ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Конструкция двигателя

Тема № 1. Основы теории поршневых двигателей

Вопросы:

Принцип и схема работы четырехтактного двигателя.
Основные части четырехтактного двигателя и их назначение.
Назначение кривошипно-шатунного механизма.
Понятие о мертвых точках.
Камера сжатия, рабочий и полный объем цилиндра.
Назначение и осуществление процесса впуска.
Весовой заряд цилиндра и факторы, влияющие на его величину.
Назначение и осуществление процесса сжатия.
Степень сжатия, и ее численная величина для двигателя.
Процесс сгорания и его назначение.
Скорость сгорания топливовоздушной смеси.
Коэффициент избытка воздуха и его влияние на скорость сгорания топливовоздушной смеси.
Назначение опережения зажигания.
Понятие о детонации, факторы, влияющие на нее, внешние признаки и последствия.
Октановое число топлива и способы его увеличения.
Назначение и осуществление процесса расширения.
Догорание смеси, причины и последствия.
Назначение и осуществление процесса выпуска.
Понятие о диаграмме газораспределения.
Фазы газораспределения и перекрытие клапанов.

Тема № 2. Основные данные эксплуатируемого двигателя

Вопросы:

Характеристика конструкции двигателя.
Основные данные двигателя: нумерация цилиндров и порядок их работы, ход поршня, диаметр цилиндра, степень сжатия, рабочий объем всех цилиндров, режимы работы двигателя, минимальные и максимально допустимые обороты, температура головок цилиндров и масла, давление топлива и масла, масса и ресурс двигателя.

Тема № 3. Картер, коленчатый вал, шатуны, поршни и цилиндры

Вопросы:

Картер. Назначение и конструкция.
Силы, действующие на картер.
Соединение частей картера и уплотнение в местах сочленения.
Назначение и осуществление суфлирования.
Крепление картера к раме двигателя.
Масляная магистраль.
Маслоотстойник.
Коленчатый вал. Назначение, конструкция и применяемый материал.
Силы, действующие на коленчатый вал.
Назначение и конструкция противовесов.
Опоры коленчатого вала и его фиксация в продольном отношении.
Масляные каналы.
Шатуны. Назначение, комплект и расположение.
Конструкция, материал изготовления и сочленение.
Смазка.
Поршни. Назначение, условия работы и силы, действующие на поршень.
Конструкция и материал поршня поршневого пальца и поршневых колец.
Смазка поршня.
Зазор колец и их назначение.
Цилиндры. Назначение, конструкция и материал.
Условия работы и силы, действующие на цилиндр.
Смазка, охлаждение и крепление цилиндра.

Тема № 4. Механизм газораспределения

Вопросы:

Назначение и схема механизма газораспределения.
Детали механизма, их назначение и взаимодействие.
Конструкция деталей и материал их изготовления.
Смазка деталей механизма газораспределения.

Тема № 5. Система передач к агрегатам

Вопросы:

Кинематическая схема двигателя.
Материал, конструкция, уплотнения и смазка приводов магнето, генератора, топливного и масляного насосов, тахометра и компрессора.

Тема № 6. Система смазки двигателя

Вопросы:

Назначение и тип смазки.
Схема смазки двигателя.
Детали, смазываемые под давлением и разбрызгиванием.
Назначение и расположение фильтров.
Назначение, тип и принцип работы масляного насоса.
Конструкция насоса и регулирование давления масла.
Приборы контроля работы системы смазки.

Тема № 7. Топливная система двигателя

Вопросы:

Топливный насос. Назначение, тип и расположение насоса на двигателе.
Принцип работы насоса, назначение, устройство и работа качающего и редукционного узлов насоса.
Регулирование давления топлива.
Карбюратор. Назначение, тип, основные узлы и расположение карбюратора на двигателе.
Назначение и конструкция корпуса.
Назначение, конструкция и работа рычажно-кулисного механизма, мембранного регулятора, системы малого газа, главной дозирующей системы, насоса приемистости и высотного корректора.
Характерные неисправности и признаки их обнаружения.

Тема № 8. Система зажигания

Вопросы:

Схема зажигания.
Агрегаты системы зажигания и их расположение.
Магнето. Назначение, конструкция, работа магнето и автомата опережения зажигания.
Регулировка зазоров прерывателя.
Конструкция эластичной (регулировочной) муфты сцепления.
Пусковая катушка. Назначение и принцип действия.
Соединение катушки с источником питания и магнето.
Работа пусковой катушки.
Свечи. Назначение, расположение и марки применяемых свечей.
Материал, конструкция, уплотнение и работа свечи.
Электропроводка и экранировка. Назначение, конструкция и работа.
Переключатель. Назначение, конструкция и работа.

 

Тема № 1

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Однорядный звездообразный двигатель	Двухрядный звездообразный двигатель

Картер

Картер служит основанием, к которому крепятся основные детали и агрегаты двигателя. Картер связывает все детали и агрегаты двигателя в один целостный механизм.

Цилиндр

Цилиндр авиационного двигателя является рабочей камерой, в которой происходит сгорание смеси топлива с воздухом и преобразование выделенного тепла в механическую работу; кроме того, цилиндр направляет движение поршня.

Фиг. 1. Разрез цилиндров жидкостного и воздушного охлаждения:

1 -гильза цилиндра, 2-головка цилиндра; 3-клапан впуска; 4 клапан выпуска; 5 - рубашка цилиндра жидкостного охлаждения

В процессе работы двигателя цилиндр подвергается действию высокой температуры газов и находится под значительным давлением газов, доходящим до 50-75кг/см². Поэтому цилиндр должен быть прочным и хорошо охлаждаться во избежание перегрева. Вместе с тем цилиндр должен иметь небольшой вес. Чтобы удовлетворить этим требованиям, цилиндр (фиг. 1), как правило, изготовляют из двух частей - гильзы и головки. Гильза выполняется из стали (для прочности); внутри она тщательно шлифуется и полируется для уменьшения трения и износа при движении поршня. Внутренняя поверхность гильзы называется зеркалом цилиндра. Головка цилиндра для улучшения теплоотдачи изготовляется из алюминиевых сплавов (сплавы алюминия обладают хорошей теплопроводностью).

В головках цилиндров воздушного и жидкостного охлаждения имеются специальные окна (отверстия) с клапанами, через которые в определенные моменты поступает воздух или смесь топлива с воздухом, и выходят продукты сгорания. Эти отверстия закрываются клапанами. Клапан впуска открывает соответствующее окно только во время наполнения цилиндра, а клапан выпуска - во время очищения цилиндра от продуктов сгорания.

Кроме отверстий, закрываемых клапанами, в цилиндре имеется еще ряд отверстий, а именно: Два отверстия служат для постановки свечей, одно отверстие для подвода сжатого воздуха (при запуске двигателя) и одно либо заглушается, либо используется для постановки форсунки, распыляющей топливо в цилиндре. Форсунками снабжены только двигатели с непосредственным впрыском.

Фиг. 2. Общий вид цилиндров воздушного охлаждения

Поршень

Поршень воспринимает давление газов и передает их работу на коленчатый вал.

Во время работы двигателя поршень перемещается с большой скоростью и подвергается действию высоких температур и давлений. Поэтому он должен быть легким, прочным, хорошо отводить тепло и надежно уплотнять камеру цилиндра от прорыва газов. В настоящее время поршни куются и штампуются из сплавов алюминия.

В поршне различают днище, на которое давят газы, и цилиндрическую часть (боковую поверхность), направляющую движение поршня (фиг. 3). Внутри цилиндрической части расположены утолщенные приливы для помещения концов поршневого пальца. Снаружи на боковой поверхности сделаны кольцевые канавки, в которых помещаются поршневые кольца, изготовленные из специального чугуна и обладающие пружинящими свойствами. Кольца плотно прилегают к зеркалу цилиндра и предупреждают прорыв газов из цилиндра в картер, а также проникание воздуха внутрь цилиндра. Эти кольца называются газо-уплотнительными или компрессионными. Кроме них, на поршне имеются еще маслосъемные кольца, которые предотвращают попадание масла внутрь цилиндра.

Фиг. 3. Поршень:
а - комплект поршня: 1 - поршень, 2 - газоуплотнительные кольца; 3 - маслосъемные кольца, 4 - поршневой палец, 5 - заглушка	б - схема действия газоуплотнительного поршневого кольца

 

Сочленение поршня с шатуном осуществляется при помощи поршневого пальца, изготовленного из стали. Для облегчения палец выполняют пустотелым. Специальные заглушки или кольца удерживают палец в поршне и тем самым предохраняют зеркало цилиндра от задиров.

Шатун

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом и передает работу газовых сил коленчатому валу, приводя его во вращение.

Шатун принадлежит к числу наиболее нагруженных деталей двигателя, а поэтому он изготовляется из специальных сталей и тщательно обрабатывается. В шатуне различают поршневую (верхнюю) головку, кривошипную (нижнюю) головку и стержень, соединяющий обе головки (фиг. 4). Верхняя головка шатуна шарнирно сочленяется с поршневым пальцем; она изготовляется неразъемной (целой). Кривошипная головка надевается на шатунную шейку коленчатого вала. У рядных двигателей кривошипная головка в большинстве случаев выполняется разъемной, у звездообразных целой. Однако встречаются разъемные нижние головки шатунов у звездообразных двигателей. Стержень шатуна, как правило, имеет двутавровое сечение.

Фиг. 4 Комплект шатунов рядных двигателей: 1 - главный шатун, 2 - прицепной шатун	Фиг. 5. Комплект шатунов звездообразного двигателя с разъемной кривошипной головкой

У рядных V-образных двигателей комплект шатунов состоит из одного главного шатуна и одного прицепного шатуна. Прицепной шатун соединяется шарнирно с главным при помощи пальца. У звездообразных двигателей комплект шатунов обслуживает все цилиндры, находящиеся в одном ряду, а поэтому состоит из одного главного и нескольких прицепных (фиг. 5).

Фиг. 5. Комплект шатунов звездообразного двигателя с неразъемной и разъемной кривошипной головкой

Коленчатый вал

Коленчатый вал воспринимает работу поршней и передает ее на винт. Он относится к числу наиболее нагруженных деталей двигателя, а поэтому изготовляется из высококачественных сталей и тщательно обрабатывается.

Коленчатые валы звездообразных двигателей имеют различное число кривошипов: однорядные - один кривошип (фиг. 6).

Коленчатые валы рядных двигателей обычно выполняются целыми; отъемной частью у них являются только противовесы. Такая конструкция возможна благодаря тому, что кривошипная головка шатуна разъемная.

Фиг. 6. Коленчатый вал однорядного звездообразного двигателя

У большинства звездообразных двигателей кривошипная головка, как уже указывалось, неразъемная, а поэтому, чтобы осуществить постановку шатунов, коленчатый вал делают разъемным.

В случае разъемной кривошипной головки шатуна коленчатый вал звездообразных двигателей выполняется так же, как и у рядных, целым (неразъемным).

Редуктор

Современные авиадвигатели для получения высоких мощностей развивают большое число оборотов: 2500-3000 об/мин и выше. Винт наиболее полно использует полученную энергию при сравнительно небольших числах оборотов порядка 1600-1800. Поэтому передача на винт от коленчатого вала в современных двигателях осуществляется при помощи механизма, называемого редуктором.

Редуктор уменьшает число оборотов винта по отношению к числу оборотов коленчатого вала, что позволяет снизить потери энергии на винте.

У рядных двигателей редуктор обычно состоит из малой шестерня, расположенной на коленчатом валу, и большой шестерни, находящейся на вале редуктора (фиг. 7). На носок вала редуктора устанавливается винт.

Фиг. 7. Редукторы рядных двигателей с цилиндрическими шестернями

При такой схеме за один оборот коленчатого вала винт сделает неполный оборот, так как связанная с ним большая шестерня редуктора имеет большее число зубьев (больший диаметр), чем шестерня, связанная с коленчатым валом.

Пример. Допустим, что большая шестерня редуктора имеет 100 зубьев, а малая 50 зубьев. В этом случае за один оборот коленчатого вала большая шестерня сделает пол оборота (в зацепление войдет только 50 зубьев), поэтому винт будет вращаться в 2 раза медленнее коленчатого вала.

Фиг. 8. Планетарный редуктор	Фиг. 9. Схема передачи от коленчатого вала к винту в звездообразных двигателях.

 

У звездообразных двигателей редуктор (фиг. 8 и 9) состоит из приводной коренной шестерни 1, сидящей на носке коленчатого вала, промежуточных шестерен 2, называемых сателлитами и связанных с валом редуктора, и неподвижной шестерни 3, вокруг которой обкатываются сателлиты. При вращении коленчатого вала большая шестерня увлекает за собой сателлиты, находящиеся с ней в зацеплении; последние катятся по неподвижной шестерне и приводят во вращение вал редуктора и связанный с ним винт. Винт вращается медленнее, чем коленчатый вал. Схема планетарного редуктора представлена на фиг.9.

Нагнетатель

Мощность двигателя зависит от количества топлива, сгораемого в его цилиндрах в единицу времени. Чтоб сжечь больше топлива, необходимо подать больше воздуха. Увеличение подачи воздуха в цилиндры достигается при помощи нагнетателя, расположенного на двигателе.

Фиг. 10. Авиационный нагнетатель:

1 - корпус нагнетателя; 2 - рабочее колесо; 3 - механизм передачи

Нагнетатель (фиг. 10) состоит из корпуса 1, рабочего колеса 2 и механизма передачи. Корпус отлит из сплава алюминия; внутри него помещается рабочее колесо (крыльчатка), являющееся основной рабочей частью нагнетателя. Рабочее колесо вращается с большой скоростью 20000 – 30000 об/мин и сообщает струе воздуха скоростную (кинетическую) энергию. Скоростная энергия используется в нагнетателе для сжатия воздуха. Таким образом, воздух до поступления в цилиндры искусственно сжимается, в результате чего повышается его плотность. Современные авиационные нагнетатели повышают давление воздуха в 2-3 раза и более по отношению к окружающему давлению.

Механизм передачи к нагнетателю приводит в действие рабочее колесо и увеличивает число его оборотов по сравнению с числом оборотов коленчатого вала. У большого числа двигателей нагнетатель приводится во вращение от коленчатого вала посредством ряда шестерен. Такой привод называется механическим приводом. В настоящее время в качестве привода нагнетателя применяется также газовая турбина. Последняя приводится в действие газами, выходящими из цилиндров двигателя.