Глава 3. ДВИГАТЕЛИ МИНИ-ТРАКТОРОВ

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЕЙ МИНИ-ТРАКТОРОВ

Двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми машинами, в которых скрытая термохимическая энергия сжигаемого топлива превращается в тепловую, а затем механическую энергию. Выше было показано, что на мини-тракторах могут устанавливаться как карбюраторные двигатели, так и дизели.

В качестве примера компоновки двигателя и его некоторых узлов на мотоблоках рассмотрим моторное отделение мотоблока . «Кутаиси Супер-610» с карбюраторным двигателем АЛН-330W фирмы АКМЕ (ACME, Италия), унифицированным с двигателем ЛА-300 «Ломбардини» (Lombardini, Италия), устанавливаемым на мотоблоках «Кутаиси Супер-608». Как можно видеть из рис. 3.1 (см. вклейку), двигатель находится в передней части мотоблока и оборудован шнуровым запуском с рукояткой 5.

Воздух для охлаждения цилиндра засасывается через воздухозаборник 4 и нагнетается вентилятором-маховиком, закрепленным на переднем конце коленчатого вала и закрытым кожухом 3. Задний конец вала соединен с трансмиссией мотоблока. В нижней части двигателя находится предохранительное ограждение 6, одновременно являющееся упором. С правой стороны двигателя расположены прерыватель магнето 7, карбюратор 8 горизонтального типа и воздушный фильтр 9, в котором фильтрующим элементом является капроновая сетка. Сзади воздушного фильтра установлен глушитель. Двигатель закрыт капотом 1, под которым расположен топливный бак. Топливопровод от бака к карбюратору оборудован краном 2. Двигатели «Ломбардини» применяются также на мотоблоках «Гольдони» моделей 107 и 140 и «Бедони» (Bedoni, Италия) модели «Олимпия R2» (Olimpia, Италия), а карбюраторные четырехтактные двигатели фирмы «Бригс энд Стреттон» (Brigs and Stretton, Англия) — на мотоблоках «Стоб», «Буйе», «Разант», «Норлетт» и др. [17].

Первый отечественный дизель, созданный в Институте механики машин АН ГрузССР для мини-тракторов, имеет горизонтальное расположение коленчатого вала. Мощность двигателя — 10 кВт. Он расходует на 30 % меньше горючего по сравнению с аналогичными образцами карбюраторных двигателей. Несложная, автоматически регулируемая топливная система отличается повышенной надежностью. Серийное производство дизелей планируется начать в двенадцатой пятилетке.

Применяемые за рубежом на мотоблоках дизели могут иметь горизонтальное или вертикальное расположение коленчатого вала. Фирма «Руджерини», например, уже длительное время выпускает оба указанных исполнения дизелей. Общий вид дизеля с вертикальным коленчатым валом показан на рис. 3.2 (см. вклейку). Двигатель имеет горизонтально расположенный цилиндр. На верхнем конце коленчатого вала 8 располагается вентилятор-маховик с воздухозаборником 2, а над ним — механизм шнурового запуска. Нижний конец коленчатого вала обеспечивает соединение двигателя с трансмиссией. Вентилятор-маховик закрыт кожухом 3, который в сочетании с воздушными дефлекторами 6 направляет поток воздуха

к цилиндру. Механизм запуска закрыт откидывающимся защитным кожухом, имеющим отверстия для прохода воздуха к вентилятору. Фиксация кожуха в закрытом положении осуществляется с помощью пружины. На двигателе крепятся топливный бак 1, воздушный фильтр 4, глушитель 7, подкачивающая помпа 10. Топливный насос 9 высокого давления подает топливо к форсунке 5 и устанавливается в расточке картера 11.

Работа любого двигателя внутреннего сгорания связана с периодически повторяющимися и последовательно осуществляемыми в его цилиндрах процессами впуска, сжатия, сгорания, расширения (рабочего хода) и выпуска. Совокупность этих процессов представляет собой рабочий цикл двигателя. Рабочий цикл четырехтактного двигателя осуществляется за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, а двухтактного двигателя — за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.

Процесс впуска четырехтактного двигателя (рис. 3.3, а; см. вклейку) начинается с момента начала движения поршня 5 вниз. К этому моменту впускной клапан 1 уже открыт, и горючая смесь для карбюраторного двигателя или воздух для дизеля поступает в цилиндр 4 через канал, выполненный в его головке 3. Открывается впускной клапан еще до прихода поршня в крайнее верхнее положение (в. м. т.), что для двигателя УД-15, например, соответствует 10 ± 6° поворота коленчатого вала 9.

