4.2. Будова та основні параметри поршневих двигунів внутрішнього згоряння

Поршневі двигуни внутрішнього згоряння складаються з двох механізмів та чотирьох (п’яти) систем:

• кривошипно-шатунний механізм (КШМ);

• газорозподільний механізм(ГРМ);

• система мащення;

• система охолодження;

• система живлення;

• система пуску;

• система запалювання (для бензинових двигунів).

Вони характеризуються рядом параметрів.

Положення поршня в циліндрі, при якому його відстань від осі колінчастого вала досягає максимуму, називається верхньою мертвою точкою (в.м.т.).

Нижня мертва точка (н.м.т.) – положення поршня в циліндрі, при якому відстань його від осі колінчастого вала двигуна досягає мінімум.

Розмір кривошипа колінчастого вала визначається радіусом r, рівним відстані між осями шатунної та кореневої шийки.

Довжина шатуна L являється відстанню між осями його верхньої та нижньої головок. Відношення r/L в автомобільних двигунах становить 1/3,5 – 1/4,5.

Хід поршня S – відстань по осі циліндра між мертвими точками.

Для автомобільних двигунів S=2r, а відношення S/D становить 0,7-2,2., де D – діаметр поршня. Якщо відношення S/D ≤ 1, то такий двигун називають короткоходовим.

Рис. 4.6. Схема основних розмірів та параметрів двигуна

Об’єм, який звільняється при переміщенні поршня від верхньої мертвої точки до нижньої називається робочим об’ємом циліндра і позначається V_h.

(1)

Сума робочих об’ємів всіх циліндрів двигуна називається робочим об’ємом двигуна.

Об’єм, який утворюється над поршнем при його перебуванні в верхній мертвій точці, називається об’ємом камери згоряння (камери стиснення). Він позначається V_c.

Повний об’єм циліндра (V_a) – це об’єм над поршнем, коли він знаходиться у нижній мертвій точці або сума робочого об’єму циліндра та об’єму камери згоряння.

(2)

Відношення повного об’єму циліндра до об’єму камери згоряння називається ступенем стиснення і позначається ε.

(3)

Ступінь стиснення показує, в скільки разів зменшився об’єм робочої суміші при русі поршня з нижньої мертвої точки до верхньої. Підвищення ступеня стиснення дозволяє збільшити потужність та економічність двигуна. Для карбюраторних двигунів ε = 6,5÷10, а для дизелів ε = 15÷22.

Результуючий момент дотичних сил, які діють на кожну шатунну шийку, називають ефективним обертовим моментом М_е багатоциліндрового двигуна. Цей момент залежить від тиску газів та робочого об’єму двигуна. Для карбюраторних малолітражних двигунів М_е = 70÷120 Н^.м, для карбюраторних двигунів вантажних автомобілів М_е = 200÷450 Н^.м, для дизелів вантажних автомобілів великої вантажопідйомності М_е = 500÷2500 Н^.м.

Потужність двигуна N_e залежить від ефективного обертового моменту М_е та частоти обертання колінчастого вала n_e.

(4)

Максимальна частота обертання колінчастих валів карбюраторних двигунів вітчизняних автомобілів становить 5500 – 6000 об/хв, а дизелів 2500 – 2800 об/хв. У двигунів сучасних гоночних автомобілів частота обертання колінчастого вала досягає 19000 об/хв.

Літрова потужність N_л характеризує використання робочого об’єму двигуна. Чим вище N_л , тим досконаліший двигун.

(5)

Для карбюраторних двигунів N_л = 15÷44 кВт/л, а для дизелів N_л = 11÷22 кВт/л.

Економічність роботи двигуна оцінюється ефективною витратою пального на одиницю потужності упродовж години g_e. Для карбюраторних двигунів g_e = 280÷340 г/(кВт^.год), а для дизелів g_e = 220÷260 г/(кВт^.год).