Тема 2: Двигуни внутрішнього згорання

Тема 2.1: Двигуни внутрішнього згорання.

1. Класифікація і застосування двигунів.

2. Механізми і системи ДВЗ.

3. Основні потреби двигунів.

4. Робочі процеси в двох і чотиритактних дизельних і карбюраторних двигунах.

5. Технічно – економічні показники роботи ДВЗ.

6. Порівняльні характеристики дизельних і карбюраторних двохтактних і чотиритактних двигунів.

7. Перспективні типи двигунів.

ДВИГУН

§ 2.1. Загальна будова й робочий цикл двигунів внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння — це тепловий двигун, усередині якого відбуваються спалювання палива й перетворення частини теплоти, що виділилася, на механічну роботу.

Двигуни внутрішнього згоряння бувають:

• поршневі, в яких увесь робочий процес здійснюється в ци­ліндрах;

• безпоршневі, наприклад газотурбінні, в яких робочий про­цес послідовно здійснюється у повітряному компресорі, камері зго­ряння та газовій турбіні.

На переважній більшості сучасних автомобілів установлюють поршневі двигуни внутрішнього згоряння*.

За способом сумішоутворення й запалювання палива автомобіль­ні поршневі двигуни поділяються на дві групи:

• із зовнішнім сумішоутворенням і примусовим займанням палива від електричної іскри (карбюраторні й газові);

• із внутрішнім сумішоутворенням і займанням палива від стикання з повітрям, нагрітим унаслідок його сильного стискання в циліндрі (дизелі).

Двигун внутрішнього згоряння складається з таких механізмів і систем: + кривошипно-шатунного механізму; + механізму газороз­поділу; • системи охолодження; 4 системи мащення; + системи живлення; + системи запалювання (тільки в карбюраторних двигу­нах).

Кривошипно-шатунний механізм слугує для перетворення зворот­но-поступального руху поршня на обертальний рух колінчастого вала.

Механізм газорозподілу забезпечує своєчасне заповнення цилінд­рів пальною сумішшю (або повітрям) і видаляння з них відпрацьова­них газів.

• Термін «двигун внутрішнього згоряння» застосовують переважно до поршневих двигунів.

Система охолодження призначається для підтримання оптималь­ного теплового режиму двигуна.

Система мащення забезпечує змащування тертьових поверхонь двигуна, подачу до них оливи, часткове охолодження їх, видаляння продуктів спрацювання та очищення оливи.

Система живлення карбюраторного двигуна слугує для очищення палива й повітря, приготування пальної суміші, подавання її в ци­ліндри та видаляння продуктів згоряння.

Система живлення дизеля забезпечує очищення повітря й палива, впорскування палива в циліндр під високим тиском у дрібнорозпи- леному вигляді та видаляння продуктів згоряння.

Система запалювання забезпечує займання пальної суміші в ци­ліндрах карбюраторного двигуна й містить джерело електричної енергії та перетворювач низької напруги системи електрозабезпечен- ня автомобіля на високу напругу свічки запалювання, іскра від якої запалює пальну суміш у циліндрі двигуна в потрібний момент.

Поршневий двиїун (рис. 2.1, я) складається з циліндра 5 і картера 6, який знизу закрито піддоном 9. Усередині циліндра переміщується поршень 4 з компресійними (ущільнювальними) кільцями 2, що має форму стакана з днищем у верхній частині. Поршень через поршне­вий палець 3 та шатун 14 зв'язаний із колінчастим валом 8, що обер­тається в корінних підшипниках, розташованих у картері. Колін­частий вал складається з корінних шийок 13, щік 10 і шатунної ший­ки 11. Циліндр, поршень, шатун і колінчастий вал утворюють криво­шипно-шатунний механізм, який перетворює зворотно-поступаль­ний рух поршня на обертальний рух колінчастого вала (рис. 2.1, б).

Зверху циліндр 5 накрито головкою 1 із клапанами 75 і 77, від­криття й закриття яких точно узгоджуються з обертанням колінчас­того вала, а отже, і з переміщенням поршня.

Верхнє крайнє положення поршня в циліндрі, в якому його швидкість дорівнює нулю (рис. 2.1, б), називається верхньою мертвою тонкою (ВМТ), нижнє крайнє положення — нижньою мертвою точ­кою (НМТ). Відстань, що її проходить поршень від однієї мертвої точки до іншої, називається ходом поршня 5, а відстань між осями корінних і шатунних шийок — радіусом кривошипа К.

Переміщення поршня від однієї мертвої точки до іншої спричи­нює повертання колінчастого вала на половину оберта.

Об'єм над поршнем у положенні його у ВМТ (див. рис. 2.1, а) на­зивають об'ємом камери згоряння (стискання) Н_с, а об'єм над порш­нем, коли він перебуває у НМТ, — повним об'ємом циліндра У_а. Об'єм, що вивільнюється поршнем, коли той переміщується від ВМТ до НМТ, становить робочий об'єм циліндра (літраж) У_а л:

де 7) — діаметр циліндра, мм; £ — хід поршня, дм.

Неважко переконатися, що У_с + Уи = У а.

Робочий об'єм^усіх циліндрів багатоциліндрового двигуна нази­вають літражем. Його визначають множенням робочого об'єму од­ного циліндра У_и на кількість циліндрів двигуна.

Рис. 2.1

Схема будови поршневого двигуна внутрішнього згоряння:

а — поздовжній вигляд (7 — головка циліндра; 2 — кільце; З — палець; 4 — поршень; 5 — циліндр; 6 — картер; 7 — маховик; 8 — колінчастий вал; 9 — піддон; 10— щока; 77, 13— відповідно корінна й шатунна шийки; 12— корінний підшипник; 14 — шатун; 15, 17 — відповідно впускний і випускний клапани;

16 — форсунка); б — поперечний вигляд

Відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згоряння називають ступенем стискання: 8 = У_а/У_с. Ступінь стискання пока­зує, в скільки разів зменшується об'єм суміші (або повітря), що міс­титься в циліндрі, коли поршень переміщується від НМТ до ВМТ. У карбюраторних двигунах, які працюють на бензині, ступінь стис­кання становить 10...14, у дизелях — 14...21.

Ступінь стискання — один із найважливіших параметрів двигуна, оскільки істотно впливає на його економічність і потужність: із збільшенням ступеня стискання двигуна його економічність і потуж­ність підвищуються. За цим показником дизелі економічніші, ніж

карбюраторні й газові двигуни. Крім того, вони споживають нафтові палива дешевших сортів, пожежобезпечніші й мають великий ресурс до капітального ремонту (400...800 тис. км пробігу автомобіля). Про­те дизелі дорожчі у виробництві й мають більшу масу, ніж карбюра­торні та газові двигуни.

Робочим циклом називається сукупність процесів, що періодично повторюються в циліндрі двигуна й зумовлюють його неперервну ро­боту. Процес (або процеси), який відбувається в циліндрі за один хід поршня, називається тактом.

Робочі цикли більшості автомобільних двигунів здійснюються за чотири ходи поршня (такти), тому ці двигуни називаються чотири­тактними.

Під час першого такту (впускання) поршень пе­реміщується від ВМТ до НМТ, впускний клапан відкритий, а ви­пускний — закритий. У циліндрі створюється знижений тиск (0,08...0,09 МПа), а температура підвищується до 90...125 °С.

На другому такті (стискання) поршень переміщується від НМТ до ВМТ, впускний і випускний клапани закриті. В циліндрі створюється підвищений тиск (1,0... 1,2 МПа — в карбюраторних двигунах і 1,5...2,0 МПа — в дизелях), а температура наприкінці цьо­го такту досягає 350...450 °С у перших і 600...700 °С в других.

На третьому такті (робочий хід) поршень перемі­щується від ВМТ до НМТ, клапани закриті. В карбюраторному двигуні відбувається займання робочої суміші від іскри на свічці. При цьому тиск газів досягає 3,5...4,0 МПа, а температура — 2000 °С. У дизелі наприкінці такту стискання в циліндр через форсунку під тиском 15...20 МПа впорскується дрібнорозпилене дизельне паливо. Змішуючись із розпиленим повітрям, паливо займається, внаслідок чого тиск у циліндрі підвищується до 7,0...9,8 МПа, а температура досягає 1800. ..2000 °С. Під дією такого тиску поршень переміщується від ВМТ до НМТ.

На четвертому такті (випускання) поршень перемі­щується від НМТ до ВМТ, випускний клапан відкритий. Тиск зни­жується до 0,1 МПа.

Після закінчення четвертого такту розпочинається новий цикл.

Корисна механічна робота здійснюється двигуном тільки протя­гом одного такту — робочого ходу. Решта три такти — випускання, впускання, стискання — є підготовчими і здійснюються завдяки кі­нематичній енергії маховика, що обертається за інерцією у проміж­ках часу між робочими ходами. Якщо двигуни мають кілька цилінд­рів, які працюють у певному порядку, то підготовчі такти в одних ци­ліндрах здійснюються завдяки енергії, що розвивається в інших циліндрах.

Сучасні автомобільні двигуни, як правило, чотири-, шести-, восьмициліндрові, рідше три-, десяти- й дванадцятициліндрові (БелАЗ). Розташування циліндрів найчастіше буває однорядним і дворядним У-подібним. Останнє дає змогу зменшити габаритні роз­міри двигуна порівняно з однорядним, а отже, зручніше розташувати місце водія та органи керування.

У багатоциліндровому чотиритактному двигуні за два оберти ко­лінчастого вала (720°) відбувається стільки робочих ходів, скільки циліндрів у двигуні. З умови рівномірності обертання колінчастого вала потрібно, щоб чергування робочих ходів у різних циліндрах ста­новило 720//, де і — кількість циліндрів.

Отже, в чотири-, шести- й восьмициліндрових двигунах робочі ходи мають відбуватися відповідно через 180, 120 і 90° повороту ко­лінчастого вала.

Показники роботи автомобільного двигуна. Потужність, що розви­вається газами всередині циліндрів двигуна, називається індикатор­ною, а потужність на колінчастому валу двигуна, яка використовуєть­ся для здійснення руху автомобіля, — ефективною.

Ефективна потужність завжди менша від індикаторної через втра­ту потужності на тертя й приведення в дію низки механізмів двигуна (кривошипно-шатунного, газорозподілу, вентилятора, насосів та ін.).

Ефективну потужність двигуна (кВт) визначають за формулою

N. = Ме п/9570,

де М_е — крутний момент, Н м; п — частота обертання колінчастого

вала, хв^-1.

Крутний момент і ефективна потужність тим більші, чим біль­ший робочий об'єм двигуна й чим вищі наповнення циліндрів паль­мою сумішшю або повітрям та ступінь стискання.

Ефективна потужність дизеля залежить також від кількості впор­скуваного палива й моменту початку впорскування, а потужність карбюраторного й газового двигунів — від складу пальної суміші та моменту її займання (іскрового розряду).

Механічним коефіцієнтом корисної дії (ККД) двигуна називають підношення ефективної потужності до індикаторної. Його значення досягає 0,7...0,9.

Літрова потужність (кВт/л) — відношення максимальної ефективної потужності двигуна до його робочого об'єму (літражу). Підвищують літрову потужність збільшенням частоти обертання ко­пі пчастого вала та застосуванням наддування.

Питома ефективна витрата палива £_е (г/(кВт • год)) — це кіль­кість палива в грамах, що витрачається двигуном на розвивання про­тягом 1 год ефективної потужності в 1 кВт:

Зовнішня швидкісна характеристика дизеля КамАЗ-740

Це показник економічності двигуна. В технічній характеристиці двигуна, як правило, зазначають мінімальну питому витрату палива в разі його роботи за зовнішньою швидкісною характеристикою, яка становить для дизелів 200...230 г/(кВтгод), а для карбюраторних двигунів — 265...305 г/(кВт-год).

тання колінчастого вала за умови повної подачі палива. Цю характе­ристику дістають експериментально під час випробовування нового двигуна (після його обкатки).

ТРАКТОРНІ ДВИГУНИ

1. КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ЗАГАЛЬНА БУДОВА ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

Двигун внутрішнього згоряння повинен відповідати своєму присмаченню і мати високі техніко-економічні і екологічні показни- і м ()еновні вимоги до ДВЗ:

простота конструкції і надійність роботи на різних експлуа- і .щінних режимах;

мінімальні габаритні розміри та маса при необхідній потуж­мо« ті, надійності і довговічності;

висока економічність щодо витрат палива і мастил при роботі м.і ріпних експлуатаційних режимах і кліматичних умовах;

високий моторесурс, протягом якого двигун повинен працю- іиггіі надійно й економічно до капітального ремонту;

безвідмовний пуск за різних температурних умов і добра ириііомистість;

найповніше зрівноваження сил та моментів рухомих мас та мґичшечення заданого ступеня нерівномірності обертання колінча- і гою вала;

низький рівень викидів токсичних компонентів та шуму і по­им, і безпечність незалежно від умов експлуатації.

