Особенности применения ДВС на транспортной технике

19. Определение основных параметров цилиндра и двигателя

Различают следующие основные характеристики ДВС Скоростные - показывающие зависимость мощностных и экономических показателей двигателя от числа оборотов коленчатого вала при постоянном положении дроссельной заслонки (карбюраторные двигатели) или рейки топливного насоса (дизели);Нагрузочные - определяющие зависимость экономических показателей двигателя от его нагрузки при постоянном числе оборотов коленчатого вала. Регулировочные - показывающие зависимость мощностных и экономических показателей двигателя от состава горючей смеси и от угла опережения зажигания в карбюраторных двигателях или момента подачи топлива в дизелях. Регулировочные характеристики снимаются для определения наивыгоднейшей регулировки двигателя; 4)Холостого хода - позволяющие судить об экономичности работы двигателя без нагрузки. Методы снятия характеристик двигателей автотракторного типа обусловливаются ГОСТами, которым также предусматривается типовое оборудование испытательного стенда. Параметры скоростной и нагрузочной характеристик зависят от принятой регулировки систем питания и зажигания. Поэтому рассмотрение характеристик следует начать с регулировочных.

20. Скоростная и внешняя скоростная характеристика ДВС

Скоростные характеристики подразделяются на внешние и частичные. Внешняя характеристика снимается при полном открытии дросселя (карбюраторные двигатели) или при положении рейки топливного насоса, доведенной до упора (дизели). Частичные характеристики снимаются при неполных открытиях дросселя или при положениях рейки топливного насоса, не доведенной до упора. Изменение числа оборотов при снятии этих характеристик достигается за счет изменения нагрузки. Внешние характеристики дизеля. Учитывая, что все автомобильные и тракторные дизели имеют регуляторы (автомобильные, как правило, двухрежимные; тракторные - всережимные), рассмотрим внешнюю характеристику дизеля с регулятором.Дизель в отличие от карбюраторного двигателя имеет несколько внешних характеристик (в зависимости от условий их снятия). Внешняя характеристика 1 дизеля называется нормальной или эксплуатационной, если она снимается при постоянном положении рейки топливного насоса, доведенной до упора, который установлен по пределу дымления на номинальных числах оборотов. Под номинальными понимаются обороты, при которых начинает работать регулятор. Следует отметить, что упор рейки топливного насоса при эксплуатационной (заводской) регулировке топливной аппаратуры должен устанавливаться по пределу дымления на номинальных числах оборотов. Увеличение числа оборотов коленчатого вала сопровождается падением коэффициента наполнения, а подача топлива на цикл при неизменном положении рейки остается примерно постоянной или даже увеличивается, что ведет к уменьшению коэффициента избытка воздуха. Следовательно, если упор будет установлен по пределу дымления на малых числах оборотов, то при возрастании последних двигатель будет работать в диапазоне за пределом дымления. Внешняя характеристика 2 дизеля называется предельной или оптимальной, если все точки ее сняты при работе двигателя на пределы дымления. Нормальная и предельная внешние характеристики сходятся на номинальных числах оборотов, так как в этой точке коэффициент избытка воздуха для обеих характеристик одинаков. Внешняя характеристика 3 дизеля называется максимальной или абсолютной, если все точки ее соответствуют наибольшему среднему эффективному давлению. Необходимо отметить, что если абсолютная и предельная внешние характеристики являются для каждого дизеля вполне определенными кривыми, то нормальная характеристика зависит от номинальных чисел оборотов. Чем больше число оборотов, при которых вступает в действие регулятор, тем ниже пойдет эта характеристика. Частичные характеристики дизеля. Они снимаются при постоянном проходном сечении впускной системы двигателя и переменном положении рейки топливного насоса. Следовательно, переход от одной частичной характеристики дизеля к другой сопровождается изменением коэффициента избытка воздуха при постоянном коэффициенте наполнения и неизменных насосных потерях; происходит также изменение относительной величины механических потерь. Поэтому установка рейки насоса в последовательные положения, соответствующие уменьшающимся подачам топлива, смещает кривые эффективной мощности почти параллельно самим себе, существенно не влияя на их уклоны и не изменяя их характер. При работе на частичных характеристиках экономические показатели дизеля, так же как и экономические показатели карбюраторного двигателя, ухудшаются. Это в основном объясняется уменьшением механического к.п.д. при уменьшении индикаторной мощности.

21. Расчетное определение параметров ВСХ

Построение внешних скоростных характеристик вновь проектируемых двигателей иногда используют результаты теплового расчета, проведенного для нескольких режимов работы двигателя с полной нагрузкой. С достаточной степенью точности внешнюю скоростную характеристику можно построить по результатам теплового расчета, проведенного для одного режима работы двигателя - режима максимальной мощности, и с использованием эмпирических зависимостей. Построение кривых скоростной характеристики для дизелей ведется в интервале от n_min (350… 800 об/мин) до n_N. Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается: условиями качественного проектирования рабочего процесса, термическим напряжением деталей, допустимой величиной инерционных нагрузок и т.д.; минимальная- определяется условиями устойчивой работы двигателя при полной нагрузке.Расчетные точки кривой эффективной мощности N_ex (КВт)определяются по следующим эмпирическим зависимостям через каждые 500…1000 об/мин:

,

где n_x - частота вращения коленчатого вала двигателя в искомой точке; А и В - эмпирические коэффициенты, выбираемые в зависимости от типа камеры сгорания: Точки кривой эффективного крутящего момента М_ех (Н^.м) определяют по формуле:

Точки кривых, характеризующих среднее эффективное р_ех и среднее индикаторное р_iх давление (МПа) можно определить по формулам:р_ix = p_ex + p_мx Средняя скорость поршня индикакторный крутящий момент:М_ix = p_ixV_л?10³/().Удельный эффективный расход топлива Часовой расход топлива, кг/ч:G_тx = 10^-3g_exN_ex. По полученным в результате расчетов значениям строится внешняя скоростная характеристика двигателя.

