Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

стины

оребрения выполняют плоскими или волнистыми. В целях

интенсификации теплоотдачи на них могут быть выполнены спе-

циальные

турбулизаторы

в виде отогнутых просечек, которые об-

разуют узкие и короткие воздушные каналы, расположенные под

углом к потоку воздуха (рис. 16.2, д).

трубчато-ленточных

радиаторах (рис. 16.2,

ё)

охлаждающие

трубки располагают в ряд. Ленту для решетки изготовляют из

меди толщиной

0,05...0,1

мм. В целях интенсификации теплоот-

дачи создают

турбулизацию

воздушного потока путем выполне-

ния на ленте фигурных

выштамповок

или отогнутых просечек

(рис. 16.2,

ж).

В современных двигателях достаточно широко используют ра-

диаторы из алюминиевого сплава, которые дешевле и легче. Од-

нако их тепловые свойства и надежность несколько хуже.

Вентилятор обеспечивает требуемый расход воздуха для съема

теплоты. Наиболее распространены одноступенчатые осевые вен-

тиляторы с числом лопастей от четырех до восьми. Вентилятор

подбирают по согласованию его характеристики с характеристи-

кой воздушного тракта автомобиля. Рабочее колесо осевого венти-

лятора устанавливают в направляющих кожухах.

Лопасти вентилятора изготовляют литыми или клепаными. Ло-

пасти клепаных вентиляторов штампуют из листовой стали. Они

просты в изготовлении, но имеют невысокий КПД. Литые венти-

ляторы изготовляют из синтетических материалов с профилиро-

ванными лопастями. Они имеют существенно больший КПД. Для

уменьшения шума лопасти устанавливают на ступице с перемен-

ным шагом.

Жидкостный насос подает жидкость в рубашку

охлаждения.

Наи-

более распространены одноколесные центробежные насосы (рис. 16.3),

имеющие

4...8

спиральных или радиальных лопаток.

Для получения более равномерного распределения потоков ох-

лаждающей жидкости по рядам цилиндров

V-образного

двигателя

иногда предусматривают два отвода из улитки насоса.

Привод насоса осуществляется от коленчатого вала ремнями

или зубчатыми шкивами из металлокерамики. Мощность, затра-

чиваемая на привод насоса, составляет 0,5... 1 % от номинальной

мощности двигателя. Герметичность подшипника насоса обеспе-

чивает уплотнитель, состоящий из корпуса, резиновой

уплотни-

тельной манжеты, разжимной пружины и неподвижного графи-

тового кольца, которое постоянно прижимается пружиной к вра-

щающемуся торцу крыльчатки.

Расширительный бачок стабилизирует уровень жидкости в ру-

башке охлаждения, обеспечивает прием расширяющейся жидко-

сти и отделение воздуха, газов и пара из охлаждающей жидкости.

Пробка расширительного бачка разъединяет закрытую систему ох-

лаждения с атмосферой. В ней встроены воздушный и паровой

220

14 13

1211

Рис. 16.3. Жидкостный насос:

/ — ступица вентилятора; 2 — вентилятор; 3 — болт; 4 — кольцо; 5 — пружинная

шайба; 6 — дистанционная втулка; 7 — стопорный винт; 8 — прокладка; 9 —

приемный патрубок; 10 — корпус;

— крыльчатка; 12 — вал; 13 — уплотни-

тель; 14 — крышка; 15 — шариковый двухрядный подшипник; 16 — шкив; А —

полость насоса; Б — приемное отверстие шланга отопителя; В — контрольное

отверстие

клапаны, которые служат для стабилизации давления в системе

охлаждения. Паровой клапан открывается при избыточном давле-

нии паров жидкости

0,045...0,05

МПа и выпускает часть их в ат-

мосферу. Воздушный клапан открывается при падении давления в

системе относительно атмосферного примерно на 0,01 МПа и

впускает в нее дополнительный воздух.

16.3. Воздушная система охлаждения

В автомобильных двигателях воздушного охлаждения воздух

принудительно нагнетают вентилятором в межреберные каналы

головок и цилиндров. Для повышения теплоотдачи цилиндры и

головки цилиндров оребряют. Форма и расположение ребер долж-

ны обеспечивать высокий теплоотвод при минимальном гидрав-

лическом сопротивлении. Высокие скорости циркуляции воздуха

обеспечиваются осевыми вентиляторами с большим количеством

профилированных лопаток. Движение воздуха организуется направ-

ляющими ограждениями — дефлекторами.