Впускной клапан остается открытым не только при ходе поршня вниз, но и в течение некоторого времени при обратном его ходе. Это способствует дополнительному поступлению горючей смеси (воздуха) в цилиндр за счет сил инерции потока. Продолжительность открытия впускного клапана после прохождения поршнем н. м. т. составляет для двигателя УД-15 46 ± 6°. При впуске выпускной клапан 2 закрыт. При сжатии (рис. 3.3, б) поршень 5 движется к в. м. т., а следовательно, в цилиндре повышаются давление и температура смеси (воздуха). В конце процесса сжатия, при положении поршня около в. м. т., на свечу карбюраторного двигателя подается высокое электрическое напряжение, обеспечивающее возникновение искры между ее электродами. Для дизеля в этот момент осуществляется впрыск топлива форсункой 10 (рис. 3.3, в) ,в цилиндр. Таким образом, осуществляются процессы принудительного воспламенения смеси в карбюраторном двигателе и самовоспламенения в дизеле. Момент подачи напряжения на свечу (угол опережения зажигания) составляет для двигателя УД-15 33 ± 1° до в. м. т. При горении смеси в цилиндре резко повышаются температура и давление продуктов сгорания, которые, воздействуя на поршень, заставляют его перемещаться вниз. Таким образом, в цилиндре совершается процесс расширения (рис. 3.3, в). Поршень через поршневой палец 6 (рис. 3.3, б) и шатун 7 передает давлениё продуктов сгорания на шатунную шейку 8 коленчатого вала 9. Это вызывает вращение коленчатого вала, располатающегося в картере 11 (рис. 3.3, г). Впускной 1 (рис. 3.3, а) и выпускной 2 клапаны в процессе расширения закрыты. Только в конце хода поршня к н. м. т. открывается выпускной клапан и происходит свободное истечение продуктов сгорания из цилиндра. Для двигателя УД-15, например, момент открытия выпускного клапана соответствует 46 ± 6° до н. м. т.

Процесс выпуска осуществляется при движении поршня к в. м. т. (рис. 3.3, г), в течение которого продукты сгорания выталкиваются поршнем через открытый выпускной клапан в выхлопную трубу и глушитель. Процессом выпуска заканчивается цикл работы четырехтактного двигателя, но выпускной клапан продолжает оставаться открытым еще в течение некоторого времени после того, как поршень прошел положение в. м. т. Это перекрытие в работе впускного и выпускного клапанов способствует лучшей очистке цилиндра от продуктов сгорания и подготовке к совершению следующего цикла. Момент закрытия выпускного клапана, например, для двигателя УД-15 соответствует 10 ± 6° после в. м. т.

На мини-тракторах используются также двухтактные двигатели, карбюраторные и дизели, в которых очистка цилиндра от продуктов сгорания (продувка) осуществляется соответственно горючей смесью или воздухом, предварительно сжатыми в картере (кривошипной камере). В связи с этим подобные двигатели называются также двигателями с кривошипно-камерной продувкой (рис. 3.4, см. вклейку). Цилиндр 1 (рис. 3.4, а) и картер 4 двигателя представляют собой части единого объема, разделяющиеся между собой движущимся поршнем 2 и сообщающиеся перепускным каналом 12 (рис. 3.4, г). При движении поршня к в. м. т. (рис. 3.4, а) в двигателе совершаются

одновременно два процесса. В картере 4 образуется разрежение, и воздух поступает в карбюратор, куда подается и топливо для образования горючей смеси. После карбюратора горючая смесь через впускной канал 3 поступает в картер 4 двигателя. В дизеле воздух поступает непосредственно в картер. Над поршнем совершается процесс сжатия, при этом давление и температура горючей смеси (воздуха) повышаются. В конце хода поршня в карбюраторном двигателе осуществляется принудительное воспламенение смеси, а в дизеле — впрыск топлива форсункой 5 (рис. 3.4, б) и самовоспламенение. Угол опережения зажигания составляет, например, для двигателя мотокультиватора МК-1 19° до в. м. т.

В результате сгорания давление в цилиндре повышается и в начале процесса расширения (рис. 3.4, б) достигает максимального значения, которое, например, для двигателя Д-300 равно 3 МПа. Под действием давления продуктов сгорания поршень перемещается вниз к н. м. т., передает движение через поршневой палец 6, шатун 7 и шатунную шейку 9 на коленчатый вал 8 двигателя; продукты сгорания при этом расширяются. Впускной канал 3 (рис. 3.4, а) перекрывается боковой поверхностью поршня 2, объем под поршнем уменьшается, и горючая смесь (воздух) в картере сжимается. В конце процесса расширения (рис. 3.4, виг) поршень своей верхней кромкой открывает выпускное окно 10 — продукты сгорания истекают из цилиндра и давление в нем снижается. Происходит свободный выпуск продуктов сгорания. При дальнейшем движении к н. м. т. поршень открывает продувочное окно 11, и горючая смесь (воздух) под избыточным давлением 9,8—39,2 кПа подается из картера через специальную проточку в поршне, а затем по перепускному каналу 12 в цилиндр двигателя. Продукты сгорания вытесняются из цилиндра — осуществляется его продувка. Наибольшее открытие перепускного канала, а следовательно, и наибольшая подача горючей смеси (воздуха) на продувку соответствуют положению поршня в н. м. т., когда проходное сечение канала полностью совпадает с проточкой.

