Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы. Принцип работы двигателя внутр сгорания

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принципы работы

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принципы работы

Двигателем внутреннего сгорания называется разновидность тепловой машины, которая преобразует энергию, содержащуюся в топливе, в механическую работу. В большинстве случае используется газообразное или жидкое топливо, полученное путем переработки углеводородов. Извлечение энергии происходит в результате его сгорания.

Двигатели внутреннего сгорания имеют ряд недостатков. К ним относятся следующие:

• сравнительно большие массогабаритные показатели затрудняют их перемещение и сужают сферу использования;
• высокий уровень шума и токсичные выбросы приводят к тому, что устройства, работающие от двигателей внутреннего сгорания, могут лишь со значительными ограничениями использоваться в закрытых, плохо вентилируемых помещениях;
• сравнительно небольшой эксплуатационный ресурс вынуждает довольно часто ремонтировать двигатели внутреннего сгорания, что связано с дополнительными затратами;
• выделение в процессе работы значительного количества тепловой энергии обуславливает необходимость создания эффективной системы охлаждения;
• из-за многокомпонентной конструкции двигатели внутреннего сгорания сложны в производстве и недостаточно надежны;
• данный вид тепловой машины отличается высоким потреблением горючего.

Несмотря на все перечисленные недостатки двигатели внутреннего сгорания пользуются огромной популярностью, в первую очередь – благодаря своей автономности (она достигается за счет того, что топливо содержит в себе значительно большее количество энергии по сравнению с любой аккумуляторной батареей). Одной из основных областей их применения является личный и общественный транспорт.

Типы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Газотурбинный двигатель внутреннего сгорания

Когда речь идет о двигателях внутреннего сгорания, следует иметь в виду, что на сегодняшний день существует несколько их разновидностей, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями.

1. Поршневые двигатели внутреннего сгорания характеризуются тем, что сгорание топлива происходит в цилиндре. Именно он отвечает за преобразование той химической энергии, которая содержится в горючем, в полезную механическую работу. Чтобы добиться этого, поршневые двигатели внутреннего сгорания оснащаются кривошипно-ползунным механизмом, с помощью которого и происходит преобразование.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания принято делить на несколько разновидностей (основанием для классификации служит используемое ими топливо).

В бензиновых карбюраторных двигателях образование топливовоздушной смеси происходит в карбюраторе (первый этап). Далее в дело вступают распыляющие форсунки (электрические или механические), местом расположения которых служит впускной коллектор. Готовая смесь бензина и воздуха поступает в цилиндр. Там происходит ее сжатие и поджиг с помощью искры, которая возникает при прохождении электричества между электродами специальной свечи. В случае с карбюраторными двигателями топливовоздушной смеси присуща гомогенность (однородность).

Бензиновые инжекторные двигатели используют в своей работе иной принцип смесеобразования. Он основан на непосредственном впрыске горючего, которое напрямую поступает в цилиндр (для этого используются распыляющие форсунки, называемые также инжектором). Таким образом, образование топливовоздушной смеси, как и ее сгорание, осуществляется непосредственно в самом цилиндре.

Дизельные двигатели отличаются тем, что используют для своей работы особую разновидность топлива, называемую «дизельное» или просто «дизель». Для его подачи в цилиндр используется высокое давление. По мере того, как в камеру сгорания подаются все новые порции горючего, прямо в ней происходит процесс образования топливовоздушной смеси и ее моментальной сгорание. Поджиг топливовоздушной смеси происходит не с помощью искры, а под действием нагретого воздуха, который подвергается в цилиндре сильному сжатию.

Топливом для газовых двигателей служат различные углеводороды, которые при нормальных условиях пребывают в газообразном состоянии. Из этого следует, что для их хранения и использования требуется соблюдать особые условия:

• Сжиженные газы поставляются в баллонах различного объема, внутри которых с помощью насыщенных паров создается достаточное давление, но не превышающее 16 атмосфер. Благодаря этому горючее находится в жидком состоянии. Для его перехода в пригодную для сжигания жидкую фазу используется специальное устройство, называемое испарителем. Понижение давления до уровня, который примерно соответствует нормальному атмосферному давлению, осуществляется в соответствии со ступенчатым принципом. В его основе лежит использование так называемого газового редуктора. После этого топливовоздушная смесь поступает во впускной коллектор (перед этим она должна пройти через специальный смеситель). В конце этого достаточно сложного цикла горючее подается в цилиндр для последующего поджига, осуществляемого с помощью искры, которая возникает при прохождении электричества между электродами специальной свечи.
• Хранение сжатого природного газа осуществляется при гораздо более высоком давлении, которое находится в диапазоне от 150 до 200 атмосфер. Единственное конструктивное отличие данной системы от той, что описана выше, заключается в отсутствии испарителя. В целом принцип остается тем же.

Генераторный газ получают путем переработки твердого топлива (угля, горючих сланцев, торфа и т.п.). По своим основным техническим характеристикам он практически ничем не отличается от других видов газообразного топлива.

Газодизельные двигатели

Данная разновидность двигателей внутреннего сгорания отличается тем, что приготовление основной порции топливовоздушной смеси осуществляется аналогично газовым двигателям. Однако для ее поджига используется не искра, получаемая при помощи электрической свечи, а запальная порция топлива (ее впрыск в цилиндр осуществляется тем же способом, как и в случае с дизельными двигателями).

Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания

К данному классу относится комбинированная разновидность данных устройств. Ее гибридный характер находит свое отражение в том, что конструкция двигателя включает в себя сразу два важных конструктивных элемента: роторно-поршневую машину и одновременно - лопаточную машину (она может быть представлена компрессором, турбиной и т.д.). Обе упомянутых машины на равных принимают участие в рабочем процессе. В качестве характерного примера таких комбинированных устройств можно привести поршневой двигатель, оснащенный системой турбонаддува.

Особую категорию составляют двигатели внутреннего сгорания, для обозначения которых используется английская аббревиатура RCV. От других разновидностей они отличаются тем, что газораспределение в данном случае основывается на вращении цилиндра. При совершении вращательного движения топливо по очереди проходит выпускной и впускной патрубок. Поршень отвечает за движение в возвратно-поступательном направлении.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания: циклы работы

Для классификации поршневых двигателей внутреннего сгорания также используется принцип их работы. По данному показателю двигатели внутреннего сгорания делятся на две большие группы: двух- и четырехтактные.

