Стартер 29.3708 включает в себя:

ограничительное кольцо, шестерня привода, ролик обгонной муфты, обгонная муфта, рычаг привод, крышка со стороны привода, якорь реле, обмотка реле, контактная пластина, крышка реле, контактные болты, коллектор, щетка, крышка со стороны коллектора, кожух, корпус, полюс статора, якорь, поводковое кольцо.

Работа стартера: Стартер включается с помощью вспомогательного реле типа 111.3747-10, установленного в моторном отсеке. При повороте ключа в положение II ("Стартер") замыкаются контакты "30" и "50" выключателя зажигания, и подается напряжение на обмотку вспомогательного реле 40. Оно срабатывает, и через его замкнутые контакты идет ток в обмотки тягового реле стартера. Под действием этого тока возникает магнитное усилие (около 10-12 кгс), втягивающее якорь 9 до соприкосновения с сердечником 14. Якорь втягивается и толкает шток 13 с контактной пластиной 15, которая замыкает контактные болты 17. Размеры штока подобраны так, что замыкание контактных болтов происходит еще до соприкосновения якоря с сердечником, и при дальнейшем ходе якоря сжимается пружина контактной пластины, сильнее прижимая ее к контактным болтам. Одновременно якорь реле рычагом 8 передвигает вперед муфту свободного хода с шестерней 2 и вводит ее в зацепление с венцом маховика.

При замыкании контактных болтов втягивающая обмотка реле обесточивается, так как оба ее конца оказываются соединенными с "плюсом" аккумуляторной батареи 44. Но поскольку якорь реле уже втянут, то для его удержания в этом положении требуется сравнительно небольшой магнитный поток, который обеспечивается одной удерживающей обмоткой 12.

Через замкнутые контакты тягового реле идет ток, питающий обмотки статора и якоря. Якорь стартера начинает вращаться, и его вращение через винтовые шлицы передается ступице 35 и связанному с ней наружному кольцу 34 муфты. Поскольку ролики 4 смещены пружинами в узкую часть паза наружного кольца, то они заклиниваются между наружным и внутренним кольцами муфты. Поэтому крутящий момент от вала якоря передается через муфту и шестерню к венцу маховика.

После пуска двигателя маховик начинает вращать шестерню стартера, и частота вращения шестерни начинает превышать частоту вращения якоря стартера. Внутреннее кольцо муфты (объединенное с шестерней) увлекает ролики в широкую часть паза наружного кольца 34, сжимая пружины плунжеров 38. В этой части паза ролики свободно вращаются, не заклиниваясь, и крутящий момент от маховика двигателя не передается на вал якоря стартера.

При выключении стартера контакты вспомогательного реле размыкаются, и ток питания обмоток стартера идет по следующему пути: "плюс' аккумуляторной батареи - замкнутые контакты тягового реле - втягивающая 11, а затем удерживающая 12 обмотки тягового реле - "масса". Так как направление тока в витках обмоток противоположное, то магнитные потоки, создаваемые обмотками, компенсируют друг друга, и сердечник реле размагничивается. Якорь реле пружинами отжимается в исходное положение, и контакты реле размыкаются, отключая питание обмоток якоря и статора стартера.

Одновременно якорь тягового реле рычагом 8 передвигает муфту свободного хода назад и выводит шестерню из зацепления с венцом маховика. Якорь стартера тормозится силами трения щеток о коллектор, и он быстро останавливается.

Неисправности стартера 29.3708 такие же, как у стартера 5712.3708 (описан в разделе 7), исключая неисправности, связанные с редуктором. Но возможна еще дополнительная неисправность: замыкание или обрыв в обмотках статора в случае если якорь стартера не вращается или вращается слишком медленно.

30. Как влияет угол опережения зажигания и искровой зазор свечи на экономичность двигателя

Момент зажигания принято определять по положению коленчатого вала относительно ВМТ и обозначать его в градусах до ВМТ. Этот угол называют углом опережения зажигания (УОЗ). Сдвиг момента зажигания в сторону ВМТ считается поздним (УОЗ уменьшается), а сдвиг от ВМТ - ранним (УОЗ увеличивается). Чем выше частота вращения коленвала, тем более ранним должен быть угол опережения зажигания (УОЗ).

Момент зажигания является наиболее важным показателем в работе двигателя. Ведь от него зависят такие параметры как экономичность мотора, максимальная мощность, а также содержание вредных веществ в выхлопных газах. В впрысковых моторах система самостоятельно рассчитывает угол опережения зажигания в зависимости от работы мотора в определенный период. УОЗ определяется на основании скорости вращения коленвала, режима работы мотора и нагрузки на двигатель. На основании этих данных и трехмерной функции, система управления двигателем (СУД) подбирает оптимальный УОЗ.

Процесс сгорания рабочей смеси разделяется на три фазы: начальную, когда формируется пламя, возникающее от искрового разряда в свече, основную, когда пламя распространяется на большей части камеры сгорания, и конечную, когда пламя догорает у стенок камеры. Этот процесс требует определенного времени. Наиболее полное сгорание рабочей смеси достигается своевременной подачей сигнала на воспламенение, т.е. установкой оптимального угла опережения зажигания в зависимости от режима работы двигателя.

Угол опережения зажигания определяется по углу поворота коленчатого вала двигателя от момента возникновения искры до момента достижения поршнем верхней мертвой точки.

Если угол опережения зажигания больше оптимального, то зажигание раннее. Давление в камере сгорания при этом достигает максимума до достижения поршнем верхней мертвой точки и оказывает противодействующее воздействие на поршень. Раннее зажигание может явиться причиной возникновения детонации. Если угол опережения зажигания меньше оптимального, зажигание позднее, в этом случае двигатель перегревается.

На начальную фазу сгорания влияет энергия и длительность искрового разряда в свече. В современных системах энергия разряда достигает 50 МДж, а его длительность 1 - 2,5 мс.

