Двс параметры – Раздел I. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. Лекция 2. Общее устройства и основные параметры двигателя.

Характеристики двигателя — Энциклопедия журнала «За рулем»

В двигателе внутреннего сгорания выделяющиеся при сгорании топлива газы давят на поршень, и через преобразующий механизм выполняют механическую работу по вращению коленчатого вала двигателя. Затем эта работа используется для вращения ведущих колес автомобиля. Любой двигатель обладает определенной мощностью и крутящим моментом. Большинство людей при оценке автомобиля в первую очередь обращают внимание на мощность его двигателя и не очень интересуются крутящим моментом, хотя его значение существенно влияет на поведение автомобиля на дороге. Крутящий момент на вале двигателя представляет собой произведение величин силы и длины плеча ее действия.
Современной единицей измерения крутящего момента является ньютонометр (Н•м). Крутящий момент, создаваемый двигателем, зависит от рабочего давления внутри цилиндра двигателя, площади поршня, радиуса кривошипа коленчатого вала и ряда других параметров. Поскольку время воздействия давления газов на поршень изменяется при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя, крутящий момент также изменяется. Если умножить величину крутящего момента, соответствующую определенной частоте вращения вала двигателя, на его угловую скорость, получим значение мощности двигателя, развиваемой при этой скорости. Начиная с XVIII в., единицей измерения мощности была лошадиная сила. Современной международной единицей измерения мощности является киловатт(кВт). При этом лошадиную силу (л. с. ) довольно часто продолжают указывать в технических характеристиках автомобильных двигателей. Для того, чтобы перевести мощность, указанную в киловаттах, в лошадиные силы, нужно умножить ее значение на 1, 34.

Внешняя скоростная характеристика ДВС:
Ne — эффективная мощность;
Me — эффективный крутящий момент;
Mmax — максимальный крутящий момент;
Nmax — максимальная мощность;
МN — крутящий момент, соответствующий максимальной мощности;
ω — угловая скорость вала двигателя

Профессиональные автомобилисты для оценки работы двигателя используют скоростные характеристики, которые представляют собой зависимость крутящего момента двигателя и его мощности от угловой скорости или частоты вращения его вала, они называются «скоростные характеристики двигателя». Скоростные характеристики реальных двигателей получают при их испытаниях на специальных стендах. Очевидно, что значения показателей двигателя будут зависеть от количества поступающего в двигатель топлива, то есть от положения педали «газа». Зависимость скорости автомобиля, полученная при максимальной подаче топлива в цилиндры двигателя, называется

«внешней скоростной характеристикой» (ВСХ).
На графике скоростной характеристики отмечаются минимальные и максимальные обороты коленчатого вала двигателя. Как можно заметить из приведенной скоростной характеристики ДВС, крутящий момент достигает своего максимального значения при средних оборотах вала, а затем, при дальнейшем увеличении частоты вращения, снижается. Хорошо это или плохо? Давайте представим себе автомобиль, который движется по ровной горизонтальной дороге с максимальной скоростью, а его двигатель имеет такую кривую изменения крутящего момента. Максимальная скорость наступает при оборотах двигателя, близких к наибольшим, когда сила, приложенная к ведущим колесам автомобиля и соответствующая крутящему моменту двигателя при этих оборотах, увеличенному с помощью трансмиссии, уравняется с силами сопротивления движению, действующими на автомобиль. Если на дороге перед этим автомобилем возникнет даже небольшой подъем, сила сопротивления увеличится, а обороты двигателя уменьшатся. Что же произойдет при этом с крутящим моментом двигателя?
Из скоростной характеристики можно заметить, что уменьшение оборотов двигателя приведет к небольшому увеличению крутящего момента. Если подъем на дороге не очень велик, то этого увеличения крутящего момента, подводимого к ведущим колесам, может хватить для его преодоления без перехода на более низкую передачу в трансмиссии автомобиля. Другими словами, двигатель с падающей характеристикой крутящего момента хорошо приспосабливается к увеличению сопротивления движению автомобиля. Причем, чем круче опускается кривая момента на скоростной характеристике при увеличении угловой скорости вращения вала двигателя, тем лучшей приспосабливаемостью он обладает.
Электрический двигатель имеет максимальное значение крутящего момента при минимальных оборотах, и при их увеличении крутящий момент постоянно снижается. Поэтому у электромобиля трансмиссия значительно упрощается — ему не нужна коробка передач. Любой автомобильный двигатель представляет собой совокупность механизмов и систем. Основными механизмами четырехтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания являются кривошипно-шатунный механизм
(КШМ)
и газораспределительный механизм (ГРМ).

Какие бывают технические характеристики двигателя (полный список)?

Технические характеристики двигателя — это набор, как правило, выходных данных по тем или иным критериям. Самые важные из которых — мощность, количество цилиндров и некоторые другие. Всего таких характеристик можно насчитать тысячи. Просто представьте, что ведь и обычную ветку можно охарактеризовать с точки зрения сотен данных: начиная с обычных габаритов, плотности и веса, до её упругости, крепости и тому подобного. А теперь представьте мотор, который состоит из тысяч деталей и компонентов, каждый из которых можно как-то охарактеризовать.

Поэтому в статье мы рассмотрим все технические характеристики двигателя, которые представляют для обычного водителя какую-либо ценность. А если мы что-то забудем, пожалуйста, укажите нам это в комментариях.

Хотя статья написана для новичков, автор предполагает, что Вы уже знаете, как работает двигатель внутреннего сгорания. Если нет, то мы рекомендуем ознакомиться сначала с соответствующей статьёй.

А мы, пожалуй, начнём и сгруппируем все характеристики мотора по их типам, а рассортируем их по степени важности от самых важных к менее важным.

Конструктивные характеристики двигателя

Тип питания мотора внутреннего сгорания. В основном, он бывает бензиновым или дизельным — именно это существенно отличает конструкцию любого двигателя. Как, правило, бензиновые двигатели обычно потребляют больше топлива на километр пути, чем дизельные, выдают максимальную мощность на более высоких оборотах, но имеют меньший крутящий момент. Бензиновые моторы чаще устанавливают на легковые авто, а дизельные — на грузовые, где требуется тяговитость.

Количество цилиндров косвенно влияет на мощность и стабильность работы двигателя. На большинстве легковых седанов 4-хцилиндровые двигатели. Чаще всего число цилиндров чётное, но бывают и исключения. Кроме 4-хцилиндровых также распространены 6-, 8-, 10- и 12-цилиндровые двигатели. Последние три типа обычно ставятся на спортивные авто.

Способ расположения цилиндров бывает рядный, когда все цилиндры расположены по одной проекции линии, V-образным, когда цилиндры, поочерёдно располагаясь друг напротив друга, образуют букву «V» и оппозитным — когда цилиндры расположены друг напротив друга.

Обычно рядные двигатели — это 4-х- и 6-цилиндровые, V-образными бывают моторы, начиная от 6 цилиндров.

Рабочий объём двигателя напрямую и главным образом влияет на его мощность — чем рабочий объём больше, тем больше и мощность. Рабочий объём — это тот максимальный объём пространства в камере сгорания, который образуется, когда поршень находится в нижней точке. Значения такой характеристики, как объём мотора, сильно разнятся от автомобиля к автомобилю, составляя от 0,8 литра до 6 литров и более.

Количество клапанов на цилиндр может исчисляться от 2 до 5. Чем более спортивный и мощный двигатель, тем больше клапанов. Двухклапанные двигатели устарели.

Диаметр цилиндра и ход поршня прямо определяют рабочий объём цилиндра. Большой диаметр цилиндра и меньший ход поршня дают высокие обороты и меньшую тяговитость мотора, а такие двигатели, таким образом, устанавливаются чаще на спортивные и гоночные автомобили. Больший ход поршня и меньший диаметр цилиндра при том же рабочем объёме дадут запас тяговитости, меньшее число оборотов при максимальной мощности и бóльшую степень сжатия.

Тип охлаждения бывает воздушный и водяной. Двигатель каждого типа очень легко отличить: мотор с воздушным охлаждением рифлёный для лучшего потока воздуха, а с водяным — нет, каналы для циркуляции воды в таком двигателе проходят внутри него.

Наличие турбины. Существуют 3 основных вида двигателя по этой характеристике:

  • атмосферные двигатели, у которых воздух поступает в цилиндры всасыванием;
  • двигатели с турбокомпрессором — здесь воздух в цилиндры нагнетается компрессором, приводимым в движение от электромотора или самого двигателя;
  • двигатели с турбонаддувом — в таких двигателях воздух нагнетается за счёт давления, создаваемого выхлопными газами.

Тип питания двигателя различают на питание карбюратором, впрыском топлива через форсунки или наличием топливного насоса высокого давления. Различия у этих систем колоссальны. Карбюраторные двигатели не так давно устарели, так как нерационально расходовали топливо; питанием многоточечным впрыском снабжены сегодня почти все автомобили на бензине, а ТНВД используют дизельные моторы.

Материал изготовления корпуса двигателя. Корпус чаще всего изготавливают из чугуна, сплавов алюминия или сплавов магния. Первый вариант распространён, в основном в дизельных и старых двигателях, второй — в современных моторах легковых машин, а последний из-за своей дороговизны, соответственно, в дорогих спортивных автомобилях.

Выходные характеристики двигателя

Мощность двигателя — это, пожалуй, самая важная и обсуждаемая характеристика, на которую смотрят при покупке автомобиля чаще всего в первую очередь. Мощность измеряется в лошадиных силах и зависит практически от всех других характеристик моторов. Для легковых неспортивных автомобилей оптимальная мощность, которой хватит для повседневной езды может составлять от 80 до 130 лошадиных сил. Но заряженные машины могут иметь под свои капотом до 800 и более «лошадей».

Однако, профессионалы говорят, что мощность продаёт машину, а вот гонки выигрывает не мощность, а крутящий момент. Это в определённой степени правда. Крутящий момент — это мгновенная сила именно кручения, которую даёт двигатель. Крутящий момент прямо пропорционален мощности, и обычно его значение (измеряется он в Ньютон×метрах) больше значения мощности в лошадиных силах. Причём, если у бензиновых моторов момент больше примерно в 1,2-1,5 раза, то у дизельных — до соответствующего значения в 3 раза. Именно поэтому дизели считаются более тяговитыми.

Максимальное число оборотов коленчатого вала двигателя — это число оборотов в минуту, больше которого «мозг» автомобиля не даст раскрутить двигатель и которое не приведёт к его поломке. Опять же, максимальное число оборотов отличается у дизелей и бензиновых моторов — у первых оно существенно меньше.

Компрессия и степень сжатия — очень похожие характеристики, хотя физики будут гневно критиковать такое утверждение. Обе характеристики означают давление внутри камеры сгорания цилиндра при сжатии топливо-воздушной смеси.

Расход топлива измеряется в литрах на 100 километров и также является важным показателем при выборе авто. Дизельные двигатели расходуют примерно в два раза меньше топлива, нежели бензиновые (за счёт меньшего числа оборотов). Наличие турбины также даёт существенную экономию. Но главным образом, на значение расхода топлива влияет, конечно же, рабочий объём двигателя, число оборотов мотора при его эксплуатации и в целом манера езды.

Общее уcтройство и характерные параметры поршневых двигателей

Поршневые двигатели внутреннего сгорания представляют собой комплекс механизмов и систем, обеспечивающий преобразование в механическую работу части тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива непосредственно в цилиндрах.

Схема устройства типичного поршневого двигателя внутреннего сгорания

Рис. Схема устройства типичного поршневого двигателя внутреннего сгорания:
а) продольный вид; б) поперечный вид

Схема типичного поршневого двигателя внутреннего сгорания показана на рисунке. В зависимости от назначения и класса таких двигателей их конструкции имеют различную сложность, но все они состоят из следующих основных деталей: цилиндра 5, крышки цилиндра 1, поршня 4 , шатуна 14, вала 8, маховика 7 и картера 6.

Цилиндр, его крышка, картер и различные вспомогательные корпусные и прочие неподвижные элементы конструкции двигателя прочно скрепляются между собой с помощью резьбовых соединений, а некоторые из них, как картер и цилиндры, в автомобильных двигателях часто отливаются совместно.

Цилиндр 5 с помощью фланца крепится к верхней половине картера 6 и закрывается крышкой 1, называемой головкой цилиндра.

Картер служит основанием для цилиндров, в нем также размещается вал 8 двигателя. Картер автомобильных двигателей изготовляется литым, чаще всего разъемным, состоящим из двух половин, стенки его усиливаются ребрами жесткости. Нижней, не несущей его частью является литой или штампованный поддон 9.

В цилиндр 5 вставлен поршень 4, имеющий форму стакана, с повернутым в сторону головки цилиндра днищем. При движении поршня стенки цилиндра служат для него направляющими. Уплотняется цилиндр поршневыми кольцами 2. В полости цилиндра, заключенной между днищем поршня и крышкой 7, происходят все основные и вспомогательные процессы, связанные с окислением (сжиганием) топлива и преобразованием части выделяющегося при этом тепла в механическую работу.

Перемещение поршня в цилиндре передается на вал 8 с помощью связующего их звена — шатуна 14, имеющего форму профильного стержня с двумя головками. Одна головка, соединяющая его стержень с шейкой 11 колена или кривошипа вала 8, называется большой, или нижней, головкой. Другая головка, через отверстие которой проходит поршневой палец 3, обеспечивающий необходимое шарнирное соединение шатуна с поршнем, называется малой или верхней головкой.

Длина шатуна определяется величиной l, равной расстоянию между осями его верхней и нижней головок. Для каждого цилиндра или группы их на валу 8 имеется отдельное колено, образованное цапфой 11 кривошипа, щеками 10 и опорными шейками 13, поэтому вал двигателя называют коленчатым.

Размер кривошипа (колена) определяется радиусом r, равным расстоянию между осью вращения коленчатого вала и осью цапфы кривошипа.

В двигателях с разъемным картером коленчатый вал вращается в опорных подшипниках 12, расположенных в верхней части картера 6. Эти подшипники и соответствующие им опорные шейки 13 коленчатого вала называют коренными. Цапфу 11 кривошипа, шарнирно связывающую вал 8 с нижней головкой шатуна 14, в двигателях автомобильного типа называют шатунной шейкой.

В судовых и стационарных двигателях цапфу кривошипа называют иногда мотылевой; коренные шейки 13 — рамовыми, а часть корпуса (остова), несущую коренные опоры, — рамой.

На коленчатом валу 8 крепится маховик 7, выполненный в виде литого диска с массивным ободом. Энергия маховика, накапливаемая им при вращении, расходуется на вспомогательные процессы в цилиндре двигателя. В одноцилиндровых двигателях кинетическая энергия маховика обеспечивает вывод кривошипно-шатунного механизма из мертвых (крайних) его положений.

