Двигатели для трактора

Двигатели для тракторов

Двигатель представляет собой устройство, которое превращает любую энергию в механическую работу. Что касается тракторных двигателей, то в них данная работа осуществляется благодаря тепловой энергии, появляющейся в цилиндрах двигателя во время сгорания топлива в них. Данные устройства принято именовать тепловыми ДВС.

Разновидности тракторных двигателей

1. Дизельные двигатели (с воспламенением от теплоты сжатия).

2. Карбюраторные двигатели (с воспламенением от электрической искры).

• 2-тактными (у таких двигателей полный цикл заканчивается всего за один оборот коленчатого вала);
• 4-тактными (у них полный цикл прекращается после двух оборотов коленвала или четырех ходов поршня).

• 1-цилиндровые (ПД-10У);
• 2-цилиндровые (Д-21);
• 4-цилиндровые (Д-240, АМ-41, Д-37 Е);
• 6-цилиндровые (СМД-62, СМД-60, АМ-01);
• 12-цилиндровые (ДВС ЯМЗ-240Б).

• с однорядным расположением;
• с двухрядным.

• те, которые работают на любом жидком топливе (дизельное топливо, бензин);
• те, которые работают на газообразном топливе.

Помимо всего прочего, принято различать двигатели с воздушным и водяным охлаждением.

Главные определения, которые связаны с работой тракторного двигателя

Основой ДВС является полезное свойство всех видов газов расширяться при нагревании. Например, рассмотрим ситуацию, когда в цилиндр, закрытый с одной стороны, помещается поршень. Что будет с ним в данном случае? Под влиянием своей массы поршень просто сожмет воздух, который находится в цилиндре. При нагревании воздуха произойдет его расширение. Как итог, давление на поршень станет больше и он поднимется. Таким образом он совершает свою механическую работу. Чтобы прогреть воздушную массу в цилиндре задействуется газообразное или жидкое горючее. Для сгорания топлива его обязательно соединяют с кислородом. Смесь, которая состоит из паров воздуха и топлива, именуется горючей.

Во время сгорания топлива выделяется тепло, под влиянием которого газ расширяется и оказывает давление на поршень, находящийся в цилиндре, заставляя его тем самым перемещаться. Тем самым поступательное движение поршня при помощи кривошипно-шатунного механизма превращается во вращательное движение коленчатого вала. Именно с него через силовую передачу передается крутящий момент на ведущие колеса ходовой части.

По той причине, что поршень связан с коленвалом при помощи шатуна, его движение как вниз, так и вверх ограничивается мертвыми точками (окончательными положениями). При этом верхней мертвой точкой (ВМТ) называют последнее местоположение поршня, при котором расстояние его от оси коленчатого вала ДВС считается максимально большим.

Размеры поршневого ДВС: воздух, сжатый в цилиндре, удерживает поршень с грузом; во время нагревания постепенно повышается давление воздуха, который расширяясь поднимает поршень вместе с грузом и осуществляет механическую работу; во время расходования топливной смеси в цилиндре повышается давление газов, выталкивающих поршень с грузом, на котором расстояние его от оси коленчатого вала самое минимальное, называется НМТ (нижней мертвой точкой).

Нужно обратить внимание, что расстояние между двумя последними мертвыми точками по оси цилиндра называется ходом поршня. Последний равен двум радиусам кривошипа коленвала. При каждом последующем ходе поршня коленчатый вал разворачивается ровно на 180 градусов (то есть на половину оборота). Поршень совершает два хода всего за один оборот вала. Рабочим объемом принято называть именно тот объем, высвобождаемый поршнем от верхней до нижней точки. Его принято измерять в кубических сантиметрах или литрах.

Литражом ДВС принято считать сумму объемов всех цилиндров в многоцилиндровых двигателях (она выражается в литрах). Когда местоположение поршня локализовано в верхней точке, то над ним остается пространство - камера сгорания (сжатия). Полным объемом цилиндра называют сумму рабочего объема цилиндров и объемов камеры сжатия.

Степень сжатия представляет собой отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия. Причем этот показатель позволяет увидеть, во сколько раз становится меньше объем воздуха или топливной смеси в цилиндре во время сжатия их при помощи поршня.

Чтобы привести в рабочее состояние ДВС нужно заполнить цилиндр воздухом или топливом. Данный процесс называют процессом наполнения (впуска). Далее воздух сжимается в цилиндре и после того, как он был прогрет до требуемого уровня, в него впрыскивается горючее, которое легко воспламеняется от электрической искры.

Когда топливо полностью сгорает, газы, которые расширяются, оказывают давление на поршень и перемещая его, выполняют механическую работу. Данный процесс принято называть процессом расширения. В завершение нужно удалить из цилиндра все газы, которые были отработаны (данный процесс называют процессом выпуска).

Время от времени в цилиндре происходит целый цикл разных процессов (впуск, сжатие воздуха, сгорание топлива, расширение, выпуск). В результате этого тепловая энергия использованной топливной смеси трансформируется в механическую работу. Это принято именовать рабочим циклом ДВС. А вот фрагмент рабочего цикла, который наблюдается в цилиндре за один ход поршня, принято называть тактом.

Двигатель, в котором рабочий цикл происходит всего за два такта, принято называть двухтактным. А вот те устройства, в которых рабочий цикл происходит за четыре такта, называют четырехтактными.

Головка цилиндра имеет не только выпускное, но и впускное отверстие, которое предназначено для попадания воздуха и топлива в цилиндр. Данное отверстие также предназначено для удаления отработанных газов. Нужно обратить внимание, что в определенные моменты данное отверстие закрывается клапанами газораспределительного механизма и при необходимости открывается.

Особенности рабочего цикла 4-тактного одноцилиндрового двигателя

Такт впуска: поршень передвигается от верхней к нижней точке, создавая при этом разрежение внутри цилиндра над поршнем. Одновременно через впускной клапан внутрь цилиндра попадает чистый воздух, который был предварительно очищен в воздухоочистителе. Один рабочий цикл одноцилиндрового 4-тактного двигателя выглядит так: сначала такт впуска, далее такт сжатия, после этого такт расширения и потом - такт выпуска.

Такт сжатия: выпускной и впускной клапаны являются закупоренными. Поршень передвигается от верхней точки, происходит сжатие воздуха в цилиндре. Из-за высокой степени сжатия у дизелей (е = 14-18) давление воздуха по завершении такта сжатия доходит до 35-40 кгс на сантиметр квадратный. При этом температура воздуха увеличивается до значений, равных от 500 до 700 градусов. По окончании такта сжатия, когда поршень переходит к верхней мертвой точке, через форсунку в камеру сгорания под достаточно большим давлением (равным в пределах 120-170 кгс на сантиметр квадратный) подается горючее. При соприкосновении с горячим воздухом оно моментально воспламеняется. Температурный режим газов доходит до отметки в 2000 градусов, а давление в цилиндре составляет в пределах 55-90 кгс на сантиметр квадратный.

Такт расширения: в его самом начале происходит догорание горючего. И впускной, и выпускной клапаны заперты. Под давлением газов поршень направляется к нижней точке и с помощью шатуна крутит коленчатый вал, совершая при этом полезную работу. К завершению рабочего хода давление опускается до 4 кгс на сантиметр квадратный. При этом температура газов составляет от 800 до 900 градусов.

Такт выпуска: при нем открывается выпускной клапан и движущийся к верхней точке поршень начинает выталкивать в атмосферу все газы, которые были отработаны. После этого завершенный цикл повторяется снова.

Что касается отличительных особенностей, то они следующие. Во время такта впуска в цилиндр двигателя подается топливо, которое приготовлено в карбюраторе.

Во время такта сжатия топливо сжимается до максимально возможных низких давлений для того, чтобы предотвратить его воспламенение. Повышать уровень сжатия в таком двигателе более допустимого значения запрещено. Обусловлено это тем, что сгорание горючего будет осуществляться с большой скоростью. Данное явление принято именовать детонацией. Именно она способна провоцировать резкое повышение нагрузок на детали. В результате все это приводит к быстрому износу и уменьшению мощностных характеристик двигателя. По данной причине уровень сжатия у карбюраторного двигателя находится на отметке е = 4,5-9,0.

В карбюраторном двигателе (в отличие от дизельного) горючая смесь зажигается при помощи искры.

С повышением уровня сжатия увеличивается экономичность и мощность. Дизель характеризуется более высокой степенью сжатия, поэтому полезная работа у него больше в сравнении с карбюраторным устройством. Для выполнения одинаковой работы дизельный двигатель расходует на треть меньше топлива, чем карбюраторный. Помимо всего прочего, дизельные двигатели функционируют на доступном и тяжелом топливе, из-за чего они так широко используются на тракторах отечественного производства.

Рабочий цикл 2-тактных двигателей

Такие устройства могут быть как дизельными, так и карбюраторными. На сельхозтехнике (в частности, на тракторах) чаще устанавливаются именно 1-цилиндровые 2-тактные карбюраторные двигатели. Они применяются в качестве пусковых двигателей дизелей.

Что касается рабочего цикла такого двигателя, то нужно сразу обратить внимание, что в нем нет клапанов. Впуск топлива и выпуск отработанных ранее газов происходит через продувочные, впускные и выпускные окошки. В определенные моменты они запираются поршнем при его перемещении внутри цилиндра.

1. Первый такт. Поршень направляется от нижней к верхней точке и сжимает смесь, ранее попавшую в цилиндр. В этот момент в цилиндре над поршнем осуществляется процесс сжатия. Одновременно под ним (а именно в кривошипной камере) поршень, движущийся вверх, создает разрежение и когда "юбка" поршня открывает впускное окошко, горючее из карбюратора попадает в кривошипную камеру. При следовании поршня к верхней точке между электродами свечи появляется искра. Именно благодаря ей и воспламеняется смесь, которая находится в цилиндре.

2. Второй такт. Поршень направляется вниз из верхней точки, осуществляя при этом полезную работу. Причем рабочий ход заканчивается, когда поршень открывает выпускное окошко канала и газы под давлением будут выпускаться через трубу в атмосферу.

Поршень, который направляется вниз, сжимает горючее под ним. После того, как будет открыто продувочное окошко, сжатая смесь поступит в цилиндр двигателя, вытеснит отработавшие газы и заполнит цилиндр новой топливной смесью.

Процесс принято называть продувкой цилиндра. Потом поршень направляется вверх, закрывает выпускное и продувочное окно и начинает сжимать смесь в цилиндре. На этапе продувки часть смеси выходит вместе с выхлопами, из-за чего возрастает расход горючего.

В дизельных двигателях 2-тактного типа продувка цилиндра происходит при помощи чистого воздуха. Причем горючее попадает в цилиндр на этапе завершения сжатия и самовоспламеняется. По данной причине 2-тактные двигатели так экономически выгодны. Они устанавливаются на транспортных средствах, отличающихся большой грузоподъемностью.

Помимо всего прочего, у 2-тактного двигателя рабочий ход начинается при каждом последующем обороте коленчатого вала. Соответственно, его мощность примерно на 70% больше, чем у 4-тактного двигателя аналогичного литража.

Многоцилиндровые двигатели

В 1-цилиндровом двигателе такт расширения или рабочего хода осуществляется только раз за два оборота коленвала. По этой причине вал вращается неравномерно.

Для обеспечения равномерного вращения коленвала на нем нужно укрепить тяжеловесный маховик. Помимо всего прочего, 1-цилиндровый двигатель не способен развивать большую мощность.

Системы и механизмы тракторного двигателя

Работа устройства отличается расходом горючего и мощностными характеристиками. При воспламенении топлива внутри цилиндра газы, которые расширяются, оказывают давление на поршень с усилием, передающимся через шатун на кривошип. Это создает крутящий момент двигателя и совершает работу.

Работа, которая выполняется в единицу времени, именуется мощностью. При этом ее принято измерять киловаттами или лошадиными силами. Работа, выполняемая газами внутри цилиндра за единицу времени, именуется так называемой индикаторной мощностью.

Часть мощности расходуется на трение составляющих элементов, а еще на привод разных механизмов (генератора, вентилятора, топливного, водяного и масляного насосов). По данной причине с коленчатого вала двигателя снимается гораздо меньшая мощность, чем индикаторная, на величину механических потерь в двигателе, которую принято называть эффективной мощностью.