31. Устройство и характеристика электрофакельного подогревателя

На дизелях устанавливают электрофакельные подогреватели воздуха во впускном трубопроводе, что в сочетании с маловязким моторным маслом позволяет снизить минимальную температуру пуска холодного дизеля на 10-15°С. В электрофакельных подогревателях через электрическую спираль проходит ток небольшой силы, так как она служит только для подогрева, испарения и зажигания топлива. Воздух во впускном трубопроводе подогревается за счет теплоты сгорания топливо-воздушной смеси.

Электрофакельное устройство дизелей, автомобилей ЗИЛ моделей 133ГЯ, 133ВЯ cоcтоит из двухфакельных штифтовых свечей, электромагнитного топливного клапана, добавочного резистора с термореле, кнопочного выключателя, реле электрофакельного устройства, реле отключения обмотки возбуждения генератора, контрольной лампы и топливопроводов.

Дозирование топлива, его испарение, смешивание с воздухом, воспламенение и сгорание происходят в факельной штифтовой свече. Топливо подаваемое к свече, очищается фильтром, дозируется жиклером, проходит по кольцевой полости между кольцевой вставкой и нагревателем. Объемная испарительная сетка в нижней части факельной свечи имеет большую поверхность и облегчает испарение топлива. Сетка окружена защитным экраном с отверстиями для прохода воздуха. Экран предотвращает затухание пламени при увеличении скорости воздушного потока во впускном трубопроводе после пуска двигателя.

Электромагнитный топливный клапан открывает подачу топлива к факельным штифтовым свечам при подключении катушки к аккумуляторной батарее. При отключении, электромагнитный клапан закрывается под действием пружины. Топливо к электромагнитному клапану подводится из системы питания дизеля.

Термореле имеет контакты и биметаллическую пластину, расположенные внутри спирали добавочного резистора. По мере прогрева за счет теплоты, выделяемой добавочным резистором, биметаллическая пластина деформируется и замыкает контакты реле. Добавочный резистор уменьшает силу тока во время предварительного нагрева штифта факельной свечи и замыкается накоротко в момент включения стартера.

Техническая характеристика факельных свечей

Параметры	11.3740 (Камаз, Урал, Вольво) 111.3740 (БелАЗ, МАЗ, КрАЗ)	13.3740 (ЗИЛ-133)
Номинальное напряжение, В Сила потребляемого тока, А Температура нагрева при номинальной силы тока, С Время нагрева, с Пропускная способность по топливу, см3/мин Масса, кг	19 11-12 1040-1230 90 5,5-6,5 0,13	9,5 21-23 1080-1150 90 7,5-8,5 0,13

32. Общие сведения о приборах освещения, коммутационная аппаратура. Система обозначения световых приборов

Коммутационная аппаратура включает центральный и ножной переключатели света фар, переключатель указателей поворота с автоматическим выключением, выключатель массы, выключатель ламп указателей поворота задних фонарей, включатель света "стоп", переключатели и выключатели в электрических цепях освещения, розетки прицепа или полуприцепа, монтажно-соединительные устройства и предохранители. Переключатель П39, предназначенный для переключения света фар с ближнего на дальний и наоборот, устанавливается на полу кабины. Клемма переключателя с обозначением БАТ соединяется с центральным переключателем света. Остальные две клеммы соединяются: одна с нитью дальнего света, другая - с нитью ближнего света ламп накаливания фар. Центральный переключатель П305 предназначен для включения, переключения и выключения осветительных приборов автомобиля. Контактная часть переключателя ползункового типа имеет вытяжное управление.

Предохранитель и реостат изменения накала ламп не устанавливаются. Включатель массы ВК318-Б включен в цепь провода, соединяющего минус аккумуляторных батарей с массой автомобиля, предохраняет батареи оттоков утечки при неработающем двигателе либо обеспечивает отключение потребителей при неисправностях в электрической цепи. Включатель массы установлен слева от сиденья водителя на полу кабины. Включение контактов производится нажатием на центральную кнопку, выключение - на боковую кнопку. Включатель, ВК700 предназначен для включения или выключения сигнальных ламп задних указателей поворота на автомобиле при его работе в составе автопоезда и установлен на задней поперечине рамы автомобиля. Переключатель П105А предназначен для включения правых или левых указателей поворотов.

По окончании поворота автомобиля рычаг и контактная система автоматически возвращаются в нейтральное положение Корпус переключателя с помощью специального кронштейна крепится к рулевой колонке. Включение в цепь сигнализации осуществляется шестью проводами ПГВА: провод зеленого цвета подключается к включателю стоп-сигнала; белого цвета - к правому переднему указателю поворота; желтого цвета - к левому переднему указателю; розового цвета - к правому заднему указателю; голубого цвета - к левому заднему указателю; серого цвета, питающий, подключается к реле поворота РС401. Предохранители служат для защиты электропроводов, агрегатов и приборов электрооборудования от резкого увеличения токов в случае короткого замыкания.

На автомобиле установлены два блока предохранителей с плавкими вставками ПР13-А (на 10, 20, 40 А) и ПР107 (на 6, 20, 40 А), два кнопочных биметаллических предохранителя ПР2-Б и один предохранитель с плавкой вставкой на 2 А в стеклянной трубке. Сгоревшую вставку можно перезарядить закреплением в лапках держателя отрезка медной проволоки, взятой из запасной намотки. Диаметр проволоки для каждой вставки указан в таблице на внутренней стороне крышки блока предохранителей. Для вставок на 6 А он равен 0,2 мм, на 10 А - 0,25 мм, на 20 А - 0,36 мм, на 40 А - 0,51 мм.

К приборам освещения и световой сигнализации автомобилей МАЗ и КрАЗ относятся: фары, подфарники, противо-туманные фары, задние габаритные фонари, лампы освещения приборов, контрольная лампа "Дальний свет", центральный переключатель света, ножной переключатель света, включатель противотуманных фар, включатель сигнала "Стоп", переключатель указателей поворота, реле-прерыватель указателей поворота, контрольная лампочка указателей поворота, блок предохранителей.

Фары служат для освещения пути движения автомобиля в ночное время. Они установлены в панели передка автомобиля. Фара состоит из двух основных частей: полуразборного оптического элемента и штампованного стального корпуса. Рефлектор оптического элемента изготовлен из стали и покрыт тонким слоем алюминия. Источником света в оптическом элементе является двухнитевая электрическая лампа на 40 и 60 св. Она прижимается к рефлектору пружинными контактами патрона. Включение нити 60 "ев дает дальний свет, а на 40 ев - ближний. Фары с дальнего света на ближний могут переключаться ножным переключателем, расположенным на наклонной панели пола кабины. При включении дальнего света загорается контрольная лампочка в спидометре на панели приборов.

Подфарники служат для обозначения габаритов автомобиля и являются передними указателями поворотов благодаря наличию в них ламп с двумя нитями 32 и 4 св. Нить на 32 ев служит для сигнала поворота, а на 4 св. - для обозначения габаритов автомобиля.

Над кругом знака официального утверждения фар головного освещения наносят квадрат, в который вписывают буквы С, Я, S, Н. Единичные буквы С или же Я означают, что фара удовлетворяет международным нормам только в отношении ближнего или же дальнего света. Присутствие в квадрате двух букв CR говорит про то, что оптическая система фары рассчитана на работу в режимах как ближнего, так и дальнего света. Для обозначения цельностеклянного оптического элемента (лампы-фары) в квадрат вводят букву S. Отсутствие буквы S говорит об использовании металлостеклянного элемента. Фары с дополнительной буквой Н в квадрате рассчитаны на применение только галогенных ламп. Цифры справа от круга на фарах с галогенными лампами соответствуют округленному маркировочному значению максимальной силы света галогенного оптического элемента при дальнем свете.

Для противотуманных фар и фонарей над кругом проставляют букву В. На рассеивателях задних габаритных огней в квадрате над кругом стоит буква Я. Передние габаритные огни обозначают буквой А. На фонарях заднего хода проставляют символ. Для фонарей освещения номерного знака добавочные надписи над кругом не предусмотрены.

Знак официального утверждения указателей поворота отличается тем, что над кругом дано обозначение категории светового прибора. К категории 7 относят передние указатели поворота, к категориям 2а и 2Ь поэтому одно - и двухрежимные задние указатели поворота. Всевозможные типы боковых указателей поворота разделены на категории 3, 4 и 5. К категории 3 относятся передние боковые указатели поворота, предназначенные для использования на транспортном средстве, не имеющем других указателей поворота. Передние боковые указатели поворота категории 4 устанавливают в том случае, в случае если на транспортном средстве уже установлены указатели поворота категорий 2а или же 2б. На. транспортных средствах, где есть указатели поворота категорий 1 \л2 (2а или же 2б), имеют все шансы устанавливать добавочные боковые указатели поворота категории 5.

33. Действительный цикл карбюраторного двигателя

Рассмотрим схему, индикаторную диаграмму в р V-координатах (рис. 1, а) и диаграмму фаз газораспределения (рис. 1, б) четырехтактного карбюраторного двигателя. Для наглядности и лучшего понимания процессов цикла в pV-координатах их продолжительность отмечена и на диаграмме фаз газораспределения.

Процесс впуска горючей смеси теоретически проходит от точки г до точки а. Фактически он начинается в точке А, соответствующей началу открытия впускного клапана, и заканчивается после н. м. т. в точке Б. Это необходимо для дозарядки цилиндра горючей смесью за счет использования инерции массы заряда, поступающего с большой скоростью через систему впуска. Горючая смесь в цилиндре двигателя смешивается с остаточными газами и образует рабочую смесь. Она сжимается по политропному процессу: р_с =р_аеⁿ1.

Процесс сжатия происходит от точки а до точки С. В конце сжатия рабочая смесь с некоторым опережением по отношению к в. м. т. (точка В) зажигается искрой от свечи зажигания. Пламя от очага воспламенения распространяется по всему объему камеры сгорания с большой скоростью (30.50 м/с), обеспечивая выделение теплоты вблизи в. м. т. При этом давление и температура газов существенно возрастают. Процесс сгорания происходит от точки В до точки z'. Продолжительность процесса сгорания соответствует углу поворота коленчатого вала 30.40°; при этом резко повышаются давление и температура.

В процессе расширения газы совершают полезную работу; давление и температура их понижаются по закону политропы: p_в = p_z/еⁿ2. К моменту открытия выпускного клапана (точка Г) давление газов в цилиндре больше давления окружающей среды. Поэтому в начальной стадии выпуска отработавшие газы выходят из цилиндра со скоростью до 500 м/с, что в 1,5 раза больше скорости звука, а после н. м. т. выталкиваются поршнем.

Процесс выпуска (очистки цилиндра) отработавших газов (линия ГАrД) заканчивается к моменту закрытия выпускного клапана (точка Д).

На рисунке 3.4 изображена индикаторная диаграмма, характеризующая протекание действительного цикла четырехтактного карбюраторного двигателя при нормальных его регулировках и техническом состоянии. Вид диаграммы может существенно измениться при нарушении регулировок состава смеси и опережения зажигания, применении бензиновых топлив с низкой детонационной стойкостью и по другим причинам.

Рис. 1. Схема, индикаторная диаграмма (о) и диаграмма фаз газораспределения (б) четырехтактного карбюраторного двигателя:

1 - карбюратор; 2 - впускной клапан; 3 - свеча зажигания; 4 - выпускной клапан

34. Действительный цикл дизельного двигателя

Действительный цикл работы тихоходных дизельных двигателей близок к теоретическому. Однако рабочий процесс быстроходных дизельных двигателей, к которым относятся автомобильные двигатели, имеет свои особенности. Для воспламенения первых частиц топлива, впрыскиваемых в цилиндр, требуется некоторый период времени, называемый периодом задержки воспламенения.

