Общее устройство и рабочий цикл двигателя

Наиболее распространенным является тепловой автомобильный двигатель внутреннего сгорания, в котором топливо сжигается непосредственно в цилиндре, а выделяющаяся в процессе сгорания топлива тепловая энергия преобразуется в механическую.

В зависимости от вида используемого топлива различают двигатели: карбюраторные, работающие на легкоиспаряющемся жидком топливе – бензине; дизельные, работающие на тяжелом жидком дизельном топливе; газобаллонные, работающие на сжатом или сжиженном газе, хранящемся на автомобиле в баллонах.

Принцип работы одноцилиндрового двигателя заключается в следующем. В цилиндре находится поршень, который может свободно перемещаться внутри цилиндра. Поршень при помощи шатуна шарнирно соединен с кривошипом вала. Газы, образующиеся в цилиндре при быстром сгорании заряда горючей смеси, нагреваются и, расширяясь, создают давление, которое и перемещает поршень. Так как поршень шарнирно связан с шатуном, другой конец которого также шарнирно соединен с шейкой кривошипа коленчатого вала, то при перемещении поршня вместе с шатуном придет в движение коленчатый вал и закрепленный на его конце маховик. Прямолинейное движение поршня посредством шатуна и кривошипа преобразуется в двигателе во вращательное движение коленчатого вала и маховика.

Для продолжения работы двигателя необходимо периодически вводить новый заряд горючей смеси, предварительно очистив цилиндр от отработавших газов. Для этой цели в головке цилиндра предусмотрено впускное отверстие, перекрываемое клапаном. Маховик делают достаточно массивным, чтобы, получив разгон во время сгорания смеси, он смог, вращаясь, перемещать кривошип, а затем и поршень в цилиндре до очередного воспламенения смеси. При движении поршня вверх клапан выпускного отверстия открывается и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра поршнем наружу. Коленчатый вал, продолжая вращаться, перемещает поршень вниз, и в освобождаемой части цилиндра создается разрежение, под действием которого цилиндр заполняется новый зарядом горючей смеси через открытое клапаном впускное отверстие.

При нижнем положении поршня зажигать смесь нецелесообразно, так как давление газов не может быть использовано, поэтому поршень необходимо вернуть в первоначальное положение (вверх) и сжать рабочую смесь. Сжатую рабочую смесь зажигают искрой, и под действием создавшегося давления газов поршень вновь переместится вниз.

При перемещении в цилиндре поршень достигает крайних положений, в которых направление его движения меняется. Такие положения поршня в цилиндре называются мертвыми точками, а путь, проходимый поршнем между этими мертвыми точками, – ходом поршня. За этот ход поршня коленчатый вал повернется на 180° или совершит пол–оборота. За один ход поршня внутри цилиндра происходит процесс, называемый тактом.

Пространство внутри цилиндра над поршнем при положении его в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Объем, освобождаемый поршнем при его движении от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.), называется рабочим объемом цилиндра.

Полным объемом цилиндра называется вместе взятые объем камеры сгорания и рабочий объем цилиндра. В многоцилиндровых двигателях сумма рабочих объемов всех цилиндров, выраженная в литрах, называется литражом двигателя. С увеличением литража двигателя увеличивается и его мощность.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия. В изучаемых двигателях, работающих на бензине, степень сжатия равна 6,5–6,7. Чем больше степень сжатия, тем выше экономичность и мощность двигателя ввиду уменьшения тепловых потерь и увеличения среднего давления на поршень. Снижение тепловых потерь в двигателе достигается уменьшением внутренней поверхности камеры сгорания, с которой соприкасаются газы. Среднее давление на поршень повышается в результате увеличения температуры и скорости сгорания рабочей смеси при ее большем сжатии.

Из описанного принципа работы двигателя видно, что для выполнения одного такта, при котором происходит сгорание рабочей смеси и расширение газов, необходимо три подготовительных такта: выпуск, впуск и сжатие.

Первый такт – впуск – служит для наполнения цилиндра горючей смесью. Поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т., клапан впускного отверстия открыт, а выпускного закрыт. Под действием разрежения горючая смесь заполняет полость цилиндра над поршнем.

Второй такт – сжатие – служит для подготовки рабочей смеси к воспламенению. Поршень перемещается вверх от н.м.т. к в.м.т., оба отверстия закрыты клапанами, объем, занимаемый рабочей смесью, уменьшается в 6,5–6,7 раза, смесь сжимается, и давление в цилиндре достигает 10–12 кГ/см2. При этом рабочая смесь нагревается до 300–400°С.

Третий такт – рабочий ход (сгорание и расширение) – служит для преобразования энергии сжигаемого топлива в полезную механическую работу. Сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой; выделяемое при этом тепло нагревает газы до температуры 2200–2500°С. Расширяющиеся газы создают давление в цилиндре над поршнем в 35–40 кГ/см2, под действием которого поршень перемещается вниз от в.м.т. к н.м.т. Оба отверстия при этом закрыты клапанами. Действующая на поршень сила давления газов через шатун передается на кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя.

Четвертый такт – выпуск – служит для освобождения цилиндра от отработавших газов. Поршень перемещается вверх от н.м.т. к в.м.т., выпускное отверстие открыто, а впускное закрыто. В дальнейшем процесс работы двигателя беспрерывно повторяется в указанном порядке.

Совокупность процессов, происходящих в цилиндре во время его работы, в определенной последовательности (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск) называется рабочим циклом. Двигатель, у которого такты повторяются через каждые четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала, называется четырехтактным.

При пуске двигателя подготовительные такты осуществляются проворачиванием коленчатого вага пусковой рукояткой или стартером. В работающем двигателе эти такты происходят за счет энергии маховика, накопленной при рабочем такте.

Для осуществления всех процессов рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания служат: кривошипно–шатунный и газораспределительный механизмы и системы – охлаждения, смазки, питания и зажигания.

Кривошипно–шатунный механизм предназначен для преобразования прямолинейного, возвратно–поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндр двигателя необходимого заряда свежей горючей смеси и выпуска из него отработавших газов.

Система охлаждения отводит тепло от деталей двигателя. Наиболее распространено жидкостное охлаждение. Система смазки обеспечивает подачу масла к трущимся деталям двигателя, частичное охлаждение их и очистку масла. Система питания предназначена для подвода топлива, очистки и подачи воздуха к карбюратору, приготовления горючей смеси, подачи ее в цилиндры и отвода из них отработавших газов. Система зажигания служит для образования электрической искры и воспламенения ею рабочей смеси в цилиндрах двигателя.

Одноцилиндровый двигатель, особенно при увеличении его размеров, несмотря на наличие маховика, уменьшающего неравномерность работы его, все же работает неравномерно, толчками, так как из четырех тактов цикла только один является рабочим. Работа двигателя толчками вызывает его вибрацию, расшатывание крепления и повышенный износ деталей. Неравномерность работы значительно уменьшается при применении многоцилиндровых двигателей, представляющих собой как бы несколько одноцилиндровых двигателей, имеющих общий коленчатый вал. В этом случае равномерность работы многоцилиндрового двигателя достигается тем, что в разных цилиндрах рабочие такты чередуются в определенной последовательности.

Vogel&Noot

Кировец-ЛандТехник

WOLAGRI

SFOGGIA Agriculture Division s.r.l.

Дормаш

115280, г. Москва, Автозаводская улица, д. 14
Телефон: +7 (916) 850-95-97
Rambler's Top100 Yandex