Принцип действия поршневого двигателя внутреннего сгорания

В двигателе внутреннего сгорания преобразование тепловой энергии выделяющейся при сгорании топлива, в механическую работу происходит внутри цилиндра двигателя.

При вращении коленчатого вала его шатунная шейка вместе с нижней головкой шатуна описывает окружность. Верхняя головка шатуна вместе с поршнем при этом перемещается в цилиндре прямолинейно вверх и вниз. При одном обороте колена (кривошипа) вала поршень делает один ход вниз и один ход вверх.

Верхнее положение поршня и кривошипа в цилиндре двигателя называют верхней мертвой точкой (в.м.т.); нижнее положение поршня и кривошипа в цилиндре двигателя — нижней мертвой точкой (н.м.т.); расстояние между крайними положениями поршня (от в.м.т. до н.м.т.)—ходом поршня. По величине ход поршня равен двум радиусам кривошипа.

Процесс, происходящий в цилиндре при движении поршня от одной мертвой точки к другой, называется тактом.

Пространство в цилиндре над поршнем при положении его в в.м.т., называется камерой сгорания. Рабочим объемом цилиндра двигателя считается объем,
освобождаемый поршнем при его движении от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точке (н.м.т.).

В многоцилиндровых двигателях сумма рабочих объемов всех цилиндров, выраженная в литрах, называется литражом двигателя. Полный объем цилиндра — это рабочий объем и объем камеры сгорания, вместе взятые.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь (заряд) при перемещении поршня из н.м.т. в в.м.т. Чем выше степень сжатия двигателя, тем большую экономичность по расходу топлива имеет двигатель.

Совокупность процессов, происходящих в цилиндре во время его работы в определенной последовательности (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск), называется рабочим циклом.

Когда рабочий цикл двигателя происходит за четыре хода поршня, т.е. за два оборота коленчатого вала, двигатель называется четырехтактным, при выполнении рабочего цикла за два хода поршня — двухтактным (за один оборот коленчатого вала). Рабочий цикл четырехтактного двигателя складывается из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска.

Такт впуска служит для наполнения цилиндра горючей смесью. Поршень перемещается от в. м.т.к н.м.т., впускной клапан открыт, выпускной — закрыт. Под действием разрежения горючая смесь заполняет полость цилиндра над поршнем.

Такт сжатия предназначен для подготовки рабочей смеси к воспламенению. Поршень перемещается вверх от н.м.т. к в.м.т., оба клапана закрыты, рабочая смесь заполняет камеру сгорания. Объем рабочей смеси уменьшается в 6—7 раз, смесь сжимается, и давление достигает 10—12 кг/см?. При сжатии рабочая смесь нагревается до 450—500° С.

Такт расширения (рабочий ход) преобразует энергию сжигаемого топлива в полезную механическую работу. Сжатая рабочая смесь воспламеняется электрической искрой, выделенное при этом тепло нагревает газы до 1800—2000° С. Расширяющиеся газы создают давление в 25—30 кг/см?, под действием которого поршень перемещается вниз от в.м.т. к н.м.т. Оба клапана при этом закрыты.

Действующая на поршень сила давления газов через шатун передается па кривошип, создавая крутящий момент на коленчатом валу двигателя. В конце рабочего хода давление в цилиндре падает до 3—4 кг/см?, а температура снижается до 1100—800° С.

Такт выпуска служит для освобождения цилиндра от отработанных газов. Поршень перемещается вверх от н.м.т. к в.м.т., выпускной клапан открыт, впускной — закрыт. Так как удалить полностью отработанные газы из цилиндра невозможно, давление в конце такта выпуска достигает 1,05—1,15 кг/см?. Температура отработавших газов составляет 700—800° С, к концу выпуска она понижается до 300—400° С. В дальнейшем процесс работы двигателя повторяется в указанном порядке.

Рабочий процесс двухтактного двигателя осуществляется следующим образом.

При движении поршня вверх под ним в картере двигателя образуется разреженное пространство, куда и устремляется горючая смесь из карбюратора, так как в это время открыто впускное окно. Происходит впуск горючей смеси. В то же время поршень, двигаясь вверх, снижает находящуюся над ним горючую смесь до определенного состояния, при котором она быстрее сгорает. Происходит сжатие. Итак, за один ход поршня вверх происходит две операции: впуск и сжатие горючей смеси.

После того как горючая смесь сжата, она воспламеняется искрой, проскакивающей между электродами запальной свечи, и моментально сгорает, образуя большое количество отработанных газов, создающих высокое давление, заставляющее поршень идти вниз, совершая рабочий ход. В это время впускное окно закрывается, доступ горючей смеси из карбюратора прекращается и горючая смесь, находящаяся под поршнем, сжимается им. Открывается перепускное окно, сжатая в картере горючая смесь устремляется вверх в цилиндр двигателя, заполняет его и одновременно выталкивает отработанные газы через открывшееся выпускное окно.
Следовательно, за один ход поршня вниз совершаются рабочий ход, перепуск горючей смеси и выпуск отработанных газов.

Вам также может понравиться ...