Основні поняття й визначення

Основні механізми і системи двигуна

Двигун внутрішнього згоряння складається з механізмів – кривошипно – шатунного і газорозподільного та систем – живлення, запалювання, охолодження, змащування і пуску.

Кривошипно– шатунний механізм ( основні деталі – поршень, шатун, колінчастий вал, маховик ) призначений для сприймання тиску газів і перетворення зворотно – поступального руху поршня в обертальний рух колінчастого вала.

Механізм газорозподілу (основні деталі – клапани, пружини, деталі приводу – розподільний вал, шестерні, штовхачі, штанги, коромисла ) призначений для своєчасного відкриття і закриття клапанів під час впуску і випуску.

Система живлення ( основні агрегати – паливний бак, паливопроводи, крани, фільтри, паливний насос, карбюратор, газовий змішувач, форсунки) призначена для приготування пальної суміші і підведення її до циліндрів (карбюраторний чи газовий двигун) або підведення повітря й подачі палива в циліндри і приготування в них пальної суміші (дизельний двигун) та випуску відпрацьованих газів.

Система запалювання ( основні агрегати – магнето, проводи, свічки, акумуляторна батарея, генератор, індукційна котушка, переривник –розподільник) застосовується на карбюраторних і газових двигунах та двигунах із впорскуванням палива у впускний колектор для запалювання стисненої в циліндрах робочої суміші.

Система охолодження рідинна ( основні агрегати – водяний насос, вентилятор, водяна сорочка, радіатор, термостат) або повітряна ( основні деталі – вентилятор, напрямний кожух, циліндри і головки циліндрів з охолоджувальними ребрами) призначена для підтримання оптимального теплового режиму двигуна.

Система мащення ( основні агрегати – масляний насос, маслопроводи, фільтри, масляний радіатор) призначена для підведення масла до тертьових деталей під тиском і розбризкуванням, охолодження деталей та винесення продуктів спрацювання.

Система пуску (пусковий бензиновий двигун з редуктором або електричний стартер, система підігрівання води й повітря) призначена для прокручування колінчастого вала при запуску.

Поршень змінює напрям руху в так званих мертвих точках (v_п = 0).

Верхня мертва точка (ВМТ) – це положення поршня в циліндрі, при якому його відстань до осі колінчастого вала найбільша.

Нижня мертва точка (НМТ) – це положення поршня в циліндрі, при якому його відстань до осі колінчастого вала найменша.

1 – циліндр; 2 – поршень; 3 – головка циліндра; 4 впускний клапан; 5 – свічка запалювання або форсунка; 6 – впускний клапан; 7 – шатун; 8 – кривошип; 9 – картер.

Відстань між мертвими точками називається ходом поршня. Кожному ходу поршня відповідає поворот колінчастого вала на 180⁰. Якщо вісь колінчастого вала збігається з віссю циліндра (аксіальний двигун), то хід поршня в ньому дорівнює подвійному радіусу кривошипа: S = 2r.

Об’єм над поршнем, коли він знаходиться у ВМТ, називають об’ємом камери стиску і позначають V_с.

Об’єм, що звільняється поршнем при переміщенні його від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки, називають робочим об’ємом циліндра і позначають V_h.

Суму робочих об’ємів усіх циліндрів двигуна в літрах називають робочим об’ємом двигуна або літражем (V_л) й обчислюють за формулою:

V_л = V_h ´ і, де і – кількість циліндрів.

Повним об’ємом циліндра (V_а) називають об’єм над поршнем, коли він знаходиться в НМТ.

Відношення повного об’єму циліндра до об’єму камери згоряння називають ступенем стиску, який визначають за формулою: ε = V_а / V_с.

Чим більший ступінь стиску, тим вищі тиск і температура робочої суміші в кінці стиску, більша швидкість згоряння суміші і більший тиск газів у кінці згоряння. Це сприяє підвищенню потужності двигуна і зменшенню витрати палива. Проте в карбюраторних двигунах ступінь стиску обмежується появою детонації (процес згоряння робочої суміші в циліндрах набуває вибухового характеру), а в дизельних – допустимою жорсткістю (швидкістю наростання тиску газів на 1⁰ повороту колінчастого вала в період горіння робочої суміші) роботи двигуна.

Ступінь стиску двигунів знаходиться в межах: карбюраторні – 6…10, газові – 9…11 і дизельні – 14…22.

У циліндрі працюючого двигуна в певній послідовності відбуваються процеси заповнення свіжим зарядом (повітрям або пальною сумішшю), стиску робочої суміші згоряння, розширення газів (робочий хід) і очищення циліндрів від продуктів згоряння.

Сукупність всіх цих процесів називають робочим циклом двигуна, а частину робочого циклу, що відбувається за один хід поршня, – тактом.

Робочий цикл може відбуватись за 2 або 4 ходи поршня, тобто протягом двох або чотирьох тактів.

Двигуни, в яких робочий цикл відбувається за два ходи поршня, тобто за один оберт колінчастого вала, називають двотактними, а ті, в яких він відбувається за чотири ходи поршня, тобто за два оберти колінчастого вала, називають чотиритактними.

Такти робочого циклу відбуваються в певній послідовності:

· перший – впуск (заповнення циліндра пальною сумішшю або повітрям; поршень рухається від ВМТ до НМТ);

· другий – стиск (стиск робочої суміші перед запалюванням або стиск повітря перед впорскуванням палива; поршень рухається від НМТ до ВМТ);

· третій – розширення (робочий хід; поршень рухається від ВМТ до НМТ);

· четвертий – випуск (очищення циліндра від продуктів згоряння; поршень рухається від НМТ до ВМТ).

Робочий цикл одноциліндрового чотирьохактного дизельного двигуна

Під час роботи дизеля в його циліндри надходить чисте повітря, яке стискається і нагрівається. В кінці такту стиску, коли температура повітря досягає 600…700 ⁰С, під тиском 12…21 МПа форсунка впорскує паливо в камеру згоряння. При цьому воно добре розпилюється, змішується з повітрям, самозаймається і згоряє.

Рис. 5. 2. Схема роботи чотирьохтактного дизеля:

I – робочий цикл; такти: а – впуск; б – стиск; в – згоряння і розширення;

г – випуск; II схема сил у кривошипно – шатунному механізмі; 1 – впускний клапан; 2 форсунка; 3 – випускний клапан; 4 – поршень; 5 – паливний насос високого тиску.

Таблиця 5. 1. Схема роботи чотирьохтактного дизельного двигуна.

Дизелі в порівнянні з карбюраторними двигунами мають переваги:

· надійність (ресурс до капітального ремонту 400…800 тис. км пробігу);

· паливна економічність (на 25 % менша для такої ж потужності);

· дизельне паливо дешевше і безпечніше в протипожежному відношенні;

· менша токсичність відпрацьованих газів.

Недоліки:

· підвищена металоємкість (у 1,5…2 рази);

· більші розміри і маса.