Вспомогательные механизмы приборы и оборудование ДВС

Принцип работы и устройство двигателя

Двигатель внутреннего сгорания называется так потому что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя. Выделяемая в этом процессе энергия преобразуется в механическую работу.

В процессе эволюции ДВС выделились несколько типов двигателей, их классификация и общее устройство:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на:
  • карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;
  • инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
  • дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается до температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. Здесь тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
• Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. Особенности их устройства заключаются в преображении тепловой энергии в механическую работу с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Далее рассматриваются только поршневые двигатели, так как только они получили широкое распространение в автомобильной промышленности. Основные причины тому: надежность, стоимость производства и обслуживания, высокая производительность.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Первые поршневые ДВС имели лишь один цилиндр небольшого диаметра. В дальнейшем, для увеличения мощности сначала увеличивали диаметр цилиндра, а потом и их количество. Постепенно двигатели внутреннего сгорания приняли привычный нам вид. “Сердце” современного автомобиля может иметь до 12 цилиндров.

Наиболее простым является двигатель с рядным расположением цилиндров. Однако, с увеличением количества цилиндров растет и линейный размер двигателя. Поэтому появился более компактный вариант расположения — V-образный. При таком варианте цилиндры расположены под углом друг к другу (в пределах 180-ти градусов). Обычно используется для 6-цилиндровых двигателей и более.

Одна из основных частей двигателя — цилиндр (6), в котором находится поршень (7), соединенный через шатун (9) с коленчатым валом (12). Прямолинейное движение поршня в цилиндре вверх и вниз шатун и кривошип преобразуют во вращательное движение коленчатого вала.

На конце вала закреплен маховик (10), назначение которого придавать равномерность вращению вала при работе двигателя. Сверху цилиндр плотно закрыт головкой блока цилиндров (ГБЦ), в которой находятся впускной (5) и выпускной (4) клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Клапаны открываются под действием кулачков распределительного вала (14) через передаточные механизмы (15). Распределительный вал приводится во вращение шестернями (13) от коленчатого вала.
Для уменьшения потерь на преодоление трения, отвод теплоты, предотвращения задиров и быстрого износа трущиеся детали смазывают маслом. В целях создания нормального теплового режима в цилиндрах двигатель должен охлаждаться.

Но главная задача – заставить работать поршень, ведь именно он является главной движущей силой. Для этого в цилиндры должны подаваться горючая смесь в определенной пропорции (у бензиновых) или отмеренные порции топлива в строго определенный момент под высоким давлением (у дизелей). Топливо воспламеняется в камере сгорания, отбрасывает поршень с большой силой вниз, тем самым приводя его в движение.

Принцип работы двигателя

Из-за низкой производительности и высокого расхода топлива 2-тактных двигателей практически все современные двигатели производят с 4-тактными циклами работы:

1. Впуск топлива;
2. Сжатие топлива;
3. Сгорание;
4. Вывод отработанных газов за пределы камеры сгорания.

Точка отсчета — положение поршня вверху (ВМТ — верхняя мертвая точка). В данный момент впускное отверстие открывается клапаном, поршень начинает движение вниз и засасывает топливную смесь в цилиндр. Это первый такт цикла.

Во время второго такта поршень достигает самой нижней точки (НМТ — нижняя мертвая точка), при этом впускное отверстие закрывается, поршень начинает движение вверх, из-за чего топливная смесь сжимается. При достижении поршнем максимальной верхней точки топливная смесь сжата до максимума.

Третий этап – это поджигание сжатой топливной смеси с помощью свечи, которая испускает искру. В результате горючий состав взрывается и толкает поршень с большой силой вниз.

На заключительном этапе поршень достигает нижней границы и по инерции возвращается к верхней точке. В это время открывается выпускной клапан, отработанная смесь в виде газа выходит из камеры сгорания и через выхлопную систему попадает на улицу. После этого цикл, начиная с первого этапа, повторяется снова и продолжается в течение всего времени работы двигателя.

Описанный выше способ является универсальным. По такому принципу построена работа практически всех бензиновых моторов. Дизельные двигатели отличаются тем, что там нет свеч зажигания – элемента, который поджигает топливо. Детонация дизельного топлива осуществляется благодаря сильному сжатию топливной смеси. При такте «впуск» в цилиндры дизеля поступает чистый воздух. Во время такта «сжатие» воздух нагревается до 600О С. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается определенная порция топлива, которое самовоспламеняется.

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
2. Система смазки;
3. Система охлаждения;
4. Система подачи топлива;
5. Выхлопная система.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал;
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
• Детали привода клапанов;
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Система смазки

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон);
• Насос подачи масла;
• Масляный фильтр с редукционным клапаном;
• Маслопроводы;
• Масляный щуп (индикатор уровня масла);
• Указатель давления в системе;
• Маслоналивная горловина.

Система охлаждения

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя;
• Насос (помпа);
• Термостат;
• Радиатор;
• Вентилятор;
• Расширительный бачок.