Двигун внутрішнього згоряння класифікують за такими основ­ними ознаками (рис.2.1):

кількістю циліндрів — одноциліндрові та багатоциліндрові; способом розташування циліндрів — однорядні (лінійні) та /і порядні (У-подібні з кутом розташування рядів 90° й опозитні з і утом розташування рядів 180°);

способом здійснення робочого процесу — двотактні та чоти­ритактні;

способом сумішоутворення — із зовнішнім та внутрішнім; способом запалювання робочої (пальної) суміші — із приму- м чиїм та самозапалюванням;

видом палива — рідинного (бензин, дизельне паливо) та газо­подібного;

способом охолодження циліндрів — рідинного та повітряного; способом повітрозабезпечення — без наддуву та з ним (ме­дичним, газотурбінним, комбінованим).

Поршневий ДВЗ складається з кривошипно-шатунного ме­ханізму, газорозподільного механізму, системи живлення, системи запалювання (є лише у карбюраторних двигунів), систем мащення, охолодження і пуску.

Кривошипно-шатунний механізм призначений для перетво­рення прямолінійного зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух колінчастого вала і сприймання тиску газів, які ут­ворюються в процесі згоряння робочої суміші. Крім того, за допо­могою кривошипно-шатунного механізму відбувається виштовху­вання відпрацьованих газів із циліндрів двигуна, всмоктування та стиск свіжої пальної суміші або повітря.

Гіілорозподільний механізм забезпечує своєчасний впуск в ми ііидри свіжої пальної суміші або повітря і випуск відпрацьова­нії ч І ,І.іІН.

і истема живлення призначена для зберігання, очищення і по- і г і * і і палива і повітря у циліндри, приготування пальної суміші пев­ним» складу і в необхідній кількості залежно від режиму роботи /шмгуна.

Система запалювання в карбюраторних двигунах забезпечує

• їй н члене і безперебійне запалювання робочої суміші.

С истема мащення забезпечує мащення вузлів і деталей двигуна, чи* ікове охолодження їх тертьових поверхонь та виведення про- ! і і in спрацювання.

Система охолодження забезпечує безперервне відведення час­тіш ге плоти, що виділяється при згорянні палива, а також підтри- му< оптимальний тепловий режим роботи двигуна.

Система пуску призначена для надійного пуску двигуна у 111111 и х експлуатаційних умовах.

2. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ

Пальна суміш — суміш повітря з паливом у певній пропорції.

І Іл іьна суміш, яка заповнює циліндр і змішується з рештками про- і vк гів згоряння, називається робочою сумішшю.

Верхня мертва точка (ВМТ) — положення поршня, при якому віддаль його від днища до осі колінчастого вала найбільша.

Нижня мертва точка (НМТ) — положення поршня, при якому иіддаль від днища до осі колінчастого вала найменша (рис. 2.2.).

Шлях, який проходить поршень між мертвими точками нази- пл< і ься ходом поршня S.

Об’єм камери стиску V_c — це об’єм над днищем, коли поршень перебуває у ВМТ.

Робочий об’єм Vp—це об’єм, що звільняє поршень при пе­реміщенні від ВМТ до НМТ.

Повний об’єм циліндра — це сума об'ємів камери стиску й робочого об’єму:

Va = Vc + V_p.

Відношення повного об’є­му циліндра до об’єму камери стиску називається ступенем стиску:

Va Vc+Vp Vp

£ = = = 1 + .

Рис. 2.2. Схема поршневого ДВЗ Vc Vc Vc

Ступінь стиску показує, у скільки разів зменшується об’єм ро­бочої суміші (або повітря) при переміщенні поршня від НМТ до ВМТ. У сучасних дизелях ступінь стиску становить 15...20, а в кар­бюраторних двигунах відповідно 6...9.

Сума робочих об’ємів всіх циліндрів двигуна називається літражем двигуна У_л.

Робочий цикл двигуна — сукупність послідовних процесів, по­чинаючи з впуску пальної суміші або повітря, далі — стиску і зго­ряння, розширення та випуску відпрацьованих газів, які проходять у циліндрах та зумовлюють його роботу. Робочі цикли періодично повторюються в кожному циліндрі працюючого двигуна.

Частина робочого циклу, яка проходить за час переміщення пор­шня між мертвими точками, називається тактом.

