ЗАГАЛЬНА БУДОВА Й РОБОЧИЙ ЦИКЛ ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

Двигун внутрішнього згоряння — це тепловий двигун, усередині якого відбуваються спалювання палива й перетворення частини теплоти, що виділилася, на механічну роботу.

Двигуни внутрішнього згоряння бувають:

• поршневі, в яких увесь робочий процес здійснюється в циліндрах;

• без поршневі, наприклад газотурбінні, в яких робочий процес послідовно здійснюється у повітряному компресорі, камері згоряння та газовій турбіні.

На переважній більшості сучасних автомобілів установлюють поршневі двигуни внутрішнього згоряння.

За способом сумішоутворення й запалювання палива автомобільні поршневі двигуни поділяються на дві групи:

• із зовнішнім сумішоутворенням і примусовим займанням палива від електричної іскри (карбюраторні й газові};

• із внутрішнім сумішоутворенням і займанням палива від стикання з повітрям, нагрітим унаслідок його сильного стискання в циліндрі (дизелі).

Двигун внутрішнього згоряння складається з таких механізмів і систем: кривошипне-шатунного механізму; механізму газорозподілу; системи охолодження; системи мащення; системи живлення; системи запалювання (тільки в карбюраторних двигунах).

Кривошипно-шатушіий механізм слугує для перетворення зворотно-поступального руху поршня на обертальний рух колінчастого вала.

Механізм газорозподілу забезпечує своєчасне заповнення циліндрів пальною сумішшю (або повітрям) і видаляння з них відпрацьованих газів.

• Термін «двигун внутрішнього згоряння» застосовують переважно до поршневих Двигунів.

Система охолодження призначається для підтримання оптимального теплового режиму двигуна.

Система мащення забезпечує змащування тертьових поверхонь двигуна, подачу до них оливи, часткове охолодження їх, видаляння продуктів спрацювання та очищення оливи.

Система живлення карбюраторного двигуна слугує для очищення палива й повітря, приготування пальної суміші, подавання її в циліндри та видаляння продуктів згоряння.

Система живлення дизеля забезпечує очищення повітря й палива, впорскування палива в циліндр під високим тиском у дрібно розпиленому вигляді та видаляння продуктів згоряння.

Система запалювання забезпечує займання пальної суміші в циліндрах карбюраторного двигуна й містить джерело електричної енергії та перетворювач низької напруги системи електрозабезпечення автомобіля на високу напругу свічки запалювання, іскра від якої запалює пальну суміш у циліндрі двигуна в потрібний момент.

Поршневий двигун (рис. 2.1, й) складається з циліндра 5 і картера 6, який знизу закрито піддоном 9. Усередині циліндра переміщується поршень 4 з компресійними (ущільнювальними) кільцями 2, що має форму стакана з днищем у верхній частині. Поршень через поршневий палець шатун зв'язаний із колінчастим валом 8, що обертається в корінних підшипниках, розташованих у картері. Колінчастий вал складається з корінних шийок 13, щік 10 і шатунної шийки 11. Циліндр, поршень, шатун і колінчастий вал утворюють кривошипно-шатунний механізм, який перетворює зворотно-поступальний рух поршня на обертальний рух колінчастого вала (рис. 2.1, б}.

Зверху циліндр 5 накрито головкою 7 із клапанами 15 і 17, відкриття й закриття яких точно узгоджуються з обертанням колінчастого вала, а-отже, і з переміщенням поршня.

Верхнє крайнє положення поршня в циліндрі, в якому його швидкість дорівнює нулю (рис. 2,1, б), називається верхньою мертвою точкою (ВМТ), нижнє крайнє положення — нижньою мертвою точкою (НМТ). Відстань, що її проходить поршень від однієї мертвої точки до іншої, називається ходом поршня S , а відстань між осями корінних І шатунних шийок — радіусом кривошипа R .

Переміщення поршня від однієї мертвої точки до іншої спричинює повертання колінчастого вала на половину оберту.

Об'єм над поршнем у положенні його у ВМТ (див. рис. 2.1, а) називають об'ємом камери згоряння (стискання) А_с, а об'єм над поршнем, коли він перебуває у НМТ, — повним об'ємом циліндра У. Об'єм, що вивільнюється поршнем, коли той переміщується від ВМТ до НМТ, становить робочий об'єм циліндра (літраж) V_h , л:

де D — діаметр циліндра, mm; S — хід поршня, дм.

Неважко переконатися, що У_с + V_h = V_a .

Робочий об'єм усіх циліндрів багатоциліндрового двигуна називають літражем. Його визначають множенням робочого об'єму одного циліндра V_h на кількість циліндрів двигуна.

ВМТ

НМТ

Рис. 2.1

Схема будови поршневого двигуна внутрішнього згоряння:

а — поздовжній вигляд (/—- головка циліндра; 2— кільце; 3— палець; 4— поршень; 5 — циліндр; 6 — картер; 7 — маховик; 8 —, колінчастий вал; 9 — піддон; 10— щока; //, ІЗ— відповідно корінна шатунна шийки; 12 — корінний підшипник; 14 — шатун; 15, 17 — відповідно впускний і випускний клапани; 16— форсунка); б —- поперечний вигляд

Відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згоряння називають ступенем стискання: є — VJV_C . Ступінь стискання показує, в скільки разів зменшується об'єм суміші (або повітря), що міститься в циліндрі, коли поршень переміщується від НМТ до ВМТ. У карбюраторних двигунах, які працюють на бензині, ступінь стискання становить 10. ..14, у дизелях — 14...21.