Теплоотвод в систему охлаждения для двигателей с искровым

зажиганием составляет

24...30

а для дизелей —

20...26

Воздушная система охлаждения имеет ряд достоинств: конст-

руктивная простота, дешевизна производства и

небольшой

рас-

ход дефицитных цветных материалов, минимальные затраты мощ-

ности на работу агрегатов, быстрый прогрев после пуска и сни-

жение при этом

износов,

удобство обслуживания и

эксплуатаци-

221

онная надежность в условиях низких температур и в пустынно-

песчаной местности. Вместе с тем ей присущи и недостатки: не-

возможность обеспечить равномерное охлаждение термически на-

груженных деталей, увеличение длины и высоты двигателя, а также

снижение его жесткости из-за индивидуального изготовления ореб-

ренных

цилиндра и головки, повышенная

пгумность

из-за

вибра-

ции ребер и работы вентилятора.

В связи с повышением уровня форсированности современных

двигателей, что обусловливает рост

теплонагруженности

деталей,

формирующих камеры сгорания, применение в них данной сис-

темы охлаждения проблематично.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте назначение системы охлаждения.

2. К чему приводит переохлаждение и перегрев двигателя?

3. Укажите назначение основных элементов системы жидкостного ох-

лаждения двигателя.

4. Как можно интенсифицировать отвод теплоты от двигателя и какие

проблемы возникают при этом?

Глава 17

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ВОЗДУХОМ

17.1. Общие положения

Система питания воздухом должна обеспечить требуемую сте-

пень очистки воздуха при приемлемых уровнях шума впуска и

гидравлических потерях.

Наиболее опасной для износа цилиндропоршневой группы

двигателя является кварцевая пыль, твердость частиц которой выше

твердости трущихся поверхностей двигателя.

Требования, предъявляемые к системам очистки воздуха: высо-

кое качество очистки воздуха, минимально возможное гидравли-

ческое сопротивление, надежность, минимальные масса и габа-

ритные размеры, приемлемые стоимость конструкции и затраты

на его обслуживание в процессе эксплуатации.

Минимальное гидравлическое сопротивление системы необ-

ходимо для снижения затрат энергии на газообмен и повышения

наполнения цилиндров в целях получения высоких значений мощ-

ности и экономичности двигателя. Для снижения габаритных раз-

меров и массы систему объединяют с элементами

шумоглушения

впуска и включают в систему динамического наддува для улучше-

ния наполнения цилиндров.

В легковых автомобилях воздух забирается из-под капота авто-

мобиля, а в грузовых - выносным устройством забора воздуха с

фильтрующими элементами.

Такое устройство располагают над кабиной в зоне с понижен-

ным

пылесодержанием.

Запыленность

воздуха,

поступающего в воздухозаборник

систе-

мы

воздухоочистки,

зависит от особенностей окружающей среды

(сезона года, типа грунта и дороги, направления ветра, влажнос-

ти воздуха), а также от типа транспортного средства и условий

его эксплуатации (интенсивности движения, конструкции шин,

аэродинамики транспортного средства).

17.2. Воздухоочистители

В современных автотракторных двигателях используют следую-

щие типы воздухоочистителей: инерционно-центробежные, пори-

стые и комбинированные.

Инерционно-центробежные очистители обычно используют в ка-

честве первой ступени системы очистки для снижения пылевой

нагрузки на вторую основную ступень.

223

На грузовых автомобилях обычно используют двухступенчатые

воздухоочистители, имеющие во второй ступени картонные филь-

трующие элементы (рис.

17.1,

а).

Комбинированные воздухоочистители в первой ступени исполь-

зуют батареи циклонов (конических инерционных решеток) со

сбором отсепарированной пыли в бункере и автоматическим уда-

лением ее с помощью газового эжектора, а во второй — картон-

ные фильтрующие элементы или инерционно-масляный фильтр

(рис

17.1,

б). Однако батареи циклонов имеют большие габариты

и высокую материалоемкость.

Центробежная очистка воздуха осуществляется путем осажде-

ние пыли под действием центробежной силы, вызываемой вихре-

вым движением потока в воздухоочистителе.

Воздухоочистители инерционно-масляного типа отличаются про-

стотой конструкции и большим сроком службы, однако, эффек-

тивность очистки ими воздуха невысока и существенно зависит от

режима работы двигателя. Поэтому сейчас они применяются редко.

Наиболее эффективна очистка воздуха сухими

фильтрующими

(пористыми) элементами на основе фильтровальных картонов и

синтетических материалов.

Воздухоочистители сухого типа с картонными фильтрующими

элементами по сравнению с инерционно-масляными воздухоочи-

стителями в

10...

30 раз лучше очищают воздух от пыли. В них мож-

но использовать сигнализатор о накоплении в процессе эксплуа-

тации предельно допустимого количества пыли (по росту сопро-

тивления системы впуска) для предупреждения водителя о необ-

Рис.

17.1.

Воздухоочистители с картонным фильтрующим элементом (а)

и комбинированный двухступенчатый

(б):

1 —

прямоточный

моноциклон, 2

—-

картонный фильтрующий элемент, 3 —

бункер для сбора отсепарированной пыли, 4 —

инерционно-масленый

воздухо-

очиститель, 5 — коническая инерционная решетка

224

ходимости проведения обслуживания элемента. Однако эти филь-

тры сложно компоновать в моторном отсеке

большегрузных

авто-

мобилей.

