Видео - Общие устройство двигателя

Общие устройство двигателя

Рассмотрим принцип работы одноцилиндрового бензинового двигателя. Такой двигатель состоит из цилиндра, в который прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень. Он имеет форму цилиндрического стакана, состоящий из головки и юбки. На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца. Их задача - обеспечить герметичность пространства над поршнем, не дав возможности газов, образующихся при работе двигателя, прорваться под поршень, а также не допустить попадания масла, смазывают внутреннюю поверхность цилиндра, в пространство над поршнем. Эти кольца играют роль уплотнителей, причем те из них, которые не пропускают газы, назвали компрессионными, а предохраняют от масла - маслосъемных.

Цилиндр необходимо заправить топливной смесью бензина с воздухом, приготовленной карбюратором или инжектором, сжать ее поршнем и поджечь, а она, сгорая и расширяясь, заставит поршень двигаться вниз. Так тепловая энергия топлива преобразуется в механическую. Теперь необходимо превратить перемещение поршня во вращение вала. Для этого использовалось следующее механическое приспособление: поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединены с кривошипом коленчатого вала, вращающегося на подшипниках, установленных в картере двигателя. В результате перемещения поршня в цилиндре сверху вниз и обратно легко превращается во вращение вала. Верхней мертвой точкой, сокращенно ВМТ, называют самое верхнее положение поршня в цилиндре (то есть то место, где поршень перестает двигаться вверх и начинает движение вниз).

Нижнее положение поршня в цилиндре (то есть то место, где поршень перестает двигаться вниз и начинает движение вверх) называют нижней мертвой точкой, сокращенно НМТ. Расстояние между крайними положениями поршня (от ВМТ к НМТ) называется ходом поршня. При перемещении поршня сверху вниз (от ВМТ к НМТ) объем над ним меняется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над поршнем при его положение в ВМТ называется камерой сгорания.

Объем, освобождается в цилиндре поршнем при его перемещении от ВМТ к НМТ, называют рабочим объемом цилиндра - \ гр. Рабочий объем всех цилиндров двигателя, выраженный в литрах, называется литраж двигателя. Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема камеры сгорания. Этот объем заключен над поршнем при его положение в НМТ. Важной характеристикой двигателя является его степень сжатия. Она определяется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившей в цилиндр смесь при перемещении поршня снизу вверх (от НМТ к ВМТ). У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6-14, в дизельных - 14-24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, существенно влияет на токсичность отработанных газов. Мощность двигателя измеряется в киловаттах или в лошадиных силах (1 л.с. примерно равен 0,735 кВт). Работа двигателя внутреннего сгорания основано на использовании силы давления газов, образующихся при сгорании в цилиндре смеси топлива и воздуха. Как уже говорилось, в бензиновых и газовых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания, в дизелях-от сжатия.


Совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обеспечивают его бесперебойную работу, называется рабочим циклом. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех тактов, каждый из которых происходит за один ход поршня или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала. При работе одноцилиндрового двигателя его коленчатый вал вращается неравномерно, он резко ускоряется в момент сгорания горючей смеси, а остальное время замедляется. Для повышения равномерности вращения на валу коленчатого вала, выходящей наружу корпуса двигателя, закрепляют массивный диск (маховик). Когда двигатель работает, вал с маховиком вращаются. Теперь поговорим немного подробнее о работе этого двигателя. Итак, первая задача - поместить внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливовоздушную смесь, которую, как вы помните, приготовил карбюратор или инжектор. Это действие называют тактом впуска (первый такт).


Заполнение цилиндра двигателя топ-ливовоздушной смесью очень похоже на заполнение шприца лекарствами: поршень с верхнего положения движется в нижнее. Но в шприце лекарство набирается, а затем выпускается через один и тот же канал (иглу). В двигателе же горючая смесь впускает через один канал, а продукты ее сгорания - через другой, то есть до цилиндра двигателя подведены сразу два канала: впускной и выпускной. Непосредственно перед входом в цилиндр в этих каналах установлены клапаны. Их принцип действия очень прост: представьте себе гвоздь с большой круглой головкой, перевернутый вверх ногами (шляпкой вниз). Эта круглая шляпка закрывает вход с канала в цилиндр. При этом она прижимается к кромке канала мощной пружиной и как пробкой закупоривает его. Если нажать на клапан (тот самый «гвоздь»), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала будет открыт. Теперь, познакомившись с принципом работы клапанов, вернемся к первому такта работы двигателя.

Первый такт - впуск или, как иногда говорят, всасывание горючей смеси. Во время этого такта поршень перемещается из верхней мертвой точки к нижней. Впускной клапан при этом открыто, а выпускной надежно закрыт. Через впускной клапан цилиндр заполняется горючей смесью. Все это продолжается до того момента, пока поршень не окажется в нижней мертвой точке, то есть его дальнейшее движение вниз окажется невозможным. Мы уже знаем, что перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа, а следовательно, вращение коленчатого вала и наоборот. За первый такт работы двигателя (при перемещении поршня с ВМТ в НМТ) он вернется на пол-оборота.

Второй такт - такт сжатия. До сих пор топливовоздушную смесь, приготовленную инжектором или карбюратором, мы называли горючей. А вот теперь (после того, как она попала в цилиндр, смешалась с остатками отработавших газов и за ней закрылся впускной клапан) будем называть ее рабочей. Итак, настал момент, когда рабочая смесь заполнила цилиндр и пути ее отхода оказались отрезанными, поскольку впускной и выпускной клапаны надежно закрыты. Теперь поршень, начав движение снизу вверх (от нижней мертвой точки к верхней), попытается прижать рабочую смесь к головке цилиндра. Однако «стереть в порошок» эту смесь ему не удастся. Вы же помните, что переступить грань верхней мертвой точки поршень не в силах. А внутреннее пространство цилиндра проектируют так (и соответственно располагают коленчатый вал и подбирают размеры кривошипа), чтобы над поршнем, «застывшим» в верхней мертвой точке, всегда оставалось пусть и не очень большое, но свободное пространство.

Напомним, что это пространство называют камерой сгорания. До конца такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8-1,2 МПа, а температура достигает 450-500 "С. Для того чтобы получить максимальную отдачу, хотелось бы сжать рабочую смесь как можно сильнее ... Представьте себе, что вы пальцем закрыли выходное отверстие обычного велосипедного насоса и сжимает воздух Чем сильнее сожмете, тем с большей силой «выстрелит» вверх рукоятка насоса, связанная с поршнем Однако степень сжатия рабочей смеси во время такта сжатия ограничивается свойствами применяемого бен-Зина, в первую очередь его антидетонационные стойкостью, которая характеризуется октановым числом (в бензинов оно изменяется от 66 до 98). Чем выше октановое число, тем больше антидетонационная стойкость топлива При чрезмерно высокой степени сжатия или низкой антидетонационные стойкости бензина может происходить детонационное (от сжатия) воспламенения смеси и нарушаться нормальная работа двигателя.

Третий такт - рабочий ход. Вот теперь мы подошли к самому главному моменту-преобразованию тепловой энергии в механическую. В начале третьего такта, даже с некоторым опережением (в действительности в конце такта сжатия), горючая смесь вос-пламеняется с помощью электрической искры свечи зажигания. Давление от расширяющихся газов передается на поршень, и он начинает движение вниз (от ВМТ к НМТ). При этом оба клапана (впускной и выпускной) закрыты. Смесь сгорает с выделением большого количества тепла. Поэтому давление в цилиндре резко возрастает и поршень с большой силой перемещается вниз, приводит к дальнейшему дя во вращение через шатун коленчатый вал. В момент сгорания температура в цилиндре повышается до 1800-2000 ° С, а давление - до 2,5-3,0 МПа. Обратите внимание, что только из-за третьего такта и создавался двигатель, хотя без остальных тактов он бы не состоялся. Поэтому все такта, кроме такта рабочего хода, иногда называют вспомогательными. А нам еще предстоит познакомиться с последним из вспомогательных тактов.

Четвертый такт - такт ВЫПУСКА. В течение этого такта впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. Поршень, перемещаясь снизу вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает остались в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал (трубопровод) и далее через систему выпуска отработанных газов, наиболее известным представителем которой является глушитель в атмосферу. Все четыре такта периодически повторяются в рассматриваемой последовательности в цилиндре двигателя, обеспечивают его бесперебойную работу и называются рабочим циклом.

Рабочий цикл дизельного двигателя имеет некоторые отличия. При такте впуска по впускного трубопровода в цилиндр поступает не горючая смесь, а чистый воздух. Во время такта сжатия он сжимается и нагревается. В конце этого такта, когда поршень, двигаясь вверх, подходит к ВМТ, в цилиндр через специальное устройство - форсунку, вкрученных в верхней части головки цилиндра, под большим давлением впрыскивается мелкораспиленное дизельное топливо. Сталкиваясь с раскаленным воздухом, частицы топлива быстро сгорают. При этом выделяется большое количество тепла, в результате чего температура в цилиндре повышается до 1700-2000 ° С, а давление - до 7-8 МПа. Под действием давления газов поршень перемещается вниз - происходит рабочий ход. Такт выпуска у дизельного двигателя аналогичный одноименным такта бензинового двигателя. Как мы уже сказали, только во время третьего такта (рабочий ход) происходит полезная механическая работа. Остальные три такта - вспомогательные. Они происходят за счет кинетической энергии тщательно сбалансированного массивного чугунного диска, закрепленного на валу двигателя. Этот диск называют маховиком. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, маховик также способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах двигателя при его пуска, а также позволяет ему преодолевать кратковременные перегрузки, например, при трогании автомобиля с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателей ля стартером. Во время третьего такта (рабочего хода) поршень через шатун, кривошип и коленчатый вал двигателя ванном передает запас инерции маховика.

Накопленная таким образом инерция помогает маховике осуществлять вспомогательные такты рабочего цикла двигателя. В результате при тактах впуска, сжатия и выпуска поршень перемещается в цилиндре именно за счет энергии, отдается маховиком. В многоцилиндровых двигателе порядок работы цилиндров устанавливается так, что рабочий ход, что происходит на данный момент хотя бы в одном цилиндре, помогает проведению вспомогательных тактов плюс оказывает помощь энергетическое донорство маховика.

Автор: Автомобильный Информационный Портал
Источник: АвтоОмск, N 39 (358) от 03.10.2005