Автомобілі Електронний підручник
Головна Теоретичні відомості Лабораторні роботи Тести Список використанних джерел	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
	Лекція №2 Тема.3 Загальна будова та параметри двигуна. Призначення та класифікація автомобільних двигунів. Загальна будова та принцип дії одноциліндрового поршневого двигуна. Поняття про мертві точки під час переміщення поршня , хід поршня, радіус кривошипа, об’єм камери згорання, робочий і повний об’єм циліндра, ступінь стиску, літраж. Тема 4. Робочі процеси і цикли. Визначення понять: робочий цикл, такт, чотирьохтактний і двотактний двигун. Робочі цикли чотирьохтактного карбюраторного і дизельного двигуна. Наддування у дизельному двигуні. Механізми і системи двигуна. Багатоциліндровий двигун: кількість циліндрів і схема їх розташування, робота однорядного і дворядного (V-подібного) двигунів. Порядок роботи циліндрів двигуна. Переваги і недоліки дизельного двигуна, порівняно з карбюраторним двигуном. Індикаторні діаграми. Індикаторні, ефективні та порівняльні показники роботи двигуна, тепловий баланс двигуна. Коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, тиск, коефіцієнт корисної дії (ККД). витрата палива. Вплив різних факторів на індикаторні й ефективні показники двигунів. Визначення основних розмірів двигунів. Література: 1.Боровських Ю.У. та інші «Будова автомобі-лів», К; Вища школа 1991р.; с.10-18 2.Білоконь Я.Ю., Окоча А.І. «Трактори і авто-мобілі» К. Урожай 2002р.; с.12-25. 3. Лебедєв А.Т. та інші «Трак-тори та автомобілі» ч.1 «Авто-тракторні двигуни» ,К; Вища школа 2000р.; с.10-40. КЛАСИФІКАЦІЯ, ЗАГАЛЬНА БУДОВА І РОБОТА ДВИГУНІВ 2.1. КЛАСИФІКАЦІЯ ДВИГУНІВ АВТОМОБІЛІВ Двигуни поділяють на поршневі, роторно-поршневі, газотурбінні та турбопоршневі. У поршневих та роторно-поришевих двигунах механічну енергію одержують у циліндрі, в газотурбінних — у газовій турбіні, в турбопоршневих — у циліндрі та газовій турбіні. На автомобілях використовують переважно поршневі двигуни внутрішнього згоряння. Ці двигуни класифікують за такими ознаками: 1. За способом сумішоутворення із зовнішнім і з внутрішнім сумішоутворенням. До перших належать карбюраторні й газові двигуни, двигуни з впорскуванням бензину до впускного колектора, до других дизелі. 2. За способом запалювання робочої суміші — з примусовим запалюванням від електричної іскри та з самозайманням від високої температури, що виникає при стисканні повітря. 3. За видом палива, що застосовується, —двигуни, що працюють на рідкому паливі, і двигуни, що працюють на газоподібному паливі. 4. За числом процесів у робочому циклі — 4-тактні і 2-тактні. 5. За числом циліндрів -- одноциліндрові і багатоциліндрові (до 12 циліндрів). 6. За розміщенням циліндрів — вертикальні, У-подібні і опозитні (циліндри розміщені під кутом 180°). 1. За способом охолодження -- з рідинним і повітряним охолодженням. 8. За призначенням — транспортні й стаціонарні. Крім того, двигуни у сільськогосподарському виробництві поділяють на: малопотужні (1,4—3,7 кВт) — для приведення силосорізок, соломорізок, зернових конвеєрів тощо; середньої потужності (14,9—36,8 кВт) — для тракторів, малолітражних автомобілів, польових електростанцій; застосовуються також на водокачках, у майстернях тощо; підвищеної потужності (73,6—185 кВт і більше) -- для швидкісних тракторів, вантажних автомобілів, комбайнів, електростанцій тощо. 2.2. ОСНОВНІ ВИЗНАЧЕННЯ На рис. 2.1 зображена принципова схема поршневого двигуна внутрішнього згоряння. Положення поршня, за якого він максимально віддалений від осі колінчастого вала, називається верхньою мертвою точкою (ВМТ). Положення поршня, за якого ця відстань досягає мінімуму, називається нижньою мертвою точкою (НМТ). У цих точках швидкість поршня дорівнює нулю. Відстань між цими мертвими точками називають ходом поршня. Кожному ходу поршня відповідає поворот колінчастого вала на 180°. Якщо вісь колінчастого вала збігається з віссю двигуна (аксіальний двигун), то хід поршня в ньому дорівнює подвоєному радіусу кривошипа: S=2r Об'єм, який звільняється поршнем в одному циліндрі при переміщенні поршня від ВМТ до НМТ, називається робочим об 'ємом і позначається Vh. . Суму робочих об'ємів усіх циліндрів двигуна в літрах називають літражем двигуна й обчислюють за формулою Vл= VhZ де Z — число циліндрів. Об'єм, що утвориться над поршнем при перебуванні поршня біля НМТ, називають повним об 'ємом циліндра і позначають Vл . Об'єм, що утвориться над поршнем при його перебуванні біля ВМТ, називають об 'ємом камери стиску і позначаютьVс. Повний об'єм циліндра дорівнює Vа= Vh + Vс Відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери стиску називають ступенем стиску: L= Vа//Vс Оскільки рідкі й газоподібні палива мають різні температури самозаймання, то ступінь стиску визначає вид палива, на якому може працювати даний двигун. Карбюраторні двигуни, які працюють на бензині, мають ступінь стиску 6—10, що працюють на газі — 9—11. Дизельні двигуни мають ступінь стиску 14—22. Він впливає на економічність і потужність двигуна: зі збільшенням ступеня стиску вони підвищуються. 2.3. ОСНОВНІ МЕХАНІЗМИ І СИСТЕМИ ДВИГУНІВ Двигун складається з механізмів — кривошипно-шатунного і газорозподілу, та систем — живлення, запалювання, охолодження, змащування, пуску. Кривошипно-шатунний механізм (основні деталі — поршень, шатун, колінчастий вал, маховик) призначені для сприймання тиску газів і перетворення зворотно-поступального руху поршня на обертальний рух колінчастого вала. Механізм газорозподілу (основні деталі -- клапани, пружини, деталі приводу — розподільний вал.7 шестірні, штовхачі, штанги, коромисла) призначений для вчасного відкривання і закривання клапанів під час впуску й випуску. Система живлення (паливний бак, паливопроводи, крани, фільтри, паливні насоси, форсунки, карбюратори, газові змішувачі) призначена для приготування пальної суміші і підведення її до циліндрів у карбюраторному й газовому двигунах або підведення повітря й подачі палива в циліндр двигуна (дизель) і приготування в них пальної суміші. Система запалювання (магнето, проводи, свічки, акумуляторна батарея, генератор, індукційна котушка, переривач-розподільник) застосовується на карбюраторних і газових двигунах та двигунах із впорскуванням палива у впускний колектор для запалювання стиснутої в циліндрі робочої суміші. Система охолодження рідинна або повітряна (водяний насос, вентилятор, водяна сорочка, радіатор, термостат, а у двигунів з повітряним охолодженням циліндри і головки циліндра мають охолоджу вальні ребра) призначена для підтримання нормального теплового стану двигуна. Система змащування (масляний насос, маслопроводи, фільтри, масляний радіатор) призначена для підведення масла до тертьових деталей під тиском і розбризкування, охолодження деталей та винесення продуктів спрацювання. Система пуску (пусковий бензиновий двигун з редуктором або електричний стартер, система підігрівання води й повітря) призначена для пуску двигуна в хід. Розглянемо роботу двигунів, що застосовуються на автомобілях. 2.4. РОБОЧИЙ ЦИКЛ 4-ТАКТНОГО ДВИГУНА Під робочим циклом розуміють сукупність періодичних процесів, що відбуваються в циліндрі двигуна, повторюючись у точній послідовності. Це впуск, стиск, робочий хід і випуск. Кожний з цих процесів відбувається за один рух поршня (від однієї мертвої точки до іншої) і називається тактом. Більшість двигунів працює за 4-тактним циклом, за яким через кожні чотири ходи поршня (за 2 оберти колінчастого вала) процеси повторюються. Розглянемо ці процеси на схемі одноциліндрового двигуна (рис. 2.2). Під схемами наведені графіки зміни тиску газів на поршень залежно від зміни об'єму циліндра, які записані приладом-індикатором і називаються індикаторними діаграмами. Оскільки параметри двигуна (тиск, температура, густина або питомий об'єм), що стосуються циклу двигуна і визначають його показники (потужність, крутний момент, питому витрату палива), залежать від режиму роботи двигуна, то нижче в усіх випадках, коли це спеціально не обумовлено, числові значення параметрів наведені для номінального режиму. Номінальним режимом називають режим максимальної потужності, встановлений заводом-виробником, що забезпечує необхідний ресурс двигуна. Це найтяжчий режим роботи. Процес впуску починається з випередженням відносно ВМТ - - точка / і закінчується із запізненням після НМТ — точка 2. Процес випуску починається з випередженням відносно НМТ -- точка 3 і закінчується із запізненням відносно ВМТ -- точка 4. Процес впуску (рис. 2.2, а). При відкритому впускному клапані поршень переміщується під дією маховика, що накопичив енергію у процесі робочого ходу від попереднього циклу від ВМТ до НМТ. Тиск на початку впуску -- кінці випуску рr (точка r) більший від атмосферного тиску р0, оскільки у попередньому такті (процесі випуску) виникає опір виходу газів з циліндра, і тим більший, чим більша швидкохідність двигуна. Тому на початку ходу поршня відбувається розширення газів, що залишилися в циліндрі після випуску (залишкових газів), що супроводжується зниженням тиску. Коли тиск у циліндрі стане меншим за р0 (виникає розрідження), в нього почне надходити свіжий заряд. У карбюраторному двигуні та двигуні зі впорскуванням бензину у впускний колектор він являє собою суміш пари бензину з повітрям, а в газових двигунах -- суміш газу з повітрям. Суміш палива з повітрям, що надходить у двигун, називається пальною сумішшю. Величина тиску в циліндрі протягом процесу впуску коливається в невеликих межах. Значення тиску в кінці процесу впуску для різних двигунів перебуває в межах ра= (0,7.. .0,9) • 102 кПа і залежать від багатьох чинників (тиску навколишнього середовища, частоти обертання колінчастого вала, опору впускного тракту, що складається з опору в повітроочиснику, трубопроводі, колекторі та впускному клапані, від характеристики пропускної здатності впускного клапана, що називається час-перерізом (див. нижче) та від підігрівання заряду). Наведені вище значення стосуються двигунів, що не мають примусової подачі стиснутого повітря у впускний колектор (двигуни з вільним всмоктуванням). Менші значення стосуються швидкохідних двигунів. Тиск у кінці впуску може бути визначений також як різниця між тиском навколишнього середовища р0 і сумою втрат тиску в елементах впускного тракту Sр. Температура заряду в кінці процесу впуску Та за рахунок підігрівання у впускних каналах і за рахунок змішування із залишковими газами перевищує температуру навколишнього середовища на 50—80 °С На індикаторній діаграмі процес впуску усереднено зображений кривою r — а (див. рис. 2.2, а). Потенційну місткість циліндра оцінюють масою повітря, що може міститися в робочому об'ємі циліндра при тиску і температурі перед впускними клапанами, і називають потенційним зарядом циліндра. В двигунах без примусової подачі повітря до впускної магістралі прийнято потенційний заряд визначати при тиску і температурі навколишнього середовища р0 і То. Ефективність заповнення циліндра свіжим зарядом у процесі впуску оцінюють за коефіцієнтом наповнення Nv , під яким розуміють відношення маси свіжого заряду, що надійшов у циліндр, до потенційного заряду циліндра (Nv < 1). Величина коефіцієнта наповнення Nv може бути визначена залежно від параметрів заряду на кінці процесу впуску ра і Та, від параметрів залишкових газів рr, Тr параметрів навколишнього середовища р0, І0, якщо відомий ступінь стиску E : З формули (2.1) випливає, що при збільшенні тиску залишкових газів рr коефіцієнт наповнення знижується. Збільшення ступеня стиску є і охолодження заряду (зниження Та) сприятливо позначаються на коефіцієнті наповнення. З формули також випливає, що підвищення тиску на кінці впуску ра за рахунок збільшення густини заряду, що подається під час впуску в циліндр, підвищує коефіцієнт наповнення. Цю обставину використовують як один із основних засобів для форсування двигуна за потужністю і реалізують за рахунок постановки у впускну систему двигуна нагнітальника (компресора). На багатьох сучасних автотракторних дизелях з цією метою використовують турбокомпресори (ТКР), у яких компресор приводиться в обертання турбіною, що працює на випускних газах двигуна. Збільшення наповнення циліндра повітрям дає змогу збільшити подачу палива в циліндр за цикл (так звану циклову подачу gц ) І в результаті збільшення тепловиділення при згорянні палива збільшити потужність. Цей спосіб форсування двигунів (наддув) дістав поширення поки що лише для дизелів, хоча є можливість його застосування і для двигунів з іскровим запалюванням. Величину коефіцієнта наповнення для двигуна з наддувом можна обчислити за формулою (2.1), якщо замістьр0 і Т0 підставити значення тиску й температури після компресора рк і Тк. Процес стиску. Під дією маховика поршень рухається від НМТ до ВМТ при закритих клапанах, стискуючи робочу суміш, яка являє собою пальну суміш разом із залишковими газами (в двигунах із зовнішнім сумішоутворенням) або повітря разом з залишковими газами (див.рис. 2.2,б). На індикаторній діаграмі процес стиску зображений кривою ас. У двигунах із зовнішнім сумішоутворенням при ступені стиску е < 10 тиск на кінці стиску досягає рс - (6... 12). 102 кПа, а температура Тс= 600...800 К; в дизелях при вдвічі більших значеннях ступеня стиску одержують рс= (40...60) • 10- кПа і Тс= 850.. .950 К . В кінці процесу стиску з випередженням відносно ВМТ у двигунах із зовнішнім сумішоутворенням відбувається іскроутворення на електродах свічки запалювання, а в дизелях починається впорскування в циліндр палива за допомогою форсунки. В градусах повороту колінчастого вала це випередження приблизно дорівнює 15—30°. Бурхливе тепловиділення настає пізніше (на 8—12°) зазначених моментів у зв'язку із затримкою займання, спричиненою особливостями механізму згоряння, в кожному типі двигунів. Це призводить до того, що різке наростання тиску в циліндрі починається поблизу ВМТ по ходу процесу стиску. Процес робочого ходу. У двигунах із зовнішнім сумішоутворенням на час подачі іскри робоча суміш виявляється рівномірно змішаною (гомогенною), оскільки процес сумішоутворення починається ще у впускній системі двигуна і триває в циліндрі на процесах впуску і стиску, що забезпечує достатньо тривалий відрізок часу для здійснення випаровування палива і змішування його пари з повітрям. Тому полум'я, що утвориться з невеликим запізнюванням відносно моменту іскроутворення (відбуваються передполуменеві реакції), рухається від свічки запалювання з великою швидкістю (20—30м/с), залучаючи в згоряння добре підготовлену робочу суміш. Тривалість періоду швидкого згоряння дорівнює приблизно 0,001—0,002 с, що для двигунів з частотою обертання колінчастого вала л = 3000... 5000 хв'1 відповідає куту повороту колінчастого вала на 15—25°, а з урахуванням догоряння — на 20—40°. Цьому інтервалу повороту відповідає в ділянці ВМТ незначне переміщення поршня, а отже, незначна зміна об'єму газу в циліндрі, що дає змогу наближено моделювати процес згоряння палива Ізохорою (процесом за сталого оо ему V =сопзг). Tому Ідеальний цикл такого двигуна називають циклом з підведенням теплоти за сталого об'єму. Склад паливоповітряної суміші в двигуні із зовнішнім сумішоутворенням мас перебувати в певних межах, при яких забезпечується її надійне згоряння. Теоретично для спалювання 1 кг палива потрібно підвести L0 кг повітря (для палив, добутих з нафти, ця величина дорівнює L0 = 14,5 кг повітря/кг палива). Практично в різних режимах подають дещо різні кількості повітря; їх називають справжніми L. Відношення L /L 0 називають коефіцієнтом надлишку повітря (A= L / L 0). Величина A може бути як більшою, так і меншою від 1. Якщо A > 1, то суміш називають збідненою, якщо A < 1, — збагаченою. Межі горючості в цих двигунах відповідають інтервалу 0,5 < A < 1,4. При згорянні газу ці межі розширюються. Величина максимального піску під час згоряння досягає рz = 3,5... 4 МПа, а максимальна температура Тz = 2500.. .2700 К. Під дією високого тиску поршень переміщується від ВМТ до НМТ. За допомогою шатуна і колінчастого вала це поступальне переміщення перетворюється на обертальне. Виконується робота. Маховик при цьому накопичує певну кількість енергії, яку потім повертає для здійснення допоміжних ходів поршня (процеси випуску, впуску і стиску). На рис. 2.2, в робочий хід зображується кривою сzb. У двигуні з внутрішнім сумішоутворенням — дизелі в кінці стиску з випередженням відносно ВМТ починається впорскування дизельного палива в циліндр (камеру згоряння) за допомогою форсунки за високого тиску, необхідного для розпилювання палива. Тривалість впорскування відповідає 25—30°-ому куту повороту колінчастого вала. Тому, як правило, впорскування починається до ВМТ, а закінчується після ВМТ. У зв'язку з великим ступенем стиску (L = 14... 22)температура стисненого в циліндрі повітря на початок впорскування досягає 800 К і більше, тобто істотно переважає температуру самозаймання дизельного палива. Тому паливо, що впорскується, займається без застосування будь-яких додаткових джерел запалювання (як це має місце в двигунах із зовнішнім сумішоутворенням). На відміну від двигуна із зовнішнім сумішоутворенням і запалюванням від іскри, що створює один осередок займання, в дизелі з деяким запізнюванням (10— 12° повороту колінчастого вала) відносно початку впорскування виникає безліч осередків займання в тих точках камери згоряння, де завершилися передполуменеві процеси. Оскільки під час розпилювання палива утворюється багато крапель різних розмірів, то й осередків займання виникає багато. Тому дизель – двигун з багато осередковим займанням. Згоряння в дизелі не пов'язане з обмеженнями за складом паливоповітряної суміші. Тому в конструкціях дизелів не створюють перешкод проходженню повітря в циліндри в процесі впуску на всіх режимах роботи двигуна, а для подолання різноманітних навантажень змінюють циклову подачу палива. Коефіцієнт надлишку повітря при цьому змінюється в широких межах: від R = 1,5... 1,7 на номінальному режимі до R = 4...5 на холостому ходу. Необхідність забезпечення великої кількості надлишкового повітря на номінальному режимі пов'язана з недосконалістю процесу сумішоутворення і малим відрізком часу, відведеним на сумішоутворення. Паливоповітряна суміш у дизелі рівномірно не перемішана. Є зони з надлишком палива і зони з надлишком повітря. Така суміш називається гетерогенною.Наявність надлишкового повітря (K = 1,5... 1,7) забезпечує повноту вигоряння палива. Максимальний тиск у дизелі без наддуву досягає рz - 7,5.. .8 МПа, а в дизелі з наддувом р,= 9,5... 12 МПа. Максимальна температура досягає Тz = 2000.. .2200 К. В кінці робочого ходу тиск знижується до 0,4—0,5 МПа, а температура до 900 — 1100 К. З випередженням відносно НМТ відкривається випускний клапан. Робочий хід (див.рис.2.2, в) зображується кривою сzb, як і для двигуна з іскровим запалюванням, однак у дизеля положення точки 2 зсунуте праворуч з утворенням ізобарної ділянки між точкою 2 і лінією ВМТ. Процес випуску. В момент початку відкривання випускного клапана тиск газів істотно перевищує тиск навколишнього середовища. Тому починається витікання газів з циліндра. При відношенні тиску середовища, куди відбувається витікання, до тиску середовища, звідки воно відбувається, меншому від критичного, як відомо з курсу фізики, швидкість витікання дорівнює швидкості звуку. Для газів критичне підношення тисків становить ~ 0,5. У розглядуваному випадку на початку випуску відношення тисків менше за 0,5, і тому газ витікає зі швидкістю звуку. Для гасіння шуму, що супроводжує витікання, на двигуни встановлюють глушники. Через велику швидкість витікання до НМТ з циліндра встигає витекти до 60% відпрацьованих газів, а тиск зменшується. Витікання переходить у дозвукову ділянку. Витікання відпрацьованих газів з циліндра на ділянці від моменту відкривання випускного клапана (точка 3 на рис. 2.2, г) до НМТ відбувається, таким чином, без виштовхування газів поршнем і тому називається вільним випуском. Після цього за рахунок енергії, накопиченої маховиком, поршень переміщується від НМТ до ВМТ при відкритому випускному клапані і виштовхує продукти, що залишилися після вільного випуску, крізь випускний трубопровід і глушник шуму в атмосферу. Цю частину процесу випуску називають примусовим випуском. Тиск кінця випуску дорівнює рr = (1,05...1,25)/ рo, збільшуючись зі збільшенням швидкохідності двигуна. Температура кінця випуску в двигунах із зовнішнім сумішоутворенням перебуває в межах Тr - 900... 1100 К, в дизелях — Тr = 800.. .900 К. На рис. 2.2, г процес випуску зображений кривою 3br4. На рис. 2.3 наведені індикаторні діаграми карбюраторного двигуна і дизеля. 2.5. РОБОЧИЙ ЦИКЛ 2-ТАКТНОГО КАРБЮРАТОРНОГО ДВИГУНА Якщо у 4-тактному двигуні робочий цикл здійснюється за 4 ходи поршня і 2 оберти колінчастою вала, то в 2-тактному він відбувається за 2 ходи поршня, тобто за 1 оберт колінчастого вала. Схема 2-тактного карбюраторного двигуна з кривошипно-камерним продуванням зображена на рис. 2.4, а. Двигун не має клапанів. Замість них у циліндрі є три вікна: впускне /, випускне 2 і перепускне (продувне) 3, що відкриваються і закриваються поршнем у певні моменти під час його руху. Вікно впускне сполучене з карбюратором і призначене для впуску пальної суміші, вікно випускне з'єднане з випускним трубопроводом і призначене для випуску відпрацьованих газів. Вікно перепускне з'єднує картер двигуна (кривошипну камеру) з надпоршневим об'ємом і призначене для перепускання пальної суміші з-картера в циліндр. Картер двигуна герметизований. Під час руху поршня від НМТ до ВМТ після перекриття випускного вікна над поршнем відбувається стиск робочої суміші, яка надійшла раніше, а під поршнем (у картері) створюється розрідження, і туди крізь впускне вікно, що відкривається, надходить пальна суміш з карбюратора. Під час підходу поршня до ВМТ проскакує іскра між електродом свічки, і суміш займається. Тиск газів підвищується. Поршень починає рухатися від ВМТ до НМТ. Над поршнем відбувається горіння і розширення газів (робочий хід). Рухаючись униз, поршень відкриває спочатку випускне вікно (відбувається частковий випуск). Водночас під час руху поршня вниз під поршнем у картері відбувається стиск пальної суміші. Коли після відкривання випускного вікна поршень відкриває перепускне вікно, суміш з картера надходить у надпоршневий об'єм (продування). У зв'язку з тим, що в цей час відкрите також і випускне вікно, то продувна суміш частково викидається з випускними газами, знижуючи економічність двигуна. Індикаторна діаграма 2-тактного двигуна наведена на рис.2.4, б. Крива ас відповідає стиску,відрізок cz – горінню, крива zb — розширенню, крива відповідає випуску і продуванню. Переваги 2-тактних двигунів порівняно з 4-тактними: 1) більша потужність, оскільки робочий хід відбувається під час кожного оберту колінчастого вала; 2) більш рівномірне обертання колінчастого вала. Недоліки 2-тактних двигунів: 1) більша теплова напруженість циліндро-поршневої групи; 2) нижча економічність внаслідок продування. Через недоліки 2-тактні карбюраторні двигуни застосовують на малолітражних мотоциклах і як пускові двигуни тракторних дизелів. З цих причин вони тут не розглядаються, оскільки на сільськогосподарських тракторах і автомобілях як основні двигуни не застосовуються. 2.6. БАГАТОЦИЛІНДРОВІ ДВИГУНИ Поряд з іншими способами радикальне збільшення потужності двигуна здійснюється збільшенням числа циліндрів — від 2 до 12. Залежно від компонування на машині застосовують рядні, V-подібні та опозитні двигуни. Кривошипи колінчастих валів дво- і чотирициліндрових двигунів розміщені в одній площині під кутом 180°, шести- і дванадцятициліндрових — під кутом 120°, восьми циліндрових — під кутом 90°. Поршні чотирициліндрового двигуна рухаються попарно: два — вгору, два — вниз. Чергування тактів робочого ходу в циліндрах двигуна називають порядком роботи. Для двоциліндрових двигунів порядок роботи 1-2-0-0, для чотирициліндрових— 1-3-4-2 або 1-2-4-3. Зі збільшенням числа циліндрів рівномірність обертання колінчастого вала збільшується, оскільки підключаються робочі ходи інших циліндрів за один оберт колінчастого вала. На шестициліндрових рядних двигунах порядок роботи 1-5-3-6-2-4, а на V-подібних — 1-4-2-5-3-6. На восьмициліндрових рядних двигунах порядок роботи 1-6-2-5-8-3-7-4, а на У-подібних— 1-5-4-2-6-3-7-8. На дванадцяти-циліндрових V-подібних двигунах порядок роботи 1-12-5-8-3-10-6-7-2-11-4-9. На шестициліндрових рядних V-подібних двигунах має місце нерівномірне чергування робочих ходів. Кутовий інтервал між робочими ходами становить 90°, 150°, 90°, 150° і т.д. 2.7. ОСНОВНІ ПОКАЗНИКИ ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ Індикаторна потужність — робота, що здійснюється газами за одиницю часу ( за 1 с) всередині циліндра, дорівнює , (кВт)) де Pi — середній індикаторний тиск (це такий умовний сталий тиск, що діє на поршень протягом робочого ходу і здійснює роботу, яка дорівнює роботі газів за цикл; у карбюраторних двигунах він дорівнює (7... 12) • 102 кПа, у дизелях з наддувом — 8 • 102 кПа і вище); Vh — робочий об'єм одного циліндра, м3; w - - число циліндрів; i- - кутова швидкість колінчастого вала, с-1. Ефективна потужність Nе — потужність, що знімається з колінчастого вала. Вона дорівнює різниці індикаторної потужності і потужності Nм в, яка витрачається на подолання механічних втрат (на тертя в механізмах двигуна і приведення допоміжних агрегатів: водяного, масляного і паливного насосів, вентилятора, генератора, і на насосні втрати під час впуску й випуску): Nе = Ni - Nм в = Ni Ke (кВт), (2.3) де Ke — механічний ККД; для карбюраторних двигунів дорівнює 0,7— 0,85, для дизелів — 0,7—0,82, для дизелів з турбонаддувом — 0,8—0,87. Літрову потужність Nл — потужність, віднесену до одного літра робочого об'єму циліндрів, визначають за формулою Nл = Ne /( Vh L), (кВт/л). (2.4) Для карбюраторних двигунів вона дорівнює 15—40 кВт/л, для дизелів — 15—30 кВт/л. Ефективну потужність двигуна можна визначити також за рівнянням: де п — частота обертання колінчастого вала, хв-1; m-- тактність двигуна (для 4-тактного двигуна m = 2, для 2-тактного m = 1); Pп — густина повітря, кг/м-; w — число циліндрів. 2.8. ДВИГУНИ З ГАЗОБАЛОННИМИ УСТАНОВКАМИ У період паливно-енергетичної кризи поширилося використання стиснених і зріджених газів як палива для двигунів внутрішнього згоряння. Газ забезпечує краще сумішоутворення і більш рівномірний розподіл робочої суміші по циліндрах, меншу кількість токсичних компонентів, не розріджує масло, не дає золи при згорянні, має ширші межі займання. Однак порівняно з бензином у нього нижча швидкість горіння і менша теплота згоряння пальної суміші. Як наслідок, потужність двигуна зменшується на 7—20% залежно від виду газу. Переведення дизеля на газоподібне паливо здійснюють переустаткуванням його на газовий двигун з іскровим запалюванням, зі ступенем стиску 8—9, з установленням системи запалювання і газобалонного обладнання. Робота такого переобладнаного двигуна на дизельному паливі неможлива. Для забезпечення можливості використання на дизелі як дизельного, так і газоподібного палива застосовують так звану газодизельну модифікацію, що не погребує істотного переустаткування дизеля. І аз подають у впускний трубопровід, де він у суміші з повітрям всмоктується в циліндри двигуна. Дизельне паливо подають звичайним способом, воно служить для самозаймання газоповітряної суміші, його кількість становить усього 20% витрати. Внаслідок такої роботи різко знижується вміст сажі у відпрацьованих газах. У разі переведення карбюраторного двигуна на газоподібне паливо його оснащують карбюратором-змішувачем і газобалонною установкою. При роботі на скрапленому газі потужність двигуна знижується до 11 %, а на стисненому метані — до 20%. Тепловий баланс двигуна Рівняння балансу характеризує в абсолютних чи відносних величинах розподіл теплоти, що вводиться в двигун. Користуючись ним, можна оцінити теплову напруженість деталей двигуна, розрахувати систему охолодження, визначити резерви у використанні теплоти відпрацьованих газів тощо. Загальний вигляд рівняння в абсолютних величинах такий: Q =Qе+ Qох+м + Qг + Qн.з + Qзал де (Q — кількість теплоти, що виділяється під час згоряння введеного в двигун палива за певний час; Qе - теплота, еквівалентна ефективній роботі; Qох+м - теплота, що відводиться системами охолодження і мащення; Qг - теплота, що втрачається з випускними газами (їх температура і теплоємність вищі, ніж свіжого заряду; в дизелі з турбонаддувом частка теплоти відпрацьованих газів використовується в газовій турбіні); Qн 3 -теплота, що не виділяється в двигуні внаслідок неповного згоряння; Q3ал - залишковий член рівняння. Найраціональніше двигун витрачає теплоту у режимі його повного завантаження. Теплова напруженість деталей двигуна характеризується загальним температурним рівнем, перепадом температур у певних зонах, тепловими потоками та їх розподілом. У реальних умовах роботи двигунів температура у верхній зоні циліндрів може перевищувати припустимий рівень, що посилює окиснювальні процеси в оливі та нагароутворення (погіршуються умови для підтримання стійкої оливної плівки, втрачається рухливість поршневих кілець). На температуру деталей циліндропоршневої групи двигуна впливають: частота обертання колінчастого вала, середній ефективний тиск, порушення регулювань, протитиск випуску відпрацьованих продуктів та ін. Визначення основних розмірів двигуна Коли відомі (внаслідок розрахунків або вибору за прототипом) ефективна потужність двигуна, номінальна частота обертання колінчастого вала, кількість циліндрів, відношення ходу поршня S до діаметра циліндра D і середній ефективний тиск Ре, можна визначити основні конструкційні параметри двигуна — діаметр циліндра та хід поршня. Всі інші параметри коре-ляційно пов'язані з основними. Середній індикаторний тиск визначають за індикаторною діаграмою, яку отримують за результатами теплового розрахунку для номінального режиму роботи аналітичним або графічним методом (перший точніший). Внаслідок відмінності справжніх циклів від теоретичних площа основної частини індикаторної діаграми справжнього циклу менша за площу основної частини — теоретичного циклу. Практично вважають, що Fспр =LFрозр (2.17) де L— коефіцієнт повноти діаграми (для карбюраторних двигунів — 0,97, для дизельних — 0,92). Згідно з формулою (2.11), Водночас Невідомі D і S визначають за рівнянням
	Попередня тема	На початок	Наступна тема