Система подачи топлива

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак;
• Датчик уровня топлива;
• Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
• Топливные трубопроводы;
• Впускной коллектор;
• Воздушные патрубки;
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Выхлопная система

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор;
• Приемная труба глушителя;
• Резонатор;
• Глушитель;
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

Устройство автомобилей

Общее устройство двигателя

Анализ развития энергетических установок для автомобильного транспорта показывает, что в настоящее время двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является основным силовым агрегатом, и его дальнейшее совершенствование имеет большие перспективы.

Автомобильный поршневой двигатель внутреннего сгорания представляет собой комплекс механизмов и систем, служащих для преобразования тепловой энергии сгорающего в цилиндрах топлива в механическую работу.

Основу механической части любого поршневого двигателя составляют кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и газораспределительный механизм (ГРМ) .
Кроме того, тепловые двигателя оснащены специальными системами, каждая из которых выполняет определенные функции по обеспечению бесперебойной работы двигателя.
К таким системам относятся:

• система питания;
• система зажигания (в двигателях с принудительным воспламенением рабочей смеси) ;
• система пуска;
• система охлаждения;
• система смазки (смазочная система) .

Каждая из перечисленных систем состоит из отдельных механизмов, узлов и устройств, а также включает специальные коммуникации (трубопроводы или электропровода) .

Кривошипно-шатунный механизм двигателя

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) двигателя преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Очевидно, что передавать вращательное движение между отдельными механизмами, агрегатами и узлами автомобиля значительно проще, чем циклическое поступательное движение, которое описывает поршень, перемещаясь в цилиндре.
Кроме того, конечное звено трансмиссии автомобиля – его колеса – перемещают автомобиль посредством вращения, поэтому назначение КШМ вполне понятно.
Можно допустить, что для транспортного средства, перемещающегося по дороге с помощью, например, шагающих устройств или циклических движителей, преобразование поступательного движения во вращательное не является обязательным. Но автомобиль – колесное транспортное средство (по определению) , что обуславливает присутствие кривошипно-шатунного механизма в конструкции автомобильного двигателя.

Газораспределительный механизм двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает поступление в цилиндры двигателя заряда рабочей смеси (в двигателях с внешним смесеобразованием) или воздуха (в двигателях с внутренним смесеобразованием) , а также для удаления (выпуска) отработавших газов и продуктов сгорания топлива.
При этом газораспределительный механизм должен обеспечивать обмен газов в цилиндрах в строго определенное время, соответственно тактам работы двигателя, и в необходимом количестве, обеспечивающем качественный состав рабочей смеси для полного сгорания топлива и получения максимального эффекта от выделяемой при этом теплоты.

Система питания двигателя

В цилиндрах автомобильного двигателя сгорает смесь воздуха (точнее – кислорода, содержащегося в воздухе) и горючего, в качестве которого чаще всего используются дизельное топливо (солярка) , газовое топливо, либо бензин. Система питания предназначена для подачи топлива и воздуха в цилиндры двигателя в нужном количестве и определенных пропорциях.
Различают два основных типа систем питания двигателей: системы с внешним смесеобразованием , в которых воздух и топливо смешиваются вне цилиндра двигателя, а также с внутренним смесеобразованием , в которых топливо и воздух подаются в цилиндры раздельно и смешиваются внутри цилиндра.

К первому типу можно отнести системы питания, оснащенные специальным смесительным устройством – карбюратором, обеспечивающим распыл топлива в воздушной струе и перемешивание компонентов смеси, которая затем поступает в цилиндры двигателя. К двигателям с внешним смесеобразованием относятся некоторые типы двигателей с впрыском бензина (инжекторные двигатели с центральным или распределенным впрыском во впускной коллектор) , а также многие типы газовых двигателей.

Ко второму типу относятся дизельные и инжекторные системы питания с непосредственным впрыском, обеспечивающие заполнение цилиндров двигателя атмосферным воздухом с последующим впрыском топлива с помощью специальных устройств непосредственно в камеру сгорания, где и происходит смешивание топлива с кислородом воздуха. При этом воспламенение смеси в дизельных двигателях осуществляется посредством сильного сжатия самовоспламенением, а в инжекторных – принудительно, от искры.
Некоторые типы газовых двигателей тоже используют внутреннее смесеобразование.

Система зажигания

Назначение этой системы – принудительное воспламенение рабочей смеси в бензиновых и газовых двигателях. Дизельные двигатели не нуждаются в системе зажигания – воспламенение рабочей смеси в них осуществляется благодаря высокой степени сжатия воздуха в цилиндрах, который в буквальном смысле становится раскаленным.

В современных двигателях чаще всего используется воспламенение смеси искровым электрическим разрядом, однако, это – не единственное возможное техническое решение – так, например, в конструкциях первых тепловых двигателей внутреннего сгорания применялись запальные трубки, воспламеняющие рабочую смесь горящим веществом.
Возможны и другие способы поджигания смеси, однако, наиболее удобной для практического применения в настоящее время считается электроискровая система зажигания.

Система пуска двигателя

Система пуска обеспечивает вращение коленчатого вала двигателя при его запуске. Это необходимо для начала функционирования механизмов и систем, обеспечивающих работу двигателя – кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем питания и зажигания.

Для запуска современных автомобильных двигателей чаще всего применяются системы пуска с помощью привода от специального электрического двигателя – стартера. Этот способ запуска двигателя внутреннего сгорания является удобным, надежным и легко осуществимым. Однако, существуют и другие технические решения этой задачи, например, посредством пневматического мотора, работающего на запасе сжатого воздуха в ресиверах (специальных баллонах) автомобиля или полученного от небольшого компрессора с электроприводом.

Простейшая система пуска двигателя – заводная рукоятка, с помощью которой водитель (или его помощник) проворачивают коленчатый вал, обеспечивая тем самым начало работы механизмов и систем двигателя. В недалеком прошлом заводная рукоятка являлась непременной принадлежностью, которую водитель брал с собой в путь. Однако, при несомненной простоте этого «устройства», комфорта и удобства использования автомобиля такой метод пуска двигателя не добавляет, поэтому в кабине современного автомобиля заводную рукоятку (или, как ее называли в шутку водители – «кривой стартер») вы найдете вряд ли.
Кроме того, с помощью ручного пуска сложно запустить дизель – не позволяет высокая степень сжатия и вероятность травмирования водителя при запуске.

Система охлаждения двигателя

Как и следует из названия, эта система предназначена для поддержания баланса температуры работающего двигателя. Сжигание рабочей смеси в цилиндрах сопровождается сильным нагревом узлов и деталей двигателя, которые нуждаются в постоянном охлаждении, чтобы избежать перебоев в работе и поломок, обусловленных, например, температурными расширениями металла или даже прогоранием деталей и элементов конструкций.
Наиболее распространены два типа систем охлаждения, применяемые в автомобильных двигателях – жидкостная и воздушная; о принципах их действия можно догадаться по названию.

Из теплотехники известно, что для эффективного охлаждения двигателя необходим теплообменник, имеющий большую площадь поверхности для передачи тепла. В двигателях с жидкостным охлаждением в качестве такого теплообменника используется радиатор, состоящий из большого количества трубок, сквозь которые перемещается нагретая жидкость, отдавая тепло стенкам. Суммарная площадь поверхности трубок в радиаторе очень большая, а эффективность отвода тепла повышается специальным вентилятором, установленным рядом с радиатором.

В двигателях с воздушным охлаждением для этих целей применяют оребрение поверхностей наиболее нагреваемых деталей (цилиндров и их головок) , в результате чего площадь теплообмена значительно увеличивается.
Воздушные системы охлаждения на современных быстроходных двигателях применяются редко из-за низкой эффективности (по сравнению с жидкостной системой охлаждения) . Чаще всего охлаждение воздухом используют в низкооборотистых, мотоциклетных или небольших двигателях внутреннего сгорания, не предназначенных для выполнения тяжелой механической работы, а также для работы в условиях хорошего обдува (самолетные ДВС) .

Система смазки двигателя

Система смазки предназначена для уменьшения потерь механической энергии на преодоление сил трения, возникающих между сопрягаемыми подвижными деталями в кривошипно-шатунном и газораспределительном механизмах.
Кроме того, смазывание деталей способствует уменьшению их износа и частичному охлаждению.

Чаще всего в конструкции автомобильных двигателей применяется смазка деталей под давлением, когда из отдельного резервуара масло подается по трубопроводам и каналам с помощью насоса к деталям, нуждающимся в смазке.
Некоторые детали механизмов смазываются благодаря разбрызгиванию масла или посредством периодического окунания в масляную ванну.

Представленный ниже видеоролик поможет лучше понять общее устройство поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Вспомогательное оборудование для диагностики двигателя и его систем

20. Вспомогательное оборудование для диагностики двигателя и его систем

К вспомогательным приборам, используемым в диагностике, относятся компрессометры, вакуумметры, вакуумный насос, тестер противодавления катализатора и т. п. Эти приборы полезные, но необязательные, хотя бывают случаи, когда отсутствие одного редко используемого прибора затягивает и усложняет процесс определения неисправности.

Компрессометры и компрессографы. Компрессия — давление газов в цилиндре в конце такта сжатия, которое зависит от износа цилиндропоршневой группы, вязкости масла, частоты вращения коленчатого вала, герметичности клапанов. Замер компрессии — один из самых распространенных и информативных методов оценки состояния механизмов двигателя. Фиксируя не только максимальное значение давления сжатия, но и давление, достигавшееся после первого такта сжатия, можно получить информацию для оценки степени износа поршневых колец. Нормой принято считать первоначальный скачок давления, составляющий около 70 % максимального.

Компрессометр, представляющий собой манометр с обратным клапаном, позволяет измерить конечную величину давления, а также более наглядно оценить динамику его нарастания, что является важной информацией для опытного механика. Предпочтение следует отдавать моделям с гибким соединительным шлангом, что позволяет легко присоединить прибор в двигателях с затрудненным доступом к свечным отверстиям. Для удобства работы обязательно наличие быстросъемных разъемов — для замены адаптеров. Достаточно 3. 4 адаптеров для различных типов резьбы свечей.