Ступінь стискання — один із найважливіших параметрів двигуна, оскільки істотно впливає на його економічність і потужність: із збільшенням ступеня стискання двигуна його економічність і потужність підвищуються. За цим показником дизелі економічніші, ніж карбюраторні й газові двигуни. Крім того, вони споживають нафтові палива дешевших сортів, пожежобезпечніші й мають великий ресурс до капітального ремонту (400...800 тис. км пробігу автомобіля). Проте дизелі дорожчі у виробництві й мають більшу масу, ніж карбюраторні та газові двигуни.

Робочим циклом називається сукупність процесів, що періодично повторюються в циліндрі двигуна й зумовлюють його неперервну роботу. Процес (або процеси), який відбувається в циліндрі за один хід поршня, називається тактом.

Робочі цикли більшості автомобільних двигунів здійснюються за чотири ходи поршня (такти), тому ці двигуни називаються чотиритактними.

Під час першого такту (впускання) поршень переміщується від ВМТ до НМТ, впускний клапан відкритий, а випускний — закритий. У циліндрі створюється знижений тиск (0,08...0,09 МПа), а температура підвищується до 90,..125 °С.

На другому такті (стискання) поршень переміщується від НМТ до ВМТ, впускний і випускний клапани закриті. В циліндрі створюється підвищений тиск (1,0...1,2 МПа — в карбюраторних двигунах і 1,5...2,0 МПа — в дизелях), а температура наприкінці цього такту досягає 350...450 °С у перших і 600...700 °С в других.

На третьому такті (робочий хід) поршень переміщується від ВМТ до НМТ, клапани закриті. В карбюраторному двигуні відбувається займання робочої суміші від іскри на свічці. При цьому тиск газів досягає 3,5...4,0 МПа, а температура — 2000 °С. У дизелі наприкінці такту стискання в циліндр через форсунку під тиском 15...20 МПа впорскується дрібно розпилене дизельне паливо. Змішуючись із розпиленим повітрям, паливо займається, внаслідок чого тиск у циліндрі підвищується до 7,0...9,8 МПа, а температура досягає 1800...2000 °С. Під дією такого тиску поршень переміщується від ВМТ до НМТ.

На четвертому такті (випускання) поршень переміщується від НМТ до ВМТ, випускний клапан відкритий. Тиск знижується до 0,1 МПа.

Після закінчення четвертого такту розпочинається новий цикл.

Корисна механічна робота здійснюється двигуном тільки протягом одного такту — робочого ходу. Решта три такти — випускання, впускання, стискання — є підготовчими і здійснюються завдяки кінематичній енергії маховика, що обертається за інерцією у проміжках часу між робочими ходами. Якщо двигуни мають кілька циліндрів, які працюють у певному порядку, то підготовчі такти в одних циліндрах здійснюються завдяки енергії, що розвивається в інших циліндрах.

Сучасні автомобільні двигуни, як правило, чотири, шести, восьмициліндрові, рідше три, десяти й дванадцятициліндрові (БелАЗ). Розташування циліндрів найчастіше буває однорядним і дворядним V-подібним. Останнє дає змогу зменшити габаритні розміри двигуна порівняно з однорядним, а отже, зручніше розташувати місце водія та органи керування.

У багатоциліндровому чотиритактному двигуні за два оберти колінчастого вала (720°) відбувається стільки робочих ходів, скільки циліндрів у двигуні. З умови рівномірності обертання колінчастого вала потрібно, щоб чергування робочих ходів у різних циліндрах становило 720, де — кількість циліндрів.

Отже, в чотири, шести й восьмициліндрових двигунах робочі ходи мають відбуватися відповідно через 180, 120 і 90° повороту колінчастого вала.

Показники роботи автомобільного двигуна. Потужність, що розвивається газами всередині циліндрів двигуна, називається індикаторною, а потужність на колінчастому валу двигуна, яка використовується для здійснення руху автомобіля, — ефективною.

Ефективна потужність завжди менша від індикаторної через втрату потужності на тертя й приведення в дію низки механізмів двигуна (кривошипне-шатунного, газорозподілу, вентилятора, насосів та ін.).

Ефективну потужність двигуна N_v (кВт) визначають за формулою

N_c - A/_e 9570,

де М_й — крутний момент, Н-м;

п — частота обертання колінчастого вала, хв'.

Крутний момент і ефективна потужність тим більші, чим більший робочий об'єм двигуна й чим вищі наповнення циліндрів пальною сумішшю або повітрям та ступінь стискання.

Ефективна потужність дизеля залежить також від кількості впорскуваного палива й моменту початку впорскування, а потужність карбюраторного й газового двигунів — від складу пальної суміші та моменту її займання (іскрового розряду).

Механічним коефіцієнтом корисної дії (ККД) двигуна називають відношення ефективної потужності до індикаторної. Його значення досягає 0,7...0,9.

Літрова потужність N_a (кВт/л) — відношення максимальної ефективної потужності двигуна до його робочого об'єму (літражу). Підвищують літрову потужність збільшенням частоти обертання колінчастого вала та застосуванням наддування.

Питома ефективна витрата палива (г/(кВт год)) — це кількість палива в грамах, що витрачається двигуном на розвивання протягом 1 год ефективної потужності в 1 кВт:

Це показник економічності двигуна. В технічній характеристиці двигуна, як правило, зазначають мінімальну питому витрату палива в разі його роботи за зовнішньою швидкісною характеристикою, яка становить для дизелів 200...230 г/(кВт-год), а для карбюраторних двигунів — 265...305 г Дк Вт год).

Зовнішня швидкісна характеристика двигуна (рис. 2.2) — це графічна залежність основних показників його роботи від частоти обертання колінчастого вала за умови повної подачі палива. Цю характеристику дістають експериментальне під час випробовування нового двигуна (після його обкатки).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: