Читать книгу Устройство военной автомобильной техники - Павел Москвин - Страница 8

В современном мировом энергетическом балансе ДВС занимают первое место как по количеству, так и по вырабатываемой суммарной мощности. В настоящее время они применяются практически во всех областях техники.

Первый поршневой ДВС был построен в 1860 г. французским инженером Ленуаром. В связи с отсутствием предварительного сжатия рабочего тела двигатель представлял собой крайне несовершенную модель, которая не могла конкурировать даже с паровыми машинами того времени.

Впервые бензиновый двигатель в металле был построен русским инженером Костовичем в 1881 г. При весе 240 кг двигатель имел мощность 80 л.с., опережая по удельному весу на два – три десятилетия все получившие в последующем распространение карбюраторные двигатели.

В 1897 году немецкий инженер Дизель впервые выполнил в металле разработанный им же двигатель с воспламенением от сжатия. Эти двигатели в настоящее время носят его имя. Вследствие ряда конструктивных недостатков этот двигатель был снят с производства. Значительно больших успехов в производстве компрессорных дизелей добились русские инженеры. Внеся ряд конструктивных оригинальных изменений в двигатель Дизеля, они создали образцы, получившие применение не только в России, но и за рубежом.

В настоящее время осуществляется непрерывная модернизация двигателей, при этом особое внимание уделяется повышению их надежности и долговечности, экономичности, повышению их удельных показателей мощности.

Основными силовыми установками для армейских машин по-прежнему остаются поршневые ДВС воспламенением от сжатия и от постороннего источника. При этом на легковых армейских автомобилях, легких и средних грузовых автомобилях многоцелевого назначения и колесных тягачах используются карбюраторные двигатели, а на тяжелых грузовых автомобилях и гусеничных тягачах применяются исключительно дизели.

Достоинствами карбюраторных двигателей являются: меньшие габаритные размеры и вес; более легкий пуск, особенно при низких температурах меньший шум; простота и меньшая стоимость топливной аппаратуры; более простые регулировки и обслуживание.

К числу основных недостатков карбюраторных двигателей можно отнести низкую экономичность; загрязнение воздушного бассейна вредными ядовитыми продуктами; высокие требования к топливу; низкие динамические качества при переменных режимах нагрузки; зависимость работы питания от положения автомобиля; высокая пожароопасность.

По сравнению с карбюраторными двигателями дизели обладают более высокой экономичностью; могут работать кратковременно на нестандартных сортах топлива; имеют хорошие динамические качества; допускают форсирование мощности путем наддува.

Основные недостатки дизелей: большие габаритные размеры и вес; сложная и дорогая топливная аппаратура; большой шум и жесткая работа.

Наиболее перспективными установками для всех классов армейских машин следует считать дизели. Высокая экономичность увеличивает запас хода, при одинаковой мощности дизели обладают более высокими тягово-динамическими качествами.

2.1.1. Устройство и принцип работы одноцилиндрового двигателя

Одноцилиндровый двигатель (рис. 2.1) состоит из: картера; цилиндра; головки цилиндра; коленчатого вала; маховика; шатуна; поршня; пальца; впускного и выпускного клапанов.

В поршневом ДВС преобразование тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу происходит внутри цилиндра двигателя. В двигателе с внешним смесеобразованием в замкнутое пространство, образованное стенками цилиндра, его головкой и днищем поршня, через впускной клапан при перемещении поршня вниз всасывается горючая смесь. Смесь состоит из жидкого топлива, смешанного в определенной пропорции с воздухом. При перемещении поршня вверх смесь сжимается и воспламеняется от постороннего источника тепла. При сгорании смеси выделяется большое количество тепла, вследствие чего газы, образовавшиеся при сгорании смеси, нагреваются и давление их сильно возрастает. Под действием давления газовый поршень, перемещаясь вниз, с помощью шатуна вращает коленчатый вал, совершая при этом полезную работу, при обратном ходе поршня вверх отработавшие газы удаляются из цилиндра через открытый выпускной клапан. Рассмотренный процесс периодически повторяется, чем обеспечивается работа двигателя и получение на коленчатом валу необходимого для движения автомобиля усилия.

Рис. 2.1. Одноцилиндровый двигатель

Изменение направления движения поршня происходит в нижней и верхней мертвой точках.

ВМТ называют самое верхнее положение поршня и кривошипа. НМТ называют самое нижнее положение поршня и кривошипа.

Ходом поршня (рис. 2.1) называется расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ). По величине ход поршня равен двум радиусам кривошипа, двигатели, у которых ход поршня меньше диаметров цилиндра, называются короткоходным. Эти двигатели более долговечны, так как уменьшены инерционные нагрузки.

Тактом называют процесс, происходящий в цилиндре при движении от одной мертвой точки к другой.

Камерой сгорания (сжатия) называется объем пространства в цилиндре над поршнем при положении его в ВМТ (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Ход поршня и объемы цилиндров

Рабочим объемом называется объем, освобождаемый цилиндром при перемещении поршня от ВМТ к НМТ.

Полным объемом называется объем камеры сжатия и рабочего объема, вместе взятые.

Литражом двигателя называется рабочий объем всех цилиндров, выраженный в литрах.

Степенью сжатия называют отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, чем выше степень сжатия двигателя, тем больше его экономичность.

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя совершается за два оборота КВ или четыре хода поршня и состоит из тактов: впуска; сжатия; расширения (рабочего хода); выпуска.