Двухтактный двигатель

Четырехтактный двигатель

Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания используют в своей работе так называемый цикл Отто, который включает в себя следующие фазы: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Следует добавить, что рабочий ход состоит не из одного, как остальные фазы, а сразу из двух процессов: сгорание и расширение.

Наиболее широко применяемая схема, по которой осуществляется рабочий цикл в двигателях внутреннего сгорания, состоит из следующих этапов:

1. Пока происходит впуск топливовоздушной смеси, поршень перемещается между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). В результате этого внутри цилиндра освобождается значительное пространство, в которое и поступает топливовоздушная смесь, заполняя его. Всасывание топливовоздушной смеси осуществляется за счет разности давления, существующего внутри цилиндра и во впускном коллекторе. Толчком к поступлению топливовоздушной смеси в камеру сгорания служит открытие впускного клапана. Этот момент принято обозначать термином «угол открытия впускного клапана» (φа).

При этом следует иметь в виду, что в цилиндре на этот момент уже содержаться продукты, оставшиеся после сгорания предыдущей порции горючего (для их обозначения используется понятие остаточных газов). В результате их смешения с топливовоздушной смесью, называемой на профессиональном языке свежим зарядом, образуется рабочая смесь. Чем успешнее протекает процесс ее приготовления, тем более полно сгорает топливо, выделяя при этом максимум энергии. В результате растет кпд двигателя. В связи с этим еще на этапе конструирования двигателя особое внимание уделяется правильному смесеобразованию. Ведущую роль играют различные параметры свежего заряда, включая его абсолютную величину, а также удельную долю в общем объеме рабочей смеси.

2. При переходе к фазе сжатия оба клапана закрываются, а поршень совершает движение в обратном направлении (от НМТ к ВМТ). В результате надпоршневая полость заметно уменьшается в объеме. Это приводит к тому, что содержащаяся в ней рабочая смесь (рабочее тело) сжимается. За счет этого удается добиться того, что процесс сгорания топливовоздушной смеси протекает более интенсивно. От сжатия также зависит такой важнейший показатель, как полнота использования тепловой энергии, которая выделяется при сжигании горючего, а следовательно – и эффективность работы самого двигателя внутреннего сгорания. Для увеличения этого важнейшего показателя конструкторы стараются проектировать устройства, обладающие максимально возможной степенью сжатия рабочей смеси. Если мы имеем дело с ее принудительным зажиганием, то степень сжатия не превышает 12. Если же двигатель внутреннего сгорания работает на принципе самовоспламенения, то упомянутый выше параметр обычно находится в диапазоне от 14 до 22.

3. Воспламенение рабочей смеси дает старт реакции окисления, которая происходит благодаря кислороду воздуха, входящему в ее состав. Этот процесс сопровождается резким ростом давления по всему объему надпоршневой полости. Поджиг рабочей смеси осуществляется при помощи электрической искры, которая имеет высокое напряжение (до 15 кВ). Ее источник располагается в непосредственной близости от ВМТ. В этой роли выступает электрическая свеча зажигания, которую вворачивают в головку цилиндра. Однако в том случае, если поджиг топливовоздушной смеси осуществляется посредством горячего воздуха, предварительно подвергнутого сжатию, наличие данного конструктивного элемента является излишним. Вместо него двигатель внутреннего сгорания оснащается особой форсункой. Она отвечает за поступление топливовоздушной смеси, которая в определенный момент подается под высоким давлением (оно может превышать 30 Мн/м²).

4. При сгорании топлива образуются газы, которые имеют очень высокую температуру, а потому неуклонно стремятся к расширению. В результате поршень вновь перемещается от ВМТ к НМТ. Это движение называется рабочим ходом поршня. Именно на этом этапе происходит передача давления на коленчатый вал (если быть точнее, то на его шатунную шейку), который в результате проворачивается. Этот процесс происходит при участии шатуна.

5. Суть завершающей фазы, которая называется впуском, сводится к тому, что поршень совершает обратное движение (от НМТ к ВМТ). К этому моменту открывается второй клапан, благодаря чему отработавшие газы покидают внутреннее пространство цилиндра. Как уже говорилось выше, части продуктов сгорания это не касается. Они остаются в той части цилиндра, откуда поршень их не может вытеснить. За счет того, что описанный цикл последовательно повторяется, достигается непрерывный характер работы двигателя.

Если мы имеем дело с одноцилиндровым двигателем, то все фазы (от подготовки рабочей смеси до вытеснения из цилиндра продуктов сгорания) осуществляется за счет поршня. При этом используется энергия маховика, накапливаемая им в течение рабочего хода. Во всех остальных случаях (имеются в виду двигатели внутреннего сгорания с двумя и более цилиндрами) соседние цилиндры дополняют друг друга, помогая выполнять вспомогательные ходы. В связи с этим из их конструкции без малейшего ущерба может быть исключен маховик.

Чтобы было удобнее изучать различные двигатели внутреннего сгорания, в их рабочем цикле вычленяют различные процессы. Однако существует и противоположный подход, когда сходные процессы объединяют в группы. Основой для подобной классификации служит положение поршня, которое он занимает в отношении обеих мертвых точек. Таким образом, перемещения поршня образуют тот отправной пункт, отталкиваясь от которого, удобно рассматривать работу двигателя в целом.

Важнейшим понятием является «такт». Им обозначают ту часть рабочего цикла, которая укладывается во временной промежуток, когда поршень перемещается от одной смежной мертвой точки к другой. Такт (а вслед за ним и весь соответствующий ему ход поршня) называется процессом. Он играет роль основного при перемещении поршня, которое происходит между двумя его положениями.

Если переходить к тем конкретным процессам, о которых мы говорили выше (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск), то каждый из них четко приурочен к определенному такту. В связи с этим в двигателях внутреннего сгорания принято различать одноименные такты, а вместе с ними – и ходы поршня.

Выше мы уже говорили о том, что наряду с четырехтактными существуют и двухтактные двигатели. Однако независимо от количества тактов рабочий цикл любого поршневого двигателя состоит из пяти упомянутых выше процессов, а в его основе лежит одна и та же схема. Конструктивные особенности в данном случае не играют принципиальной роли.

Дополнительные агрегаты для двигателей внутреннего сгорания

Важный недостаток двигателя внутреннего сгорания заключается в достаточно узком диапазоне оборотов, в котором он способен развивать значительную мощность. Чтобы компенсировать этот недостаток, двигатель внутреннего сгорания нуждается в дополнительных агрегатах. Самые важные из них – стартер и трансмиссия. Наличие последнего устройства не является обязательным условием лишь в редких случаях (когда, к примеру, речь идет о самолетах). В последнее время все привлекательнее становится перспектива создать гибридный автомобиль, чей двигатель мог бы постоянно сохранять оптимальный режим работы.

К дополнительным агрегатам, обслуживающим двигатель внутреннего сгорания, относится топливная система, которая осуществляет подачу горючего, а также выхлопная система, необходимая для того, чтобы отводить отработавшие газы.

Ознакомиться с ценами на установку газа на Ваш автомобиль и заказать установку ГБО

academygbo.ru

Принцип работы двигателей внутреннего сгорания

В современной технике широко используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС) трех основных типов. Горючая топливовоздушная смесь (ТВС) может подаваться в камеру сгорания периодически (циклически) в ДВС карбюраторных и дизельных или непрерывно в ДВС турбокомпрессорных воздушно-реактивных. В карбюраторных и дизельных ДВС в цилиндровопоршневой группе четырехтактного (или реже двухтактного) принципа реализуется рабочий цикл в четыре (или два) хода поршня (такта).

В карбюраторном ДВС (N.Otto, 1880 г.) карбюратор дозирует и мелко распыляет через жиклер порцию топлива в поток воздуха во всасывающем патрубке двигателя для образования ТВС. В первом такте (всасывание) ТВС засасывается поршнем в цилиндр через открытый впускной клапан (выпускной клапан цилиндра закрыт, поршень движется вниз). Во втором такте (впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень движется вверх) ТВС сжимается поршнем только лишь до 0,7-1,0 МПа (превышение этого давления вызывает взрывное самовоспламенение топлива), температура в цилиндре повышается до 200-400 °С, заканчивается испарение мельчайших капель топлива и перемешивание ТВС. В конце сжатия с некоторым опережением нагретая ТВС воспламеняется от электрической искры между электродами свечи. ТВС начинает гореть, при этом давление в цилиндре (впускной и выпускной клапаны закрыты) быстро растет до 3-6 МПа за счет образования большого количества газов (продуктов) сгорания - поршень вынужденно движется вниз, совершает рабочий ход (третий такт) и вращает через шатунно-поршневой механизм коленчатый вал двигателя, который совершает полезную работу. После этого поршень движется вверх и через открытый выпускной клапан (впускной клапан закрыт) выталкивает горячие отработанные продукты сгорания из цилиндра - это четвертый такт (выхлоп) рабочего цикла двигателя. С помощью коленчатого вала и шатунно-поршневой группы в каждом из цилиндров (их может быть 4, 6, 8 и больше) двигателя последовательно друг за другом осуществляются все четыре такта рабочего цикла.

Время сгорания ТВС в цилиндре карбюраторного двигателя очень мало -тысячные доли секунды, поэтому к топливу предъявляется основное требование - сгорать постепенно (но не в форме взрыва) по мере продвижения фронта пламени по камере сгорания в верхней части цилиндра. Фронтом пламени называют тонкий слой газа (пара), в котором протекает реакция горения топлива. При нормальном горении фронт пламени распространяется со скоростью 20-30 м/с. Давление газов во время сгорания плавно поднимается до 3-6 МПа, а их температура повышается до 1600-1800 °С (в ракетном двигателе температура сгорания топлива может быть 3400 °С).

ДВС любой конструкции имеет надежную систему охлаждения (воздушного или жидкостного) для исключения перегрева деталей и узлов, которые соприкасаются с горячими продуктами сгорания. Топливом карбюраторных ДВС являются бензины. Расширяется использование в этих ДВС сжиженных углеводородных газов и сжатого природного газа. В настоящее время ожидается массовый переход ведущих автомобилестроительных фирм мира на бензиновые двигатели с прямым впрыском топлива или с карбюратором и системой впрыска (совместно), при этом переход на систему впрыска бензина с повышением его октанового числа позволит сократить расход топлива в целом минимум на 10 %.

В дизельных ДВС (R. Diesel, 1897 г.), в отличие от карбюраторных, вначале цилиндр заполняется только окислителем - воздухом (первый такт - всасывание воздуха). Затем во втором такте воздух сжимается до 6-8 МПа (здесь нет ограничений по сжатию и нагреву воздуха без топлива) и в результате этого нагревается до 550-650 °С. В третьем такте в сжатый и сильно нагретый воздух дозировочным насосом высокого давления впрыскивается через форсунку мелко распыленная порция топлива. Мельчайшие капли топлива испаряются и равномерно распределяются в воздухе с образованием ТВС. Через определенный весьма незначительный момент времени ТВС самовоспламеняется и полностью сгорает. Время между началом впрыска топлива и самовоспламенением ТВС называется периодом задержки самовоспламенения. В быстроходных (высокооборотных) дизельных двигателях этот период длится не более 0,002 с. В результате сгорания ТВС давление образовавшихся продуктов сгорания достигает 6-10 МПа, они двигают поршень - происходит третий такт (рабочий ход поршня). Потом поршень выталкивает отработанные продукты сгорания из цилиндра - четвертый такт рабочего цикла двигателя. Опять же к топливу предъявляется основное требование - способность быстро самовоспламеняться и плавно (без взрыва) сгорать, обеспечивая этим постепенное нарастание давления и «мягкую» без стука работу двигателя.

Если степень сжатия (отношение объема цилиндра над поршнем в крайнем нижнем его положении к объему цилиндра над поршнем в крайнем верхнем его положении) карбюраторных ДВС обычно 8-12, то для дизельных ДВС она достигает 40-60, причем чем выше степень сжатия, тем экономичнее ДВС. Поэтому дизельные ДВС расходуют обычно на 20-30 % меньше топлива, чем карбюраторные ДВС. Однако новые бензиновые двигатели легковых автомобилей со степенью сжатия 10,5-11,6, использующие лучшие автобензины с исследовательским октановым числом 98-100 (супер и суперплюс) расходуют на единицу мощности на 15-20 % меньше топлива, чем дизельные двигатели равной мощности. При этом размеры бензиновых ДВС в 1,5 раза меньше, а расход металла на их изготовление в 2-3 раза ниже, чем дизельных. Топливом дизельных ДВС является дизельное топливо. Для стационарных дизельных ДВС, например судовых, применяют и более тяжелые нефтяные топлива (флотские мазуты). Для дизельных газомоторных компрессоров используют природный и нефтяной газы. Эксплуатируются стационарные дизельные ДВС мощностью до 30 МВт.