Наиболее удобными являются специальные комплекты, в состав которых входит компрессометр с различными насадками и адаптерами. При прогретом двигателе наконечник компрессо-метра вставляют в отверстие для свечей зажигания (карбюраторные двигатели) или форсунки (дизельные двигатели). Коленчатый вал карбюраторных двигателей при проверке компрессии провертывают при помощи стартера с частотой 180. 200 мин-1. В дизельном двигателе компрессия замеряется во время его работы при частоте вращения коленчатого вала 500 мин”1. Проверяют компрессию несколько раз. Разность показаний не должна превышать 0,1 МПа. В зависимости от степени сжатия мини мально допустимая компрессия для карбюраторных двигателей составляет 0,45. 0,8 МПа, для дизельных — около 2 МПа. Недостатки этого метода диагностики: разряд аккумуляторной батареи при проворачивании коленчатого вала двигателя, невозможность сравнения показаний компрессометра при замере давления в разных двигателях вследствие невозможности получения одинаковой частоты вращения, невозможность определить причину низкой компрессии.

В условиях СТОА наиболее удобно использовать компрессо-графы, позволяющие измерять компрессию одновременно во всех цилиндрах и снабженные графопостроителем.

Вакуумметры. Универсальные измерители разряжения (вакуумметры) измеряют величину разряжения, образующегося за дроссельной заслонкой работающего двигателя. Информация о величине разряжения и динамике его изменения позволяет оценить состояние шатунно-поршневой группы (ШПГ), плотность прилегания клапанов к седлам, правильность работы механизма газораспределения и даже отклонение от заданного состава топливной смеси. Обычно вакуумметры выпускаются в виде универсального прибора, выполняющего также и функции вакуумного насоса.

21. Приборы для виброакустической диагностики

Наиболее перспективным методом диагностики технического состояния газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов являются виброакустические методы с применением специальной измерительной аппаратуры. Для виброакустической диагностики (ВАД) используются колебательные процессы упругой среды, возникающие при работе ШПГ. Источником этих колебаний являются газодинамические процессы (сгорание, выпуск, впуск), регулярные механические соударения в сопряжениях за счет зазоров и неуравновешенности масс, а также хаотические колебания, обусловленные процессами трения. При работе двигателя все эти колебания накладываются друг на друга и образуют случайную совокупность колебательных процессов, называемую спектром. Это усложняет виброакустическую диагностику из-за необходимости подавления помех, выделения полезных сигналов и расшифровки колебательного спектра.

Распространение колебаний в упругой среде носит волновой характер. Параметрами колебательного процесса являются частота (периодичность), уровень (амплитуда) и фаза (положение импульса колебательного процесса относительно опорной точки цикла работы механизма). Уровень измеряют смещением, скоростью или ускорением частиц упругой среды, давлением, возникающим в ней, или же возможностью колебательного процесса. Воздушные колебания называются шумами (стуками) и улавливаются с помощью микрофона. Вибрации отдельных деталей механизма измеряют с помощью пьезоэлектрических датчиков.

ВАД позволяет расшифровать колебательные процессы, так как каждая соударяющаяся пара вызывает собственные колебания, которые по своим параметрам резко отличаются как от колебаний газодинамического происхождения, так и от колебаний, вызванных трением. Величина колебаний резко изменяется при изменении зазоров, так как изменение зазоров вызывает изменение энергии соударения. Также меняется длительность соударений. Принадлежность колебаний соударяющихся пар определяют по фазе относительно опорной точки (верхняя мертвая точка, посадка клапана и т. п.).

Существует несколько методов ВАД. Наибольшее распространение получила регистрация уровня колебаний в виде мгновенного импульса в функции времени (или угла поворота коленчатого вала) при помощи осциллографа. Уровень характер спада колебательного процесса по сравнению с нормативным позволяет определить неисправность диагностируемого сопряжения. Более универсальным методом ВАД является регистрация и анализ всего спектра, т. е. всей совокупности колебательных процессов. Колебательный спектр снимают на узком характерном участке процесса при соответствующем скоростном и нагрузочном режиме работы диагностируемого механизма. Анализ спектра заключается в группировке по частотам его составляющих колебательных процессов при помощи фильтров (подобно настройке радиоприемников на соответствующую волну). Дефект выявляют по максимальному или среднему уровню колебательного процесса в полосе частот, обусловленной работой диагностируемого сопряжения по сравнению с нормативами (эталонами).

Приближенно определить шумы и стуки в двигателе можно при помощи стетоскопа.

Двигатель допускается к эксплуатации при умеренном стуке клапанов, толкателей и распределительного вала на малых оборотах холостого хода. Если обнаружены стуки в шатунных и ко ренных подшипниках коленчатого вала, двигатель к эксплуатации не допускается. Стук коренных подшипников глухой, сильный, низкого тона. Стук шатунных подшипников — среднего тона, более звонкий, чем стук коренных подшипников. При выключении зажигания стук в цилиндре проверяемого подшипника исчезает. Стук коренных подшипников прослушивается в плоскости разъема картера, а шатунных — на стенках блока цилиндров по линии движения поршня в местах, соответствующих верхней и нижней мертвым точкам.

