Файл: Практикум для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 136 12 01 Проектирование и производство сельскохозяйственной техники.doc

Теоретическая часть

На отечественных тракторах установлены поршневые тепловые двигатели, внутри которых происходит сгорание топлива и пре­образование части выделившегося тепла в механическую работу. Поэтому их называют двигателями внутреннего сгорания.

По способу воспламенения горючей смеси (смесь топлива с воз­духом в определенных пропорциях) поршневые двигатели внутрен­него сгорания классифицируют на двигатели с воспламене­нием от сжатия (дизели) и с принудительным воспла­менением от электрической искры (карбюраторные и газовые).

По способу смесеобразования различают двигатели с внешним (карбюраторные и газовые) и с внутренним смесеобразо­ванием (дизели).

По способу осуществления рабочего процесса бывают четы­рехтактные и двухтактные двигатели.

По числу и расположению ци­линдров - одноцилиндровые и много цилиндровые с рядным и двухрядным (V-образным) распо­ложением.

По виду применяемого топ­лива - двигатели, работающие на жидком (бензин, дизельное топливо) и газообразном (сжиженном газе) топливе.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания состоят из ряда механизмов и систем, находящихся в определенном взаимодейст­вии. К ним относятся кривошипно-шатунный, газораспределительный механизмы, регулятор частоты вращения, смазочная систе­ма, системы питания, охлаждения, пуска, а также зажигания для карбюраторных двигателей.

Детали и механизмы двигателя расположены в блок-картере, представляющем собой жесткий коробчатый остов.

Кривошипно-шагунный механизм служит для восприятия давления газов в цилиндре и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из цилиндра 14 (рис.2), поршня 5 с поршневыми кольцами, поршневого пальца 15, шатуна 17, ко­ленчатого вала 19 и маховика 18. Сверху цилиндр закрыт голов­кой 6.


Рисунок 2. Устройство одноцилиндрового четырехтактного

---

карбюраторного двигателя:

1 – распределительные шестерни; 2 – распределительный вал; 3 – толкатели; 4 – штанга; 5 – поршень; 6 –головка цилиндра; 7 – глушитель; 8 – пружины клапанов; 9 – выпускная труба; 10 – карбюратор; 11 – впускной клапан; 12 – искровая свеча зажигания; 13 – выпускной клапан; 14 – цилиндр; 15 – поршневой палеи. 16 – водяная рубашка; 17 – шатун; 18 – маховик; 19 – коленчатый вал; 20 – резервуар для масла (поддон картера).


Рисунок 3. Схема двигателя внутреннего сгорания:

а – поршень в в.м.т.; б – поршень в н.м.т.
Механизм газораспределения предназначен для открытия и за­крытия в строго определенное время впускного и выпускного клапанов, благодаря чему в цилиндр дизеля поступает воздух, карбюраторного двигателя - горючая смесь, также выходят отработавшие газы. Он состоит из распределительного вала 2, шесте­рен 1 привода распределительного вала, толкателей 3, штанг 4, клапа­нов 11 и 13, пружин 8.

Система охлаждения поддерживает необходимую температуру для нормальной работы двигателя. Эта система может быть жид­костной и воздушной.
Смазочная система подводит смазку к трущимся поверхностям деталей для уменьшения сил трения между ними, охлаждения деталей и вымывания продуктов изнашивания. Система питания служит для очистки и своевременной подачи в необходимом количестве топлива и воздуха.

Регулятор частоты вращения за счет автоматического изменения подачи топлива (дизель) или горючей смеси (карбюраторный двигатель) поддерживает частоту вращения коленчатого вала двигателя в установленных пределах в зависимости от нагрузки.

Система зажигания предназначена для принудительного воспламенения горючей смеси от электрической искры в карбюраторном двигателе.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ .

Верхняя мертвая точка (в. м. т.) - это положение поршня (рис. 3), при котором расстояние от него до оси коленчатого вала наи­большее.

Нижняя мертвая точка (н. м. т.) - это положение поршня, при котором расстояние от него до оси коленчатого вала двигателя наименьшее.

---

Ход поршня (S) - это расстояние по оси цилиндра между мертвыми точ­ками. При каждом ходе поршня коленчатый вал поворачивается на половину оборота, т.е. на 180°.

Рабочий объем цилиндра (Vh) - это объем цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении от в. м. т. к н. м. т.



где d – диаметр цилиндра, м; S – ход поршня, м.

Объем (Vc) камеры сгорания (сжатия) - это объем над поршнем, когда он находится в в. м. т.

Полный объем цилиндра (Va) – это сумма объемов камеры сжатия и рабочего объема цилиндра



Литрaж двигателя(Vл) - это сумма рабочих объемов всех ци­линдров



где - рабочий объем одного цилиндра, ; i – число цилиндров двигателя.

Степень сжатия - это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия.



Степень сжатия - отвлеченное число, указывающее, во сколько раз уменьшится объем рабочей смеси или воздуха в цилиндре при переходе поршня от н. м. т. к в. м. т.

Рабочая смесь образуется при перемешивании горючей смеси, заполняющей цилиндр, с остаточными газами.

При работе в двигателе внутреннего сгорания происходит ряд последовательно повторяющихся процессов: заполнение цилиндра свежим зарядом (воздуха или смеси); сжатие этого заряда; впрыски­вание в сжатый воздух топлива (в дизелях) или воспламенения смеси от электрической искры (карбюраторные и газовые двигатели);сгорание топлива; расширение газов, при котором совершается механическая работа; удаление из цилиндра отработавших газов.

Рабочий цикл - это комплекс последовательных процессов (впуск, сжатие, расширение и выпуск), периодически повторяющийся в каждом цилиндре и обусловливающий работу двигателя.

---

Такт двигателя - это часть рабочего цикла, происходящая во время движения поршня от одной мертвой точки к другой.
РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ.

Такт впуска (рис. 4,а). При движении поршня от в. м. т. к в. м. т. над ним создается разрежение. Через впускное отверстие, открытое клапаном еще до прихода поршня в в. м. т., в цилиндр поступает воздух, предварительно очищенный в воздухоочистителе. После перехода поршнем н. м. т. клапан закрывает впускное от­верстие. Давление в конце такта впуска - 0,08 - 0,09 МПа, темпера­тура воздуха 50...70°С.

Такт сжатия (рис.4,б). Поршень движется от н. м. т. к в. м. т., при этом оба клапана закрыты. Происходит сжатие воздуха примерно в 14... 17 раз (Е = 14... 17), в результате чего давление воздуха в конце такта достигает 3,5-.4,0 МПа, температура– 510-680°С.

В конце такта сжатия при положении поршня, близком к в. м. т., в камеру сгорания, где находится сжатый и нагретый воздух, через форсунку под большим давлением впрыскивается тонко распылен­ное топливо. Оно самовоспламеняется и большая часть его сгора­ет. Давление газов повышается до 5,5...9,0 МПа, температура– до 1630...2130°С.

Такт расширения (рабочий ход) (рис.4,в). Оба клапана закрыты. Поршень движется от в. м. т. к н. м. т.. К концу такта расширения давление падает до 0,3...0,5 МПа, температура–до 630…930°С.


Рисунок 4. Схема рабочего процесса четырехтактного дизеля.

а – впуск, б – сжатие, в – расширение, г - выпуск
Такт выпуска (рис.4,г). Когда поршень подходит к н. м. т., выпускной клапан открывается. Поршень, двигаясь от н. м. т. к в. м. т., выталкивает отработавшие газы через отверстие, открытое клапаном, в атмосферу. В конце такта давление газов–0,11...0,12 МПа, температура-430…580 С.

---

МОЩНОСТНЫЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ

ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

Мощность – это отношение работы к интервалу времени ее совершения.

Индикаторная мощность (Ni) - это работа, совершаемая газами внутри цилиндра двигателя в единицу времени.

Эффективная (полезная) мощность (Ne) - это разность между индикаторной мощностью и мощностью трения.



Эффективную мощность можно определить также и по следую­щей формуле:



где ^- момент силы (крутящий моменг) на валу двигателя, определяемый при испытании двигателя на тормозном стенде, Н • м; п - частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Механический коэффициент полезного действия – это отношение эффективной мощности к индикаторной:



Мощность двигателя зависит от давления газов в цилиндре двигателя, от литража двигателя, частоты вращения коленчатого вала двигателя и его тактности. Для каждого двигателя она не­постоянна и главным образом зависит от изменения частоты вра­щения коленчатого вала и количества подаваемого за цикл топлива.

Номинальная мощность – это назначаемая предприятием-изготовителем эффективная мощность дизеля при номинальной частоте вращения, полной подаче топлива и стандартных атмосферных условиях, температуре и плотности топлива. Работа двигателя на номинальном режиме наиболее экономична.

Удельный расход топлива–один из главных параметров, опре­деляющих экономичность работы двигателя:



где –часовой расход топлива, кг/ч.

В современных дизелях удельный расход топлива составляет 230...250 г/кВт-ч. Экономичность–основное преимущество дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями. Удельный расход топлива увеличивается,

---