22. Экспериментальное определение параметров ВСХ

1) Запускают двигатель и прогревают его до рабочих температур смазочного масла и охлаждающей жидкости. 2) Плавно выводят рычаг управления подачей топлива в крайнее положение, соответствующее максимальной подаче топлива, и одновременно с перестановкой рычага, регулировкой тормоза нагружают двигатель, устанавливая минимальную частоту вращения коленчатого вала n_min. 3) После стабилизации теплового режима производят замеры: частота вращения коленчатого вала n, показания динамометра Р_Т, количество топлива, израсходованного за время опыта ДG_т или ДV, и время замера ф. Результаты замеров записывают в таблицу протокола испытаний 4)Далее, не меняя положение рычага управления, регулировкой тормоза повышают частоту вращения, устанавливая новый режим и проводя замеры тех же показаний. Всего по внешней скоростной характеристике регистрируют параметры на 6…8 режимах. 5)Начиная с режима, близко к n_р, интервал изменения частоты вращения уменьшают. На регуляторной ветви характеристики необходимо произвести 4…5 замеров.

23. Охарактеризуйте устройство испытательного стенда

Испытания ДВС с целью получения различных характеристик в лабораторных условиях проводят на специальных тормозных стендах. В соответствии с ГОСТ 14846-81 на испытания автотракторных двигателей испытательный стенд представляет собой комплексную установку, состоящую из различных систем, обеспечивающих работу двигателя, и приборов, обеспечивающих проведение необходимых измерений. Принципиальная схема стенда показана на рисунке 1.Стенд состоит из фундамента 1, на котором укрепляется плита 2 с установочными стойками, конструкция которых обеспечивает возможность установки двигателей различных конструкций. На плите установлен испытываемый двигатель 6 и балансирная электромашина 3 тормозной установки, связанные между собой карданной передачей. Система выпуска служит для удаления отработавших газов и глушения шума выхлопа и состоит из газопровода 5, на конце которого размещен глушитель 7 расположенный в ресивере 8. Система охлаждения служит для создания и стабилизации необходимого теплового режима двигателя. Для двигателей с жидкостным охлаждением применяется теплообменник (радиатор) 9. Температура жидкости в системе охлаждения измеряется термометром сопротивления с указателем 10. Температура масла в картере двигателя также измеряется термометром сопротивления с указателем 11. Система подачи топлива служит для питания двигателя топливом и измерение его расхода объемным или массовым способами. Система состоит из топливного бака 12 и измерительного устройства 13. Пульт управления является рабочим местом оператора и служит для размещения на нем аппаратуры дистанционного управления жидкостным реостатом, сигнализации, манометра для измерения давления масла в системе смазки двигателя, термометра для измерения температуры воды, измерителей электрического и механического тахометров. Тормозная установка предназначена для поглощения мощности, развиваемой испытываемым двигателем, измерения крутящего момента, а также для регулирования и стабилизации режимов испытаний. Установка состоит из балансирной электромашины 3 и жидкостного реостата 14.

24. Назначение, устройство и принцип работы тормозной установки

Тормозная установка предназначена для поглощения мощности, развиваемой испытываемым двигателем, измерения крутящего момента, а также для регулирования и стабилизации режимов испытаний. Установка состоит из балансирной электромашины 3 и жидкостного реостата 14. Балансирная электромашина представляет собой асинхронный двигатель с фазным ротором. Посредством двух опорных цапф корпус (статор) электромашины подвешен на стойках, закрепленных на плите, что обеспечивает ему возможность поворота относительно продольной оси. При работе электромашины вращающий момент ротора создает реактивный момент на ее статоре, который стремится поворачивать корпус в противоположном направлении. Так как реактивный момент на статоре равен вращающему моменту ротора, то по реактивному моменту с помощью динамометра 4 определяется тормозной момент, равный по величине эффективному крутящему моменту двигателя М_е. Жидкостный регулировочный реостат 14 предназначен для изменения тока в обмотке ротора и тем самым частоты вращения вала асинхронной машины как в режиме генератора (горячая обкатка и испытание двигателя), так и в режиме двигателя (холодная обкатка). То есть с помощью жидкостного реостата производится регулирование тормозного момента в процессе испытания двигателя. Реостат представляет собой закрытый кожухом бак емкостью 300 л, наполненный 1…3 %-ным раствором кальцинированной соды. Внутри бака на валу при помощи изоляторов укреплены три электрода, каждый из которых состоит из трех стальных пластин, средняя из которых основная, а две боковых - дополнительные. Каждый электрод соединен проводом с фазовой обмоткой ротора. Изменяя степень погружения электродов в жидкость, регулируют активное сопротивление в обмотках ротора и тем самым частоту его вращения (в режиме двигателя) или нагрузку (в режиме генератора). Температура жидкости в баке поддерживается в пределах 50 ⁰С при помощи электропомпы, перемешивающей раствор, и охлаждающей воды, циркулирующей в рубашке бака. Реостат приводится в движение как рукояткой червячной передачи, так и дистанционно, с помощью электрического исполнительного механизма, клавиши управления которым расположены на пульте управления. Измерение крутящего момента двигателя, работающего на стенде, сводится к измерению усилия на рычаге статора тормоза. Из разнообразных типов весовых устройств, предназначенных для этой цели, наибольшее применение получили маятниковые динамометры. Их преимуществами являются простота устройства и обслуживания, а также реверсивность, благодаря которой можно измерять крутящий момент как при работе испытываемого двигателя, так и при проворачивании его коленчатого вала. В конструкции лабораторного стенда использован маятниковый весовой механизм ГОСНИТИ. Для определения величины крутящего момента двигателя достаточно знать плечо тормоза l_Т и показания динамометра Р_Т. Для измерения частоты вращения ротора, а следовательно, и коленчатого вала двигателя, на валу электромашины имеется датчик 16, в качестве которого использован первичный тахометрический преобразователь модели ПШТ-26, преобразующий частоту вращения в электрический сигнал. Индикация результатов измерения производится на световом табло, расположенном на пульте управления.

