Основные механизмы и ситемы двигателей

Современные поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложные агрегаты, состоящие из следующих основных механизмов и систем: кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения, систем питания, смазки, охлаждения и пуска.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из движущихся деталей, воспринимающих давление газов и преобразующих поступательное движение во вращательное. Кроме того, эти детали передают рабочие усилия коленчатому валу. В кривошипно-шатунный механизм входят поршенвые комплекты, шатуны (в отдельных случаях крейцкопфный механизм), коленчатый вал и маховик.

Механизм газораспределения служит для осуществления в определенной последовательности выпуска продуктов сгорания и впуска в цилиндр свежего заряда. Этот механизм состоит из выпускных и впускных органов и деталей, передающих к ним движение от коленчатого вала: штанг, толкателей, коромысел, распределительных валов и шестерен.

Газораспределение бывает трех типов: щелевое, клапанное и клапанно-щелевое.

Щелевое газораспределение используется в двухтактных карбю­раторных двигателях, клапанно-щелевое — в двух­тактных дизелях. В четырехтактных двигателях при­меняют клапанное газораспределение двух вариантов: нижнее – при расположении клапанов в блоке цилиндров (ГАЗ-51, ЗИЛ-164) и верхнее – при расположении клапанов в головке блока (ГАЗ-53, ЗИЛ-130).

Верхнее расположение клапанов дает возможность придать камере сгорания наиболее компактную форму с малой поверхностью охлаждения. Это способствует уменьшению потерь тепла и увели­чению индикаторного к. п. д., позволяет достичь высокой топлив­ной экономичности двигателя и повысить его мощность.

Недостатками системы газораспределения с верхним располо­жением клапанов являются сложность конструкции и повышенная стоимость изготовления.

Система воздухоснабжения объединяет продувочный насос (в двухтактных двигателях без наддува), компрессор или турбокомпрессор, детали привода, воздушный ресивер, охладители воздуха, воздушный фильтр и глушитель шума впуска.

Система питания (топливная система) состоит из деталей и механизмов, обеспечивающих подготовку и распыливание топлива, а также регулирование качества или количества заряда в цилиндре двигателя. В систему питания двигателей с внешним смесеобразованием входят карбюраторы или смесительные устройства, топливные баки, топливоподкачивающие насосы, фильтры, регуляторы, топливопроводы.

Процессы подачи топлива в двигателях с воспламенением от искры.В двигателях с воспламенением смеси от искры подача топлива в цилиндры осуществляется следующими способами:

а) в цилиндры поступает горючая смесь топлива и воздуха, предварительно подготовленная в карбюраторе;

б) в цилиндры поступает горючая смесь газа и воздуха, подготовленная в смесителе;

в) путем впрыскивания жидкого топлива во впускной тракт или непосредственно в цилиндры двигателя.

Процесс смесеобразования в дизельных двигателях состоит в рас­пылении поступающего в цилиндр топлива и перемешивании его с воздухом непосредственно в камере сгорания.

По форме камеры сгорания различают:

а) дизели с неразделенными камерами сгорания (однокамерные), в которых камера сгорания представляет собой единый объем, заполняемый в конце такта сжатия воздухом, куда впрыскивается порция распыленного топлива;

б) дизели с разделенными камерами сгорания (двухкамерные), в которых одна часть камеры находится в головке блока, а другая часть образована головкой блока и днищем поршня, когда он нахо­дится в в. м. т.

По способу смесеобразования различают:

а)смесеобразо­вание в неразделенной камере сгорания;

б) предкамерное смесеобразование;

в)вихрекамерное смесеобразование.

Устройство и работа системы подачи топлива

Как и у карбюраторных двигателей, приборы питания дизеля можно сгруппировать в три подсистемы: подачи топлива, подачи воздуха и удаления отработавших газов.

Из бака топливо через фильтр грубой очистки поступает к под­качивающему насосу, который подает его под небольшим давлением через фильтр тонкой очистки к насосу высокого давления. Послед­ний предназначен для дозирования и подачи топлива под высоким давлением к форсункам, установленным в головках цилиндров. Через форсунки распыленное топливо поступает в камеры сгорания.

Система смазки включает отдельные устройства и механизмы, служащие для подачи масла к поверхностям трения и озлаждаемым деталям. К ним относятся масленки, масляные насосы, фильтры, маслосборники, редукционный клапан, охладители и т.п.

Система смазки предназначена для подачи смазочных материалов к трущимся поверхностям деталей двигателя с целью уменьшения трения и износа, для охлаждения деталей, очистки их от нагара и продуктов износа, защиты от коррозии. Кроме того, смазка способ­ствует герметичности соединения цилиндра с поршнем. При недо­статочной смазке деталей двигателя повышается износ трущихся поверхностей, увеличивается между ними сила трения и ухудша­ется герметичность цилиндров; при избытке смазки электроды свечей зажигания заливаются маслом и увеличивается нагарообразование, что приводит к перебоям в работе двигателя и повышению расхода масла.

Масляный насоспредназначен для создания давления и циркуляции масла в системе.

Редукционный клапанпредназначен для предохранения си­стемы смазки от чрезмерного повышения в ней давления.

Он может устанавливаться в масляном насосе (двигатели ГАЗ-51, ЗИЛ-130), в конце главной масляной магистрали (двигатель ГАЗ-21), а иногда и в обоих местах (двигатель ГАЗ-53) и регулируется обычно на давление 2, 5 З кгс/см². При срабатывании редукционного клапана масло перекачивается снова во всасывающую полость насоса (двигатель ЗИЛ-130) или сливается в картер.

Маслоприемник через сетчатый фильтр очищает масло, посту­пающее к насосу из картера. Различают плавающие и неподвиж­ные маслоприемники. Неподвижные маслоприемники (двигатели ГАЗ-53, ЗИЛ-130) отличаются простотой конструкции.