17.3. Глушители шума

впуска

Аэродинамический шум впуска проявляется в основном на

низких

частотах,

кратных периоду чередования рабочих циклов в

цилиндрах двигателя. На средних и высоких частотах шум создает-

ся потоком воздуха, обтекающим элементы во впускном трубо-

проводе. При

турбонаддуве

значительно повышается мощность аку-

стического излучения на впуске.

Глушители шума впуска двигателей можно разделить на реак-

тивные, активные и комбинированные.

Активный глушитель использует звукопоглощающий пористый

материал (технический

войлок,

минеральную вату, капроновое

волокно), размещенный внутри корпуса глушителя, который вза-

имодействует с потоком газа. Звукопоглощающая способность этих

материалов в области низких частот весьма мала, а наиболее эф-

фективное звукопоглощение происходит в области средних и вы-

соких

частот.

Оно зависит от толщины и плотности материала.

Реактивные глушители (акустические фильтры) формируют-

ся из набора камер и трубок, составляющих систему расшири-

тельных и резонансных объемов. Они эффективно подавляют от-

дельные составляющие шума в диапазоне низких и средних час-

тот. Резонансные камеры применяют для снижения шума высо-

кой интенсивности с узким спектром излучения, а расшири-

тельные — в широком диапазоне частот, но их заглушающая спо-

собность ниже.

Комбинированные глушители построены, по принципу реактив-

ных глушителей, в которые внедрены

активные

элементы.

Воздухоочистители, как правило, также выполняют роль глу-

шителя шума впуска. При этом воздухозаборник и корпус воз-

душного фильтра выполняют функции

реактивных

глушителей, а

картонный фильтрующий элемент — активного глушителя.

Подкапотное пространство двигателя можно также использо-

вать для шумоподавления в низкочастотном диапазоне.

Так как воздухоочиститель имеет развитые наружные поверх-

ности, то их выполняют такими, чтобы они не создавали шум.

Для

V-образных

двигателей воздушный фильтр можно формиро-

вать в развале блока цилиндров.

17.4. Агрегаты питания

воздухом

двигателей с наддувом

Турбокомпрессоры,

применяемые в автотракторных двигателях,

форсированных

турбонаддувом,

состоят из центробежного комп-

Вахллмов

225

рессора и

радиально-осевой

турбины, установленных

йа

одном

валу (рис. 17.2, а).

Отработавшие газы направляют в подводящую улитку 7 турби-

ны, затем, для повышения скорости, — в суживающийся направ-

ляющий аппарат 9 и подают под углом на лопатки колеса 8 турби-

ны (для привода ее во вращение). Колесо турбины через вал 11

передает вращение колесу 3 компрессора, зафиксированному на

валу гайкой 2. Через впускной патрубок 1 воздух поступает на коле-

со компрессора, где центробежные силы резко увеличивают его

скорость. Затем он выходит в диффузор 13. В нем скорость воздуха

уменьшается, а давление возрастает. Через улиточный сборник 4

воздух поступает в двигатель. Вал 11 вращается с высокой частотой

во втулке 12. Поэтому к ней по каналу Л в корпусе 6 под давлением

подается масло, а для его свободного слива из корпуса имеется

сливное отверстие Б. Для предотвращения попадания масла в тур-

бину и компрессор на валу имеются

уплотнительные

кольца

и 10.

Объемные приводные нагнетатели, применяемые в автотрак-

торных двигателях, могут быть

роторно-шестеренчатыми

и ротор-

но-пластинчатыми.

Роторно-шестеретатый

нагнетатель

чипа

«Руте»

(рис. 17.2, б)

состоит из двух связанных шестернями роторов в форме восьме-

рок, вращающихся в разные стороны. Роторы поочередно захва-

тывают объем свежего заряда, имеющего атмосферное давление,

и выталкивают его в выходную камеру с повышенным давлением.

Для обеспечения уплотнения между роторами, а также между ро-

торами и стенками корпуса создается минимальный зазор. Однако

Рис 17.2. Нагнетатели воздуха:

a — турбокомпрессор; б — приводной роторно-шестеренчатый компрессор; в —

приводной

роторно-пластинчатый

компрессор; 1 — впускной патрубок; 2 — гай-

ка; 3 — колесо компрессора; 4 —

уметочный

сборник; 5 и 10 — уплотнительные

кольца; 6 — корпус; 7 — улитка турбины; 8 — колесо турбины; 9 — направляю-

щий аппарат; 11 — вал;

— втулка, 13 —

диффузор,

А — канал; Б — сливное

отвестие

отверстие

226

при больших значениях давления наддува на высоких частотах вра-

щения утечки возрастают, что уменьшает КПД нагнетателя, а мак-

симальная степень повышения давления не превышает 1,6... 1,7.