Безразмерной характеристикой кривошипно-шатунного механизма считают отношение радиуса r кривошипа к длине l шатуна. В поршневых двигателях внутреннего сгорания это отношение определяется из условий незадевания шатуна за стенку цилиндра и поршня о коренные подшипники при внешнем крайнем его положении.

В двигателе с кривошипно-шатунным механизмом возвратнопоступательное движение поршня вдоль оси цилиндра вызывает вращательное движение коленчатого вала около своей продольной оси, расположенной перпендикулярно коси цилиндра. И, наоборот, вращение коленчатого вала вызывает соответствующее перемещение поршня в цилиндре.

Для двигателя, схематично изображенного на рисунке, наибольшее перемещение поршня или его ход равен удвоенному радиусу кривошипа:

S = 2r

Следовательно, ход поршня — это расстояние между двумя крайними его положениями в цилиндре, занимаемыми им последовательно при каждом полуобороте вала двигателя (через каждые 180° поворота). Положение поршня, при котором он максимально удален от оси коленчатого вала, условно называется внутренней или верхней мертвой точкой (сокращенно в.м.т.), а положение, при котором поршень находится на минимальном расстоянии от оси вала, называется наружной или нижней мертвой точкой (н.м.т.).

Необходимо отметить, что мертвые точки присущи механизму и соответствуют таким двум положениям кривошипа (или колена), при которых шатун и кривошип вытянуты в одну линию, как это имеет место в рассматриваемом соосном механизме (ось цилиндра в котором пересекается с осью коленчатого вала). В общем случае мертвыми точками называют такие положения, при которых поршень меняет направление своего движения, и скорость его перемещения становится равной нулю.

Ход поршня S и диаметр цилиндра D относятся к главным оценочным параметрам двигателя, определяющим основные его размеры. В поршневых двигателях отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D изменяется примерно в пределах от 0,7 до 2,2. Если двигатель имеет S/D < 1,0, то его называют короткоходным. Современные автомобильные двигатели в основном, строятся короткоходными.

Объем, описываемый поршнем при его перемещении от в.м.т. до н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра и обозначается Vh. Сумма рабочих объемов всех цилиндров в многоцилиндровых двигателях называется рабочим объемом, или литражом, двигателя так как рабочий объем чаще всего выражается в литрах.

Объем, образующийся в надпоршневой полости при положении поршня в в.м.т., называется объемом камеры сжатия или объемом камеры сгорания и обозначается Vr. Камеры сгорания двигателей часто имеют сложную геометрическую форму, поэтому действительный объем их определяют экспериментально.

Сумма рабочего объема цилиндра и объема его камеры сжатия называется полным объемом цилиндра. Полный объем цилиндра:

Va = Vh+Vc,

т. е. это объем, образующийся в надпоршневой полости цилиндра, когда поршень находится в н.м.т.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия.

Эта величина показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочего тела, находящегося в цилиндре при перемещении поршня от одного крайнего его положения к другому, т. е. из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. В зависимости от типа и назначения поршневых двигателей степень сжатия для них выбирают в пределах 5—22. Автомобильные двигатели строятся со степенями сжатия 7—9 и выше, если это не ограничивается свойствами топлива или другими факторами, оказывающими неблагоприятное влияние на работу данного типа двигателя. Принятая степень сжатия как оценочный параметр предопределяет экономичность и мощность данного двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания

Кратко мы разберем основные характеристики и отличия поршневых автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

  • Тип ( код) двигателя.
  • Каждый производитель автомобилей присваивает своим силовым агрегатам буквенно-цифровые коды, позволяющие подобрать запасные части в зависимости от комплектации конкретной модели автомобиля. Тип двигателя наносится методом выдавливания на отфрезерованный, технологический отлив блока цилиндров или выдавливается на специальной табличке, которая прикрепляется к блоку цилиндров. Как правило, там же содержится информация и о номере двигателя. Некоторые производители наносят эти данные на головку блока цилиндров (например, AUDI двигатель AAN). В подавляющем большинстве случаев можно прочесть нанесенные данные о типе двигателя, без подъемных механизмов или снятия агрегата с автомобиля.
  • Диаметр цилиндра. ( D )
  • Диаметр цилиндра это размер отверстия в блоке цилиндров (гильзе цилиндра), в котором поступательно двигается поршень. Это конструктивный параметр блока цилиндров влияющий на рабочий объем двигателя. Помимо этого, от диаметра цилиндра зависит общая габаритная ширина и длина двигателя. Размер указывается, как правило, в миллиметрах или дюймах с точностью до сотых долей. Данные размере номинального диаметра цилиндра указываются при комнатной температуре (+20 градусов Цельсия). Измерения производятся нутромером или аналогичным по точности инструментом.

  • Ход поршня. ( S )
  • Ход поршня это расстояние между положением любой точки поршня в верхней мертвой точке (В.М.Т. Верхняя Мертвая Точка – крайнее верхнее положение, достигаемое поршнем в цилиндре ДВС ) и положение поршня в нижней мертвой точке (Н.М.Т). Это конструктивный параметр коленчатого вала, влияющий на рабочий объем двигателя. Размер указывается, как правило, в миллиметрах или дюймах с точностью до сотых долей. Измерения производятся штангель-циркулем или аналогичным по точности инструментом. Как правило, измерения производятся непосредственно на коленчатом валу. От размера, хода поршня зависит габаритная высота двигателя .
  • Количество цилиндров двигателя. ( z )
  • Количество цилиндров является важнейшей конструктивной характеристикой двигателя. В зависимости от количества цилиндров рассчитывается и проектируется и система охлаждения двигателя. Количество цилиндров самым прямым образом влияет на общие габаритные размеры и вес автомобиля. Например: c увеличением количества цилиндров при одном и том же литраже двигателя размеры его цилиндров уменьшаются. Это уменьшение вследствие увеличения отношения внутренней поверхности цилиндра к его объему сопровождается усилением охлаждения двигателя. Уменьшение диаметра цилиндра позволяет создавать камеру сгорания улучшенной формы и вместе с обстоятельством усиления охлаждения позволяет производителем создавать более экономичные двигатели. Но есть и обратная сторона, увеличение количества цилиндров ведет к общему удорожанию силового агрегата. В современном автомобильном моторостроении получили распространение 2-х, 3-х , 4-х , 5-и , 6-и , 8-и , 10-и , 12-и , 16 –и цилиндровые двигатели.
  • Объем двигателя. ( V )
  • Как правило, в справочниках и каталогах указывается рабочий объем двигателя.
    Рабочий объем двигателя ( VH ) (литраж двигателя) складывается из рабочих объемов всех цилиндров. То есть, это произведение рабочего объема одного цилиндра на количество цилиндров.

    VH = Vp * Z

    Рабочий объем цилиндра ( Vp ) — это пространство, которое освобождает поршень при перемещении из верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точки (НМТ).
    Объем камеры сгорания ( Vk )— объем полости цилиндра и камеры сгорания в головке блока цилиндров над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке (ВМТ) — т.е. в крайнем положении и в наибольшем удалении от коленчатого вала. Параметр, прямо влияющий на степень сжатия двигателя. В гаражных условиях измерение камеры сгорания производится с помощью измерения объема жидкости заполняющего камеру.
    Полный объем цилиндра ( Vo ) это сумма рабочего объема одного цилиндра + объем одной камеры сгорания в головке блока.

    Vo = Vp + Vk


  • Количество клапанов на один цилиндр.
  • В современном автомобилестроении все чаще и чаще применяются двигатели с мульти клапанным газораспределительным механизмом. Увеличение количества клапанов является важнейшим параметром позволяющим получать большую мощность при одном и том же объеме двигателя, за счет увеличения объема смеси или воздуха попадающего в цилиндры на такте впуска. Увеличение количества клапанов позволяет получать, лучшее наполнение цилиндров свежей рабочей смесью и быстрее освобождать камеру сгорания от отработанных газов.
  • Тип топлива.
  • По типу топлива двигатели разделяются на следующие группы:. Бензиновые двигатели ( Petrol ) — имеют принудительное зажигание топливовоздушной смеси искровыми свечами. Принципиально различаются по типу системы питания:
    В карбюраторных системах питания смешение бензина с воздухом начинается в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе. В настоящее время выпуск таких двигателей практически прекращено из-за высокого расхода топлива и несоответствия предъявляемым современным экологическим требованиям.
    Во впрысковых ( инжекторных ) двигателях топливо может распылятся одним инжектором (форсункой) в общий впускной трубопровод (центральный, моновпрыск) или несколькими инжекторами перед впускными клапанами каждого цилиндра двигателя (распределенный впрыск). В этих двигателях, возможно, небольшое увеличение максимальной мощности и снижение расхода топлива и уменьшение токсичности отработавших газов за счет рассчитанной дозировки топлива блоком электронного управления двигателем;
    Двигатели с непосредственным впрыскиванием бензина в камеру сгорания , который подается в цилиндр несколькими порциями, что оптимизирует процесс сгорания, позволяет двигателю работать на обедненных смесях, соответственно максимально уменьшается расход бензина и выброс вредных веществ в атмосферу.
    Дизельные двигатели (Diesel) — поршневые двигатели внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием, в которых воспламенение смеси дизельного топлива с воздухом происходит от возрастания ее температуры при сжатии. По сравнению с бензиновыми, дизельные двигатели обладают лучшей экономичностью (примерно на 15-20%) благодаря более чем в два раза большей степени сжатия, значительно улучшающей процессы горения топливо — воздушной смеси. Неоспоримым достоинством дизелей является конструктивное отсутствие дроссельной заслонки, которая создает сопротивление движению воздуха на впуске и в связи с этим увеличивает расход топлива. Максимальный крутящий момент дизели развивают на меньшей частоте вращения коленчатого вала.
    Гибридные двигатели. Двигатели совмещающие характеристики дизеля и двигателя с искровым зажиганием.

  • Компоновка поршневых двигателей (тип расположения).
  • Значительное разнообразие компоновок поршневых двигателей связано с их размещением в автомобиле и необходимостью уместить определенное количество цилиндров в ограниченном объеме моторного отсека.

  • Тип привода ГРМ.
  • В современной мировой практике для уточнения типа клапанного механизма применяются следующие сокращения:
    OHV обозначает верхнее расположение клапанов в двигателе.
    OHC обозначает верхнее расположение распредвала.
    SOHC обозначает один распределительный вал верхнего расположения.
    DOHC обозначает конструкцию газораспределительного механизма с двумя распределительными валами расположенными сверху.
  • Степень сжатия двигателя, компрессия.
  • Понятие степени сжатия не следует путать с понятием «компрессия», которое указывает максимальное давление создаваемое поршнем в цилиндре при данной степени сжатия (например: степень сжатия для двигателя 10:1, значение «компрессии» при этом соответствует значению в 14 атмосфер.).
    • Степень сжатия ( ε ) — отношение полного объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Этот параметр показывает, во сколько раз уменьшается полный объем цилиндра при перемещении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. Для бензиновых двигателей степень сжатия определяет октановое число применяемого топлива. Для бензиновых двигателей значение степени сжатия определяется в пределах от 8:1 до 12:1, а для дизельных двигателей в пределах от 16:1 до 23:1. Общая мировая тенденция в двигателестроении это увеличение степени сжатия как у бензиновых так и у дизельных двигателей, вызванное ужесточением экологических норм.

    • Компрессия (давление в цилиндре в конце такта сжатия) ( p c ) является одним из показателей технического состояния (изношенности) цилиндропоршневой группы и клапанов. У двигателей с серьезным пробегом, как правило, уже имеется неравномерный износ гильзы цилиндра и поршневых колец, в связи, с чем поршневое кольцо не плотно прилегает к поверхности цилиндра. Также изнашивается клапанный механизм, а точнее стержень клапана и направляющая втулка клапана. Вследствие перечисленных причин возникают потери герметичности камеры сгорания. p c = p0 * ε n
      Где:
      p0 — это начальное давление в цилиндре в начале такта сжатия.
      ε— степень сжатия двигателя.
  • Мощность двигателя. ( P )
  • Мощность — это физическая величина, равная отношению произведенной работы или произошедшего изменения энергии к промежутку времени, в течение которого была произведена работа или происходило изменение энергии.
    Обычно мощность измеряется в Лошадиных силах ( Horse Power – англ).
    Значение 1 л.с.( HP) = 0,735 кВт) или в Киловаттах ( 1 кВт = 1,36 л.с.( (HP)). Максимальное значение мощности и максимальный крутящий момент достигаются при различных оборотах двигателя.

    P = M * ω = 2 * π * M * n

    Где:
    M – это крутящий момент ( Н * м ).
    ω — угловая скорость ( рад / сек ).
    n — частота вращения коленчатого вала двигателя. ( мин -1)

    Как правило, во всех справочных автомобильных источниках, а также технических документации на транспортное средство указывается эффективная мощность.
    Эффективная мощность двигателя – это мощность, снимаемая с коленчатого вала двигателя. Не путать с номинальной мощностью двигателя.

    P eff = VH * pe * n / K

    Где:
    VH – рабочий объем двигателя ( см 3).
    pe — среднее эффективное давление ( бар ).
    n — частота вращения коленчатого вала двигателя. ( мин -1)
    K — тактовый коэффициент. ( K=1 для двухтактного ; K= 2 для четырехтактного двигателя )

    Номинальная мощность двигателя это гарантируемая изготовителем мощность двигателя в режиме полного дросселя и заданной частоты вращения, то есть, при работе двигателя на номинальной частоте вращения при полной подаче топлива.

Для оценки экономичности ДВС используется показатель “Удельный расход топлива” обозначающий расход единицы топлива на единицу мощности в час. Который измеряется в г/(кВт·ч) и составляет;

250- 325 г/(кВт×ч) для бензиновых двигателей.

200–270 г/(кВт×ч) для дизельных.

