В чем проектируют двигатели

Устройство автомобиля для сдающих экзамены в ГИБДД и начинающих водителей

Несмотря на то что в автошколах немало внимания уделяется вопросам технического устройства автомобиля, полученных знаний хватает далеко не всем новичкам. Данная книга призвана восполнить этот пробел. Она поможет вам в короткие сроки разобраться в том, что представляет собой современный автомобиль, из каких узлов и агрегатов он состоит, почему при наличии определенных неисправностей машину нельзя эксплуатировать и т. д. Легкий и доступный стиль изложения и большое количество цветных иллюстраций способствуют быстрому усвоению предлагаемого материала даже теми, кто до настоящего момента никогда не имел дела с автомобилем. Книга рекомендована журналом «Автомир» и интернет-порталом www.avtotut.ru.

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Устройство автомобиля для сдающих экзамены в ГИБДД и начинающих водителей предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

2. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Общее устройство и работа ДВС

Почти на всех современных автомобилях в качестве силовой установки применяется двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (рис. 2.1).

Существуют еще электромобили, но их мы рассматривать не будем.

Рис. 2.1. Внешний вид двигателя внутреннего сгорания

В основе работы каждого ДВС лежит движение поршня в цилиндре под действием давления газов, которые образуются при сгорании топливной смеси, именуемой в дальнейшем рабочей.

При этом горит не само топливо. Горят только его пары, смешанные с воздухом, которые и являются рабочей смесью для ДВС. Если поджечь эту смесь, она мгновенно сгорает, многократно увеличиваясь в объеме. А если поместить смесь в замкнутый объем, а одну стенку сделать подвижной, то на эту стенку будет воздействовать огромное давление, которое будет двигать стенку.

В ДВС из каждых 10 литров топлива только около 2 литров используется на полезную работу, остальные 8 литров сгорают впустую. То есть КПД ДВС составляет всего 20 %.

ДВС, используемые на легковых автомобилях, состоят из двух механизмов: кривошипношатунного и газораспределительного, а также из следующих систем:

♦ выпуска отработавших газов;

Основные детали ДВС:

♦ головка блока цилиндров;

♦ распределительный вал с кулачками;

Большинство современных автомобилей малого и среднего класса оснащены четырехцилиндровыми двигателями. Существуют моторы и большего объема — с восьмью и даже двенадцатью цилиндрами (рис. 2.2). Чем больше объем двигателя, тем он мощнее и тем выше потребление топлива.

Рис. 2.2. Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки:

а — четырехцилиндровые; б — шестицилиндровые; в — двенадцатицилиндровые (α — угол развала)

Принцип работы ДВС проще всего рассматривать на примере одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра с внутренней зеркальной поверхностью, к которому прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень цилиндрической формы — стакан, состоящий из головки и юбки (рис. 2.3). На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Они обеспечивают герметичность пространства над поршнем, не давая возможности газам, образующимся при работе двигателя, проникать под поршень. Кроме того, поршневые кольца не допускают попадания масла в пространство над поршнем (масло предназначено для смазки внутренней поверхности цилиндра). Иными словами, эти кольца играют роль уплотнителей и делятся на два вида: компрессионные (те, которые не пропускают газы) и маслосъемные (препятствующие попаданию масла в камеру сгорания) (рис. 2.4).

Рис. 2.3. Поршень

Смесь бензина с воздухом, приготовленная карбюратором или инжектором, попадает в цилиндр, где сжимается поршнем и поджигается искрой от свечи зажигания. Сгорая и расширяясь, она заставляет поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия превращается в механическую.

Рис. 2.4. Поршень с шатуном:

1 — шатун в сборе; 2 — крышка шатуна; 3 — вкладыш шатуна; 4 — гайка болта; 5 — болт крышки шатуна; 6 — шатун; 7 — втулка шатуна; 8 — стопорные кольца; 9 — палец поршня; 10 — поршень; 11 — маслосъемное кольцо; 12, 13 — компрессионные кольца

Далее следует преобразование хода поршня во вращение вала. Для этого поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установленных в картере двигателя (рис. 2.5).

В результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно через шатун происходит вращение коленчатого вала.

Верхней мертвой точкой (ВМТ) называется самое верхнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вверх и готов начать движение вниз) (см. рис. 2.3). Самое нижнее положение поршня в цилиндре (то есть место, где поршень перестает двигаться вниз и готов начать движение вверх) называют нижней мертвой точкой (НМТ) (см. рис. 2.3). А расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ до НМТ) называется ходом поршня.

Рис. 2.5. Коленчатый вал с маховиком:

1 — коленчатый вал; 2 — вкладыш шатунного подшипника; 3 — упорные полукольца; 4 — маховик; 5 — шайба болтов крепления маховика; 6 — вкладыши первого, второго, четвертого и пятого коренных подшипников; 7 — вкладыш центрального (третьего) подшипника

Когда поршень перемещается сверху вниз (от ВМТ до НМТ), объем над ним изменяется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положении в ВМТ — это камера сгорания.

А объем над цилиндром, когда он находится в НМТ, называют рабочим объемом цилиндра.

В свою очередь, рабочий объем всех цилиндров двигателя в сумме, выраженный в литрах, называется рабочим объемом двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания в момент нахождения поршня в НМТ.

Важной характеристикой ДВС является его степень сжатия, которая определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр топливо-воздушная смесь при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6–14, у дизельных — 14–24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, а также существенно влияет на токсичность отработавших газов.

Мощность двигателя измеряется в киловаттах либо в лошадиных силах (используется чаще). При этом 1 л. с. равна примерно 0,735 кВт.

Как мы уже говорили, работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре топливо-воздушной смеси.

В бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания (рис. 2.6), в дизельных — от сжатия.

Рис. 2.6. Свеча зажигания

При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно: в момент сгорания горючей смеси резко ускоряется, а все остальное время замедляется.

Для повышения равномерности вращения на коленчатом валу, выходящем наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск — маховик (см. рис. 2.5). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются.

А сейчас поговорим немного подробнее о работе одноцилиндрового двигателя.

Повторим, первое действие — попадание внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливо-воздушной смеси, которую приготовил карбюратор или инжектор. Этот процесс называется тактом впуска (первый такт). Заполнение цилиндра двигателя топливо-воздушной смесью происходит, когда поршень из верхнего положения движется в нижнее. При этом к цилиндру двигателя подведены два канала: впускной и выпускной. Горючая смесь впускается через первый канал, а продукты ее сгорания выходят через второй. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: клапан — это подобие гвоздя с большой круглой шляпкой, перевернутый шляпкой вниз, которой закрывается вход из канала в цилиндр.

Читать еще: 4d56 двигатель на каких машинах

При этом шляпка прижимается к кромке канала мощной пружиной и закупоривает его.

Если нажать на клапан (тот самый гвоздь), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала откроется (рис. 2.7).

Во время этого такта поршень перемещается из ВМТ в НМТ. При этом впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью до тех пор, пока поршень не окажется в НМТ, то есть его дальнейшее движение вниз станет невозможным. Из ранее сказанного мы с вами уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот. Так вот, за первый такт работы двигателя (при перемещении поршня из ВМТ в НМТ) коленвал проворачивается на пол-оборота.

После того как топливо-воздушная смесь, приготовленная карбюратором или инжектором, попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан, она становится рабочей.

Теперь наступил момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и деваться ей стало некуда: впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. В этот момент поршень начинает движение снизу вверх (от НМТ к ВМТ) и пытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра (см. рис. 2.7). Однако, как говорится, стереть в порошок эту смесь ему не удастся, поскольку преступить черту ВМТ поршень не может, а внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, находящимся в ВМТ, всегда оставалось пусть не очень большое, но свободное пространство — камера сгорания. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а температура достигает 450–500 °C.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

Один из самых распространенных двигателей — двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные лодки и т. д., во всем мире насчитываются сотни миллионов таких двигателей. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания — бензиновые и дизели.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания работают на жидком горючем (бензине, керосине и т. п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах или добываемом сухой перегонкой из дерева). Проектируют двигатели, где горючим будет водород.

Основная часть ДВС — один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя.

Внутри цилиндра движется поршень — металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутки между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем — пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передает движения поршня коленчатому валу (см. рис.).

Верхняя часть цилиндра сообщается с двумя каналами, закрытыми клапанами. Через один из каналов — впускной подается горючая смесь, через другой — выпускной удаляются продукты сгорания. В верхней части цилиндра помещается свеча — приспособление для зажигания горючей смеси посредством электрической искры.

Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный двигатель. Рассмотрим его работу. 1-й такт — впуск (всасывание). Открывается впускной клапан. Поршень, двигаясь вниз, засасывает в цилиндр горючую смесь. 2-й такт — сжатие. Впускной клапан закрывается. Поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, при сжатии она нагревается. 3-й такт — рабочий ход. Поршень достигает верхнего положения. Смесь поджигается электрической искрой свечи. Сила давления газов — раскаленных продуктов горения — толкает поршень вниз. Движение поршня передается коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым производится полезная работа. Производя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти до атмосферного. 4-й такт — выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.

Из 4 тактов двигателя только один, третий, — рабочий. Поэтому двигатель снабжают маховиком, инерционным двигателем, запасающим энергию, за счет которой коленчатый вал (см. Валы и оси машин) вращается в течение остальных тактов. Отметим, что одноцилиндровые двигатели устанавливают главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах для более равномерной работы ставят 4, 6, 8 и более цилиндров на общем валу. Двигатели с цилиндрами, установленными в виде звезды вокруг одного вала, получили название звездообразных. Мощность звездообразных двигателей достигает 4 МВт. Используют их главным образом в авиации.

Дизель — другой тип двигателя внутреннего сгорания. Воспламенение в его цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух, предварительно сжатый поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры. Этим он отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания, в котором используется особое устройство для воспламенения топлива.

Первый дизельный двигатель был построен в 1897 г. немецким инженером Р. Дизелем и получил название от его имени.

Конструктивно дизель мало чем отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания. На рисунке видно, что у него есть цилиндр, поршень, клапаны. И принцип действия дизеля тот же. Но есть и отличия: в головке цилиндра находится топливный клапан — форсунка. Назначение ее — в определенные фазы вращения коленчатого вала впрыскивать топливо в цилиндр. Клапаны, топливный насос, питающий форсунку, получают движение от распределительного вала, который, в свою очередь, приводится в движение от коленчатого вала двигателя.

Пусть начальным положением поршня будет верхняя мертвая точка. При движении поршня вниз (1-й такт) открывается впускной клапан, через который засасывается воздух. Впускной клапан при обратном ходе поршня закрывается и в продолжение всего 2-го такта остается закрытым.

В цилиндре дизеля происходит сжатие воздуха (в бензиновом двигателе внутреннего сгорания на этой фазе сжимается горючая смесь). Степень сжатия в дизелях в 2—2,5 раза больше, вследствие чего температура воздуха в конце сжатия поднимается до температуры, достаточной для воспламенения топлива. В момент подхода поршня в верхнюю мертвую точку начинается подача топлива в цилиндр из форсунки. Попадая в горячий воздух, мелкораспыленное топливо самовозгорается. Сгорание топлива (в 3-м такте) происходит не сразу, как в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, а постепенно, в продолжение некоторой части хода поршня вниз, объем пространства в цилиндре, где топливо сгорает, увеличивается. Поэтому давление газов во время работы форсунки остается постоянным.

Когда поршень возвращается в нижнюю мертвую точку, открывается выпускной клапан, и давление газов сразу падает, после чего заканчивается 4-й такт, поршень возвращается в верхнюю мертвую точку. Далее цикл повторяется.

Дизель относится к наиболее экономичным тепловым двигателям (КПД достигает 44%), он работает на дешевых видах топлива. Сконструированы и построены двигатели мощностью до 30 000 кВт. Дизели используются главным образом на судах, тепловозах, тракторах, грузовиках, передвижных электростанциях.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Контрольный выстрел: Почему США «убили» ракетные двигатели РД-180

Теперь российским поставщикам придётся решать, кому продать уникальные ракетные двигатели.

Коллаж © LIFE. Фото © Shutterstock

Почему США отказались от РД-180

На двигатель РД-180 американские ракетостроители обратили внимание ещё в 1996 году. Тогда российский кислородно-керосиновый агрегат выиграл тендер и был рекомендован к применению на проектируемых ракетах «Атлас-3» и «Атлас-5». Для российских предприятий это был глоток свежего воздуха — страна переживала непростые времена, и приток твёрдой валюты на счета был как нельзя кстати. 21 год подряд на РД-180 зарабатывались неплохие деньги — за это время в России было собрано 122 ракетных двигателя, которые всегда работали как часы и выводили на орбиту не только научные и исследовательские модули и зонды, но и военные спутники Пентагона. Каждый из них обошёлся американцам примерно в 9 млн долларов, и Россия заработала на поставках РД-180 более 1,2 млрд долларов.

Читать еще: Что нужно сделать чтобы снять двигатель

Фото © ТАСС / ГК «Роскосмос»

Но после того, как в США появился Илон Маск, а его SpaceX доказала, что Пентагон серьёзно переплачивает за пуски крупным компаниям (таким, как Lockheed Martin/Boeing и их United Launch Alliance), всё начало меняться. Гибкая и готовая к быстрым проектам компания Илона Маска показала, как нужно строить ракеты, в ULA задумались, как сделать запуски собственных ракет ещё дешевле. Тут как нельзя кстати появился Джефф Безос — он заявил, что сможет сделать двигатель не хуже российского, и, надо признаться, сдержал слово. Почти. Метан-кислородный BE-4 рождался медленно и тяжело, но это молодой американской компании можно простить — у Blue Origin, которую основал самый богатый человек в мире, не было опыта разработки сложных ракетных систем. При этом консультанты Конгресса США пару раз впадали в панические атаки и заявляли, что альтернативы российскому ракетному двигателю не будет как минимум до 2030 года.

Последняя партия двигателей РД-180 уже собрана, продана и доставлена клиенту, а это значит, что о новых закупках можно будет забыть. По крайней мере, на время. Но могут ли американцы просто взять и отказаться от закупок российских двигателей?

Давай по новой, Миша: Почему эпичный взрыв украинской ракеты назвали успехом

BE-4 против РД-180

Американский BE-4 построен по схожей с РД-180 схеме с замкнутым циклом работы, но уступает ему по целому ряду характеристик — давлению внутри камеры сгорания (261 бар против 134), тяге, он почти на 700 килограммов тяжелее РД-180 и к тому же о его надёжности пока нельзя говорить с абсолютной уверенностью.

Есть вопросы и по цене — некоторые американские аналитики заявляют, что себестоимость каждого BE-4 около 8,5 млн долларов, а вместе с наценкой его стоимость может возрасти до 10–11 млн долларов. Но для американцев такие аргументы значения не имеют, и вопрос, кажется, уже решён — последние ракеты «Атлас-5», на которые устанавливались российские двигатели, проданы под пуски, больше производить их не будут.

На смену «Атлас-5» в ближайшее время планируют создать ракету «Вулкан», однако дата начала её лётных испытаний неизвестна, а ракета, по слухам, спроектирована с целым рядом ошибок. Кроме того, по словам популяризатора космонавтики Виталия Егорова, строить многоразовый вариант этой ракеты пока не планировали.

Её могут сделать частично многоразовой. Единственное, что там можно спасать, — это двигательный отсек. Полностью многоразовая первая ступень предполагается только в ракете New Glenn, которую разрабатывает та же компания Blue Origin, что создала BE-4

» ratio=»1/1″ src=»https://static.life.ru/publications/2021/9/5/1114543044131.4421.png» loading=»lazy» />

Украсть нельзя скопировать: Какие технологии Россия может отобрать у Илона Маска?

Почему Илон Маск — гений?

Отказ от запусков ракет «Атлас-5» и использования российских двигателей на какое-то время может оставить United Launch Alliance без космоса. Пока турбулентность, связанная с разработкой новых ракет, будет тревожить ULA, запуски в интересах госзаказчиков будет проводить Илон Маск, у которого давно готовы двигатель, ракета и собственные космодромы на подходе. К тому же почти сразу решается вопрос с импортозамещением — эксперты отмечают, что даже если BE-4 будет вдвое дороже российского РД-180, то отказываться от него в США не станут. Во-первых, политика «национальной безопасности», во-вторых, технологическая гонка, которая, кто бы что ни говорил, только набирает обороты и демонстрировать собственные достижения крайне важно.

Один из четырех российских ракетных двигателей РД-180, изготовленный по заказу США на НПО «Энергомаш». Фото © ТАСС / Филиппов Алексей

Чем дольше Blue Origin будет доводить «убийцу РД-180» до ума, тем больше денег получит Илон Маск — по слухам, доработкой конструкции собственных двигателей инженеры Джеффа Безоса планируют заниматься вплоть до 2024 года. Когда будут израсходованы все запасы российских двигателей и все корпуса для ракет «Атлас-5», единственным поставщиком пусковых услуг (пусть и на время) останется Илон Маск.

Гениальный вор или талантливый инженер: 5 российских изобретений, на которых Илон Маск заработал миллиарды

Россия наносит ответный удар?

История с отказом США от РД-180 неприятная, но, тем не менее, не смертельная. Спрос на российские ракетные двигатели в США по-прежнему сохраняется. Летом 2021 года стало известно, что Россия начала продажи двигателей РД-181, которые устанавливают на ракеты Antares, поэтому говорить о том, что США отказываются от российских технологий, было бы неправильно. Но и в России есть проблемы. Например, разработка метан-кислородного двигателя РД-0169, который может стать главным конкурентом американских Raptor и BE-4, по слухам, запаздывает — создание опытного прототипа сдвинулось на 2025 год.

К тому моменту, как этот двигатель появится в России, ситуация на рынке пусковых услуг обострится до предела. Активную борьбу между собой будут вести сразу три ключевых игрока — SpaceX Илона Маска, Blue Origin Джеффа Безоса и российские поставщики космической техники. Маск первым вышел на технологический пик и пока лидирует как в космической гонке, так и в умении договариваться с правительством США о финансировании. Двигатель BE-4 Джеффа Безоса пока не воспринимается экспертами как беспроблемный, а Россия продолжает поставлять США кислородно-керосиновые двигатели, которые являются одними из самых надёжных в мире, но параллельно отстаёт в разработке новой ракеты и принципиально нового двигателя.

Илон Маск наносит ответный удар: 5 технологий SpaceX, которые могут «убить» российскую космонавтику

Кому достанутся многомиллионные контракты на пусковые услуги в ближайшие десять лет, станет ясно лишь после того, как все участники решат сложные проблемы, связанные с разработкой и производством новейшей техники. Для Blue Origin принципиальным вопросом остаётся создание ракеты New Glenn и двигателя BE-4, для России — двигателя РД-0169 и ракеты «Союз-5». Тот, кто сможет предложить заказчикам пусков самые выгодные условия, и победит в космическом состязании. И шансы на успех всех участников, включая Россию, высоки как никогда.

Статьи
двигатели
рд180
рд181
NASA
Илон Маск
spacex
blueorigin
Космонавтика
Наука и Технологии

Комментариев: 1

Интересно, на каких движках американцы летали на Луну полвека назад?

5 Компоновочные схемы поршневых двс

Компоновочные схемы поршневых ДВС (ПД).

Особенность компоновки автотракторного двигатели в основной зависит от размеров места, отведенного для него в машине, и от размещения в ней всех ее агрегатов. На расположение цилиндров влияют положение оси коленчатого вала (поперек или вдоль машины), а также место установки двигателя (спереди, сзади, в середине машины под полом или над ним).

В автомобилях и тракторах с механической и гидравлической передачами ось коленчатого вала выгодно располагать на продолжении оси вала силовой передачи, направленной вдоль машины. При таком расположении осей валов двигателя и трансмиссии для передачи движения на ведущую ось требуется меньшее число _: зубчатых пар. В случае электрической передачи, которая получила распространение в автобусах, по условиям максимально возможного использования площади кузова для размещения сидений, двигатель целесообразно располагать сзади поперек машины. Заднее расположение двигателя применяется и при механической передаче в микролитражных автомобилях, что позволяет увеличить комфортабельность автомобиля с малой базой.

Читать еще: Вибрация при работе двигателя дизель

В последние годы получают распространение роторно-поршневые бензиновые двигатели. Их основными преимуществами по сравнению с обычными поршневыми двигателями являются меньшие габаритные размеры и масса, простота конструкции, малое число деталей, возможность высокой частоты вращения вследствие полной уравновешенности при экономичности, лишь немного уступающей четырехтактным двигателям. По другим показателям они приближаются к простейшим двухтактным двигателям с петлевой схемой газообмена, значительно превосходя их по экономичности и уравновешенности.

1. Общие требования, предъявляемые к ПД при выборе компоновки.

2. Рядные, V-образные, W-образные, X-образные, звездообразные компоновочные схемы: краткая характеристика, преимущества, недостатки, применение.

Рекомендуемые файлы

3. Особенности компоновки автотракторных поршневых двигателей (ПД).

1.Общие требования, предъявляемые к ПД при выборе компоновки.

Двигатели внутреннего сгорания получили широкое распространение в самых разнообразных отраслях народного хозяйства. Вырабатываемая ими энергия составляет более 80% энергии, вырабатываемой всеми тепловыми двигателями в мире. Разнообразие областей применения двигателей внутреннего сгорания и соответственно требований, предъявляемых к их конструктивному выполнению, обусловливает серьезные трудности построения классификационной схемы двигателей по конструктивным признакам.

Анализ показывает, что наиболее общими требованиями, относящимися к двигателям любого назначения, являются возможная простота конструкции, компактность и наименьшая масса. Простота конструкции определяется необходимостью, с одной стороны, облегчения производства и эксплуатации, а с другой — повышения надежности и долговечности работы машины. Однако сочетание простоты конструкции с высокой производительностью и экономичностью обычно трудно осуществимо. Габаритные размеры двигателя и его масса зависят от общей компоновки двигателя, конструктивных форм и размеров остова и взаимного расположения основных узлов и вспомогательных агрегатов. Поэтому целесообразно в качестве основы для классификации выбрать, прежде всего геометрические признаки и, в частности, расположение в пространстве геометрических осей главнейших деталей. Как правило, современные двигатели внутреннего сгорания имеют механизмы для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала

Другим основным фактором, определяющим конфигурацию двигателя, служит расположение и число рабочих цилиндров.

В двигателях, имеющих кривошипно-шатунный механизм, оси цилиндров располагают перпендикулярно оси коленчатого вала, причем в большей части конструкций оси цилиндров пересекают ось коленчатого вала.

2. Рядные, V-образные, W-образные, X-образные, звездообразные компоновочные системы: краткая характеристика, преимущества, недостатки, применение

Значительную часть двигателей, находящихся в эксплуатации, составляют однорядные двигатели с вертикальным расположением цилиндров (рис. 6). Эти двигатели характеризуются простотой конструкции, сравнительно высокой технологичностью изготовления, благоприятными условиями работы поршневой группы по сравнению с двигателями других типов, меньшими неплотностями между корпусом поршня и цилиндром, меньшей работой трения и более равномерным износом поршня. Они отличаются удобством монтажа и обслуживания. Указанные преимущества, а также

большой опыт построения и эксплуатации двигателей с вертикальным расположением цилиндров предопределяют широкое применение подобных двигателей и дальнейшем.

Рис. 6. Схема двигав- Рис. 7. Схема двигателя с V-об-

теля с однорядным разным расположением цилин-

(вертикальным) рас- дров.

В транспортных установках наряду с вертикальными конструкциями получили большое распространение V-образные двигатели (рис. 7). Основное преимущество этих двигателей перед однорядными — меньшие габаритные размеры и в первую очередь малая

Рис. 8. Схема двигателя с W-образ Рис. 9. Схема двигателя с Х-об-

ным расположением цилиндров. разным расположением цилиндров.

длина, вследствие чего повышается жесткость таких ответственных деталей, как картер (блок-картер), головка цилиндров и колончатый пал. Наиболее часто применяемый угол между осями Цилиндром 45— 90°; он определяется назначением двигателя, требованиями к габаритным размерам и чередованию вспышек в цилиндрах, расположенных в одном ряду. Там, где основным требованием является уменьшение габаритных размеров в первую очередь по высоте, этот угол может быть и больше.

Аналогичные преимущества имеют W-образные двигатели (рис.8), однако большого распространения они не получили

Рис.10. Схема двигателя с горизонтальными противолежащими цилиндрами.

главным образом вследствие сложности и напряженности конструкции шатунов подшипников и других узлов и деталей. Только в последнее время конструкторы вновь обращаются к этой схеме. В некоторых случаях осуществляется схема с Х-образным расположением цилиндров (рис.9), позволяющая получить конструкцию двигателя с малыми габаритными размерами. Детали кривошипно-шатунного механизма, детали корпуса и распределительного механизма получаются в этом случае весьма сложными. Углы менаду осями цилиндров могут быть или разными’, как показано на рис. 9, например 60 и 120°, или одинаковыми. Двигатель в некоторых случаях устанавливают так, что коленчатый вал располагается вертикально (катерные и другие двигатели). В последнее время более широко в установках различного назначения начали применять двигатели с горизонтальными противолежащими цилиндрами (рис. 10). Для машин наземного транспорта малая высота двигателя данного типа и удобство расположения его в машине являются в некоторых случаях несомненным преимуществом по сравнению с двигателями, имеющими вертикальное и V-образное расположение цилиндров. Следует учитывать также, что подобные двигатели лучше уравновешены, чем V-образные, но, как правило, их остов обладает меньшей жесткостью. В звездообразных двигателях (рис. 11) более просто осуществить воздушное охлаждение, чем в двигателях с рядным расположением цилиндров; цилиндры и головки не стеснены близостью смежных цилиндров. Однако, как правило, шатуны и коленчатые валы звездообразных двигателей получаются весьма напряженными и сложными. Последнее в еще большей степени относится к многорядным звездообразным двигателям (рис. 12), которые в большей степени удовлетворяют требованию малых габаритных размеров и массы при большей мощности, чем другие одновальные двигатели

Рис. 11. Схема двигателя с звездообразным расположением цилиндров

Рис. 12. Схема двигателя с расположением блоков в виде многорядной звезды

3. Особенности компоновки автотракторных поршневых двигателей (ПД).

Зная размеры цилиндра, степень сжатия двигателя и максимальное давление в цилиндре, следует определить размеры шеек коленчатого вала и поперечного сечения шатуна при данном его профиле и допускаемых напряжениях. После этого можно вычислить длину шатуна, используя компоновку поперечного разреза двигателя. Если в проектируемом двигателе отношение (), то длину шатуна следует определять из условия, чтобы он не задевал за нижний обрез стенки цилиндра при опасном положении кривошипа, когда стержень шатуна находится на самом близком расстоянии от нее. Для этого положения шатуна зазор между его стержнем и стенкой цилиндра должен составлять примерно 0,05D. При длинных юбках поршней следует иметь в виду возможность задевания шатуна за край юбки.

Для короткоходного двигателя (S/D

голоса

Рейтинг статьи