Розділ і. Двигун

За способом здійснення робочого процесу поршневі двигуни внутрішнього згоряння, які встановлюються на більшості авто­мобілів, поділяються на двигуни із зовнішнім утворенням су­міші і запаленням пальної суміші від електричної іскри (кар­бюраторні і газові) та двигуни з внутрішнім утворенням і за­паленням суміші внаслідок стиснення (дизелі).

У легкових і вантажних автомобілях малої вантажопідйом­ності частіше використовують легкі і швидкохідні карбюраторні двигуни. Дизелі в основному застосовуються на автомобілях великої зантажопідйомності (наприклад, МАЗ-500, КамАЗ, КрАЗ-256, БелАЗ-540).

§ 1. Загальна будова і робота двигуна

У карбюраторних двигунах пальна суміш, що складається а парів бензину і повітря, приготовляється за межами циліндрів, у карбюраторі; у двигунах, які працюють на зрідженому або стиснутому газі, суміш газу з-повітрям також приготовляється па межами циліндра, в змішувачі. У дизелях пальна суміш утзорюється всередині циліндрів упорскуванням в них палива, яке самозапалюється під дією високої температури стиснутого в циліндрах повітря.

У результаті згоряння в циліндрі суміші палива й повітря гази, що утворилися, мають високу температуру і тиск. Розши­рюючись, гази переміщують поршень і через шатун повертають колінчастий вал. Потім відпрацьовані гази вийдуть з циліндра, і він знову заповниться свіжою пальною сумішшю (у дизелів повітрям).

Циліндр заповнюється пальною сумішшю (повітрям) і очи­щається від відпрацьованих газів через два отвори, які закри­ваються клапанами.

Поршні, з'єднані шатунами з кривошипами вала, перемі­щуючись у циліндрах, то віддаляються від осі колінчастого вала, то наближаються до неї (рис. І).

Положення а максимального віддалення поршня від осі колінчастого вала називається верхньою мертвою точкою (ВМТ), а положення б мінімального віддалення — нижньою мертвою точкою (НМТ). Відстань, яку поршень проходить між мертвими точками, називається ходом поршня. За вели­чиною хід поршня дорівнює двом радіусам ^кривошипа. За один хід поршня колінчастий бел по­вертається нд. пів-оберту — на 1В0°.ІЇІроцес, що відбувається в циліндрі за один хід поршня, називається тактом.

Коли поршень перебуває у ВМТ, то над ним є простір, який на­зивається об'ємом V3 3каме­ри згоряння.

Під час переміщення поршня від ВМТ до НМТ в циліндрі звільниться простір, який нази­вається робочим об' ємом

циліндра Ук-

Сума об'єму камери згоряння і робочого об'єму становить повний об'єм циліндра, V3 + Vh.

У багатоциліндрових двигунах сума робочих об'ємів усіх циліндрів називається літражем двигуна.

Легкові автомобілі за літражем поділяються на: мікроліт­ражні (до 1,0 л), малолітражні (понад 1,0 до 1,7 л), середньо-літражні (понад 1,7 до 3 л), великолітражні (понад 3,0 л).

Одним з важливих показників двигуна е ступінь його стис­ку в, який визначається відношенням повного об'єму циліндра

до об'єму камери згоряння е = й,/ '*'. Ступінь стиску сучас-

. них карбюраторних двигунів перебуває в межах 6...10.

Із збільшенням ступеня стиску підвищується потужність і економічність двигуна. Однак можливість збільшення ступеня стиску обмежена фізико-хімічними властивостями палива, зокрема його октановим числом (див. розділ II, § 1).

Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна (див. кольоровий рис. IV) складається з таких тактів: впуск, стиск, робочий хід (згоряння — розширення), випуск.

Впуск. Поршень переміщується від вмт до НМТ, впускний іСлаПан відкритий, у циліндрі створюється розрідження, внаслі­док чого він заповнюється пальною сумішшю, яка переміщує­ться :і відпрацьованими газами, що залишилися в незначній кількості у циліндрі від попереднього циклу, й утворює робочу суміш. Температура суміші в кінці впуску дорівнює 100°...130 °С, а тиск приблизно 0,07...0,08 МПа (0,7...0,8 кгс/см2). На індика­торній діаграмі процес впуску зображено лінією та.

Стиск. Поршень переміщується від НМТ до ВМТ. Обидва клапани закриті, робоча суміш стискується, внаслідок чого її температура підвищується і поліпшується випаровування бен­зину.

До кінця такту тиск у циліндрі підвищується до 0,8...1,2 МПа (8...12 кгс/см2), температура суміші досягає 280...480 °С. На індикаторній діаграмі процес стиску показано лінією ас.

Робочий хід (згоряння — розширення). Робоча суміш у ци­ліндрі запалюється електричною іскрою і згоряв за 0,001 „.0,002 с, виділяючи при цьому велику кількість тепла. Обидва клапани закрить Температура згоряння понад 2000 °С, а тиск — 3,5,..4 МПа (35...40 кгс/см2). На індикаторній діаграмі процес згоряння зображено лінією сг.

Під тиском газів поршень переміщується до НМТ, обертаючи через шатун колінчастий вал. У процесі розширення за рахунок внутрішньої енергії палива здійснюється механічна робота. В кінці розширення тиск у циліндрі падає до 0,3...0,4 МПа (3...4 кгс/см2), а температура знижується до 800...1100 °С.

На індикаторній діаграмі процес розширення газів харак­теризується лінією гЬ.

Випуск. Відкривається випускний клапан. Поршень пере­міщується до ВМТ, і відпрацьовані гази виходять з циліндра в атмосферу. Тиску циліндрі до кінця такту випуску знижує­ться до 0,11...0,12 МПа (1,1—1,2 кгс/см2), а температура до 300...400 °С. На індикаторній діаграмі процес випуску відпра­цьованих газів зображено лінією zd

У чотиритактному двигуні робочий процес відбувається за чотири ходи поршня, що відповідає двом обертам колінчастого вала. З чотирьох тактів робочий хід — основний, решта три — допоміжні Тому одноциліндрові двигуни працюють нерівно­мірно. Для забезпечення рівномірного обертання колінчастого вала автомобільні двигуни виготовляють з кількома цилін­драми.

Робочий цикл чотиритактного дизеля. У циліндрах чотири­тактного дизеля відбуваються такі самі такти, що й у циліндрах чотиритактного карбюраторного двигуна: впуск, стиск, робочий хід, випуск.

Впуск. Поршень переміщується до НМТ, і через відкритий впускний клапан циліндр заповнюється повітрям.

Стиск. Поршень переміщується від НМТ до ВМТ; при закри­тих клапанах сильно стискує повітря в циліндрі У дизеля вищий, ніж у карбюраторного двигуна, ступінь стиску (е = 15...20) і як наслідок вищий тиск (3,0...3,5 МЇІа, або ЗО...35 кгс/см2) і температура (600...700 °С) у кінці стиску.

Робочий хід. У кінці такту стиску в циліндр через форсунку впорскується під великим тиском (10...20 МЇІа, або 100... 200 кгс/см2) дрібно розпилене важке паливо, утворюючи з по­вітрям суміш, яка запалюється розжареним повітрям і швидко згоряв, виділяючи багато тепла. В результаті цього температура в циліндрі підвищується до 1800...2000 °С, а тиск — до 5...6 МПа (50...60 кгс/см2). Під тиском газу поршень переміщується до НМТ, обертаючи колінчастий вал.

Випуск. Поршень переміщується до ВМТ і через відкритий випускний клапан виштовхує відпрацьовані гази в атмосферу.

Потужність двигуна. Потужність М» що розвивається газами всередині циліндра під час згоряння палива, називається інди­каторною, її величину можна визначити за індикаторною діаграмою^ площа якої пропорціональна роботі газів за цикл.

Дійсна потужність Ne (кВт) на колінчастому валу називає­ться ефективною, її можна обчислити за такою формулою:

Ne = Me * П/ 30

де Му — крутний момент на колінчастому валу, який визначає­ться під час випробування двигуна на гальмовому стенді, кН • м; п — частота обертання колінчастого вала, хв~'.

Відношення ефективної потужності до індикаторної нази­вається механічним коефіцієнтом корисної дії ή

Для поршневих двигунів внутрішнього згоряння ή мстано­вить у середньому 0,85.

Крутний момент залежить від наповнюваності циліндрів пальною сумішшю, яка із збільшенням частоти обертання ко­лінчастого вала до певних меж поліпшується; при дальшому збільшенні частоти обертання наповнюваність циліндрів паль­ною сумішшю погіршується, і крутний момент зменшується.

Для аналізу й порівняння різних двигунів використовують їхні швидкісні характеристики — графіки залежності ефективної потужності N крутного момента Ме і питомої витрати палива g від частоти обертання колінчастого вала двигуна.

Із характеристики видно, що коли дросель відкритий повні­стю, найбільша потужність Nе цього двигуна приблизно дорів­нює 110 кВт, досягається при 3200хв~'. Найбільший крутний момент М, двигуна дорівнює 400 Н • м, а найменша питома витрата палива £е, тобто кіль­кість палива, яке витрачається на кожну одиницю потужності за 1 год, дорівнює 326 г/е.кВт-год.

Основні механізми і системи двигуна. Двигун внутрішнього згоряння складається з двох осно­вних механізмів — кривошип­но-шатунного і газорозподільно­го — та систем — охолодження, мащення, живлення. У карбюра­торних двигунах, крім того, є ще система запалювання.

Кривошипно-шатунний меха­нізм призначений для сприйман­ня тиску газів, що утворюються в циліндрах під час згоряння робочої суміші, і перетворення прямолінійного зворотно-по­ступального руху поршня в обертальний рух колінчастого вала.

Газорозподільний механізм призначений для своєчасного впуску в циліндр свіжої пальної суміші (карбюраторні двигуни) або повітря (дизелі) і випуску відпрацьованих газів. Система охолодження відводить тепло від деталей, які дуже нагріваються. Вона буває рідинною (в більшості вітчизняних двигунів) або повітряною (МеМЗ-968).

Система мащення призначена для зменшення тертя між деталями двигуна, охолодження їх і видалення продуктів спра­цювання.

Система живлення забезпечує приготування пальної суміші і подачу її в циліндри двигуна (карбюраторні і газові двигуни), а також відведення відпрацьованих газів з циліндрів в атмо­сферу.

Система запалювання призначена для запалювання робо­чої суміші в циліндрах двигуна за допомогою електричної іскри.