Такая задержка необходима для подготовки топлива к самовоспламенению. В нем под действием высокого давления и температуры происходят определенные физические и химические процессы, предшествующие воспламенению. Чем выше давление и температура, тем быстрее протекают эти процессы. За период задержки воспламенения в камеру сгорания успевает поступить значительная часть порции впрыскиваемого топлива, поэтому в результате его воспламенения и сгорания давление и температура в камере резко повышаются.

Благодаря этому создаются более благоприятные условия для воспламенения частиц топлива, поступающих вслед за сгоревшими: они сгорают почти сразу же после впрыскивания в цилиндр. Давление в этот период процесса сгорания остается почти неизменным. Поскольку в первый период сгорания давление резко возрастает, а затем остается постоянным, цикл работы быстроходного дизельного двигателя называют смешанным.

Следовательно, при работе двигателя по смешанному циклу часть топлива сгорает при постоянном объеме, а часть - при постоянном давлении. Действительный рабочий процесс быстроходного дизельного двигателя может быть графически изображен диаграммой (рис. 2).

Рис. 2.

Диаграмма рабочего процесса четырехтактного дизельного двигателя

Пользуясь диаграммой, рассмотрим процесс работы четырехтактного дизельного двигателя.

Такт впуска. Поршень движется от верхней мертвой точки (в. м. т.) к нижней мертвой точке (н. м. т.). Впускной клапан открыт, и под действием разрежения из впускного трубопровода в цилиндр поступает воздух (линия 1-2 на диаграмме). При этом давление в цилиндре составляет 0,085-0,095 МПа, а температура воздуха - 40-60°С.

Такт сжатия. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. После закрытия впускного клапана цилиндр разобщается с внешней средой и в нем происходит сжатие воздуха. Благодаря высокой степени сжатия давление в цилиндре к концу этого такта повышается до 4,0-5,0 МПа (линия 2-3), а температура сжатого воздуха достигает 620-700°С.

Когда поршень приближается к в. м. т., в цилиндр через форсунку впрыскивается под большим давлением мелко распыленное топливо, самовоспламеняющееся под действием высокой температуры сжатого воздуха. В результате сгорания топлива давление газов в цилиндре повышается до 6,0-8,0 МПа (линия 3-4), а температура газов достигает 1800-2000°С.

Такт расширения. Поршень движется от в. м. т. к н. м. т. Оба клапана закрыты, и в цилиндре происходит расширение продуктов сгорания, сопровождающееся падением давления и температуры. При этом расширяющиеся газы выполняют полезную работу. Под их действием поршень совершает поступательное движение, преобразуемое кривошипно-шатунным механизмом во вращательное движение коленчатого вала. К моменту открытия выпускного клапана давление в цилиндре снижается до 0,3-0,4 МПа (линия 4-5), а температура газов - до 600-700°С.

Такт выпуска. При открытии выпускного клапана (точка 5 на диаграмме) давление в цилиндре сразу резко падает. Поршень, совершая движение от н. м. т. к в. м. т., вытесняет отработавшие газы через открытый выпускной клапан и выпускной трубопровод в атмосферу. Вследствие сопротивления отработавших газов давление в цилиндре превышает атмосферное и составляет в среднем около 0,12 МПа (линия 6-1). Отработавшие газы сохраняют высокую температуру (около 600°С).

Величина давления в цилиндрах дизельного двигателя в период сжатия и сгорания значительно выше, чем у карбюраторных двигателей, поэтому конструкция дизельных двигателей должна быть более прочной.

36. Индикаторные показатели ДВС.

Индикаторные показатели характеризуют работу газов внутри цилиндра двигателя. К ним относятся среднее индикаторное давление, индикаторная мощность, индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива.

Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление p_i - это значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя, при котором работа, произведенная рабочим телом за один такт, равнялась бы индикаторной работе реального цикла. Исходя из этого определения, индикаторная работа цикла

L_i = p_iFs,

где F - площадь поршня; s - ход поршня.

Вместе с тем среднее индикаторное давление - величина, равная индикаторной работе цикла, приходящейся на единицу рабочего объема цилиндра

p_i = L_i/V_h,

где V_h = Fs.

Обычно p_i измеряют в единицах удельной работы: Дж/л или МПа.

При номинальном режиме работы двигателей значения p_i находят в следующих пределах: для четырехтактных двигателей с искровым зажиганием без наддува, работающих на бензине (карбюраторных, с впрыском легкого топлива), 0,8.1,2 МПа; для четырехтактных газовых с искровым зажиганием 0,5.0,7 МПа; для четырехтактных дизелей без наддува 0,75.1,05 МПа, с наддувом до 2,2 МПа; для двухтактных карбюраторных с кривошипно-ка-мерной продувкой 0,25-0,45 МПа; для двухтактных дизелей без наддува 0,35.0,7 МПа, с наддувом до 1,2 МПа.

В автомобильных дизелях с низким и средним наддувом p_i = = 1,2.1,5 МПа.

Индикаторная мощность

Индикаторная мощность N_i - это работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени, или мощность, соответствующая индикаторной работе цикла. Индикаторная работа:

за цикл L_i = p_iV_h, в минуту L_iмин = L_i 2n/Ф_дв,

где n - частота вращения двигателя, мин^-1; 2л/тдв - число циклов в минуту в одном цилиндре; тдв - коэффициент тактности двигателя (число ходов поршня за один цикл).

Индикаторная мощность двигателя

N_i = L_i 2ni/ (Ф_дв 60 10³) = p_iV_hn_i/ (3 10⁴Ф_дв),

где i - число цилиндров двигателя.

Принимая p_i в мегапаскалях, а V_h в литрах, получаем мощность в киловаттах (кВт)

N_i=p_iV_hn_i/ (30Ф_дв).

Индикаторный КПД

Индикаторный КПД n_i - это отношение работы L-, действительного цикла к подведенной теплоте Ј>,, равной низшей теплоте сгорания цикловой дозы топлива:

n_i = L_i/Q_i

Индикаторную работу цикла L_i, - определяют по индикаторной диаграмме в рV-координатах.

