Интернет журныл о промышленности в Украине

Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння

Доброго дня! Основними елементами двигуна внутрішнього згоряння (рис. 1) є циліндр 1, в якому переміщається поршень 2, пов'язаний за допомогою шатуна 7 і кривошипа 5 з валом 9. Головка циліндра 6 має впускний 3 і випускний 5 клапани. У неї вмонтовані (в залежності від типу двигуна) електрична свічка 4 або форсунка для впорскування палива. Згоряння палива відбувається в камері, утвореної стінками, головкою циліндра і поршнем. Шатунно-кривошипний механізм служить для перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух вала. Крайні положення поршня називаються верхньої (ВМТ) і нижньої (НМТ) мертвими точками.

У більшості випадків двигун має декілька циліндрів. Вони можуть розташовуватися вертикально, горизонтально і похило. Циліндри кріпляться до основи 10 двигуна, званому картером. Картер є одночасно резервуаром для мастила, що стікає з деталей. Дли захисту стінок від перегріву циліндри і кришки двигунів мають водоохолоджувані сорочки. У деяких двигунах застосовується повітряне охолодження; для більш інтенсивного відводу теплоти циліндр забезпечується ребрами. Поряд з перерахованими деталями в двигунах є ряд допоміжних пристроїв, призначених для газорозподілу, подачі і регулювання витрати палива, мастила, охолодження і т. Д.

У чотиритактному двигуні робочий цикл здійснюється за чотири (такту) ходу поршня, в двотактному - за два ходи. Розглянемо принцип роботи карбюраторного чотиритактного двигуна (рис. 1). При ході поршня 2 зверху вниз (перший такт) через відкритий всмоктуючий клапан 3 в циліндр двигуна 1 всмоктується суміш палива з повітрям. При зворотному русі поршня (другий такт) від НМТ до ВМТ клапани закриваються, і відбувається стиснення горючої суміші.

При зворотному русі поршня (другий такт) від НМТ до ВМТ клапани закриваються, і відбувається стиснення горючої суміші

При положенні поршня в ВМТ суміш запалюється іскрою від електричної свічки. В результаті згоряння суміші зростають температура і тиск газів, які переміщують поршень зверху вниз (робочий хід - третій такт). У процесі розширення утворилися газів відбувається перетворення теплоти в роботу. Потім при відкритому випускному клапані 5 та хід поршня від низу до верху (четвертий такт) проводиться виштовхування відпрацьованих газів в атмосферу. У момент приходу поршня в ВМТ випускний клапан закривається. При подальшому ході поршня знову всмоктується свіжа суміш, і цикл повторюється. Випуск відпрацьованих газів і впуск горючої суміші періодично здійснює газорозподільний механізм.

Таким чином, весь робочий цикл в даному двигуні відбувається за чотири ходи поршня (два оберти вала), тому двигун називається чотиритактним. З чотирьох ходів тільки один є робочим, тому для досягнення більш рівномірної роботи двигуна застосовується маховик.

Найбільша рівномірність ходу поршня досягається в багатоциліндрових двигунах за рахунок того, що в різних циліндрах одночасно відбуваються різні такти, наприклад в одному - всмоктування, в іншому - розширення і т. Д. У чотиритактному двигуні з самозаймання (дизелі) всмоктується і стискається чисте повітря. Завдяки високому ступеню стиснення температура повітря досягає 600-800 ° С, т. Е. Перевищує температуру займання палива. В кінці другого такту в циліндр через форсунку подається паливо, і відбувається його самозаймання. Так як в двигунах цього типу застосовуються важкі палива, то процес їх згорання протікає повільно і здійснюється вже в третьому такті під час робочого ходу поршня. У четвертому такті, як н в карбюраторному двигуні, відпрацьовані гази викидаються в атмосферу.

У двигуні з зовнішнім сумішоутворенням горюча суміш готується поза циліндра двигуна в спеціальному пристрої, званому карбюратором. В основу його роботи покладено принцип ежекції, т. Е. Змішування палива з потоком повітря при його проходженні через дифузор. У двигунах з внутрішнім сумішоутворенням приготування суміші здійснюється всередині циліндра при подачі палива через форсунку паливним насосом або компресором. При компресорному розпилюванні палива повітря попередньо стискається в спеціальному компресорі до тиску 6-9 МПа і нагнітається в балони. До форсунки підводяться паливо і стиснене повітря, а на виході з неї утворюється струмінь розпорошеного палива (пневмораспиліваніе).

При застосуванні паливного насоса (Безкомпресорні розпилювання) паливо впорскується в циліндр через форсунку під тиском 30-150 МПа. При цьому розпилювання здійснюється механічним шляхом. Такти впуску і випуску є допоміжними і призначаються для періодичної зміни робочого тіла в циліндрі. Двигун в цей час виконує роль насоса.

Прагнення скоротити час, протягом якого відбувається цикл, призвело до розробки двухтактного процесу. Двигун, у якого робочий цикл здійснюється за два ходи поршня, називається двотактним.
Відмітна особливість двотактного двигуна полягає в тому, що у нього є в нижній частині циліндра продувальні 3 і випускні 4 вікна, що перекриваються поршнем 2 при його русі в циліндрі 1 (рис.2). Інші елементи такі ж, як в чотиритактному двигуні: на голівці циліндра 5 в залежності від виду палива, що спалюється і конструкції двигуна розташовується свічка запалювання або форсунка 6. Шатун 7 і кривошип 8 служать для перетворення зворотно-поступального руху поршня 2 в обертальний рух вала 9.

Розглянемо принцип роботи двотактного двигуна. На рис. 2 положення I відповідає процесу розширення газів, що утворилися при згорянні свіжої суміші (робочий хід).

2 положення I відповідає процесу розширення газів, що утворилися при згорянні свіжої суміші (робочий хід)

При підході до НМТ поршень відкриває спочатку випускні 4, а потім продувальні 3 вікна. При відкритті випускних вікон продукти згоряння починають виходити з циліндра (положення II), внаслідок чого тиск в ньому падає. Коли відкриваються продувні вікна, в циліндр під тиском надходить свіжий продувочний повітря, який виштовхує через випускні вікна залишилися гази і заповнює робочу порожнину циліндра. Таким чином, протягом першого такту відбувається згорання палива, розширення газів, випуск і продування відпрацьованих продуктів згоряння.

Продування і заповнення циліндра свіжим повітрям або свіжої сумішшю тривають і при зворотному ході поршня (положення III) до моменту перекриття продувних і випускних вікон. З моменту, коли поршень закриває випускні вікна, починається процес стиснення свіжого повітря або суміші (положення IV). Цей процес закінчується в ВМТ. Потім знову починається згоряння палива, процес розширення газів, і цикл повторюється.

Таким чином, весь робочий цикл в двотактному двигуні здійснюється за два ходи поршня або один оборот валу. Це призводить до збільшення потужності двотактного двигуна на 60- 70% в порівнянні з чотиритактним при однакових інших характеристиках.

Крім розглянутої найбільш поширеною поперечної продувки циліндра, застосовуються також прямоточна продування, яка забезпечує краще очищення циліндра і дозволяє здійснити наддув з метою збільшення потужності двигуна, і прямоточно-щілинна продування. Гарне очищення циліндра досягається тоді, коли обсяг продувочного повітря на 30-40% більше робочого об'єму циліндра двигуна.

Двотактний цикл може застосовуватися як в двигунах з самозаймання, так і в карбюраторних. Однак у зв'язку з тим, що в карбюраторному двигуні циліндр необхідно продувати свіжою сумішшю, цей принцип роботи не отримав широкого поширення стосовно до зазначених двигунів. Найбільш повно переваги двотактного циклу проявляються в тихохідних двигунах, тому вони широко застосовуються в суднових установках.

Двигуни, у яких з обох боків поршня газ здійснює роботу, називаються двигунами подвійної дії. Вони можуть бути як четирехтактнимі, так і двотактними. Потужність двигуна подвійної дії вище потужності двигуна простого дії при інших рівних умовах на 80-85%. Ісп. література: 1) Основи теплоенергетики, А.М. Литвин, Госенергоіздат, 1958. 2) Теплотехніка, Бондарєв В.А., Процька А.Е., Гринкевич Р.Н. Мінськ, вид. 2-е, "Вишейшая школа", 1976.