ІШТЕН ЖАНУ ҚОЗҒАЛТҚЫШЫНЫҢ ДИНАМИКАЛЫҚ ЖҮКТЕМЕСІН ТӨМЕНДЕТУ БОЙЫНША ҰСЫНЫСТАР

RECOMMENDATIONS FOR REDUCING THE DYNAMIC LOAD OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Zauresh Blyalova

master's student, Department of transport and logistics systems, Karaganda University named after E. A. Buketov,

Republic of Kazakhstan, Karaganda

Sayat Kurymbayev

scientific supervisor, candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor. Karaganda University named after E. A. Buketov,

Republic of Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

Мақалада іштен жану қозғалтқышындағы динамикалық жүктемені азайту мақсатында ішкі жану қозғалтқыштарының конструкциясын зерттеу болып табылады. Осы мақсатқа жету үшін осындай қозғалтқыштардың әртүрлі параметрлеріне, соның ішінде геометрияға, материалдарға, отын беру жүйелеріне және салқындату жүйелеріне талдау жүргізілді..

ABSTRACT

The article is a study of the design of internal combustion engines in order to reduce the dynamic load on the internal combustion engine. To achieve this goal, an analysis of various parameters of such engines was carried out, including geometry, materials, fuel supply systems and cooling systems.

Негізгі сөздер: іштен жану қозғалтқышы; динамикалық жүктеме; конструкция; зерттеу; отын беру жүйелері; салқындату жүйелері.

Keywords: internal combustion engine; dynamic load; design; research; fuel supply systems; cooling systems.

XXІ ғасырда автомобиль жасаудың қарқынды өсуі, қазіргі заманғы индустриялдық қоғамға, адам өмірінің барлық саласына айтарлықтай өзгеріс енгізді. Заманауи автокөлік күрделі машина болып табылады. Бөлшектерінің саны мыңдармен өлшенеді, бірақ барлық автомобильдердің «жүрегі» қозғалтқышы болып табылады.

Энергия түрін механикалық жұмысқа өзгертетін механизмді  қозғалтқыш деп атайды. Жылу энергиясын механикалық жұмысқа өзгертетін қозғалтқыштар жылу қозғалтқыштары деп аталады. Жылу энергиясы қандай да бір отын жағу кезінде алынады. Отын қалдығы тікелей цилиндр ішінде және энергия түзілген кезінде түзіледі, бұл газдар қозғалмалы цилиндрдің поршенінде қабылданады. Бұны піспекті ІЖҚ (Іштен жану қозғалтқыштары)  деп атайды. Қазіргі замандағы автомобильдерде дәл осындай қозғалтқыштар орнатылған. Жұмыс процесін жүзеге асыру бойынша піспекті ІЖҚ екі негізгі түрге бөлінеді: Сыртқы қоспаны қалыптастыру және электр ұшқыны арқылы тұтанатын қозғалтқыштар; Ішкі қоспаны қалыптастыру және тұтанатын қоспаның сығылу арқылы қалыптастыратын қозғалтқыштар (дизель).

Іштен жану-қазіргі заманғы автомобильдерде қолданылатын негізгі технологиялардың бірі. Дегенмен, ішкі жану қозғалтқыштарының жоғары динамикалық жүктеме сияқты кемшіліктері бар, бұл әртүрлі бөлшектердің тозуына және зақымдалуына әкелуі мүмкін.

Бұл зерттеудің мақсаты динамикалық жүктемені азайту мақсатында ішкі жану қозғалтқыштарының конструкциясын  зерттеу болып табылады. Осы мақсатқа жету үшін осындай қозғалтқыштардың әртүрлі параметрлеріне, соның ішінде геометрияға, материалдарға, отын беру жүйелеріне және салқындату жүйелеріне талдау жүргізілді.

Осы мақала арқылы қозғалтқыштардың іштен жану жұмысымен танысуға, ІЖҚ динамикалық жүктемесін төмендетуде болатын жұмыстармен танысуға болады.

Келесі [1] әдебиетте көрсетілгендей, қабылдау процесінде қоспаны цилиндр аймағына максималды поршеньдік саңылаумен жібереді, ал кеңейту процесінде жану өнімдері отын аймағынан ауаға жіберіледі. Бұл цилиндрдегі жану уақыты артады және жоғары қысу коэффициенттерінде детонациясыз жануға қол жеткізіледі. Өнертабыстың мақсаты-тиімділікті арттыру. Ішкі жану қозғалтқышының жұмыс тәртібі  цилиндрде отын-ауа қоспасынан отын мен ауа аймағын қалыптастыру үшін жаңа зарядты қабылдауды, поршеньмен жаңа зарядты сығуды, тұтануды, жануды және пайдаланылған газдарды шығаруды қамтиды. Қоспа максималды көлденең саңылау аймағына жіберіледі, ал кеңейту процесінде жану өнімдері отын аймағынан ауаға жіберіледі.

Н.М. Тлеуова, М.Т. Тлеуов [2] әдебиетте айтылғандай, көлік құралының іштен жану қозғалтқышының пайдаланылған газдарын басқаруға арналған құрылғыда шығатын құбыр және шығатын құбырлардың көмегімен шығатын құбырға жалғанған терезесі бар толтырғыш ыдысы болады.

Өнертабыстың мақсаты-тиімділікті арттыру. Қойылған мақсатқа көлік құралының іштен жану қозғалтқышының пайдаланылған газдарын ұстап қалуға арналған құрылғыда шығатын түтікшесі бар және шығатын құбырдың көмегімен шығатын түтікшеге қосылған толтырғышы  бар құрылғыда өнертабысқа сәйкес бұрылатын құбыр сыйымдылық қабырғасы бойымен терезе аймағына көлік құралының қозғалыс бағытына қарама-қарсы жаққа бағытталған саптамамен жабдықталғандығына қол жеткізіледі,  сонымен қатар, саптама аймағындағы сақтау сыйымдылығының қабырғасында ауа көрсеткіші орнатылған. 1-суретте ұсынылған құрылғы көрсетілген.

Сурет 1. Пайдаланылған газдарды ұстап қалуға арналған құрылғы

[3] А.Н. Матыцин жұмысында қарастырылған, цилиндр басы мен поршень арқылы пайда болған жану камерасы бар төрт тактілі карбюраторлы іштен жану қозғалтқышы және отын каналдарының көмегімен жану камерасымен жабдықталған форкамера, қозғалтқыштың детонацияға бейімділігін төмендету мақсатында алау каналдарының көлденең қимасының жалпы ауданы форкамера қуысының әрбір 1000мм³ көлеміне 1,0-2,5 мм² құрайды.

Өнертабыс негізінен көлік қозғалтқышына жатады және оны карбюраторлы төрт тактілі ішкі жану қозғалтқыштарында қолдануға болады.

Өнертабыстың мақсаты - қозғалтқыштың детонацияға бейімділігін төмендету. 2-суретте форкамера орнатылған іштен жану қозғалтқышы, 3 – суретте форкамераның бойлық кесіндісі көрсетілген.

Ішкі жану қозғалтқышы 1 жану камерасы, 2 цилиндрдің басы, цилиндр 3 және поршень 4, 5 форкамерадан тұрады. Форкамера 5  корпусынан 6, тұтану көзі 8, орналасқан тұтану қуысы 7, саптама бөлігі 9,  ұзартылған құбыр 11, 10 арнадан тұрады. 5 Форкамера 1 жану камерасымен 12 алау арналарының көмегімен хабарланды, олардың жиынтық ауданы 10 арна көлемінен және 7 тұтану қуысынан тұратын 5 форкамера қуысының әрбір 1000мм³ көлеміне 1,0-2,5 мм² құрайды.

Сурет 2. Форкамера орнатылған іштен жану қозғалтқышы

Құрылғы келесідей жұмыс істейді, жану камерасы 1, жанармай – ауа қоспасы 7 тұтану қуысында 12 алау арналары арқылы жеткізіледі. Тұтану кезінде қуыстың заряд тығыздығы 7 тұтану, алау арналарында дроссельдеу арқылы 12, жану камерасының 1 заряд тығыздығының шамамен 0,7-0,5 құрайды, сондықтан оны 8 тұтану көзінің электр доғасымен тұтандыру детонациясыз жүреді.  7 тұтану қуысындағы температура мен қысымның күрт көтерілуіне байланысты жанып жатқан отын-ауа өнімдері қоспалар алау арналары арқылы 12 жану камерасына 1 шығарылады және онда жанармай-ауа қоспасының детанациясыз сақтандырғышын шығарады, онда оны электр доғасымен тұтату сөзсіз детанацияға әкеледі.

Жоғарыда көрсетілген өнертабыстарда қарастырылған ақпарттарды қарай отырып, іштен жану қозғалтқыштардың динамикалық  жүйесіне байланысты, қозғатлқыш конструкциясын, динамика жүйесін төмендету бойынша қарастырлмаған. Сондықтан, Ішкі жану қозғалтқышындағы динамикалық жүктемелерді азайту үшін әртүрлі әдістер мен технологиялар бар. Мысалы, жүктемені азайтудың бір жолы-қозғалтқыштың тербелісі мен тербелісін өтейтін тепе-теңдік біліктерін орнату. Сондай-ақ, өнімділігі реттелетін май сорғылары немесе төмен үйкеліс жабындары сияқты үйкелісті азайту жүйелерін пайдалануға болады. [5]

Осы тақырып бойынша мақалаларда динамикалық жүктемелерге әсер ететін ішкі жану қозғалтқышының конструкциясы мен жұмысының әртүрлі аспектілері талқыланады. Мысалы, поршеньдің пішіні мен массаның таралуы қозғалтқыштың тербелісіне айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Сондай-ақ, айналу жылдамдығы, жүктеме және температура жағдайлары сияқты жұмыс жағдайларын ескеру қажет.

Жалпы, ішкі жану қозғалтқышындағы динамикалық жүктемелерді азайту қозғалтқыштың қызмет ету мерзімін ұзартуға және оның сенімділігін арттыруға мүмкіндік беретін маңызды міндет болып табылады. Осы мақсаттарға жету үшін қозғалтқыштың жұмысы мен конструкциясы барлық аспектілерін ескере отырып, әртүрлі әдістер мен технологияларды біріктіру қажет.

Автомобиль қозғалысының теңдігін жалпы түрде талдамалап шешу мүмкін емес, өйткені негізгі әсер ететін күштердің нақты тәуелділігі жоқ, атап айтқанда тарту күші Р_Т тербеліске қарсыласу күші Р_к және автомобиль қозғалысынң жылдамдығына байланысты өрге шығуға қарсыласу күші. Сондықтанда автомобильдің қозғалысынң теңдігін шешу үшін жуықталған графоаналитикалық әдісті қолданады. Сонымен қатар күштік және қуаттық еңгерімнің әдісін көптен қолданады.

Күштік теңгерім. Егер, автомобиль қозғалысының теңдігін келесі түрде жазатын болсақ

Р_Т=Р_Д+ Р_В +Р_И =Р_К+Р_П +Р_В +Р_И,

онда, күштік теңгерімнің формуласын аламыз. Бұл теңдікті графикалық түрде шешуге болады (сурет 3).

Сурет 3. Автомобильдің күштік теңдігі

Алдымен автомобильдің тарту сипаттамасын құру қажет, төменгі жағына Ψ жолға қарсыласу еселігенің қнадайда бір мәніне сәйкес келетін Р_Д қисығын салады. Ауаға қарсыласу күшінің мәнін Р_В жолға қарсыласу күшінің мәніне сәйкес салады. Р_Д+ Р_В қосынды қисық тарту күшін сипаттайды, ол автомобильдің үдеусіз қозғалысы үшін қажет. Егер Р_Д қисығы Р_Д+ Р_В қисығының жоғары орналысса, онда Р₃ олардың арасындағы оның кесіндісі, тарту күшінің қорын көрсетеді. Оны қозғалысқа қосымша қарсыласуға немесе екпіндеуге қолдануға болады. Күштік теңгерім графигінің көмегімен автомобильдің тұрақтары  жылдамдықпен қозғалысы  кезіндегі негізгі динамиканың көрсеткіштерін анықтауға болады. Мысалы, қозғалыстың максималды V_мaх жылдамдығын  Р_Т мен Р_Д+Р_В қиылысарының қиылысқан абцисса нүктесі арқылы анықтайды, тарту күшінің  қоры, яғни үдеуі 0 тең болады. Егер Р_Т қисығы Р_Д+Р_В  қисығынан төмен орналысса, онда автомобиль тек баяу қозғалуы мүмкін. [4]

Автомобильдің тарту динамикалығын зерттеу барысында күштердің қатынастарының орынына қуаттылықтың қатынастарын пайдалануға болады.

Автомобиль қозғалтқышының динамикалық қасиеттерінің ең объективті бағасын оның сыртқы жылдамдық сипаттамасын талдау арқылы алуға болады. Сыртқы жылдамдық сипаттамасы-қозғалтқыштың жұмыс көрсеткіштерінің (қуат цилиндрлерін толтыру коэффициенті, айналу моменті, отынның нақты тиімді шығыны және т.б.) цилиндрлерге отынның максималды берілуін қамтамасыз ететін басқару органының өзгермеген күйіндегі иінді біліктің айналу жиілігіне тәуелділігі. [6]

Қорытындылай келе іштен жану қозғалтқышының динамикалық жүктемені  төмендету үшін келесі ұсыныстар жасауға болады:

- Автомобиль қозғалтқышының динамикалық қасиеттерінің ең объективті бағасын оның сыртқы жылдамдық сипаттамасын талдау арқылы алуға болады.

- Демпферді енгізу  қозғалтқыштың жұмысын жақсартуға әкеледі.

- Қозғалтқыштың тербелісі мен тербелісін өтейтін тепе-теңдік біліктерін орнату арқылы жүктемені азайтуға болады.

- Қозғалтқыштың құрылымын оңтайландыру, яғни компоненттердің салмағын жеңілдету және аэродинамикалық формасын жақсарту.

- Жоғары сапалы майлау жүйелерін қолдану, механизмдер арасындағы үйкелісті азайту үшін материалдарды таңдау. Қозғалтқыштың жалпы салмағын төмендету арқылы динамикалық жүктемені азайту. Бұл үшін жеңіл материалдарды (мысалы, алюминий) қолдану.

-  Қозғалтқыштың жұмыс режимдерін оптимизациялау, жүктемені бірқалыпты бөлу үшін. Компоненттердің динамикалық теңгерімін қамтамасыз ету, бұл вибрацияларды және жүктемені азайтады.

Осы шараларды жүзеге асыру арқылы іштен жану қозғалтқышының динамикалық жүктемесін айтарлықтай төмендетуге болады.

Әдебиеттер тізімі:

1. Пат. KZ (С) (11) 2151 (51)⁵ F02В 17/00 Ф.Ф. Дебердеев. Іштен жану қозғалтқышының жұмыс тәртібі. Іштен жану қозғалтұышы, описание изобретения к патенту, №4394782/06 (SU); өтін.21.03.88; басыл.15.06.95 Бюл.№2, 1995ж – 5 бет.
2. Пат. KZ (В) (11) 2150 (51)⁵ F01N 3/00  Н.М. Тлеуова, М.Т. Тлеуов. Көлік құралының іштен жану қозғалтқышының пайдаланылған газдарын ұстауға арналған құрылғы, описание изобретения к патенту,  №4771873/00 (SU), 15.06.95, бюл.№2 – 6 бет
3. Пат. № 259553 Авторская свидетельство СССР, F 02 В 19/16, КZ (С) (11) 630 (51)⁵ FО2В 19/00. Төрт тактылы ІЖҚ, А.Н. Матыцин описание изобретения к патенту, № 1151699 (SU); өтін. 08.11.93; басыл. 15.03.94 Бюл.№1. – 5 бет.
4. А.А.Давыдов., Г.Н.Конарбаева, А.А.Макенов «Автомобильдің қозғалыс теориясы», Оқу құрал, Алматы – 160 б. 2019ж.
5. Р.Г. Шайдле. Неміс тілінен аударылған, «Автомобильдер мен қозғалтқыштар теориясы», Астана – 239 б. 2009ж.
6. А. С. Кузнецов «Ішкі жану қозғалтқышының құрылымы мен жұмысы», Мәскеу – 62 б., 2013ж.