Механизация. Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства.. Учебное пособие по выполнению лабораторных работ студентами очного и заочного обучения специальностей
 Скачать 5.6 Mb.
|
|
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И ЕГО ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ Содержание работы 1. Назначение двигателя, классификация и составные части двигателей. Рабочий цикл четырехтактного дизельного и карбюраторного двигателей. 3. Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма (КШМ). 4. Назначение и устройство газораспределительного механизма (ГРМ). Двигатель — неотъемлемая часть тягово-транспортного средства. Назначение двигателя заключается в преобразовании химической энергии топлива в механическую работу. На современных сельскохозяйственных тракторах и автомобилях устанавливают преимущественно поршневые двигатели внутреннего сгорания, являющиеся тепловыми двигателями, в которых используется работа расширения газообразных продуктов сгорания топлива, сжигаемого в камерах сгорания двигателя. История создания и развития двигателей внутреннего сгорания насчитывает порядка 130 лет, за это время создано множество конструкций, и реализованы различные принципы действия. Ниже приведена классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания. Классификационный признак Разновидность двигателя Назначение Стационарные (для привода электрогенераторов, насосов транспортные (автомобильные, тракторные, комбайновые, авиационные) и другие Принцип осуществления рабочего процесса С внешним смесеобразованием (карбюраторные и газосме- сительные), с внутренним смесеобразованием (дизели) Способ осуществления рабочего процессах тактные, х тактные Вид применяемого топлива Газовые, жидкостные (бензиновые, дизельные, газожидкостные Число цилиндров Одноцилиндровые, многоцилиндровые Расположение цилиндров Рядные, образные, оппозитные Тип охлаждения Жидкостное и воздушное Способ воспламенения горючей смеси Принудительное воспламенение от электрической искры двигатели с внешним смесеобразованием воспламенением топлива от сжатия (двигатели с внутренним смесеобразованием Все механизмы и системы двигателей выполняют определенные функции, в том числе Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения служит для управления работой клапанов, впускающих воздух (горючую смесь) в цилиндры и выпускающих из цилиндров отработанные газы. Система питания служит для подачи топлива и воздуха в цилиндры двигателя. Система охлаждения обеспечивает требуемый тепловой режим Смазочная система обеспечивает непрерывную подачу смазочного материала к трущимся деталями отвод избыточной теплоты от них. Система пуска предназначена для вращения коленчатого вала двигателя при его пуске. Особенностью рабочего цикла четырехтактного дизельного двигателя является то, что в цилиндры дизеля воздух и топливо вводят раздельно. Такт впуска. Поршень движется от ВМТ к НМТ, впускной клапан 4 рис. 6) открыт. Давление в цилиндре меньше атмосферного. Под действием перепада давления в цилиндр поступает воздух. Давление в конце такта 0,08…0,09 МПа, температура воздуха С. а, б - рабочий цикл соответственно карбюраторного и дизельного двигателей I – такт впуска II – такт сжатия III – рабочий такт IV – такт выпуска 1 – карбюратор 2 – воздухоочиститель 3 – впускной трубопровод 4 – впускной клапан искровая свеча зажигания 6 – выпускной трубопровод 7 – выпускной клапан 8 – поршень 9 – форсунка 10 – топливный насос Рисунок 6 – Рабочий цикл четырехтактного дизеля 16 Такт сжатия. Оба клапана закрыты. Поршень движется от НМТ к ВМТ, сжимая воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14…20) давление воздуха в конце такта достигает 3,5…4 МПа, а температура С. При положении кривошипа 5…15 до ВМТ в цилиндр через форсунку впрыскивается точно отмеренная порция жидкого топлива, подаваемого насосом высокого давления. Форсунка обеспечивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воздухом и остаточными газами, образуя рабочую смесь. Так как температура в цилиндре значительно превышает температуру самовоспламенения топлива (Сто происходит самовоспламенение топлива и большая его часть сгорает. Температура газов в конце сгорания достигает С, а давление – 5,5…9 МПа (и более. Такт расширения (рабочий ход. Оба клапана закрыты. Поршень под давлением расширяющихся газов (сила их воздействия на поршень достигает 50…10 кН) движется от ВМТ к НМТ и через шатун вращает коленчатый вал, совершая полезную работу. Вначале такта догорает полностью все топливо. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до 0,2…0,3 МПа, температура – до С. Такт выпуска Когда поршень подходит к НМТ, выпускной клапан открывается. Часть газов под действием перепада давления выходит в атмосферу. Затем поршень движется от НМТ к ВМТ и через открытый клапан выталкивает отработавшие газы из цилиндра в атмосферу. К концу такта давление газов составляет 0,11…0,12 МПа, температура – С. Далее рабочий цикл повторяется. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя в целом аналогичен дизельному и разница заключается в следующем в такте впуска надпоршневое пространство заполняется горючей смесью, подготавливаемой карбюратором в конце такта сжатия воспламенение рабочей смеси происходит от электрической искры, создаваемой свечой зажигания. Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования прямолинейного поступательного движения поршня в такте расширения во вращательное движение коленчатого вала, а в остальных тактах – вращательное движение коленчатого вала в прямолинейное воз- вратно-поступательное движение поршня. Кривошипно-шатунный механизм в сборе представлен на рис 7. Цилиндр вместе с поршнем и головкой ограничивает объем, который называется камерой сгорания. Цилиндры изготовляют в виде отдельной отливки, укрепляемой на картере, или в виде сменной гильзы 8, вставляемой в вертикальные гнезда блок-картера. Материалом для цилиндров служит легированный чугун с обработанной внутренней поверхностью, называемой зеркалом цилиндров. 17 а – в сборе б – гильза в – поршень с шатуном в сборе 1, 20, 28 – шестерни 2 – коренная шейка 3, 18 – вкладыши коренного подшипника 4 – шатунная шейка 5 – шатун 6 – поршневой палец 7 – поршень 8 – гильза цилиндра 9 – блок 10 – поршневые кольца 11 – резиновые кольца 12 – венец маховика 13 – маховик 14 – нижняя крышка шатуна 15 – шатунный болт 16 – маслосгонная резьба 17 – буртик 19 – болт крышки коренного подшипника 21 – полость 22 – крышка коренного подшипника 23 – носок коленчатого вала 24 – болт крепления шкива 25 – пластина 26 – шкив 27 – шайба 29 – камера сгорания 30 – стопорная шайба 31 – вкладыши 32 – стопорное кольцо 33 – медное кольцо 34 – установочный поясок Аи Б – метки Рисунок 7 – Кривошипно-шатунный механизм В поршне 7 из алюминиевого сплава различают днище, головку уплотняющую часть, юбку (направляющую часть) и бобышки (внутренние приливы. В зависимости от принятого на двигателе способа смесеобразования, расположения клапанов и форсункок (или свечей зажигания) днище поршня бывает плоским, фасонным с выемкой или выпуклым (у пусковых двигателей. Все детали КШМ условно делят на две группы шатунно- поршневую группу и группу коленчатого вала. В состав первой группы входят следующие основные детали На внешней поверхности поршня проточены канавки для установки компрессионных уплотняющих) и маслосъемных колец. По окружности канавок под маслосъемные кольца просверлены сквозные отверстия для отвода излишек масла в картер двигателя. На внутренней поверхности поршня имеется два прилива — бобышки, в отверстия которых устанавливают поршневой палец 6 и стопорные кольца 32. Палец 6 соединяет поршень 7 с шатуном 5. Шатун изготовляют из высококачественной стали двутаврового сечения в виде стержня с двумя головками верхняя головка неразъемная, а нижняя- разъемная. Съемную часть называют крышкой 14. Ее крепят шатунными болтами 15. Для обеспечения уравновешенности двигателя комплект поршней с шатунами в сборе подбирают с минимальной разностью по массе. Разность масс поршней с шатунами в пределах комплекта не должна превышать нормируемого значения. Например, у дизеля Дне более 15 г, СМД-60 не более 17 г, Ане более 30 г. В состав второй группы входят Коленчатый вал через шатуны воспринимает усилия от поршней и преобразует их во вращающий момент, который передается через трансмиссию на ведущие движители (колеса или гусеницы, а также используется для привода различных механизмов и устройств двигателя (распределительного вала механизма газораспределения, масляного, топливного и водяного насосов, генератора, вентилятора и др. Коленчатый вал штампуют из высококачественной стали или отливают из высокопрочного чугуна. Вал состоит из коренных 2 и шатунных шеек 4, щек, носка 23 и хвостовика. К щекам могут быть прикреплены или отлиты вместе с валом противовесы. Маховик 13 – это массивный чугунный диск, который вовремя работы ДВС накапливает кинетическую энергию, необходимую для вращения коленчатого вала в течение трех подготовительных тактов. Газораспределительный механизм служит для своевременного наполнения