Общее устройство и основные параметры

Поршневой двигатель внутреннего сгора­ния состоит из двух основных механиз­мов — кривошипно-шатунного и газорасп­ределительного и четырех систем — ох­лаждения, смазочной, питания, пуска и зажигания (для двигателя с принудитель­ным воспламенением смеси).

В поршневом двигателе внутреннего сгорания преобразование энер­гии происходит в замкнутом объеме, кото­рый образован цилиндром, крышкой (головкой) цилиндраи поршнем. В карбюраторном двигателе топливо в сме­си с необходимым для его сгорания возду­хом вводится в этот объем через впускной клапан и воспламеняется. Образовав­шиеся при сгорании газы перемещают поршень, который через шатунпередает усилие на коленчатый вал, поворачи­вая его вокруг оси. Отработавшие газы вытесняются при обратном движении поршня через выпускной клапан. Таким образом тепловая энергия преобра­зуется в механическую, а возвратно-поступательное движение — во враща­тельное как наиболее удобный для транс­формации вид движения.

Процесс сгорания топлива в отдельных цилиндрах поршневого двигателя проис­ходит периодически. Сгоранию каждой порции топлива предшествуют процессы газообмена, т. е. ввод в цилиндр свежего заряда (топлива и воздуха) и вывод из цилиндра отработавших газов.

При вращении коленчатого вала пор­шень дважды за один оборот останавли­вается и меняет направление движения.

С работой поршневого двигателя связа­ны следующие понятия.

Верхняя мертвая точка (BMT) — максимальное удаление поршня от оси коленчатого вала.

Нижняя мертвая точка (HMT) — минимальное удаление поршня от оси ко­ленчатого вала.

Радиус R кривошипа — расстояние от оси коленчатого вала до оси его шатунной шейки.

Ход поршня S — путь, который проходит поршень от BMT до HMT. Ход поршня равен удвоенному радиусу кривошипа.

При перемещении поршня от BMT к HMT объем цилиндра меняется от мини­мального до максимального: V_c — объем камеры сжатия, объем цилинд­ра, заключенный между днищем поршня и головкой, при нахождении поршня в BMT; V_a — полный объем цилиндра, объем ци­линдра, заключенный между днищем поршня и головкой, при нахождении поршня в HMT.

Полный объем цилиндра

V₃=V_c+Vh,

где Vh — рабочий объем цилиндра, объем, заключенный между мертвыми точками, V/, = 0,25nD²S (D — диаметр цилиндра);

Рабочий объем двигателя равен сумме рабочих объемов всех цилиндров:

где i — число цилиндров.

Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия,

e=Ka/l/_r = (n+Vc)/Vc=l+V/,/Kc. •

Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается заряд в цилиндре двига­теля при перемещении поршня из НМТ в ВМТ для карбюраторных двигателей е = = 6,5...10, для дизелей 8=14...21. С повы­шением степени сжатия повышается КПД двигателя, его мощность и экономичность. Верхний предел для карбюраторных дви­гателей обусловлен детонационной стой­костью топлива, а для дизелей — нагруз­ками на детали двигателя.

Коэффициент наполнения r\_v характе­ризует степень наполнения цилиндра све­жим зарядом и выражает отношение дей­ствительного количества заряда, поступив­шего в цилиндр, к тому количеству, кото­рое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра при давлении и температуре окружающей среды.

Ход поршня и диаметр цилиндра обус­ловливают габаритные размеры двигателя.

РАБОЧИЕ ЦИКЛЫ

Цикл может быть осуществлен либо за четыре, либо за два такта. В первом случае цикл называется четырехтактным, во втором — двухтактным.

Рабочий цикл поршневого двигателя проходит по одной из двух схем, пред­ставленных на рис. На схеме, изобра­женной на,представлен рабочий цикл с внешним смесеобразованием (кар­бюраторные двигатели), рабочий цикл с внутренним смесеобразо­ванием (дизели и двигатели с впрыски­ванием легкого топлива в цилиндр).