• 6. Работа процесса и внутренняя энергия 25
• 7. Понятие об обратимых и необратимых процессах 27
• 8. Формулировка и уравнение первого законе! термодинамики 29
• 9. Термодинамические процессы 31
• 10. Понятие об энтропии идеального газа 40

Глава III. Второй закон термодинамики. 51

• 11. Формулировка второго закона термодинамики и термический к.п.д. цикла 51
• 12. Цикл Карно. 55
• 13. Идеальный цикл компрессора.’. 58

Часть вторая

ТЕОРИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (М. С. ХОВАХ)

Глава IV. Теоретические циклы поршневых двигателей внутреннего

сгорания .  60

• 14. Общие сведения 60
• 15. Цикл с подводом теплоты при постоянном  объеме 61
• 16. Цикл с подводом теплоты при  постоянном  давлении 64
• 17. Цикл со смешанным подводом теплоты. 65
• 18. Анализ теоретических циклов 66

453

Глава V. Топливо и химические реакции его сгорания. 72

• 19. Топливо. 72
• 20. Реакции сгорания топлива 76
• 21. Обезвреживание продуктов сгорания, выбрасываемых в

атмосферу. 85

Глава VI. Действительные циклы автомобильных двигателей. 87

• 22. Общие сведения 87
• 23. Рабочий цикл четырехтактного двигателя . 88
• 24. Рабочий цикл двухтактного двигателя. 91

Глава VII. Исследование процессов, происходящих в автомобильных

двигателях. 95

• 25. Процесс впуска 95
• 26. Процесс сжатия. 114
• 27. Процесс сгорания  в двигателях с искровым зажиганием . . 116
• 28. Процесс сгорания  в дизелях 131
• 29. Определение температуры и давления конца видимого сгорания . 136
• 30. Процесс расширения. 144
• 31. Процесс выпуска отработавших газов 145

Глава VIII. Среднее давление цикла, мощность и экономичность

двигателя . 147

• 32. Среднее индикаторное давление цикла 147
• 33. Индикаторная мощность двигателя 152
• 34. Механические потери в двигателе 153
• 35. Эффективная мощность и механический к.п.д. двигателя 155
• 36. Экономичность и к.п.д. двигателя. 156
• 37. Анализ факторов, влияющих на экономичность и мощность

двигателя . 161

• 38. Тепловой баланс двигателя . 167
• 39. Примеры теплового расчета двигателя . 170

Глава IX. Характеристики и устойчивость режима работы автомобильных двигателей. 177

• 40. Общие сведения. 177
• 41. Характеристики двигателя. 178
• 42. Устойчивость режима работы и запас крутящего момента

автомобильного двигателя. 186

Глава X. Карбюрация и карбюраторы. 188

• 43. Общие сведения. 188
• 44. Краткие сведения из гидродинамики 189
• 45. Элементарный карбюратор 195
• 46. Идеальный карбюратор. 199
• 47. Главная дозирующая система карбюратора 201
• 48. Вспомогательные устройства карбюратора. 210
• 49. Карбюрационные свойства топлива 216
• 50. Устройство и работа карбюратора К-88А . 217
• 51. Регулирование карбюраторного двигателя на предельном

скоростном режиме и принудительном холостом ходу 219

• 52. Смесеобразование в двигателях с непосредственным впрыском 223

454

Глава XI. Смесеобразование в дизелях и их топливоподающая аппаратура 225

• 53. Камеры сгорания дизелей. 225
• 54. Распиливание топлива 230
• 55. Характеристика впрыска и продолжительность подачи топ-

лива 233

• 56. Топливоподающая аппаратура автотракторных дизелей .  . .  235

Глава XII. Регуляторы и корректоры подачи топлива в дизелях . . 252

• 57. Регуляторы 252
• 58. Корректоры подачи топлива. 256

Глава XIII. Методы повышения показателей автомобильных двигателей и перспективы их развития 258

• 59. Общие сведения. 258
• 60. Методы повышения мощности двигателя 259
• 61. Способы уменьшения расхода топлива на автомобильном

транспорте 261

• 62. Перспективы развития двигателей других типов. 263

Глава XIV. Испытание двигателей. 273

• 63. Общие сведения. 273
• 64. Определение мощности двигателя. 275
• 65. Измерение часового расхода топлива п определение его

удельного расхода. 279

• 66. Измерение расхода воздуха и определение коэффициентов

наполнения и избытка воздуха 281

• 67. Измерение температуры 283
• 68. Индицирование двигателя 284

Часть третья

КИНЕМАТИКА, ДИНАМИКА И КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

(Г. С. МАСЛОВ)

Глава XV. Кинематика кривошипно-шатунного механизма. 288

• 69. Основные понятия и обозначения. 288
• 70. Кинематические соотношения в центральном кривошипно-шатунном механизме. 291

Глава X VI. Динамика кривошипно-шатунного механизма. 298

• 71. Приведение масс кривошипно-шатунного механизма 298
• 72. Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме . . 301
• 73. Порядок работы двигателя. 309

Глава XVII. Уравновешивание двигателей 311

• 74. Уравновешивание одноцилиндрового двигателя. 312
• 75. Уравновешивание рядных двигателей 316
• 76. Уравновешивание V-образных двигателей 327
• 77. О бинте замечания по уравновешиванию и балансировка

коленчатых валов. 336

• 78. Равномерность хода двигателя 339
• 79. Основные понятия о колебаниях коленчатого  вала 344

Глава XVIII. Выбор основных конструктивных параметров 348

• 80. Выбор типа двигателя, числа и расположения цилиндров . 348
• 81. Выбор отношений ф и 350

U  JL-

455

Гласа XIX. Корпус двигателя352

• 82. Блок-картер.352
• 83. Гильзы цилиндров .356
• 84. Коренные подшипники.359
• 85. Головка цилиндров.362
• 86. Шпильки и болты.368
• 87. Уплотнение газового стыка 368
• 88. Нижняя часть картера 371

Глава XX. Поршневая группа 372

• 89. Поршни .372
• 90. Поршневые пальцы380
• 91. Поршневые кольца385

Глава XXI. Шатунные группы и коленчатый вал393

• 92. Шатуны393
• 93. Втулки и вкладыши.397
• 94. Шатунные болты400
• 95. Коленчатый вал401

Глава XXII. Механизм газораспределения.410

• 96. Расположение клапанов 411
• 97. Механизм привода.413
• 98. Распределительный вал 415
• 99. Толкатели .417
• 100. Штанги и коромысла. 419
• 101. Клапаны 421
• 102. Седла клапанов, направляющие втулки  и  пружины 424
• 103. Основные параметры механизма газораспределения 425
• 104. Материалы, применяемые для деталей механизма газораспределения .430

Глава XXIII. Система смазки 432

• 105. Основные положения.432
• 106. Типы систем смазки.433
• 107. Основные элементы системы смазки.435

Глава XXIV. Система охлаждения. 443

• 108. Особенности системы охлаждения и типы. 443
• 109. Система жидкостного охлаждения. 444
• 110. Система воздушного охлаждения 451

Литература 452

В современных автомобильных двигателях применяются кулачки следующих профилей: 1) выпуклого; 2) вогнутого; 3) профиля, обеспечивающего безударную работу механизма газораспределения.

Выпуклый профиль образуется дугами различных радиусов

(рис. 228, а). Примером кулачка с вогнутым профилем может

служить кулачок постоянного ускорения (рис. 228, б). Кривые

подъема и опускания клапана в этом кулачке состоят из дуг параболы.

На рис. 228, в приведен профиль тангенциального кулачка.

Кулачок с выпуклым профилем обеспечивает наилучшее наполнение двигателя. Этот кулачок имеет сравнительно небольшие

отрицательные ускорения и, следовательно, небольшие отрицательные силы инерции, стремящиеся оторвать клапан от кулачка.

Эти силы воспринимаются клапанной пружиной, которая в случае

выпуклого кулачка может быть более слабой, чем при кулачках

других профилей. К недостаткам этого кулачка можно отнести

значительные скорости и ускорения в начале подъема и в конце

опускания клапана, что вызывает более сильные удары толкателя

о клапан и клапана о седло в эти моменты. Для уменьшения

ударов необходимо правильно подбирать температурные зазоры

в механизме газораспределения.

Кулачки с выпуклым профилем получили значительное распространение в карбюраторных двигателях с нижними клапанами, а также в тихоходных дизелях.

В быстроходных двигателях широко применяются безударные

кулачки. Их профиль строится согласно заданному закону движения клапана (диаграмма ускорений клапана) как без учета,

так и с учетом упругости механизма газораспределения.

К безударным кулачкам предъявляются следующие требования:

1) плавное изменение ускорений клапана; 2) возможно меньшие положительные и в особенности отрицательные ускорения;

3) отсутствие вибрации клапана и нарушения кинематической связи

между движущимися деталями механизма газораспределения;

4) малая скорость толкателя и минимальное ее значение в момент

соприкосновения клапана с толкателем (после устранения зазора),

что необходимо для уменьшения удара клапана о седло; 5) сохранение принятых фаз газораспределения.

К числу кулачков, проектируемых без учета упругости дета-

лей механизма газораспределения, относятся кулачки Курца.

Эти кулачки при наличии симметричного профиля довольно часто

применяют на автомобильных двигателях с числом оборотов п =

= 3500 -ь- 4500 об/мин. Кулачки Курца с несимметричным профилем могут применяться и для двигателей с несколько большим

числом оборотов.

За последнее время все более широкое распространение полу-

чают методы проектирования безударных кулачков с учетом

упругости деталей механизма газораспределения. Одним из таких

методов является метод «полидайн». В случае кулачков, рассчитанных этим методом, движение толкателя в начале происходит

с постоянным ускорением, а затем с постоянной скоростью. Резкое изменение ускорений в начале устранения зазора не является

недостатком профиля, так как возникающие при этом силы инерции толкателя не влияют на работу механизма газораспределения.

Исследованиями установлено, что от скорости подъема и посадки клапана значительно зависит износ соприкасающихся

поверхностей клапана и седла. Наблюдались случаи, когда при

увеличении скорости в 2 раза износ этих поверхностей увеличивается в 8 раз. Однако посадка клапана с небольшой скоростью,

при которой сбивается нагар с поверхностей седла и клапана и

устраняется возможность их прогорания, весьма желательна.

• 104. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА

ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Распределительные валы изготовляют из легированных ста-

лей 15Х, 15НМ и 12ХНЗА, пли из углеродистых сталей 40

и 45, или из чугуна. Кулачки и шейки стальных распределительных валов подвергаются цементации с последующей закалкой или

поверхностной закалке, а чугунных — отбеливанию.

Для распределительных шестерен применяют сталь 20 и 45

или серый чугун. Для уменьшения шума при работе зубья шестерни делают косыми, а шестерню изготовляют из текстолита

(при стальной ступице).

Толкатели изготовляют из легированных сталей 15Х, 20Х

12ХНЗА и 18ХНЗА, из стали 45 с последующей поверхностной

закалкой. В некоторых двигателях толкатели делают из отбеливающихся чугунов. Твердость рабочих торцов толкателя не должна

быть ниже HRC 54—56.

Выпускные клапаны в карбюраторных двигателях изготовляют из сталей ЭСХ8, Х9С2, Х10СМ, Х12Н7С, ЭН107 и ЭЯ 2.

С целью экономии жаропрочные материалы в ряде двигателей

применяют только для головок клапанов, а стержни делают из

сталей 40Х или 40ХН, затем эти детали сваривают. Для повышения

коррозионной стойкости выпускных клапанов и уменьшения из-

носа рабочей поверхности на нее и на головку клапана со стороны

цилиндра наплавляют слой твердого сплава ВЗК (на кобальтовой

основе), сормайта (на железной основе) или стеллита (60% Ni

и 15% Ст) толщиной 1,5—2,5 мм.

Для впускных клапанов применяют хромистую и хромоникелевую сталь 40Х, 40ХН, 50ХН, 37С и 40ХНМА.

Седла клапанов изготовляют из серых перлитовых чугунов

СЧ 24—48, стали 45. В некоторых случаях седла клапанов отливают из отбеливающихся чугунов, при этом седла хорошо противостоят ударной нагрузке и химическому воздействию газов.

Кроме того, обработка точно отливаемых колец для седел сводится

только к шлифованию, без обтачивания и притирки.

Направляющие втулки изготовляют из чугуна или из алюминиевой бронзы.

Для пружин применяют специальную пружинную проволоку

диаметром 3—5 мм из сталей 60Г, 65Г, 50ХФХ и Ш.

Детали крепления тарелки, пружины и стержня клапана

(сухари, чеки) изготовляют из сталей 40, 45, 12НЗА и чугуна

СП-4Ф и др.

Коромысла штампуют из углеродистых сталей 20 и 30. Применяют также легированные стали 20ХНЗА, 12ХЗА, ЭИ274 и др.

Ударной части коромысла с помощью термической обработки

придается высокая твердость.

Глава XXIII

СИСТЕМА СМАЗКИ

• 105. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При работе двигателя условия смазки различных деталей

весьма разнообразны. Потери на трение и износ поверхности

будут минимальными только при жидкостном трении. Поэтому

конструктивные формы сопряженных деталей двигателя и системы

их смазки должны быть таковы, чтобы в наибольшей степени способствовать жидкостному трению.

Смазка двигателя необходима, чтобы предотвратить чрезмерный износ, перегрев и заедание трущихся поверхностей, уменьшить затраты индикаторной мощности на трение в двигателе и

отвод теплоты, выделяющейся при работе на трущихся поверх-

ностях. В некоторых двигателях систему смазки используют для

принудительного охлаждения деталей (поршня и др.).

Наиболее нагруженными в двигателе являются коренные под-

шипники коленчатого вала. Они работают в условиях непрерывно

меняющихся нагрузок и скоростей, а также при переменных дав-

лении, температуре и вязкости подводимого к ним масла. Надеж-

ность и долговечность подшипников зависят от жесткости сопрягаемых деталей, конструкции и материала самих подшипников,

точности их изготовления и монтажа, условий работы, качества

масла и организации его подвода.

На рис. 229 приведена эпюра давлений в слое масла подшипника в поперечном и продольном сечениях. Протяженность нагружений области в масляном слое подшипника соответствует длине

дуги с центральным углом 120—130°. Подвод масла к подшипнику производят в область низких давлений. Масло вытекает

по торцам подшипника: большая его часть — из ненагруженной

зоны, меньшая — из нагруженной. Вследствие этого подшипник

охлаждается неравномерно, температура масла в нагруженной

зоне повышается, вязкость его уменьшается, т. е. расход масла

432

увеличивается. Минимальная толщина масляного слоя, при кото-

рой обеспечивается долговечность и надежная работа подшипника, составляет 8 мкм (с учетом неровностей шеек вала и вкладышей, обработанных по 8—9-му классу чистоты).

Из-за высоких температур, периодического изменения направления трущихся поверхностей, деформаций деталей под кой и других факторов не удается осуществить жидкостное трение

в деталях поршневой группы и в сочленении выпускного клапана

со втулкой. Поэтому в ряде случаев указанные сочленения работают в условиях полужидкостного и даже сухого трения.

• 106. ТИПЫ СИСТЕМ СМАЗКИ

В зависимости от способа подачи масла к узлам трения в авто-

мобильных двигателях различают следующие типы систем смазки:

1) разбрызгиванием, 2) под давлением и 3) комбинированный.

При системе смазки разбрызгиванием масло дробится на очень

мелкие капли быстро вращающимися деталями (например, коленчатым валом). Вследствие этого свободное пространство в картере

наполнено мельчайшими капельками масла, которые постепенно

проникают в зазоры между трущимися поверхностями. Этот вид

смазки применялся в некоторых старых конструкциях двигателей.

В настоящее время она применяется редко, так как имеет серьезные недостатки (повышенный расход масла, быстрое его окисление, недостаточная надежность смазки ответственных узлов двигателя и т. и.).

В системе смазки под давлением масло из картера с помощью

насоса по каналам подается к поверхностям трения, откуда опять

стекает в картер. При этом виде смазки к трущимся поверхностям

подается необходимое количество масла и обеспечивается интенсивная его циркуляция.

Рис. 230. Система смазки двигателя ЗИЛ-130:

а — общая схема смазки; б — подача масла к осям коромысел; в — ход

масла по коромыслу; г — смазка стенок цилиндра; 1 — трубка подачи

масла в масляный радиатор; 2 — кран включения масляного радиатора;

3 — масляный радиатор; 4 — канал, подводящий масло от насоса к фильтрам; 5 — маслораспределительная камера; 6 — фильтр грубой очистки

масла; 7 — фильтр тонкой очистки масла (центрифуга); 8 — каналы для

смазки кривошипно-шатунной группы компрессора; 9 — левый магистральный клапан; 10 — трубка подачи масла для смазки компрессора;

11 ~~ трубка для слива масла из компрессора; 13 ~ трубка для слива

масла из радиатора; 13 — центробежные ловушки для очистки масла в

шатунных шейках коленчатого вала; 14 — правый магистральный канал;

15 — маслоприемник; 16 — канал в стойке коромысла клапана; 17 — по-

лая ось коромысла; 18 — отверстие в теле шатуна для подачи масла на

стенку цилиндра

В современных автомобильных двигателях обычно применяется

комбинированная система смазки: наиболее нагруженные поверхности (шатунные и коренные подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала и т. п.) смазываются маслом

под давлением, а остальные — разбрызгиваемым маслом.

Комбинированная система смазки может быть с мокрым картером (картер заполнен маслом) или с сухим картером (картер

без масла).

В большинстве автомобильных двигателей применяется система смазки с мокрым картером.

На рис. 230 приведена система смазки двигателя ЗИЛ-130.

Эта схема является типичной для современных карбюраторных

двигателей.

В высокооборотных двигателях вследствие сильного пенообразования в картере приходится применять системы с сухим картером, так как засасывание пены масляным насосом фактически

приводит к прекращению смазки. Система смазки с сухим картером также применяется в таких двигателях, которые устанавливаются на автомобилях, рассчитанных на преодоление больших

углов подъема. Для осушения картера при наклоне двигателя

обычно устанавливают два откачивающих насоса: в передней и

задней частях картера. Преимуществами системы смазки с сухим

картером являются уменьшение высоты двигателя и меньший

расход масла, так как отсутствует его взбалтывание и попадание

в избыточном количестве на стенки цилиндра.

• 107. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ СМАЗКИ

Системы смазки под давлением и комбинированная состоят

из масляных насосов, фильтров грубой и тонкой очистки, масляных магистралей, масляного радиатора и контрольных приборов.

1. Масляный насос

Масляный насос создает циркуляцию масла. В автомобильных

двигателях применяют шестеренчатые насосы с шестернями внешнего зацепления. Эти насосы, имеющие небольшую массу, просты

в изготовлении, компактны и надежны. Коловратные и плунжерные насосы применяются редко.

Шестеренчатый насос (рис. 231) состоит из двух шестерен,

из которых одна приводится во вращение валиком, а другая —

свободно вращается на оси. Масло захватывается зубьями шестерен

и перегоняется из полости 1 в полость 2 нагнетания. При входе

зубьев в зацепление во впадине образуется некоторый замкнутый

объем, в котором масло сильно сжимается, что приводит к неравномерной работе насоса. Во избежание этого в торцовой стенке

кожуха делают углубление 3, чтобы сжимаемое масло могло протекать в полость нагнетания.

У большинства карбюраторных двигателей для обеспечения

плавной и бесшумной работы привод масляного насоса осуществляется с помощью винтовых шестерен, из которых ведущая нарезается непосредственно на распределительном валу.

Для увеличения надежности работы системы смазки во многих

автомобильных двигателях устанавливают двух и трех секционные насосы.

На рис. 232 приведен двухсекционный шестеренчатый насос

двигателя ЗИЛ-130. Верхняя секция предназначена для подачи

Рис. 231. Схема шестеренчатого насоса

масла в систему смазки двигателя

и в центробежный фильтр тонкой

очистки, нижняя — для подачи

масла в масляный радиатор.