По значению n_i оценивают степень использования теплоты в действительном цикле.

Индикаторный удельный расход топлива

Индикаторный удельный расход топлива g_{i -} количество топлива, расходуемого в двигателе за 1 ч, отнесенное к индикаторной мощности, развиваемой двигателем. По значению g_i оценивают эффективность теплоиспользования при работе на топливе одного вида. При работе на топливах с различной удельной теплотой сгорания Q_H такая оценка возможна только по значению n_i. Единица измерения g_i: г/ (кВт ч).

При известных индикаторной мощности N_i и расходе топлива G_T индикаторный удельный расход топлива определяют по формуле

g_i = 10³G_T/N_i,

Для современных автомобильных двигателей, работающих на номинальном режиме, значения индикаторного КПД находятся в пределах: для карбюраторных двигателей 0,28.0,38; для дизелей 0,42.0,52. При этом удельный индикаторный расход топлива составляет: для карбюраторных двигателей 235.290 г/ (кВт ч); для дизелей 175.220 г/ (кВт ч).

36. Эффективные показатели ДВС

Эффективные показатели работы двигателя: среднее эффективное давление, эффективная мощность, механический КПД и эффективный удельный расход топлива.

Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление р_е - условное постоянное давление в цилиндрах двигателя, при котором работа, производимая в них за один такт, равна эффективной работе за цикл. Оно, так же как и среднее индикаторное давление, - мера удельной работы. Единица измерения: МПа или Дж/л.

Среднее эффективное давление можно представить как отношение эффективной работы L_e двигателя за один цикл к рабочему объему цилиндра V_h:

р_е = L_e/V_h.

Это давление можно также представить как разность между средним индикаторным давлением р_i - и средним давлением механических потерь р_м, т.е.

р_е = р_i-р_м

При работе автомобильных двигателей на номинальном режиме значения ре находятся в следующих пределах: для четырехтактных карбюраторных двигателей 0,6.1,1 МПа; для четырехтактных дизелей без наддува 0,55.0,85 МПа; с наддувом до 2 МПа; для газовых двигателей 0,5.0,75 МПа; для двухтактных высокооборотных дизелей 0,4.0,75 МПа.

Эффективная мощность

Эффективная мощность N_{e -} это мощность на коленчатом валу двигателя, передаваемая трансмиссии. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности N_м, затрачиваемой на преодоление механических потерь:

N_e = N_i - N_м

По аналогии с индикаторной мощностью эффективную мощность (кВт) можно рассчитать по следующей формуле:

N_e = р_еV_hni/ (30Ф_дв).

Механический КПД

Механический КПД n_м - оценочный показатель механических потерь в двигателе:

n_м = L_eL_i = р_е/р_i = M_e/M_i = N_e/N_i.

При работе автомобильных двигателей на номинальном режиме значение находится в следующих пределах: для четырехтактных карбюраторных двигателей 0,7.0,85; для четырехтактных дизелей без наддува 0,7.0,82, с наддувом 0,8-0,9; для газовых двигателей 0,75.0,85; для двухтактных высокооборотных дизелей 0,7-0,85.

Эффективный удельный расход топлива

Эффективный удельный расход топлива ge при известных эффективной мощности Ne и расходе топлива GT определяют по формуле:

g_e = 10³G_т/N_e

Единица измерения эффективного удельного расхода топлива: г/ (кВт ч).

При работе двигателя на жидком топливе связь между g_e и n_е следующая:

n_е = 3,6 10³/ (g_eQн)

Для автомобильных двигателей, работающих на номинальном режиме, значения эффективного КПД находятся в следующих пределах: для карбюраторных двигателей 0,25.0,33; для дизелей 0,35-0,4. При этом значение эффективного удельного расхода топлива составляет: для карбюраторных двигателей 300.370 г/ (кВт ч); для дизелей с неразделенными камерами сгорания 245.270 г/ (кВт ч).

37. Показатели экономичности двигателя. Способы улучшения экономичности

Склонность бензинов к калильному зажиганию. При полной оценке качества автобензинов определяют также их способность к калильному зажиганию - косвенный показатель склонности к нагарообразованию. Калильное число - показатель, характеризующий вероятность возникновения неуправляемого воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя вне зависимости от момента подачи искры свечей зажигания. Оно связано с появлением "горячих" точек в камере сгорания. Калильное зажигание делает процесс сгорания неуправляемым. Оно сопровождается снижением мощности и топливной экономичности двигателя и т.д. Калильное зажигание принципиально отличается от детонационного сгорания. Сгорание рабочей смеси после калильного зажигания может протекать с нормальными скоростями без детонации. КЧ выше у ароматических углеводородов и низкое у изопарафинов. ТЭС и сернистые соединения повышают склонность бензина к отложениям нагара. Основные направления борьбы с калильным зажиганием - это снижение содержания ароматических углеводородов в бензине, улучшение полноты сгорания путем совершенствования конструкций ДВС и применение присадок.

Ускоренное окисление бензинов при применении в карбюраторных двигателях вызывает образование смолистых отложений во впускном трубопроводе. Здесь благодаря действию воздуха, повышенной температуры и металла создаются наиболее благоприятные условия для окисления бензина, причем происходит энергичное радикально-цепное окисление не только углеводородной части бензина, но и ранее накопившихся смолистых веществ с образованием продуктов, не растворяющихся в бензине. Отложения во впускном трубопроводе уменьшают его проходное сечение и затрудняют подвод тепла к рабочей смеси. Вследствие этого ухудшается наполнение цилиндров и затрудняется испарение топлива, что, в свою очередь, приводит к снижению мощности и экономичности двигателя. Состав отложений по ходу впускного тракта не постоянен. Отложения, образующиеся непосредственно за карбюратором, в основном состоят из асфальтенов. В отложениях на тюльпанах впускного клапана всего 3 - 5% асфальтенов, а 2/з отложений составляют карбены и карбоиды.

Преждевременное воспламенение горючей смеси сопровождается снижением мощности и топливной экономичности двигателя, а в ряде случаев приводит к прогоранию и механическому разрушению поршней, залеганию колец и другим механическим повреждениям деталей цилиндропоршневой группы. Оценку склонности бензина к калильному зажиганию проводят по двум, принципиально разным методикам.

Таким образом, калильное зажигание нарушает нормальное протекание процесса сгорания, делает его неуправляемым, приводит к снижению мощности и ухудшению экономичности двигателя. Интенсивное калильное зажигание вызывает прогорание и механическое разрушение поршней, залегание поршневых колец, обгорание кромок поршней и клапанов, разрушение подшипников, обрыв шатунов и поломку коленчатых валов. В последнее время зарубежные специалисты расценивают борьбу с преждевременным воспламенением в двигателях. Калильные свойства углеводородов: с высокой степенью сжатия.

Отложения, образующиеся во впускном трубопроводе, обладают плохой теплопроводностью, что затрудняет подвод тепла к рабочей смеси и тем самым ухудшает условия испарения топлива. Огложения такого типа, образующиеся на штоках и тарелках впускных клапанов, нарушают нормальную работу клапанного механизма и могут привести к зависанию клапанов. Все эти явления сопровождаются снижением мощности и экономичности двигателя.

При окислении нестабильных углеводородов и неуглеводородных примесей в бензинах образуются высокомолекулярные смолистые вещества. При испарении бензина в диффузоре карбюратора и впускном трубопроводе смолистые соединения могут отлагаться на стенках и под действием высокой температуры превращаться в твердые отложения. Слой таких отложений на стенках впускного трубопровода создает дополнительное сопротивление для горючей смеси, затрудняет подвод тепла к смеси и ухудшает условия испарения. Подобные отложения на штоках и тарелках клапанов нарушают работу клапанного механизма и могут привести к "зависанию" клапанов. Все эти явления сопровождаются снижением мощности и экономичности двигателя.

Для оценки склонности бензинов к образованию отложений во впускной системе разработаны специальные лабораторные методы. Суть методов состоит в определении массы смолистых веществ, остающихся в стаканчиках после испарения бензина в струе воздуха или в струе водяного пара. Смолы, определенные такими методами, называют фактическими, т.е. присутствующими в бензине в данное время. Между содержанием фактических смол в бензине и массой отложений, образующихся во впускном трубопроводе двигателя, установлена прямолинейная зависимость. В связи с тем, что содержание фактических смол во время хранения возрастает, установлены две нормы - одна на g зво месте производства бензина, другая 2дА господство в воздухе, стремление летать выше, дальше и быстрее всех определили бурное развитие двигателя этого типа. Совершенствование двигателя шло по пути снижения его удельного веса, повышения литровой мощности, увеличения общей мощности, повышения к. п. д. и экономичности двигателя.

Во впускном трубопроводе двигателя и на клапанах, они приводят к падению мощности и экономичности двигателя, а иногда и к полной его аварийной остановке.

Детонация вызывает резкое уменьшение мощности и экономичности двигателя и действует разрушительно на ряд основных деталей. Борьба с детонацией прежде всего является борьбой за рациональную организацию сгорания топлива, в которой проблема подбора топлива играет решающую роль в качестве одного из наиболее эффективных методов уменьшения склонности двигателя к детонации. Чрезвычайная сложность явления детонации обусловила то, что, несмотря на огромное число исследований, посвященных этому явлению, природа его до сих пор еще не вполне установлена, как равно еще. недостаточно учтена степень влияния на детонацию различных факторов. Несомненно, что детонация представляет собою особый характер протекания сгорания в двигателе, сопровождающегося очень быстрым воспламенением горючей смеси и связанной с этим большой скоростью выделения тепловой энергии. Переход нормального сгорания в детонацию может быть связан не только с громадным увеличением скорости протекания реакций, но также и с изменением характера реакций сгорания. Процесс детонации включает одновременно достаточно быстрое протекание реакций, обусловливающих бурное выделение энергии, и связанные с этим физические явления, влияющие как на состояние рабочего тела, так и на протекание самих исходных реакций. Явление детонации, обусловленное процессами, происходящими в газах, зависит почти от всех параметров работы двигателя, так как они отражаются на характере этих процессов, воздействуя или непосредственно на химический состав горючей смеси.

В то же время утяжеление топлива ухудшает условия распиливания, уменьшает скорость образования рабочей смеси, приводит к повышенному дымлению и снижению экономичности двигателя. Оптимальный фракционный состав диктуется конструктивными особенностями дизелей и условиями их эксплуатации. Так, стандартом на дизельное топливо для автотракторных, тепловозных и судовых дизелей установлены следующие температуры перетопки 50% топлива: летнего - не выше 200°С, зимнего - не выше 250°С, арктического - не выше 240°С.

Совершенствование ВРД и реактивных самолетов всегда было направлено на дальнейшее увеличение высоты и скоростей полета, повышение моторесурса, надежности и экономичности двигателей, обеспечение безопасности полетов. В зависимости от развиваемых скорости и высоты полета принято классифицировать ВРД и соответственно топлива на два типа: для дозвуковых и сверхзвуковых реактивных самолетов.

Некоторые данные свидетельствуют о том, что углеводороды и углеводородные топлива лишь незначительно различаются по теплоте сгорания, поэтому повышение мощности или экономичности двигателей за счет использования бензинов с каким-то повышенным "энергозапасом" не представляется возможным. Каких-либо присадок или добавок, резко повышающих теплоту сгорания, пока не найдено. Для некоторых специальных целей теплоту сгорания углеводородных топлив увеличивают за счет использования индивидуальных углеводородов ацетиленового ряда, добавления металлических суспензий, боргидридов и т.п. Однако такие способы слишком дороги, ограничены ресурсами.

Стремление к более полному использованию детонационной стойкости топлива и улучшению топливной экономичности двигателей на частичных нагрузках привело к созданию ряда конструкций двигателей с переменной степенью сжатия. Предлагаемые конструкции предусматривают увеличение степени сжатия двигателя при работе на частичных нагрузках, когда это не лимитируется детонацией. К сожалению, конструктивные усложнения, вводимые в двигателях с переменной степенью сжатия, пока столь велики, что они не компенсируются получаемыми преимуществами.

