5. Устройство поршневого двс

Основными рабочими элементами поршневого ДВС являются: цилиндр, внутри которого находится подвижный поршень, коленчатый вал и шатун, связывающий поршень с коленчатым валом. Основание, к которому крепятся все части двигателя и которое объединяет их в один целостный механизм, называется картером. Возвратно-поступательное движение поршня посредством шатуна передается коленчатому валу, который приходит во вращательное движение. Вращение от коленчатого вала сообщается воздушному винту.

В ДВС выделение тепла, сообщение его рабочему телу и преобразование тепловой энергии в механическую осуществляется внутри цилиндров двигателя. При этом топливо, смешанное с определенным количеством воздуха, вводится в цилиндр. В цилиндре эта смесь сжимается поршнем, в определенный момент воспламеняется и сгорает. После сгорания смеси образовавшиеся газы с высокой температурой и давлением давят на поршень и приводят его в поступательное движение.

Для заполнения цилиндра смесью топлива с воздухом и для очистки его от продуктов сгорания после использования их энергии в цилиндре имеются специальные окна, закрываемые впускными и выпускными клапанами. Клапаны открываются при помощи специального механизма, который приводится в действие коленчатым валом. Этот механизм состоит из кулачкового (распределительного) валика, связанного с коленчатым валом какой-либо передачей, и клапанных рычагов, действующих непосредственно на клапаны. Закрытие клапанов происходит под действием пружин, расположенных на головке цилиндра.

Смесь топлива с воздухом приготавливается в карбюраторе и по трубопроводу подводится к впускным клапанам цилиндров. К карбюратору топливо подается из бака топливным насосом. Воспламенение ТВС в цилиндре осуществляется электрической искрой, образующейся между электродами запальной свечи. Электрический ток, питающий свечу, вырабатывается магнето.

Продукты сгорания, имеющие высокую температуру (до 2500⁰), отдают часть своего тепла деталям двигателя и в первую очередь стенкам цилиндра. Поэтому нормальная работа двигателя возможна лишь при интенсивном охлаждении его цилиндров. При жидкостном охлаждении стенки цилиндра охлаждаются циркулирующей вокруг них жидкостью. Нагретая жидкость поступает в радиатор, где охлаждается воздухом, затем снова поступает к цилиндрам.

6. Основные элементы конструкции поршневого авиационного двигателя

1. Картер служит основанием, к которому крепятся основные детали и агрегаты двигателя. Картер связывает все детали и агрегаты двигателя в один целостный механизм. Как правило, картеры изготавливаются из алюминиевых сплавов, хотя встречаются также стальные и чугунные картеры. Обычно конструкция картера состоит из двух и более частей, соединенных между собой болтами и шпильками.

2. Цилиндр авиадвигателя является рабочей камерой, в которой происходит сгорание смеси топлива с воздухом и преобразование выделенного тепла в механическую работу; кроме того, цилиндр направляет движение поршня. В процессе работы двигателя цилиндр подвергается действию высокой температуры и давления газов, поэтому должен быть прочным и хорошо охлаждаться. Вместе с тем цилиндр должен иметь небольшой вес. Чтобы удовлетворить этим требованиям, цилиндр изготавливается из двух частей – гильзы и головки. Гильза выполняется из стали (для прочности), внутри она тщательно шлифуется и полируется для уменьшения трения и износа при движении поршня. Внутренняя поверхность гильзы называется зеркалом цилиндра. Головка цилиндра для улучшения теплоотдачи изготовляется из алюминиевых сплавов. В головках цилиндров имеются специальные окна с клапанами, через которые в определенные моменты поступает воздух (или ТВС) и выходят продукты сгорания.

3. Кривошипно-шатунный механизм. Основным звеном, воспринимающим работу газовых сил и передающим ее для использования, является кривошипно-шатунный механизм (рис.2), состоящий из поршня, шатуна и кривошипа коленчатого вала. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Рис. 1. Кривошипно-шатунный механизм

1 – поршень; 2 – шатун; 3 – кривошип коленчатого вала

При вращении коленчатого вала поршень, перемещаясь в цилиндре, достигает двух крайних положений, одно из которых, наиболее удаленное от оси коленчатого вала, называется верхней мертвой точкой (ВМТ), второе, наиболее близкое к оси коленчатого вала, называется нижней мертвой точкой (НМТ).

Положение ВМТ и НМТ определяется размерами шатуна и кривошипа. Основным размером шатуна является длина (L). Длиной шатуна называется расстояние от оси его верхней (поршневой) головки до оси нижней (кривошипной) головки. Размер кривошипа характеризуется его радиусом (R). Радиусом кривошипа называется расстояние от оси коренной шейки до оси шатунной шейки. Расстояние от ВМТ до НМТ называется ходом поршня (S). Ход поршня S = 2R соответствует 180⁰ по углу поворота коленчатого вала. При вращении коленвала поршень, перемещаясь в цилиндре, достигает двух крайних положений, одно из которых, наиболе

4. Поршень воспринимает давление газов и передает их работу на коленчатый вал. Во время работы двигателя поршень перемещается с большой скоростью и подвергается действию высоких температур и давлений. Поэтому он должен быть легким, прочным, хорошо отводить тепло и надежно уплотнять камеру цилиндра от прорыва газов. Поршни куются или штампуются из сплавов алюминия. В поршне различают днище, на которое давят газы, и цилиндрическую часть (боковую поверхность), направляющую движение поршня. Внутри цилиндрической части имеются утолщенные приливы для размещения поршневого пальца. Снаружи на боковой поверхности сделаны кольцевые канавки, в которых помещаются газо-уплотнительные (компрессионные) кольца, изготовленные из спец. чугуна и обладающие пружинящими свойствами. Кольца плотно прилегают к зеркалу цилиндра и предупреждают прорыв газов из цилиндра в картер. Кроме них, на поршне имеются еще маслоуплотнительные кольца, которые предотвращают попадание масла внутрь цилиндра. Сочленение поршня с шатуном осуществляется при помощи поршневого пальца, изготовленного из стали.

5. Шатун соединяет поршень с коленчатым валом и передает работу газовых сил коленчатому валу, приводя его во вращение. Шатун принадлежит к числу наиболее нагруженных деталей двигателя, поэтому изготавливается из спец. сталей. В шатуне различают поршневую (верхнюю) головку, кривошипную (нижнюю) головку и стержень, соединяющий обе головки. Верхняя головка шатуна шарнирно сочленяется с поршневым пальцем. Кривошипная головка надевается на шатунную шейку коленчатого вала и обычно выполняется разъемной. Стержень шатуна, как правило, имеет двутавровое сечение.

6. Коленчатый вал воспринимает работу поршней и передает ее на воздушный винт. Он относится к числу наиболее нагруженных деталей двигателя, поэтому изготавливается из спец. сталей. Коленчатый вал состоит из следующих основных частей: носка, коренных шеек; шатунных шеек; щек, соединяющих коренные и шатунные шейки в одно целое; хвостовика и противовесов. Коренные шейки – это опоры вала; ими он опирается на коренные подшипники, расположенные в перегородках картера. На шатунные шейки монтируются кривошипные головки шатунов. Носок связывает коленчатый вал с винтом или непосредственно, или через спец. шестеренчатую передачу. Хвостовик передает движение агрегатам и механизмам, установленным на двигателе. Шатунная шейка, две щеки и прилегающие к ним коренные шейки составляют кривошип или колено вала. Число и расположение кривошипов зависит от схемы двигателя.

7. Механизм газораспределения предназначен для обеспечения своевременного открытия и закрытия клапанов (впуска воздуха или ТВС внутрь цилиндра и выпуска отработавших газов). В рядных двигателях механизм газораспределения состоит из кулачкового (распределительного) валика, расположенного на головке блока цилиндров и приводимого во вращение от коленчатого вала. У четырехтактных двигателей число оборотов кулачкового валика должно быть вдвое меньше числа оборотов коленчатого вала.

Цилиндры большинства современных двигателей снабжены двумя клапанами впуска и двумя клапанами выпуска. Клапаны удерживаются в закрытом положении клапанными пружинами. Открываются клапаны посредством кулачковых валиков. Валики имеют ряд кулачков, которыми действуют на клапаны либо непосредственно, либо через траверсы и коромысла. Число кулачков зависит от числа и расположения клапанов на цилиндрах.

8. Нагнетатель. Мощность двигателя зависит от количества топлива, сгорающего в его цилиндрах в единицу времени. Чтобы сжечь больше топлива, необходимо подать больше воздуха. Увеличение подачи воздуха в цилиндры достигается при помощи нагнетателя, расположенного на двигателе. Воздух до поступления в цилиндры сжимается в нагнетателе, в результате повышается его плотность. Современные авиационные нагнетатели повышают давление воздуха в 2-3 раза и более по отношению к атмосферному давлению.

9. Редуктор. Современные авиадвигатели для получения высоких мощностей развивают большое число оборотов (2500-3000 об/мин и выше). Воздушный винт наиболее полно использует полученную энергию при сравнительно небольших оборотах (порядка 1600-1800 об/мин). Поэтому передача на винт от коленчатого вала осуществляется через редуктор. Редуктор уменьшает число оборотов винта по отношению к числу оборотов коленчатого вала, что позволяет снизить потери энергии на винте. У рядных двигателей редуктор обычно состоит из малой шестерни, расположенной на коленчатом валу, и большой шестерни, находящейся на вале редуктора. На носок вала редуктора устанавливается воздушный винт.

10. Агрегаты. У карбюраторных двигателей смесь топлива с воздухом приготовляется до поступления ее в цилиндры в специальном агрегате – карбюраторе. Смесь топлива с воздухом в определенных соотношениях называется горючей смесью или топливовоздушной смесью (ТВС). У двигателей с непосредственным впрыском топливо подается непосредственно в цилиндры насосом высокого давления и распыляется форсунками. У таких двигателей ТВС образуется внутри цилиндров. Топливо подается в карбюратор или к насосу высокого давления подкачивающим насосом низкого давления, который расположен на двигателе.

Воспламенение ТВС производится электрической искрой (в карбюраторном двигателе) или происходит при контакте впрыскиваемого топлива с сжатым до высокого давления и имеющим соответственно высокую температуру воздухом в цилиндре двигателя. Необходимая для образования искры электрическая энергия вырабатывается и распределяется по цилиндрам агрегатом, называемым магнето. Магнето устанавливается на двигателе и приводится от коленчатого вала через промежуточную передачу.

Для смазки трущихся деталей масло подается нагнетающим маслонасосом и откачивается из картера в маслобак откачивающим маслонасосом. Оба эти насоса объединяются в один общий агрегат, устанавливаемый в нижней части картера.

Двигатели жидкостного охлаждения снабжены насосом, создающим циркуляцию жидкости в системе охлаждения. Насос устанавливается в нижней части двигателя и приводится от коленчатого вала. Нагретая в рубашках цилиндров жидкость поступает в радиатор для охлаждения, затем возвращается к цилиндрам.