Третий тип ДВС с непрерывной подачей топлива в камеру сгорания используется в авиации (турбокомпрессорный воздушно-реактивный двигатель - ТКВРД) или на стационарных газотурбинных установках (ГТУ) для привода мощных газовых центробежных компрессоров (турбокомпрессоров), на газотурбинных электростанциях и на транспорте (газотурбовозы). У этих ДВС рабочий цикл работает не во времени, а по длине двигателя, т. е. отдельные стадии цикла передаются в двигателе по его длине, за счет чего обеспечивается непрерывность подачи топлива и достигается значительно большая мощность в единице объема двигателя. Осевой компрессор, вал которого вращается со скоростью 15 000-30 000 об/мин, засасывает окружающий воздух и сжимает его до 0,8-1,2 МПа, в результате чего сжатый воздух разогревается. Сжатый и нагретый воздух поступает в 6-8 камер сгорания из жаропрочной стали, расположенных вокруг вала двигателя. По оси камеры сгорания имеются форсунки, через которые насосами высокого давления подается топливо в виде мелких капель в поток сжатого и горячего воздуха. Капли топлива испаряются, смешиваются с воздухом с образованием ТВС, которая сгорает и образует продукты сгорания. Продукты сгорания, охлажденные от температуры горения 1600-1800 °С до температуры 730-830 °С, из камеры сгорания направляются на лопатки газовой турбины и вращают ее. Турбина имеет один вал с компрессором, поэтому мощность турбины должна быть достаточной для компримирования воздуха до необходимого давления. На выходе из турбины продукты сгорания имеют еще достаточное давление, поэтому они, расширяясь при падении их давления в сопле двигателя, создают реактивную тягу для движения самолета.

На стационарных ГТУ или вертолетных ТКВРД, где реактивная тяга не нужна, всю энергию движущихся продуктов сгорания «срабатывают» на газовой турбине (в этом случае она многоступенчатая), которая не только вращает вал своего воздушного компрессора, но приводит во вращение вал внешнего источника (электрогенератора, газового компрессора, винта вертолета и т.п.). Топливом стационарных ГТУ являются различные газотурбинные топлива. Для привода мощных газовых турбокомпрессоров как на магистральных газопроводах, так и на ряде технологических установок (например, сжижения природного газа) в качестве топлива ГТУ используют природный газ. Эксплуатируются газовые турбины турбокомпрессоров для магистральных газопроводов и ГПЗ мощностью до 25 МВт. Газотурбинные двигатели нового поколения для электростанций могут иметь к.п.д 50 % и мощность до 110 МВт.

Самыми уникальными являются современные двигатели пилотируемой космической техники. Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) работает в разреженных слоях атмосферы, где кислорода очень мало, и в космическом пространстве, где его практически нет. Поэтому ракета и космический корабль должны иметь на борту не только топливо, но и окислитель. Для мощных ракетных двигателей окислителем служат сжиженный кислород, тетраоксид азота (четырехокись азота), пероксид водорода и др. В качестве топлива используются сжиженный водород, жидкие ракетные топлива (например, на основе керосиновых фракций и др.), диметилгидразин (гидразин, «геп-тил») и т. д. Основные части ЖРД: баки - емкости для топлива и окислителя, парогенератор, турбонасосный агрегат, форсунки, камера сгорания, сопло, система управления и др.

Масса окислителя и топлива составляет до 90 % массы ракеты-носителя. Многоступенчатая управляемая баллистическая ракета диаметром до 4-5 м и общей высотой более 50 м для выведения в космос полезного груза до 140 т имеет стартовую массу около 3000 т (1985 г.). Ракетные двигатели работают на активном участке траектории около 15 мин. Температура продуктов сгорания, например керосина в смеси с кислородом, - до 3400 °С. Давление в камере сгорания ракетных двигателей первого поколения для космического корабля «Восток» было около 3,5 МПа, а для космических кораблей типа «Союз» - более 30 МПа. В 1970 г. американец Г. Габелиш установил рекорд скорости на суше - 1001 км/ч. Четырехколесная гоночная машина «Голубое пламя» длиной 12 м имела ракетный двигатель на топливе - сжиженном природном газе с окислителем (пероксидом водорода). В 1997 г. британец Э. Грин увеличил этот рекорд до 1228 км/ч на сверхзвуковом автомобиле «Thrust Super Sonic Саг» с двумя турбореактивными двигателями Rolls-Royce мощностью по 53 000 л.с.

enciklopediya-tehniki.ru

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Ноя 6 2014

Современный автомобиль, чаще всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.

Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно.

Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.

Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части.

Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт — такт впуска. Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки).

Двигаясь вниз, поршень всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска.

Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии.

Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия. Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска.

Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания.

Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее.

Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход. Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно.

Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания.

Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.

После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска. Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько.

Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска?

Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Похожие записи автомобильной тематики:

webavtocar.ru

News RusAutoNet » Теория двигателя внутреннего сгорания. Принцип работы ДВС

Внастоящее время практически на всех автомобилях используется поршневой двигательвнутреннего сгорания (далее ДВС). Принцип работы поршневого ДВС заключается виспользовании полезного действия теплового расширения газов, нагреваемых врезультате движения поршня от верхней мертвой точки (далее ВМТ) к нижнеймертвой точке (далее НМТ). В положении ВМТ нагревание газов происходит врезультате сгорания топливовоздушной смеси в цилиндре, которая образуетсясмешиванием воздуха и топлива (бензин, дизельное топливо и др.). В результатесгорания повышается давление и температура газов.

