Двигателей внутреннего сгорания

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА О РАЗВИТИИ

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Поршневые двигатели внутреннего сгорания представляют собой комплекс механизмов и систем, обеспечивающий преобразование в механическую работу части тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива непосредственно в цилиндрах [4, 6].

В зависимости от назначения и класса двигателей их конструкции имеют различную сложность, но все они состоят из следующих основных частей: цилиндра, крышки (головки) цилиндра, поршня, шатуна, коленчатого вала, маховика и картера и вспомогательных систем. Цилиндр, его крышка, картер и различные вспомогательные корпусные и прочие неподвижные элементы конструкции двигателя жестко скрепляются между собой с помощью резьбовых соединений, а некоторые из них, как картер и цилиндры, в автомобильных двигателях отливаются совместно (рис.9.1.).

2.1. Основные определения

ВМТ ( верхняя мертвая точка) и НМТ (нижняя мертвая точка) – положения поршня, при которых расстояния его от оси коленчатого вала максимальное и соответственно минимальное;

Объем, описываемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом V_h. Сумма рабочих объемов всех цилиндров называется литражем двигателя (л.)

Объем, образующийся в надпоршневой полости при положении поршня в ВМТ, называется объемом камеры сжатия V_c. Сумма рабочего объема цилиндра и объема его камеры сжатия – полный объем цилиндра V_а : V_а=V _h +V_c.

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия: для бензиновых двигателей 6,5 – 11,5; для дизелей ε =11 25. Величина степени сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочего тела в цилиндре при перемещении поршня из нижнего крайнего положения в верхнее.

Рабочий цикл – совокупность процессов, происходящих в цилиндре двигателя в определенной последовательности. Рабочий цикл может осуществляться либо за два оборота коленчатого вала (4-хтактный цикл), либо за один оборот (двухтактный цикл). Рабочий цикл в поршневых двигателях состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.

Ход поршня – расстояние между двумя крайними положениями поршня. Ход поршня S и диаметр цилиндра D относятся к главным оценочным параметрам двигателя, определяющим его размеры. В поршневых двигателях отношение хода поршня к диаметру цилиндра (S/D) изменяется в пределах от 0,7 до 2,2. Двигатели, у которых S/D <1.0, называют короткоходными.

Такт – процесс, происходящий в цилиндре при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое.

Принцип работы поршневых двигателей

Внутреннего сгорания

Работа поршневых двигателей внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов при расширении их вследствие нагрева внутри цилиндра. Образующиеся при сгорании топлива газы имеют высокие температуру и давление.При расширении эти газы давят на стенки

 

1Введите цитату из документа или краткое описание интересного события. Надпись можно поместить в любое место документа. Для изменения форматирования надписи, содержащей броские цитаты, используйте вкладку "Работа с надписями".]

 

Рис.2.1. Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания:

1 –крышка цилиндра; 2 – клапан; 3 – поршень; 4 – шатун;

Картер; 6 - кривошип

цилиндра и донышко поршня. Под действием сил давления газов поршень перемещается к НМТ и через шатун передает эту силу коленчатому валу, и возвратно-поступательное движение поршня превращается во вращательное движение коленчатого вала. Таким образом, в цилиндре двигателя происходят два основных процесса – сгорание смеси и расширение продуктов сгорания, вследствие чего химическая энергия топлива превращается в тепловую и впоследствии частично в механическую работу. Для обеспечения непрерывной работы двигателя его цилиндры должны периодически наполняться свежим зарядом, а продукты сгорания своевременно удаляться из цилиндра; выполняет эти функции газораспределительный механизм.

По месту протекания процесса смесеобразования различают двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. Их можно представить в виде схем, приведенных ниже (рис.9.2 и рис.9.3).

При внешнем смесеобразовании процессы испарения бензина и смешивание паров топлива с воздухом начинаются вне цилиндра, и в цилиндры поступает топливовоздушная смесь, которую называют свежим зарядом. Горючая смесь и продукты сгорания, всегда остающиеся в камере сгорания от предыдущего цикла, смешивающиеся между собой, и образуют рабочую смесь. Наличие в рабочей смеси паров бензина накладывает ограничения на величину степени сжатия, так как величина степени сжатия определяет температуру заряда в конце сжатия, а следовательно, и условия воспламенения рабочей смеси. При внутреннем смесеобразовании сжимается воздух и остаточные газы. Поэтому нет ограничений на величину степени сжатия, а ее величина должна быть такой, чтобы в цилиндре к

Рис.2.2. Схема процесса с внешним смесеобразованием

Рис.2.3.Схема процесса с внутренним смесеобразованием

 

концу сжатия температура заряда была достаточной для надежного воспламенения. Величина этой температуры достигает 700 – 900 К.

 

ТОПЛИВО

Моторные топлива, применяемые в двигателях внутреннего сгорания должны обладать определенными физико-химическими свойствами, обеспечивающими надежную работу двигателей, высокую топливную экономичность и возможно меньший износ деталей. Топливная экономичность и общий расход топлива, наряду с другими факторами, зависит от теплоты сгорания топлива.

Физико-химические свойства моторных топлив, как правило, регламентируются государственными или отраслевыми стандартами.

Нефтяное топливо представляет собой смесь различных углеводородов и элементарный состав можно представить состоящим из углерода, водорода и растворенного в топливе кислорода. Водород и углерод входят в нефтепродукты в виде химических соединений, главными из которых являются углеводороды – алканы, цикланы, ароматические углеводороды бензольного ряда.

Групповой состав углеводородных соединений определяет физико-химические свойства топлив, предопределяя возможности их использования в определенных типах двигателей.

Для топлив бензиновых двигателей важнейшим показателем является детонационная стойкость.

Антидетонационные свойства топлива оцениваются октановым числом (ОЧ) путем сравнения топлив с эталоном. В качестве эталонов избраны изоктан, октановое число которого принято за 100 единиц и нормальный гептан 0Ч-0 единиц. Октановое число топлива принимается численно равным процентному содержанию изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая по детонационной стойкости равноценна данному топливу. ОЧ современных бензинов изменяется в пределах 70 – 100 единиц.

Важнейшим показателем топлива для дизелей является самовоспламеняемость, которая оценивается цетановым числом – ЦЧ. В качестве эталонов используются цетан с воспламеняемостью 100 единиц и альфа-метил-нафталин, воспламеняемость которого принята за 0 единиц.

Другим важным показателем топлива для дизелей является вязкость, определяемая коэффициентом кинематической вязкости. По этому признаку топлива подразделяется на летнее, зимнее и арктическое, предназначенные для применения в разных климатических условиях.

В качестве газообразного топлива используются природные сжатые и сжиженные газы, полученные из чисто газовых месторождений, и промышленные – продукты переработки нефти и др.

К сжимаемым газам относятся: метан, водород, окись углерода и их смеси. На автомобиле они хранятся в специальных баллонах под давлением в 20 МПа. По теплоте сгорания их подразделяют на высококалорийные, среднекалорийные и низкокалорийные. Высококалорийные состоят в основном из метана. Их теплота сгорания 22 – 36 МДж/м³. В эту группу входят газы природные, канализационные, получаемые при переработке сточных вод городских канализационных систем. Среднекалорийные содержат много водорода и окиси углерода с теплотой сгорания 14,2 – 22 МДж/м³.Низкокалорийные газы в своем составе содержат окись углерода (20─30) МДж/м³.

К сжиженным газам относятся: этан, пропан, бутан и др., являющиеся продуктом переработки нефти. Эти газы сжижаются при обычных температурах и относительно невысоких давлениях 1,6 – 2,0 МПа. Газообразные топлива, по сравнению с бензином, обладают более высоким октановым числом, поэтому возможна работа с более высокими степенями сжатия; увеличивается срок службы масла без замены из-за отсутствия попадания бензина в моторное масло. При переводе бензинового двигателя на газ мощность понижается. Причины: более низкая теплотворная способность газа в сравнении с бензином, несоответствие угла опережения зажигания установленного для бензина из-за меньшей скорости распространения пламени в газовоздушной среде, наличие подогрева свежего заряда и снижение вследствие этого наполнения цилиндра свежим зарядом.

В последнее время предпринимаются попытки использование в качестве топлива смеси бензинов и этанола [7].

Рис.4.1. Индикаторная диаграмма Рис.4.2. Индикаторная диаграмма двигателя с воспламенением двигателя с воспламенением от

ДВУХТАКТНЫЙ ЦИКЛ ДВИГАТЕЛЯ

В двухтактных двигателях (рис.5.1.) рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала. Вспомогательные процессы, связанные с впуском свежего заряда и выпуском отработавших газов, осуществляются путем продувки цилиндра, заключающейся в том, что рабочее тело вводится в цилиндр под давлением, превышающим атмосферное. Для создания такого давления служит продувочный насос. В двухтактных двигателях с невысокой мощностью функции продувочного насоса обычно выполняет поршень, а продувка называется кривошипно-камерной. Так как часть хода поршня теряется на перекрытие продувочных окон, то мощность двигателя при переходе на двухтактный цикл увеличивается не в два раза, как следовало ожидать, а в 1,5 – 1,7 раза.

Из-за сокращения времени, отводимого на очистку цилиндра от отработавших газов и поступления свежего заряда, качество очистки в двухтактных двигателях невысокое, что негативно сказывается на экономичности двухтактных двигателей и токсичности в сравнении с четырехтактными. В основном область их применения – крупные тихоходные судовые двигатели с частотой вращения вала 100-120 мин^-1., в которых из-за малой скорости поршня оказывается достаточно времени на проведение качественной очистки цилиндра от отработавших газов и наполнения цилиндра свежим зарядом. Осуществление рабочего цикла в двухтактных двигателях можно представить в таком виде.

Ι такт соответствует перемещению от НМТ к ВМТ. При положении поршня в НМТ продувочные и выпускные окна открыты. Свежий заряд под давлением 0,11 – 0,14 МПа подается в цилиндр через продувочные окна, перемешивается с отработавшими газами и вместе с ними покидает цилиндр. Совместное протекание процессов наполнения и принудительного вытеснения отработавших газов продолжается до тех пор, пока своим движением в сторону ВМТ поршень не перекроет продувочное окно. При дальнейшем перемещении поршня к ВМТ в цилиндре происходит обычный процесс сжатия. Процесс сгорания протекает так же, как и в четырехтактных циклах.

6 цитату из документа или краткое описание интересного события. Надпись можно поместить в любое место документа. Для изменения форматирования надписи, содержащей броские цитаты, используйте вкладку "Работа с надписями".]

Рис. 5.1. Схема устройства 2-тактного двигателя с прямоточно-клапанной продувкой: 1 – продувочный насос; 2 – продувочный ресивер;

3 – выпускные клапаны; 4 – цилиндр; 5 – продувочные окна; 6 – поршень;

Шатун

ΙΙ такт – соответствует перемещению поршня от ВМТ к НМТ. Происходит догорание, расширение, совершается полезная работа. При перемещении поршня температура и давление газов понижается, и когда кромка поршня откроет продувочные окна, в цилиндр начинает поступать свежий заряд. Однако основным процессом рассматриваемого второго такта поршня является процесс расширения, поэтому заключительный второй этап носит название такта расширения.

 

ПОКАЗАТЕЛИ ДВИГАТЕЛЕЙ

Поршневая группа

Поршневую группу образует поршень в сборе с комплектом колец, поршневым пальцем и деталями его крепления. Назначение поршневой группы – воспринимать давление газов и через шатун передавать его на коленчатый вал, уплотнять надпоршневую полость цилиндра как от прорыва газов в картер, так и излишнего проникновения в нее смазочного масла.

В процессе работы двигателя элементы поршневой группы подвержены воздействию на них переменных тепловых и силовых нагрузок вследствие инерционных сил и сил от высоких давлений газов, возникающих при сгорании топлива. Поэтому детали поршневой группы имеют высокую тепловую напряженность, что учитывается при выборе их конструкции и материала элементов деталей поршневой группы. Элементы поршневой группы разрабатывают с учетом назначения и типа двигателя, но их общее устройство остается одинаковым.

Поршень. Поршень состоит из двух основных частей: верхней части – головки и нижней части – направляющей. Конструкции поршней приведены на рис.7.1. и рис.7.2.Назначение головки – формирование камеры сгорания, теплоотвод основной части теплоты, воспринимаемой поршнем от рабочего тела, и герметизация внутрицилиндрового пространства. Конструкция днища поршней определяется типом двигателя, принятым типом смесеобразования. Для бензиновых двигателей предпочтительна плоская форма днища, отличающаяся наименьшей тепловоспринимающей поверхностью. Это обеспечивает более низкую температуру поршня и лучшее наполнение цилиндра свежим зарядом, снижаются требования к октановому числу применяемого топлива.

Рис.7.1. Основные элементы поршня: 1 – головка; 2 –направляющая (юбка); 3 – днище; 4,5 – огневой и уплотнительный пояса; 6 – бобышки

 

Термостабилизация зазора между цилиндром и направляющей поршня при изменении режимов работы достигается:

1. У малофорсированных бензиновых двигателей на направляющих поверхностях выполняются разрезы Т-, П-образные или косые по всей длине направляющей на той ее стороне, которая не прижимается к цилиндру во время рабочего хода. В холодном состоянии зазор достаточно мал, что устраняет возможность появления стуков поршня о стенки цилиндра.

2. Применение специальных терморегулирующих вставок, размещаемых в верхней части юбки: автотермик, автотерматик, клероматик, диотерматик – в поршень при отливке заливаются стальные вставки, связывающие юбку с бобышками.

3.Для уменьшения работы трения, ускорения приработки, придания юбке высоких антифрикционных свойств, защиты от коррозии на ее рабочую поверхность наносят различные легкоплавкие покрытия (олово и др.).

Для изготовления поршней автотракторных ДВС применяют силумины – сплав алюминия и кремния. Поршни крупных форсированных дизелей изготавливают из специальных жаропрочных чугунов или сталей. В последние годы интенсивно ведутся работы по использованию керамики для изготовления поршней, которая наилучшим образом отвечает требованиям, предъявляемым к материалам поршневой группы.

Поршневой палец. Основные требования к конструкции пальца – высокая усталостная прочность, жесткость и износостойкость при минимальной массе. По способу защемления пальца в верхней головке шатуна различают поршневые пальцы плавающие и защемленные. Защемленные пальцы фиксируются в шатуне. Это позволяет увеличить длину опорной поверхности в бобышках поршня и уменьшить диаметр пальца, а следовательно, и массу верхней головки шатуна.

 

Рис.7.2.Конструкции поршней дизелей: 1 – ребра, соединяющие днище и бобышки поршня; 2 – бобышка; 3 – вырез под клапан

Однако отсутствие возможности перемещения пальца при работе приводит к одностороннему износу и к снижению срока работы пальца.

Поршневые кольца. По назначению кольца разделяются на компрессионные и маслосъемные. Наружную их образующую поверхность, скользящую по зеркалу цилиндра, называют рабочей стороной кольца. По аналогии внутреннюю образующую поверхность кольца называют внутренней стор оной, Торцовые или боковые поверхности соприкасаются со стенками канавок поршня и тоже являются рабочими поверхностями кольца, оказывающими существенное влияние на его эффективность. Расстояние между боковыми поверхностями есть высота кольца. Величину разности между радиусами наружной и внутренней образующими кольца называют радиальной толщиной кольца.

Назначение компрессионных колец – уплотнение цилиндра от прорыва газов из надпоршневой полости. Конструктивно они отличаются большим разнообразием.

В двигателях с искровым зажиганием наибольшее применение в качестве верхнего компрессионного кольца нашли кольца прямоугольного сечения с бочкообразной рабочей поверхностью. Для повышения срока службы наружную поверхность верхнего кольцо покрывают слоем хрома. Второе кольцо для снижения срока приработки покрывают слоем олова или применяют фосфатирование наружной поверхности. В качестве нижнего компрессионного применяют кольца, отличающиеся большим конструктивным многообразием. Маслосъемные кольца удаляют излишки масла со стенок цилиндра, препятствуют проникновению масла в камеру сгорания. Кольца в основном выполняют из специального серого высокопрочного чугуна. Введенные легирующие добавки хром, никель, молибден, ванадий повышают жаропрочность колец. Наиболее современные конструкции колец имеют молибденовые покрытия наружной поверхности, наносимые наплавкой или напылением в плазменной струе. Такое покрытие эффективно предотвращает “прижоги”, благодаря высокой температуры плавления молибдена, а получаемая при нанесении его пористая структура поверхности способствует удержанию масляной пленки. В последние годы стали устанавливать стальные маслосъемные кольца, обладающие повышенной износостойкостью.

Шатунная группа

К шатунной группе относят: шатун с верхней и нижней головками, шатунные болты, вкладыши.

Шатун служит связующим звеном между поршнем и кривошипом коленчатого вала (рис.7.3). Так как поршень совершает прямолинейное возвратно- поступательное движение, а коленчатый вал (КВ) – вращательное, то шатун совершает сложное движение. При работе шатуны подвергаются воздействию знакопеременных, носящих ударный характер нагрузок от действия сил давления газов и инерционных сил. Материал и конструкция шатуна должны обеспечить его высокую усталостную прочность и жесткость при минимальной массе. Таким требованиям удовлетворяют шатуны, стержень которых выполнен в виде двутавра. В конструкции шатуна выделяется три конструктивных элемента – верхняя головка, стержень и нижняя (кривошипная головка).

