ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Общее устройство двигателя 18

1.1. Классификация, основные параметры, механизмы

и системы двигателя 18

2. 
   Рабочие циклы четырехтактных двигателей 23
   
3. 
   Индикаторная диаграмма рабочего цикла четырехтактных
   

двигателей 26

2. 
   Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме 29
   
3. 
   Многоцилиндровые двигатели 31
   
4. 
   Эффективные показатели работы двигателя 39
   

Глава 2. Кривошипно-шатунный механизм 44

1. 
   Блоки головка цилиндров 44
   
2. 
   Поршневая группа и шатуны 48
   
3. 
   Коленчатый вал и маховик 55
   

Глава 3. Механизм газораспределения 58

3.1 Основные типы механизмов газораспределения 58

2. 
   Механизм газораспределения V-образного двигателя 63
   
3. 
   Детали клапанного привода. 66
   
4. 
   Фазы газораспределения 72
   

Глава 4. Смазочная система 75

1. 
   Устройство и работа смазочных систем 75
   
2. 
   Приборы и механизмы смазочных систем. Вентиляция
   

картера 80

Глава 5. Система охлаждения 88

1. 
   Виды систем охлаждения и принцип их работы 88
   
2. 
   Устройство и работа приборов жидкостной
   

системы охлаждения 92

Глава 6. Система питания карбюраторных двигателей 102

1. 
   Смесеобразование и общее устройство системы питания 102
   
2. 
   Карбюраторы двигателей легковых автомобилей 106
   
3. 
   Электронные системы впрыскивания топлива 117
   
4. 
   Карбюраторы двигателей грузовых автомобилей
   

и автобусов..,.. ..„..,..,.....:... 126

6.5. Приборы топливоподачи, очистки воздуха

и газопроводы 133

Глава 7. Система питания дизелей 141

1. 
   Особенности смесеобразования в дизелях 141
   
2. 
   Общее устройство системы питания дизелей 145
   
3. 
   Механизмы и узлы магистрали низкого давления. 147
   
4. 
   Механизмы и узлы магистрали высокого давления 151
   
5. 
   Регуляторы частоты вращения коленчатого вала 165
   
6. 
   Турбонаддув в дизелях 172
   

Глава 8. Система питания двигателя от газобаллонной установки 174

1. 
   Сжиженные и сжатые газы 174
   
2. 
   Газобаллонные установки СНГ и СПГ 176
   
3. 
   Газодизельные установки для работы на СПГ 184
   
4. 
   Газовые испарители, редукторы и смесители 188
   
5. 
   Баллоны и арматура 198
   
6. 
   Пуск и остановка газовых двигателей 203
   

i


Глава 1. Общее устройство двигателя

1.1 Классификация, основные параметры', механизмы и системы двигателя

Двигатели, установленные на большинстве автотранспортных средств, называются двигателями внутреннего сгорания, потому что процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращения ее в механическую работу происходит непосредственно в его цилиндрах.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют по различным признакам.

По способу смесеобразования различают двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые), у которых горю-'. чая смесь приготовляется вне цилиндров, и двигатели с внутренним смесеобразованием (дизели), у которых рабочая смесь образуется внутри цилиндров.

По способу выполнения рабочего цикла двигатели подразделяются на двух- и четырехтактные.

По числу цилиндров двигатели подразделяются на одно-, двух-и многоцилиндровые.

По расположению цилиндров различают двигатели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд и V-образные двигатели с расположением цилиндров под углом (при расположении цилиндров под углом 180° двигатель называют оп-позитным, или двигателем с противолежащими цилиндрами).

По способу охлаждения различают двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

По виду применяемого топлива двигатели подразделяются на бензиновые (карбюраторные, газовые), дизельные и многотопливные.

В зависимости от вида применяемого топлива способы воспламенения рабочей смеси в двигателях различны. В карбюраторных двигателях смесь, приготовленная из паров бензина и воздуха, и в газовых двигателях смесь, состоящая из сжатого или сжиженного горючего газа и воздуха, воспламеняются электрической искрой. В дизелях мелкораспыленное дизельное топливо, впрыскну-тое в цилиндры, самовоспламеняется под действием высокой температуры сжатого воздуха без постороннего источника зажигания. В многотопливных двигателях (ЗИЛ-645), конструкции которых позволяют использовать дизельное топливо, бензин и другие виды топлива, воспламенение рабочей смеси происходит так же, как и в дизелях, — от сильно нагретого воздуха вследствие высокой степени его сжатия.

Двигатели внутреннего сгорания состоят из механизмов и систем, общее устройство и принцип работы которых рассмотрен на примере четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя (рис. 1.1). Основными частями такого двигателя являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также система питания, смазочная система и системы охлаждения и зажигания.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Он состоит из цилиндра 17; головки цилиндров 6, являющейся крышкой, закрывающей цилиндр сверху; поршня 5 с кольцами 14 и пальцем 16, который соединяет поршень с верхней головкой шатуна 18. Нижняя головка шатуна 18 соединена с коленчатым валом 21, на заднем конце которого установлен маховик 19. Коленчатый вал вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере 20 двигателя, который снизу закрыт поддоном 22, используемым в качестве резервуара для масла.

Газораспределительный механизм обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Этот механизм приводится в действие от коленчатого вала через зубчатые колеса 1. При этом распределительный вал 2, воздействуя на толкатели 3, штанги 4 и коромысла 8, открывает впускной 11 или выпускной 13 клапан, закрытие которых происходит под действием клапанных пружин 9.

Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания из цилиндра. При помощи насоса топливо из топливного бака . подается в карбюратор 10, где оно в необходимом соотношении смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая затем по впускному газопроводу (показано стрелкой) поступает в цилиндр двигателя. В систему питания также входят фильтры для очистки воздуха и топлива, выпускной газопровод с глушителем 7 шума выпуска.

Смазочная система обеспечивает подачу масла к взаимодействующим деталям. Она состоит из насоса, маслоподводящих каналов, фильтров для очистки масла и радиатора для его охлаждения.

Рис. 1.1. Четырехтактный одноцилиндровый карбюраторный двигатель: 1 — зубчатые колеса; 2 — распределительный вал; 3 — толкатели; 4 — штат и; 5 — поршень; 6 — головка цилиндров; 7 — глушитель; 8 — коромысла; 9 — клапанные пружины; 10 — карбюратор; 11 — впускной клапан; 12 — свеча зажигания; 13 — выпускной клапан; 14 — поршневые кольца; 15 — рубашка (полость) охлаждающей жидкости; 16 — поршневой палец; 17 — цилиндр; IS — шатун; 19 — маховик; 20 — картер двигателя; 21 — коленчатый вал; 22 — поддон

Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндро-поршневой группы и клапанного механизма. Система охлаждения бывает жидкостной или воздушной. Жидкостная система охлаждения состоит из рубашки (полости) 15, внутри которой цирку-

лирует охлаждающая жидкость жидкостного насоса, термостата, вентилятора и радиатора.

При воздушной системе охлаждения заданный температурный режим достигается удалением теплоты от наружных ребер, имеющихся на цилиндре и его головке, которые при движении автомобиля обдуваются встречным потоком воздуха.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. Она включает в себя источники электрической энергии (аккумуляторную батарею, генератор); приборы, преобразующие ток низкого напряжения в ток высокого напряжения; провода, подводящие ток высокого напряжения к свече зажигания 12, электрическая искра от которой воспламеняет рабочую смесь.

Взаимодействие механизмов и систем двигателя происходит следующим образом. Когда поршень 5 опускается вниз, горючая смесь через открытый впускной клапан 11 поступает в цилиндр. При движении поршня вверх она сжимается. Когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, рабочая смесь воспламеняется от электрической искры и сгорает. В процессе сгорания образуются газы, имеющие высокую температуру и большое давление. Под действием давления расширяющихся газов поршень опускается вниз и через шатун 18 приводит во вращение коленчатый вал 21. Таким образом происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Затем поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы через открывающийся выпускной клапан 13.

Основными конструктивными параметрами двигателя являются диаметр цилиндра, ход поршня и число цилиндров, которые обусловливают его габаритные размеры.

При одном обороте коленчатого вала 3 двигателя (рис. 1.2) поршень 2 делает один ход вниз и один ход вверх. Изменение направления движения поршня в цилиндре 1 происходит в двух крайних точках, называемых мертвыми, так как в них скорость поршня равна нулю.

Крайнее верхнее положение поршня называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее положение поршня — ниж-^ ней мертвой точкой (НМТ).

Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом S поршня, который равен удвоенному радиусу R кривошипа:

S=2R.

Следовательно, при перемещении поршня от одной мертвой точки до другой коленчатый вал поворачивается на 180°, т.е. совершает пол-оборота.

Схема устройства поршневого двигателя внутреннего сгорания:
а - продольный вид, б - поперечный вид; 1 - головка цилиндра, 2 - кольцо,
3 - палец, 4 - поршень, 5 - цилиндр, 6 - картер, 7 - маховик, 8 - коленчатый вал,
9 - поддон, 10 - щека, 11 - шатунная шейка, 12 - коренной подшипник, 13 - коренная шейка,14 - шатун, 15, 17- клапаны, 16 - свеча

Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется камерой сгорания, объем которой обозначается V_c. Пространство цилиндра между верхней и нижней мертвыми точками называется его рабочим объемом и обозначается V_h. Сумма объема камеры сгорания V_c и рабочего объема V_h цилиндра составляет полный объем цилиндра, обозначаемый V_a.

Рабочий объем цилиндра измеряется в кубических сантиметрах или литрах и определяется по формуле

V_h = nB²S/4,

где D — диаметр цилиндра.

Сумма всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового., двигателя называется рабочим объемом V_n двигателя (литражом), " который определяется по формуле

V_л = nD²Si/4,

где i — число цилиндров.

Отношение полного объема цилиндра V_a к объему камеры сгорания V_c называется степенью сжатия е и определяется по формуле

e = (K+V_h)/V_e=V_a/V_c=l+V_k/V_c.

Степень сжатия — безразмерная величина. Она показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха, находящихся в цилиндре, при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Чем выше степень сжатия, тем больше температура и давление рабочей смеси при подходе поршня к ВМТ.

С увеличением степени сжатия повышается коэффициент полезного действия (КПД), мощность и топливная экономичность двигателя. Однако повышение степени сжатия карбюраторных и газовых двигателей возможно лишь до определенных пределов, после достижения которых увеличение степени сжатия приводит к преждевременному самовоспламенению рабочей смеси и вызывает взрывное сгорание — детонацию топлива, снижающую работоспособность двигателя.

Различные виды жидких и газообразных топлив имеют разные температуры самовоспламенения, поэтому вид топлива, на котором работает двигатель, определяет пределы его степени сжатия. У автомобильных двигателей, работающих на бензине (карбюраторных двигателей), е = 6... 10; у двигателей, работающих на газе, е = 7...9,5; у дизелей е = 14...21. Верхний предел степени сжатия (е = 18...21) для дизелей в основном обусловлен максимальными нагрузками от давления газов на детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов.

1.2 Рабочие циклы четырехтактных двигателей

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу.

Если рабочий цикл совершается за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным. В настоящее время двухтактные двигатели на автомобилях не применяют, а используют лишь на мотоциклах и как пусковые двигатели на тракторах. Это связано, прежде всего, с тем, что они имеют сравнительно высокий расход топлива и недостаточное наполнение горючей смесью цилиндров из-за плохой их очистки от отработавших газов.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу, который совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Четырехтактный карбюраторный двигатель. Рабочий цикл одноцилиндрового двигателя осуществляется следующим образом.

Такт впуска (рис. 1.3, а). Поршень 1 находится в ВМТ и по мере вращения коленчатого вала 8 (за пол-оборота) перемещается от ВМТ к НМТ. При этом впускной клапан 4 открыт, а выпускной клапан б закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается, поэтому в цилиндре 2 создается разрежение, равное 0,07...0,095 МПа, в результате чего свежая горючая смесь, состоящая из паров бензина и воздуха, засасывается. через впускной газопровод J в цилиндр. Свежая рабочая смесь в результате соприкосновения с нагретыми деталями и остаточными ОГ имеет температуру в конце такта впуска 75... 125 °С.

Степень заполнения цилиндра свежей горючей смесью характеризуется коэффициентом наполнения x\_v, который представляет собой отношение действительного количества горючей смеси, поступившей в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра при давлении и температуре окружающей среды. Для высокооборотных карбюраторных двига-

телей цу =0,65...0,75. Чем выше коэффициент наполнения, тем

большую мощность развивает двигатель. <

Такт сжатия (рис. 1.3, б). После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем вращении коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом впускной клапан 4 закрывается, а выпускной клапан 6 закрыт. По мере сжатия горючей смеси повышается ее температура и давление. В зависимости от степени сжатия давление в цилиндре в конце такта сжатия может составлять 0,8... 1,5 МПа, а температура газов — 300...450°С.

Такт расширения, или рабочий ход (рис. 1.3, в). В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи зажигания 5, и быстро сгорает, в результате чего температура и давление образующихся газов резко возрастают и поршень перемещается от ВМТ к Н МТ. Максимальное давление газов на поршень при сгорании для карбюраторных двигателей составляет 3,5... 5 МПа, а температура газов - 2100...2400 "С.

При такте расширения шарнирно связанный с поршнем шатун 8 совершает сложное движение и через кривошип передает вращение коленчатому валу. При расширении газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня при этом такте коленчатого вала называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня давление в цилиндре составляет 0,3...0,75 МПа, а температура — 900... 1200 "С.

Такт выпуска (рис. 1.3, г). Коленчатый вал 9через шатун перемещает поршень от НМТ к ВМТ. При этом выпускной клапан 6 открыт и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в атмосферу через выпускной газопровод 7. В начале такта выпуска продуктов сгорания давление в цилиндре значительно выше атмосферного, но к концу такта оно составляет 0,105 ...0,120 МПа. Температура газов в начале такта выпуска составляет 750... 900 "С, а в конце — 500... 600 "С. Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежая горючая смесь перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей смесью. По отношению к рабочему ходу такты впуска, сжатия и выпуска являются вспомогательными.

Четырехтактный дизель. Рабочие циклы четырехтактного дизеля и четырехтактного карбюраторного двигателя существенно отличаются по способу смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие состоит в том, что в цилиндр дизеля при такте впуска поступает не горючая смесь, а воздух, который из-за большой степени сжатия нагревается до высокой температуры, а затем в него впрыскивается мелкораспыленное топливо, которое под действием высокой температуры воздуха самовоспламеняется.

Рабочий цикл дизеля осуществляется следующим образом.

Такт впуска (рис. 1.4, а). При движении поршня 7 от ВМТ к НМТ, вследствие образующегося разрежения, из воздухоочистителя 3 в полость цилиндра 6 через открытый впускной клапан 4 поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет 0,08...0,095 МПа, а температура 40...60°С. При этом коэффициент наполнения цилиндров свежим зарядом (воздухом) _4V= 0,80. ..0,90.

Такт сжатия (рис. 1.4, б). Поршень движется от НМТ к ВМТ. Впускной 4 и выпускной 5 клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень 7 сжимает имеющийся в цилиндре воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. Из-за высокой степени сжатия температура воздуха . достигает 550...700°С при давлении воздуха внутри цилиндра 4,0...5,0 МПа.

Такт расширения, или рабочий ход (рис. 1.4, в). При подходе поршня к ВМТ в цилиндр через форсунку 2 впрыскивается дизельное топливо, подаваемое топливным насосом 1. Впрыснутое топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, самовоспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления. При этом максимальное давление газов достигает 6... 9 МПа, а температура — 1800... 2000 °С. Под действием давления газов поршень 7перемещается от ВМТ к НМТ.


Совершается рабочий ход. Около НМТ давление составляет 0,3..; 0,5 МПа, а температура — 700...900 "С.

Такт выпуска (рис. 1.4, г). Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, и через открытый выпускной клапан 5 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газа составляет 0,11...0,12 МПа, а температура — 500...700"С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
1.3 Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

В одноцилиндровом двигателе рабочий ход осуществляется под действием создаваемого в цилиндре давления газов (рис. 1.6), которое можно представить в виде результирующей силы, состоящей из силы Р_Т — давления газов на днище поршня при такте * расширения и силы инерции Р_и поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма. Сила инерции изменяется в зависимости от скорости перемещения поршня, а также его положения в цилиндре и достигает наибольшей величины в момент изменения направления движения поршня.

Сила Р_Г1 может быть разложена по правилу параллелограмма на две составляющие: силу F, направленную вдоль шатуна, и силу N, направленную перпендикулярно стенке цилиндра. При переносе силы F по линии ее действия к центру шатунной шейки на

Рис. 1.6. Силы, действующие от давления газов в одноцилиндровом двигателе: Р_г' — сила давления газов на днище поршня; Р_г' — сила давления газов на головку цилиндров; Р„ — сипа инерции поступательно движущихся масс; Р,, — вертикальная (результирующая) сила, направленная на оси цилиндра; Р_{ — сила, действующая на картер двигателя (вниз) через коренные подшипники; Р_а — центробежная сила; F — сила, направленная вдоль шатуна; S_u S₂ — силы, действующие по оси коренной шейки; N, Nj — противоположно направленные боковые силы, действующие на плече A; R — радиус кривошипа коленчатого вала

оси коренной шейки возникают две равные и параллельные ей силы Si и iS₂.

Совместное действие сил S_{ и F создает на плече R, равном радиусу кривошипа, крутящий, момент, Нм, который передается через трансмиссию на колеса автомобиля. При этом сила S₂ создает нагрузку на коренные подшипники, а вращающиеся массы кривошипа и нижней головки шатуна создают центробежную силу Р_ц, направленную от центра вращения по радиусу кривошипа, которая нагружает картер двигателя.

Сила S₂ сможет быть также разложена на две составляющие: N_b P_x. Силы N\ и нравны, но направлены в противоположные стороны. Совместное действие этих сил создает на плече h реактивный момент, который стремится опрокинуть двигатель в сторону, обратную вращению коленчатого вала. Реактивный момент через детали крепления (подвески) двигателя воспринимается рамой (кузовом) автомобиля.

Сила Д направлена вниз от оси вала и равна силе Р_т1, а результирующая сила Р_т' давления газов действует на головку цилиндра и направлена в противоположную сторону. Разность между силами Р_х и Р_г' представляет собой силу инерции Р_и поступательно движущихся масс.

Следовательно, в одноцилиндровом двигателе наряду с неравномерностью крутящего момента на коленчатом валу возникают неуравновешенные силы и моменты от поступательно движущих- ся масс, отрицательное действие которых значительно снижается при увеличении числа цилиндров, т. е. при создании многоцилиндровых двигателей.

1.4 Многоцилиндровые двигатели

На современных автомобилях применяют четырех-, шести-, восьми- и двенадцатицилиндровые двигатели, которые классифицируются по рабочему объему (табл. 1.1) в определенных диапазонах, устанавливающих типоразмерность — класс двигателей.

Обозначение модели двигателя составляют первые пять или шесть цифр десяти- или одиннадцатизначного номера с точкой для базовых моделей между третьим и четвертым, а для модификаций — между четвертым и пятым знаками. Например, на автомобилях ГАЗ-3110 и ГАЗ-3102 «Волга» устанавливают (см. табл. 1.1) соответственно двигатели моделей 402.10 и 4022.10, где 4 — класс двигателя в установленных диапазонах; 02 — порядковый номер базовой модели двигателя; 2 — модификация базовой модели (при отсутствии модификации этот знак опускается). Точка отделяет номер модели (модификации) изделия от номера «10» типовой группы — «двигатель».

Таблица 1.1

Классификация и система обозначения двигателей

Класс двигателя*	Диапазон рабочего объема двигателя, л	Модель двигателя	Рабочий объем двигателя, л	Марка автомобиля
2	0,85... 1,1	МеМЗ-245.10	1,090	ЗАЗ-1102 «Таврия»
3	1,1 ...1,8	УЗАМ-331.10	1,480	21412 «Москвич» <
4	1,8. ..4,0	ЗМЗ-402.10 ЗМЗ-4062.10	2,445 2,300	ГАЗ-3110 «Волга»
4	1,8.-4,0	ЗМЗ-4022.10	2,500	ГАЗ-3102 «Волга»
4	1,8...4,0	ЗМЗ-4061.10		ГАЗ-3302 «ГАЗель»
4	1,8...4,0	ЗМЗ-4063.10	2,300	ГАЗ-2217 «Соболь»
5	4,0... 7,0	ЗМЗ-511.10	4,250	ГАЗ-3307
5	4,0...7,0	ЗМЗ-508.10	6,000	ЗИЛ-431410
6	7,0... 10,0	ЗИЛ-645,10	8,740	ЗИЛ-4331
7	10,0... 15,0	КамАЗ-740.10	10,850	КамАЗ-5320

* К первому классу, отсутствующему в данной таблице, можно отнести двигатель модели ВАЗ-1111 «Ока». Однако эта модель двигателя является исключением в системе обозначений и не вписывается в принятую классификацию.

Для обозначения марки двигателя используют сокращенные название фирмы или акционерного общества — изготовителя (например, ОАО Мелитопольский моторный завод — МеМЗ, ОАО Уфимский завод автомобильных моторов — УЗАМ).

В табл. 1.1 для отличия от бензиновых двигателей дизелям в диапазоне, начиная с 6-го класса, даны номера моделей во втором и третьем знаках индекса моделей, начиная с 040, например ЗИЛ-645.10 или КамАЗ-740.10.

Цифровое обозначение модели двигателя представляет собой только составную часть полного обозначения составляющих его узлов и деталей, предусмотренных группой 10 — «двигатель». Полное обозначение двигателя, например УЗАМ-331.10, в сборе с смазочным насосом имеет десятизначное число: 331.1011052, где после группы 10 указан номер типовой подгруппы 11 — «смазочный насос», а последние три цифры означают номер детали — 052 (в данном случае — крышка корпуса смазочного насоса).

Таким образом, в общем случае после номера группы 10 «двигатель» первые две цифры пятизначного числа означают номер сборочной подгруппы, а последние три цифры — номер детали по каталогу запасных частей, который является руководящим техническим материалом (РТМ) при составлении заявок на запасные части.

Компоновочные схемы ДВС. Наиболее распространенные схе-, мы компоновок цилиндров многоцилиндровых двигателей представлены на рис. 1.7. При однорядных схемах компоновки (рис. 1.7, а) ось цилиндра 1 занимает вертикальное положение (это двигатели автомобилей ВАЗ-2106 «Жигули», ГАЗ-3302 «ГАЗель», ГАЗ-3110 и -3102 «Волга» и др.) или расположены под некоторым углом а к вертикали (рис. 1.7, б), равным 15...20°, что позволяет уменьшить высоту двигателя и удобнее располагать его приборы и оборудование.

На большинстве грузовых автомобилей применяют двухрядную V-образную (под углом Р) компоновку (рис. 1.7, в) цилиндров 1 (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320, МАЗ-5335, «Урал-4320», ГАЗ-3309 и -3307). Наряду с этим применяется также и двухрядная компоновка (рис. 1.7, г) под углом 180° с противолежащими цилиндрами /. Двигатели с таким расположением

Двигатель (продольный разрез). 1. Коленчатый вал; 2. Вкладыш коренного подшипника коленчатого вала; 3. Звездочка коленчатого вала; 4. Передний сальник коленчатого вала; 5. Шкив коленчатого вала; 6. Храповик; 7. Крышка привода механизма газораспределения; 8. Ремень привода насоса охлаждающей жидкости и генератора; 9. Шкив генератора; 10. Звездочка привода масляного насоса, топливного насоса и распределителя зажигания; 11. Валик привода масляного насоса, топливного насоса и распределителя зажигания; 12. Вентилятор системы охлаждения; 13. Блок цилиндров; 14. Головка цилиндров; 15. Цепь привода механизма газораспределения; 16. Звездочка распределительного вала; 17. Выпускной клапан; 18. Впускной клапан; 19. Корпус подшипников распределительного вала; 20. Распределительный вал; 21. Рычаг привода клапана; 22. Крышка головки цилиндров; 23. Датчик указателя температуры охлаждающей жидкости; 24. Свеча зажигания; 25. Поршень; 26. Поршневой палец; 27. Держатель заднего сальника коленчатого вала; 28. Упорное полукольцо коленчатого вала; 29. Маховик; 30. Верхнее компрессионное кольцо; 31. Нижнее компрессионное кольцо; 32. Маслосъемное кольцо; 33. Передняя крышка картера сцепления; 34. Масляный картер; 35. Передняя опора силового агрегата; 36. Шатун; 37. Кронштейн передней опоры; 38. Силовой агрегат; 39. Задняя опора силового агрегата.

цилиндров иногда называют оппозитными, они удобно располагаются под полом кузова (например, двигатели РАБА-МАН в автобусах «Икарус-260, -280»).

Многоцилиндровые двигатели (рис. 1.8,1.9) состоят из нескольких одноцилиндровых двигателей, конструктивно объединенных

Рис. 1.9. Поперечный разрез многоцилиндрового V-образного дизеля

ЗИЛ-645:

1 — маслозаливная пробка; 2 — форсунка; 3 — топливопровод высокого давления; 4 — впускной газопровод; 5 — штанга коромысла; 6 — крышка клапанов; 7 — впускной клапан; 8 — головка цилиндров; 9.— выпускной газопровод; 10 — поршень; 11 — компрессионное кольцо; 12 — блок цилиндров; 13 — маслосъем-ное кольцо; 14 — резиновый уплотнитель; 15 — шатун; 16— картер; 17 — коленчатый вал; 18 — фильтр тонкой очистки масла; 19 — гильза цилиндра; 20 — пружина клапана; 21 — выпускной клапан; 22 — коромысло
в единое целое и имеющих один общий коленчатый вал. В таком двигателе за два оборота коленчатого вала рабочих ходов будет совершено столько, сколько у него цилиндров, а так как два оборота коленчатого вала соответствуют 720°, то такты рабочего хода будут чередоваться через равные угловые интервалы Э в зависимости от числа цилиндров■/. Следовательно, 9 = 720//.

Например, в четырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателях рабочие ходы совершаются при повороте коленчатого вала соответственно на 180,, 120 и 90°. В каждом цилиндре указанных двигателей происходит один и тот же рабочий процесс, но одноименные такты совершаются в разные моменты времени; при этом чередование тактов в цилиндрах двигателей выбирают так, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на подшипники коленчатого вала и плавную работу двигателя. Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах двигателя в течение рабочего цикла называется порядком работы двигателя. Принято указывать порядок работы Двигателя по чередованию тактов рабочего хода, начиная с первого цилиндра.

Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигателя и числа цилиндров. Так, у коленчатого вала рядного четырехцилиндрового двигателя (рис. 1.10, а) кривошипы расположены попарно под углом 180°, два крайних — под углом 180° к двум средним. Соответственно поршни цилиндров 1 и 4 при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направлении, а поршни цилиндров 2 и 3 — в противоположных. Порядок работы четырехцилиндровых двигателей может быть 1 — 3 — 4 — 2 (двигатели автомобилей семейств ВАЗ, «Москвич-21412» и др.) или 1 — 2 — 4 — 3 (двигатели автомобилей ТАЗ-31029, -3110 «Волга»,

Таблица 1.2

Чередование тактов в четырехцилиндровом двигателе с порядком работы 1—3—4—2

Полуоборот коленчатого вала	Угол • поворота коленчатого вала, °	Цилиндр
		1-й	2-й	3-й	4-й
Первый	0...180	Рабочий ход	Выпуск	Сжатие	Впуск
Второй	180...360	Выпуск	Впуск	Рабочий ход	Сжатие
Третий	360... 540	Впуск	Сжатие	Выпуск	Рабочий ход
Четвертый	540... 720	Сжатие	Рабочий ход	Впуск	Выпуск

ГАЗ-3302 «ГАЗель» и их модификаций). Чередование тактов в четырехцилиндровом двигателе с порядком работы 1 — 3—4—2 представлено в табл. 1.2. Четырехцилиндровый двигатель может иметь и другой порядок работы при том же расположении кривошипов коленчатого вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения.

В шестицилиндровом рядном двигателе шатунные шейки ко-* ленчатого вала (рис. 1.10, б) расположены попарно в трех плоскостях. Такты во всех цилиндрах" двигателя в соответствии с расположением кривошипов начинаются и кончаются не одновременно, как в четырехцилиндровом двигателе, а смещаются в одной паре цилиндров относительно другой на угол 120°, и, следовательно, рабочие ходы перекрываются на 1/3 хода поршня, обеспечивая тем самым более равномерное вращение коленчатого вала. Наиболее распространенным порядком работы карбюраторного шестицилиндрового рядного двигателя является 1 — 5 — 3 — 6 — 2 — 4.