Такт впуска. При этом цилиндр заполняется горючей смесью, поршень движется от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт, а выпускной закрыт, при этом объем над поршнем увеличивается, и в цилиндре создается разряжение. Горючая смесь поступает в цилиндры двигателя и смешивается с отработавшими газами. Получившаяся смесь называется рабочей смесью. Когда поршень доходит до НМТ, впускной клапан закрывается, так как впускной трубопровод обладает гидравлическим сопротивлением, то давление в цилиндре не успевает за поршнем зарастать до атмосферного и равномерно, примерно 0,7–0,8 атм. при увеличении числа оборотов двигателя, это давление снижается. Температура в конце запуска равна 90—125 °C.

Такт сжатия. При этом происходит сжатие рабочей смеси, что необходимо для увеличения скорости сгорания и деления газов в цилиндре. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. В конце такта рабочая смесь сжимается до объема камеры сгорания, благодаря чему улучшаются испарение и перемешивание паров бензина с воздухом, и соответственно предельные значения степени сжатия ограничиваются свойством применяемого топлива. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 10–12 атм., а температура до 450–500 °C.

Такт расширения (рабочий ход). При этом такте происходит воспламенение рабочей смеси, поршень под действием давления газов перемешается от ВМТ до НМТ. Через шатун приводится во вращение КВ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. При рабочем ходе давление достигает 35–40 атм., а температура – 2000 °C. В конце рабочего хода давление падает до 3–4 атм., а температура снижается до 1100–1200 °C.

Такт выпуска. При этом такте происходит очищение цилиндра от отработавших газов. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, впускной клапан закрыт, выпускной открыт. При движении поршня к ВМТ отработавшие газы через выпускной клапан выталкиваются в атмосферу. Так как выпускной тракт имеет гидравлическое сопротивление, то не все отработавшие газы выходят в атмосферу, и давление газов в цилиндре составляет 1,05—1,15 атм., а температура с 700–800 °C понижается до 300–400 °C.

При дальнейшем вращении КВ перечисленные такты непрерывно чередуются в такой же последовательности.

Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе КВ под действием давления газов вращается только при такте расширения. Для совершения вспомогательных тактов к КВ необходимо приложить внешний момент, для этого на КВ устанавливают маховик. Так как он обладает значительной массой, то маховик при рабочем ходе накапливает кинетическую энергию и продолжает далее вращаться по инерции. Вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение всех вспомогательных тактов.

Наличие маховика также способствует более равномерному вращению КВ и выводу КШМ из мертвых точек.

2.1.2. Рабочий цикл четырехтактного дизеля

Рабочий цикл четырехтактного дизеля включает следующие такты: впуск; сжатие; рабочий ход; выпуск.

Впуск. При этом такте поршень перемещается отВМТ кНМТ. Через открытый впускной клапан в цилиндр через воздухоочиститель поступает чистый воздух. Так как сопротивление впускного тракта дизеля меньше карбюраторного, то давление в цилиндре в конце впуска близко к атмосферному и составляет 0,75—0,85 атм. Температура – 80–90 °C.

Сжатие. При этом такте поршень перемещается от НМТ к ВМТ при закрытых клапанах и сжимает в цилиндре воздух. В дизелях применяется более высокая степень сжатия, ввиду того, что нет опасности детонационного сгорания смеси. К концу такта давление возрастает до 35–45 атм.; а температура до 600–700 °C. Такая температура необходима для гарантированного самовоспламенения рабочей смеси (температура самовоспламенения дизтоплива 300 °C).

Рабочий ход. Перед рабочим ходом в цилиндр под высоким давлением 150–250 атм. в распыленном состоянии впрыскивается топливо, частицы топлива, соприкасаясь с нагретым воздухом, быстро сгорают, при этом выделяется большое количество тепла. Температура увеличивается до 1800–2000 °C а давление до 70–80 атм., под действием давления газов поршень совершает рабочий ход, вращая через шатун КВ. К концу такта давление падает до 4 атм., а температура до 650–700 °C. Для обеспечения более полного сгорания топлива в цилиндры подается небольшой избыток воздуха.

Выпуск. При этом такте поршень перемещается от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан выталкивает отработавшие газы. Температура падает до 200–300 °C, а давление – до 1,05—1,15 атм.

При дальнейшем вращении коленчатого вала все такты повторяются в такой же последовательности. Большее значение степени сжатия в дизелях обеспечивает высокую их экономичность.

2.1.3. Общее устройство двигателя внутреннего сгорания

ДВС состоит из следующих механизмов и систем:

• служащего преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение КВ. КШМ состоит из цилиндра, головки, поршня с кольцами, поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала и маховика;

• ГРМ, служащего для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси и удаления из цилиндра отработавших газов. ГРМ состоит из клапанов, пружин, толкателей, распределительного (кулачкового) вала;

• система охлаждения служит для отвода тепла от нагретых деталей и поддержания нормального теплового режима двигателя. Она может быть жидкостной или воздушной. Жидкостная система охлаждения состоит из водяной рубашки, радиатора, водяного насоса, вентилятора и патрубков;

• система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся деталям двигателя в целях уменьшения трения между ними и их износа. Она состоит из: поддона, служащего резервуаром для масла, масляного насоса, фильтров и маслопроводов;

• система питания предназначена для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндр двигателя. У карбюраторных двигателей система питания состоит из топливного бака, топливопроводов, топливного и воздушного фильтров, топливного насоса, карбюратора, впускного и выпускного трубопроводов и глушителя. У дизельных двигателей в систему питания входят те же приборы и детали, только вместо карбюратора устанавливается топливный насос высокого давления и форсунки;

• система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. Зажигание осуществляется с помощью электрической искры, проскакивающей в определенный момент между электродами запальной свечи. В систему зажигания входят приборы, обеспечивающие получение электрического тока высокого напряжения и подвод его к запальным свечам. У дизельных двигателей система зажигания отсутствует.