Стуки поршневых пальцев резко металлические, пропадающие при выключении зажигания. Они прослушиваются в верхней части блока цилиндров при резком переменном режиме работы прогретого двигателя. Наличие стука указывает на повышенный зазор между пальцем и втулкой головки шатуна или на увеличенное отверстие для пальца в бобышке поршня.

Стук поршней глухой, щелкающий, уменьшающийся по мере прогрева двигателя. Стуки поршней прослушиваются в верхней части блока цилиндров со стороны, противоположной распределительному валу, при работе недостаточно разогретого двигателя (при сильном износе возможен стук поршня и на прогретом двигателе). Наличие стуков свидетельствует о значительном износе поршней и цилиндров.

Стуки клапанов звонкие, хорошо прослушиваются на прогретом двигателе при малых оборотах двигателя. Они возникают при увеличении тепловых зазоров между стержнями клапанов и носком коромысла (толкателем). Точность диагноза в значительной степени зависит от опыта механика.

Эндоскоп — единственное средство, которое позволяет без разборки двигателя с абсолютной достоверностью сделать заключение о степени износа стенок цилиндров, величине нагара, степени повреждения днищ поршней или поверхности клапанов. С помощью эндоскопа можно обнаружить наличие локальной выработки в виде вертикальной полосы на стенках цилиндров. Подобный дефект установить другими методами невозможно, необходима полная разборка двигателя.

Гибкие эндоскопы применяют в случаях, когда объект имеет сложную геометрию (двигатели внутреннего сгорания). В эндо скопах визуальная и осветительная системы состоят из волоконной оптики, смонтированной внутри гибкой трубки (рис. 5.2, а). Канал для передачи изображения состоит из большого количества волокон 2 толщиной 10 мкм и линзового объектива, который строит изображение исследуемого объекта. Изображение, полученное на противоположном конце кабеля, рассматривается через окуляр или преобразуется в цифровой код. Осветительная система представляет собой светорассеивающую линзу, вклеенную в головку прибора и световолоконный жгут 3 с нерегулярно уложенными волокнами. Конец световолоконного жгута вмонтирован в специальный наконечник, подключенный к осветителю.

Гибкие эндоскопы обычно снабжены управляемым дисталь-иым концом, изгибающимся в одном (диаметром до 6 мм) или в двух (диаметром более 6 мм) плоскостях. Угол изгиба — 90. 180°.

Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС)

Дизельный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива

ИА Neftegaz.RU. Первые судовые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) появились в начале 20-го века. Датское судно Зеландия, построенное в 1912 г, имело дизельную установку с 2-мя дизелями мощностью по 147,2 кВт.

В настоящее время основную часть устанавливаемых на судах главных энергетических установок составляют ДВС.

Паротурбинные установки имеют только суда с мощностью двигателей от 14700 до 22 100 кВт.

Дизельная энергетическая установка состоит из 1-го или нескольких основных двигателей, а также из обслуживающих их механизмов.

В зависимости от способа осуществления рабочего цикла ДВС разделяют на 4-тактные и 2-тактные.

Дополнительное увеличение мощности достигается с помощью наддува.

По частоте вращения ДВС разделяются на:

• малооборотные дизели с частотой вращения 100-150 об/мин, которые непосредственно приводят в движение судовой движитель;
• среднеоборотные – 300-600 об/мин, которые приводят в движение судовой движитель через редуктор.

До конца 1960 х гг. на судах устанавливали реверсивные главные двигатели, позволяющие судну осуществлять задний ход. Только при малых мощностях для реверса ДВС использовали специальные устройства (реверсредукторы), дающие возможность маневрирования.

В 60-х гг одновременно с появлением винтов регулируемого шага начали в качестве главного двигателя применять нереверсивные ДВС вначале на малых судах, траулерах и буксирах, а затем и на больших торговых судах. За счет этого конструкция двигателей упростилась.

Машинное отделение (дизель со вспомогательными механизмами).

Судовая энергетическая установка с ДВС изображена на рисунке.

Кроме главного двигателя предусмотрены еще 2 вспомогательных, которые приводят во вращение генераторы.

Для обслуживания главного и вспомогательных двигателей используются вспомогательные механизмы и системы, а также система трубопроводов и клапанов.

Топливная система предназначена для подачи топлива из цистерн к двигателю.

При этом для уменьшения вязкости топливо подогревается и освобождается в сепараторах и фильтрах от жидких и твердых примесей.

Система смазки служит для прокачивания смазочного масла через двигатель с целью уменьшения трения между трущимися поверхностями, а также для отвода части полученного от двигателя тепла и очистки масла.

Система охлаждения предусмотрена для отвода от двигателя тепла, которое проникает в основном через стенки цилиндра и возникает во время сжигания топлива, а также для охлаждения циркулирующего смазочного масла.

Эта система состоит из насосов для пресной и морской воды и охладителей воды и масла.