Для шестицилиндровых дизелей наиболее совершенным является V-образный вариант двигателя с развалом цилиндров под углом 90° (рис. 1.11, о) и порядком работы 1 —4—2—5 — 3 — 6 (дизель ЯМЗ-236М2). Широкое распространение дизелей и карбюраторных двигателей с V-образным расположением цилиндров является следствием преимуществ компоновочных схем этого типа по сравнению с компоновочными схемами рядных дви га-тел ей. К преимуществам таких двигателей относятся меньшая высота и габаритная длина, что дает возможность улучшить компоновку автомобиля в целом. Недостатками V-образных двигателей являются более сложная отливка блока и увеличение габаритной ширины по сравнению с рядным двигателем.



_а ГУиУШ ■ _б

Рис. 1.11. Схема кривошигшо-шатунного механизма V-образных двигателей:

а — шестицилиндрового; б — восьмицилиндрового; 1 — 8 номера цилиндров; I—VIII— кривошипы коленчатого вала соответственно цилиндров 1 — 8

На грузовых автомобилях ЗИЛ-431410, ГАЗ-3307, КамАЗ-5320 и других установлены восьмицилиндровые V-образные двигатели (рис. 1.11, б), цилиндры которых расположены в два ряда по ходу автомобиля. Угол развала между рядами цилиндров составляет 90°. Один ряд цилиндров несколько смещен относительно другого ряда, что обусловлено установкой двух шатунов на каждую шейку коленчатого вала. На каждой шатунной шейке коленчатого вала установлено по два шатуна, которые связаны с поршнями правого и левого рядов цилиндров.

Чередование тактов в восьмицилиндровом V-образном двигателе с порядком работы 1 — 5 — 4—2—6 — 3 — 7--8 приведено в табл. 1.3, из которой видно, что при указанном порядке работы рабочие ходы следуют один за другим с перекрытием на 1/2 хода поршня. Это обеспечивает не только равномерное вращение коленчатого вала, но и уравновешивание сил инерции, возникающих в процессе работы двигателя.

Подвески двигателя. Двигатель монтируют на раме автомобиля при помощи лап и кронштейнов, которые крепятся к ней на упругой подвеске, что необходимо для снижения уровня вибрации^ двигателя из-за неполной уравновешенности его вращающихся масс, а также для смягчения ударов, передаваемых от рамы к двигателю при движении автомобиля по неровностям дороги. Основными элементами упругой подвески двигателя являются резиновые подушки или пружины, устанавливаемые под опоры двигателя.

На легковых автомобилях семейств ВАЗ, «Москвич», «Волга» и других двигатель, сцепление и коробка передач объединены и конструктивно образуют единый силовой агрегат, который крепится на трех опорах. Например, в передней части двигателя авто-

мобиля ГАЗ-З 110, -31029 «Волга» размещены две опоры с обеих лорон двигателя и одна опора в задней части коробки передач.

Двигатели грузовых автомобилей крепятся к раме на трех, четырех или пяти опорах. Крепление к раме двигателя ЗИЛ-508 осуществлено на трех опорах. Передней опорой (рис. 1.12, а) является кронштейн З, установленный на резиновых подушках 4 под крышкой распределительных шестерен.

Задними опорами (рис. 1.12, 6) являются лапы 5 картера сцепления. К каждой лапе болтом б крепится крышка 7, которая приперекосах двигателя через специальный башмак взаимодействует резиновой подушкой 10. Крышка 7 болтами 8 прикреплена также к кронштейну 9 рамы. Кроме того, от продольного смещения при резком торможении автомобиля или включении сцепления двигатель дополнительно удерживается тягой 2, связанной одним концом с блоком цилиндров, а другим — с поперечиной рамы через резиновые буфера 1.

Двигатели автомобилей ГАЗ-3З07, МАЗ-5335 и автобуса HАЗ-3205

крепятся на четырех опорах, а двигатели автомобилей КамАЗ име-

ют еще и пятую поддерживающую опору на корпусе коробки

передач.

1.5 Эффективные показатели работы двигателя
Мощность, получаемая на коленчатом валу двигателя, назы-

вается эффективной мощностью. Она измеряется в киловатах и на

различных режимах работы двигателя может быть определена пу-

тем стендовых испытаний по формуле

Ne=Mene/9570
где М_е — эффективный крутящий момент двигателя, Н-м, определяемый на стенде; п_е — частота вращения коленчатого вала, об/мин.

Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности, затрачиваемой на насосные потери в кривошипно-шатунном и трение в газораспределительном механизмах двигателя, а также на приведение в действие вентилятора, жидкостного насоса и других вспомогательных устройств.

Таким образом, эффективная мощность N_e меньше, чем индикаторная мощность N_h на величину мощности механических потерь N_u, расходуемой в механизмах и системах двигателя, т.е. N_e = N,-N_u.

Механическим коэффициентом полезного действия л_м двигателя называют отношение эффективной мощности N_e к индикаторной N_h Следовательно, механический КПД

4_M = NJN_i={N_i-NJ/N_l=l-N_u/N_e.

В карбюраторных двигателях т|_м = 0,70... 0,85, а в высокооборотных дизелях т|_м = 0,73... 0,87.

Наряду с эффективной мощностью к основным показателям, характеризующим работоспособность двигателя, относится эффективный крутящий момент, который является результирующим моментом сил, действующих на каждую шатунную шейку колен-., чатого вала и приводящих его во вращательное движение. При заданной мощности двигателя и частоте вращения коленчатого вала эффективный крутящий момент можно определить из соотношения М_е = 9570(N_e/n_e). Например, для карбюраторных двигателей легковых автомобилей М_е = 70... 190 Н-м.

Важным показателем, оценивающим совершенство двигателя по эффективности использования его рабочего объема, является так называемая литровая мощность N_M = N_e/ V_h, кВт/л, т. е. максимальная мощность двигателя N_e, приходящаяся на 1 л его рабочего объема V_h. Чем выше N_n, тем лучше технико-экономические показатели двигателя.

Литровую мощность увеличивают обычно путем повышения степени сжатия двигателя, частоты вращения коленчатого вала, коэффициента наполнения и массы свежей горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Однако при увеличении литровой мощности возрастают нагрузки на детали кривошипно-шатунно-го механизма.

Для карбюраторных двигателей N„ = 18...40 кВт/л (меньшее значение для грузовых автомобилей), а для высокооборотных дизелей N_n = 15... 25 кВт/л.

Степень использования теплоты, введенной в двигатель с топливом, оценивают эффективным КПД — г\_е, который представляет собой отношение количества теплоты Q_e, превращенной в эф-фективную работу, к количеству теплоты Q_t, выделившейся в результате сгорания топлива:

n_е ⁼ Q_e ^/ Q_t,

Для карбюраторных двигателей ц_е = 0,23.,.0,30; для дизелей ц_е = 0,28. ..0,40.

К показателям, характеризующим топливную экономичность двигателя, относится расход топлива. Часовой расход топлива G_T показывает количество топлива в килограммах, потребляемое двигателем на данном режиме работы за один час.

Для оценки экономичности двигателя обычно пользуются эффективным удельным расходом топлива &,; представляющим собой отношение часового расхода топлива G_T к эффективной мощности двигателя N_e:

g_e = GJN_e.

Для карбюраторных двигателей g_e = 280...340 г/(кВт-ч); для дизелей g_e = 220... 260 г/(кВт • ч).

С изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя кроме мощности N_e соответственно изменяются крутящий момент М_е, удельный g_e и часовой G_T расходы топлива.

Зависимость этих величин от частоты вращения коленчатого вала, выраженная графически, называется скоростной характеристикой двигателя. Скоростная характеристика, полученная при полном открытии дроссельной заслонки (максимальной подаче топлива), называется внешней скоростной характеристикой двигателя. Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или промежуточным подачам топлива у дизелей, называются частичными скоростными характеристиками двигателя.

Эти характеристики получают экспериментальным путем на специальных тормозных стендах после обкатки новых двигателей. Принцип получения основных показателей для построения внешней (скоростной) характеристики на стенде (рис. 1.13) состоит в том, что коленчатый вал двигателя, работающего с определенным постоянным положением дроссельной заслонки, заторма^ живают, доводя таким образом частоту его вращения до ряда определенных устойчивых значений: от минимально возможной до максимально допустимой. При этом замеряют тормозной момент М_торм, необходимый для достижения каждой частоты вращения, и соответствующий этим частотам часовой расход топлива G_T.

По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного крутящего момента (М_е = М_тт) и часового расхода топлива G_r от частоты вращения п_е коленчатого вала. Затем, используя приведенные выше зависимости для определения N_e и g_e, находят соответственно численные значения мощности и удельного расхода топлива для различных частот вращения коленчатого вала и строят по ним графики.

В качестве примера на рис 1.13, а, б показаны внешние скорост-< ные характеристики двигателей легкового автомобиля ЗАЗ-1102 «Таврия» и грузового автомобиля ГАЗ-3307. Из характеристики (см. рис. 1.13, а) видно, что мощность N_e двигателя автомобиля ЗАЗ-1102, равная 39 кВт, развивается при частоте вращения коленчатого вала п_е = 5500 об/мин. Максимальный крутящий момент двигателя М_е = 80,4 Н-м при частоте вращения вала около 3300 об/мин, а минимальный удельный расход топлива & » 280 г/(кВт-ч).

Для двигателя автомобиля ГАЗ-3307 эти показатели (рис. 1.13, б) соответственно равны: мощность N_e = 92 кВт при частоте вращения коленчатого вала 3200 об/мин, максимальный крутящий момент М_е = 294,3 Н• м при 2000... 2200 об/мин и минимальный удельный расход топлива g_e ~ 310 г/(кВтч). Внешние (скоростные) характеристики других карбюраторных двигателей имеют свои значения, но кривые имеют примерно аналогичный вид.

следующая страница>