2.2.2.2.Основные понятия и определения, принятые в двс

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тепловой двигатель, у которого рабочий процесс происходит внутри цилиндра. Энергия образующихся газов при сгорании топлива преобразуется в механическую энергию вращения коленчатого вала при помощи кривошипно–шатунного механизма (КШМ).

Преобразование химической энергии топлива, сжигаемого в цилиндре двигателя, в механическую работу совершается с помощью газообразного тела – продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива.

За один оборот коленчатого вала поршень дважды будет находиться в крайних положениях, где изменяется направление его движения (рис.26). Эти положения поршня принято называть мертвыми точками, так как усилие, приложенное к поршню в этот момент, не может вызвать вращательного движения коленчатого вала. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает максимума, называется верхней мертвой точкой (ВМТ). Нижней мертвой точкой (НМТ) называют такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает минимума. (В мертвых точках поршень на мгновения останавливается, т.е. его скорость равна 0.)

Расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками называют ходом поршня (S). Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°.

Рис.26. Схема двигателя внутреннего сгорания

Перемещение поршня в цилиндре вызывает изменение объема надпоршневого пространства. Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объемом камеры сгорания V_c.

Объем цилиндра, образуемый поршнем при его перемещении между мертвыми точками, называется рабочим объемом цилиндра V_h. :

где D – диаметр цилиндра, мм;

S – ход поршня, мм

Объем надпоршневого пространства при положении поршня в НМТ называют полным объемом цилиндра V_a.

.

 Рабочий объем двигателя представляет собой произведение рабочего объема цилиндра на число цилиндров.

Отношение полного объема цилиндра V_a к объему камеры сгорания V_c называют степенью сжатия:

Для современных дизелей величина степени сжатия составляет 15-20 и более.

Для работы дизеля необходимо обеспечить определенную по­следовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжа­тие его, подачу топлива и горение, расширение продуктов сгорания и удаление отработавших газов. Ряд последовательно протека­ющих в цилиндре процессов, обеспечивающих непрерывную работу двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.

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

2.2.2. 3. Устройство и работа четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

Рис.27. Схема четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания.

1 - крышка цилиндра; 2 - всасывающий клапан; 3 - форсунка;

4 - выпускной клапан; 5 -цилиндр; 6 - поршень; 7 -шатун; 8 - станина;

9 - мотыль; 10 - коленчатый вал; 11 - фундаментная рама.

На (рис. 27) показана схема устройства двигателя внутреннего сгорания. Двигатель состоит из следующих основных частей: крышки цилиндра 1, в которой располагается впускной (всасывающий) клапан 2, форсунка 3 и выпускной (выхлопной) клапан 4; цилиндра 5, поршня 6, шатуна 7, станины 8, коленчатого вала 10 с мотылем 9, фундаментной рамы 11. Фундаментная рама, станина и цилиндры стягиваются между собой болтами и образуют единую прочную конструкцию – остов двигателя. Форсунка 3 служит для впрыскивания и распыливания топлива в цилиндре, всасывающий клапан – для впуска свежего воздуха в цилиндр, а выхлопной – для выпуска отработавших (выхлопных) газов. Шатун 7 соединяет поршень с коленчатым валом и совершает поступательно-вращательное движение. Коленчатый вал 10 вращается в подшипниках, уложенных в фундаментной раме.

Рассмотрим работу четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания (Рис.28):

Цикл работы двигателя обычно изображают графически в осях V-P (объем-давление) Значения величины V, равные объему, заключенному над поршнем, откладывают по оси абсцисс. Давление P в цилиндре откладывают – по оси ординат.  По оси абсцисс откладывается объём, занимаемый газами в цилиндре, а по оси ординат — давление. Каждая точка на индикаторной диаграмме показывает давление в цилиндре двигателя при данном объёме, т. е. при данном положении поршня (точка r соответствует началу впуска; точка а — началу сжатия; точка с — концу сжатия; точка z— началу расширения; точка b — концу расширения). Такой график называют индикаторной диаграммой. (Рис29). ( Его может вычертить при работе двигателя прибором, называемым индикатором.)

Рис 28. Схема работы 4-х/т ДВС:

Выпускной клапан; 2-поршень;3-шатун;4-коленчатый вал; 5-впускной клапан; 6-форсунка.

Первый такт – впуск воздуха. Поршень передвигается вниз под действием вращения коленчатого вала. При движении поршня вниз открыт всасывающий клапан, а выпускной закрыт. Свежий воздух засасывается из атмосферы (или из продувочного ресивера, если двигатель с наддувом) в пространство над поршнем. Наполнение цилиндра продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет нижней мёртвой точки (Н.М.Т.).

Второй такт – сжатие воздуха. Поршень движется вверх. В это время оба клапана– всасывающий и выхлопной – закрыты. При движении поршня вверх объём цилиндра над ним уменьшается, т.е. происходит сжатие воздуха, которое продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет верхней мёртвой точки (в.м.т.). Сжатие сопровождается повышением давления и температуры воздуха в цилиндре.

В конце второго такта при положении поршня 3-5º до в.м.т. происходит впрыск топлива в цилиндр через форсунку Мелко распыленное топливо хорошо смешивается с горячим воздухом и самовоспламеняется, быстро сгорая и образуя большую массу газов с высокой температурой и давлении

Третий такт – расширение газов. Под действием высокого давления газов поршень движется вниз, объём цилиндра увеличивается, давление газов уменьшается, т.е. происходит процесс расширения. Третий такт называется рабочим тактом или рабочим ходом поршня, т.к. только он даёт полезную работу – превращает тепловую энергию газов в механическую работу движения поршня. Прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна и коленчатого вала. В третьем такте не коленчатый вал движет поршень в цилиндре, как это было при тактах всасывания и сжатия, а движущийся поршень заставляет вращаться коленчатый вал.

Четвёртый такт – выпуск отработавшего газа. Как только поршень достигает н.м.т., открывается выпускной (выхлопной) клапан. Поршень, проходя н.м.т., начинает двигаться вверх и выталкивает газы из цилиндра через открытый выхлопной клапан. Таким образом, весь рабочий цикл четырёхтактного двигателя происходит за два оборота коленчатого вала

Рис.29 Теоретическая (пунктир) и действительная (сплошные линии) индикаторные диаграммы 4-х/тактного двигателя:

ra — линия впуска; ac — линия сжатия; cz — линия сгорания; zb — линия расширения; br — линия выпуска;

P давление; V — объём.