Процесс продувки продолжается и при обратном движении поршня от н. м. т. к в. м. т. (рис. 3.4, г) до момента закрытия продувочного окна 11. Выпускное окно 10 (рис. 3.4, в) закрывается с некоторым запаздыванием после продувочного, что обуславливает дополнительный

выпуск, а значит, некоторую потерю горючей смеси; (воздуха). Продолжительность процессов впуска и выпуска для двухтактных двигателей значительно меньше, чем для четырехтактных. При кривошипно-камерной продувке это ухудшает процесс очистки цилиндра от продуктов сгорания, уменьшает количество смеси (воздуха), поступающей в него, что может служить причиной пропуска воспламенения, т. е. перебоев в работе двигателя. Это особенно заметно по мере прикрытия дроссельной заслонки. Общее устройство двигателей мини-тракторо^, их механизмов и узлов рассмотрим на примере некоторый конструкций.

Разрез четырехтактного двигателя ЗИД-3 мотоблока СОТ представлен на рис. 3.5 (см. вклейку). Картер двигателя отливается из алюминиевого сплава. В нижней части к нему крепится масляный поддон, на внешней стороне которого выполнены ребра, способствующие охлаждению масла. Внутри картера установлен масляный лоток, который делит объем картера на две части: в верхней осуществляется вращение коленчатого и распределительного валов, в нижней устанавливаются плунжерный масляный насос и фильтр. Коленчатый вал — стальной кованый, устанавливается в картере на двух шариковых подшипниках. На удлиненном носке вала располагается вентилятор-маховик и выполняется лыска для прерывателя первичной цепи магнето; другой носок предназначен для ведущей звездочки цепной трансмиссии мотоблока. Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого с помощью распределительных шестерен. К картеру двигателя крепится чугунный цилиндр, имеющий алюминиевую головку. В приливе цилиндра монтируются детали газораспределительного механизма. Двигатель закреплен на двух кронштейнах на подвижной каретке рамы, что дает возможность регулировать натяжение цепи ведущей звездочки.

Четырехтактный карбюраторный двигатель УД-15 (рис. 3.6, см. вклейку) имеет съемный цилиндр 8, устанавливаемый на картере 17 туннельного типа и закрытый кожухом 28. Картер двигателя представляет собой литую неразборную конструкцию, поддон 19 которой выполнен съемным. Неразборный картер имеют также двигатели «Руджерини» серий RF и RF/V. Такой картер обладает большей жесткостью, по сравнению с разборным, и, как правило, — меньшей массой. В поддоне располагается

масляная ванна 20. Распределительные шестерни не имеют специальной полости для своей установки, а располагаются непосредственно в картере, куда в соответствующие расточки устанавливаются масляный насос и магнето. Вентилятор-маховик 24 двигателя располагается на переднем носке коленчатого вала 15. В головке 4 цилиндра выполнена камера сгорания с боковым расположением свечи зажигания. К головке крепится глушитель 29, а под крышкой головки 1 располагаются на оси 3 кЪромысла клапанов 2 и выходят своими концами стержни клапанов и толкатели.

В модификации двигателя для мотоблока МТЗ-05 применена система шнурового запуска (на схеме не показана), в связи с чем шестерня 22 с рычагом 23 запуска заменены другим механизмом, который вынесен на передний конец коленчатого вала. Рукоятка 26 управления положением воздушных жалюзи также расположена с противоположной стороны кожуха вентилятора 27.

В отличие от двигателя УД-15 картер 9 и оребренный цилиндр 1 четырехтактного карбюраторного двигателя ДМ-1 мотоблока МБ-1 представляют собой единый блок — отливку из алюминиевого сплава (рис. 3.7, см. вклейку). В блок вставлена чугунная гильза, образующая с поршнем и головкой блока (на рисунке не показаны) рабочий объем двигателя. В приливе 2 блока выполнены каналы для подачи горючей смеси и удаления продуктов сгорания, размещены клапаны газораспределительного механизма, а в приливе 3 выполнена клапанная коробка. Картер не имеет отсоединяемого поддона, съемным элементом его является боковая крышка 10, открывающая доступ в его внутреннюю полость, где размещаются коленчатый вал 7, шатун 4 с крышкой 5, коренной шарикоподшипник 6, распределительный вал и шестерня 8 его привода, а также центробежный регулятор 11 частоты вращения коленчатого вала с рычагом привода дроссельной заслонки 12 и маслоразбрызгиватель 13. В головке блока, над клапанами, выполнена полость, где установлена свеча зажигания 3 (рис. 3.8, см. вклейку).