25. Методы определения расхода топлива

Расход топлива за время опыта измеряют по его объему или по массе. При массовом способе стеклянный сосуд емкостью более одного литра устанавливают на весы, которые располагаются на 0,25 м выше топливного насоса испытываемого двигателя. В сосуд с топливом опущена трубка, которая через трехходовой кран и две трубки соединяет его с топливным баком и насосом. В процессе испытаний определяется количество топлива в граммах, расходуемого двигателем за время опыта из стеклянного сосуда. При объемном способе определяется доля топлива, израсходованная двигателем из мерного сосуда, в см³, за время опыта. Время опыта замеряется секундомером.

26. Охарактеризуйте устройство и принцип работы жидкостного реостата

Жидкостный регулировочный реостат 14 предназначен для изменения тока в обмотке ротора и тем самым частоты вращения вала асинхронной машины как в режиме генератора (горячая обкатка и испытание двигателя), так и в режиме двигателя (холодная обкатка). То есть с помощью жидкостного реостата производится регулирование тормозного момента в процессе испытания двигателя. Реостат представляет собой закрытый кожухом бак емкостью 300 л, наполненный 1…3 %-ным раствором кальцинированной соды. Внутри бака на валу при помощи изоляторов укреплены три электрода, каждый из которых состоит из трех стальных пластин, средняя из которых основная, а две боковых - дополнительные. Каждый электрод соединен проводом с фазовой обмоткой ротора. Изменяя степень погружения электродов в жидкость, регулируют активное сопротивление в обмотках ротора и тем самым частоту его вращения (в режиме двигателя) или нагрузку (в режиме генератора). Температура жидкости в баке поддерживается в пределах 50 ⁰С при помощи электропомпы, перемешивающей раствор, и охлаждающей воды, циркулирующей в рубашке бака.Реостат приводится в движение как рукояткой червячной передачи, так и дистанционно, с помощью электрического исполнительного механизма, клавиши управления которым расположены на пульте управления.

27. Нагрузочная характеристика ДВС

Нагрузочная характеристика дизеля (рисунок 3) снимается при постоянном числе оборотов и переменном положении рейки топливного насоса. Вначале при увеличении подач топлива удельные расходы топлива уменьшаются и в точке 1 достигают минимальных значений. Это объясняется в основном снижением относительной величины механических потерь. В диапазоне между точками 1 и 2 удельные расходы топлива незначительно возрастают вследствие ухудшения процесса сгорания (ввиду уменьшения коэффициента избытка воздуха). Точка 2 лежит па границе начала дымления. За точкой 2 происходит довольно резкое ухудшение экономических показателей двигателя, вызываемое все усиливающимся недогоранием топлива. Однако при этом мощность двигателя продолжает увеличиваться. После достижения коэффициентом избытка воздуха значений, соответствующих максимальному среднему эффективному давлению (точка 3), происходит перегиб кривых. Несмотря на увеличение подачи топлива, процесс сгорания настолько ухудшается, что происходит снижение мощности.. Характеристика холостого хода (рисунок 4) снимается только на карбюраторных двигателях и представляет собой кривую изменения часового расхода топлива в зависимости от числа оборотов при работе двигателя без нагрузки. Регулировка карбюратора устанавливается такой, чтобы при устойчивой работе двигателя обеспечивался минимальный расход топливах.

28. Регуляторная характеристика ДВС

Регулировочная характеристика дизеля по составу смеси (рис.1) имеет тот же характер, что и у карбюраторного двигателя. Состав смеси у дизеля меняется за счет изменения количества топлива, подаваемого топливный насосом. Однако максимальная мощность (точка 3, б = от 1,04 до 1,1) и минимальные удельные расходы топлива (точка 1, б = 2) в дизелях достигаются при больших значениях а по сравнению с карбюраторными двигателями. Смещение g_emin и N_emax у дизелей в сторону более бедных смесей вызывается недостаточно совершенным протеканием процесса смесеобразования; при среднем б > 1 в некоторых частях камеры сгорания дизеля горючая смесь может иметь б < 1 и сгорать не полностью. Начало неполного сгорания топлива, сопровождаемое видимым дымлением на выхлопе, начинается в точке, которая носит название предела дымления. При сильном дымлении наблюдается перегрев двигателя, коксование масла, обильное отложение нагара и т. п. Регулировочная характеристика по зажиганию снимается при постоянном числе оборотов коленчатого вала и определенном положении дроссельной заслонки. Состав горючей смеси при снятии характеристики не должен изменяться. На характеристику наносят кривые зависимости эффективной мощности N_e и удельного расхода топлива g_e от угла опережения зажигания. Снижение мощности и увеличение удельных расходов топлива при углах опережения зажигания объясняется тем, что по мере уменьшения в процесс сгорания все больше и больше переносится на такт расширения. Это сопровождается увеличением потерь тепла в охлаждающую воду и с выхлопными газами. Увеличение угла опережения зажигания свыше наивыгоднейшего сопровождается появлением детонации, ведущей к снижению мощностных и экономических показателей. Регулировочная характеристика по углу предварения подачи топлива снимается при постоянном числе оборотов коленчатого вала и неизменном положении рейки топливного насоса. На характеристику наносят те же зависимости, что и на регулировочную характеристику по зажиганию карбюраторного двигателя, но по оси абсцисс откладывают величину предварения подачи топлива. Обе эти характеристики имеют примерно одинаковый вид. Снижение мощностных и экономических показателей при слишком раннем впрыске топлива объясняется тем, что оно попадает в воздух, имеющий сравнительно малое давление и температуру, поэтому период задержки воспламенения топлива имеет значительную величину. Это ведет к скоплению в цилиндрах к моменту самовоспламенения больших порций топлива. Сгорание в таких условиях протекает с резким нарастанием давления, сопровождающимся ухудшением теплоиспользования и уменьшением механического КПД двигателя. Кроме того, при малом давлении в цилиндре и большом периоде задержки воспламенения частицы топлива до их сгорания успевают достичь стенок камеры сгорания или днища поршня. Осевшие капельки топлива сгорают не полностью, что, в свою очередь, снижает показатели двигателя. Поздний впрыск топлива приводит к смещению процесса сгорания на часть такта расширения. При этом увеличиваются потери тепла в охлаждающую воду и с продуктами сгорания.

