся в двигателе. Цикл может быть осуществлен либо за два (двухтактный), либо за четыре (четырехтактный) такта. Рабочий цикл двигателя включает в себя:

  1. впуск — заполнение цилиндра свежим зарядом;
  2. сжатие интенсифицирует процесс сгорания, а также предопределяет более глубокое последующее и возможную полноту использования теплоты, выделяющейся при сжигании топлива в цилиндре;
  3. расширение — рабочая смесь сгорает, газы, стремясь расшириться, перемещают поршень от ВМТ к НМТ;
  4. выпуск — очистка цилиндра от отработавших газов.


parkers | 17.02.2009

1.2. Устройство и основные параметры двигателя



Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих механизмов и систем:

  1. кривошипно-шатунный механизм (КШМ);
  2. газораспределительный механизм (ГРМ);
  3. система охлаждения;
  4. смазочная система;
  5. система питания;
  6. система зажигания (в карбюраторном двигателе);
  7. система электрического пуска двигателя.
В поршневом ДВС (рис. 1) преобразование энергии происходит в замкнутом объеме, который образован цилиндром, крышкой (головкой) цилиндра и поршнем. В карбюраторном двигателе горючая смесь вводится в цилиндр через впускной клапан, смешиваясь с остатками отработавших газов — образует рабочую смесь, которая сжимается поршнем и воспламеняется. Образовавшиеся при сгорании газы перемещают поршень, который через шатун передает усилие на кривошип коленчатого вала, поворачивая его вокруг оси. Отработавшие газы вытесняются при обратном движении поршня через выпускной клапан. Таким образом, тепловая энергия преобразуется в механическую, а возвратно-поступательное движение — во вращательное как наиболее удобный для трансформации вид движения.

1.2. Устройство и основные параметры двигателя Рис. 1. Схема четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — штанга; 6 — впускной клапан; 7 — коромысло; 8 - свеча зажигания; 9 — выпускной клапан; 10 — поршневые кольца; 11 — шатун; 12 — коленчатый вал; 13 — поддон При вращении коленчатого вала поршень дважды за один оборот останавливается и меняет направление движения.


Основные параметры двигателей Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня (рис. 2). Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Радиус кривошипа — 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° (пол-оборота). Ход поршня S и диаметр D цилиндра обычно определяют размеры двигателя. Такт — часть рабочего цикла, происходящая за один ход поршня. Объем камеры сгорания — объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ. Рабочий объем цилиндра объем пространства, освобождаемого поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ. 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 е — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Индикаторная мощность N i мощность, развиваемая газами в цилиндре. Эффективная (действительная) мощность N e — мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Эффективная мощность N e меньше индикаторной N i , так как часть последней затрачивается на трение и на приведение в движение вспомогательных механизмов. Эта мощность называется мощностью механических потерь N M . Механический КПД (коэффициент полезного действия) двигателя n м — отношение эффективной мощности к индикаторной: n м = N e/Ni*100 %.

parkers | 16.02.2009

1.1. Назначение и классификация двигателей



Двигатель — источник энергии, преобразующейся в механическую работу, обеспечивающую движение автомобиля. Требования предъявляемые к двигателям:

  1. низкий уровень шума;
  2. соответствие требованиям международных норм по токсичности отработавших газов;
  3. высокая экономичность;
  4. компактность;
  5. простота и безопасность в обслуживании;
  6. высокие мощностные показатели.
Двигатели внутреннего сгорания могут быть классифицированы по следующим признакам;
  1. по применяемому топливу — двигатели, работающие на жидком топливе, газовые и газожидкостные;
  2. по способу смесеобразования — с внешним и внутренним смесеобразованием;
  3. по способу подачи топлива — с карбюрацией, под давлением впрыска (моновпрыск, центральный, многоточечный);
  4. по способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные;
  5. по способу воспламенения горючей смеси — с самовоспламенением от сжатия и с принудительным воспламенением от электрической искры;
  6. по способу наполнения рабочего цилиндра — двигатели без наддува и с наддувом;
  7. по числу цилиндров;
  8. по расположению цилиндров — рядные V- и W -образные, а также вертикальные, с наклоном, горизонтальные, оппозитные;
  9. по способу охлаждения — с жидкостным и воздушным охлаждением;
  10. по степени быстроходности — тихоходные (со средней скоростью поршня до 10 м/с) и быстроходные (со средней скоростью поршня выше 10 м/с).


parkers | 16.02.2009

Общие сведения



Автомобиль состоит из трех основных частей: кузова, двигателя и шасси. Кузов грузового автомобиля состоит из кабины водителя и платформы. Двигатель — машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. На большинстве современных автомобилей установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в которых часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в замкнутой рабочей полости, преобразуется в механическую работу. Первый работоспособный поршневой двигатель внутреннего сгорания был построен французским механиком Ленуаром в 1860 г. Двухтактный двигатель с золотниковым распределением работал на светильном газе с воспламенением от электрической искры без предварительного сжатия рабочей смеси в цилиндре. В 1877 г. немецкий механик Н. Отто осуществил предварительное сжатие газовоздушной смеси в цилиндре, благодаря чему эффективность двигателей резко возросла. В 1892 г. немецкий изобретатель Р. Дизель получил патент на двигатель внутреннего сгорания нового типа, рассчитанный на использование жидкого топлива. Он предложил нагревать воздух в цилиндре путем сжатия до температуры, при которой мелкораспыленное впрыскиваемое топливо могло бы испаряться, окисляться, самовоспламеняться и сгорать по мере поступления в цилиндр. Такой двигатель был впервые построен в 1899 г. на заводе Э. Нобеля в Петербурге (ныне «Русский дизель»). В 1957 г. немецкий инженер Ф. Ванкель создал роторно-поршне вой двигатель. В отличие от поршневых двигателей, где возвратно-поступательные движения поршня преобразуются во вращательное движение коленчатого вала, в роторно-поршневом двигателе (РПД) основной рабочий орган — треугольный поршень совершает вращательное движение. На каждой грани поршня имеется камера сгорания. За полный оборот поршня в каждой из трех полостей последовательно совершаются все процессы рабочего цикла. Однако массовое применение данный двигатель не получил из-за низкой экономичности и высокой токсичности. В 1897 г. по проекту инженера Кузьминского была построена газовая турбина. Газотурбинные двигатели (ГТД) используют в стационарных силовых установках, в авиации, на водном и железнодорожном транспорте. Начиная с 50-х годов XX века ГТД применяются на автомобильном транспорте. Через проточную часть ГТД проходит непрерывный поток газа. Последовательность процессов, образующих термодинамический цикл (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск), осуществляется, в отличие от поршневых двигателей, в специально предназначенных для этого автономных агрегатах: сжатие — в компрессоре, сгорание — в камере сгорания, расширение — в турбинах. В поршневых двигателях эти процессы осуществляются в одном замкнутом объеме — цилиндре. 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.


parkers | 14.02.2009