ТО и ремонт автомобильного транспорта. Тема 1.2 «Устройство и основы теории двигателя»
Тема 1.2 «Устройство и основы теории двигателя»
Урок № 1.2.3. Тема: «Основные параметры двигателя»
При одном обороте коленчатого вала двигателя (рис. 1) поршень делает один ход вниз и один ход вверх. Изменение направления движения поршня в цилиндре происходит в двух крайних точках, называемых мертвыми. Крайнее верхнее положение поршня считают верхней мертвой точкой (в.м.т.), крайнее нижнее его положение — н и ж н е й мертвой точкой (н.м.т.).
Расстояние, проходимое поршнем от в.м.т. до н.м.т., называется ходом поршня S, который равен удвоенному радиусу R кривошипа: S = 2R.
При перемещении поршня от одной мертвой точки до другой коленчатый вал поворачивается на угол 180°, т. е. совершает половину оборота.
В поршневых ДВС применяются три типа КШМ:
1) центральный (аксиальный);
2) смешанный (дезаксиальный);
3) с прицепным шатуном.
В центральном КШМ ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала (рис. 2).
Рис. 1. Схема для определения основных параметров двигателя | Рис 2. Схема центрального КШМ | Рис. 3. Схема дезаксиального КШМ |
Рис 2. Схема центрального КШМ: φ — текущий угол поворота коленчатого вала; β — угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра (при отклонении шатуна в направлении вращения кривошипа угол β считается положительным, в противоположном направлении — отрицательным); S — ход поршня; R — радиус кривошипа; L — длина шатуна; х — перемещение поршня; (ω — угловая скорость коленчатого вала.
В дезаксиальном КШМ (рис. 3) ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала и смещена относительно ее на расстояние а.
Дезаксиальные КШМ имеют относительно центральных КШМ некоторые преимущества:
1) увеличенное расстояние между коленчатым и распределительным валами, в результате чего увеличивается пространство для перемещения нижней головки шатуна;
2) более равномерный износ цилиндров двигателя;
3) при одинаковых значениях R и l больше ход поршня, что способствует снижению содержания токсичных веществ в отработавших газах двигателя;
4) увеличенный рабочий объем двигателя.
На рис. 4 показан КШМ с прицепным шатуном.
Рис. 4. КШМ с прицепным шатуном: 1 — главный шатун; 2 — прицепной шатун.
Шатун, который шарнирно соединен непосредственно с шейкой коленчатого вала, называется главным, а шатун, который соединен с главным посредством пальца, расположенного на его головке, называется прицепным. Такая схема КШМ применяется на двигателях с большим числом цилиндров, когда хотят уменьшить длину двигателя. Поршни, соединенные с главным и прицепным шатуном имеют не одинаковый ход, так как ось кривошипной головки прицепного шатуна при работе описывает эллипс, большая полуось которого больше радиуса кривошипа. В V-образном двенадцатицилиндровом двигателе Д-12 разница в ходе поршней составляет 6,7 мм.
Важным конструктивным параметром КШМ является отношение радиуса кривошипа к длине шатуна:
l = R/L
Установлено, что с уменьшением l (за счет увеличения L) происходит снижение инерционных и нормальных сил. При этом увеличивается высота двигателя и его масса, поэтому в автомобильных двигателях принимают l от 0,23 до 0,3.
Значения l для некоторых автомобильных и тракторных двигателей приведены в табл. 1.
Таблица 1. Значения параметра для различных двигателей
Двигатель | l |
ВАЗ-2106 | 0,295 |
ЗИЛ-130 | 0,257 |
ЯМЗ-240 | 0,264 |
КамАЗ-740 | 0,2167 |
Отношение хода поршня S к диаметру цилиндра D является одним из основных параметров, который определяет размеры и массу двигателя.
В автомобильных двигателях значения S/D от 0,8 до 1,2.
Двигатели с S/D > 1 называются длинноходными, а с S/D < 1 — короткоходными.
Данное отношение непосредственно влияет на скорость поршня, а значит и мощность двигателя. С уменьшением значения S/D очевидны следующие преимущества:
- уменьшается высота двигателя;
- за счет уменьшения средней скорости поршня снижаются механические потери и уменьшается износ деталей;
- улучшаются условия размещения клапанов и создаются предпосылки для увеличения их размеров;
- появляется возможность увеличения диаметра коренных и шатунных шеек, что повышает жесткость коленчатого вала.
Однако есть и отрицательные моменты:
- увеличивается длина двигателя и длина коленчатого вала;
- повышаются нагрузки на детали от сил давления газа и от сил инерции;
- уменьшается высота камеры сгорания и ухудшается ее форма, что в карбюраторных двигателях приводит к повышению склонности к детонации, а в дизелях — к ухудшению условий смесеобразования.
Целесообразным считается уменьшение значения S/D при повышении быстроходности двигателя. Особенно это выгодно для V-образных двигателей, где увеличение короткоходности позволяет получить оптимальные массовые и габаритные показатели.
Значения S/D для различных двигателей:
- карбюраторные двигатели — 0,7—1;
- дизели средней быстроходности — 1,0—1,4;
- быстроходные дизели — 0,75—1,05.
При выборе значений S/D конструкторы учитывают, что силы, действующие в КШМ, в большей степени зависят от диаметра цилиндра и в меньшей — от хода поршня.
Угловая скорость рассчитывается по формуле:
ω = πn/30
Д.З.
1. Шестопалов С.К. Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей.
Стр. 19.
2. Богатырев А.В. и др. Автомобили. Стр. 23.