В результатетого, что давление непосредственно под поршнем равняется атмосферному, а всамом цилиндре значительно выше, то из-за данной разницы давлений поршеньначинает перемещаться вниз, в итоге, газы при расширении совершают полезноедействие. Для того, чтобы двигатель продолжал создавать механическую энергию, вцилиндр необходимо подавать новые порции воздуха, через специальный впускнойклапан, и, естественно, топливо, которое поступает через форсунку. Также, можноподавать непосредственно готовую смесь топлива и воздуха. Продукты сгорания,отработанные газы, после расширения через впускной клапан удаляются из полостицилиндра. Указанные задачи выполняются механизмом газораспределения, которыйуправляет закрытие и открытие клапанов, а также система топливоподачи.

Рядпериодически повторяющихся последовательных процессов, которые происходят вкаждом из цилиндров двигателя и обуславливают преобразование тепловой энергии,непосредственно в механическое действие, называют рабочим циклом двигателя. Еслиза один рабочий цикл поршень совершает два хода, то есть всего за один оборот коленвала(коленчатого вала), то подобный двигатель принято называть двухтактным.Современные автомобильные двигатели являются четырехтактными. Четырехтактныйцикл подразумевает четыре хода поршня и два оборота коленвала. Данный циклвключает в себя следующие такты: впуск, сжатие, расширение (рабочий ход) ивыпуск.

Рабочийцикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Впуск. Втот момент, когда коленчатый вал ДВС совершает первый полуоборот, в цилиндрепоршень начинает перемещаться от ВМТ, соответственно, к НМТ. Выпускной клапаннаходится в закрытом состоянии, а впускной клапан в открытом. В цилиндреобразуется отрицательное давление (разряжение) порядка 0,07 – 0,095 МПа, врезультате чего новая порция горючей смеси, состоящей из воздуха и паровтоплива, поступает через впускной газопровод непосредственно в цилиндр. Новаяпорция смешивается с остатками отработанных газов, образуя тем самым рабочуюсмесь.

Сжатие. Послетого, как цилиндр заполняется горючей смесью, поршень под действием вращенияколенчатого вала, во время второго полуоборота, перемещается от точки НМТ вВМТ. В этот период клапаны находятся в закрытом состоянии. В результатеуменьшения объема, давление и температура рабочей смеси увеличиваются.

Расширениеили рабочий ход. В самом конце предыдущего такта рабочая смесь начинаетвоспламеняться под воздействием электрической искры. В результате горения,давление и температура образующихся газов начинает резко возрастать. Под действиемдавления, поршень от точки ВМТ начинает перемещаться к НМТ. На данном этаперасширения, шатун, связанный шарниром с поршнем, совершает довольно сложноедвижение, в результате чего приводит во вращение, через кривошип, коленчатыйвал. Расширение газов приводит к полезному действию, из-за чего при третьемполуобороте коленвала, ход поршня принято называть рабочим ходом. В завершениирабочего хода, при положении поршня в НМТ, выпускной клапан начинаетоткрываться, что приводит к снижению давления в цилиндре до 0,3 – 0,75 МПа,также падает и температура примерно до 950 — 1200 градусов по Цельсию.

Выпуск.Во время четвертого полуоборота коленвала поршень от точки НМТ начинаетперемещаться к ВМТ. В данный момент выпускной клапан находится в открытом состоянии.Через клапан в окружающую атмосферу из цилиндра, через выпускной газопровод выталкиваются продуктысгорания топливовоздушной смеси.

Рабочийцикл четырехтактного дизеля

Впуск. Вовремя движения поршня от точки ВМТ к НМТ в полость цилиндра, под действиемобразующегося разряжения поступает воздух. Из окружающей среды, воздух в первуюочередь поступает в воздухоочиститель, а затем через впускной клапан, которыйна данном этапе находится в открытом состоянии, поступает в цилиндр. В цилиндретемпература воздуха составляет 40-60 градусов по Цельсию, а давление 0,08 –0,095 МПа.

Сжатие.При движении поршня из НМТ к точке ВМТ, выпускной и впускной клапаны находятсяв закрытом состоянии, в результате чего движущийся вверх поршень начинаетсжимать поступивший в цилиндр воздух. Чтобы добиться воспламенения топлива,необходимо чтобы температура сжимаемого воздуха была выше температуры, прикоторой происходит самовоспламенение горючего. В момент приближения поршня кточке ВМТ, в полость цилиндра через форсунку впрыскивается порция топлива,которое подается топливным насосом.

Расширениеили рабочий ход. Поступившее в конечном этапе такта сжатия горючее,перемешавшись с горячим воздухом, воспламеняется. Процесс горениятопливовоздушной смеси сопровождается резким повышением давления и температуры.В итоге, максимальная температура газов достигает 1800-2000 градусов поЦельсию, а давление 6 — 9 МПа. Таким образом, поршень под действием высокогодавления газов перемещается из ВМТ в точку НМТ, создавая рабочий ход. Когдапоршень достигает НМТ, температура падает до 700 — 900 градусов, а давление до0,3 – 0,5 МПа.

Выпуск. ИзНМТ поршень перемещается в ВМТ, в этот момент через выпускной клапан,находящийся в открытом состоянии, из цилиндра выталкиваются отработанные газы.Температура начинает резко снижается и составляет 500-700 градусов, а давление падаетдо 0,11-0,12 МПа. После завершения данного такта, в результате вращенияколенвала рабочий цикл начинает вновь повторяться с той же последовательностью.

Принципдействия двухтактного ДВС

Отличиедвухтактного мотора от четырехтактного, заключается в том, что у первыхзаполнение цилиндра воздухом или топливовоздушной смесью происходит в началехода сжатия. В то время как очистка цилиндра, от отработанного газа происходитв конце этапа расширения. То есть, процессы впуска и выпуска происходят безсамостоятельного хода поршня. Общим процессом практически для всех двухтактныхдвигателей является продувка, то есть процесс выведения из полости цилиндра отработанныхгазов, при помощи потока воздуха или горючей смеси. Таким образом, двигателиданного типа имеют специальный компрессор, иначе называемый продувочнымнасосом.

Дляполучения представления о работе двухтактного карбюраторного ДВС с кривошипно-камернойсистемой продувки, следует подробнее остановиться на тактах рабочего цикла.Нужно заметить, что у ДВС данного типа отсутствуют клапаны, чью роль исполняет поршень.В итоге, во время движения поршень закрывает продувочные, выпускные и впускныеокна. Через указанные окна полость цилиндра в определенные моменты начинаетсообщаться с выпускным и впускным трубопроводами, а также с кривошипной камерой,иначе говоря, картером, который изолирован от окружающей атмосферы. В среднейчасти цилиндра расположены три окна: выпускное, впускное и продувочноесообщающееся с клапаном кривошипной камеры ДВС. Рабочий цикл состоит из двухтактов: сжатие и рабочий ход.

Сжатие.Из точки НМТ поршень перемещается в ВМТ, в процессе движения в первую очередьперекрывается продувочное окно, затем выпускное окно. С того момента, какпоршень перекрывает выпускное окно, в цилиндре начинается процесс сжатияпоступившей порции горючей смеси. В то же время, в картере из-за герметичностикамеры создаётся разряжение. Под действием отрицательного давления, черезвпускное окно, находящееся в открытом положении из карбюратора в кривошипнуюкамеру поступает топливовоздушная смесь.

Рабочийход. Когда поршень приближается к ВМТ, максимально сжатая рабочая смесьподвергается воспламенению искрой от электрической свечи. В результатевоспламенения и процесса горения, давление и температура газов начинает резковозрастать. В итоге, под действием расширения нагретых газов, поршень начинаетдвигаться к НМТ. Таким образом, тепловое расширение газов совершает полезнуюработу. В процессе движения, поршень перекрывает впускное окно, одновременносжимая горючую смесь, находящуюся в картере. По мере достижения поршнявыпускного окна, последнее открывается и через него отработанные газывыпускаются в атмосферу, что сопровождается падением давления в цилиндре. Впроцессе дальнейшего передвижения поршня, продувочное окно открывается игорючая смесь, находившаяся в кривошипной камере под давлением, поступает поканалу в цилиндр, тем самым осуществляя продувку полости от остаточныхотработанных газов.

Рабочийцикл дизельного двухтактного двигателя отличается от рассмотренного вышекарбюраторного двухтактного ДВС тем, что у первого в цилиндр поступает негорючая смесь, а воздух, также в конце такта сжатия в цилиндр подаетсямелкораспыленное топливо. Теоретически, мощность рассмотренного двухтактногоДВС, при условии одинакового объема цилиндров и частоте вращения коленчатоговала, должна быть в два раза больше мощности четырехтактного двигателя, из-забольшого количества рабочих циклов. Но, на практике, имеются существенныенедостатки, которые приводят к увеличению мощности всего на 60-70%. К снижениюмощности приводит плохое освобождение полости цилиндра от остатков отработанныхгазов, тот факт, что для расширения не полностью используется ход поршня ичасть мощности расходуется на привод продувочного компрессора.

rusauto.net

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Согласитесь, что сегодня невозможно представить себе современный мир без автомобилей, поездов, теплоходов и так далее. А ведь так было не всегда.

Еще совсем недавно каких-то двести лет назад единственным средством передвижения по земле кроме собственных ног были лошади. Лошади возили телеги, повозки, кареты, даже вагоны по рельсам.

И мысль о том, что все это можно передвигать без помощи этих несчастных животных была из области фантастики. Тогда-то, в начале 19 века, и начались первые изобретения самоходных машин на основе парового двигателя.

В таком двигателе нагревался огнем наполненный водой котел, и пар от кипящей воды совершал механическую работу по приведению двигателя в ход. Двигатели были чудовищными, малоэффективными, огромными и небезопасными. Однако, на основе этих двигателей были созданы первые автомобили, паровозы и пароходы.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания

Людям понравилась эта затея, несмотря на все минусы. Тогда это было чудом техники. И лишь в 1860 году, когда паровые двигатели применялись уже повсеместно и перестали считаться чем-то необыкновенным, был изобретен первый двигатель внутреннего сгорания.

Еще 18 лет понадобилось, чтобы изобретение доработали до нормально работающего варианта, который и по сей день является основой любого двигателя внутреннего сгорания четырехтактного двигателя.

Еще через семь лет двигатели начали работать на бензине. До этого их топливом был светильный газ. В наше время практически везде применяются двигатели внутреннего сгорания с кратным четырем количеством цилиндров. Давайте рассмотрим устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Он состоит из цилиндра с поршнем, клапанов для впуска топлива и выпуска отработанных паров и коленчатого вала, соединенного с поршнем. Разберем, как работает двигатель внутреннего сгорания на основе простейшего одноцилиндрового движка.

Во время первого такта сквозь топливный клапан впускается горючая смесь бензина и воздуха. Поршень двигается вниз.

На втором такте поршень двигается вверх, сжимая эту смесь, отчего она нагревается.

Третий такт: сжатая смесь поджигается электрической свечой, и энергия от этого небольшого взрыва толкает поршень вниз, приводя в движение коленчатый вал. Энергии толчка достаточно, чтобы коленвал, вращаясь по инерции, приводил в движение поршень при последующих тактах.

И наконец, на четвертом такте, сквозь второй клапан отработанные газы выталкиваются поршнем из цилиндра. Как видно, только один из четырех тактов рабочий.

Для равномерного вращения вала и увеличения мощности совмещают на одном валу четыре цилиндра таким образом, чтобы во время каждого такта один из цилиндров был в стадии рабочего хода. В таком случае они равномерно и последовательно вращают коленвал. Восемь, двенадцать и более цилиндров применяются уже исключительно для увеличения мощности движка.

Нужна помощь в учебе?

Все неприличные комментарии будут удаляться.

www.nado5.ru

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Еще в 1748 г. великий русским ученый Михаил Васильевич Ломоносов открыл закон сохранения вещества и энергии, смысл которого заключается в том, что вещество и энергия не могут возникнуть вновь или исчезнуть бесследно. Во всех физических и химических процессах происходят лишь превращения вещества и энергии из одной формы в другую, причем одно и то же количество энергии одной формы может быть переведено лишь в строго определенное количество энергии другой формы.

На применении этого закона основано устройство всевозможных двигателей, в которых различные виды энергии (электрическая, химическая, тепловая, движения воды и ветра и др.) преобразуются в механическую работу.

На автомобилях и мотоциклах устанавливаются двигатели внутреннего сгорания. Топливом для этих двигателей преимущественно является бензин Процесс сгорания топлива происходит непосредственно внутри рабочего цилиндра двигателя, в отличие от паровой машины, у которой сжигание топлива производят в специальной топке.

В двигателе внутреннего сгорания химическая энергия топлива, сгорающего внутри рабочего цилиндра, преобразуется в химическую работу. В цилиндр такого двигателя из специального прибора, называемого карбюратором, засасывается горючая смесь — смесь воздуха с парами бензина. Поступивший в цилиндр свежий заряд горючей смеси смешивается с остатками отработавших газов, образуя рабочую смесь. Рабочая смесь сжимается поршнем. Электрическая искра, проскакивающая между электродами свечи внутри цилиндра, воспламеняет сжатую рабочую смесь. При сгорании паров бензина рабочая смесь превращается в газообразные продукты сгорания. При этом выделяется большое количество тепла, продукты сгорания нагреваются до высокой температуры, вследствие чего повышается их давление на днище поршня, на стенки и головку цилиндра. Под действием давления расширяющихся продуктов сгорания поршень совершает поступательное движение.

Рис. Схема передачи усилия от кривошипного механизма к ведущему колесу: 1 — поршень; 2 — шатун; 3 — коленчатый вал; 4 — цепь передней передачи; 5 — сцепление; 6 — цепь главной передачи; 7 — заднее колесо

Это поступательное движение поршня посредством шатуна 2 преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 3, от которого крутящий момент через силовую передачу 4, 5, 6 передается на заднее колесо 7 мотоцикла.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Принципы работы двигателей внутреннего сгорания

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Тракторы-2

Работу двигателя за один цикл можно представить в виде индикаторной диаграммы — графика зависимости давления газа в цилиндре от объема, изменяющегося при перемещении поршня (координаты р — V).

Рабочий процесс четырехтактного дизельного двигателя протекает так (рис. 1). При движении поршня отв. м. т. к н. м. т. в освобождающемся объеме цилиндра и в камере сгорания создается разрежение (р — 0,08…0,095 МПа). Открывается впускной клапан и вследствие перепада давлений, атмосферного и внутри цилиндра, очищенный атмосферный воздух (В) заполняет полости камеры сгорания и цилиндра, перемешиваясь там с остатками продуктов сгорания (участок га на рис. 1, б). Это такт впуска.

Рис. 1. Схема работы (а) и индикаторная диаграмма (б) четырехтактного дизельного двигателя

После перехода поршнем н. м. т. впускной клапан закрывается и полость цилиндра и камеры сгорания надежно разобщается с атмосферой. Начинается такт сжатия К моменту завершения такта сжатия температура газов в цилиндре поднимается до 600…650 °С. Очищенное топливо (Т) под давлением от 10 до 140 МПа в тонкораспыленном виде впрыскивается в камеру сгорания и перемешивается с воздухом и остаточными газами. Образующаяся рабочая смесь (PC), состоящая из топлива, воздуха и отработавших газов (ОГ), самовоспламеняется (это происходит до прихода поршня в в. м. т.) и продолжает гореть после окончания впрыска почти на всем протяжении такта расширения (zb).

Рис. 2. Схема работы (а) и индикяторняя диаграмма (б) четырехтактного карбюраторного двигателя

С началом горения рабочей смеси давление в цилиндре начинает резко возрастать (до 6…9 МПа), а температура продуктов сгорания поднимается до 1800…2000 °С.

Около точки 2 впрыск топлива прекращается, процесс горения и интенсивность выделения газов замедляются. Начинается такт расширения (zb). Поршень перемещается к н. м. т., освобождая объем цилиндра. Давление газов в цилиндре падает, они отдают часть теплоты стенкам цилиндра, камере сгорания и днищу поршня, их температура снижается до 600…700 °С.

Еще до прихода поршня в н. м. т. открывается выпускной клапан и отработавшие газы под действием значительного перепада давлений в цилиндре (0,4…0,5 МПа) и атмосферного вырываются через выпускной канал в атмосферу. Это такт выпуска. Очистка цилиндра и камеры сгорания продолжается при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. (br), затем рабочий цикл дизеля повторяется.

Рабочий процесс четырехтактного карбюраторного двигателя и его индикаторная диаграмма показаны на рисунке 5.

При такте впуска (га) разрежение из цилиндра передается по всем всасывающим каналам, в результате чего очищенный атмосферный воздух поступает в карбюратор, где к нему примешивается топливо. Образовавшаяся горючая смесь заполняет камеру сгорания и цилиндр, перемешиваясь с остаточными газами.

В процессе такта сжатия (ас) рабочая смесь сжимается поршнем и подогревается. К концу такта сжатия давление в цилиндре и камере сгорания повышается до <4п“о МПа, а температура рабочей смеси доходит до 10…300 °С. Поскольку температура рабочей смеси здесь не поднимается выше температуры ее воспламенения, самопроизвольного зажигания рабочей смеси не происхо-

В момент подхода поршня кв. м. т. при такте сжатия электрическая система зажигания (Зж) подает импульс высокого напряжения на свечу зажигания. В результате искрового разряда между электродами свечи зажигания в камере сгорания выделяется такое количество теплоты, которого достаточно для воспламенения сжатой, тщательно перемешанной и подогретой рабочей смеси.

Горение рабочей смеси сопровождается интенсивным выделением газов и повышением температуры. В точке г. когда поршень переходит в. м. т. и начинает движение к н. м. т., давление газов повышается до 3,0…3,5МПа, а температура — до 2500 °С.

При такте расширения (zb) продолжается догорание рабочей смеси. Поскольку объем цилиндра при движении поршня к н. м. т. увеличивается, а интенсивность выделения газов снижается, давление газов на поршень постепенно ослабевает (до 0,5…0,6 МПа при подходе поршня к н. м. т.), происходит утечка теплоты через поверхность замкнутого объема (стенки цилиндра и камеры сгорания, днище поршня). Температура газов в конце такта расширения снижается до 900…1100 °С.

Такт выпуска осуществляется в основном за счет перепада давлений в цилиндре и атмосферного, этот перепад давлений поддерживается при движении поршня от н. м. т. к в. м. т.

Двухтактный карбюраторный двигатель работает по схеме, изображенной на рисунке 6.

При движении поршня от н. м. т. к в. м. т. в тщательно герметизированном картере (кривошипной камере) создается разрежение. Когда поршень открывает впускной канал, разрежение передается в карбюратор. Топливо (Г), перемешанное с воздухом (В), из карбюратора поступает в картер. При ходе поршня к н. м. т. впускной канал перекрывается и горючая смесь (ГС) сжимается в картере. Как только поршень открывает перепускной канал, предварительно сжатая в картере горючая смесь устремляется в надпоршневое пространство цилиндра. Дальнейшее продвижение поршня к и. м. т. способствует сжатию горючей смеси в картере и снижению давления в цилиндре, что ускоряет перетекание горючей смеси из картера в цилиндр.

Рис. 3. Схема работы двухтактного карбюраторного двигателя

Когда движением поршня в в. м. т. перекрываются сначала перепускной, а затем выпускной каналы, рабочая смесь (PC) в цилиндре подвергается основному сжатию. При подходе поршня к в. м. т. сжатая рабочая смесь воспламеняется при помощи системы зажигания (Зою).

Под давлением газов, действующих на днище, поршень устремляется к н. м. т. и открывает выпускной и далее перепускной каналы. Происходит выпуск отработавших газов (ОГ), а затем и продувка цилиндра, то есть одновременное протекание выпуска отработавших газов через выпускной канал и впуск в цилиндр горючей смеси из картера через перепускной канал.

Таким образом, в двухтактном карбюраторном двигателе такты протекают одновременно как в полости картера, так и в цилиндре.

При ходе поршня от н. м. т. к в. м. т. происходит впуск горючей смеси в полость картера, а также сжатие и воспламенение рабочей смеси в цилиндре.

Когда поршень движется от в. м. т. к н. м. т., в картере происходит предварительное сжатие горючей смеси, а затем перекачка ее через перепускной канал в цилиндр; в цилиндре в это время идет расширение (рабочий ход), выпуск отработавших газов и поступление горючей смеси из картера.

Следовательно, в двухтактном двигателе рабочий цикл также состоит из четырех тактов: впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, однако протекают эти такты совмещение в двух полостях — картера и цилиндра — всего за два хода поршня, то есть за один оборот коленчатого вала.

—

Двигатель внутреннего сгорания состоит из цилиндра с картером, кривошипно-шатунного механизма, коленчатого вала, механизма газораспределения, систем охлаждения, зажигания и питания.

Устройство одноцилиндрового карбюраторного четырехтактного двигателя показано на рис. 11. Цилиндр представляет собой отливку, имеющую сверху головку. Внутри цилиндра перемещается возвратно-поступательно поршень, соединенный шатуном с коленчатым валом, вращающимся в подшипниках, установленных в картере. Поршень соединяется с шатуном шарнирно при помощи поршневого пальца. При движении поршня верхняя головка шатуна тоже перемещается возвратно-поступательно. Нижняя головка шатуна вместе с коленчатым валом совершает вращательное движение, преобразуя таким образом прямолинейное перемещение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Для работы двигателя применяют горючую смесь, состоящую из паров топлива и воздуха. Для приготовления ее служит карбюратор.

Рис. 4. Устройство четырехтактного карбюраторного двигателя: 1 — иилиндр, 2 — головка, 3 — водяная рубашка, 4 — поршень, 5 — поршневой палец, 6 — шатун, 7 — верхний картер, 8 — коленчатый вал, 9 — нижний картер (поддон), 10 — распределительные шестерни, 11 — распределительный вал, 12 — толкатель, 13 — клапанная пружина, 14 — впускной трубопровод, 15 — выпускной трубопровод, 16 — карбюратор, 17 — клапаны, 18 — свеча зажигания

При движении поршня вниз вследствие разрежения в цилиндре горючая смесь заполняет цилиндр. Смешиваясь с остаточными газами в цилиндре, горючая смесь превращается в рабочую смесь, которая после сжатия воспламеняется от электрической искры, возникающей между электродами свечи зажигания. Образующиеся при горении топлива газы, расширяясь, давят нз поршень и заставляют его двигаться вниз, а коленчатый вал.

Cоединенный с ним через шатун, — вращаться. При последующем движении поршня вверх продукты сгорания — отработавшие газы- выталкиваются из цилиндра через выпускной клапан.

Впуск горючей смеси в цилиндр и выпуск из него отработавших газов производятся по трубопроводам соответственно через отверстия в верхней части цилиндра, плотно закрываемые клапанами. Своевременный впуск в цилиндр горючей смеси и удаление из него отработавших газов обеспечиваются газораспределительным механизмом, состоящим из распределительного вала, толкателя, пружины, клапанов и распределительных шестерен.

Для уменьшения трения сопряженные детали двигателя смазываются маслом, которое подается насосом. Масло служит также для частичного охлаждения деталей, нагреваемых при трении.

При работе двигателя стенки и головка цилиндра сильно нагреваются. Для отвода тепла стенки и головка цилиндра омываются снаружи водой, находящейся в полости, называемой водяной рубашкой.

Устройство газового двигателя аналогично устройству карбюраторного двигателя, за исключением способа смесеобразования; в газовом двигателе вместо карбюратора имеется смеситель, где горючий газ смешивается с воздухом.

Положение поршня в самой верхней точке в цилиндре назы-йается верхней «мертвой» точкой (в. м. т.), а в самой нижней — нижней «мертвой» точкой (н. м. т.).

Расстояние, проходимое от верхней мертвой точки до нижней или наоборот, называется ходом поршня (S). Каждому ходу йоршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°. В обеих Мертвых точках поршень неподвижен и меняет направление движения.

Часть рабочего процесса двигателя, протекающего в цилиндре за один ход поршня, называется тактом. Объем Vc, образующийся над поршнем при его положении в в. м. т., называется камерой сжатия или камерой сгорания. Рабочим объемом цилиндра Vh называется объем, освобождаемый в цилиндре при перемещении поршня от в. м. т. до н. м. т.

Читать далее: Работа многоцилиндрового двигателя

Категория: - Тракторы-2

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

• 
  Двигатель ямз 240
• 
  Системы охлаждения
• 
  Система ппр
• 
  Тяжеловесные и крупногабаритные грузы
• 
  Обслуживание акб
• 
  Корчеватель пней
• 
  Акб обслуживание
• 
  Для чего нужна смазка
• 
  Какие колеса
• 
  Зенкерование это
• 
  Правила устройства и безопасной эксплуатации лифтов действующие 2018