0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

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.

Оглавление

  • Введение
  • 1. Общее устройство автомобиля
  • 2. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)

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» />

» 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).

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.

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
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector