Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

О ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

§1. Основные определения

Двигатель - устройство (паровая машина, турбина, двига­тель внутреннего сгорания и т.п.) для непрерывного преобразо­вания энергии рабочего тела (паров жидкости, газа или смеси га­зов) в механическую энергию.

Первичным источником энергии является химическая или ядерная энергия топлива. В паровых машинах, турбинах преобра­зование химической или ядерной энергии в тепловую, которая за­тем сообщается рабочему телу, происходит вне двигателя (в па­рогенераторе, реакторе или камере сгорания). В двигателе внут­реннего сгорания (ДВС) процесс преобразования химической энергии топлива в тепловую осуществляется в рабочей полости двигателя. Если процесс преобразования химической энергии топлива в тепловую происходит вне рабочей полости, то такие двигатели называются двигателями внешнего сгорания.

Рабочим телом в ДВС является смесь газов, состав кото­рой в течение рабочего цикла изменяется. Энергия рабочего те­ла, которая сообщается газу при сгорании топлива, преобразуется в механическую в процессе расширения газа в рабочей полости.

Рабочая полость представляет собой замкнутый объем, ве­личина которого изменяется с помощью рабочего органа - порш­ня, ротора и т.п. В зависимости от типа рабочего органа и харак­тера его движения двигатели внутреннего сгорания подразделя­ются на несколько групп: поршневые с возвратно-поступатель­ным движением поршня; свободно-поршневые с изменяемым хо­дом поршня; роторные, в которых рабочий орган вращается от­носительно неподвижной оси или относительно оси, движущейся по круговой замкнутой орбите; двигатели с качающимися рабо­чими органами, в которых рабочие органы совершают возвратно­вращательное колебательное движение и др.

11

12

Рисунок 1.1 - Принципиальные схемы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания без наддува с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием (а) и с внутренним смесеобразованием и воспламенением топлива от сжатия (б):

1 - цилиндр; 2 - головка цилиндра; 3 - поршень; 4 - шатун; 5 - кривошип;

6. - впускной канал; 7 - впускной клапан; 8 - выпускной канал; 9 - выпускной клапан; 10 - свеча зажигания (форсунка на рис. 1.1, б); 11 - глушитель; 12 - воздухоочиститель; 13 - карбюратор; 14 - канал подвода топлива; р₀, Т₀ - давление и температура атмосферного воздуха; S - ход поршня;

R - радиус кривошипа; ф - угол поворота кривошипа

%D ²

Va - Vc = V_h =^-_r S , (1.1)

где D - диаметр цилиндра.

Перемещение поршня от ВМТ (рис. 1.1, а)

S = L + R - x ,

где х - расстояние между осью кривошипа и осью поршнево­го пальца; L - длина шатуна.

Из теоремы косинусов

L² = R² + x² - 2R x cosф

или

13

cos Ф +

4

-¹ -1 + cos² ф X²

где X = ^R

L

Тогда

¹ +1

X

cos ф

-¹ -1 + cos² ф X²

= R a

(1.2)

у

Перемещение поршня от ВМТ несколько проще определять по приближенной зависимости

1 - cos ф + ^Х/

(1 - cos2ф)] .

(1.3)

Текущее значение объема надпоршневой полости

• = V_c + 0,5 Va .

Рабочий объем цилиндра двигателя измеряют в м³, дм³, см³. Сумма рабочих объемов всех цилиндров называется литражом двигателя.

Геометрическая степень сжатия - отношение максималь­ного надпоршневого объема к минимальному объему:

в

Vh + V_c V

(1.4)

Действительная степень сжатия - отношение надпоршне- вого объема Vv, соответствующего моменту закрытия впускных клапанов, к минимальному объему:

в

(1.5)

В зависимости от особенностей конструкции, особенностей организации рабочих процессов геометрическая степень сжатия изменяется в пределах от 7 до 24. Действительная степень сжатия на 1-2 единицы меньше геометрической степени сжатия.

В двигателях с искровым зажиганием верхний предел сте­пени сжатия (в = 10-11) ограничивается детонационным сгорани­ем топливовоздушной смеси; в двигателях с воспламенением топлива от сжатия нижний предел степени сжатия (в > 13) огра­

14

15