Образование нагара в цилиндрах приводит к снижению мощности и топливной экономичности двигателей и сокращает срок их службы. 'Уменьшение нагарообразования может быть достигнуто улучшением качества применяемых топлив, совершенствованием камерах других типов, может оставаться на уровне 100-130 кг/см². Экономичность этих двигателей приближается к экономичности двигателей с неразделенной камерой.

В зависимости от функционального назначения и условий эксплуатации техника комплектуется двигателями внутреннего сгорания с разными технико-эксплуатационными параметрами и мощностью - карбюраторными, дизельными, воздушно-реактивными, газотурбинными. В результате определяется объем потребления моторных топлив по их видам и качественной характеристике - автомобильные и авиационные бензины, реактивные, дизельные, моторные, газотурбинные топлива. Качественные требования к этим топливам функционально зависят от условий эксплуатации техники, в том числе природно-климатических, и степени форсирования двигателей. Потребность в моторных топливах даже при условии роста объемов работ и парка технических средств может быть снижена за счет улучшения топливной экономичности двигателей и технических средств.

В связи с этим в ведущих капиталистических странах - крупных продуцентах автомобилей - в период энергетического кризиса был широко развернут комплекс научно-технических работ по повышению топливной экономичности двигателей и автомобиля в целом. Эти работы ведутся в следующих основных направлениях: повышение эффективного к. п. д. двигателя и трансмиссии, снижение собственной массы автомобиля, применение электронной системы контроля режима работы двигателя, уменьшение аэродинамического сопротивления, снижение сопротивления качению. Большое значение придается также мастерству вождения автомобиля, качеству автомобильных дорог и оптимальной организации рабочих процессов при эксплуатации.

Карбюраторная система приготовления смеси претерпела длительный путь развития и усовершенствования отдельных узлов вплоть до применения систем современных многокамерных карбюраторов. Относительная простота конструкции и технического обслуживания карбюратора, высокая эксплуатационная надежность все еще обусловливают массовое применение его в автомобильной технике. Однако в связи с необходимостью повышения топливной экономичности двигателей и уменьшения их экологической опасности в последние годы электронная промышленность освоила микросхемы и микропроцессоры для создания надежного и оптимального дозирования топлива на всех режимах работы двигателя.

Некоторые данные свидетельствуют о том, что углеводороды и углеводородные топлива лишь незначительно различаются по теплоте сгорания, поэтому повышение мощности или экономичности двигателей за счет использования бензинов с каким-то повышенным "энергозапасом" не представляется возможным. Стремление к более полному использованию детонационной стойкости топлива и улучшению топливной экономичности двигателей на частичных нагрузках привело к созданию ряда конструкций двигателей с переменной степенью сжатия. Предлагаемые конструкции предусматривают увеличение степени сжатия двигателя при работе на частичных нагрузках,

Ужесточение экологических требований к качеству смазочных материалов в первую очередь сказалось на стремлении эксплуатационников к выбору высококачественных моторных масел с повышенным ресурсом для снижения их удельного расхода, увеличения сроков смены и снижения содержания токсичных компонентов в выхлопных газах автомобильных двигателей. Высокие темпы дизелизации транспорта привели к качественному обновлению ассортимента потребляемых масел, не увеличив объема их производства. Формулирование требований к качеству смазочных материалов исходит, таким образом, из необходимости повышения экономичности двигателей и снижения экологической опасности при их эксплуатации.

Повышение экономичности и мощности двигателей всех типов может быть осуществлено за счет снижения механических потерь, на преодоление которых затрачивается 8.12 % теплоты сгорании топлива. Значение механического КПД можно увеличить, уменьшая потери на трение деталей КШМ и на приведение вспомогательных механизмов двигателя и увеличивая индикаторную мощность Р. Необходимо также учитывать, что наибольшая величина Мм имеет место при работе двигателя на полной нагрузке при малых скоростных режимах. Для уменьшения механических потерь в приводе, например, вентилятора системы охлаждения там устанавливают автоматически отключаемую муфту, что позволяет уменьшать потери мощности на привод вентилятора путем его отключения на некоторых режимах работы. Увеличение коэффициента наполнения в современных быстроходных двигателях обеспечивается применением верхнего расположения клапанов, двухкамерных карбюраторов, автоматического регулирования фаз газораспределения, уменьшением сопротивления впускной системы. Одним из наиболее эффективных мероприятий, увеличивающих литровую мощность двигателя, является наддув. Под наддувом понимается принудительная подача свежего заряда в цилиндры двигателя под давлением, превышающим давление окружающей среды. Из формулы (5.8) видно, что чем больше давление и меньше температура окружающей среды, определяющие давление и температуру при наполнении цилиндра, тем больше масса свежего заряда, а следовательно, мощность двигателя. Плотность, а значит, и массу свежего заряда можно значительно увеличить, повышая давление перед поступлением в цилиндры, что и делается при наддуве. Для наддува двигателей применяются центробежные и объемные нагнетатели. Привод центробежных нагнетателей осуществляется или от коленчатого вала двигателя, или от специальной газовой турбины, использующей энергию отработавших газов (газотурбинный наддув). Для охлаждения наддувочного воздуха применяют специальные охладители. Увеличение индикаторной мощности при газотурбинном наддуве приводит к некоторому росту х\ы и снижает удельный расход топлива. При величине давления наддува рк = 0,15.0,2 МПа степень повышения эффективной мощности составляет Iек =1,4.1,7, при рк > 0,2 МПа ieK > 2,0. В карбюраторных двигателях наддув почти не применяется из-за опасности возникновения детонации. Влияние частоты вращения коленчатого вала на литровую мощность двигателя необходимо оценивать по комплексному множителю. Учм - При повышении частоты вращения для форсирования двигателя необходимо, чтобы этот множитель был максимальным. На развиваемую двигателем мощность и его экономичность оказывают влияние условия технической эксплуатации. Здесь прежде всего надо отметить необходимость организации оптимального технического обслуживания, соблюдения рекомендованных заводом-изготовителем технических регулировок в механизмах и системах двигателя. Оценка различных путей реализации рассмотренных направлений приводит к выводу, что наиболее эффективными методами повышении экономических показателей двигателя являются:

повышение степени сжатия и использование бедных горючих смесей;

совершенствование качества смесеобразования и повышение механического КПД;

соблюдение условий технической эксплуатации двигателя. Повышения мощности двигателя, кроме того, можно достичь следующими способами:

увеличением объема двигателя;

повышением частоты вращения коленчатого вала;

переходом с четырехтактного цикла на двухтактный;

увеличением массы циклового заряда за счет совершенствования процесса газообмена и за счет наддува и промежуточного охлаждения заряда.

38. Механические потери в ДВС

Часть индикаторной мощности двигателя затрачивается на преодоление механических потерь (внутренние потери и привод компрессора или продувочного насоса). Внутренние потери включают все виды механического трения, потери при газообмене и на привод вспомогательных механизмов (вентилятор, генератор, топливный и прочие насосы), вентиляционные потери, обусловленные движением деталей двигателя при больших скоростях в среде воздушно-масляной эмульсии и воздуха, газодинамические потери при протекании заряда в дизелях с разделенными камерами сгорания. Среднее давление механических потерь - удельная работа механических потерь при осуществлении одного цикла или работа механических потерь, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндра. Среднее давление механических потерь можно представить в виде суммы средних давлений потерь на трение, на газообмен, на привод вспомогательных механизмов, на привод компрессора и вентиляционных. pмл=Pт+pr+pв. м.+pk+pв. Мощность механических потерь: Nм. п. =Nт+Nr+Nв. м. +Nв+Nк

Для преодоления своих внутренних механических потерь даже самые безупречные двигатели внутреннего сгорания (далее - ДВС) затрачивают 12 - 20 % горючего. А если прибавить к этому не менее 10% потерь в трансмиссиях машин, то получится, что около 30 % топлива в ДВС расходуется для преодоления силы трения и на износ деталей машины.

Помимо миллионов автомобилей на сегодняшний день в мире существует миллионы единиц другой техники - дорожно-строительной, сельскохозяйственной, специального назначения, электростанций, а также речной и морской транспорт. Сотни миллионов тонн топлива ежегодно сжигается в двигателях. А если учесть, что треть горючего расходуется для преодоления внутренних механических потерь, то одна из приоритетных задач - свести к минимуму этот расход. Даже снижение внутренних механических потерь в механизмах и машинах на 1 % позволят сэкономить миллиарды литров горючего, а в воздух не будут выбрасываться десятки миллионов тонн вредных веществ и парниковых газов. Будет сэкономлено миллионы тонн ограниченных и невосполняемых запасов, таких как нефть, природный газ.

39. Смесеобразование в дизельных двигателях

Способ смесеобразования определяет устройство камеры сгорания дизельного двигателя.

В зависимости от устройства камеры сгорания существует несколько типов быстроходных дизельных двигателей, которые делятся на двигатели с неразделенными камерами сгорания, получившими название двигателей с непосредственным впрыском топлива, и двигатели с разделенными камерами предкамерного и вихревого типов.

У двигателей с непосредственным впрыском топлива весь объем камеры сгорания сосредоточен в надпоршневом пространстве, причем камеру сгорания часто располагают в днище поршня. В этом случае конфигурация камеры сгорания должна способствовать лучшему смесеобразованию. Основной объем камеры сгорания находится в выемке, расположенной в средней части днища поршня. Между выступающей периферийной частью поршня и головкой цилиндра в конце хода сжатия образуется кольцевой зазор, воздух из которого вытесняется в направлении камеры сгорания. При этом создаются вихревые потоки воздуха, обеспечивающие лучшее распыливание впрыскиваемого топлива и хорошее перемешивание его с воздухом.

Для наиболее равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания применяют многодырчатые форсунки, создающие не одну, а несколько струй топлива: эти струи образуют общий факел распыливания.

Относительно небольшая поверхность камеры сгорания у двигателей с непосредственным впрыском топлива способствует снижению тепловых потерь и соответственно увеличению количества тепла, превращаемого в полезную работу. Поэтому двигатели с непосредственным впрыском топлива отличаются наибольшей топливной экономичностью и хорошими пусковыми качествами.

К недостаткам дизельных двигателей этого типа относится более жесткая работа, вызываемая высокими темпами нарастания давления.

Жесткость работы двигателя тем меньше, чем короче период задержки воспламенения топлива. Чтобы ускорить процесс подготовки топлива к самовоспламенению и, следовательно, уменьшить жесткость работы двигателя, факел распыливания поступающего в цилиндр топлива направляют так, чтобы частицы топлива попадали на наиболее нагретые участки камеры. Если камера сгорания расположена в днище поршня, топливо направляют на стенки углубления в днище, имеющие высокую температуру.

Компактные камеры сгорания двигателей с непосредственным впрыском топлива позволяют получить быстрое протекание процесса смесеобразования, что необходимо при повышении частоты вращения. С ростом быстроходности дизельных двигателей повышается их литровая мощность, поэтому они получили широкое применение в современных автомобилях.

У предкамерных дизельных двигателей камера сгорания разделена на две части: большая, основная, ее часть 2 находится над поршнем, а меньшая (около 30%) вынесена в предкамеру 1. Особенность рабочего процесса таких двигателей заключается в том, что топливо впрыскивается не в основное пространство камеры сгорания, а в предкамеру, соединенную с ним одним или несколькими отверстиями. Частично сгорая в предкамере, оно значительно повышает давление в ней. Под действием этого давления остальное топливо поступает в основную камеру сгорания. При этом оно хорошо распыливается и интенсивно перемешивается с воздухом в надпоршневом пространстве.