В число механизмов и систем двигателя, а также их основных показателей входят следующие.
Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня (поршней) во вращательное коленчатого вала. Кроме того, он участвует в преобразовании тепловой энергии в механическую.
Действие механизма состоит в том, что поршень, совершая возвратно-поступательное движение через шатун, вращает коленчатый вал 1 в подшипниках.
При возвратно-поступательном движении поршни занимают различные положения, при которых изменяется объем цилиндра.
Верхняя мертвая точка (в. м.т.) — такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от дна поршня до оси коленчатого вала наибольшее.
Нижняя мертвая точка (н. м.т.) — положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от дна поршня до оси коленчатого вала наименьшее.
Ход поршня S равен перемещению его между мертвыми точками.
Рабочий объем цилиндра Vh — равен объему, освобожденному поршнем, при движении от в. м. т. к н. м. т.
Объем камеры сжатия Ус — объем, образующийся над поршнем, когда он находится в в. м. т.
Рис. 1. Основные части двигателя внутреннего сгорания: 1 — кривошипно-шатунный механизм; 2 — газораспределительный механизм; 3— система питания; 4 — система охлаждения; 5 — вентиляция картера; 6 — уравновешивающий механизм; 7 — смазочная система; 8 — система пуска; 9 — поддон; 10 — блок цилиндров; 11 — головка цилиндров.
Газораспределительный механизм (см. рис. 3) предназначен для сообщения камеры сгорания цилиндра (в строго установленные моменты) с впускным и выпускным каналами двигателя.
Уравновешивающий механизм устанавливают на некоторых двигателях для устранения вредного действия инерционных сил, возникающих при работе криво-шипно-шатунного механизма.
Системы питания и регулирования служат для очистки воздуха и топлива от механических примесей и воды и подачи их в камеру сгорания, а также для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала двигателя во время его работы с переменными нагрузками.
Смазочная система обеспечивает очистку и подачу чистого масла к рабочим поверхностям деталей двигателя для уменьшения трения и отвода излишней теплоты от них.
Система охлаждения отводит избыточную теплоту от деталей двигателя и поддерживает необходимый тепловой режим во время его работы.
Система пуска используется для вращения коленчатого вала при пуске двигателя.
Система зажигания применяется у двигателей, работающих на бензине, для воспламенения рабочей смеси. У тракторных двигателей, работающих на дизельном топливе, такая система отсутствует, а топливо самовоспламеняется от высокой температуры, образующейся в камере сгорания на такте сжатия.
Вентиляция картера двигателя. Во время работы двигателя, через неплотности между поршневыми кольцами и цилиндрами, из камер сгорания в картер поступают продукты сгорания, воздух, пары топлива и воды. Эти вещества, попадая в картер и перемещаясь с распыленным маслом, вызывают его ускоренное старение, коррозию деталей двигателя, создают в камере повышенное давление и утечку масла через различные уплотнения двигателя.
Рис. 2. Схема двигателя: а — поршень в верхней мертвой точке; б — поршень в нижней мертвой точке; 1 — коленчатый вал; 2 — поршень; 3 — шатун; 4 — цилиндр.
Для того чтобы избежать повышения чрезмерного давления, на двигателе устанавливают устройство под названием сапун, при помощи которого картер сообщается с атмосферой, окружающей двигатель; через него и выходят наружу все прорвавшиеся газы из камеры сгорания. Если в картере двигателя после прекращения его работы давление остывшего в нем воздуха окажется ниже атмосферного, то воздух из атмосферы войдет через сапун в картер и устранит вакуум.
Сапуны у разных двигателей делают по-разному: у одних, например, сапун представляет собой трубку А, у основания которой установлена фильтрующая набивка из стальной проволоки, предназначенной для защиты картера от попадания в него пыли, песка и предотвращения выброса из картера масла в атмосферу. У других двигателей сапун Б соединен с крышкой заливного патрубка для заправки маслом.
—
На отечественных тракторах установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания. Принцип их работы основан на свойстве нагреваемых газов расширяться.
Ниже приведено назначение механизмов и систем двигателей.
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает силу давления газов, нагревшихся при сгорании топливовоздушной смеси, и преобразует возвратно-поступательное движение поршйя во вращательное движение коленчатого вала. Этот механиз двигателя состоит из цилиндра с головкой, поршня с кольцами поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала, маховика картера (с поддоном).
Распределительный механизм своевременно впускает в цилиндр топливовоздушную смесь (у карбюраторных двигателей) или воздух (у дизелей) и выпускает из цилиндра отработавшие газы. Механизм образуют распределительный вал, шестерни, клапаны и их пружины, коромысла, штанги и толкатели.