Роторно-пластинчатый компрессор (рис. 17.2, в) обеспечивает

постепенное сжатие свежего заряда по мере поворота ротора, ко-

торый затем выталкивается во впускной коллектор двигателя. Та-

кой компрессор создает меньший уровень шума, чем роторно-

шестеренчатый. Утечки в нем минимальны из-за того, что пласти-

ны прижимаются к стенке корпуса центробежными силами, а его

производительность растет пропорционально частоте вращения

двигателя. Это хорошо согласуется с работой двигателя по внеш-

ней скоростной характеристике. Однако при повышении частоты

вращения растут потери на трение между пластинами и корпу-

сом, что ограничивает степень повышения давления наддува.

Контрольные вопросы

1. Какие функции выполняет воздухоочиститель?

2. Расскажите об основных видах агрегатов наддува.

3. Назовите возможные виды воздухоочистителей двигателя. Сравните

их между собой.

Глава 18

СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

18.1. Общие положения

Система выпуска должна обеспечить отвод и снижение токсич-

ности отработавших газов, а также уменьшение шума процесса

выпуска. В системе могут быть размещены узлы дополнительных

устройств: моторного тормоза, системы эжекции воздухоочисти-

теля, сажеуловителя дизеля и др.

Система выпуска состоит из приемных труб, системы моторного

тормоза, системы

шумоглушения

(глушителя), нейтрализатора (од-

ного или двух), сажевого фильтра для дизеля и отводной трубы.

Моторный тормоз является обязательным агрегатом современ-

ных грузовых автомобилей. Он приводится в действие системой

рычагов или соленоидом с управлением от педали тормоза. При

его включении заслонка перекрывает поток отработавших газов,

одновременно прекращается подача топлива в цилиндры, и дви-

гатель работает как компрессор. Это приводит к повышению за-

трат энергии на прокручивание двигателя, что повышает эффек-

тивность торможения автомобиля.

18.2. Система глушения шума выпуска

Процесс выпуска отработавших газов является наиболее ин-

тенсивным источником шума в двигателе.

Система шумоглушения состоит из ряда отдельных или комби-

нированных глушителей (рис.

18.1)

для легковых автомобилей и

моноблочного глушителя для грузовых. Нейтрализатор отработав-

ших газов также включают в систему. Сажевый фильтр дизеля обыч-

но объединяют с глушителем.

В глушителях выпуска используются элементы двух типов: ак-

тивные

(диссипативные)

и реактивные (резонансные). Активные эле-

менты преобразуют акустическую энергию в тепловую за счет ее

рассеивания при перетекании отработавших газов через поры в

волокнистых материалах. Реактивные элементы предполагают ис-

пользование резонансных колебаний для шумоглушения. Комби-

нируя камеры различного объема, можно организовать требуемое

снижение шума выпуска. Основной их недостаток — необходи-

мость использования больших объемов камер, что не всегда при-

емлемо для компоновки на автомобиле.

Комбинированные глушители формируют из системы резонанс-

ных камер, в которые включают звукопоглощающие материалы:

228

А-А

тт

Рис. 18.1. Глушитель шума легкового автомобиля

стекловолокно, путанку (стальную проволоку, спрессованную

брикетами) и металлокерамику.

В полуактивных системах шумоглушения используют подвижные

элементы,

изменяющие объем

системы:

при наибольшей длине она

более эффективна на режимах малых частот вращения коленчатого

вала двигателя, а при малой длине — на высоких. Управляющим

элементом может быть пневматический или электромагнитный

клапан, либо управляемая заслонка или золотник. Система позво-

ляет снизить шум выпуска на низких частотах вращения до 10 дБ.

Активная система базируется на

шумоглушении

выпуска сиг-

налом равнозначного спектрального состава, но поданного в про-

тивофазе. Работа этой системы требует значительных энергозатрат.

Она позволяет добиться снижения шума выпуска на 30... 35 дБ.

Эффективность работы активной и полуактивной систем шу-

моглушения зависит от качества электронного управления.

Наружные поверхности глушителей также могут излучать шум,

поэтому их стенки выполняют двойными.

18.3. Нейтрализаторы отработавших газов

Токсичные компоненты отработавших газов двигателей можно

снижать путем термической и каталитической нейтрализации.

Термическая нейтрализация предполагает дожигание СН и СО

и превращение их в

СО

при температуре газов выше 700

°С.

Для этого используют термические реакторы. В случае работы дви-

гателя при а =

0,8...0,9

содержание углеводородов в отработав-

ших газах понижается до 50

В объем термического реактора

вторичный воздух подается специальным насосом с ременным

приводом или за счет использования волновых явлений в систе-

ме выпуска. Организация работы двигателя на обогащенной сме-

си, повышение противодавления на выпуске, а также затраты

энергии на привод насоса вызывают значительное (до 15

уве-

личение расхода топлива.

Каталитическая нейтрализация отработавших газов основана на

повышении скорости протекания химических процессов за счет

229

использования специальных катализаторов. При прохождении га-

зов вдоль поверхностей, покрытых активным каталитическим сло-

ем, происходят три основных процесса: адсорбция, собственно

сами химические реакции и десорбция.

Такие системы классифицируют по следующим признакам:

по типу — окислительные (окисляют СО и СН до

СО

О),

восстановительные (восстанавливают азот из

)

трехкомпо-

нентные

(окисляют СО, СН и восстанавливают

);

по назначению — главные и пусковые;

по исполнению — одно- и двухкамерные;

по типу носителя катализатора — с насыпным или монолит-

ным носителем;

по материалу носителя — с керамическим или металлическим

носителем;

по материалу активного каталитического слоя — с благород-

ными или обычными материалами.

В окислительных нейтрализаторах увеличиваются скорости про-

текания реакций преобразования СН и СО в

СО

О,

при

наличии

Для работы такого нейтрализатора необходим свобод-

ный кислород. Поэтому в двигателе с искровым зажиганием при

ос

< 1 перед нейтрализатором в поток отработавших газов вводят

дополнительное количество кислорода (с вторичным воздухом).

В нейтрализаторах восстановительного типа происходят реак-

ции превращения СН, СО и NO в

СО

О,

Нейтрализаторы

этого типа в настоящее время не используются, поскольку для их

эффективного применения необходима работа двигателя при а < 1,

что ухудшает экономичность двигателя.

Трехкомпонентные

нейтрализаторы снижают содержание в от-

работавших газах СО, СН и

Нормальная работа данных ней-

трализаторов требует поддержания

стехиометрического

состава по-

ступающей в цилиндры двигателя смеси,

т.е.

Кислородные

датчики

(Х-зонды)

позволяют организовать работу двигателя с ис-

пользованием обратной связи по составу отработавших газов и

предполагают использование электронных систем впрыскивания.

Недостатки данных нейтрализаторов: из-за работы на стехио-

метрическом

составе смеси несколько ухудшаются экономические

мощностные

показатели двигателя; использование в качестве

катализаторов благородных металлов (платины или палладия —

окислителей и родия — восстановителя) повышает стоимость си-

стемы; при применении этилированного бензина происходит бы-

строе «отравление» каталитически активного слоя: частицы со-

единений свинца, как и продукты сгорания моторного масла, за-

бивают поры каталитического слоя, уменьшая его активную по-

верхность.

Нейтрализатор состоит из металлического корпуса, в котором

расположен носитель с развитой поверхностью, покрытой

актив-

230

ным

каталитическим слоем. Насыпные носители в виде керамичес-

ких гранул сейчас практически не применяются из-за создаваемо-

го ими высокого гидравлического сопротивления, медленного про-

грева и малого срока службы в связи с их истиранием при вибра-

ции. Монолитные носители из термостойкой керамики получают вы-

давливанием и имеют прямоугольную или круглую форму. Для ус-

транения влияния механических нагрузок при движении на авто-

мобиле между носителем и корпусом размещают упругую набивку

из высоколегированной проволоки. Данные носители медленно про-

греваются до рабочих температур. Металлические носители, исполь-

зующие фольгу толщиной

0,04...0,05

мм из жаропрочной аусте-

нитной стали, легированной хромом, алюминием, цирконием и

кальцием, припаивают к корпусу. Металлический и керамичес-

кий носители для повышения эффективности имеют подслой из

оксида алюминия.

Металлический носитель обеспечивает небольшое гидравличе-

ское сопротивление, быстрый прогрев до рабочих температур, вы-

сокую прочность, термическую стойкость, малые габаритные раз-

меры при высокой эффективности нейтрализации, но имеет вы-

сокую стоимость.

Для нормальной работы нейтрализатора необходимо поддержи-

вать требуемый состав смеси, обеспечивать рабочий температур-

ный режим, создавать необходимое соотношение объемов отра-

ботавших газов и нейтрализатора.

Нейтрализатор начинает работать при температуре 250

°С.

Поэто-

му очень важно быстро прогревать его на режимах пуска двигателя.

Эту проблему можно решать путем приближения нейтрализатора к

двигателю, дополнительным подогревом или установкой специаль-

ного пускового нейтрализатора. С наибольшей эффективностью ней-

трализатор работает при температурах

400...

800

°С.

При температурах

выше 800... 1000

°С

происходит спекание промежуточного и катали-

тических активных слоев, что уменьшает активную поверхность ка-

тализатора. Поэтому нейтрализатор размещают перед глушителем на

расстоянии от двигателя, исключающем его перегрев.

При слишком позднем зажигании температура отработавших

газов может доходить до 1400 °С и выше, что также за короткий

срок может расплавить поверхность носителя. Избежать этого по-

зволяет электронное зажигание.

Контрольные вопросы

Назовите виды глушителей шума выпуска. Сравните

области

их при-

менения.

2. Сопоставьте различные виды нейтрализаторов отработавших газов,

их достоинства и

недостатки.

Глава 19

СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЕЙ

19.1. Способы пуска двигателя

Для пуска любого двигателя, чтобы обеспечить хорошее смесе-

образование и надежное воспламенение топлива, необходимо пред-

варительно, преодолевая общее сопротивление вращению, рас-

крутить коленчатый вал до минимальной пусковой частоты вра-

щения. Для двигателей с искровым зажиганием эта частота состав-

ляет

35...50

мин"

а для дизелей —

150...200

мин'

Момент, необходимый для пуска, должен обеспечить преодоле-

ние следующих составляющих: сопротивления сил трения, затрат

энергии на привод вспомогательных агрегатов, потерь на газооб-

мен (впуск и выпуск), противодействия сил инерции подвижных

частей при разгоне двигателя до пусковой частоты вращения. Зна-

чения этих параметров зависят от типа и рабочего объема двигате-

ля, вязкости масла и ряда других факторов.

Требования к пусковым системам: малые затраты времени и энер-

гии на осуществление пуска; малые габаритные размеры пуско-

вых устройств; надежность работы в различных климатических ус-

ловиях.

На современных автотракторных двигателях применяют следу-

ющие способы пуска: электрическим стартером; вспомогательным

пусковым двигателем; инерционным стартером; сжатым воздухом;

с помощью гидромоторов; ручной.

Пуск электрическим стартером наиболее распространен. Элек-

тростартер представляет собой электродвигатель постоянного тока,

питаемый от аккумуляторных батарей. При включении системы

пуска шестерня стартера входит в зацепление с зубчатым венцом

маховика и передает вращение коленчатому валу.

Пуск

автономным пусковым двигателем обычно используется в

тракторных дизелях. Однако такой способ пуска предполагает на-

личие крупногабаритного пускового устройства и топлива для

работы пускового двигателя.

Ручной пуск обычно является резервным для двигателей малой

мощности.

Пуск инерционным стартером базируется на использовании спе-

циального маховика, который запасает энергию при его раскру-

чивании электродвигателем или вручную. Его недостаток — боль-

шие затраты времени на пуск.

Пуск сжатым воздухом может выполняться с использованием

пневматического стартера или подачей сжатого воздуха непосред-

232

ственно в цилиндры двигателя. Последний метод предполагает по-

дачу из баллонов сжатого воздуха с помощью воздухораспредели-

теля в цилиндры двигателя в соответствии с порядком их работы.

Недостаток способа — сложность пуска при низких температурах.

Пуск гидромотором обеспечивается за счет жидкости, поступа-

ющей из гидропневматического аккумулятора. В аккумуляторе име-

ется два резервуара с рабочей жидкостью и воздухом, сжатым до

30 МПа, которые разделены подвижной мембраной.

19.2. Средства, облегчающие пуск двигателя

Функционально эти средства можно разделить на две основ-

ные группы:

устройства, способствующие надежному воспламенению топ-

лива или рабочей смеси (подогрев поступающего воздуха, про-

грев камеры сгорания свечами накаливания, применение

легкоиспаряющихся и легковоспламеняющихся пусковых

топлив);

устройства, уменьшающие сопротивление прокручиванию ко-

ленчатого вала (декомпрессоры, подогреватели воды и масла).

В машинах, предназначенных для эксплуатации при низких от-

рицательных температурах, как правило, используются комбини-

рованные устройства.

Подогрев воздуха широко применяется для дизелей с помощью

электрофакельного подогревателя. При пуске двигателя во впуск-

ной трубопровод через форсунку насосом впрыскивается топли-

во, которое воспламеняется от свечи. Выделяющаяся при этом

теплота нагревает поступающий воздух, что обеспечивает более

надежное воспламенение топлива, подаваемого в цилиндр.

На двигателе КамАЗ-740 используется термостарт, имеющий

факельную свечу — нагревательный элемент в виде металличе-

ского кожуха, в который запрессована электрическая спираль. Топ-

ливо, проходя по полости между нагревательным элементом и

трубкой, испаряется, смешивается с движущимся во впускном

трубопроводе воздухом и воспламеняется. Факел пламени обеспе-

чивает нагрев воздуха, поступающего в цилиндры.

Для пуска дизеля малого рабочего объема можно использовать

бензин, который подается в дополнительную камеру со свечой

зажигания. При пуске клапан открывается и соединяет данную

камеру с основной, что снижает степень сжатия, обеспечивает

уменьшение сопротивления при прокручивании вала и кратко-

временную

работу двигателя на бензине.

Легковоспламеняющиеся жидкости используют для пуска дви-

I ателей в арктических условиях. Они впрыскиваются во впускной

трубопровод. Для дизелей это «Холод

Д-40»,

а для двигателей с

искровым зажиганием — «Арктика».

233

Декомпрессионные

устройства используют для пуска дизелей

путем постоянного открытия впускных клапанов для снижения

энергозатрат на прокручивание двигателя.

Подогреватель, включаемый в систему жидкостного охлажде-

ния двигателя, обеспечивает при холодном пуске предпусковой

прогрев двигателя, охлаждающей жидкости и масла. Основным

элементом устройства является котел-подогреватель с блоком на-

сосов. Как правило, он работает на том же топливе, что и дви-

гатель.

Жидкостной подогреватель состоит из теплообменника и трех

насосов: топливного, жидкостного и воздушного. Теплообменник

представляет собой четыре концентрично расположенные сталь-

ные трубы, образующие две водяные рубашки, газоход и топку, в

которой размещена вихревая камера сгорания.

При включении электродвигателя топливный насос подает топ-

ливо к форсунке,

распыливающей

его в камере сгорания. В нее же

нагнетателем подается воздух, необходимый для горения топлива.

Вначале топливо воспламеняется с помощью свечи накаливания.

Подогретая в рубашке теплообменника жидкость с помощью на-

соса направляется в систему охлаждения двигателя, прогревает

его и затем возвращается в теплообменник. Выходя из теплооб-

менника, отработавшие газы обтекают масляный поддон и нагре-

вают масло.

Контрольные вопросы

Назовите основные способы пуска двигателя. Сравните их достоин-

ства, недостатки и возможность применения на автомобилях.

2 Назовите средства, облегчающие пуск двигателя. Сравните их досто-

инства, недостатки и возможность применения на автомобилях.

Глава 20

КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

Применение на автомобилях различных типов двигателей по

смесеобразованию и воспламенению горючей смеси, по числу и

расположению цилиндров, по числу и расположению клапанов и

распределительных валов и по охлаждению зависит от типа и на-

значения автомобиля. При этом используемый на автомобиле дви-

гатель должен обеспечивать наибольшие среднюю скорость дви-

жения и производительность, а также наилучшие тягово-скорост-

ные

свойства, топливную экономичность, проходимость и эколо-

гичность автомобиля.

13 12

Рис.

20.1.

Двигатель легкового автомобиля малого класса:

/ — коленчатый вал;

2—

вентилятор;

3—

блок цилиндров,

зубчатый ремень;

J — головка цилиндров; 6

—-

клапан, 7 — распределительный вал; 8 — крышка

газораспределительного механизма, 9 — маховик; 10 — подушка передней опо-

ры; 11 — поршень; 12 — шатун; 13 — масляный поддон

235

Для легковых автомобилей малого класса обычно применяют дви-

гатели внутреннего сгорания рядные, четырехтактные, четырех-

цилиндровые, с верхним расположением клапанов и распредели-

тельного вала, бензиновые, с жидкостным охлаждением (рис.

20.1,

20.2). На рис. 20.1 показан двигатель, имеющий рабочий объем

цилиндров 1,3 л и степень сжатия 8,5. Он развивает максимальную

мощность 50,7 кВт при частоте вращения коленчатого вала

5600

мин"

и максимальный крутящий момент 94 Н • м при часто-

те вращения 3400

мин"

Двигатель (см. рис. 20.2, а) имеет рабочий объем цилиндров

1,57 л и степень сжатия 8,5. Максимальная мощность двигателя

58,8 кВт при частоте вращения 5400

мин"

максимальный крутя-

щий момент 121,6

Н-м

при частоте вращения 3000

мин"

Двига-

тель (см. рис. 20.2, б) с рабочим объемом цилиндров 1,3 л и степе-

нью сжатия 9,9 развивает максимальную мощность 47 кВт при

частоте вращения 5600

мин"

и максимальный крутящий момент

Н-м

— при частоте вращения 3500

мин"

Четыре цилиндра двигателя (см. рис.

20.1)

выполнены в одном

блоке 3 и расположены вертикально в один ряд. Блок цилиндров

закрыт головкой 5 цилиндров.

В цилиндрах находятся поршни 77, которые через шатуны 12

соединены с

пятиопорным

коленчатым валом 1, установленном в

блоке цилиндров. На переднем конце коленчатого вала закрепле-

ны шкив привода генератора и жидкостного насоса с вентилято-

ром 2, а также зубчатый шкив привода распределительного вала 7.

На заднем конце коленчатого вала прикреплен

маховик

Распределительный вал установлен в головке цилиндров над

впускными и выпускными клапанами 6. Сверху двигатель закрыт

крышкой газораспределительного механизма 8, а снизу — масля-

ным поддоном 13.

Рабочий цикл двигателя протекает за четыре такта

(впуск-—сжа-

тие—рабочий

ход—выпуск)

с порядком работы цилиндров (чере-

дованием рабочих ходов в цилиндрах) 1 — 3 —

4—2.

Горючая смесь

приготовляется из автомобильного бензина и воздуха в карбюрато-

ре 11 (рис. 20.2). Бензин подается в карбюратор топливным насо-

сом

18,

а воздух поступает из окружающей среды через воздушный

фильтр 12 под действием вакуума, возникающего в цилиндрах при

движении поршней

из верхнего крайнего положения в нижнее.

Приготовленная в карбюраторе горючая смесь поступает в ци-

линдры через впускной трубопровод

10,

впускные клапаны 9 и

сжимается в них поршнями. Сжатая смесь воспламеняется элект-

рической свечей

7 зажигания, ток к которой подается от распре-

делителя

зажигания и вырабатывается генератором 4. Расширя-

ющиеся при сгорании горючей смеси газы перемещают в цилин-

драх поршни, которые через шатуны

вращают

коленчатый

вал 1

с маховиком 2. Мощность и крутящий момент двигателей с ко-

236

«N

ex ex

ei«

0,0.--

fill

3*3

, ев

«^

8Л1

ч ч

ж °

«A

g-3

"LT

«5

Л о

0 5

-с

с ,

г^ь

!х

«Л

га .?

аи

I о 8

&<*

2 ж

•-

£3

§ § a

О,

Л Я

СО

СХ

Р I о

"°о

и,

<°

^J.

а я

ж $

§§

х«

S.S

5|i|l

^i'

&°°

1Н

^р?

s g

о.

РЖ

I&S*

IT*

Ьи

се

5 5s

'I-S

«%

«^

'§

1&||

IHS

I I I 5

4«Аз

а,

237

ленчатого вала и маховика передаются на ведущие колеса автомо-

биля.

Отработавшие газы через выпускные клапаны и выпускной

трубопровод 8 направляются в глушители и из них выбрасывают-

ся в окружающую среду.

Открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов выпол-

няется распределительным валом 13.

Смазывание деталей двигателя осуществляется маслом, кото-

рое находится в масляном поддоне 22, забирается из него через

маслоприемник 23 масляным насосом 21 и подается на трущиеся

поверхности деталей после очистки в масляном фильтре 19.

Для охлаждения двигателя используется низкозамерзающая

жидкость (антифриз), принудительная подача которой к сильно

нагретым деталям осуществляется жидкостным насосом 24.

Для пуска двигателя служит стартер 5, который проворачивает

коленчатый вал с частотой не менее

40...50

мин"

необходимой

для пуска, и питается током от аккумуляторной батареи.

Двигатель

легкового автомобиля особо малого класса (рис. 20.3)

бензиновый, рядный, четырехтактный, двухцилиндровый, верх-

неклапанный, с жидкостным охлаждением. Рабочий объем цилинд-

ров двигателя 0,65 л. Степень сжатия 9,9. Максимальная мощность

21,5 кВт при частоте вращения коленчатого вала 5600

мин'

Мак-

симальный крутящий момент 44

Н-м

при частоте 3500

мин"

Два цилиндра двигателя расположены вертикально в одном

блоке 10, закрытом головкой 3 цилиндров, в которой размещены

распределительный вал 5 и клапаны 20. В цилиндрах находятся

поршни 8, соединенные шатунами 9 с

трехопорным

коленчатым

валом 12. На заднем его конце закреплены маховик

и шестерня

привода уравновешивающего механизма, который компенсирует

инерционные силы от поршней, шатунов и других деталей двига-

теля. Уравновешивающий механизм состоит из двух уравновеши-

вающих валов

и 24 и приводных шестерен, находящихся в за-

цеплении с шестерней коленчатого вала. Оба уравновешивающих

вала установлены в блоке цилиндров на двух шариковых подшип-

никах каждый. Горючая смесь готовится в карбюраторе 18 и вос-

пламеняется свечами 21 зажигания.

Масло к трущимся поверхностям деталей двигателя подается мас-

ляным насосом 2. Охлаждение наиболее нагретых деталей двигателя

осуществляется жидкостью с помощью жидкостного насоса 16. Дви-

гатель сверху закрыт крышкой 4, а снизу — масляным поддоном 13.

На легковые автомобили особо малого класса могут устанавли-

ваться двигатели с воздушным охлаждением. На рис. 20.4 показан

один из таких двигателей — бензиновый,

V-образный,

четырех-

тактный, четырехцилиндровый, верхнеклапанный, с нижним рас-

положением распределительного вала. Рабочий объем цилиндров

двигателя 1,2 л. Степень сжатия 8,4. Максимальная мощность 33 кВт

238

о" о

о s

§ 5

о я

о s 5

О та

*Э*

§*

Ж Я

5 71 §•

. О

В-

(М

"ч

lg,

239