Пусковая установка, включающая в себя компрессоры, резервуары сжатого воздуха, а также трубопроводы и клапаны, служит для пуска главного и вспомогательных двигателей.

Наряду с указанными выше вспомогательными системами главного и вспомогательных двигателей в машинном отделении находятся и другие судовые механизмы общего назначения.

Принцип действия 4-тактного ДВС показан на рисунке ниже.

В 4-тактном двигателе рабочий цикл осуществляется за 2 поворота коленчатого вала, т. е. за 4 хода поршня.

Механическая работа совершается только за время 1-го такта, 3 остальных служат для подготовки.

При 1-м такте поршень движется в направлении коленчатого вала.

Под воздействием возникающего при этом разрежения воздух через открытый всасывающий клапан устремляется в цилиндр.

В дизеле без наддува давление всасываемого воздуха равно атмосферному, в дизеле с наддувом к цилиндру подводится уже предварительно сжатый воздух. Во время 2-го такта при закрытых всасывающих клапанах предварительно поступивший воздух перед поршнем подвергается сжатию, за счет чего повышаются температура и давление.

Топливоподкачивающий насос, привод которого согласован с движением соответствующего поршня, повышает давление топлива.

При достижении давления 19,62-39,24 МПа топливо через форсунку впрыскивается в цилиндр, в котором у дизелей без наддува давление сжатого воздуха составляет 2,94-3,43 МПа и температура 550-600°С, а у дизелей с наддувом соответственно 3,92-4,91 МПа и 600-700°С.

Принцип действия 4-тактного дизеля.

Топливо впрыскивается незадолго до того момента, когда поршень достигнет верхнего положения.

Впрыснутое и тщательно распыленное топливо в сжатом воздухе нагревается, испаряется и вместе с воздухом образует горячую самовоспламеняющуюся смесь. 3-й такт является рабочим.

Во время процесса сгорания топлива образуются горячие газы, которые вызывают увеличение давления над поршнем в дизелях без наддува от 4,41 до 5,4 МПа, а в дизелях с наддувом – от 5,89 до 7,85 МПа.

Под давлением силы, возникающей за счет давления газов, поршень движется вниз, газы расширяются и производят при этом механическую работу.

Во время 4-го такта открывается выпускной клапан и отработавшие газы выходят наружу.

4-тактные судовые ДВС изготовляются как многоцилиндровые двигатели. Они устроены так, что рабочие такты равномерно распределяются по отдельным цилиндрам.

Принцип действия 2-тактного дизеля.

В рабочий цикл 2-тактного дизеля входят 2 такта, или 1 оборот коленчатого вала.

1-й такт, называемый сжатием, начинается, когда поршень находится в нижнем положении.

Впускные окна в боковых стенках цилиндра открыты. Через эти окна проходит предварительно сжатый продувочный воздух, давление которого должно быть выше давления находящихся в цилиндре расширившихся газов. Одновременно продувочный воздух через открытый выпускной клапан вытесняет отработавшие газы из цилиндра и наполняет цилиндр новой дозой. Когда впускные окна закрываются поршнем, к цилиндру воздух не подводится. Так как одновременно закрывается и выпускной клапан, воздух в цилиндре сжимается. Этот процесс не показан на рисунке.

Впрыскивание топлива и воспламенение происходит точно так же, как и в 4-тактном ДВС.

Во время 2-го такта – рабочего (или расширения) – расширяющиеся газы совершают механическую работу.

В конце этого такта впускные окна открываются поршнем и процесс продувки цилиндра начинается снова.

Отработавшие газы могут выйти из цилиндра через внешний клапан, либо через управляемые поршнем выпускные окна.

Под наддувом дизельного двигателя понимают подачу к цилиндрам большего количества воздуха, чем требуется для заполнения всего цилиндра при такте всасывания.

Цель наддува заключается в том, чтобы способствовать сжиганию наибольшего количества топлива за 1 рабочий цикл.

Это означает повышение мощности двигателя без увеличения его размеров (диаметра, хода и числа цилиндров), а также частоты вращения.

Наддув можно осуществлять за счет предварительного сжатия воздуха перед цилиндром.

Во всех выпускаемых 4-тактных судовых ДВС предварительное сжатие воздуха происходит с помощью центробежного компрессора, который приводится в действие газовой турбиной, работающей на отработавших газах дизеля.

Принцип действия газотурбинного нагнетателя.
1 – турбина, работающая на отработавших газах; 2 – отработавшие газы; 3 – свежий воздух; 4 – компрессор; 5 – коленчатый вал; 6 – цилиндр; 7 – поршень.

Принцип действия компрессора показан на рисунке выше. Поступивший из компрессора воздух проходит через фильтры. После открытия впускного клапана сжатый воздух подается через воздушный коллектор к соответствующим цилиндрам.

В двухтактных дизелях предварительное сжатие воздуха происходит в центробежных компрессорах, в пространстве под поршнем, а также в поршневых компрессорах, приводимых в действие двигателем. Давление наддувочного воздуха достигает 0,14-0,25 МПа. На рисунке ниже показан в разрезе главный малооборотный дизель с наддувом.