Рис.7.3. Конструкция шатуна: 1 – верхняя головка шатуна;

2 – бронзовая втулка; 3 – стержень шатуна; 4 – шатунный болт;

Шатуная шейка

Механизм газораспределения

Назначение механизма газораспределения заключается в удалении продуктов сгорания и наполнении цилиндра свежим зарядом. От количества свежего заряда в большой степени зависит получаемая в цикле работа, а следовательно, и мощность двигателя. Количество воздуха, поступающего в цилиндр во время процесса впуска, зависит от того, насколько хорошо цилиндр двигателя очищается от отработавших газов во время выпуска в предшествующем цикле. Таким образом, впуск и выпуск тесно взаимосвязаны.

По мере совершенствования конструкций двигателей внутреннего сгорания усложнились и задачи, стоящие перед механизмом газораспределения. Механизмы управления процессами газообмена в современных ДВС выполняют более широкие функции, чем простая смена заряда. Так, им отводится основная роль в формировании протекания внешней характеристики двигателей, получения максимума наполнения на нескольких режимах или же во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя. Функции управления работой двигателя механизм газораспределения приобретает при использовании в его конструкции устройств управления фазами газораспределения и регулирования высоты подъема клапанов.

Традиционные двухклапанные конструкции ГРМ в современных конструкциях особенно быстроходных двигателей применяются сравнительно редко. Наибольшее распространение получили трех и четырехклапанные механизмы, а на некоторых моделях и пятиклапанные. Увеличение числа клапанов до четырех на цилиндр позволяет увеличить суммарную площадь проходных сечений горловин, уменьшить габариты и массу клапанов и элементов их привода, что способствует снижению инерционных нагрузок на детали механизма газораспределения. В двухклапанных механизмах используются конструкции привода с нижним и верхним расположением распределительных валов. При нижнем расположении распределительный вал размещается в картере двигателя или в развале блока цилиндров V-образных двигателей и приводится во вращение от коленчатого вала с помощью зубчатой передачи. Находит применение такая конструкция в ДВС с частотой вращения коленчатого вала до 4000 мин^-1.

Верхнее расположение распределительных валов нашло применение в многооборотных двигателях. Валы располагаются на головке блока цилиндров. Привод клапанов может осуществляться:

- при расположении клапанов в один ряд – непосредственно от кулачков распределительного вала через направляющий стакан или же через коромысло;

- при двух и трех клапанах на один цилиндр, расположенных в двух рядах и одном распределительном вале, через коромысла.

При двух распределительных валах:

1. Привод может производиться непосредственно от кулачков через направляющие стаканы или же с помощью рычагов.

2. В четырехклапанных механизмах, в которых всегда используются два распределительных вала, привод осуществляется либо непосредственно от кулачков, либо через коромысла.

3. При пяти клапанах на один цилиндр и двух распределительных валах – непосредственно от кулачков через направляющие стаканы.

При использовании для управления работой механизма газораспределения систем управления законами подъема клапанов последние наиболее часто имеют индивидуальный привод. Схемы механизмов газораспределения, применяемые в ДВС, приведены на рис.14.5.

Для привода распределительных валов при верхнем расположении используют цепи, либо зубчатые ремни.

Достоинства цепей:

- возможность передачи вращения при значительных межцентровых расстояниях коленчатых и распределительных валов;

- невысокая шумность работы и простота конструкции;

- сравнительно невысокая масса привода.

К недостаткам цепей относят: появление вибрации цепи при пульсирующих нагрузках, износ и вытяжка цепи в процессе эксплуатации.

На современных многооборотных двигателях получили применение в качестве приводных элементов зубчатые ремни, изготовленные из синтетических материалов, не требующие смазки и отличающиеся повышенной долговечностью и низким уровнем шума при работе. Классические механизмы газораспределения, имеющие фиксированные фазы газораспределения, определяемые профилем кулачка, позволяют получать максимальное значение крутящего момента в ограниченной фиксированной области частот вращения коленчатого вала. Так как с изменением частоты вращения меняются условия наполнения.

Классические механизмы газораспределения, имеющие фиксированные фазы газораспределения, определяемые профилем кулачка, позволяют получать максимальное значение крутящего момента в ограниченной фиксированной области частот вращения коленчатого вала. Так как с изменением частоты вращения меняются условия наполнения цилиндра свежим зарядом, то это требует изменения фаз газораспределения. С этой целью современные ДВС оснащаются специальными устройствами для регулирования фаз газораспределения и высоты подъема клапана. Соответствующие команды эти системы получают от электронного блока управления (ЭБУ) двигателем, настраиваемого на получение определенного протекания характеристик двигателя. Сигнал от ЭБУ подается на соответствующие исполнительные механизмы. Возможны следующие функциональные варианты систем управления:

– регулирование только фаз газораспределения;

– регулирование высоты подъема клапана;

– одновременное регулирование и фаз газораспределения, и высоты подъема клапана.

Первыми на ДВС массовых автомобилей применялись наиболее простые механизмы ступенчатого регулирования фаз впускных клапанов. Это достигалось выполнением на распределительном валу двух пар кулачков и осевого смещения распределительного вала при достижении определенной частоты вращения коленчатого вала.

Существенно большие возможности формирования характеристик двигателя имеют системы бесступенчатого (непрерывного) изменения фаз газораспределения. Конструктивное выполнение таких устройств отличается большим разнообразием.

По исполнению можно выделить гидромеханические и электромеханические системы привода клапанов (ЭМПК). Наиболее совершенной является ЭМПК, обеспечивающая возможность индивидуально для каждого клапана изменять высоту подъема клапана и регулировку фаз его открытия и закрытия. Применение ЭМПК делает не нужной применение дроссельной заслонки и распределительного вала и позволяет на 90% снизить потери на трение в механизме газораспределения. Однако система управления клапанами усложняется, так как вводится дополнительный блок управления клапанами.

 

Направляющий стакан

Смазочная система

Система смазки предназначена для подвода масла к трущимся поверхностям, уноса продуктов износа и тепла от трущихся поверхностей. Слой масла, находящийся между трущимися поверхностями, предотвращает их возможное соприкосновение, что уменьшает износ деталей и снижает механические потери в ДВС. Условия смазки и смазочные масла для отдельных узлов и деталей выбирают в зависимости от нагрузок на детали, скорости их взаимного перемещения, температуры поверхностей, температурного уровня деталей. Для трущихся пар, работающих в наиболее тяжелых условиях (подшипники коленчатого и распределительных валов), необходим подвод масла под давлением, чтобы трущиеся поверхности не соприкасались.

Ряд сопряженных деталей в двигателе совершают незначительные взаимные перемещения (толкатель, штанга и др.), подвержены действию малых удельных давлений. Для таких пар достаточно обеспечить полусухое и даже допускается сухое трение. Смазка таких поверхностей производится масляным туманом, создаваемым стекающим с поверхностей движущихся деталей маслом.

В ДВС получили распространение комбинированные системы смазки, характеризующиеся тем, что наиболее ответственные узлы смазываются под давлением, а остальные – разбрызгиванием.

К маслам, применяемым в двигателях, предъявляют ряд эксплуатационных требований:

1. Возможно более низкая температура застывания.

2. Пологая вязкостно-температурная характеристика.

3. Минимальное коррозионное воздействие на металлы.

4. Отсутствие в масле механических примесей и воды. Масло не должно быть токсичным и загрязнять окружающую среду.

По способу производства различают масла минеральные, получаемые перегонкой из нефти, полусинтетические, включающие в себя как минеральные, так и синтетические компоненты и синтетические. Минеральные масла просты в производстве и относительно недороги. Синтетические масла имеют более пологую вязкостно-температурную характеристику, отличаются хорошими моющими свойствами, позволяют улучшать пусковые свойства ДВС при низких температурах.

Отечественные масла классифицируют в соответствии с ГОСТ 17479 -85. В зависимости от свойств масла подразделяют на пять групп, указанных в табл. 9.1.

В каждой группе марка масла обозначается буквами и цифрами. Пример; М6_з/10Г_(2,1). Буква М - моторное. Цифра после буквы М характеризует вязкость масла при температуре –18⁰С (индекс вязкости), цифра в знаменателе – вязкость масла при 100⁰С, буква “з” в индексе означает, что масло загущенное - всесезонное.

Таблица 9.1

Группы масел

 

Группа качества	Рекомендуемые области применения
А	Нефорсированные двигатели
Б	Малофорсированные двигатели
В	Среднефорсированные двигатели
Г	Высокофорсированные двигатели
Д	Высокофорсированные двигатели, работающие в тяжелых условиях

 

Индекс 1 или 2 указывают на применимость масла соответственно для бензиновых двигателей или для дизелей, их отсутствие как для двигателей работающих на бензине, так и для дизелей.

Агрегаты смазочной системы. Смазочная система включает: масляные насосы для прокачки масла под давлением в масляных магистралях, фильтры для очистки масла от продуктов износа, масляный радиатор для охлаждения масла.

В ДВС нашли применение масляные насосы шестеренчатого типа с внешним и внутренним зацеплением.

Для обеспечения надежной работы узлов и деталей двигателей необходимо обеспечить защиту трущихся поверхностей от абразивных частиц, образующихся вследствие износа. Такую функцию выполняют масляные фильтры и очистители. Для очистки масла применяют фильтры грубой и тонкой очистки. Для грубой очистки фильтрующие элементы выполняют сетчатыми, пластинчато-щелевыми и ленточно-щелевыми. В качестве фильтрующих элементов в фильтрах тонкой очистки применяют картон, хлопчатобумажную пряжу и др.

В очистителях для удаления продуктов износа используют силовые поля. Наибольшее распространение в качестве таких очистителей получили центрифуги с механическим и реактивным приводом. Удаление механических частиц в центрифугах происходит под действием центробежных сил. Наиболее эффективным способом очистки масла дает применение комбинированной очистки, в которой одновременно применяют полнопоточный бумажный фильтр и центрифугу.

Для рассеивания теплоты, отводимой с маслом в окружающую среду, в систему смазки грузовых автомобилей и некоторых легковых, включают масляные радиаторы. Они бывают жидкостно – масляные и воздушно-масляные.

Преимущества воздушно-масляных радиаторов состоят в их меньшей массе, относительной простоте и надежности, возможности получения большего температурного напора. К недостаткам таких радиаторов относят необходимость применения перепускного клапана для перепуска холодного масла. Пружину клапана регулируют на перепад давлений 0,15 – 0,2 МПа. При прогреве масла, из-за понижения его вязкости, гидравлические потери снижаются и клапан автоматически закрывается.

Преимущество жидкостно-масляных радиаторов – быстрый прогрев масла после пуска двигателя и поддержание его температуры близкой к оптимальной.

Включение масляного радиатора в смазочную систему может производиться по одной из следующих схем:

– последовательно в главную магистраль;

– параллельно главной магистрали с подачей масла от основной секции насоса;

– параллельно главной магистрали с подачей масла от дополнительной секции насоса.

Последняя схема получила наибольшее применение, так как в этом случае включение в работу масляного радиатора не приводит к снижению давления масла в масляной магистрали.

 

Система охлаждения

Назначение системы охлаждения – отвод тепла от деталей двигателя, омываемых горячими газами, обеспечение их оптимального и стабильного температурного состояния, быстрый прогрев двигателя. Для двигателя нежелательно не только перегрев, но и переохлаждение. При переохлаждении резко увеличивается износ цилиндров и поршневых колец, ухудшается протекание процессов смесеобразования и снижается полнота сгорания. Принудительный отвод тепла может осуществляться с помощью жидкости или воздуха. Поэтому различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

К основным преимуществам жидкостной системы охлаждения относятся: более стабильная температура деталей, что улучшает массовое наполнение цилиндров свежим зарядом, снижаются требования к октановому числу бензина; меньший шум при работе двигателя из-за наличия рубашки охлаждения. К недостаткам такой системы можно отнести некоторую сложность конструкции из-за присутствия водяного насоса, радиатора. Для дизелей предпочтительна воздушная система охлаждения, так как вследствие более высокой температуры конца сжатия создаются более благоприятные условия для протекания смесеобразования и сгорания в цилиндре бензиновых двигателей.

В качестве охлаждающей жидкости применяют низкозамерзающие жидкости – антифризы и тосолы марки 40 и 60. Тосол и антифриз представляют собой смеси соответственно 47% воды и 53% этиленгликоля и 66% этиленгликоля и 34% дистиллированной воды. Отличия заключаются наличием в тосоле присадок антикоррозионных, антивспенивающихся и др., улучшающих эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости. В случае использования в качестве охлаждающей жидкости воды она должна быть подготовлена. Рекомендуется использовать либо дистиллированную воду, либо водопроводную после длительного кипячения.

В современных ДВС основной является система охлаждения с