Применение плавающих маслоприемников позволяет подавать в насос наиболее чистые слои масла, свободные от осевших меха­нических примесей и обеспечивает подачу масла даже при сниже­нии его уровня в картере.

Система охлаждения служит для охлаждения деталей, соприкасающихся с горячими газами. Охлаждение может производиться водой, специальными жидкостями, воздухом, а также маслом и топливом (охлаждени, насос-форсунок). В зависимости от принятого способа охлаждения в данную группу входят различные устройства и механизмы для подвода охладителя к деталям и теплогазообменники.

Сгорание рабочей смеси в цилиндрах сопровождается выделением большого количества тепла, что вызывает интенсивный нагрев де­талей кривошипно-шатунного и газораспределительного механиз­мов. Перегрев стенок цилиндров, поршней и клапанов может при­вести к повышенному износу трущихся пар, заклиниванию поршней в цилиндрах, ухудшению наполнения цилиндров карбюраторных двигателей горючей смесью, а дизелей — воздухом, к преждевре­менному воспламенению рабочей смеси. В то же время переохлаж­дение двигателя приводит к загустеванию смазки и ухудшению ис­парения топлива в цилиндрах. Это вызывает повышенный износ трущихся поверхностей, рост величины механических потерь на трение в двигателе. Ухудшается состав рабочей смеси. Особенно интенсивно в переохлажденном двигателе происходит износ цилиндров, на внутреннюю поверхность которых воздействуют кислоты, образующиеся при конденсации водяных паров, находящихся вместе с окислами углерода, азота и серы в отработавших газах.

Для создания наиболее благоприятного теплового режима дви­гателя, обеспечивающего наибольшую его мощность, высокую экономичность и долговечность, служит система охлаждения.

Автотракторные двигатели внутреннего сгорания имеют два типа систем охлаждения: жидкостную и воздушную. В обоих слу­чаях отводимое тепло в конечном итоге передается окружающему воздуху: при воздушном охлаждении оребренные наружные стенки блока цилиндров и головки блока омываются встречным потоком воздуха, который отводит тепло от нагретых деталей; рубашки цилиндров при жидкостном охлаждении заполняются жидкостью, которая, циркулируя в системе, отводит тепло от нагретых стенок, цилиндров и в специальном теплообменном устройстве – радиато­ре – передает его воздуху.

В качестве охлаждающей жидкости, как правило, применяется вода. В зимнее время рекомендуется использовать антифриз – жидкость, не замерзающую при низкой температуре.

Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. Открытая система охлаждения постоянно соединена с атмосферой. Закрытая система охлаждения может работать при давлении более высоком, чем атмосферное, что уменьшает испарение жидкости и образование накипи внутри системы.

Систему пуска образуют механизмы и устройства, предназначенные для обеспечения быстрого инадежного запуска двигателя.

Одним из основных требований, предъявляемых к двигателям, следует считать легкость их пуска.

Для пуска двигателя его коленчатому валу необходимо сообщить некоторую частоту вращения, обеспечивающую смесеобразование, заполнение цилиндров, свежим зарядом, сжатие и воспламенение. Надежный пуск двигателя обеспечивается при вполне определенной, минимально необходимой частоте прокручивания коленчатого вала.

Минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой получаются первые вспышки в двигателе, называется пусковой. Необходимая для начала работы двигателя частота вращения (пусковая частота вращении коленчатого вала) зависит от способа смесеобразования изажигания, от температуры окружающей среды и температуры самого двигателя, а также от его типа иконструктивных особенностей, степени изношенности деталей и т.п.

Карбюраторные двигатели вследствие наличияпостороннего источника зажигания, внешнего смесеобразования при относительно легко испаряющемся топливе и устройств для обогащения смеси имеют наиболее низкие пусковые частоты вращения вала.

Минимальная пусковая частота вращения дизеля значительно выше вследствие особенностей смесеобразования ивоспламенения.

Для самовоспламенения топлива должно быть обеспечено высокое сжатие воздуха в цилиндре. В связи с этим, пусковой момент для дизелей выше, чем для карбюраторных двигателей равной мощности, вследствие более высокой степени сжатия у дизелей.

Минимальная пусковая частота вращения (50 об/мин) для карбюраторного двигателя ниже, чем для дизеля (120-240 об/мин), поскольку температура самовоспламенения топлива при сжатии высокая.

Энергия, сообщаемая коленчатому валу двигателя при его запуске, расходуется на преодоление трения деталей и приведение в движение вспомогательных механизмов, выполнение вспомогательных ходов рабочего цикла, сообщение кинетической энергии всем движущимся массам двигателя.

Кроме перечисленных выше групп деталей, механизмов и систем в конст-рукции двигателя могут быть и другие устройства, например система зажига-ния (в двигателях с принудительным воспламенением), а также устройства для реверса, контроля, управления, утилизации отходящей теплоты и т.п.

Рекомендуемая литература: 2 [26-48], 5 [86-90]; 10 [66-70]; 16 [44-59].

Контрольные вопросы

1. Объясните общую конструкцию поршневых ДВС.

2. Из каких отдельных корпусныех деталей состоит двигатель?

3. В какой части двигателя располагается коленчатый вал?

4. Чем отличается картер от блок-картера?

5. Для чего предназначена головка цилиндров?

6. Какую функцию выполняет кривошипно-шатунный механизм?

7. Какую функцию выполняет газораспределительный механизм механизм?

8. Какую функцию выполняет система питания двигателя?

9. Для какой цели используется система смазки двигателя?

10. Для чего нужна система охлаждения двигателя?

11. В каком двигателе используется система зажигания?

12. Какую функцию выполняет система пуска?

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: