Двигатели внутреннего сгорания –
это тепловые двигатели, в которых химическая энергия топлива, сгорающего внутри
рабочей полости двигателя, преобразуется в механическую работу. Двигатели внутреннего
сгорания делятся на две группы: дизели-двигатели с воспламенением от сжатия,
работающие на дизельном топливе, и карбюраторные двигатели с принудительным
зажиганием, работающие на бензине на стреловых кранах основным источником
энергии являются дизели, а для их запуска – карбюраторные двигатели. Дизельный
двигатель внутреннего сгорания состоит из основных углов: блока-картера,
шатунно-кривошипного механизма, механизма газораспределения, системы питания,
топливной аппаратуры и регулятора, системы смазки, системы охлаждения,
пускового устройства.
Схема
1. Классификация ДВС СДМ
ДВС
СДМ разделяется на две основные группы: дизельные двигатели и карбюраторные
двигатели.
Дизельные
двигатели (дизели) используют как основные энергетические установки для
создания тягового усилия базовой машины, перемещения её, гидравлического
привода навесных и прицепных орудий, а также вспомогательных целей (управления
тормозами, рулевым управлением, электроосвещения). Основным дизелем в процессе
эксплуатации машины управляют в основном с рабочего места, из кабины машиниста.
Карбюраторные
двигатели на тракторах и шасси применяют для запуска основного двигателя.
К
отличительным особенностям дизельных двигателей относятся простота конструкции
и надёжность в работе, экономичность, лёгкость запуска и управления, надёжность
пуска в летнее время и в условиях холодного климата, устойчивость работы.
Двигатели
хорошо воспринимают перегрузки в условиях резко переменных режимов работы
бульдозеров, бульдозеров-рыхлителей, скреперов и грейдеров, могут работать в
запылённых условиях, приспособлены к выполнению технического обслуживания и
ремонта.
Двигатели
внутреннего сгорания, устанавливаемые на тракторах и шасси, называют
автотракторными.
Автотракторные двигатели
внутреннего сгорания классифицируют по назначению, типу и способу воспламенения
горючих смесей, роду сжигаемого топлива, способу образования горючей смеси,
способу охлаждения, числу и расположению рабочих цилиндров.
По назначению эти двигатели можно разделить на
основные и пусковые.
Основные двигатели работают постоянно во время выполнения рабочих
циклов, передвижения тракторов и шасси с объекта на объект, выполнения
вспомогательных операций. Пусковые двигатели включают только в момент запуска
основного двигателя.
По типу и способу воспламенения горючей смеси
различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на
воспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет
повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива
форсунками.
В карбюраторных двигателях горючую смесь
приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической
искрой.
По роду сжигаемого топлива различают двигатели внутреннего сгорания,
работающие на тяжелом жидком топливе (например, дизельном, керосине) и
работающие на легком топливе (бензине с различными октановыми числами) и
газообразном (пропан бутановом).
Тяжелое дизельное топливо используют в дизелях,
бензиновое и газообразное – в карбюраторных двигателях. Карбюраторные двигатели
с более легким запуском используют как пусковые.
По способу образования горючей смеси используют
двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование
осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным
дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением.
Внешнее смесеобразование применяют при
бензиновом и газовом топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с
бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в
цилиндры.
По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным
и воздушным охлаждением.
Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим
работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих
базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или
антифризовые жидкости, которые замерзают при более низких температурах (до
минус 40оС).
Двигатели с воздушным охлаждением обдуваются потоком
воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренные поверхности цилиндров.
Воздушные двигатели применяют только на гусеничном тракторе Т-330.
По числу и расположению рабочих цилиндров
различают одно-, двух-, четырех-, шести-, восьмицилиндровые двигатели; по
расположению рабочих цилиндров – вертикально-рядные, V-
образные и горизонтально-рядные.
Одно- и двухцилиндровые вертикально-рядные
агрегаты применяют на тракторах, пусковых двигателях для включения основного
двигателя.
Основные дизели изготовляют в четырех-, шести-,
восьмицилиндровом исполнении с вертикально-рядным или V-
образным расположением рабочих цилиндров.
