Лекции по "Транспорту"

Лекция 1.

Тема: ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО АВТОМОБИЛЯ И ПАРАМЕТРЫ ДВИГАТЕЛЯ

1. Общее устройство  автомобиля.

2. Общие сведения об  автомобильных двигателях.

3. Общее устройство автомобильного двигателя.

4. Основные параметры автомобильного двигателя.

 

1. Общее устройство автомобиля.

Автомобиль состоит из кузова, шасси и двигателя.

Кузов предназначен для размещения водителя, пассажиров и груза.

Шасси предназначен для передачи усилия от двигателя к ведущим колесам, для управления автомобилем и его передвижения. Шасси состоит из трансмиссии, ходовой части и механизмов управления (рис. 1).

Трансмиссия передает крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля. В ее состав входят: муфта сцепления 3, коробка передач 4, карданная передача 5, главная передача 6, дифференциал 7, приводные валы колес.

Ходовая часть автомобиля включает в себя раму 10, подвески 2 и 8, амортизаторы, колеса 1 и 9, переднюю ось и кожух заднего моста.

К механизмам управления автомобиля относят тормоза и рулевое управление 11.

Тормоза предназначены для уменьшения скорости движения автомобиля и его полной остановки.

Рулевое управление 11 служит для изменения направления движения автомобиля.

Двигатель 12 является источником механической энергии, необходимой для движения.

 

2. Общие сведения о двигателях.

В ДВС теплота, выделяемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую работу. Автомобильные ДВС классифицируют по следующим признакам:

• по назначению — транспортные и стационарные.

• способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и 
двухтактные.

• способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные) и внутренним (дизели) смесеобразованием.

• способу воспламенения рабочей смеси — с воспламенением от электрической искры (карбюраторные и газовые) и с воспламенением под действием высокой температуры, возникающей при сильном сжатии воздуха (дизели);

• виду применяемого топлива двигатели подразделяют на две 
основные группы: работающие на жидком топливе и на сжатых и 
сжиженных газах.

• числу цилиндров;

• расположению цилиндров: однорядные — с вертикальным расположением цилиндров; V-образные — с расположением цилиндров под углом 90°; оппозитные — с расположением цилиндров под углом 180°;

• способу наполнения цилиндров свежим зарядом: двигатели без наддува и с наддувом;

• способу охлаждения — отвод излишней теплоты может осуществляться или при помощи охлаждающей жидкости, или путем обдува цилиндров воздухом.

 

1

3. Общее устройство двигателя.

 

Поршневые двигатели внутреннего сгорания имеют в своем составе два механизма: кривошипно-шатунный и газораспределительный, а также системы охлаждения, питания, зажигания и пуска и смазочную систему.

 

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для восприятия силы взрыва газов и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Основные детали КШМ: блок цилиндров, головка блока цилиндров, картер, поддон картера, коленчатый вал, шатуны, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы и маховик.

 

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси и для выпуска отработавших газов.

К ГРМ относятся: распределительный вал, толкатели, штанги, ось коромысел, коромысла, клапаны, пружины клапанов.

 

Система охлаждения двигателя предназначена для отвода излишней теплоты и поддержания температурного режима в пределах 80...95 °С. Существуют системы охлаждения двигателей с жидкостным отводом теплоты в окружающую среду и воздушные, где излишняя теплота отводится от цилиндров двигателя путем обдува их воздухом.

Жидкостная система охлаждения имеет радиатор, водяной насос, термостат, рубашку охлаждения цилиндров и жалюзи радиатора.

 

Смазочная система двигателя предназначена для подачи масла к движущимся деталям, удаления продуктов трения с трущихся поверхностей и частичного охлаждения трущихся деталей.

Основные приборы системы: масляный насос с маслоприемником, фильтры очистки масла, масляные радиаторы, детали системы вентиляции картера двигателя, магистрали и трубопроводы.

 

Система питания карбюраторных двигателей служит для приготовления горючей смеси вне цилиндров двигателя и подачи ее в цилиндры.

Основные приборы системы: топливный бак, фильтры грубой и тонкой очистки, топливный насос, карбюратор, воздушный фильтр, впускные и выпускные трубы, глушитель.

К системе питания дизеля относятся: топливный бак, фильтры топлива грубой и тонкой очистки, подкачивающий насос низкого давления, топливный насос высокого давления, форсунки, воздушный фильтр, выпускные трубы, труба глушителя и глушитель.

 

Система зажигания двигателя предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя.

 

Система пуска включает приборы, облегчающие пуск двигателя.

 

2

4. Основные параметры двигателя.

 

К основным параметрам двигателя относятся:

 

• мертвые точки — крайние положения поршня в цилиндре двигателя, в которых поршень изменяет направление своего движения. Различают верхнюю мертвую точку (ВМТ) и нижнюю мертвую точку (НМТ);

 

• ход поршня — путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой;

 

• рабочий цикл двигателя — совокупность процессов, при которых тепловая энергия превращается в механическую работу;

 

• такт — часть рабочего цикла, который происходит за один ход поршня;

 

• объем камеры сгорания, или объем сжатия — пространство над поршнем при нахождении поршня в верхней мертвой точке;

 

• рабочий объем цилиндра — пространство, освобождаемое поршнем при движении от верхней к нижней мертвой точке;

 

• полный объем цилиндра — сумма объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра;

 

• рабочий объем двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах;

 

• степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается рабочая смесь в цилиндре двигателя;

 

• количество тактов, при которых происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.

Различают двигатели четырехтактные и двухтактные.

Четырехтактным называется двигатель, у которого рабочий процесс совершается за четыре хода поршня (или за два оборота коленчатого вала).

Двухтактным называется двигатель, у которого рабочий процесс совершается за два хода поршня (или за один оборот коленчатого вала).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

              Рис. 1.  Расположение основных механизмов автомобиля:

1—управляемое колесо; 2—передняя подвеска; 3 — муфта сцепления; 4 — коробка передач; 5 — карданная передача; 6 — главная передача; 7 — дифференциал; 8 — задняя подвеска; 9 — ведущее колесо; 10 —  рама; 11 — рулевое управление; 12 — двигатель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 

Лекция 2.

 

Тема: РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

 

1. Рабочий цикл четырехтактного  карбюраторного двигателя

2. Рабочий цикл четырехтактного  дизеля

3. Некоторые разновидности  рабочих циклов карбюраторных двигателей

4. Преимущества и недостатки различных типов двигателей

5. Наддув в дизеля

 

1. Рабочий цикл четырехтактного  карбюраторного двигателя

 

 

Первый такт — впуск (рис. 1, а). Перед началом такта поршень находится в ВМТ. Выпускной клапан 6 при этом закрыт, а впускной 4 открывается. Поршень 1, перемещаясь из ВМТ в НМТ, освобождает объем над поршнем, создавая там разрежение. Впускной 4 клапан открывается. Под действием разрежения в цилиндр 2 из карбюратора через впускную трубу 3 поступает горючая смесь. И она смешивается с остаточными отработавшими газами, преобразуя в рабочую смесь.

В конце такта впуска ра = 0,08...0,09 МПа. Температура рабочей смеси в конце такта впуска достигает Та = 80...120ºС при условии, что двигатель прогрет до оптимальной температуры.

 

Второй такт — сжатие (рис. 1, б). При такте сжатия оба клапана закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь в 6 — 10 раз. За счет сжатия температура рабочей смеси поднимается до Тс=300...450°С, а давление достигает рс = 0,10...0,12 МПа.

 

Третий такт — рабочий ход (рис. 1, в). В конце такта сжатия при подходе поршня к ВМТ через свечу зажигания 5 в цилиндр подается электрическая искра, от которой воспламеняется рабочая смесь в цилиндре.

При сгорании рабочей смеси температура в камере сгорания поднимается до Тz = 2000...2500°С, что приводит к резкому возрастанию давления внутри цилиндра, достигающему pz = 3...4 МПа. Давление передается на днище поршня 1, далее через поршневой палец и шатун 8 на коленчатый вал 9, заставляя его вращаться. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Оба клапана закрыты.

При рабочем ходе происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу. После быстрого нарастания давления в начале рабочего хода и передачи этого давления на коленчатый вал начинается уменьшение давления в результате увеличения объема над поршнем. Происходит снижение температуры до Tb = 1200...1400°С и давления до pb = 0,40...0,50 МПа.

 

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис. 1, г). При такте выпуска открывается выпускной клапан 6, и отработавшие газы через выпускную трубу 7 выходят в атмосферу. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ. Когда поршень приходит в ВМТ, закрывается выпускной клапан. В конце такта выпуска рr = 0,11...0,12 МПа, а Тr = 700...850°С.

 

5

2. Рабочий цикл четырехтактного  дизеля

 

Первый такт — впуск (рис. 2, а). Перед началом впуска поршень 7 находится в ВМТ и начинает движение к НМТ. Выпускной клапан 5 закрыт.

При увеличении рабочего объема в цилиндре 6 создается разрежение, и в него начинает поступать воздух, предварительно прошедший через воздушный фильтр 3. Заканчивается такт впуска в момент прихода поршня в НМТ. В это время закрывается впускной клапан 4.

В конце такта впуска Та=50...80°С (у прогретого ДВС), ра = 0,090...0,095 МПа.

 

Второй такт — сжатие (рис. 2, б). После окончания такта впуска и закрытия впускного клапана поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ, сжимая чистый воздух. К концу такта сжатия Тс = 600...700°С, а рс = 4...5 МПа. Такое повышение температуры и давления обусловлено высокой степенью сжатия у дизелей (16 ...20 и выше).

Высокая Тс и рс необходимы для воспламенения топлива. Для надежной работы двигателя Тс сжатого воздуха должна быть значительно выше температуры самовоспламенения топлива.

 

Третий такт — рабочий ход (рис. 2, в). В конце такта сжатия, когда поршень не доходит до ВМТ на 15° ± 300, считая по обороту коленчатого вала, насос высокого давления впрыскивает через форсунку дизельное топливо под давлением порядка 18...20 МПа. Давление впрыска топлива обеспечивает тонкое распыление топлива и распределение его по объему камеры сгорания. От величины давления впрыска и формы камеры сгорания зависит качество приготовления горючей смеси. Распылению и быстрому испарению топлива способствует специальная форма камеры сгорания, благодаря которой струя топлива и воздух в камере приходят в вихревое движение. Под действием высокой температуры (600...700°С) происходит самовоспламенение рабочей смеси. Часть рабочей смеси сгорает при движении поршня к ВМТ, т. е. в конце такта сжатия, а другая часть — при движении поршня к НМТ.

Образующиеся при сгорании газы создают давление на днище поршня 6...8 МПа при температуре 1800...2000°С. Поршень под давлением газов перемещается от ВМТ и совершает механическую работу.

К концу рабочего хода температура в цилиндре снижается до 1100... 1300°С, Давление — до 0,3...0,4 МПа.

 

Четвертый такт — выпуск (рис. 2, г). Рабочий ход заканчивается, когда поршень доходит до НМТ и открывается выпускной клапан. Отработавшие газы под действием внутреннего давления через выпускной клапан, выпускную трубу и глушитель выходят в атмосферу. Поршень начинает движение от НМТ к ВМТ, вытесняя остаточные отработавшие газы. Впускной клапан при этом закрыт.

В конце такта выпуска температура отработавших газов снижается до 700...800ºС, а давление — до 0,11...0,12 МПа.

 

 

 

 

6

3. Разновидности рабочих циклов карбюраторных двигателей.

 

Для повышения экономичности и увеличения мощности карбюраторные двигатели могут выполняться с предкамерно-факельным зажиганием (рис. 3). У этого двигателя кроме основной камеры сгорания 1 имеется еще небольшая дополнительная камера (предкамера) 3.