Рис. 1. Схема гидравлической муфты

Рис. 2. Схема гидротрансформатора

К недостаткам двигателей внутреннего сгорания относятся: невозможность реверсирования (изменения направления вращения вала) и значительного изменения величины крутящего момента без применения сложных механизмов реверса и коробок скоростей, а также сравнительно малый срок службы. Моторесурс двигателя до капитального ремонта составляет 2000—2500 ч.

Для автоматического регулирования крутящего момента ведомого вала, более надежнбй защиты двигателя от перегрузки и сокращения времени холостых ходов в машинах с двигателем внутреннего сгорания применяют гидротрансформаторы.

Гидротрансформатор состоит из насосного колеса, сидящего на ведущем валу, направляющего аппарата, турбинного колеса, закрепленного на ведомом валу.

Насосное и турбинное колеса и направляющий аппарат турботранс-форматора имеют лопатки определенной формы. Направляющий аппарат увеличивает скорость жидкости, поступающей из насоса в турбину, и меняет ее направление.

При возрастании нагрузки на рабочем органе скорость ведомого вала уменьшается, а крутящий момент вследствие динамического воздействия жидкости, подаваемой насосным колесом, увеличивается. При полном стопорении ведомого вала крутящий момент на нем будет в 2,5 раза больше, чем на ведущем валу; при этом нагрузка на двигатель и скорость вращения его вала почти не изменяются. Крутящие моменты на турбинном и насосном колесах будут равными при примерно одинаковом числе их оборотов. На холостом ходу, когда нагрузка снижается, ведомый вал гидротрансформатора автоматически увеличивает скорость вращения в полтора раза по сравнению со скоростью ведущего вала. При этом время холостых ходов сокращается и, следовательно, повышается производительность машины.

—

Двигатели внутреннего сгорания находят широкое применение в передвижных строительных машинах. Достоинствами их являются: независимость от внешнего источника энергии, постоянная готовность к работе и небольшой вес, приходящийся на единицу мощности. К недостаткам их относятся: невозможность изменения направления вращения вала двигателя (реверсирования), малая способность к перегрузке, сложность пуска в зимнее время и сравнительно малый срок службы.

Рис. 3. Схема двигателей
а — карбюраторного; б — дизельного

Для привода строительных машин применяют главным образом дизельные двигатели, работающие на соляровом масле или дизельном топливе. Такие двигатели расходуют на 1 л. с. в час на 30—40% меньше топлива, чем карбюраторные (бензиновые), причем это топливо значительно дешевле бензина.

В двигателе внутреннего сгорания тепловая энергия, сюрытая в топливе, преобразуется в пределах 18—37% в механическую энергию вращающегося коленчатого вала. При сгорании топлива в цилиндре двигателя происходит нагревание газов, которые, расширяясь, давят на поршен, передающий усилие/через шатун на коленчатый вал.

В состав двигателя внутреннего сгорания входят:
1) шатунно-кривошипный механизм, передающий усилие на коленчатый вал и преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала
2) распределительный механизм, обеспечивающий своевременное открывание и закрывание всасывающих и выхлопных клапанов;
3) система питания, подающая горючее в цилиндры. Система питания карбюраторного двигателя включает в себя топливный бак, топливопроводы, фильтры, топливный насос, а также карбюратор, в котором происходит приготовление смеси топлива с воздухом. В систему питания дизельного двигателя кроме бака, топливопроводов, фильтров и подкачивающего насоса входят топливный насос высокого давления и форсунки, через которые дизельное топливо впрыскивается в рабочее пространство цилиндров, заполненное нагретым и сжатым воздухом;
4) система смазки, подающая масло из картера к трущимся поверхностям деталей. В систему смазки входят шестеренный масляный насос, фильтры грубой и тонкой очистки, редукционные клапаны, маслопроводы и контрольные приборы;
5) система охлаждения, обеспечивающая охлаждение наиболее нагретых деталей двигателя. Большинство двигателей имеет жидкостное охлаждение. Цилиндр и головка блока охлаждаются водой, циркулирующей внутри полостей — водяных рубашек. Трущиеся поверхности цилиндров, поршней, коленчатого вала и шатунов охлаждаются маслом системы смазки. В систему охлаждения входят рубашки двигателя, радиатор, шланги и водяной насос. Для лучшего охлаждения воды в радиаторе служит вентилятор;
6) система зажигания горючей смеси в цилиндре карбюраторного двигателя. Дизельные двигатели не имеют системы зажигания, так как топливо в их цилиндрах воспламеняется под действием высокой температуры сжатого воздуха. В состав системы зажигания входят свечи, между электродами которых в определенный момент появляется электрическая искра, источник высокого напряжения — 1200 в (магнето или индукционная катушка, прерыватель, распределитель, генератор) и соединяющие их провода.

Двигатели внутреннего сгорания характеризуются номинальной (паспортной) мощностью в лошадиных силах, числом оборотов коленчатого вала в минуту и удельным расходом топлива. Последний определяется делением часового расхода топлива в граммах на развиваемую двигателем (эффективную) мощность в лошадиных силах. Удельный расход топлива имеет размерность г/э. л. с.: ч.

Главными конструктивными параметрами двигателя внутреннего сгорания являются диаметр цилиндра, ход поршня, число оборотов коленчатого вала, рабочий объем цилиндров, степень сжатия, габаритные размеры двигателя и его вес.

Ходом поршня называется расстояние между положениями поршня в верхней мертвой точке (В. М. Т.) и в нижней мертвой точке (Н. М. Т.).

Рабочий объем цилиндра—пространство, освобождаемое в цилиндре при перемещении поршня от В. М. Т. до Н. М. Т. Рабочий объем цилиндра и объем пространства сжатия в сумме образуют полный объем цилиндра. Отношение полного объема цилиндра к объему пространства сжатия называется степенью сжатия. Для карбюраторных двигателей обычно она составляет 4,6—6,2, а для дизелей 14—22.

Рис. 4. Схема работы четырехтактного карбюраторного двигателя

Различают двигатели внутреннего сгорания двухтактные, где рабочий процесс совершается в течение двух ходов поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала, и четырехтактные, где рабочий процесс в одном цилиндре повторяется через каждые четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала.

Рабочий процесс карбюраторного двигателя включает следующие такты: I — впуск, наполнение цилиндра смесью паров бензина и воздуха; II — сжатие горючей омеси и зажигание ее в конце такта сжатия электрической искрой; III — расширение продуктов сгорания горючей смеси; IV — выпуск отработанных газов из цилиндра.

Работа одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя, изображенного на рис. 32, происходит в следующем порядке. Поршень движется от В. М. Т. к Н. М. Т. и создает в полости цилиндра разрежение. При этом открывается впускной клапан и горючая смесь из карбюратора по впускной трубе поступает в цилиндр. Давление в цилиндре составляет 0,7—0,95 кГ/см2, температура смеси 80—130 °С. Смесь нагревается от соприкосновения с нагретыми стенками деталей двигателя и смешивается с остатками отработанных газов.

По окончании такта впуска поршень движется от Н. М. Т. к В. М. Т. и сжимает горючую смесь; клапаны при этом закрыты. Величина давления зависит от степени сжатия и достигает 6—9 кГ/см2, температура смеси повышается до 300 °С. Увеличение давления и температуры смеси повышает мощность и экономичность двигателя, но увеличение степени сжатия ограничивается температурой самовоспламенения рабочей смеси и детонацией — горением взрывного характера. Предельное значение степени сжатия выбрано таким, чтобы температура смеси в конце сжатия не достигала температуры самовоспламенения.

В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется от электрической искры, появляющейся между электродами свечи. Горение смеси сопровождается выделением большого количества тепла, резким повышением температуры до 1800— 2000 °С и давления до 30—40 кГ/см2. Под давлением газов поршень движется вниз и через шатун передает усилие на коленчатый вал, осуществляя рабочий ход. В конце рабочего хода открывается выпускной клапан 6, и отработанные газы по выхлопному трубопроводу через глушитель удаляются в атмосферу. При движении поршня вверх выпускной клапан остается открытым и поршень выталкивает из цилиндра отработанные газы. Давление в цилиндре составляет 1,05— 1,1 кГ/см2, а температура отработанных газов снижается до 700—800°С.

В четырехтактном двигателе только один из четырех тактов является рабочим. Для обеспечения равномерности вращения коленчатого вала служит массивный маховик. Более равномерно работают двигатели с числом цилиндров 4—6, выполненных в одном корпусе-блоке.

Своевременное открывание и закрывание клапанов обеспечивается вращающимся распределительным кулачковым валом. Кулачки распределительного вала приподнимают толкатели, которые, смещая вверх клапаны, открывают выпускные или впускные отверстия. Для прижатия клапанов к седлам служат пружины. Шестерня распределительного вала имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня коленчатого вала. За два оборота коленчатого вала распределительный вал поворачивается один раз. Это нужно для того, чтобы клапаны открывались только один раз за рабочий цикл двигателя.

Процесс работы дизеля отличается от процесса работы карбюраторного двигателя методом образования и воспламенения смеси. Рабочий процесс дизеля включает следующие такты: I — впуск, наполнение цилиндров воздухом; II—сжатие воздуха и впрыск топлива в конце такта сжатия; III — расширение продуктов сгорания горючей смеси; IV — выпуск отработанных газов из цилиндра. Для воспламенения впрыскиваемого в цилиндр дизеля топлива необходимо, чтобы температура сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. Степень сжатия в дизелях колеблется от 14 до 22; давление составляет 30—40, а при наддуве — 70 кГ/см2 температура воздуха в конце такта сжатия 500—600 °С.

Топливо впрыскивается в цилиндры дизеля через форсунки топливным насосом при давлении (150—200 кГ/см2), значительно большем, чем давление сжатого в цилиндре воздуха. Такое давление обеспечивает лучшее использование калорийности топлива и снижает его расход. Механическое распыление топлива форсунками позволяет применять трудно испаряющиеся, безопасные в пожарном отношении сорта топлива. Дизели не требуют устройств для принудительного воспламенения топлива.