Дизельные двигатели
обеспечивают по сравнению с карбюраторными больший КПД от 25 до 32%, меньший
расход топлива от 25 до 30%, невысокую стоимость эксплуатации за счет более
низкой цены тяжелого топлива, проще по конструкции из-за отсутствия системы
зажигания
Двигатели внутреннего сгорания обеспечивают
независимость базовых машин и агрегатируемых с ними навесных и прицепных
дорожно-строительных машин от внешних источников питания, возможность работы их
в отдаленных районах, использование в любое время суток, в различных
климатических условиях и самостоятельный переход машин с одного строительного
объекта на другой.
По принципу работы различают четырех- и
двухтактные двигатели. На тракторах и шасси, агрегатируемых с
землеройно-транспортными машинами, применяют основные и пусковые двигатели,
работающие по четырехтактному циклу.
Схема и процессы, протекающие в одном простейшем рабочем цилиндре
поршневого дизельного двигателя, поясняет рисунок 1.
Такт — часть рабочего цикла, протекающего за
время прохождения поршнем пути от одной мертвой точки до другой.
Такт
впуска.
При помощи постороннего источника энергии, например электрического двигателя
(электростартера), вращают коленчатый вал дизеля и поршень его начинает
двигаться от в.м.т. к н.м.т. (рис. 1, а). Объем над поршнем увеличивается, вследствие
чего давление падает до 75…90 кПа. Одновременно с началом движения поршня
клапан открывает впускной канал, по которому воздух, пройдя через
воздухоочиститель, поступает в цилиндр с температурой в конце впуска 30…50
°С. Когда поршень доходит до н. м. т., впускной клапан закрывает канал и
подача воздуха прекращается.
Такт сжатия. При дальнейшем вращении коленчатого вала
поршень начинает двигаться вверх (см. рис. 1, б) и сжимать воздух. Оба канала
при этом закрыты клапанами. Давление воздуха в конце хода достигает 3,5… 4,0
МПа, а температура — 600…700 °С.
Рабочий ход (такт расширения). В конце такта сжатия при
положении поршня, близком к в. м. т., в цилиндр через форсунку (рис. 1, в)
впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое, смешиваясь с сильно нагретым
воздухом и газами, частично оставшимися в цилиндре после предыдущего процесса,
воспламеняется и сгорает. Давление газов в цилиндре при этом повышается до
6,0…8,0 МПа, а температура — до 1800…2000 °С. Так как при этом оба канала
остаются закрытыми, расширяющиеся газы давят на поршень, а он, перемещаясь
вниз, через шатун поворачивает коленчатый вал.
Такт выпуска. Когда поршень подходит к н.
м. т., второй клапан открывает выпускной канал и газы из цилиндра выходят в
атмосферу (см. рис. 1, г). При этом поршень под действием энергии, накопленной
за рабочий ход маховиком, перемещается вверх и внутренняя полость цилиндра
очищается от отработавших газов. Давление газов в конце такта выпуска
составляет 105… 120 кПа, а температура — 600…700 °С.
После такта
выпуска рабочий процесс начинает повторяться, т. е. следующим тактом опять
будет впуск, затем сжатие и т. д. в течение всей работы двигателя.
В карбюраторном
четырехтактном двигателе процессы протекают аналогичным образом, в той же
последовательности. Исключением является то, что горючая смесь приготавливается
в карбюраторе сразу после воздухоочистителя. Вместо форсунки в камере сгорания
установлена электрическая свеча, которая в конце сжатия горючей смеси образует
искру. Искра поджигает смесь, и продукты сгорания под давлением воздействуют на
поршень. Он опускается, выполняя рабочий цикл.
На тракторах в качестве
пускового устройства дизеля применяют карбюраторные двигатели — небольшие по
размерам и мощности двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине.
Устройство этих двигателей
несколько отличается от устройства четырехтактных. У двухтактного двигателя
отсутствуют клапаны, закрывающие каналы, по которым в цилиндр поступает свежий
заряд и происходит выпуск отработавших газов. Роль клапанов выполняет поршень 7
(рис. 2, а), который в нужные
моменты открывает и закрывает окна, соединенные с каналами, продувочное окно 1,
выпускное окно 3 и впускное
окно 5. Кроме того, картер двигателя сделан герметичным и образует кривошипную
камеру 6, где располагается
коленчатый вал.
Все процессы в таких
двигателях происходят за один оборот коленчатого вала, т. е. за два такта,
поэтому они и носят название двухтактных.
Сжатие — первый такт. При движении
поршня вверх он перекрывает продувочное 1 и выпускное 3 окна и сжимает ранее поступившую в цилиндр топливовоздушную
смесь. Одновременно с этим в кривошипной камере 6 создается разрежение, и в нее через открывшееся впускное окно
5 поступает свежий заряд топливовоздушной смеси, приготовленной в карбюраторе 4.
Рабочий ход, выпуск и впуск — второй такт. Когда поршень,
идущий вверх, не доходит до в. м. т. на 25… 27° (по углу поворота коленчатого
вала), в свече 2 проскакивает
искра, которая воспламеняет топливо. Горение топлива продолжается до прихода
поршня в в.м.т. После этого нагретые газы, расширяясь, толкают поршень вниз и
тем самым совершают рабочий ход (см. рис 2, б). Топливовоздушная смесь,
находящаяся в это время в кривошипной камере 6, сжимается.
В конце рабочего хода
поршень вначале открывает выпускное окно 3,
через которое выходят отработавшие газы, затем продувочное окно 1 (рис 2, в),
через которое из кривошипной камеры в цилиндр поступает свежий заряд
топливовоздушной смеси. В дальнейшем все эти процессы повторяются в такой же
последовательности.
Достоинства двухтактного двигателя заключаются в
следующем. Так как рабочий ход при двухтактном процессе происходит за каждый
оборот коленчатого вала, мощность двухтактного двигателя на 60…70 % превышает
мощность четырехтактного двигателя, имеющего такие же размеры и частоту
вращения коленчатого вала. Устройство двигателя и его эксплуатация более
простые.
Недостаток двухтактного
двигателя — повышенный расход топлива и масла за счет потери топливовоздушной
смеси при продувке цилиндра.
Так как из четырех тактов
только один является рабочим, одноцилиндровый четырехтактный двигатель работает
очень неравномерно. Чтобы исключить это, применяют маховик, который
устанавливают на выходе коленчатого вала.
Для повышения мощности
двигателя и равномерности его хода применяют многоцилиндровые двигатели,
состоящие из двух, четырех, шести или восьми элементарных цилиндров. В
многоцилиндровом двигателе чаще повторяются рабочие такты, более равномерно
вращается коленчатый вал, снижается масса маховика, вибрация при работе.
Рабочие такты следуют один за другим через одинаковые промежутки времени в
разных цилиндрах.
Последовательность
рабочих тактов называют порядком работы цилиндров двигателя. Например, в
четырехцилиндровом четырехтактном двигателе за два оборота коленчатого вала
происходят последовательно рабочие такты во всех цилиндрах в разное время, в
соответствии с установленным порядком работы. В двухтактном двигателе рабочие
процессы всасывания горючей смеси, ее сжатие, рабочий ход и выхлоп производят
за два такта работы. При подъеме поршня сначала цилиндр наполняется горючей
смесью, затем происходит ее сжатие и воспламенение (от сжатия в дизеле или
электрической искры в карбюраторном двигателе). Затем после взрыва и сгорания
горючей смеси поршень
опускается и в конце хода рабочая камера сообщается с атмосферой, выхлопные
газы выходят наружу, а новая порция горючей смеси входит в цилиндр. Двухтактный
цикл применяют в пусковых двигателях.
К основным показателям двигателей относятся
эффективная мощность (кВт), частота вращения коленчатого вала (мин-1),
крутящий момент (Н?м), часовой (кг/ч) и удельный (грамм/эффективный?Вт?ч)
расходы, КПД.
Эффективная мощность – это мощность, развиваемая на коленчатом валу.
Наиболее полно характеризует двигатель эксплуатационная максимальная мощность
на маховике при самой высокой подаче топлива за вычетом всех внутренних потерь,
которые пошли на обеспечение его работы: всасывание воздуха в воздухоочиститель,
вращение водяного насоса, вентилятора, движение газов в выхлопной трубе.
Крутящий момент определяет нагрузку, которую
двигатель может преодолеть и передать трансмиссии. С увеличением частоты
вращения коленчатого вала крутящий момент сначала повышается, затем падает при
максимальной мощности.
Часовой и удельный расходы топлива характеризуют
экономичность топлива. Первый определяет количество топлива, израсходованного в
час при данном режиме работы, второй – это отношение часового расхода к
максимальной мощности.
Коэффициент полезного действия характеризует
количество теплоты, превращенной в полезную работу коленчатого вала, к
количеству теплоты, выделенному при полном сгорании топлива. Для дизелей КПД
колеблется в пределах от 0,32 до 0,4, для карбюраторных от 0,25 до 0,35.
Источник: //scooterclub.kharkov.ua/publ/7-1-0-200