Система питания и регулирования обеспечивает двигатель нужным количеством топливовоздушной смеси определенного состава.
Система охлаждения поддерживает нормальный тепловой режим работающего двигателя.
Система смазки подает масло к трущимся деталям двигателя, которое уменьшает трение и износ.
Система зажигания обеспечивает у карбюраторных двигателей воспламенение в цилиндре рабочей смеси.
Система пуска обеспечивает пуск двигателя.
Если перемещать поршень в цилиндре, коленчатый вал начнет вращаться, и наоборот, если вращать коленчатый вал, поршень будет двигаться вверх и вниз, т. е. возвратно-поступательно.
Крайние положения поршня называют мертвыми точками: в верхней мертвой точке (ВМТ) поршень наиболее удален от оси коленчатого вала, а в нижней (НМТ) максимально приближен к оси коленчатого вала. В мертвых точках скорость поршня равна нулю.
Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом S поршня. Ход поршня равен удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала.
Пространство цилиндра над поршнем, находящимся в ВМТ, называют камерой сгорания (Vc), а пространство над поршнем, когда он находится в НМТ, — полным объемом цилиндра (Уд).
Пространство, освобожденное поршнем при перемещении из ВМТ к НМТ, называется рабочим объемом цилиндра (Vh). Это разность между полным объемом цилиндра и объемом камеры сгорания.
Рис. 3. Одноцилиндровый поршневой двигатель: а — схема устройства; б — основные обозначения; 1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3—картер; цилиндр; 5 — шатун; 6 — поршень; 7 — поршневой палец; 8 — головка цилиндра; 9 — канал для впуска воздуха или горючей смеси; 10 и 15 — клапаны; 11 и 14 — пружины клапанов; 12 и 13 — коромысла; 16 — канал для выпуска отработавших газов; 11 — штанга толкателя; 18 — толкатель; 19 — кулачок; 20 — распределительный вал; 21 и 22 — шестерни привода распределительного вала.
Список механизмов двигателя трактора
Перечислим основные механизмы двигателя трактора:
- Кривошипно-шатунный механизм предназначен, чтобы преобразовывать возвратно-поступательные поршневые движения во вращательные у коленчатого вала. В дополнение данный элемент способствует преобразованию энергии из тепловой в механическую.
Данный механизм работает на основании совершения возвратно-поступательных движений поршня через систему шатуна и коленчатого вала в подшипниках. При таком движении сами поршни по очереди занимают разные положения, за счет чего происходит изменение объема у цилиндра.
В верхней мертвой точке положение поршня внутри цилиндра обеспечивает наибольшее расстояние между дном поршня и осью коленчатого вала. А нижней мертвой точке соответствует положение поршня с наименьшим идентичным расстоянием. Перемещение между верхней и нижней точками равны ходу поршня.
На основании этого можно сделать вывод, что рабочий объем цилиндра равен тому объему, который освобождается поршнем во время движения от одной точки к другой. А объем сжатия камеры равен объему, который образуется над поверхностью поршня в положении одной из этих точек.
- Газораспределительный механизм необходим для организации сообщения между камерой сгорания цилиндра и впускного и выпускного двигателя.
- Уравновешивающий механизм устанавливается на некоторых моторах с целью устранить вредное действие от инерционных сил, которые возникают вследствие работы кривошипно-шатунного механизма.
- Системы регулирования и питания требуются для очистки воздушных потоков и топливной жидкости от воды и примесей механического характера. Помимо этого они подают все это в камеру сгорания и обеспечивают равномерное вращение коленчатого вала при переменных нагрузках.
- Система охлаждения позволяет отвести избыточную влагу от элементов двигателя, а заодно поддержать тепловой режим при функционировании.
- Система пуска запускает режим вращения коленчатого вала, как только происходит запуск мотора.
- Система зажигания характерна для бензиновых двигателей. Необходима для зажигания смеси. Если же используется дизельный движок, такой системы уже в конструкции не предусмотрено. В таком случае топливная жидкость воспламеняется за счет высокого температурного режима, которая образуется внутри камеры сгорания.
Вентиляция картера. Отсутствие плотности у поршневых колец и цилиндров обеспечивает поступление продуктов горения, воздуха, паров топлива и воды из камер сгорания внутрь картера. Это способствует ускоренному старению компонента.
Чтобы избежать последнего фактора, на моторе производится установка устройства сапуна, который организует сообщение с атмосферой, которая окружает движок. С его помощью вредные вещества выходят наружу.
В большинстве случаев сапуны выполняются в виде трубок, на основании которых устанавливают фильтрующую набивку из проволоки, выполненной из стали. Последняя предназначена для защиты картера от грязевых частиц в виде песка, пыли и попадания масляной жидкости. Второй вариант сапуна соединяется с крышкой у заливного патрубка с целью заливки масла.
На большинстве современных отечественных тракторов присутствуют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Поэтому базовый механизм работы основан на свойствах расширения газов при нагревании.
Проблематика работы смазочной системы
В связи с истощением запасов минерального топлива для работы двигателей внутреннего сгорания и вредом от его использования на сельскохозяйственных и промышленных предприятиях, остро стоит вопрос о замене минерального топлива альтернативным. Анализ таких работ учеными показывает, что одним из них является газ.
Это природный газ, запасы которого значительно превышают запасы нефти, из которой сейчас добывается минеральное топливо. Кроме того, при сжигании природного газа в двигателе внутреннего сгорания выделяются ядовитые вещества, которые гораздо менее вредны для живых организмов.
В настоящее время наиболее распространена двухфазная энергосистема, в которой дизельное топливо используется в качестве воспламеняющей среды при запуске, а сжатый природный газ (КПГ) используется при нормальной работе. Это позволяет снизить количество вредных веществ, выделяемых при работе двигателя внутреннего сгорания. Использование сжатого природного газа позволяет снизить расход дизельного топлива на 50% и выбросы токсичных компонентов газа в атмосферу на 10%.
При этом надежности таких систем уделяется гораздо меньше внимания. Систему двухтопливного газоснабжения дизельного двигателя рекомендуется обслуживать в соответствии с правилами, действующими для двигателей на минеральном топливе, с дополнительным контролем элементов системы газоснабжения. Смазочная система двигателей тракторов имеет стандартную схему работы, о которой и пойдет речь ниже.
На что расходуется механическая энергия двигателя
Вся энергия, которую вырабатывает дизельный мотор, предназначена для поддержания рабочих процессов во всех системах и механизмах трактора:
- Передвижение машины — функционирование ходовой части.
- Насосы, которые обеспечивают бесперебойную работу различных систем трактора (гидравлическая, топливная, охлаждающая, смазочная).
- Электрический генератор, который вырабатывает ток для бортового оборудования.
- Вал отбора мощности, передающий часть энергии на с/х агрегаты, установленные на основной машине.
Система смазки тракторных двигателей
Двигатели внутреннего сгорания МТЗ оснащены смазывающей системой, в состав которой входят трубопроводные магистрали, специальные устройства, предназначенные для доставки моторных масел к трущимся поверхностям рабочих узлов и деталей. Благодаря смазочным веществам, значительно снижается сила трения между металлическими деталями, что способствует увеличению эксплуатационного срока всего двигателя.
На тракторах МТЗ используется система смазки комбинированного типа. Масло под давлением подаётся на трущиеся поверхности коренных и шатунных подшипников коленвала, клапанов, шестерённых колёс, деталей распредвала и пр. Остальные узлы и детали смазываются посредством разбрызгивания.
Основные детали и узлы смазочной системы:
- масляный шестеренчатый насос;
- масляный радиатор;
- фильтр очистки масла центробежного типа;
- соединительные трубки и устройства;
- приборы, контролирующие уровень температуры, давления, уровня смазочных материалов в системе.
Назначение механизмов двигателей
Рассмотрим назначение механизмов двигателей тракторов:
- Кривошипно-шатунный механизм отвечает за восприятие силы давления газов, которые нагреваются во время сгорания топливовоздушной смеси и затем преобразуются один вид движения в другой, передавая его в коленчатый вал. В конструктивном плане состоит из цилиндра, поршня с кольцами, шатуна, коленчатого вала и маховика картера.
- Распределительный механизм предназначен для своевременного впуска топливовоздушной смеси или воздушных потоков внутрь цилиндра, а также выпуска отработанных газов. Данный механизм состоит из распределительного вала, клапанов и пружинного механизма, коромысел, штанг и толкателей.
Дополнительно для понимания работы механизмов двигателя трактора следует рассмотреть и его основные системы:
- Питание и регулирование обеспечивается при помощи поступления необходимых объемов топливно-воздушной смеси с определенным составом.
- Система охлаждения способна поддерживать оптимальный тепловой режим мотора.
- Смазочная система осуществляет подачу масляной жидкости к деталям двигателя, для которых характерно образование трения и повышенного износа вследствие трения.
- Система зажигания у карбюраторных движков выполняет процесс воспламенения рабочей смеси внутри цилиндра.
- Система пуска отвечает за запуск мотора.
