Двигатели внутреннего сгорания.

Назначение, классификация, общее устройство, принцип работы, основные понятия и определения двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Назначение ДВС.

ДВС предназначены для преобразования тепловой энергии сгорающего топлива в механическую работу.

Классификация ДВС.

1. По способу смесеобразования:

- карбюраторные (с внешнем смесеобразованием);

- дизельные (с внутренним смесеобразованием).

2. По числу цилиндров:

- одноцилиндровые;

- многоцилиндровые.

3. По расположению цилиндров:

- рядные;

- V- образные.

4. По числу тактов рабочего цикла:

- двухтактные;

- четырёхтактные.

5. По способу воспламенения горючей смеси:

- с принудительным воспламенением (карбюраторные);

- с самовоспламенением (дизельные).

Устройство одноцилиндрового дизельного двигателя (рис.1).

1. Головка цилиндра. 10. Маховик.

2. Коромысло. 11. Картер.

3. Форсунка. 12. Коленчатый вал.

4. Выпускной клапан. 13.Шестерня привода распределительного вала.

5. Впускной клапан. 14. Распределительный вал.

6. Цилиндр. 15. Топливный насос.

7. Поршень. 16. Передаточные детали.

8. Поршневой палец. 17. Воздухоочиститель.

9. Шатун.

Принцип работы двигателя.

В цилиндре 6 (рис. 1) помещён поршень 7, который шатуном 9 соединён с коленчатым

валом 12. При перемещении поршня в цилиндре вверх и вниз его прямолинейное движение преобразуется через шатун и кривошип во вращательное движение коленчатого вала. На конце вала закреплён маховик 10, который служит для равномерного вращения коленчатого вала при работе двигателя.

Цилиндр плотно закрыт сверху головкой 1. В головке находятся впускной 5 и выпускной 4 клапаны, закрывающие соответствующие каналы.

Рис. 1

Клапаны открываются под действием кулачков распределительно вала 14 через передаточные детали 16.

Распределительный вал и вал топливного насоса приводятся во вращение шестернями 13 от коленчатого вала. Топливо в цилиндр поступает через форсунку 3 от топливного насоса 15.

Поршень, свободно перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения (рис. 2).

Основные понятия и определения (рис. 2).

1. Верхняя мёртвая точка (В.М.Т.) – крайнее верхнее положение поршня.

2. Нижняя мёртвая точка (Н.М.Т.) – крайнее нижнее положение поршня.

3. Ход поршня – это расстояние пройденное поршнем от одной мёртвой точки до другой. За один ход поршня коленчатый вал повернётся на пол оборота (на 180°).

4. Камера сгорания – пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным в В.М.Т.

5. Рабочий объём цилиндра – пространство, освобождаемое поршнем при перемещении

его из В.М.Т. в Н.М.Т.

Рис. 2.

6. Литраж – суммарный рабочий объём всех цилиндров двигателя. При малых объёмах (до 1л) его выражают в см³ , а при больших – в литрах.

7. Полный объём цилиндра – это сумма объёмов рабочего и камеры сгорания.

8. Степень сжатия – число, показывающее, во сколько раз полный объём цилиндра больше объёма камеры сгорания.

Ст. сж. = V_п / V_кс

Степень сжатия показывает, во сколько раз в цилиндре сжимается воздух или горючая смесь. В карбюраторных двигателях степень сжатия лежит в пределах 9-11, а в дизелях 18-20.

9. Такт – процесс, который происходит в цилиндре за один ход поршня.

10. Рабочий цикл – ряд последовательно повторяющихся процессов – тактов.

Двигатель, у которого рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, называется четырёхтактным.

Рабочий цикл четырёхтактного дизельного двигателя.

Рассмотрим, что происходит в одном из цилиндров работающего двигателя.

Впуск - первый такт (рис.3.а). Поршень перемещается вниз и в цилиндре создаётся разряжение. Через открытый впускной клапан цилиндр заполняется чистым воздухом под влиянием разности давлений. Выпускной клапан закрыт. В конце такта закрывается и впускной клапан.

Сжатие – второй такт (рис. 3б). Поршень, продолжая движение, перемещается вверх. Поскольку оба клапана закрыты, поршень сжимает воздух, температура которого растёт. Благодаря высокой степени сжатия давление в цилиндре повышается до 40 кгс/см², воздух нагревается до температуры 600ºС. В конце такта сжатия через форсунку в цилиндр впрыскивается порция дизельного топлива в мелкораспылённом состоянии. Частицы топлива, соприкасаясь с нагретым сжатым воздухом и стенками цилиндра, самовоспламеняются, и большая их часть сгорают.

Рис. 3

Рабочий ход – третий такт (рис. 3в.) Поршень идёт вниз. Во время этого такта топливо полностью сгорает. Оба клапана закрыты. Температура газов при сгорании достигает до 2000.С, давление повышается до 80кгс/см² и более. Под большим давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и передаёт воспринимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его вращаться. Около Н. М.Т. давление снижается до 40кгс/см^», а температура – до 700ºС.

Выпуск – четвёртый такт (рис. 3г). Поршень перемещается вверх, выпускной клапан открывается. Отработавшие газы удаляются из цилиндра. Когда поршень находится около В.М.Т., выпускной клапан закрывается, а впускной открывается. Рабочий цикл повторяется.

Рабочий цикл четырёхтактных двигателей совершается за два оборота коленчатого вала. За это время он получает усилие от поршня только при одном полуобороте, соответствующем рабочему ходу поршня. Затем коленчатый вал с помощью маховика перемещает поршень при всех вспомогательных тактах (выпуске, впуске и сжатии). Вследствие этого коленчатый вал вращается не равномерно: при рабочем ходе ускоренно, а при вспомогательных тактах – замедленно. Кроме того, у одноцилиндрового двигателя обычно небольшая мощность и повышенная вибрация. Поэтому применяются многоцилиндровые двигатели.

Чтобы такой двигатель работал равномерно, такты – рабочий ход – должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала, т.е. через равные промежутки времени.

Последовательность чередования одноимённых тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Порядок работы отечественных четырёхцилиндровых дизельных двигателей 1-3-4-2. Это означает, что после первого рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход происходит в третьем, затем в четвёртом и, наконец, во втором цилиндре (рис. 4)

.

Рис. 4

При выборе порядка работы двигателя стремятся равномерно распределить нагрузку на коленчатый вал.