Чотиритактними називаються такі двигуни, в яких робочий цикл відбувається за чотири ходи поршня — такти (два оберти колінчастого вала), двотактними — за два ходи (один оберт).

3. РОБОЧИЙ ПРОЦЕС ЧОТИРИТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ

Робочий цикл чотиритактного дизеля здійснюється так.

Впуск. Впускний клапан 4 (рис. 2.3, а) відкритий, а випускний 6 - закритий. Поршень 2 переміщується в циліндрі 3 від ВМТ до НМТ, створюючи в циліндрі розрідження. Під дією різниці тиску атмо­сферного повітря (0,1 МПа) і відпрацьованих газів у циліндрі (0,08-0,09 МПа) свіже повітря, пройшовши повітроочисник та впу­скну трубу, заповнює об’єм циліндра. В кінці такту температура повітря, яке нагрівається від деталей двигуна та відпрацьованих газів, підвищується до 30...50°С.

'тиск. Впускний і випускний клапани закриті (рис. 2.3, б). Нор­ми ш* переміщується від НМТ до ВМТ. Повітря стискається, змен- нточись в об’ємі, і в кінці такту все повітря зосереджується в ка- н рі е і иску. При цьому тиск повітря зростає до 3,5...4,0 МПа, а тем- игрцтура до 600...700°С. Чим більше стискається повітря, тим і и іьнмис буде спалах після впорскування палива, відповідно зро- і і 11 им(‘ потужність двигуна і його економічність.

І Іаирикінці такту стиску в камеру згоряння із дуже стиснутим и ти рітим повітрям паливний насос високого тиску 1 впорскує чі |им (|юрсунку 5 дизельне, добре розпилене паливо, яке одразу ж (мимхує.

І Іодача палива в камеру згоряння через форсунку починається ы І > ,,’Ю⁰ повороту колінчастого вала до ВМТ. Це потрібно для за- Гн іиечоння деякого інтервалу від початку самозаймання палива до і і ой ного згоряння робочої суміші, протягом якого тиск в камері зго- (мінни зростає до 6,0...9,0 МПа, а температура підвищується до ІЖШ ,2000°С. Максимальні значення тиску та температури спос-

ч і . і ні імоться в момент переміщення поршня у ВМТ.

а б в г

Рис. 2.3. Робочий цикл чотиритактного дизеля:

1 — паливний насос високого тиску; 2 — поршень; 3 — циліндр;

4, 6 — впускний і випускний клапани; 5 — форсунка; 7 — шатун; 8 — колінчастий вал.

І’олширення (робочий хід). Впускний і випускний клапани за-

• ііриті (рис. 2.3, в). Поршень під тиском розширених газів, що утво- Ті і ні /шся при згорянні робочої суміші, рухається від ВМТ до НМТ і к чгре;» іиатун 7 обертає колінчастий вал 8. Сила тиску газів на днище Р, поршня досягає значної величини.

При переміщенні поршня до НМТ тиск газів зменшується до

І О,1 .0,5 МПа, а температура знижується до 700...900°С.

Випуск. Впускний клапан закритий, випускний відкритий (рис. 2.3,г). Поршень (за рахунок інерції маховика) рухається від Н МТ до ВМТ і виштовхує відпрацьовані гази з циліндра через ви­пускну трубу в атмосферу. В кінці такту тиск в циліндрі становить И І І ...0,12 МПа, температура 400...500°С.

Після проходження поршня через ВМТ випускний клапан за­кривається, тобто, випуск закінчується. Потім знову починається нмуск і всі такти повторюються.

Таким чином, робочим є тільки такт розширення, а інші (впуск,

» і иск, випуск) допоміжні.

4. РОБОЧИЙ ПРОЦЕС ДВОТАКТНОГО КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГУНА

Двотактний карбюраторний двигун, схему якого наведено на рис. 2.4, працює так.

Перший такт. При переміщені поршня в циліндрі 1 від НМТ до ВМТ дно поршня перекриває продувне а потім випускне вікно 5. В камері Стидку б 7ючинаеты:я стис с робочої суміші до тиску 0,6...0,8 МП; , аіншТкащ*рі !

ІИ •і'*'!

Рис. 2.4. Робочий цикл двотактного карбюраторного двигуна:

1 — циліндр; 2 — поршень; 3 — камера стиску; 4 — свічка запалювання; 5 — випускне вікно;

6 — впускне вікно; 7 — карбюратор; 8 — кривошипна камера; 9 — картер: 10 — випускна труба;

11 — продувне вікно; 12 — продувний канал.

картера 9 створюється розрідження. З переміщенням поршня його нижня частина (юбка) відкриває впускне вікно 6. Внаслідок різниці тисків повітря і горючої суміші у кривошипній камері свіже повітря, пройшовши повітроочисник, надходить до карбюратора 7. Тут повітря змішується з пальним, утворюючи пальну суміш, яка всмоктується у кривошипну камеру.

Наприкінці такту стиску (за 25...29° повороту колінчастого ва­ла до ВМТ) до запальної свічки 4 підводиться струм високої на­пруги. Між електродами свічки виникає електрична іскра, яка за­палює робочу суміш. Після проходження поршнем ВМТ тиск газів, що згоряють, зростає до 2,5 МПа, а температура підвищується до 2200°С.

Другий такт. Поршень під тиском розширених газів руха­ється від ВМТ до НМТ. Юбка поршня закриває впускне вікно і в кривошипній камері починається стискання пальної суміші до

0. 12...0,15 МПа.

При переміщенні поршня його днище відкриває випускне вікно і відпрацьовані гази, тиск яких в циліндрі зменшився до 0,4...0,5 МПа, через випускну трубу 10 виходять назовні.

Рухаючись униз, поршень відкриває продувне вікно. Оскільки тиск газів в циліндрі становить 0,12...0,13 МІІа, починається витис­кання пальної суміші із кривошипної камери через продувний ка­нал і вікно в циліндр над поршнем. Пальна суміш витискає відпрацьовані гази з циліндра і, змішуючись з ними, утворює робо-

му с уміш. Випускне вікно при цьому відкрите, і частина робочої і уммпі виходить назовні (продування циліндра). Процес продуван­ий абільшує витрату палива, але необхідний для підвищення по- і \ іч пості двигуна.

Після переміщення поршня в НМТ такти повторюються.

Двигуни з наведеним робочим циклом називаються двигунами і і імівошипно-камерним продуванням.

Двотактні двигуни порівняно з чотиритактними мають такі пе­ре маги:

1. Двотактні двигуни простіші за конструкцією — вони не мають і а н »розподільного механізму.

2. 1 Іри однакових розмірах і частоті обертання ці двигуни розви- манп і» на 50...60% більшу потужність, оскільки кількість робочих

«»ні* у них вдвічі більша.

3. У двотактних двигунів більш рівномірне обертання колінчас- тгп вала, бо кількість робочих ходів теж вдвічі більша.

\. Обслуговувати й ремонтувати двотактні двигуни простіше.

( )(*іїовні недоліки двотактних карбюраторних двигунів:

• Витрати палива більші на 25...ЗО %, оскільки частина його ви-

11. іа¹чається під час продування циліндра.

• Ускладнене мащення деталей кривошипно-шатунного ме­нш і їм у тому, що в картер не можна заливати масло.

• Менші міжремонтні строки роботи через недостатнє мащення и і алей та більше теплове навантаження на деталі.

Застосовуються двотактні двигуни з кривошипно-камерним продуванням в тих випадках, коли для короткочасної роботи рібні прості й дешеві двигуни, наприклад, для пуску дизелів.

5. РОБОТА БАГАТОЦИЛІНДРОВОГО ДВИГУНА

Істотним недоліком одноциліндрових двигунів є те, що в них вимикають проблеми із зрівноваженням ваги поршня і шатуна, а та- ьож сили інерції, які виникають при переміщенні цих деталей. Колінчастий вал такого двигуна обертається нерівномірно, двигун на< невелику потужність, підвищену вібрацію та погану прийо­мів гість.

11. а сучасних тракторах, комбайнах і автомобілях застосовують г>аі а гоциліндрові двигуни для забезпечення рівномірності обертан­ії н колінчастого вала. Рівномірність обертання колінчастого вала і акож залежить від його тактності та кількості циліндрів у двигуні. Поліпшує прийомистість двигуна та рівномірність обертання ь нч і 11 частого вала маховик і прикріплені до нього деталі, які нако­пичують кінетичну енергію при такті розширення і витрачають її на іпиоміжні такти.

Розташування циліндрів двигунів сільськогосподарських трак­торів буває однорядним вертикальним (рис. 2.5, а), дворядним У-по- дібним (рис. 2.5, б), а в автомобілів ще й опозитним (рис. 2.5, в). Опозитним є розміщення циліндрів при куті між їх рядами 180°, У-подібним — при куті менше 180° (у більшості двигунів 90°). Нуме­рування циліндрів при однорядному розміщенні починається від радіатора двигуна, при У-подібному — від радіатора двигуна спочатку лівого ряду, а потім правого. Вітчизняні сільськогосподарські багато­циліндрові двигуни мають парну кількість циліндрів — від 2 до 12.

Рис. 2.5. Схеми розміщення циліндрів багатоциліндрового двигуна: а — вертикальне однорядне; б — \/-подібне; в — опозитне

Порядком роботи циліндрів багатоциліндрового двигуна нази­вають чергування такту розширення робочого ходу в його циліндрах. Він залежить від розташування циліндрів, взаємного розміщення кривошипів колінчастого вала і послідовності роботи клапанів газорозподільного механізму, подачі палива паливним на­сосом високого тиску або системи запалювання у карбюраторних двигунах. Порядок роботи циліндрів потрібно знати при регулю­ванні теплового зазора в клапанах газорозподільного механізму, встановленні кута випередження впорскування палива в дизелях або випередження запалювання в карбюраторних двигунах.

Робочі ходи у багатоциліндрових двигунах відбуваються через рівні кути обертання колінчастого вала. їх визначають діленням тривалості цикла (у градусах обертання колінчастого вала) на кількість циліндрів. Зокрема, у чотирициліндровому чотиритакт­ному двигуні робочий хід буває через 180° (720:4), у шести­циліндровому—через 120° (720:6) тощо. Інші такти мають таку саму послідовність роботи.

Порядок роботи чотирициліндрових вітчизняних тракторних двигунів 1 — 3 — 4 — 2. Шатунні шийки колінчастого вала цих дви­гунів розташовані в одній площині і під кутом 180°: шийки першо­го і четвертого циліндрів спрямовані в один бік, другого і третього — в протилежний. Шестициліндрові двигуни з дворядним У-подібним розміщенням циліндрів компактніші порівняно з такими ж двигуна­ми з рядним розміщенням циліндрів і мають меншу масу Шатунні

шийки їх колінчастого вала розташовані попарно в трьох площинах мі/і ьутом 120°; порядок роботи циліндрів 1—4 — 2 — 5 — 3 — 6.

У чотиритактного восьмициліндрового У-подібного двигуна мііі гу пні шийки розміщені хрестоподібно під кутом 90°. За два обер- ні колінчастого вала в такому двигуні відбувається вісім робочих «»ми, порядок роботи восьмициліндрових двигунів 1—5 — 4 — 2 — П :і 7-8.

Шість шатунних шийок колінчастого вала дванадцяти­ми мидрового дизеля ЯМЗ-240Б розташовані під кутом 120°. Така фпрма колінчастого вала забезпечує рівномірне чергування робо­чий ходів та достатню зрівноваженість двигуна. Порядок роботи і ні ммдрів 1 — 12 — 5 — 8 —3 —10 — 6 — 7 — 2 — 11 — 4 — 9. Робочі мі їм іі циліндрах відбуваються з перекриттям на 45° і 75° кута по- мириту колінчастого вала.

2Л. ПОКАЗНИКИ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ ДВИГУНА

Основні показники роботи двигуна — його ефективна по- I \ і пить, частота обертання колінчастого вала за хвилину крутний момент, годинна та питома ефективна витрата палива, ефективний м механічний коефіцієнт корисної дії, літрова потужність, питома м и,і, витрата масла¹.

І Іри згорянні палива в циліндрах двигунів не вся енергія пере- іморюється в корисну роботу В карбюраторних двигунах на ко­рт му роботу припадає лише 20...28% теплоти, у дизелях їм імоіндно — 29...45%.

В моршневих ДВЗ розрізняють індикаторну № (кВт) та ефек- і мину Ке (кВт), або корисну, потужність. Індикаторна потужність — іи потужність, яку розвивають гази у циліндрах двигуна, ефектив­на яку створює двигун на колінчастому валу.

Ефективна потужність менша від індикаторної, оскільки значна чім і ииа останньої витрачається на подолання механічного тертя в »фшіошипно-ігіатунному і газорозподільному механізмах, а також М*і приведення в дію паливного, водяного і масляного насосів, вен- ін штора, регулятора, магнето та інших механізмів. Потужність, ні у втрачає двигун на привод і тертя в КШМ і ГРМ називають по- і \ жністю механічних витрат Им (кВт). Вона залежить від стану по­їм рч ні деталей, якості масла, спрацювання деталей.

Ефективна потужність залежить від розміру циліндрів та їх Ні іькості, обертання колінчастого вала, циклової подачі палива та Інших показників.

Підношення ефективної потужності до індикаторної нази- Нім гься механічним коефіцієнтом корисної дії (ККД).

Величина механічного ККД двигуна внутрішнього згоряння при номінальному навантаженні в середньому становить 0,70...0,75. Механічний ККД значно залежить від ступеня навантаження дви­гуна, зменшуючись при неповних навантаженнях. Робота двигуна з малим ККД стає невигідною, оскільки у кілька разів зростає витра­та палива. Величина ефективного ККД для карбюраторних дви­гунів 0,2...0,3, для дизелів 0,3...0,4.

Номінальна потужність — це ефективна потужність двигуна, виготовленого і відрегульованого відповідно до технічної докумен­тації заводу, без вентилятора, повітроочисника, глушника шумів, іскрогасника, вихлопної труби, нейтралізатора відпрацьованих газів, з відключеним генератором, масляним насосом і компресо­ром; двигуна, який працював не більше 60 годин, що гарантується виготівником за умов роботи при номінальній частоті обертання колінчастого вала і повній подачі палива, а також стандартних ат­мосферних умовах, температурі і густині палива.

Експлуатаційна потужність — це ефективна потужність дви­гуна, виготовленого і відрегульованого відповідно з технічною документацією заводу, з вентилятором, повітроочисником, глуш­ником шумів, іскрогасником, вихлопною трубою і нейтралізато­ром відпрацьованих газів, якщо вони є в комплекті двигуна, вста­новленого на тракторі; двигуна з відключеними (або працюючи­ми без навантаження) генератором, масляним насосом і компре­сором, який працював не більше 60 год, за умов роботи при номінальній частоті обертання колінчастого вала і повній подачі палива, стандартних атмосферних умовах, температурі і густині палива.

Крутний момент — середній за цикл момент, який передається від колінчастого вала двигуна до трансмісії, дорівнює силі, яка діє на кривошип колінчастого вала, помноженій на радіус кривошипа (Ме, Н м).

Економічність роботи двигуна в умовах експлуатації оці­нюється за питомою ефективною витратою палива і годинною витратою.

Годинна витрата палива (Єн) — витрата палива двигуном за од­ну годину роботи у даному режимі (даній частоті обертання колін­частого вала і даній подачі палива), кг/год.

Ефективна питома витрата палива — кількість палива у грамах, що витрачається на одиницю ефективної потужності двигуна за го­дину роботи ge, гДкВтгод).

Ефективна питома витрата палива на номінальному режимі такторних дизелів становить 217...248 г/ (кВтгод).

Номінальна частота обертання колінчастого вала — це частота обертання, встановлена заводом, за якою визначають номінальну потужність двигуна.

а — вид зліва; б — вид справа

І вентилятор; 2 - генератор; 3 - заливна горловина для масла; 4, 20 - кришки головки циліндрів; 5 - пусковий двигун; 6, 11 - форсунки; 7 - редуктор пускового двигуна; 8 - насос поредпускового прокачування масла; 9 - щуп заміру рівня масла; 10, 24 - крани зливу охолоджувальної рідини; 12 - муфта зчеплення; 13 - фільтр грубої очистки; 14 - фільтр тонкої очистки; 15 - кран випуску повітря із системи живлення; 16 - паливопроводи; 17 - сапун; 18 - випускний колектор; 19 - турбокомпресор; 21 - термостати; 22 - центрифуга;

23 - компресор; 25 - масляний фільтр турбокомпресора; 26 - покажчик ВМТ.

Літрова потужність характеризує ефективність використання робочого об’єму циліндрів двигуна. Чим більша літрова потуж­ність двигуна, тим менші його розміри і вага. Літрова потужність сучасних дизелів без турбонаддуву 8... 13 кВт/л, а з турбонаддувом

12. .25 кВт/л.

Розглянемо, наприклад, технічну характеристику тракторного двигуна СМД-62, загальний вигляд якого представлено на рис. 2.6:

. КЛАСИФІКАЦІЯ Й ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМОБІЛІВ 1