29. Основные требования, предъявляемые к топливам ДВС

Автомобильные бензины (ГОСТ 2084-77) - топлива для карбюраторных двигателей должны отвечать следующим требованиям: бесперебойно поступать в систему питания двигателя;- обеспечивать образование топливовоздушной смеси требуемого состава;- обеспечивать нормальное и полное сгорание образуемой топливовоздушной смеси в двигателе (без возникновения детонации);- не вызывать коррозии и коррозионных износов деталей двигателя;- образовывать минимальное количество отложений во впускном трубопроводе, камерах сгорания и других частях двигателя;- сохранять свои свойства при хранении, перекачке и транспортировке. Основными показателями качества бензинов является детонационная стойкость, фракционный состав, давление насыщенных паров и химическая стабильность. Дизельные топлива должны отвечать следующим требованиям: - бесперебойно поступать в цилиндры при любых температурах и обеспечивать легкий пуск двигателя;- хорошо распыливаться и обеспечивать хорошее смесеобразование в цилиндрах двигателя;- образовывать минимальное количество нагара и отложений. А также не вызывать коррозии и коррозионных износов деталей, соприкасающихся с ним и продуктами его сгорания.

30. Охарактеризуйте бензины

Бензины предназначены для поршневых и роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением топливовоздушных смесей от искры. Все автомобильные бензины, вырабатываемые по ГОСТ 2084-77, подразделяются на два вида: 1) летние - предназначены для применения во всех районах страны, кроме северных и северо-восточных, в период с 1 апреля по 1 октября; в южных районах допускается применение летних видов бензинов в течение года. 2) зимние - предназначены для применения в течение всех сезонов в северных и северо-восточных районах страны, в остальных районах - с 1 октября по 1 апреля. Основными показателями автомобильных бензинов является октановое число, характеризующее способность топлива противостоять детонации-самовоспламенению бензиновоздушной смеси при сжатии. Кроме того, основными показателями качества бензинов являются детонационная стойкость, фракционный состав, давление насыщенных паров и химическая стабильность.

31. Охарактеризуйте дизельное топливо

Дизельное топливо получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих стандартные требования по содержанию серы. Марки дизельного топлива по ГОСТ 305-82 устанавливают в зависимости от условий применения: летнее (Л) - для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0 ^оС и выше; зимнее (З) - для эксплуатации при - 20 ^оС и выше (с температурой застывания не выше - 45 ^оС); арктическое (А) - для эксплуатации при - 50 ^оС и выше (с температурой застывания - 55 ^оС). Основным показателем дизельного топлива является цетановое число, которое в первую очередь определяет способность топлива к самовоспламенению, что является необходимым условием работы двигателя с воспламенением от сжатия. Оптимальными цетановыми числами дизельных двигателей являются величины, лежащие в интервале 40-50.

32. Охарактеризуйте газообразные моторные топлива

Газообразные топлива находят большее применение, чем синтетические топлива, в автотракторных двигателях. Основным преимуществом газовых топлив является их экологическая чистота: отсутствие оксидов металлов, свинца, ароматических углеводов, очень низкое содержание серы и т.д. Кроме того, газовые двигатели имеют, по сравнению с бензинами, более высокие значения октанового числа.

33. Смесеобразование в дизелях. Способы смесеобразования

Особенности приготовления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания оказывают существенное влияние на конструкцию и оценочные параметры дизелей. По способу приготовления рабочей смеси различают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразование. Объемное смесеобразование основано на впрыскивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находящегося в объеме камеры сгорания дизеля. Глубину проникновения факела топлива и форму его выбирают так, чтобы свежий заряд воздуха возможно полнее охватывался факелом распыленного топлива и последнее не попадало на стенки камеры. Принцип объемного смесеобразования наиболее полно осуществляется в камерах сгорания, имеющих чашеобразную форму или форму фигурной выемки в днище поршня. Дизели с такими камерами принято называть дизелями с непосредственным впрыскиванием. Объемное смесеобразование широко используют также в сочетании с двухполостными камерами сгорания. В дизелях с предкамерным смесеобразованием топливо подают в дополнительную камеру, объем который составляет примерно 0,25-0,35 от общего пространства сжатия (Vc), по этому сгорает в ней лишь небольшая доля топлива, а оставшаяся часть вместе с продуктами сгорания под действием давления с большой скоростью вытекает в основную камеру через один или несколько узких соединительных каналов. Предкамерное смесеобразование осуществляют в основном за счет энергии перетекания газов из дополнительной в основную камеру в процессе сгорания. Недостатками предкамерных дизелей являются относительно низкая экономичность - минимальный удельный расход топлива составляет около 270 г/( кВт^..ч)-и трудность пуска холодного двигателя в связи с отрицательным влиянием большой поверхности теплоотдачи в двухполостных камерах сгорания. В дизелях с вихрекамерными смесеобразованием объем дополнительной камеры составляет 0,5-0,6 от общего объема Vc. Основная и дополнительные камеры соединяются достаточно широким каналом, который располагают тангенциально к образующей дополнительной камеры, благодаря чему и обеспечивается нужная в ней вихревое движение воздуха. Визрикамерное смесеобразование осуществляют в основном за счет организованного движения воздуха в дополнительной камере, что обеспечивает сравнительно хорошее его использование. Вихркамерные дизели удаврительно работают при 1,35 и максимальным давлением в цилиндрах, составляющим 6,0-6,5 МПа. Пленочное смесеобразование характеризуется тем, что большая часть впрыскиваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной камеры сгорания), на которых оно образует тонкую пленку, а затем испаряется, отнимая часть теплоты от стенок. Принципиальная разница между объемным и пленочным способами смесеобразования состоит, следовательно, в том, что в первом случае частицы распыливаемого топлива непосредственную смешивают с воздухом, а во втором - подавляющую часть топлива с начало испаряют и в парообразном состоянии перемешивают с воздухом при интенсивном вихревом движении его в камере. Пленочное смесеобразование известно под названием М-процесса, при котором топливо подают на стенки камеры по направлению движения воздуха, примерно со скоростью движения последнего, и только около 5% его впрыскивают отдельной струйкой в толщу нагретого воздуха для цели первоначальоного воспламенения. Чтобы обеспечить испарение топливной пленки со стенок камеры, нагрев последних поддерживают на уровне примерно 350⁰ .Интенсивный вихрь, получаемый путем экранирования впускного клапана или иным способом, захватывает все новые и новые порции паром и таким образом последовательно все топливо вовлекается в процессы смесеобразования и сгорания. Благодаря этому максимальное давление в цилиндрах не превышает 6,5 МПа, двигатель работает мягко с нарастанием давления примерно 0,3 МПа на каждый градус поворота вала, а хорошее использование воздуха снижает дымность отработавших газов. Недостатки М-процесса состоят в трудности пуска холодного двигателя, когда подача топлива на холодные стенки камеры сгорания затрудняет парообразование. Чтобы облегчить пуск, воздух подогревают впускном трубопроводе с помощью факела от отдельной форсунки, а если впускные клапаны экранированы, то на время пуска их поворачивают на 180⁰, обеспечивая этим изменение направления вращения воздуха в камере сгорания. В результате струйки топлива попадают не на стенки, а в горячий воздух и смесеобразование осуществляется как объемное, обеспечивая надежный пуск. Объемно-пленочное смесеобразование обладает свойствами как объемного, так и пленочного способов приготовления рабочей смеси. Дизели работают при этом сравнительно мягко с нарастанием давления - примерно 0,4 МПа на градус угла поворота вала - и имеют сравнительно хорошую экономичность. Камера сгорания СНИДИ позволяет осуществлять объемно-пленочное смесеобразование. Она имеет форму усеченного конуса с малым основанием, открывающемся в надпоршневую полость. Топливо подается многодырчатой форсункой под небольшим углом к оси цилиндра Дизели с камерой СНИДИ многотопливные, и это их большое достоинство. Необходимая интенсивность вихреобразования в камере СНИДИ достигается только перетеканием в нее воздуха, вытесняемого из надпоршневой полости в процессе сжатия, в следствии чего возникает кольцевой автономный вихрь вертикальной плоскости (радикальный вихрь). Объемно-пленочное смесеобразование можно осуществить также в камерах другого типа.

34. Типы камер сгорания

Существующие камеры сгорания по общности основных признаков их конструкции объединяют в две большие группы - неразделенные и разделенные. Неразделенные камеры сгорания в общем случае представляют собой объем, заключенный между днищем поршня, когда он находится в в. м. т., и плоскостью головки. Такие камеры называют однополостными, поскольку к моменту подачи топлива вся масса воздуха практически находится в углублении днища поршня, в котором вспрыскиваемое топливо распыливается, перемешивается с воздухом и происходит его сгорание. Однополостные камеры сгорания, углубляемые в днище поршня и образующие объем полушарообразной или шарообразной формы, усеченного конуса, горообразной или иной формы, называют камерами в поршне (соответственно дизели с камерами в поршне). Если с надпоршневой полостью они соединены горловиной, то их называют иногда полуразделенными камерами. Разделенные камеры сгорания состоят из двух объемов, соединяемых между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, располагаемого чаще всего в головке блока. Широко известны две группы разделенных, или двухполостных, камер: предкамеры и вихревые. Дизели с такими камерами именуют предкамерными, вихрекамерными или с предкамерными и вихрекамерными смесеобразованием.

дизельный двигатель карбюратор газораспределительный

35. Смесеобразования в карбюраторных двигателях

При работе карбюраторного двигателя в цилиндр поступает горючая смесь, состоящая из топлива и воздуха. Количество воздуха, в кг, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива называют теоретически необходимым, так как предполагают, что весь кислород расходуется на окисление горючих элементов топлива. Однако вследствие несовершенства смесеобразования и наличия в смеси остаточных газов для полного сгорания топлива количество воздуха в смеси должно быть несколько больше теоретически необходимого. Такое количество воздуха называют действительно необходимым. Отношение действительного количества воздуха в смеси к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха, в зависимости от значения которого смесь бывает бедной (обедненной), нормальной и богатой (обогащенной). Процесс приготовления горючей смеси называется карбюрацией, а прибор, в котором этот процесс осуществляется, - карбюратором.

36. Опишите устройство и принцип работы двухрежимного регулятора

Дизель должен быть оборудован как минимум двумя регуляторами -- максимальной и минимальной частоты вращения. Последний должен обеспечивать увеличение цикловой подачи при падении п. В целях уменьшения массы, размеров и упрощения производства регуляторы максимальной и минимальной частот вращения объединены в одном агрегате, именуемом двухрежимным регулятором. При двухрежимном регуляторе вне зон действия регулятора водитель сам управляет регулирующим органом. В двухрежимных регуляторах механизм регулятора связан с рейкой насоса высокого давления при помощи дифференциального рычага, соединенного также и с тягой педали акселератора, которой управляет водитель. Основными элементами двухрежимного центробежного регулятора являются большие 4 и малые 3 грузы. Грузы свободно посажены на пальцы крестовины 1 и упираются лапками в скользящую муфту 5, также свободно установленную на вращающемся валу 6 регулятора, связанном зубчатой передачей с валом топливного насоса. С противоположной стороны в скользящую муфту под действием слабой пружины 12, помещенной в стакане 13 и втулке 11, упирается основной (вильчатый) рычаг 7 регулятора. Этот рычаг соединен при помощи двуплечего рычага 8 с рейкой 9 топливного насоса высокого давления и тягой 14 педали акселератора. Сильная пружина 10, установленная на втулке 11, упирается в неподвижную стенку корпуса регулятора. Грузы со слабой пружиной и сильной пружинами образуют две последовательно действующие системы регулирования, в которых используется общий рычажный механизм. Массы грузов и затяжку слабой пружины подбирают так, чтобы действующие на муфту составляющие центробежной силы грузов и силы пружины оказались равными, т. е. чтобы система была в равновесии при минимальной частоте вращения коленчатого вала. Педаль акселератора во время работы двигателя на холостом ходу с минимальной частотой вращения коленчатого вала полностью отпущена и двуплечий рычаг находится в положении I. При самопроизвольном уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя центробежная сила грузов уменьшается и пружина 12, отклоняя вильчатый рычаг, перемещает рейку топливного насоса в сторону увеличения подачи топлива. В случае самопроизвольного повышения частоты вращения коленчатого вала двигателя центробежная сила грузов увеличивается и муфта 5, отклоняя вильчатый рычаг и сжимая при этом пружину 12, перемещает рейку насоса в сторону уменьшения подачи топлива. Таким образом, одна система двухрежимного регулятора обеспечивает устойчивую работу дизеля при минимальной частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу. Массу грузов и затяжку сильной пружины подбирают так, чтобы равновесие системы обеспечивалось при максимальной частоте вращения коленчатого вала, допустимом для данного двигателя. Педаль акселератора при работе двигателя с максимальной частотой вращения коленчатого вала полностью нажата, и двуплечий рычаг находится в положении II. При этом большие грузы регулятора раздвигаются до упоров 2 и не изменяют своего положения, сжимая слабую пружину вильчатым рычагом настолько, что стакан 13 вдвигается до упора в торец втулки 11. С дальнейшим увеличением частоты вращения коленчатого вала, которое может происходить при уменьшении нагрузки дизеля, центробежная сила грузов увеличивается и муфта 5, отклоняя вильчатый рычаг и сжимая при этом пружину 10, перемещает рейку насоса высокого давления в сторону уменьшения подачи топлива. Таким образом, вторая система двухрежимного регулятора ограничивает максимальную частоту вращения, не допуская его разноса, даже при его полной разгрузке.

37. Опишите устройство и принцип работы всережимного регулятора

Регулятор, воздействующий на регулирующий орган при всех эксплуатационных частотах вращения, называют всережимным. В этом случае появляется орган управления регулятором. Установив его в то или иное положение, водитель освобождается на определенный период времени от функций управления двигателем и может осуществлять функции управления другими агрегатами машины. Специфика строительных и дорожных машин требует использования на двигателях именно всережимных регуляторов. На автомобилях нередко выгоднее использовать двухрежимные регуляторы. На рис. 2, а--г показаны схемы современного всережимного регулятора, Рис. 2. Схемы работы всережимного регулятора: а -- режим пуска; б -- режим холостого хода; в -- номинальный режим, начало коррекции; г -- режим остановки с помощью специального рычага; П -- пуск; ПН -- полная нагрузка; XX -- холостой ход; О -- остановка

Здесь также на регулятор возложены дополнительно функции обогащения смеси при пуске и коррекции скоростной характеристики. При пуске (рис. 2, а) рычаг управления 3 находится в левом положении, а промежуточный рычаг 7 прижат главной пружиной 1 регулятора к упору максимальной подачи 10. Так как частота вращения мала, грузы 13 опущены. Усилием пусковой пружины 4 регулирующий рычаг 5 и муфта 12 перемещены в крайнее левое положение. В крайнем левом положении находится и рейка 2 насоса, что обеспечивает пусковое обогащение. При крайнем правом положении рычага управления 3 с плечом 14 и устройством для натяжения пружины (рис. 2, б) главная пружина / регулятора не натянута, работает лишь слабая пружина холостого хода 8. Равенство усилий грузов и пружины холостого хода достигается при достаточно большом отклонении вправо рычагов 5, 6, 7 и муфты/2. При этом обеспечивается подача, соответствующая минимальной частоте вращения холостого хода. На рис. 2 в показана схема регулятора при действующем корректоре подачи топлива по скоростной характеристике. Уменьшение частоты вращения ниже номинальной при крайнем левом положении рычага управления 3 приводит к перемещению влево рычагов 5, 6, 7 под действием дисбаланса усилий пружин и грузов. При этом сжимается пружина корректора 9, обеспечивается некоторое дополнительное перемещение рейки в направлении увеличения подачи топлива. Регулированием усилия пружины 9 можно изменять степень коррекции, обеспечивая большее ее соответствие характеру изменения с частотой вращения массового наполнения в конкретном дизеле.

38. Корпусные детали ДВС

Корпус ДВС является основной неподвижной сборочной деталью, внутри которого размещены полости цилиндров и детали КШМ и ГРМ, отдельные элементы систем. Снаружи корпуса также расположены элементы систем двигателя (фильтры, топливная аппаратура, водяной насос, радиатор, пусковое устройство, впускной и выпускной коллекторы, генератор и т.д.). Корпус ДВС включает: картер (блок - картер); цилиндры, изготовленные отдельно или в общей отливке (блок цилиндров); поддон; головку блока цилиндров; крышку головки блока цилиндров; картеры маховика и распределительных шестерен; уплотнительные прокладки; детали крепления. Цилиндр вместе с головкой и поршнем образует замкнутый объем, в котором совершается рабочий цикл двигателя. Внутренняя поверхность стенок цилиндра служит направляющей при возвратно-поступательном движении поршня. Как правило, у современных автотракторных дизелей с жидкостным охлаждением цилиндры отливают в виде гильз, имеющих гладкие наружные поверхности с цилиндрическими установочными поясками и буртиком. Блок - картер служит для крепления к нему внутри и снаружи агрегатов, приборов и отдельных деталей механизмов и систем двигателя. На общую компоновку блок - картеров оказывает влияние принятая конструкция отдельных механизмов и систем ДВС и в частности тип ГРМ. Они различаются силовой взаимосвязью между элементами остова, в связи, с чем различают блок - картеры с несущими цилиндрами, с несущими стенками рубашек охлаждения и с несущими силовыми (анкерными) связями. Головка цилиндров, ограничивающая сверху рабочее пространство цилиндров, подвергается воздействию газов, имеющих высокую температуру, давление и реактивность. Для обеспечения высокой термической и механической прочности, а также противокоррозионной стойкости головки отливают из высококачественного чугуна или из алюминиевого сплава. Многоцилиндровые однорядные двигатели с жидкостным охлаждением имеют одну общую головку для всех цилиндров, а двухрядные -- отдельную головку на группу цилиндров. Поддон картера имеет коробчатую форму и закрывает нижнюю часть блок - картера, являясь резервуаром для масла. Внутренняя вертикальная перегородка отделяет полость для шестерни привода масляного насоса от остальной полости поддона. В средней части поддона размещен маслоуспокоитель. С наружи к поддону крепится предпусковой подогреватель двигателя. Плоскость разъема уплотняется прокладкой из пробки или другого материала. Картер маховика представляет собой отливку цилиндрической формы, усиленную ребрами. На цилиндрической поверхности картера расположены несколько приливов с обработанными поверхностями для крепления к раме, а также фланец, к которому крепится стартер.

39. Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) служит для восприятия давления газов и преобразования возвратно - поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. КШМ состоит из поршневой группы, шатунной группы, коленчатого вала с маховиком, антивибраторов и демпферов. Изучая устройство КШМ следует обратить внимание на устройство, принцип работы отдельных деталей и материалы из которых они изготовлены. (включает поршневую группу и шатунную группу))

40. Поршневая группа

Поршневая группа, которую образует поршень в сборе с комплектом поршневых колец, поршневым пальцем и деталями его крепления, предназначена для: восприятия давления газов и передачи его через шатун на коленчатый вал; уплотнения надпоршневой полости цилиндра как от прорыва газов в картер, так и от излишнего проникновения в нее смазочного материала; управления газообменом в двухтактных двигателях. Детали поршневой группы работают в сложных температурных условиях с циклическими резко изменяющимися нагрузками при ограниченной смазке и недостаточном теплоотводе, имеют наиболее высокую тепловую напряженность, что обязательно учитывается при выборе их конструкции и материала изготовления. Однако общее их устройство остается сходным. Поршень состоит из двух основных частей: головки и направляющей части. Направляющую (тронковую) часть называют юбкой поршня. С внутренней стороны она имеет приливы - бобышки, в которых просверливают отверстие для поршневого пальца, в канавках которых размещают детали, запирающие палец. Нижнюю кромку юбки часто используют в качестве технологической базы при механической обработке поршня. В зоне выхода отверстий под поршневой палец на внешних стенках юбки делают местные углубления, вследствие чего стенки этих зон не соприкасаются со стенками цилиндров, образуя так называемые холодильники. Стенки юбки воспринимают силы бокового давления, что увеличивает силу их трения о стенки цилиндра, и повышает нагрев поршня и цилиндра. Для обеспечения свободного перемещения поршня в цилиндре прогретого и нагружённого двигателя между юбкой и стенками цилиндра предусматривают зазор, величину которого определяют с учётом линейного расширения материала поршня и цилиндра. Головка поршня состоит из днища и образующих её стенок, в которых протачивают канавки под поршневые кольца, разделяемые друг от друга перемычками. Нижнюю канавку снабжают дренажными отверстиями, через которые отводят смазочное масло, с тем, чтобы предотвратить его проникновение (подсос) в камеру сгорания. Днище головки поршня является одной из стенок камеры сгорания и воспринимает давление газов, омывается открытым пламенем и раскалёнными до температуры 1500…2500С газами. Для увеличения прочности днища и повышения общей жесткости головки её стенки снабжаётся массивными рёбрами, связывающими стенки и днище с бобышками. Днища поршней в двигателях автотракторного типа изготовляют плоскими, выпуклыми, вогнутыми и фигурными. Формы их выбирают с учётом типа двигателя, камеры сгорания, принятого смесеобразования и технологии изготовления поршней Головка поршня по сравнению с юбкой имеет более высокую рабочую температуру, а следовательно, и больше, чем юбка, увеличивается в размерах, поэтому диаметр головки всегда делают меньше диаметра юбки. Поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные) предназначены для компенсации температурного зазора между поршнем и стенкой цилиндра и уплотнения цилиндра во избежание проникновения газов в картер двигателя и масла в камеру сгорания. Компрессионные кольца предназначены для того, чтобы между поршнем и стенкой цилиндра не проходили газы. Маслосъемные кольца используют для снятия со стенки цилиндра избытка масла, дающего большое количество нагара и вызывающего дымление двигателя.Зазор между поршневыми кольцами и канавками по высоте делают в пределах 0,03…0,15 мм. При увеличенных зазорах происходит прорыв газов и перегрев колец. В результате масло окисляется, в зазорах образуются отложения, кольца перестают свободно перемещаться и пружинить. Это явление носит название пригорания (закоксовывания) колец и сопровождается потерей двигателем мощности и повышенным расходом масла. Зазоры у нижних колец должны быть меньше, чем у верхних, так как нижние кольца, из-за сравнительного слабого нагрева меньше коробятся. По толщине кольцо подбирают таким, чтобы оно могло легко перемещаться в канавке поршня и полностью углубляться в нее. Поршневой палец служит осью в шарнирном соединении поршня с шатуном и воспринимает, поэтому все передающиеся между ними силовые нагрузки. В четырёхтактных двигателях силовые нагрузки на поршневой палец резко изменяются по величине и по направлению, носят ударный характер. Поршневой палец работают в условиях ограниченной смазки. Поршневые пальцы изготавливают в виде полого цилиндра с небольшой толщиной стенок одинакового или переменного сечения по оси и подвергают их соответствующей термической обработке. Пальцы тщательно шлифуют и полируют. Чтобы в процессе работы поршневые пальцы не выходили из отверстия бобышек и не могли повредить зеркало цилиндра, их фиксируют в строго заданном положении относительно шатуна или поршня. Конструкция поршневого пальца зависит от типа сопряжений пальца с поршнем и шатуном. Различают: палец, вращающийся в бобышках поршня и закреплённый в головке шатуна; палец, свободно вращающийся как в головке шатуна, так и в бобышках поршня (плавающий).

41. Шатунная группа

Шатунная группа, в которую входят шатун, комплект подшипников верхней и нижней головок, шатунные болты с гайками и элементами их фиксации, служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала (или наоборот) и для осуществления кинематического и силового взаимодействия между поршнем и кривошипом коленчатого вала. Верхняя головка шатуна соединяется при помощи поршневого пальца с поршнем, стержень и нижняя головка - с шейкой коленчатого вала. Шатуны состоят из трех конструктивных элементов: стержня, верхней (поршневой) головки и нижней (кривошипной) головки. Различают шатуны одинарные и сочлененные. Стержень шатуна, подверженный продольному изгибу, имеет обычно двутавровое сечение, но применяют иногда крестообразные, трубчатые и другие профили. При необходимости в них просверливают канал для подачи масла к подшипнику верхней головки шатуна. Площадь поперечного сечения стержня имеет переменную величину: минимальное сечение находится у верхней головки, а максимальное - у нижней головки. Обычно обеспечивают плавный переход от стержня к головкам, что способствует повышению общей жесткости шатуна. Верхняя головка имеет форму, близкую к цилиндрической. Двигатели, работающие со струйным охлаждением днища поршней, имеют на верхней головке шатуна специальные форсунки для подачи и распыливания масла. Дозирование масла осуществляют с помощью калиброванного отверстия в пробочке, которую запрессовывают в канал стержня шатуна. Нижние головки шатунов двигателей делают разъемными с упрочняющими приливами и ребрами жесткости. Их отковывают совместно со стержнем, а съемную половину, называемую крышкой нижней головки, скрепляют с основной двумя шатунными болтами. Отверстие в большой головке шатуна обрабатывают в собранном состоянии с крышкой, поэтому ее нельзя переставлять на другой шатун или изменять принятое положение на 180^о относительно шатуна, с которым она была спарена до расточки. Подшипники нижней головки шатуна изготавливают в виде тонкостенных вкладышей, являющихся подшипниками скольжения, для которых применяют сплавы, обладающие высокими антифрикционными свойствами и необходимой механической стойкостью. Вкладыши нижней головки шатуна (шатунные вкладыши), изготавливают сменными взаимозаменяемыми с номинальными и ремонтными размерами. Два вкладыша, поставленные в головку, образуют ее подшипник. Различают вкладыши толстостенные и тонкостенные.

42. Коленчатый вал

Коленчатый вал - наиболее нагруженная, ответственная и дорогостоящая деталь двигателя. Стоимость изготовления вала зачастую достигает 25-30% стоимости всего двигателя. Силы, передаваемые шатуном от поршня к коленчатому валу, создают на нем крутящий момент, который через трансмиссию передается ведущим колесам автомобиля. Кроме того, с коленчатого вала осуществляется привод различных механизмов двигателя. Все это вызывает деформацию элементов вала и порождает осевые и крутильные колебания его, явления усталости материала и, как следствие, повышенный износ шеек, а иногда и поломку вала. Поэтому вал должен обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшой массе. Конструкции коленчатых валов имеют сложную пространственную форму, предопределяемую числом цилиндров и коренных опор. Их разделяют на полноопорные и неполноопорные. Кроме коренных и шатунных шеек и щек к элементам коленчатых валов относят также его хвостовик и носок, а иногда и противовесы. Хвостовиком называют заднюю часть вала, которая заканчивается фланцем, снабженным отверстиями для крепления маховика. Носком называют переднюю часть вала, на которой устанавливают: шестерню привода газораспределения, маслоотражатель и шкив вентилятора, а в резьбовое отверстие с торца - храповик, необходимый для проворачивания коленчатого вала при пуске двигателя вручную. Противовесы устанавливают на щеках со стороны, противоположной кривошипу; в многооборотных двигателях они служат для полной или частичной разгрузки коренных опор от местных центробежных сил. Используют их и в целях уравновешивания двигателей, например, от продольного момента. У полноопорных валов между двумя смежными коренными опорами размещается только одна шатунная шейка, а число коренных шеек всегда у них на одну больше числа шатунных шеек. Такие валы применяют в дизелях, бензиновых V-образных и других двигателях, работающих с большими нагрузками на подшипники. Неполноопорные коленчатые валы имеют по две и более шатунных шеек между двумя смежными- коренными опорами. Шейки вала с целью уменьшения его веса часто выполняют полыми.. Полости в шатунных шейках, закрытые с двух сторон резьбовыми пробками, образуют грязеуловители. Размеры (диаметр и длину) шеек вала выбирают с учетом ранее выполненных конструкций, а затем уточняют их поверочным расчетом. Щеки вала имеют овальную, круглую или призматическую (прямоугольную) формы. Призматические щеки наиболее простые, но по условиям прочности они получаются сравнительно толстыми, что переутяжеляет вал и увеличивает его габарит. Круглые щеки удобны для механической обработки и обладают достаточной прочностью при относительно малой толщине. Овальные щеки по своей прочности мало чем уступают круглым щекам, но при такой их форме удается лучше использовать металл и обеспечивать плавные переходы между отдельными элементами конструкции вала, поэтому их широко применяют в автотракторных быстроходных двигателях. Противовесы, изготовленные отдельно от щек, крепят к ним на шпильках или болтах. Гайки шпилек и болты тщательно при этом блокируют от возможного ослабления затяжек. Подшипники коренных опор автотракторных двигателей изготавливают в виде тонкостенных биметаллических или триметаллических вкладышей, аналогичных с вкладышами шатунных подшипников. Фиксация вала от осевого смещения осуществляется в коренных опорах; смещения допускают в пределах всего 0,2 мм. Коленчатый вал уплотняют с помощью различных сальников, а также масло- и пылеотражающих устройств.