Принцип действия малооборотного двухтактного дизеля: а – предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра; b – одновременно происходит сжатие и всасывание; с – рабочий такт и предварительное сжатие; d – предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра двигателя без выходного клапана.

2-тактные дизели изготовляют в виде многоцилиндровых рядных двигателей с 10-12 цилиндрами.

Диаметр цилиндров больших 2-тактных дизелей достигает 1000 мм, ход – 1500-2000 мм.

Мощность цилиндра при общей мощности двигателя более 29 440 кВт составляет от 2900 до 3700 кВт.

В связи с этим ДВС можно использовать в качестве главных двигателей и на крупных судах.

2-тактные дизели имеют очень большие размеры и массу.

Их удельная масса достигает 40-55 кг/кВт. При мощности, например 14 720 кВт, масса составляет 600-800 т.

4-тактный дизель (рядный двигатель).
1 – наддувочный агрегат; 2 – охладитель наддувочного воздуха; 3 – трубопровод отработавших газов; 4 – трубопровод наддувочного воздуха; 5 – трубопровод охлаждающей воды; 6 – масляный трубопровод; 7 – топливный трубопровод; в – распределительный вал; 9 – приводное колесо; 10 – промежуточные шестерни; 11 – приводное колесо коленчатого вала; 12 – коленчатый вал; 13 – шатун; 14 – поршень; 15 – цилиндровая гильза; 16 – камера охлаждающей воды; 17 – крышка цилиндра; 18 – выпускной клапан; 19 – впускной клапан; 20 – топливный клапан; 21 – штанга; 22 – топливный насос; 23 – маслораэбрызгивающее кольцо; 24 – масляная ванна картера; 25 – станина двигателя; 26 – блок цилиндров.

Четырехтактные дизели применяют на судах либо в составе дизель-генераторных установок, либо в качестве главного двигателя в многовальных энергетических установках (по одному дизелю на один движитель) и, соответственно, в многодвигательных установках для одного движителя. Применение среднеоборотных дизелей в качестве главного двигателя дает следующие преимущества:

– увеличение надежности (при выходе из строя одного двигателя остальные продолжают работать);

– уменьшение габаритов и собственной массы деталей (например, клапанов, поршней, кривошипных механизмов, подшипников и т. д.);

– уменьшение удельной массы, которая в зависимости от мощности составляет от 14 до 35 кг/кВт (для мощностей около 2200 кВт).

Среднеоборотные дизели используются также в дизель-электрических энергетических установках в качестве главного двигателя.

4-тактный дизель V-образной конструкции.
1 – поршень; 2 – цилиндровая гильза; 3 – коленчатый вал.

Вспомогательные механизмы приборы и оборудование ДВС

Тема лекции

Общее устройство автомобиля и двигателя

1. Автомобиль: Основы конструкции: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» / Н.Н. Вишняков, В.К. Вахламов, А.Н. Нарбут и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 304 с.
2. Устройство автомобиля: Учебник для учащихся автотранспортных техникумов / Е.В. Михайловский, К.Б. Серебряков, Е.Я. Тур. – 6-е изд., стереотип. – М.: Машиностроение, 1987. – 352 с.
3. Пожарная техника: Учебник / Под ред. М.Д. Безбородько. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2004. – 550 с.

1.1 Определение понятия “автомобиль”

Автомобиль (от греческого autos – «сам» и латинского mobilis – «подвижный») – самоходная транспортная машина, приводимая в движение установленным на нем двигателем.

Любой автомобиль состоит из трех основных частей:
1) двигателя,
2) кузова,
3) шасси.

По назначению автомобили подразделяют на:
1) пассажирские;
2) грузовые;
3) специальные – не выполняют транспортную работу. Оборудованы специальными приспособлениями, устройствами, механизмами. Могут иметь специальные кузова.

Пожарные и аварийно-спасательные автомобили относятся к специальным автомобилям.

1.2 Определение понятия “пожарный автомобиль”

Согласно ГОСТ Р 53248-2009 Техника пожарная. Пожарные автомобили. Номенклатура показателей:
«Пожарные автомобили – оперативные транспортные средства на базе автомобильных шасси, оснащенные пожарно-техническим вооружением, оборудованием, используемые при пожарно-спасательных работах».

Основные пожарные автомобили (ПА):
1) перевозят личный состава к месту вызова,
2) перевозят огнетушащее вещество (или может подавать огнетушащее вещество в зону пожара из других источников);
3) перевозят пожарное оборудование;
4) подают огнетушащее вещество в зону пожара.

Специальные пожарные автомобили – пожарные автомобили, предназначенные для обеспечения выполнения специальных работ на пожаре (какой-либо из пунктов 1), 2), 3), 4) не выполняется). Это автолестницы и коленчатые подъемники, рукавные автомобили, автомобили ГДЗС и т.д.

