Ці вимоги обумовлені тим, що на процес сумішеутворення в дизелі відводиться дуже мало часу (близько 0,001 с), тому дуже важливо розпилити паливо на найдрібніші краплинки і рівномірно розподілити їх по всьому об’єму повітря в камері згоряння.
2. Робочий цикл, основні визначення та індикаторна діаграма чотиритактного ДВЗ
Робочим циклом називається сукупність процесів, що періодично повторюються в циліндрі двигуна і обумовлюють його неперервну роботу. Процес (або процеси), що відбувається в циліндрі за один хід поршня, називається тактом.
Робочі цикли більшості автомобільних двигунів здійснюються за чотири ходи поршня (такти), тому ці двигуни називаються чотиритактними.
Протягом усіх чотирьох тактів робочого циклу тиск газів у циліндрі змінюється. Зміна абсолютного тиску газів залежно від їх об’єму зображується на індикаторній діаграмі робочого циклу.
Робочий цикл дизеля
При першому такті (впуск) поршень переміщується від ВМТ до НМТ, впускний клапан відкритий, а випускний клапан закритий. У циліндрі створюється знижений тиск 0,8–0,9 МПа, через впускний клапан у циліндр надходить повітря. У циліндрі повітря змішується з продуктами згоряння, що залишились від попереднього циклу, і нагрівається до температури 35–75оС. На індикаторній діаграмі цьому такту відповідає лінія 1–7.
При другому такті(стиск) поршень переміщується від НМТ до ВМТ обидва клапани закриті. Оскільки ступінь стиску в дизелі дорівнює 15–22, то тиск і температура газів у циліндрі дуже підвищується, до кінця цього такту вона досягає відповідно 36 кгс/см2 і 425–625оС. На індикаторній діаграмі цьому такту відповідає лінія 1–2.
На третьому такті (згоряння і розширення) у циліндр під високим тиском форсункою впорскується паливо (точка 2 кінця такту стиску), яке переміщується з повітрям, нагрівається від нього, спалахує і згоряє (лінія 3–4). Тиск газів в результаті згоряння (точка 4) збільшується до 55–90 кгс/см2, а температура до 1425–1925оС. Поршень до цього моменту пройде ВМТ і рухатиметься вниз. Протягом цього такту відбувається корисна робота циклу, тому його називають робочим ходом.
Наприкінці робочого ходу починає відкриватися випускний клапан (точка 5), тиск у циліндрі зменшиться (точка 6) до 3–5 кгс/с2, а температура знизиться до 925–1225оС.
При четвертому такті (випуск) поршень переміщується від НМТ до ВМТ, випускний клапан відкрито, а впускний закритий. Тиск у циліндрі більший від атмосферного, відпрацьовані гази витісняються поршнем із циліндра через випускний клапан. Протягом випуску (лінія 6–7) тиск і температура газів у циліндрі змінюються мало і до кінця цього такту, тобто до моменту приходу поршня у ВМТ, вони становлять відповідно 1,05–1,25 кгс/см2 і 325–625оС. Далі процеси, що відбуваються в циліндрі, повторюються у тій самій послідовності. Робочим є тільки один такт згоряння-розширення, а такти впуску, стиску і випуску – допоміжні.
Під час пуску двигуна його колінчастий вал обертається стартером або пусковою рукояткою. Коли двигун починає працювати, впуск, стиск і випуск відбуваються за рахунок енергії, нагромадженої маховиком двигуна при робочому ході.
В одноциліндровому чотиритактному двигуні робочий хід здійснюється один раз за два оберти колінчастого вала, тому колінчастий вал обертається нерівномірно, незважаючи на наявність маховика.
ВМТ НМТ
Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна
Послідовність чергування тактів така сама, як і у робочому циклі дизеля, за винятком таких відмінностей:
1. При такті впуску в циліндр надходить пальна суміш, що складається з парів бензину або повітря (або газоподібне паливо і повітря). Наприкінці такту впуску, коли поршень перебуває у НМТ, тиск у циліндрі дорівнює 0,08–0,09 кгс/см2, а температура 45–105оС.
2. Оскільки ступінь стиску в карбюраторних і газових двигунів набагато менший, ніж у дизелів, і становить приблизно 6–9, то й тиск, а також температура робочої суміші наприкінці такту стиску не перевищують відповідно 0,9–1,5 кгс/см3 і 325–525оС.
3. Наприкінці такту стиску робоча суміш спалахує від електричної іскри і швидко згоряє; коли поршень перебуває біля ВМТ, максимальний тиск при згорянні 3,5–6,0 кгс/см2, а температура 2025–2425оС.
Як і в дизелі, наприкінці процесу розширення починає відкриватись випускний клапан і тиск різко знижується. Коли поршень перебуває у НМТ, тиск газів у циліндрі становить 4–6 кгс/см2, а температура 1125–1425оС.
4. Такт випуску відбувається так само, як і в дизелі. Тиск газів у циліндрі знижується до 1,02–1,2 кгс/см2, а температура – до 625–825°.
Таким чином за способом сумішеутворення і запалювання палива автомобільні поршневі двигуни поділяються на дві групи: з внутрішнім сумішеутворенням і спалахуванням від стиску з повітрям, сильно нагрітим у
циліндрі в результаті високого стиску (дизелі); із зовнішнім сумішеутворенням і примусовим запалюванням від іскри (карбюраторні і газові).Тривають спроби використати для автомобілів газові турбіни і роторно-поршневі двигуни, проте кількість таких автомобілів дуже незначна.
Дизелі економічні щодо витрат палива, ніж карбюраторні і газові двигуни. Це пояснюється високим ступенем стиску, що поліпшує використання теплоти, яка виділяється в результаті більшого розширення продуктів згоряння протягом робочого ходу.
Крім того, дизелі споживають дешеві сорти нафтових палив і менш небезпечні в пожежному відношенні. Дизелі мають великий ресурс до капітального ремонту (400–800 тис. км пробігу автомобіля).
Однак дизелі дорожчі у виробництві (у 1,5–2,0 рази) і мають більшу масу, ніж карбюраторні і газові двигуни, тому їх установлюють в автомобілі великої і особливо великої вантажопідйомності – МАЗ, КраАЗ, КамАЗ і БелАЗ, розпочато випуск дизельних вантажних автомобілів ЗІЛ і ГАЗ.
Заключна частина
Таким чином, ми розглянули будову і схему роботи одноциліндрового і багатоциліндрового ДВЗ, сумішеутворення, робочий цикл, основні визначення та індикаторну діаграму чотиритактного ДВЗ. Знання фізичної суті процесів є основою для подальшого вивчення механізмів та систем двигуна.
2. КШМ і ГРМ двигуна
1. Технічна характеристика двигунів, що вивчаються. Призначення, характеристика, загальна будова і робота КШМ і ГРМ
ТТХ двигунів
| Технічні характеристики | КамАЗ-4310 | ЗІЛ-131 |
| Двигун | Дизель КамАЗ-740 | ЗІЛ-131 |
| Тип | Чотирьохтактний восьмициліндровий з запалюванням від стиснення | V-подібний, чотирьохтактний, карбюраторний, верхнеклапанний |
| Розміщення циліндрів | V-подібний з кутом розвалу 90о | Під кутом 90 о |
| Порядок роботи циліндрів | 1–5–4–2–6–3–7–8 | 1–5–4–2–6–3–7–8 |
| Напрямок обертання колінчастого вала | правий | правий |
| Діаметр циліндра і хід поршня | 120х120 | 100х95 |
| Робочий об'єм, л | 10,85 | 6 |
| Ступінь стиснення | 17 | 6,5 |
| Номінальна потужність, к.с | 210 | 150 (3200 об/хв.) |
| Максимальний крутний момент, кгсм | 65 | 41 (1800–2000) |
| Частота обертання колінчастого вала, об/хв.- номінальна- при максимальному Мкр | 2600±501600–1800 | 3100+100 (макс.) |
| На холостом ходу:- мінімальна, не більше- максимальна, не більше | 6002930 | |
| Кількість клапанів в циліндрі | 2 (впускний і випускний) | - // - |
| Тиск масла в прогрітому двигуні, кгс/см2:- при номінальній частоті- при мінімальній частотіобертання холостого ходу | 4 – 5,51 | 2 – 40,5 |
| Нумерація циліндрів (по ходу автомобіля)- права група- ліва група | 1–2–3–45–6–7–8 | 1–2–3–45–6–7–8 |
КШМ призначений для здійснення робочого процесу всередині циліндрової порожнини і перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух колінчастого вала.
Двигуни КамАЗ мають центральний КШМ, виконаний по V-подібній схемі з послідовним розміщенням шатунів на шатунних шийках колінчастого вала.
КШМ складається з нерухомих і рухомих деталей.
Нерухомі деталі:
– блок циліндрів;
– головка циліндрів;
– передня кришка (корпус гідромуфти);
– картер маховика;
– піддон картера;
– деталі кріплення;
– ущільнення,
Рухомі деталі:
– 8 поршньових груп (поршень, поршньові кільця, поршньовий палець);
– шатуни;
– колінчастий вал;
– маховик.
Нерухомі деталі КШМ:
Блокциліндрів – є корпусом двигуна, в якому розміщуються і працюють рухомі деталі усіх механізмів і систем двигуна, він підлягає значному, нерівномірному нагріву. Під впливом механічних навантажень і термічних напруг блок може деформуватись, в зв'язку з чим надані йому при виготовленні форма і розміри змінюються.
Блок уявляє собою жорстку відливку із сірого чавуну з добавленням невеликої кількості легуючих добавок (хром, нікель). Блок має V-подібну конструкцію з кутом розвалу 90°. Лівий ряд циліндрів зміщений відносно правого на 29,5мм. Це викликано тим, що на одній шатунній шийці колінвала встановлюється два шатуни. Блок складає одне ціле з верхньою частиною картера і розділений поперечними перегородками, які в нижній частині закінчуються арками, які утворюють корінні опори колінвала. На блоці передбачені:
– гніздо для установки водяного насоса і канали підводу охолоджуючої рідини (передній торець);
– площадка для кріплення масляного фільтра і канали дляпідводу масла до МФ і відводу від нього в головні магістралі.
– площадка для кріплення масляного насоса і канали для підводу масла від нагнітальної і радіаторної секцій масляного насоса;