2. Устройство и принципы работы поршневых двигателей

Поршневые двигатели внутреннего сгорания представляют собой комплекс механизмов и систем, обеспечивающий преобразование в механическую работу части тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива непосредственно в цилиндрах [4, 6].

В зависимости от назначения и класса двигателей их конструкции имеют различную сложность, но все они состоят из следующих основных частей: цилиндра, крышки (головки) цилиндра, поршня, шатуна, коленчатого вала, маховика и картера и вспомогательных систем. Цилиндр, его крышка, картер и различные вспомогательные корпусные и прочие неподвижные элементы конструкции двигателя жестко скрепляются между собой с помощью резьбовых соединений, а некоторые из них, как картер и цилиндры, в автомобильных двигателях отливаются совместно (рис.9.1.).

2.1. Основные определения

ВМТ (верхняя мертвая точка) и НМТ (нижняя мертвая точка) – положения поршня, при которых расстояния его от оси коленчатого вала максимальное и соответственно минимальное;

Объем, описываемый поршнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называется рабочим объемом V_h. Сумма рабочих объемов всех цилиндров называется литражем двигателя (л.)

Объем, образующийся в надпоршневой полости при положении поршня в ВМТ, называется объемом камеры сжатия V_c. Сумма рабочего объема цилиндра и объема его камеры сжатия – полный объем цилиндраV_а : V_а=V _h +V_c .

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия: для бензиновых двигателей 6,5 – 11,5; для дизелей ε =1125. Величина степени сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочего тела в цилиндре при перемещении поршня из нижнего крайнего положения в верхнее.

Рабочий цикл – совокупность процессов, происходящих в цилиндре двигателя в определенной последовательности. Рабочий цикл может осуществляться либо за два оборота коленчатого вала (4-хтактный цикл), либо за один оборот (двухтактный цикл). Рабочий цикл в поршневых двигателях состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска.

Ход поршня – расстояние между двумя крайними положениями поршня. Ход поршня S и диаметр цилиндра D относятся к главным оценочным параметрам двигателя, определяющим его размеры. В поршневых двигателях отношение хода поршня к диаметру цилиндра (S/D) изменяется в пределах от 0,7 до 2,2. Двигатели, у которых S/D <1.0, называют короткоходными.

Такт – процесс, происходящий в цилиндре при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое.

2.2. Принцип работы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Работа поршневых двигателей внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов при расширении их вследствие нагрева внутри цилиндра. Образующиеся при сгорании топлива газы имеют высокие температуру и давление. При расширении эти газы давят на стенки

1Введите цитату из документа или краткое описание интересного события. Надпись можно поместить в любое место документа. Для изменения форматирования надписи, содержащей броские цитаты, используйте вкладку "Работа с надписями".]

2

3

4

5

6

Рис.2.1. Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания:

1 –крышка цилиндра; 2 – клапан; 3 – поршень; 4 – шатун;

5 – картер; 6 - кривошип

цилиндра и донышко поршня. Под действием сил давления газов поршень перемещается к НМТ и через шатун передает эту силу коленчатому валу, и возвратно-поступательное движение поршня превращается во вращательное движение коленчатого вала. Таким образом, в цилиндре двигателя происходят два основных процесса – сгорание смеси и расширение продуктов сгорания, вследствие чего химическая энергия топлива превращается в тепловую и впоследствии частично в механическую работу. Для обеспечения непрерывной работы двигателя его цилиндры должны периодически наполняться свежим зарядом, а продукты сгорания своевременно удаляться из цилиндра; выполняет эти функции газораспределительный механизм.

По месту протекания процесса смесеобразования различают двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. Их можно представить в виде схем, приведенных ниже (рис.9.2 и рис.9.3).

При внешнем смесеобразовании процессы испарения бензина и смешивание паров топлива с воздухом начинаются вне цилиндра, и в цилиндры поступает топливовоздушная смесь, которую называют свежим зарядом. Горючая смесь и продукты сгорания, всегда остающиеся в камере сгорания от предыдущего цикла, смешивающиеся между собой, и образуют рабочую смесь. Наличие в рабочей смеси паров бензина накладывает ограничения на величину степени сжатия, так как величина степени сжатия определяет температуру заряда в конце сжатия, а следовательно, и условия воспламенения рабочей смеси. При внутреннем смесеобразовании сжимается воздух и остаточные газы. Поэтому нет ограничений на величину степени сжатия, а ее величина должна быть такой, чтобы в цилиндре к

Рис.2.2. Схема процесса с внешним смесеобразованием

Рис.2.3.Схема процесса с внутренним смесеобразованием

концу сжатия температура заряда была достаточной для надежного воспламенения. Величина этой температуры достигает 700 – 900 К.