Основні поняття й визначення

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.

Р

ис. 5.1. Схема двигуна внутрішнього згоряння та його основні параметри:

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.

Такт	Поршень	Клапани	Циліндр	Температура в кінці такту, 0С	Тиск в кінці такту, МПа
Впуск	П ↓	Вп. відкр. Вип. закр.	П. заходить	30…50	0,08…0,09
Стиск	П ↑	Вп. закр. Вип. закр.	П. стискається	600…700	3,5…4,0
				1800…2000	6…9
Розширення	П ↓	Вп. закр. Вип. закр.	РС. горить	700…900	0,4…0,5
Випуск	П ↑	Вп. закр. Вип. відкр.	ВГ. виходять	320…650	0,105…0,125

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.