1.3 Определение понятия “аварийно-спасательный автомобиль”

Согласно ГОСТ Р 53248-2009 Техника пожарная. Пожарные автомобили. Номенклатура показателей:

«Пожарный аварийно-спасательный автомобиль (АСА) – пожарный автомобиль, оборудованный генератором, комплектом аварийно-спасательного инструмента и предназначенный для доставки личного состава, пожарно-технического вооружения, оборудования к месту пожара (аварии) и проведения действий при аварийно-спасательных работах».

1.4 Определение понятия “базовое шасси”

Согласно ГОСТ Р 12.2.144-2005 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Автомобили пожарные. Требования безопасности. Методы испытаний:

Таким образом, пожарные автомобили состоят из шасси (основы транспортного средства) и пожарной надстройки.

Согласно НПБ 312-2003 Техника пожарная. Аварийно-спасательный автомобиль. Общие технические требования. Методы испытаний:

«Базовое шасси АСА – серийно выпускаемое автомобильное шасси, с доработкой кузова (салона) в целях приспособления его для выполнения специальных работ».

АСА (по НПБ 312-2003) создаются на шасси грузовых автомобилей, грузоподъемностью от 2 до 12 т, а также на базе автобусов.

1.5 Задачи курса «Базовое шасси пожарных и аварийно-спасательных автомобилей»

Пожарные и аварийно-спасательные автомобили могут выпускаться в разных вариантах конструктивного исполнения:

1. Применение стандартных (серийных) шасси с наиболее подходящими для эксплуатации характеристиками в зависимости от назначения, условий применения (мощность двигателя, колесная формула, грузоподъемность).

2. Выполнение модернизации стандартных шасси с учетом специфики эксплуатации ПА (установка более мощного двигателя, изменение передаточных чисел трансмиссии, усиление подвески и т.п.).

3. Изготовление для ПА специального шасси. ПА, изготовленные на специальном шасси имеют более высокие эксплуатационные свойства, по сравнению с аналогами на базовых шасси.

Третий вариант – более перспективный, однако требует больших затрат. Поэтому большинство отечественных ПА выполняются по первому (реже – второму) варианту конструктивного исполнения.

В связи с этим, специалисту по пожарной безопасности важно иметь знания по устройству серийных автомобилей, на базе которых изготавливаются ПА. Это, главным образом, грузовые автомобили ЗИЛ, КамАЗ, «Урал». Реже используются шасси ГАЗ, УАЗ (в основном – на АСА и ПА легкого класса).

Необходимо изучить их общее устройство, а также назначение, основы конструкции и принцип действия отдельных агрегатов, узлов, механизмов и систем базовых автомобилей.

Все зарубежные ПА создаются на базе национальных, региональных (евронормы) международных (ИСО) стандартов и норм.

Для создания ПА на зарубежных предприятиях (фирмах) используются современные специальные шасси с более высоким уровнем энергообеспечения и безопасности.

Наметилась тенденция к созданию многоцелевых пожарно-спасательных автомобилей с расширенным спектром функций, а также ПА первой помощи (автомобилей быстрого реагирования с набором функциональных контейнеров).

Студентам необходимо освоить навыки анализа различных конструктивных схем, знать основные тенденции развития конструкции автомобиля.

1.6 Общее устройство автомобиля

Автомобиль состоит из отдельных деталей, узлов, механизмов, агрегатов и систем.

Механизм – устройство, предназначенное для преобразования движения и скорости.
Агрегат – соединение нескольких устройств в одно целое.
Система – совокупность отдельных частей, связанных общей функцией (например, системы питания, охлаждения, смазки и т. д.).

Автомобиль состоит из трех основных частей: двигателя, кузова и шасси.

Двигатель – источник энергии.
Шасси объединяет трансмиссию, ходовую часть и механизмы управления.
Кузов, устанавливаемый на шасси, предназначен для размещения водителя и пассажиров в легковом автомобиле и груза в грузовом. Кузов грузового автомобиля состоит из платформы для груза, кабины водителя, капота, закрывающего двигатель, и оперения. В данной дисциплине кузов не изучается.

Ходовая часть состоит из рамы, на которой установлен кузов и все механизмы автомобиля, подвески (рессоры и амортизаторы), передних и задних мостов и колес. Крутящий момент, подводимый от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам, вызывает противодействие дороги, которое выражается силой реакции, приложенной к ведущим колесам и направленной в сторону движения автомобиля. Силы реакции передаются на ведущий мост, а от него через рессоры на раму автомобиля и толкают ее вперед. Рама в свою очередь передает эти силы через передние рессоры на передний мост и к передним колесам, вызывая поступательное движение автомобиля.

Механизмы управления – рулевое управление, которым изменяют направление движения автомобиля, и тормозная система, позволяющая быстро уменьшать скорость движения или останавливать автомобиль.

Трансмиссия (см. рисунок) передает крутящий момент от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам автомобиля и изменяет величину и направление этого момента. В трансмиссию входят следующие механизмы: сцепление, коробка передач, карданная передача, главная передача, дифференциал и полуоси. Последние три механизма составляют ведущий (обычно задний) мост.

1.7 Автомобильные двигатели. Назначение, классификация

Двигатель – энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу.