1.25. Принцип роботи поршневого бензинового двигуна

Я к вже зазначалось, корінні шийки колінчастого валу встановлені у картері двигуна з можливістю обертання. При обертанні колін-частого вала шатунна шийка, яка виконана із зміщенням убік на величину R, описує навколо корінних шийок коло радіусом R. – див. рис. справа.

Разом з шатунною шийкою описує коло і нижня головка шатуна. Верхня головка шатуна і поршень здійснюють у цей час зворотно-поступальний рух зверху-вниз і знизу вверх – див. серію рисунків внизу, на якій добре помітно опускання поршня при першому півоберті колінчастого валу і підйом – при другому півоберті.

Рух поршня у циліндрі відбувається між двома його крайніми положеннями, у кожному з яких він на мить зупиняється і змінює напрям руху на протилежний.

П оложення поршня 3 (рис. а), при якому він знаходиться найближче від осі колінчастого валу 4, називають нижньою мертвою точкою (НМТ).

Положення поршня 3, при якому він знаходиться найбільш далеко від осі колінчастого валу 4, нази-вають верхньою мертвою точкою (ВМТ) – рис. б.

У цей час між головкою циліндрів 1 і поршнем 3 залишається деякий вільний простір, який називають камерою згоряння.

Шлях, який проходить поршень під час руху від однієї мертвої точки до іншої, називають ходом поршня S – порівняйте рис. а і б.

За один хід поршня колінчастий вал повертається на половину оберта. Хід поршня дорівнює двом радіусам кривошипа R:

.

Сукупність послідовних процесів, що періодично повторюються в кожному циліндрі двигуна і забезпечують його безперервну роботу, називають робочим циклом двигуна.

Частину робочого циклу, яка відбувається під час одного ходу поршня (вниз або вверх), називають тактом.

Примітка. Не слід змішувати поняття хід поршня і такт. Хід поршня – це довжина його шляху від ВМТ до НМТ або навпаки, а такт – це сукупність процесів, які відбуваються під час одного ходу.

Робочий цикл найбільш розповсюдженого бензинового поршневого двигуна відбувається за чотири послідовні ходи поршня, внаслідок чого такий двигун називають чотиритактним. Спрощено розглянемо процес його роботи починаючи з першого такту – впуску.

Під час такту впуску поршень рухається від верхньої мертвої точки вниз, утворюючи над собою розрідження. Випускний клапан (правий на рис.) у цей час закритий, а впускний клапан (лівий на рис.) утримується у відкритому стані. Через нього у циліндр з карбюратора засмоктується паливно-повітряна суміш – так називають суміш крапельок і парів палива з повітрям. Такт впуску закінчується у момент приходу поршня у нижню мертву точку, при цьому впускний клапан закривається, внаслідок чого внутрішній об’єм циліндра виявляється повністю ізольованим від довкілля.

Після нижньої мертвої точки поршень починає рухатись уверх, стискаючи паливно-повітряну суміш – відбувається такт стискання.

Цей такт закінчується у моиент приходу поршня у верхню мертву точку, при цьому у надпоршневій порожнині знаходиться стиснута паливно-повітряна суміш.

Наприкінці такту стискання, у момент, коли поршень майже дійшов до ВМТ, відбувається запалювання паливно-повітряної суміші від електричної іскри. Суміш, стиснута у камері згоряння, практично вибухає зі швидкістю поширення фронту полум’я до 40 м/с. Тиск у камері згоряння зростає у кілька разів. Він може досягати 5 МПа (50 бар), що означає дію сили приблизно 50 кгс на кожен квадратний сантиметр площі днища поршня. Гази з великою силою (у кілька тонн) тиснуть на поршень, який за час згоряння суміші встигає пройти верхню мертву точку.

Так починається такт розширення, або, як його ще називають, робочий хід. Поршень через поршневий палець передає силу на шатун, який, у свою чергу, передає її на шатунну шийку колінчастого вала. Колінчастий вал отримує сильний поштовх, який дозволяє йому (колінчастому валу) після отримання поштовху зробити по інерції ще кілька обертів. Таким чином теплова енергія газів, що розширюються у циліндрі, виконує корисну роботу по розкручуванню колінчастого вала з маховиком. Кінетична енергія обертального руху, яка при цьому накопичується у маховику і колінчастому валу, витрачається на привід ведучих коліс автомобіля, а також на обертання колінчастого вала двигуна у наступних тактах.

Отже, тільки під час цього одного такту, який називають робочим ходом, двигун виконує корисну роботу. Інші три такти – допоміжні.

Такт розширення закінчується у НМТ.

При наближенні до неї відкривається випускний клапан (правий на рисунку) і стиснуті відпрацьовані гази з великою швидкістю вилітають у випускну трубу. Так починається такт випуску відпрацьованих газів.

Поршень, пройшовши НМТ, за рахунок інерції колінчастого вала і маховика рухається уверх, витісняючи з циліндра залишки відпрацьованих газів.

Закінчується так випуску у під час приходу поршня у ВМТ, при досягненні якої закривається випускний клапан і відкривається впускний.

Після цього відбувається повторення робочого циклу – такт впуску, стискання тощо. Таким чином здійснюється робочий процес чотиритактних бензинових поршневих двигунів внутрішнього згоряння. Ці двигуни також називають іскровими, бо запалювання паливно-повітряної суміші відбувається примусово, за допомогою електричної іскри, яка утворюється між електродами свічки запалювання.

Дещо інакше працюють чотиритактні дизельні двигуни.