1.2. Основные механизмы и системы двигателей внутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания представляет собой совокупность механизмов и систем, выполняющих определенные функции.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала (рис.1). Он состоит из цилиндра (13), поршня (15) с кольцами, поршневого пальца (16), шатуна (17), коленчатого вала (19) и маховика (18). Сверху цилиндр закрыт головкой (12).

Механизм газораспределения предназначен для своевременного наполнения цилиндров двигателя свежей топливной смесью и очистки их от отработавших газов. Он состоит из распределительного вала (2), шестерен (1) для привода распределительного вала, толкателей (3), клапанов (8) и (11), пружин (4).

Система питания воздухом служит для очистки и подачи воздуха в цилиндры двигателя и снижения шума впуска.

Система питания топливом служит для подачи топлива и организации смесеобразования.

Регулятор скорости — это устройство, автоматически поддерживающее заданный скоростной режим (частоту вращения коленчатого вала) двигателя при изменениях нагрузки.

Рис. 1

Устройство карбюраторного двигателя

1-шестерни привода распределительного вала; 2-распределительный вал; 3-толкатель; 4-пружина; 5-выпускная труба; 6-впускная труба; 7-карбюратор; 8-выпускной клапан; 9-провод; 10-свеча; 11-впускной клапан; 12-головка цилиндра; 13-цилиндр; 14-водяная рубашка; 15-поршень; 16-поршневой палец; 17-шатун; 18-маховик; 19-коленчатый вал; 20-поддон картера

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси от электрической искры (у дизеля система зажигания отсутствует).

Система охлаждения обеспечивает требуемый температурный режим работы двигателя. Она может быть жидкостной или воздушной.

Система смазки служит для подачи смазки к трущимся деталям с целью уменьшения трения и улучшения отвода тепла.

Система пуска осуществляет пуск двигателя.

1.3. Основные понятия и определения

Положение поршня в цилиндре (см. рис.2), при котором расстояние от поршня до оси коленчатого вала двигателя будет наибольшим, называется верхней мертвой точкой (в.м.т.). Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от поршня до оси коленчатого вала будет наименьшим, называется нижней мертвой точкой (н.м.т.).

Расстояние по оси цилиндра между верхней и нижней мертвыми точками называется ходом поршня S. При каждом ходе поршня коленчатый вал поворачивается па половину оборота, то есть на 180°. У центрального кривошипно-шатунного механизма ход поршня

S = 2r, (1)

где r— радиус кривошипа коленчатого вала.

Объем V_h (м³), освобождаемый поршнем при перемещении от в.м.т. к н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра:

, (2)

где d — диаметр цилиндра, м;

S — ход поршня, м.

Объем V_c над поршнем, когда поршень находится в в.м.т., называется объемом пространства сжатия (камеры сжатия).

Сумма объема пространства сжатия и рабочего объема цилиндра, т.е. объем V_а над поршнем, когда он находится в н.м.т., называется полным объемом цилиндра:

V_a = V_h + V_c. (3)

Литражом двигателя Vл называется сумма рабочих объемов всех его цилиндров, выраженная в литрах:

, (4)

Рис. 2

Основные размеры кривошипно-шатунного механизма двигателя

где V_h – рабочий объем одного цилиндра, ;

i – число цилиндров двигателя.

Отношение полного объема цилиндра к объему пространства сжатия называется степенью сжатия:

. (5)

Таким образом, степень сжатия — это отвлеченное число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема пространства сжатия.

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в его цилиндре происходит периодически повторяющийся ряд процессов, изменяющих состояние рабочего тела (газа).

Комплекс последовательных процессов (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск), периодически повторяющийся в каждом цилиндре и обусловливающий работу двигателя, называется рабочим циклом двигателя.

Часть рабочего цикла, происходящая за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, называется тактом.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, или за два оборота коленчатого вала, называются четырехтактными, а те, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня, или за один оборот коленчатого вала, — двухтактными.

Работа двигателя за один цикл может быть представлена индикаторной диаграммой, представляющей собой график зависимости давления газа в цилиндре от объема, изменяющегося при перемещении поршня (координаты р—V). Индикаторная диаграмма может быть построена расчетным путем или снята на работающем двигателе специальным прибором — индикатором.

Циклы двигателей внутреннего сгорания различают по способу подвода теплоты:

1. цикл с подводом теплоты при постоянном объеме;

2. цикл с подводом теплоты при постоянном давлении;

3. цикл со смешанным подводом теплоты (часть теплоты подводится при постоянном объеме, а остальное количество — при постоянном давлении).

В двигателях внутреннего сгорания автомобилей используются цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (карбюраторные двигатели) или смешанный цикл (бескомпрессорные дизели).

Рассмотрим, как протекают эти циклы в одноцилиндровом двигателе.