Устройство автомобиля. Назначения устройства и конструктивные отличия К.Ш.М. изучаемых двигателей

Механический к.п.д. карбюраторных двигателей составляет 0,70— 0,85, а дизелей — 0,73—0,87.

Мощностные показатели двигателя  в значительной мере определяются количеством  теплоты, превращенным в полезную работу. Степень использования теплоты, введенной в двигатель с топливом, оценивают эффективным к.п.д., который  представляет собой отношение количества теплоты Qe, превращенной в эффективную работу, к количеству теплоты Q<, выделившейся в результате сгорания топлива.

Для карбюраторных двигателей Q 23 -4-0,30, для дизелей 0,284-0,40.

 

Рабочие процессы в четырехтактном дизеле

В четырехтактном дизеле рабочие  процессы происходят следующим образом. При движении поршня от в.м.т. к н.м.т. вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0,08—0,95 МПа, а температура 40—60 °С.

Такт сжатия. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. Из-за высокой степени сжатия температура воздуха достигает 550—700 °С при давлении воздуха внутри цилиндра 4,0—5,0 МПа

 

Такт расширения, или рабочий ход.

В конце такта сжатия горючая  смесь воспламеняется от электрической  искры, возникающей между электродами свечи, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают, поршень при этом перемещается от в.м.т. к н.м.т. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей находится в пределах 3,5—5 МПа, а температура газов 2100—2400 °С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре снижается до 0,3—0,75 МПа, а температура — до 900—1200 °С.

 

Такт впуска, такт сжатия

Поршень находится в в.м.т. и по мере вращения коленчатого вала (за один его : полуоборот) перемещается от в.м.т. к н.м.т. При этом впускной клапан открыт, а выпускной клапан закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре создается разряжение, равное 0,07—0,095 МПа, в результате чего свежий заряд горючей смеси, состоящей из паров бензина и воздуха, засасывается через впускной трубопровод в цилиндр.

От соприкосновения свежего  заряда с нагретыми деталями в  конце такта впуска он имеет температуру 75—125 °С.

 

Рабочие циклы  четырехтактных двигателей и показатели их работы

Если рабочий цикл совершается  за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель  называется двухтактным. В настоящее  время двухтактные двигатели  на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано, прежде всего, с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смеси из-за плохой очистки цилиндров от отработавших газов.

Автомобильные двигатели  работают, как правило, по четырехтактному  циклу, который совершается за два  оборота коленчатого вала или  четыре хода поршня и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и  выпуска.

В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий цикл происходит следующим образом.

 

Камера сгорания

С увеличением степени  сжатия повышается мощность и топливная  экономичность двигателя, Однако повышение  степени сжатия карбюраторных двигателей возможно лишь до определенных пределов, после достижения, которых увеличение степени сжатия приводит к преждевременному самовоспламенению рабочей смеси и вызывает взрывное сгорание — детонацию топлива, что снижает работоспособность двигателя.

Различные виды жидких и  газообразных топлив имеют разные температуры  самовоспламенения, поэтому вид  топлива, на котором работает двигатель, определяет пределы его степени  сжатия. Автомобильные двигатели, работающие на бензине (карбюраторные двигатели), имеют степень сжатия 6—10, на газе — 7—9, а дизели — 15—20.

 

Система зажигания

Взаимодействие механизмов и систем двигателя происходит следующим образом. Когда поршень опускается вниз, горючая смесь через открытый впускной клапан поступает в цилиндр. При движении поршня вверх она сжимается и, когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, воспламеняется от электрической искры и сгорает. В процессе сгорания образуются газы, имеющие высокую температуру и большое давление. Под действием давления расширяющихся газов поршень опускается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал. Таким образом, происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Затем поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы через открывающийся клапан.

 

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала и состоит из цилиндра, головки, являющейся как бы крышкой, закрывающей цилиндр сверху, поршня с кольцами и пальцем, который соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Нижняя головка шатуна соединена с коленчатым валом, на заднем конце которого установлен маховик. Коленчатый вал вращается в подшипниках, расположенных в картере, последний снизу закрыт поддоном, используемым как резервуар для масла.

 

 

 

 

 

.

Цилиндры современных  многоцилиндровых двигателей отлиты, как правило, в общем блоке  с верхней частью картера. Материалом для блоков цилиндров служит серый  чугун или специальный алюминиевый  сплав. Цилиндры двигателей с жидкостным охлаждением выполняют с двойными стенками, причем внутренняя стенка образует гильзу цилиндра. Полость между гильзой  и наружной стенкой заполнена  охлаждающей жидкостью. 
Часто гильзы цилиндров выполняют вставными, что позволяет использовать для рабочих поверхностей цилиндров более износостойкие, хотя и дорогостоящие материалы. Гильзы, непосредственно омываемые охлаждающей жидкостью, называются мокрыми. У некоторых двигателей в верхнюю наиболее изнашиваемую зону гильзы впрессовывают вставки длиной 50—60 мм из износостойкого чугуна (например, нирезиста), чем значительно увеличивают срок службы гильзы. Внутренняя часть гильзы, которая направляет движение поршня вместе со вставкой, подвергается тщательной обработке резанием, в результате чего образуется поверхность, называемая зеркалом цилиндра.  
На рис. 1 изображены неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗМЗ-53. Блок цилиндров 15 отлит из алюминиевого сплава. В блоке имеются восемь гнезд 16, в которые вставляются мокрые гильзы 12 из серого чугуна со вставками из нирезиста. Блок цилиндров выполнен как одно целое с верхней частью картера 14. Плоскость разъема, к которой прикреплена нижняя половина картера (масляный поддон), расположена ниже оси коленчатого вала, что повышает жесткость конструкции. Спереди к блоку цилиндров крепят крышку 1 (рис. 1) распределительных шестерен. 
Головка блока цилиндра закрывает цилиндры сверху и служит для полного или частичного размещения камеры сгорания (в некоторых двигателях значительная часть камеры сгорания расположена в поршне). Камеры сгорания имеют различную форму, обеспечивающую эффективное протекание процесса, сгорания. Головки блока цилиндров изготовляют из алюминиевого сплава, обеспечивающего интенсивный отвод тепла. В головке 3 расположены камеры сгорания 7, в которые вставлены изготовленные из специального чугуна седла клапанов. Кроме того, в головке выполнены каналы 6 и 8 для подачи горючей смеси, а также рубашка для охлаждающей жидкости с входными 4, 10 и выходными 5, 9 отверстиями. Головка прикреплена к блоку шпильками 13 и прижимает каждую гильзу цилиндров к специальным выточкам в блоке. Плоскость стыка головки и блока уплотнена сталеасбестовой прокладкой 2. Гайки шпилек головки блока затягивают соответствующим моментом только на холодном двигателе и в строго определенной последовательности, чем достигается надежное уплотнение стыка. 
Поршни воспринимают при рабочем ходе значительные усилия от расширяющихся газов. Поэтому они должны быть достаточно прочными. Для уменьшения сил инерции, действующих на поршни вследствие непрерывно изменяющейся скорости движения, их массы должны быть как можно меньшими. Для удовлетворения этих противоречивых требований поршням придается рациональная форма и их изготовляют из соответствующих материалов. Поршни подвергаются воздействию высоких температур, так как непосредственно соприкасаются с горячими газами. С целью отвода тепла поршни имеют внутренние охлаждающие ребра, одновременно повышающие их прочность.

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов, находящихся в цилиндрах, преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала и передает крутящий момент на трансмиссию.

Он состоит из неподвижных  и подвижных деталей.

К неподвижным деталям  относятся: блок цилиндров, гильзы цилиндров, головки блоков цилиндров,  коренные подшипники.

К подвижным деталям относятся: детали шатунно-поршневой группы (поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, шатуны с шатунными подшипниками в нижней головке), коленчатый вал  и маховик.

 

 

Блок цилиндров (рис.2) двигателя   представляет моноблочную V образную   конструкцию с точно обработанными посадочными местами для гильз цилиндров 3,  вкладышей коренных подшипников коленчатого вала 4,   втулок  распределительного  вала 6 и шарикоподшипников вала привода топливного насоса высокого давления 7. Блок цилиндров отлит  из низколегированного серого им, как одно целое, с верхней частью картера. Он является базовой деталью, на которой смонтированы все узлы и детали двигателя.

Цилиндры двигателя расположены  в два ряда под углом 90°. Первый ряд   цилиндров   смещен относительно левого вперед на 35 мм. Это вызвано тем, что на одной шатунной шейке коленчатого вала крепится два шатуна:   один правого ряда, другой — левого.

В качестве цилиндров используются  вставные гильзы.   В средней части блока между рядами цилиндров расположены четыре опоры для  установки распределительного вала.  В опоры запрессованы бронзовые втулки. Над опорами распределительного вала размещены четыре опоры для разрезной оси качающихся толкателей. Выше имеется  два отверстия под шарикоподшипники приводного вала топливного насоса высокого давления. Спереди к блоку крепится крышка 5 распределительных шестерен, шестерен привода вентилятора и топливного насоса. К задней плоскости блока крепится картер маховика 12. В нижней части блока   цилиндров   расположены   четыре   коренных   подшипника. В гнезда коренных подшипников вставляются по два тонкостенных вкладыша 4.                                      

В верхних вкладышах имеется  кольцевая   канавка   с отверстием посредине для подвода масла.  Для предотвращения проворачивания вкладышей в гнездах на краях вкладышей выполнены усы, Которые входят в выточки в теле блока и крышках коренных подшипников.

К нижней части блока болтами  крепится масляный поддон, в котором  содержится масло для смазки двигателя. Для уплотнения между ними ставится пробковая прокладка. 

 

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов при  такте сгорание — расширение и  преобразовывает прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипно-шатунный механизм состоит из блока цилиндров с картером, головки цилиндров, поршней с кольцами, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, маховика и поддона картера.

Блок цилиндров является основной деталью двигателя, к которой  крепятся все механизмы и детали.

Цилиндры в блоках изучаемых  двигателей расположены V-образно в два ряда под углом 90°.

Блоки цилиндров отливают из чугуна (ЗИЛ-130, КамАЗ) или алюминиевого сплава (ЗМЗ-53). В той же отливке  выполнены картер и стенки полости  охлаждения, окружающие цилиндры двигателя.

В блоках изучаемых двигателей устанавливают вставные гильзы, омываемые  охлаждающей жидкостью. Внутренняя поверхность гильзы служит направляющей для поршней. Гильзу растачивают  под требуемый размер и шлифуют. Гильзы, омываемые охлаждающей жидкостью, называются мокрыми. Они в нижней части имеют уплотняющие кольца из специальной резины (ЗИЛ-130 и КамАЗ-740) или медные (ЗМЗ-53). Вверху уплотнение гильз достигается за счет прокладки  головки цилиндров. 

Блок цилиндров V-образного  двигателя ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53 вверху закрыт двумя головками из алюминиевого сплава. В двигателе КамАЗ-740 каждый    цилиндр  имеет свою головку. В головке цилиндров двигателей ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53 размещены камеры сгорания, в которых имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания. Для охлаждения камер сгорания в головке вокруг них выполнена специальная полость.

На головке цилиндров  закреплены детали газораспределительного механизма. В головке цилиндров  выполнены впускные и выпускные  каналы и установлены вставные седла  и направляющие втулки клапанов. Для  создания герметичности между блоком и головкой цилиндров установлена прокладка, а крепление головки к блоку цилиндров осуществлено шпильками с гайками. Прокладка должна быть прочной, жаростойкой и эластичной. В двигателе ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53 она сталеасбестовая, в 'КамАЗ-740 — из стали. Для уплотнения стальной прокладки в расточку на нижней плоскости головки цилиндра запрессовано стальное кольцо с острым выступом.

В двигателе ЗМЗ-53 гильзы цилиндров в верхней части  удерживаются только головкой цилиндров, поэтому при сборке необходимо подбирать  комплект медных уплотнительных колец нижней части гильзы так, чтобы гильза выступала над плоскостью разъема блока и головки цилиндров на. 0,02 ... 0;09 мм. Головка цилиндров сверху закрыта штампованной крышкой. Между крышкой и головкой устанавливают прокладки из маслоустойчивой резины.  Головка      цилиндра     двигателя КамАЗ   закрыта   алюминиевой  крышкой,    уплотненной прокладкой.

Снизу картер двигателя закрыт поддоном, вы штампованным из листовой стали. Поддон защищает картер от попадания пыли и грязи и используется в качестве резервуара для масла.

Штампованный поддон крепится к плоскости разъема болтами, а для обеспечения герметичности  соединения применяют прокладки  из картона или из клееной пробковой  крошки.