Дидактичний матеріал для проведення занять.
Загальні відомості про двигуни внутрішнього згоряння.
Двигуном називається машина,у якій той або інший вид енергії перетворюється в механічну роботу.
Двигуни, у яких теплова енергія перетворюється в механічну роботу, називаються тепловими.
Теплова енергія виділяється при спалюванні будь-якого палива.
Поршневим двигуном внутрішнього згоряння називається двигун, у якому паливо згоряє безпосередньо усередині циліндра й енергія газів, що утворюються при цьому, сприймається поршнем, що рухається в циліндрі.
Такі двигуни, в основному, й застосовуються на сучасних автомобілях.
Класифікація поршневих ДВЗ.
По способу здійснення робочого процесу:
із зовнішнім сумішоутворенням і запаленням суміші від електричної іскри;
із внутрішнім сумішоутворенням і самозапалюванням суміші внаслідок високої температури стисненого повітря (дизелі).
Двигуни із зовнішнім сумішоутворенням по роду застосовуваного палива діляться на:
карбюраторні, працюючі на легкому рідкому паливі (бензині);
газові, працюючі на газі (генераторному, природному й т.п. ).
Робочий процес і конструкція цих двигунів однакові.
У карбюраторних і газових двигунах горюча суміш палива або газу з повітрям готується поза циліндром за допомогою спеціального приладу - карбюратора, або змішувача. Приготовлена горюча суміш надходить у циліндри й запалюється від стороннього джерела тепла (електричної іскри).
Двигуни із внутрішнім сумішоутворенням і запаленням від стиску - дизелі - працюють на важкому рідкому (дизельному) паливі. У них суміш готується усередині циліндра з повітря й палива, що подаються в циліндр роздільно. Запалювання суміші відбувається в результаті підвищення температури повітря при сильному його стиску в циліндрі.
По числу тактів, за час яких здійснюється повний робочий процес:
двотактні;
чотиритактні.
У двотактних двигунах всі процеси (робочий цикл) відбуваються за два ходи поршня, тобто за один оберт колінчатого вала, а в чотиритактних - робочий цикл відбувається за чотири ходи поршня, тобто за два оберти колінчатого вала.
Поршневі ДВЗ складаються з механізмів та систем, що забезпечують його роботу.
Механізми:
КШМ;
ГРМ;
механізм передач (може бути відсутній).
Системи:
охолодження;
змащення;
живлення паливом, повітрям;
пуску;
запалювання (для карбюраторних двигунів).
Основні визначення двигунів внутрішнього згоряння.
Схема й основні положення кривошипно-шатунного механізму:
1 - циліндр; 2 - поршень; 3 - шатун; 4 - кривошип; 5-маховик; 6 - колінчатий вал
ВМТ (верхня мертва точка) - положення поршня, найбільш віддалене від осі колінчатого вала.
НМТ (нижня мертва точка) - положення поршня, найменш віддалене від осі колінчатого вала.
У положеннях мертвих точок швидкість поршня дорівнює нулю й він змінює напрямок свого руху.
Робочим циклом поршневого двигуна внутрішнього згоряння називається сукупність послідовних періодично повторюваних у кожному циліндрі процесів.
Тактом - називається частина робочого циклу, що відбувається в циліндрі за один хід поршня при його переміщенні від однієї мертвої точки до іншої.
Хід поршня - це відстань від верхньої до нижньої мертвої точки. По величині хід поршня дорівнює двом радіусам кривошипа. Одному ходу поршня відповідає поворот кривошипа колінчатого вала на один півоберт (180°).
Двигуни, у яких хід поршня менше діаметра циліндра, називаються короткохідними. Такі двигуни одержують все більше поширення.
Камерою згоряння (Vc)називається простір у циліндрі над поршнем при положенні його у ВМТ.
Робочий об’єм циліндра(Vh) - об’єм, що звільнюється поршнем при його переміщенні від ВМТ до НМТ.
Повний об’єм циліндра(Va) - сума його робочого об’єму й об’єму камери згоряння.
Va=Vh+Vc
Робочим об’ємом або літражем двигуна називається сума робочих об’ємів всіх циліндрів двигуна, виражений у літрах.
Ступінь стиску двигуна - відношення повного об’єму циліндра до об’єму камери згоряння.
Індикаторна потужність - потужність, що розвивається газами усередині циліндрів двигуна.
Ефективна потужність - потужність, що знімається з колінчастого вала двигуна.
Ефективна потужність завжди менша індикаторної на величину втрат (втрати на тертя, втрати на привід ряду агрегатів, механізмів). Величина цих втрат оцінюється механічним коефіцієнтом корисної дії (ККД), що є відношенням ефективної потужності двигуна до індикаторної. Для сучасних карбюраторних двигунів значення цього коефіцієнта рівне 0,75—0,85.
Принципова схема двигуна. Індикаторна діаграма та діаграма фаз газорозподілу.
Поршневий двигун складається з циліндра і картера, який знизу закрито піддоном. Усередині циліндра переміщується поршень з компресійними (ущільнювальними) кільцями, який має форму стакана з днищем у верхній частині. Поршень через поршневий палець та шатун зв`язаний із колінчастим валом, що обертається в корінних підшипниках, розташованих у картері. Колінчастий вал складається з корінних шийок, щік і шатунної шийки. Циліндр, поршень, шатун і колінчастий вал утворюють кривошипно-шатунний механізм, який перетворює зворотно-поступальний рух поршня на обертальний рух колінчастого вала.
Зверху циліндр накрито головкою з клапанами, відкриття і закриття яких точно узгоджуються з обертанням колінчастого вала, а отже, і з переміщенням поршня.
Схема поршневого ДВЗ
1- Головка циліндра. 2- Поршневі кільця. 3 - Поршневий палець4 – Поршень. 5 – Циліндр. 6 – Картер. 7 – Маховик. 8 - Колінчастий вал. 9 - Піддон картера. 10 - Щока кривошипа. 11 - Шатунна шийка. 12 - Корінний підшипник. 13 - Корінна шийка. 14 – Шатун. 15 - Впускний клапан. 16 - Свічка запалювання. 17 - Випускний клапан
Принцип дії поршневого ДВЗ.
При обертанні кривошипа колінчастого валу поршень разом з шатуном переміщається в циліндрі прямолінійно вгору і вниз. При русі вниз в циліндрі створюється розрідження, за рахунок якого через клапан впускання циліндр заповнюється горючою сумішшю. При переміщенні поршня вгору суміш стискається і запалюється від стороннього джерела тепла. При згорянні робочої суміші виділяється велика кількість тепла, унаслідок чого гази, що утворилися при згорянні, нагріваються і тиск їх сильно зростає. Під дією тиску газів поршень в циліндрі переміщається вниз, виконуючи корисну роботу. При зворотному ходу поршня вгору відпрацьовані гази видаляються з циліндра.
Робочий цикл 4-х тактного двигуна складається з 5 процесів: 1 – Впуск. 2 – Стиск. 3 – Згорання. 4 – Розширення. 5 – Випуск.
Користуючись індикаторними діаграмами можна охарактеризувати послідовність зміни процесів в 4-тактних карбюраторних і дизельних двигунах.
Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна:
1 – впускний клапан; 2 – свічка запалювання; 3 – випускний клапан; 4 – поршень.
Індикаторна діаграма показує характер зміни тиску газів в циліндрі (Р) в залежності від зміни об’єму циліндра (V).
|
А |
С |
Z |
В |
R |
Тиск, кгс/см2 |
0,7—0,8 |
8— 12 |
25 -30 |
3—4 |
1,05 — 1,15 |
Температура, °С |
100—130 |
450—500 |
1800 – 2000 |
1100—800 |
300—400 |
Фазами газорозподілу називаються моменти відкриття і закриття впускних і випускних клапанів, виражені в градусах кута повороту колінчастого валу щодо мертвих точок.
Для кращого наповнення циліндрів горючою сумішшю впускні клапани відкриваються з випередженням, тобто до підходу поршня до ВМТ в такті випуску, а закриваються із запізненням — після проходження поршнем НМТ в такті стиснення. В цілях кращого очищення циліндрів від відпрацьованих газів випускні клапани також відкриваються до підходу поршня до НМТ в такті розширення, а закриваються після проходження поршнем ВМТ в такті впускання.
