2.2.4. Механізми і системи двигуна внутрішнього згоряння.
Всі сучасні двигуни складено з наступних систем:
Кривошипно-шатунний механізм (КШМ) – перетворює прямолінійний рух поршня в обертальний рух колінчастого валу (рис. 10).
Рис. 10. КШМ та ГРМ сучасної V8.
Газорозподільний механізм (ГРМ) – керує роботою клапанів, що дозволяє в певний час впускати в циліндри повітря або робочу суміш та видаляти з них відпрацьовані гази.
Система живлення – забезпечує подачу повітря й певних порцій палива в циліндри двигуна, або приготування паливо-повітряної суміші.
Система змащення – призначена для безперервної подачі мастила до тертьових деталей (рис. 11).
Рис. 11. Загальна будова системи змащення рядного чотиритактного двигуна.
Система охолодження – захищає стінки камери згоряння й деталі двигуна від перегріву й підтримує у них оптимальний тепловий режим (рис. 12).
Система пуску – необхідна для провертання колінчастого валу двигуна з визначеною швидкістю для забезпечення пуску.
Рис. 12. Загальна будова системи охолодження ВАЗ 2110.
2 .2.5. Робочий процес чотирьохтактного двигуна внутрішнього згоряння.
Рис. 13. Ідеальні цикли Отто, Дизеля і Трінклера
На рис. 13 представлені цикли Отто, Дизеля і Трінклера, розглянуті в лекційному матеріалі при аналізі ідеальних циклів ДВЗ.
Замкнуті теоретичні (ідеальні) цикли ДВЗ дають наочне представлення про протікання процесів у реальних двигунах, якісних залежностях основних показників цих двигунів від різних параметрів циклів. У той же час кількісні значення параметрів реальних циклів дуже далекі від них у силу цілого ряду причин. Серед них, у першу чергу, необхідно відзначити наступні.
1. Теплоємність робочого тіла не постійна, як це приймається при розгляді ідеальних циклів, а істотно змінюється зі зміною складу і температури робочого тіла.
2. Процес згоряння палива в ДВЗ відбувається по досить складних законах і супроводжується інтенсивним теплообміном.
3. Безупинний інтенсивний теплообмін через стінки, голівку циліндрів, поршні й інші елементи конструкції.
4. Процеси газообміну, тобто впуску і випуску робочого тіла.
5. Витоку робочого тіла.
6. Підігрів повітря, що надходить у двигун.
Деякі з перерахованих факторів вдається врахувати при розгляді дійсних циклів, що іноді називають «розімкнутими». Ці цикли, у порівнянні з ідеальними, значно більшою мірою відображають параметри реальних двигунів, оскільки вони враховують наступні фактори:
1. Процеси впуску і випуску (зміни температури і тиску робочого тіла, а також гідравлічні втрати при цьому не враховуються).
2. Зміна складу робочого тіла протягом протікання циклу, а також його теплоємності зі змінами температури.
3. Залежність показників адіабат стиску і розширення від середньої теплоємності.
4. Процес згоряння палива, а також зміна молекулярного складу робочого тіла.
5. Утрати теплоти від хімічної неповноти згоряння палива, а також на підігрів залишкових газів і надлишкового повітря.
В даний час розроблені методики розрахунку подібних циклів, однак, досить надійні і достовірні результати теплового розрахунку дають тільки напівемпіричні методики теплового розрахунку, що враховують результати експериментальних досліджень, накопичений досвід конструювання, виготовлення й експлуатації двигунів. У них розрахунок параметрів і характеристик ДВЗ здійснюється на основі детального аналізу процесів газообміну, стиску, сумішоутворення і згоряння, розширення.
Рис. 14. Дійсні цикли чотиритактних і двотактних ДВЗ
Робочий цикл карбюраторного чотиритактного двигуна
Такт впуску. Поршень рухається від верхньої мертвої точки (ВМТ) до нижньої мертвої точки (НМТ), створюючи розрідження в порожнині циліндра, над собою. Впускний клапан відкритий, і циліндр заповнюється пальною сумішшю. Пальна суміш, перемішуючись з залишковими газами в циліндрі, утворить робочу суміш. Через гідравлічний опір впускного тракту і нагрівання суміші, тиск наприкінці такту впуску складає приблизно 0,07-0,09 МПА, а температура 100-130°С.
Такт стиску. Поршень рухається від НМТ до ВМТ. Впускний і випускний клапани закриті. Робоча суміш у циліндрі стискується до 0,7-1,5 МПа. Температура стиснутої суміші досягає 300-450ОС. Наприкінці такту стиснута суміш запалюється електричною іскрою. У процесі згоряння палива тиск у циліндрі підвищується до 3,0-4,5 МПа, а температура газів до 1900-2400°С.
Такт розширення. Іноді його називають робочим ходом. Починається рухом поршня від ВМТ до НМТ під дією тиску утворених продуктів згоряння. Обидва клапани закриті. Шарнірно зв'язаний з поршнем шатун приводить в обертання колінчастий вал, роблячи корисну роботу. До кінця такту розширення тиск газів зменшується до 0,3-0,5 МПа, а температура до 1000 - 1200°С.
Такт випуску. Поршень рухається від НМТ до ВМТ. Через відкритий випускний клапан відпрацьовані гази виходять з циліндра в атмосферу через випускну трубу. До кінця такту випуску тиск у циліндрі складає близько 0,11-0,12 МПа, а температура 500-800°С.
Після проходження поршнем ВМТ закривається випускний клапан і робочий цикл завершується. Наступний рух поршня до НМТ – такт впуску – є початком наступного циклу.