Основы работы и конструкция двигателя

§ 5. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания


§ 5. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
§ 7. Общее устройство двигателя
§ 8. Основные показатели и особенности дизельного двигателя

§ 5. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — источник механической энергии на тракторе. В основу работы двигателя внутреннего сгорания положено свойство газов расширяться при нагревании. Как известно из физики, давление газа, нагреваемого в плотно закрытом сосуде, с увеличением температуры повышается.

Если в хорошо обработанный цилиндрический сосуд поместить точно изготовленный поршень и подогревать сосуд, то под действием расширяющегося в сосуде газа поршень переместится, совершив механическую работу (5). Тепловая энергия в механическую преобразуется внутри цилиндра двигателя. Температура газа в цилиндре повышается в результате сгорания топлива, вводимого

Иллюстрация к статье `Основы работы и конструкция двигателя - §  5.  Принцип  работы  двигателя  внутреннего  сгорания`

5. Схема преобразования тепловой энергии в механическую:

z — воздух удерживает поршень с грузом, б — при нагревании воздух расширяется и поднимает поршень с грузом; 1 — поршень, 2 — груз

вместе с воздухом в цилиндры двигателя. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью шатуна. Кривошипно-шатунный механизм — один из основных механизмов двигателя. В него входят цилиндр 3 (6), поршень 5, поршневой палец б, шатун 4 и коленчатый вал (кривошип) 1.

Впуск воздуха в цилиндр и выпуск отработавших газов из цилиндра осуществляется в двигателе с помощью газораспределительного механизма. Этот механизм включает клапаны 10, открывающиеся под действием кулачков распределительного вала 75 через передаточные детали 14. Распределительный вал получает вращение от коленчатого вала через передаточные шестерни 16. Клапаны закрывают впускной 13 и выпускной 9 каналы с помощью пружин 12. Клапанный механизм монтируется в головке 7 цилиндра. Топливо подается в цилиндр через форсунку 8.

Шатун шарнирно соединен с шейкой коленчатого вала и поршнем, который перемещается внутри цилиндра вверх или вниз и передает движение на коленчатый вал через шатун, если последний наклонен к оси цилиндра.

Когда ось шатуна параллельна оси цилиндра, поршень занимает одно из крайних положений: верхнее и нижнее. Они называются соответственно верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и НМТ).

В крайних положениях поршень не может передавать движение коленчатому валу. Выводить поршень из мертвых точек во время работы двигателя помогает маховик 2, который жестко соединен с коленчатым валом.

Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой, называется

Иллюстрация к статье `Основы работы и конструкция двигателя - §  5.  Принцип  работы  двигателя  внутреннего  сгорания`

6. Схема простейшего двигателя:

1 — коленчатый вал, 2 — маховик, 3 — цилиндр, 4 — шатун, 5 — поршень, 6 — поршневой палец, 7— головка цилиндра, 8 — форсунка, 9 — канал для выпуска отработавших газов, 10 — клапаны, 11 — коромысла, 12 — пружина клапана, 13 — канал для впуска воздуха, 14 — передаточные детали, 15 — распределительный вал, 16 — передаточные шестерни.

ходом поршня (7). Пространство над поршнем, находящимся в НМТ, называется полным объемом цилиндра. Пространство над поршнем, находящимся в ВМТ, называется камерой сжатия, или камерой сгорания. Разность между полным объемом цилиндра и камерой сжатия

Иллюстрация к статье `Основы работы и конструкция двигателя - §  5.  Принцип  работы  двигателя  внутреннего  сгорания`

7. Положения поршня в мертвых точках: а — верхнее, 6 — нижнее

называется рабочим объемом цилиндра. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия. Степень сжатия (у дизельных двигателей около 16) показывает, во сколько раз сжимается воздух в цилиндре двигателя. Оно оказывает значительное влияние на мощность и экономичность двигателя.

§ 6. Понятие о рабочем процессе двигателя

Во время работы тракторного двигателя в цилиндры его периодически поступает топливо с воздухом. Для работы двигателя необходимо, чтобы топливо сгорело и тепловая энергия преобразовалась в механическую работу. Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, нагревает находящиеся в цилиндре газы, которые, расширяясь, давят на поршень, с усилием перемещают его и связанный с ним через шатун коленчатый вал. Затем цилиндр очищается от отработавших газов и заполняется свежим топливом с воздухом. Законченный цикл этих операций называется рабочим процессом двигателя. Работа двигателя возможна только при строгом согласовании действия механизмов двигателя. Рассмотрим, что происходит в одном цилиндре при работе двигателя за каждый ход поршня. Часть рабочего процесса двигателя, приходящаяся на один ход поршня, называется тактом. Двигатель, в котором рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, называется четырехтактным.

Рабочий цикл четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя происходит в такой последовательности.

1-й такт—впуск (8, о) Поршень перемещается с помощью шатуна коленчатым валом вниз и, действуя подобно насосу, создает разрежение в цилиндре. Через открытый впускной клапан цилиндр заполняется чистым воздухом, который необходим для горения топлива. Этот такт называют также тактом всасывания. В конце такта впускной клапан закрывается.

2-й такт — сжатие (8, б). Поршень, продолжая движение с помощью коленчатого вала, перемещается вверх. Поскольку оба клапана закрыты, поршень сжимает воздух.

Температура воздуха при сжатии повышается. Благодаря высокой степени сжатия в дизельном двигателе давление в цилиндре повысится до 40 кгс/см2, а воздух нагреется до температуры 600°С В конце такта сжатия через форсунку в цилиндр впрыскивается определенная порция дизельного топлива в мелкораспыленном состоянии.

Иллюстрация к статье `Основы работы и конструкция двигателя - §  5.  Принцип  работы  двигателя  внутреннего  сгорания`


8. Схема работы одноцилиндрового двигателя:

а — впуск воздуха, б — сжатие воздуха и начало подачи топлива.

в — рабочий ход, г — выпуск отработавших газов

 3-й такт — рабочий ход, или расширение (8, в). Мелкие частицы топлива, соприкасаясь с нагретым сжатым воздухом, самовоспламеняются. Подача топлива через форсунку и горение его продолжается некоторое время после того, как поршень пройдет ВМТ. Благодаря задержке самовоспламенения топливо в основном сгорает во время этого такта. Оба клапана при рабочем ходе закрыты. Температура газов при сгорании достигает 2000 С, давление повышается до 80 кгс/см2. Под большим давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и передает воспринимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его вращаться и производить механическую работу.

4-й такт — выпуск (8, г). Поршень перемещается вверх, а выпускной клапан открывается. Отработавшие газы сначала под действием избыточного давления, а затем поршня удаляются из цилиндра. После перехода поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и рабочий процесс повторяется. Рабочий процесс четырехтактного двигателя совершается за два оборота коленчатого вала. За это время коленчатый вал получает усилие от поршня только при одном полуобороте, соответствующем рабочему ходу поршня. Три других полуоборота продолжаются по инерции, и коленчатый вал с помощью маховика перемещает поршень при всех вспомогательных тактах — выпуске, впуске и сжатии. Вследствие этого коленчатый вал одноцилиндрового двигателя вращается неравномерно: при рабочем ходе — быстрее, а при вспомогательных тактах — медленнее. Кроме того, одноцилиндровый двигатель обычно имеет небольшую мощность и повышенную вибрацию.

На тракторах семейства «Беларусь» ставят четырехцилиндровые двигатели. Четырехцилиндровый двигатель представляет собой как бы четыре соединенных одноцилиндровых двигателя с общим коленчатым валом. Колена вала расположены в одной плоскости, причем два крайних колена направлены в одну сторону, а два средних — в противоположную. Благодаря такому расположению колен поршни движутся в цилиндрах попарно: когда поршни первого и четвертого цилиндров идут вниз, поршни второго и третьего цилиндров перемещаются вверх, и наоборот.

Такты в четырехцилиндровом двигателе чередуются таким образом, что на каждый полуоборот коленчатого вала в одном из цилиндров приходится рабочий ход. Последовательность чередования одноименных тактов в цилиндрах называют порядком работы двигателя.

Порядок работы четырехцилиндровых отечественных тракторных двигателей 1—3—4—2. Это означает, что после рабочего хода в первом цилиндре следующий рабочий ход будет в третьем, затем в четвертом и, наконец, во втором и т. д.

Порядок работы двигателя четырех цилиндрового четырехтактного.

Иллюстрация к статье `Основы работы и конструкция двигателя - §  5.  Принцип  работы  двигателя  внутреннего  сгорания`


2008-2018©