цилиндров свежим зарядом (воздухом или горючей смесью) и выпуска из цилиндров отработавших газов. В четырехтактных ДВС применяют газораспределительные механизмы с подвесными клапанами, размещенными в головке цилиндров – верхнее расположение клапанов и нижним (боковым) расположением клапанов. Газораспределительный механизм состоит из следующих деталей (рис. 8): впускных и выпускных клапанов 1 с пружинами 3; передаточного механизма (толкатель 8, штанга 7, коромысло 5); привода (распределительный кулачковый вал 11, зубчатая 13, 14, 15 или цепная передача. Принцип работы ГРМ: вращение от шестерни 14 коленчатого вала через промежуточную шестерню 13 передается на шестерню распределительного вала 15 с частотой, вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала. Каждый кулачок распределительного вала, набегая на толкатель, поднимает его вместе со штангой 7. Штанга поднимает короткое плечо коромысла, а другой его конец (длинное плечо) опускается и давит на клапан 1, преодолевает сопротивление пружины 3 и открывает его. При сбегании кулачка с толкателя штанга и толкатель опускаются, а клапан под действием пружины 3, садясь в седло 12, плотно закрывает отверстие впускного или выпускного клапана 19 Периоды от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала, называют фазами газораспределения. 1— клапан 2 — втулка 3— пружина 4 — тарелка 5— коромысло 6— регулировочный винт 7 — штанга 8 — толкатель роликовый 9 — сухарики 10 — шплинт 11 — кулачок распределительного вала 12 — посадочное седло клапана 13, 14, 15 — шестерни Рисунок 8 – Газораспределительный механизм четырехтактного двигателя Число кулачков на распределительном валу соответствует числу клапанов, то есть каждый кулачок воздействует на один клапан. Контрольные вопросы 1. Для каких целей предназначен двигатель внутреннего сгорания 2. По каким признакам классифицируют поршневые ДВС? 3. Описать общее устройство дизельного автотракторного двигателя и принцип его работы. 4. Перечислить основные отличительные признаки карбюраторного и дизельного двигателей. 5. Что понимают под порядком работы многоцилиндрового ДВС? 6. Из скольких частей состоит остов двигателя Назвать их. 7. Для каких целей служит кривошипно-шатунный механизм 8. Перечислить основные детали КШМ и их назначение. 9. Для каких целей служит газораспределительный механизм 10. Перечислить детали входящие в состав ГРМ и пояснить принцип его работы. 20 РАБОТА № 3: ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Содержание работы 1. Назначение, устройство и принцип работы системы питания дизельного и карбюраторного двигателей. 2. Назначение, устройство и принцип подготовки горючей смеси простейшим карбюратором. 3. Назначение, устройство и принцип работы смазочной системы. 4. Назначение, устройство и принцип работы системы охлаждения ДВС. Система питания дизеля предназначена для подачи в цилиндры очищенного воздуха и распыленного топлива. 1 – топливный бак 2 – расходный кран 3 – топливопровод низкого давления 4 – фильтр грубой очистки 5 – топливоподкачивающий насос 6 – сливная трубка 7 – топливный насос высокого давления 8 – регулятор 9 – топливопровод высокого давления 10 – фильтр тонкой очистки 11 – воздухоочиститель 12 – электрофакель- ный подогреватель 13 – сливная трубка 14 – впускной коллектор 15 – форсунка 16 – выпускной коллектор 17 – глушитель Рисунок 9 – Схема системы питания дизельного двигателя В состав системы питания тракторного дизеля (рис. 9) входят топливный насос высокого давления (ТНВД) 7 и топливоподкачи- вающий насос низкого давления (ТННД) 5; топливные фильтры грубой 4 и тонкой 10 очистки 21 воздухоочиститель 11; форсунка 15; топливный бак 1; топливопроводы 3, 9; впускной коллектор 14; выпускной коллектор 16. В дизельном ДВС в такте впуска воздух из атмосферы под действием разрежения, создаваемого поршнем двигателя, засасывается в воздухоочиститель, где очищается от механических примесей и далее по впускному коллектору 14 и через открытый впускной клапан заполняет надпоршневое пространство. Одновременно топливо из бака 1 самотеком поступает на очистку в фильтр грубой очистки 4, где от него отделяются крупные примеси. Предварительно очищенное топливо затем с помощью насоса низкого давления 5 поступает на вторую ступень очистки – фильтр тонкой очистки 10. Затем очищенное топливо с помощью насоса высокого давления 7 по топливопроводу высокого давления 9 подают к одной из форсунок 15 (в соответствии с порядком работы ДВС). Мощность дизеля в зависимости от нагрузки путем увеличения или уменьшения количества топлива, подаваемого в цилиндры, автоматически изменяет механический всережимный регулятор 8. 1 – электрический датчик указателя уровня топлива в баке 2 – топливный бак 3 – заливная горловина 4 – фильтр грубой очистки 5 – диафрагма топливного насоса 6 – впускной клапан 7 – выпускной клапан 8 – рычаг дроссельной заглушки 9 – карбюратор 10 – масляная ванна воздухоочистителя 11 – фильтрующий элемент воздухоочистителя 12 – выпускной коллектор 13 – фильтр-отстойник грубой очистки 14 – топливопровод; 15 – выпускная труба 16 – эксцентрик 17 – пружина диафрагмы 18 – глушитель Рисунок 10 – Схема системы питания карбюраторного двигателя Система питания карбюраторного двигателя предназначена для приготовления горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, ив количестве, зависящем от нагрузки двигателя. В состав системы питания карбюраторного двигателя (рис. 10) входят топливный бак 2, топливный насос 5, карбюратор 9, являющийся основным узлом системы, воздухоочиститель 11. Рабочий процесс в такте впуска карбюраторного ДВС атмосферный воздух, пройдя очистку в воздухоочистителе 11, поступает в смесительную камеру карбюратора 9. Одновременно топливо из бака 2 через фильтр-отстойник 13 всасывается насосом 5, а оттуда нагнетается в карбюратор 9, где перемешивается с воздухом, образуя горючую топливовоздушную смесь. Карбюратор предназначен для приготовления (карбюрации) горючей смеси вне цилиндра двигателя. Схема простейшего карбюратора представлена на рис 11. 1 – главный жиклер 2 – поплавок 3 – игольчатый клапан 4 – распылитель 5 – воздухоочиститель 6 – воздушная заслонка 7 – диффузор 8 – впускной трубопровод 9 – впускной клапан 10 – поршень 11 – дроссельная заслонка Рисунок 11 – Схема простейшего карбюратора Рабочий процесс простейшего карбюратора заключается в следующем. При такте впуска в цилиндре двигателя создается разрежение, которое передается в смесительную камеру карбюратора, в результате чего в нее засасывается воздух. Поступающий в карбюратор воздух проходит узкое сечение диффузора, вследствие чего увеличивается скорость его движения. По этой причине в узкой части диффузора еще более увеличивается разрежение, благодаря чему топливо распыляется, вытекая из поплавковой камеры через распылитель 4 в смесительную камеру, где перемешивается с воздухом. Количество горючей смеси регулируют дроссельной заслонкой 11. Состав горючей смеси, приготавливаемой в карбюраторе, можно изменять системой открытия воздушной заслонки 6. Смесь в пропорции г 23 бензина кг воздуха называют нормальной. При избытке воздуха смесь в пропорции 1:15…17 называют обедненной. При недостатке воздуха смесь 1:13…15 называют обогащенной. Однако простейший карбюратор не может обеспечить требуемый состав горючей смеси на различных эксплуатационных режимах работы двигателя, так как он готовит нормальную смесь только при постоянной частоте вращения коленчатого вала и открытой дроссельной заслонке. Поэтому на двигатели устанавливают карбюраторы, дополненные специальными устройствами и приспособлениями – дозирующими системами. Смазочная система двигателя – это совокупность механизмов и устройств, предназначенная для непрерывной подачи чистого и охлажденного масла в необходимом количестве к трущимся поверхностям деталей. Основное назначение смазочной системы уменьшение трения снижения износа отвод тепла от деталей. В большинстве двигателей применяют комбинированную смазочную систему с мокрым картером, когда к наиболее нагруженным деталям масло подается под давлением, а к остальным – разбрызгиванием и самотеком. Под давлением смазывают коренные и шатунные шейки коленчатого вала, детали ГРМ, втулки шестерен распределителя. В состав смазочной системы двигателя входят (рис. 12): поддон картера 1, шестеренный насос 3, масляные фильтры 14, маслоохладитель масляный радиатор) 7, главная масляная магистраль в блок-картере 10; приборы и датчики, регистрирующие температуру 15 и давление масла 16. Принцип работы смазочной системы заключается в следующем моторное масло или рабочая жидкость (РЖ), находящееся в поддоне картера 1, с помощью шестеренного масляного насоса 3 нагнетается в сдвоенный фильтр тонкой очистки – две параллельно включенные пол- нопоточные центрифуги 14, откуда очищенная РЖ поступает в масляный радиатор 7 для охлаждения. Затем охлажденное масло под давлением поступает в главную магистраль 10, идущую вдоль блок–картера. Из нее смазочная жидкость нагнетается в коренные подшипники коленчатого вала и к опорам распределительного вала. От коренных подшипников |