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 AJIH-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 /, 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 «Бриге 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 пятилетке1.
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 на-сос 9 высокого давления подает топливо к форсунке 5 и устанавливается в расточке картера 11.
Работа любого двигателя внутреннего сгорания свя-зана 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.
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 воз-никновение искры между ее электродами. Для дизеля в этот момент осуществляется впрыск топлива форсун-кой 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 давление продуктов сгорания иа шатунную шейку 8 коленчатого вала 9. Это вызывает вращение коленчатого вала, располагающегося в картере И (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 про-дукты сгорания выталкиваются поршнем через открытый выпускной клапан в выхлопную трубу и глушитель.
В связи с этим подобные двигатели называются также двигателями с кривошипно-камерной продувкой (рис. 3.4, см. вклейку). Цилиндр / (рис. 3.4, а) я картер 4 двигателя представляют собой части единого объема, разделяю-щиеся 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 повы-шается 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 — осу-ществляется его продувка. Наибольшее открытие пере-пускного 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 И. 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 вы-пуска 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-тракторов, их механизмов и узлов рассмотрим на примере некоторых конструкций.
Разрез четырехтактного двигателя ЗИД-3 мотоблока СОТ представлен на рис. 3.5 (см. вклейку). Картер дви-гателя 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, уста-навливаемый 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 рас-полагаются непосредственно в картере, куда в соответ-ствующие 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 / располагаются на оси 3 коромысла 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 / 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 по-дачи 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 // частоты вращения коленчатого вала с рычагом привода дроссельной заслонки 12 и маслоразбрызгиватель 13. В головке блока, над кла-панами, выполнена полость, где установлена свеча зажигания 3 (рис. 3.8, см. вклейку).
Конструкция двигателя со съемным цилиндром, кар-тером, имеющим отделяемый поддон, и с нижним расположением клапанов присуща многим моделям, предназначенным для установки на мотоблоки, например карбюраторному четырехтактному двигателю СА-250 фирмы «Ко Ти Емме» (Со Ti Emme, Италия); компоновка узлов и монтажные размеры его даны на рис. 3.9. Свеча зажигания / в головке цилиндра 8 двигателя располо-жена так же, как у двигателя ДМ-1. Оребренный снаружи цилиндр 9 является съемным и закреплен в верхней части картера 12.
Вентилятор-маховик закрыт кожухом 5, а шкив шнурового запуска установлен на переднем конце коленчатого вала //. Над кожухом вентилятора расположен топливный бак 2 с двумя раздельными полостями и топливным краном 4, а с левой стороны двигателя установлены карбюратор горизонтального типа 6, воздушный фильтр 3 и магнето 7 двигателя. В съемном поддоне 14 картера расположена сливная пробка 13 для масла, уровень которого контролируется с помощью щупа 10.
Разрез двухтактного двигателя Д-300 мотоблока «Риони-2» представлен на рис. 3.10. Картер двигателя имеет вертикальный разъем, и обе его половины центри-руются между собой кольцевым замком. На картере установлен цилиндр двигателя, имеющий неразделенную полусферическую камеру сгорания, выполненную в головке, в верхней части которой расположены свеча и деком-прессионный краник 1, облегчающий запуск.
К картеру двигателя 13 крепится кожух вентилятора-маховика 10, соосность при этом достигается с помощью кольцевого замка. Кожух образует две полости, одна из которых служит для размещения вентилятора-маховика 8, а во второй 9 (коробка) — расположены распределительные шестерни 7, обеспечивающие привод центробежного регулятора 3 и магнето 4. Полость распределительных шестерен закрыта крышкой, а к кожуху маховика крепятся регулятор 3 частоты вращения коленчатого вала и магнето.
Вентилятор-маховик и ведущая шестерня 7 устанавли-ваются соответственно на конусной и цилиндрической частях заднего (удлиненного) носка коленчатого вала 18, на конце которого размещена шестерня запуска 5. Передний носок служит для передачи вращения от двигателя на трансимссию мотоблока, а сам коленчатый вал установлен в корпусе двигателя на четырех шариковых подшипниках 15.
Двухтактный карбюраторный двигатель мотокультиватора МК-1 (рис. 3.11) имеет съемный Цилиндр 7 с двумя перепускными 9, впускным и выпускным каналами. В головке 3 цилиндра, соединение которой с цилиндром уплотняется прокладкой 4, выполнена камера сгорания, а картер 18 двигателя имеет вертикальный разъем по оси цилиндра. Передача вращения от коленчатого вала 20, установленного в картере на двух шарикоподшипниках 12, на клиноременно-цепную трансмиссию мотокультиватора осуществляется через редуктор, находящийся под крышкой 16 и изготовленный как одно целое с двигателем.
Первичным валом редуктора служит коленчатый вал 20 двигателя, на конце которого расположена ведущая шестерня 13. Эта шестерня входит в зацепление с ведомой шестерней 15 выходного вала 17, уплотняемого в крышке редуктора сальником 14. Частота вращения выходного вала 17 редуктора со-ставляет 2200 мин-1, коленчатого — 6000 мин-1.
Проти-воположный, не соединенный с редуктором конец коленчатого вала служит местом установки бесконтактного электронного магнето 2/, вентилятора-маховика 30, закрытого кожухом 31, и Шнурового стартера с рукояткой 25.
Двухтактный карбюраторный двигатель «1Z11 Гут-брод» также имеет вертикальный разъем картера по оси цилиндра. На картер крепятся цилиндр и кожух вентилятора-маховика. Внутри кожуха вентилятора двигателя установлен пневматический регулятор частоты вращения коленчатого вала. вентилятор 5, не совмещенный в единой конструкции с маховиком 10, который расположен на заднем конце коленчатого вала.
Форсунка двигателя 6 и запальное устройство 7 помещены на головке 8 цилиндра 9, в которой выполнена в виде усеченного конуса камера сгорания неразделенного типа. Цилиндр 9 крепится к картеру 17 на шпильках. Картер двигателя имеет вертикальный разъем по оси цилиндра, что хорошо видно из рис. 3.13. Нижняя часть картера предназначена для забора масла из кривошипно-шатунной камеры. В задней половине картера выполнена полость, являющаяся местом установки маховика 10 (см. рис. 3.12), а в верхней части картера сделаны проточки, входящие в состав перепускных каналов // для подачи воздуха в цилиндр двигателя.
Передняя крышка 3 (рис. 3.13) крепится к картеру 4 двигателя, а ее положение фиксируется штифтами. Вал привода 23 топливного насоса 7 соединяется с коленчатым валом 12 (см. рис. 3.12) двигателя, имеющим на переднем конце внутренние шлицы. На валу 3 привода (см. рис 3.12) имеются кулачок // (рис. 3.13) и червяк 12 (см. позицию 19 на рис. 3.12), осуществляющие привод соответ-ственно топливного 4 (см. рис. 3.12) и масляного насосов. Нижняя часть передней крышки выполняет роль масляной ванны. На переднем конце вала привода располагается также шкив, соединенный ремнем с вентилятором и гидронасосом.
Карбюраторный двухтактный двигатель «1Z11 Гут-брод» вместе со штангой управления представляет собой энергетический модуль MJ-5 (см. рис. 2.5), конструкция которого позволяет быстро осуществлять его установку на технологические модули Т-19, Т-20, Т-6В и ротационную мотокосилку ZTR-48. При установке MJ-5 на мотокосилку ZTR-48 необходимо, например, чтобы нижний конец вертикально расположенного коленчатого вала двигателя своими шлицами вошел в ведомую часть центробежной муфты сцепления, расположенной во фланце 5 мотокосилки (рис. 3.14).
Одновременно надо следить, чтобы палец скобы штанги управления 4 двигателя / попал в специальное отверстие во фланце 5. Рычаг 2 быстродействующего зажима поворачивается в отверстии штифта 3 фланца двигателя таким образом, чтобы пружинная скоба 7 своим загнутым концом вошла в зацепление со штифтом 6 фланца мотокосилки. Затем рычаг зажима переводится в вертикальное положение. Палец скобы фиксируется во фланце мотокосилки специальным болтом, и на этом подсоединение к ней силового модуля MJ-5 заканчивается.
К верхней части картера двигателя «1Z11 Гутброд» (см. рис, 2.5) крепится топливный бак емкостью 3 л, являющийся одновременно облицовкой двигателя. На картере, имеющем разъем по оси цилиндра, крепится сам цилиндр, в головке которого расположена камера сгорания. На верхнем конце коленчатого вала располагается магдино, а выше — вентилятор-маховик и пусковое устройство с ручным приводом.
Основные технические данные описанных и некоторых других двигателей, применяемых на мини-тракторах, представлены выше, в табл. 1.1 -1.3. Представленные двигатели, как карбюраторные четырех-(4-К) и двухтактные (2-К), так и дизели четырех-(4-Д) и двухтактные (2-Д), имеют воздушное охлаждение и центральный кривошипно-шатунный механизм, т. е. ось цилиндра в них пересекает ось коленчатого вала. Все двигатели, кроме МК-1, «1Z11 Гутброд» и «Руджерини» серии RF/V, имеют верти-кальное расположение цилиндра. В двигателях «1Z11 Гутброд» и серии RF/V цилиндры располагаются гори-зонтально, а коленчатые валы — вертикально.
Двига-тель МК-1 имеет наклонное расположение цилиндра (под углом 40° к горизонту). В качестве основной системы запуска двигателей применяется шнуровой. Для двигателя Д-300 предусматривается запуск только с помощью рычага, некоторые модели двигателей могут дополнительно запускаться с помощью рукоятки. Двигатель 1Д90ТА, устанавливаемый на микротракторе TZ-4K-14, в качестве основного имеет систему электрического запуска, а на двигателях фирм «Ломбардини» и «Руджерини» электрозапуск устанавливается по заказу.
Учитывая широкое распространение мини-тракторов для сельскохозяйственных работ, а также любительского и декоративного садоводства, многие зарубежные фирмы выпускают двигатели упрощенных конструкций. Мощности этих двигателей могут достигать 3,6-4,4 кВт, а срок их службы 300-400 мото-ч, хотя есть модели упрощенных двигателей, срок службы которых значительно выше
Часть потребителей предъявляет повышенные тре-бования к экологическим качествам двигателей, в связи с этим некоторые фирмы устанавливают на двигателях эффективные глушители, что приводит к некоторому снижению развиваемой ими мощности, а в США для пешеходных тракторов, газонокосилок и снегоочистителей с 1977 г. в законодательном порядке установлен допустимый уровень шума 65 дБ на расстоянии 15,2 м от агрегата [9].