  • Охлаждение двигателя.
  • Чтобы избежать тепловых перегрузок, сгорание смазочного масла на направляющей поверхности поршня и неуправляемого сгорания из-за перегрева отдельных деталей, все части двигателя располагаемые вокруг камеры сгорания должны интенсивно охлаждаться. Используются две принципиальные схемы охлаждения:
    • Непосредственное воздушное охлаждение. Охлаждающий воздух напрямую контактирует с нагретыми частями двигателя и обеспечивает отвод от них теплоты. В основе способа лежит принцип пропуска воздушного потока через оребренную охлаждаемую поверхность. Преимущества: надежность и почти полное отсутствие технического обслуживания. Удорожание стоимости отдельных деталей.
    • Непрямое ( жидкостное или водяное) охлаждение, т.к. вода или другие охлаждающие жидкости обладают высокой теплоемкостью и обеспечивают эффективный отвод теплоты от нагретых поверхностей, большинство современных двигателей имеют жидкостные системы охлаждения. Система содержит замкнутых охлаждаемый контур, позволяющий применять антикоррозионные и низкозамерзающие присадки. Охлаждающая жидкость принудительно прокачивается насосом через двигатель и охлаждающий радиатор.
  • Система питания двигателя.
  • Двигатели внутреннего сгорания выпускаются с различными системами питания, самые известные из них: Система Ecotronic – это система электронного управления работой карбюратора состоящая из дроссельной и воздушной заслонок, поплавковой камеры, системы холостого хода, переходной системы и системы управления подачей воздуха на холостом ходу. Двигатели с этой системой являются более экономичными по сравнению с карбюраторными, но уступают впрысковым двигателям.
    Система Mono — Jetronic – это электронно-управляемая одноточечная система центрального впрыска высокого давления, особенностью, которой является наличие топливной форсунки центрально расположения, работой которого управляет электромагнитный клапан. Распределение топлива по цилиндрам осуществляется во впускном коллекторе. Различные датчики контролируют все основные рабочие характеристики двигателя, они используются для расчета управляющих сигналов для форсунок и других исполнительных устройств системы.
    Система K- Jetronic — это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она является механической системой, которая не требует применения топливного насоса с приводом от двигателя. Она осуществляет непрерывное дозирование топлива пропорционально количеству воздуха, всасываемого при такте впуска. Так как система производит прямое измерение расхода воздуха, она может учитывать изменения в работе двигателя, что позволяет использовать ее вместе с оборудованием для снижения токсичности отработавших газов.
    Система KE- Jetronic – это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она является усовершенствованным вариантом системы K-Jetronic. Она содержит электронный блок управления для повышения гибкости работы и обеспечения дополнительных функций. Дополнительными компонентами системы являются: датчик расхода всасываемого в цилиндры воздуха; исполнительный механизм регулирования качества рабочей смеси; регулятор давления, поддерживающий постоянство давления в системе и обеспечивающий прекращение подачи топлива при выключении двигателя.
    Система L- Jetronic – это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Она сочетает в себе преимущества систем с непосредственным измерением расхода воздуха и возможности, представляемые электронными устройствами. Также как система K-Jetronic данная система распознает изменения в условиях работы двигателя (износ, нагарообразование в камере сгорания, изменение в зазорах клапанов), что обеспечивает постоянный оптимальный состав отработавших газов.
    Система L2- Jetronic это электронно-управляемая система распределенного впрыска топлива. Эта система обладает дополнительными функциями по сравнению с теми, которые предлагает аналоговое устройство L-Jetronic.
    Система LH- Jetronic – схожа с L- Jetronic , различие заключается в методах измерения расхода всасываемого воздуха, так как в системе LH- Jetronic используется тепловой измеритель массового расхода воздуха. Поэтому результаты не зависят от плотности воздуха, которая изменяется в зависимости температуры и давления.
    Система L3-Jetronic. Обладает дополнительными функциями по сравнению с теми, которые предлагает аналоговое устройство L-Jetronic. В электронном блоке управления системы L-Jetronic применяется цифровая обработка для регулирования качества смеси на базе анализа зависимости нагрузка / частота вращения коленчатого вала двигателя.
    Система Motronic -состоит из ряда подсистем. Принцип системы основан на том что зажигание и впрыск топлива объединены в одну систему. И поэтому отдельные элементы системы обладают повышенной гибкостью и возможностью управлять огромным количеством характеристик работы двигателя.
    Система ME-Motronic — эта система объединяет в себе систему впрыска топлива LE2-Jetronic , в которой помимо клапана дополнительной подачи воздуха в дополнительном воздушном канале, имеется повторный регулятор холостого хода, и систему полностью электронного зажигания VSZ.
    Система Mono-Motronic — является скомбинированной системой зажигания и впрыска топлива на базе дискретного центрального впрыска топлива Mono-Jetronic.
    Система KE-Motronic — является скомбинированной системой зажигания и впрыска топлива на базе непрерывного впрыска топлива KE-Jetronic.
    Система Sport-Motronic — является усовершенствованной комбинированной системой зажигания и впрыска топлива обладает повышенной гибкостью и позволяет эксплуатировать двигатель в условиях с максимальной скоростной нагрузкой.
    Система впрыска CR (Common Rail) — Система питания дизельного двигателя, это так называемая аккумуляторная топливная система, которая делает возможным объединение системы впрыскивания топлива дизеля с различными дистанционно выполняемыми функциями и в тоже время позволяют повышать точность управления процессом сгорания топлива. Отличительная характеристика системы с общим трубопроводом заключается в разделении узла, создающего давление и узла впрыскивания. Это позволяет повысить давление впрыскивания топлива.
  • Количество коренных опор.
  • Количество коренных опор это параметр, влияющий на жесткость блока и на сопротивление различным нагрузкам коленчатого вала. Количеству коренных опор соответствует количество коренных подшипников скольжения. Количество шатунных подшипников скольжения равняется количеству цилиндров двигателя.
  • Привод распредвала.
  • В мировом автомобилестроении получили распространение два типа привода распределительных валов:
    • Ременной привод , это привод, осуществляемый с помощью эластичного, но прочного ремня, имеющего поперечные насечки (зубчатый ремень) для улучшения зацепления. Преимуществом ременного привода является невысокая шумность работы, простота конструкции, и как следствие меньшая стоимость и невысокая масса узлов газораспределительного механизма.
    • Цепной привод , это привод, осуществляемый с помощью металлической цепи, которая своими звеньями приводит вращение зубчатых шестерен на коленчатом валу и распредвала. Основным преимуществом цепного привода является длительный ( по сравнению с ременным приводом) срок службы и повышенная надежность работы газораспределительного механизма.

    Источник: www.motorzona.ru

Основные параметры и характеристики двигателя

Категория:

   Автомобили и трактора

Публикация:

   Основные параметры и характеристики двигателя

Читать далее:



Основные параметры и характеристики двигателя

Работа двигателя характеризуется тремя основными параметрами: мощностью, крутящим моментом и удельным расходом топлива. Различают индикаторную, эффективную, литровую и налоговую мощность.

Индикаторная мощность, развиваемая в цилиндре двигателя, не может быть полностью использована для выполнения полезной работы. Часть ее расходуется на преодоление трения между сопряженными деталями двигателя (цилиндр — поршень, коленчатый вал — подшипники), на привод вспомогательных механизмов (водяной и масляный насосы, вентилятор, генератор и др.), на процесс газообмена в цилиндре (впуск свежего заряда и выпуск отработавших газов). Мощность, равноценная этим потерям, называется мощностью механических потерь NM. Величина NM зависит от типа двигателя и условий его эксплуатации. На величину NM оказывает влияние температура охлаждающей жидкости и масла в Двигателе.

Одним из основных показателей качества двигателя является его экономичность, которая определяется количеством топлива GT в килограммах, расходуемым двигателем за 1 ч работы. Параметрами, характеризующими экономичность работы двигателя, являются индикаторный и эффективный удельные расходы топлива.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Тепловой баланс двигателя может определяться экспериментально или расчетным путем.

Автотракторный двигатель эксплуатируется в условиях переменных нагрузок, частого изменения скоростного режима, поэтому мощность двигателя всегда должна соответствовать такой величине, при которой машина движется с требуемой скоростью, обеспечивает заданные динамические качества при высокой топливной экономичности. Для оценки технико-экономических показателей двигателей при работе в различных условиях пользуются характеристиками двигателей. Характеристикой называется графическая зависимость одного из основных показателей работы двигателя (эффективная мощность Ne, эффективный крутящий момент Ме, частота вращения пе коленчатого вала, эффективный удельный расход топлива ge) от другого показателя или фактора, влияющего на его работу. Характеристики двигателей снимаются во время испытаний на специальных стендах при установившихся режимах работы.

Различают скоростные, нагрузочные и регулировочные характеристики двигателей.

Скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности Ne, эффективного крутящего момента на валу двигателя Ме, эффективных часового де и удельного ge расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала пе. Различают внешнюю скоростную характеристику, соответствующую полному открытию дроссельной заслонки карбюраторного двигателя или аксимальной подаче топлива в дизеле, и частичные скоростные характеристики, полученные при неполностью открытых дроссель-ных заслонках или подачах топлива. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя снимается в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения, соответствующей номинальной эффективной мощности. При малой частоте вращения коленчатого вала развиваемая двигателем мощность Ne невелика ввиду медленного сгорания топлива, сопровождаемого большой теплоотдачей.

Рис. 1. Внешние скоростные характеристики двигателей

Однако с дальнейшим увеличением пе рост развиваемой двигателем мощности начинает замедляться вследствие уменьшения среднего эффективного давления ре в цилиндрах из-за уменьшения коэффициента наполнения и увеличения механических потерь.

Внешнюю скоростную характеристику дизеля снимают при максимальной подаче топлива в цилиндры на определенном скоростном режиме, бездымной работе и наивыгоднейшем угле опережения впрыска топлива. В диапазоне частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу от пх до пt двигатель может работать только без нагрузки.

Рекламные предложения:


Читать далее: Топлива, применяемые для двигателей внутреннего сгорания

Категория: — Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Раздел I. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. Лекция 2. Общее устройства и основные параметры двигателя.

Раздел I. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ.

Лекция 2. Общее устройства и основные параметры двигателя.

План

2.1. Назначение и типы двигателей

2.2. Основные определения и параметры двигателя

2.1. Назначение и типы двигателей

Двигатель автомобиля представляет собой совокупность меха­низмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего в его цилиндрах топлива в механическую.

На современных автомобилях наибольшее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых расширяющиеся при сгорании топлива газы воздействуют на дви­жущиеся в их цилиндрах поршни.

Применяемые на автомобилях двигатели подразделяются на типы по различным признакам (рис. 2.1).

Бензиновые двигатели работают на легком жидком топливе — бензине, который получают из нефти.

Дизельные двигатели работают на тяжелом жидком топливе — дизельном, получаемом также из нефти.

Из указанных двигателей наиболее мощными являются бензи­новые, наиболее экономичными и экологичными — дизели, име­ющие более высокий коэффициент полезного действия. Так, при равных условиях расход топлива у дизелей на 25…30% меньше, чем у бензиновых двигателей.

У двигателей с внешним смесеобразованием горючая смесь готовится вне цилиндров, в специальном приборе — карбюрато­ре (карбюраторные двигатели) или во впускном трубопроводе (дви­гатели с впрыском бензина) и поступает в цилиндры в готовом виде. У двигателей с внутренним смесеобразованием (дизели, дви­гатели с непосредственным впрыском бензина) приготовление горючей смеси производится непосредственно в цилиндрах путем впрыска в них топлива.

В двигателях без наддува наполнение цилиндров осуществляет­ся за счет вакуума, создаваемого в цилиндрах при движении пор­шней из верхнего крайнего положения в нижнее. В двигателях с наддувом горючая смесь поступает в цилиндры под давлением, которое создается компрессором.

Принудительное воспламенение горючей смеси от электричес­кой искры, возникающей в свечах зажигания, производится в бензиновых двигателях, а воспламенение от сжатия (самовоспла­менение) — в дизелях.

У четырехтактных двигателей полный рабочий процесс (цикл) совершается за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий ход, вы­пуск), которые последовательно повторяются при работе двига­телей.

Рядные двигатели имеют цилиндры, расположенные в один ряд вертикально или под углом 20…40 ° к вертикали.

V-образные двигатели имеют два ряда цилиндров, расположен­ных под углами 60, 75 и чаще 90°. V-образный двигатель с углом 180° между рядами цилиндров называется оппозитным. Двух-, трех-, че­тырех- и пятицилиндровые двигатели выполняются обычно ряд­ными, а шести-, восьми- и многоцилиндровые — V-образными.

Рис. 2.1. Основные типы автомобильных двигателей, классифицирован­ные по различным признакам.

В двигателях с жидкостным охлаждением в качестве охлажда­ющего вещества используют антифризы (низкозамерзающие жидкости), температура замерзания которых минус 40 °С и ниже. В двигателях с воздушным охлаждением охлаждающим веществом является воздух. Большинство двигателей имеют жидкостное ох­лаждение, так как оно наиболее эффективно.

2.2. Основные определения и параметры двигателя

Рассмотрим основные параметры двигателя, связанные с его работой (рис. 2.2). Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня. В этой точке поршень наиболее удален от оси коленчато­го вала.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня. Поршень наиболее приближен к оси коленчатого вала.

В мертвых точках поршень меняет направление движения и его скорость равна нулю.

Ход поршня (S) — расстояние между мертвыми точками, прохо­димое поршнем в течение одного такта рабочего цикла двигателя.

Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на угол 180° (пол-оборота).

Такт — часть рабочего цикла двигателя, происходящего при движении поршня из одного крайнего положения в другое.

Рабочий объем цилиндра (Vh) — объем, освобождаемый порш­нем при его перемещении от ВМТ до НМТ.

Объем камеры сгорания (Vc) — объем пространства над порш­нем, находящимся в ВМТ.

Полный объем цилиндра (Va) —- объем пространства над поршнем, находящимся в НМТ:

К = Vh + Vc.

Рабочий объем (литраж) двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах (может даваться в см3).

Степень сжатия (в) — отношение полно­го объема цилиндра к объему камеры сгора­ния, т.е.  = V/Vc = (Vh+ Vc)/Vc.

Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается смесь в цилиндре двигателя при ходе поршня из НМТ в ВМТ.

Рис. 2.2. Основные параметры двига­теля

При повышении степени сжатия увеличи­вается мощность двигателя и улучшается его экономичность.

Однако повышение степени сжатия ограничено качеством при­меняемого топлива и увеличивает нагрузки на детали двигателя.

Степень сжатия для бензиновых двигателей современных ле­гковых автомобилей составляет 8—10, а для дизелей 15 — 22.

При таких степенях сжатия в бензиновых двигателях не проис­ходит самовоспламенения смеси, а в дизелях, наоборот, обеспе­чивается самовоспламенение смеси.Ход поршня S и диаметр цилиндра D определяют размеры дви­гателя. Если отношение S/D ходным. Большинство двигателей легковых автомобилей коротко-ходные.

Лекция 3. Рабочий процесс четырехтактных двигателей

Рабочий процесс (цикл) четырехтактных двигателей состоит из тактов впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.

Рабочий процесс происходит за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала. Рассмотрим протекание рабочего цикла бензинового двигателя.

При такте впуска (рис. 2.3, а) поршень 4 движется от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан 5 закрыт. Под действием вакуума, созда­ваемого при движении поршня, в цилиндр 3 поступает горючая смесь (бензина и воздуха) через впускной клапан 7, открытый распределительным валом 6. Горючая смесь перемешивается с остаточными отработавшими газами, образуя при этом рабочую смесь. В конце такта впуска давление в цилиндре составляет 0,08…0,09 МПа, а температура рабочей смеси — 8О…12О°С.

Рис. 2.3. Рабочий процесс четырехтактного бензинового двигателя:

а — такт впуска; б — такт сжатия; в — такт рабочего хода; г — такт выпуска; 1 — коленчатый вал; 2 — шатун; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5, 7— клапаны; 6 — распределительный вал


Такт сжатия (рис. 2.3, б) происходит при перемещении пор­шня от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем рабочей смеси уменьшается, а давление в цилиндре повы­шается и в конце такта сжатия составляет 0,9…1,5 МПа. Повыше­ние давления сопровождается увеличением температуры рабочей смеси до 450…500 °С.

При такте рабочего хода (рис. 2.3, в) впускной и выпускной клапаны закрыты. Воспламененная в конце такта сжатия от свечи зажигания рабочая смесь быстро сгорает (в течение 0,001… 0,002 с). Температура и давление образовавшихся газов в цилиндре возра­стают соответственно до 2200…2500°С и 4…5,5 МПа. Газы давят на поршень, он движется от ВМТ к НМТ и совершает полезную работу, вращая через шатун 2 коленчатый вал 1. По мере перемеще­ния поршня к НМТ и увеличения объема пространства над ним давление в цилиндре уменьшается и в конце такта составляет 0,35… 0,45 МПа. Снижается и температура газов до 900… 1200 °С.

Такт выпуска (рис. 2.3, г) происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Отработавшие газы вы­тесняются поршнем из цилиндра через выпускной клапан, от­крытый распределительным валом. Давление и температура в ци­линдре уменьшаются и в конце такта составляют 0,1…0,12 МПа и 700… 800 °С. Из рассмотренного рабочего процесса (цикла) следует, что полезная работа совершается только в течение одного такта — рабочего хода. Остальные три такта (впуск, сжатие, выпуск) яв­ляются вспомогательными и на их осуществление затрачивается часть энергии, накопленной маховиком двигателя (установлен на заднем конце коленчатого вала) при рабочем ходе.

Рабочий процесс четырехтактного дизеля существенно отлича­ется от рабочего цикла бензинового двигателя по смесеобразова­нию и воспламенению рабочей смеси. Основное различие рабочих циклов состоит в том, что в цилиндры дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух и при такте сжатия впрыски­вается в цилиндры мелкораспыленное топливо, которое самовос­пламеняется под действием высокой температуры сжатого воздуха.

Проследим более подробно протекание рабочего цикла дизеля.

Такт впуска (рис. 2.4, а) осуществляется при движении поршня 2 от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан 6закрыт. Вследствие образо­вавшегося вакуума в цилиндр 7 через воздушный фильтр 4 и от­крытый впускной клапан 5 поступает воздух из окружающей сре­ды. В конце такта впуска давление в цилиндре составляет 0,08… 0,09 МПа, а температура — 40…60°С.

При такте сжатия (рис. 2.4, б) поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень сжимает находящийся в цилиндре воздух, и его температура в конце такта сжатия достигает 550…700 °С при давлении 4… 5 МПа.

При такте рабочего хода (рис. 2.4, в) поршень подходит к ВМТ, и в цилиндр двигателя из форсунки 3 под большим давлением и впрыскивается распыленное дизельное топливо, подаваемое топливным насосом 1 высокого давления. Впрыснутое топливо перемешивается с нагретым воздухом, и образовавшаяся смесь самовocпламеняется. При этом у образовавшихся газов резко возраста­ют температура до 1800…2000°С и давление до 6…9 МПа. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ к НМТ И совершает полезную работу, вращая через шатун 8 коленчатый вал 9. К концу рабочего хода давление газов становится 0,3… 0,5 МПа, а температура 700…900 °С.

Такт выпуска (рис. 2.4, г) происходит при движении поршня от 11MT к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Через открытый выпуск­ной клапан I …0,12 МПа, а температура до 500…700°С.

Рис. 2.4. Рабочий процесс четырехтактного дизеля:

а — такт впуска; 6 — такт сжатия; в — такт рабочего хода; г — такт выпуска; 1 — топливный насос; 2 — поршень; 3 — форсунка; 4 — воздушный фильтр; 5, 6 —клапаны; 7 — цилиндр; 8 — шатун; 9 — коленчатый вал

После окончания такта выпуска при вращении коленчатого вала рабочий цикл двигателя повторяется в той же последовательности.

Лекция 4. Порядок работы двигателя

Порядком работы двигателя называется последовательность чередования рабочих ходов по цилиндрам двигателя. Для равномерной и плавной работы двигателя рабочие ходы и другие одно­именные такты должны чередоваться в определенной последова­тельности в его цилиндрах. При этом чередование должно проис­ходить через равные углы поворота коленчатого вала двигателя, величина которых зависит от числа цилиндров двигателя. В четы­рехтактном двигателе рабочий процесс совершается за два оборота коленчатого вала, т.е. за поворот вала на 720°. Количество рабочих ходов равно количеству цилиндров двигателя. Их чередование для четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателей будет происхо­дить соответственно через 180, 120 и 90° поворота коленчатого вала. Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигате­ля и числа цилиндров. Так, например, у коленчатого вала рядного четырехцилиндрового двигателя, представленного на рис. 2.5, а, шатунные шейки расположены попарно под углом 180°: две край­них к двум средним. Поэтому поршни цилиндров 1 и 4 при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров 2 и 3 — в противоположном. Если в цилиндре 1 происходит рабочий ход, то в цилиндре 4 в это время — впуск.

Рис. 2.5. Порядок работы четырех­тактного двигателя:

а — схема; б — таблица; 1 — 4 — цилиндры

При этом поршни цилиндров 2 и 3 будут двигаться вверх, совер­шая соответственно выпуск и сжатие. Следовательно, порядок работы цилиндров двигателя будет 1—3—42.

Чередование тактов в двигателе показано на рис. 2.5, б.

Порядок работы четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя может быть и другим, например 7—24— 3. При одном и том же расположении шатунных шеек коленчатого вала отличие порядка работы двигателя связано с другой последовательностью открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, что зависит от конструкции газораспределительного механизма двигателя.

Порядок работы двигателя необходимо знать для правильной установки зажигания, а также для регулировки газораспредели­тельного механизма.

Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности и крутящего момента от ча­стоты вращения коленчатого вала при полной подаче топлива.

Эффективной называется мощность, развиваемая на коленча­том валу двигателя.

Внешняя скоростная характеристика определяет возможности двигателя и характеризует его работу. По внешней скоростной ха­рактеристике определяют техническое состояние двигателя. Она позволяет сравнивать различные типы двигателей и судить о со­вершенстве новых двигателей.

На внешней скоростной характеристике (рис. 2.6) выделяют следующие точки, определяющие характерные режимы работы двигателя:

Nmaxмаксимальная (номинальная) мощность;

nN — частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности;

Мmax — максимальный крутя­щий момент;

пм — частота вращения колен­чатого вала при максимальном крутящем моменте;

пmin ~ минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой двигатель работает устой­чиво при полной подаче топлива;

пmax — максимальная частота вращения.

Рис. 2.6. Внешняя скоростная характеристика двигателя малого

класса

Из характеристики видно, что двигатель развивает максимальный момент при меньшей частоте вращения, чем максимальная мощность. Это необходимо для автоматического приспосаблива­ния двигателя к возрастающему сопротивлению движения. Напри­мер, автомобиль двигался по горизонтальной дороге при макси­мальной мощности двигателя и начал преодолевать подъем. Со­противление дороги возрастает, скорость автомобиля и частота вращения коленчатого вала уменьшаются, а крутящий момент увеличивается, обеспечивая возрастание тяговой силы на веду­щих колесах автомобиля. Чем больше увеличение крутящего мо­мента при уменьшении частоты вращения, тем выше приспосабливаемость двигателя и тем меньше вероятность его остановки.

Для бензиновых двигателей увеличение (запас) крутящего мо­мента достигает 30 %, а у дизелей — 15 %.

В эксплуатации большую часть времени двигатели работают в диапазоне частот вращения пМ nN, при которых развиваются со­ответственно максимальные крутящий момент и эффективная мощность.

Внешнюю скоростную характеристику двигателя строят по дан­ным результатов его испытаний на специальном стенде. При ис­пытаниях с двигателя снимают часть элементов систем охлажде­ния, питания и др. (вентилятор, радиатор, глушитель и др.), без которых обеспечивается его работа на стенде. Полученные при испытаниях мощность и крутящий момент приводят к нормаль­ным условиям, соответствующим давлению окружающего возду­ха 1 атм и температуре 15 °С. Эти мощность и момент называются стендовыми, и они указываются в технических характеристиках, инструкциях, проспектах и т.п.

В действительности мощность и момент двигателя, установлен­ного на автомобиле, на 5… 10 % меньше, чем стендовые. Это свя­зано с установкой на двигатель элементов, которые были сняты при испытаниях. Кроме того, давление и температура при работе двигателя на автомобиле отличаются от нормальных. При проек­тировании нового двигателя внешнюю скоростную характеристику получают расчетным способом, используя для этого специальные формулы. Однако действительную внешнюю скоростную характери­стику получают только после изготовления и испытания двигателя.

Контрольные вопросы

  1. Каковы отличительные особенности бензиновых и дизельных двига­телей? Какие из них имеют большее распространение на легковых авто­мобилях?

  1. Назовите основные параметры двигателя и дайте их определения.

  1. Как протекает рабочий процесс двигателя?

  1. Что определяет внешняя скоростная характеристика двигателя?

  1. Почему мощность и момент двигателя на автомобиле меньше ука­занных в технических характеристиках, каталогах, проспектах и т. п.?

3

1.4 Основные показатели работы двигателей

 

Основные показатели, характеризующие работу двигателя, — крутящий момент, мощность, экономичность и коэффициент полезного действия.

Большая часть тепловой энергии, выделяющаяся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, превращается в механическую. Сила давления газов, действующая на поршень, передается через шатун на кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя.

Крутящий момент – это произведение силы, вращающей кривошип, на радиус кривошипа. Крутящий момент выражается в ньютоннометрах (Нм). Развивая определенный крутящий момент, двигатель, совершает работу.

Мощность – это работа, выполненная в единицу времени. Ее измеряют в киловаттах (кВт). Различают индикаторную и эффективную мощность двигателя.

Индикаторная мощность – это мощность, развиваемая газами внутри цилиндра работающего двигателя.

Эффективная мощность – мощность, получаемая на коленчатом валу. Она меньше индикаторной на 20…25%, так как часть мощности затрачивается на преодоление сил трения в механизмах двигателя и приведение в действие вспомогательных устройств (насосов, вентилятора, генератора и др.) и на газообмен.

Механический коэффициент полезного действия (КПД) двигателя – отношение эффективной мощности к индикаторной. Он зависит в основном от качества обработки деталей, смазывания трущихся деталей и правильности сборки двигателя. Значения механического КПД колеблются в пределах 0,75…0,80.

Эффективный коэффициент полезного действия – отношение количества теплоты, превращенный в механическую работу, к количеству теплоты, содержащейся в топливе. Значение эффективного КПД находится в пределах 0,26…0,37 (для карбюраторных двигателей – нижний, а для дизелей – верхний предел). В исправном двигателе около 30% теплоты идет на получение эффективной мощности. Остальная тепловая энергия расходуется на механические потери (20%), нагрев охлаждающей жидкости (25%) и двигателя (10%), а также уносится с отработавшими газами (15%).

Экономичность работы двигателя  характеризуется удельным расходом топлива. Последний, определяют делением часового расхода топлива на эффективную мощность двигателя.

2 Кривошипно-шатунный механизм

 

2.1 Блок двигателя. Цилиндры

 

Блок-картер служит основанием, внутри и снаружи которого расположены детали механизмов и систем двигателя. Блок-картер тракторных двигателей образован из нескольких неподвижно соединенных между собой частей. В зависимости от типа и мощности двигателя составные части двигателя несколько отличаются конструктивно, но в принципе устроены одинаково. Блок-картер – основная часть многоцилиндрового двигателя (рис. 4а).

 

а

1 – блок-картер; 2 – поддон картера; 3 – передняя опора; 4 – картер 

распределительных шестерен; 5 – головка цилиндра; 6 – колпак;

7 – крышка; 8 – картер маховика; 9 – задняя опора; 10 – рама трактора.

Рисунок 4а – Блок-картер.

 

В большинстве современных двигателей он изготовлен в виде единой коробчатой отливки. Чтобы повысить жесткость и разделить блок-картер на несколько отсеков, внутри него выполнены перегородки. Горизонталь-ная перегородка 2 (рис. 4б) делит его на две половины: Верхнюю – блок цилиндров и нижнюю – картер. В блоке устанавливают гильзы цилиндров, которые плотно входят в отверстия верхней плиты и горизонтальной перегородки.

Головка цилиндров 5 (рис. 4а) – представляет собой толстую чугунную плиту, которая закрывает блок-картер сверху. Нижняя часть головки тщательно обработана, она же — верхняя для камер сгорания всех цилиндров. В головке размещены отверстия для клапанов, форсунок, штанг, впускные и выпускные каналы.

На верхней части (плоскости) головки  закрепляют детали привода клапанов, которые закрывают крышкой 7. К нижней плоскости блок-картера прикреплен поддон 2 (рис. 4а), который служит резервуаром для масла, и закрывает нижнюю часть двигателя.

 

б

1 – блок цилиндров; 2 – горизонтальная перегородка; 3 – картер; 4 – перегородки картера; 5 – отверстие для распределительного вала; 6 – вертикальная перегородка; 7 – камера-штанг.

Рисунок 4б – Блок-цилиндров.

 

Картер распределительных шестерен 4 закрывает шестерни, передающее вращение от коленчатого вала к распределительному валу, к приводам топливного и гидравлического масляного насосов.

На задней плоскости блок-картера закреплен картер маховика, который необходим для размещения маховика.

Детали  блок-картера тракторных двигателей (за исключением поддона) обычно отливают из чугуна.

Отдельно изготовленный цилиндр называют гильзой. Гильзы обычно изготавливают из легированного чугуна. Внутреннюю поверхность гильзы, называют зеркалом. По внутреннему диаметру гильзы распределяют на три размерные группы: Б, С и М (большая, средняя и малая).  Гильзы, наружная поверхность которых омывается охлаждающей жидкостью, называют «мокрыми» (рис. 5а). На цилиндрах двигателей с воздушным охлаждением снаружи имеются охлаждающие ребра (5) (рис. 5б).

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о