Материал: Силовые установки колёсных транспортных средств

механическую работу; завершающим тактом является выпуск отработавших газов. Затем такты повторяются в такой же последовательности.

Рассмотрим теоретический рабочий процесс двигателя, условно принимая, что все такты начинаются и заканчиваются в мертвых точках.

Первый такт - впуск (рисунок 1.2, а). Перед началом такта поршень находится в ВМТ. Выпускной клапан 6 при этом закрыт, а впускной 4 открывается. Поршень 1, перемещаясь из ВМТ в НМТ, освобождает объем над поршнем, создавая разрежение. Вращение коленчатого вала передается через детали газораспределительного механизма на впускной 4 клапан, и он открывается. Под действием разрежения в цилиндр 2 из карбюратора через впускную трубу 3 поступает горючая смесь. B цилиндре она смешивается с остаточными отработавшими газами и преобразуется в рабочую смесь. В конце такта впуска давление внутри цилиндра составляет 80...90 кПа. Температура рабочей смеси в конце такта впуска достигает 80...120°С при условии, что двигатель прогрет до оптимальной температуры. B противном случае температура будет ниже нормы.

а – впуск; б – сжатие; в – рабочий ход; г – выпуск.

Рисунок 1.2 – Рабочий цикл четырехтактного бензинового двигателя

Второй такт - сжатие (рисунок 1.2, б). При такте сжатия оба клапана закрыты. Поршень перемещается из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь в 6-11 раз. За счет сжатия температура рабочей смеси поднимается до 300... 450°С, а давление достигает 1,0... 1,2 МПа.

Третий такт - рабочий ход (рисунок 1.2, в). В конце такта сжатия при подходе поршня к ВМТ через свечу зажигания 5 в цилиндр подается электрическая искра, от которой воспламеняется рабочая смесь в цилиндре. При сгорании рабочей смеси температура в камере сгорания поднимается до

11

2000... 2500°С, что приводит к резкому возрастанию давления внутри цилиндра, достигающему 3... 5 МПа. Давление передается на днище поршня 1, далее через поршневой палец и шатун 8 на коленчатый вал 9, заставляя его вращаться. Поршень при этом перемещается от ВМТ к НМТ. Оба клапана при рабочем ходе закрыты. Это основной такт, при нем происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу. После быстрого нарастания давления в начале рабочего хода и передачи этого давления на коленчатый вал начинается уменьшение давления в результате увеличения объема над поршнем. Происходит снижение температуры до 1200... 1400°С и давления до 400... 500 кПа. В конце рабочего хода открывается выпускной клапан, и отработавшие газы через выпускную трубу 7 и глушитель начинают выходить в атмосферу.

Четвертый такт - выпуск отработавших газов (рис. 1.2, г). При такте выпуска открывается выпускной клапан 6, и отработавшие газы через выпускную трубу 7 выходят в атмосферу. Поршень при этом перемещается из НМТ в ВМТ. Однако полностью очистить цилиндр от отработавших газов не удается. Часть отработавших газов остается в цилиндре и смешивается со следующим зарядом горючей смеси. Когда поршень приходит в ВМТ, закрывается выпускной клапан, и рабочий процесс повторяется. В конце такта выпуска давление в цилиндре снижается до 110... 120 кПа, а температура до 700...850°С.

1.4.2 Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Рабочий цикл четырехтактного дизеля, как и карбюраторного, состоит из четырех повторяющихся тактов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Однако этот процесс имеет существенные отличия, заключающиеся в характере протекания, заполнении цилиндра свежим зарядом, способе смесеобразования и воспламенения горючей смеси, так как у дизелей топливо подается в цилиндр не в виде готовой горючей смеси, а в мелкораспыленном состоянии.

Первый такт - впуск (рисунок 1.3, а). Перед началом впуска поршень 7 находится в ВМТ и начинает движение к НМТ. Выпускной клапан 5 при этом закрыт. При увеличении рабочего объема в цилиндре 6 создается разрежение, и в него начинает поступать воздух, предварительно прошедший через воздушный фильтр 3. В цилиндре воздух смешивается с небольшим количеством отработавших газов, которые не вышли из цилиндра при такте выпуска. 3аканчивается такт впуска в момент прихода поршня в НМТ. В это время закрывается впускной клапан 4. Когда заканчивается впуск в цилиндр чистого воздуха, температура в нем составляет 50...80°С (у прогретого двигателя), давление - 90... 95 кПа.

Второй такт - сжатие (рисунок 1.3, б). После окончания такта впуска и закрытия впускного клапана поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ, сжимая чистый воздух. К концу такта в результате сжатия температура воздуха составляет 600... 700°С, а давление - 4... 5 МПа. Такое повышение температуры и давления обусловлено высокой степенью сжатия у дизелей (16 ...24). Высокая

12

температура и давление необходимы для воспламенения топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя в конце такта сжатия насосом высокого давления 1 через форсунку 2. Для надежной работы двигателя температура сжатого воздуха в цилиндре должна быть значительно выше температуры самовоспламенения топлива.

а – впуск; б – сжатие; в – рабочий ход; г – выпуск.

Рисунок 1.3 – Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Третий такт - рабочий ход (рисунок 1.3, в). В конце такта сжатия, когда поршень не доходит до ВМТ на 15° ± 30', считая по обороту коленчатого вала, насос высокого давления впрыскивает через форсунку дизельное топливо под давлением 15...20 МПа. Давление впрыска топлива должно значительно превышать давление воздуха, сжатого в камере сгорания, чтобы обеспечить тонкое распыление топлива и распределение его по объему камеры сгорания. От величины давления впрыска и формы камеры сгорания зависит качество приготовления горючей смеси. Струя топлива при выходе из распыляющих отверстий сопла дробится на мелкие частицы. Распылению и быстрому испарению топлива способствует специальная форма камеры сгорания, благодаря которой струя топлива и воздух в камере приходят в вихревое движение. Под действием высокой температуры (600... 700°С) происходит самовоспламенение рабочей смеси. Часть рабочей смеси сгорает при движении поршня к ВМТ, т. е. в конце такта сжатия, а другая часть - при движении поршня к НМТ. Образующиеся при сгорании газы создают давление на днище

13

поршня 6...8 МПа при температуре 1800... 2000°С. Поршень под давлением газов перемещается от ВМТ и совершает механическую работу. К концу рабочего хода температура в цилиндре снижается до 1100... 1300°С, давление -

до 300...400 кПа.

Четвертый такт - выпуск (рисунок 1.3, г). Рабочий ход заканчивается, когда поршень доходит до НМТ и открывается выпускной клапан. Отработавшие газы под действием внутреннего давления через выпускной клапан, выпускную трубу и глушитель выходят в атмосферу. Поршень начинает движение от НМТ к ВМТ, вытесняя остаточные отработавшие газы. Впускной клапан при этом закрыт. В конце такта выпуска температура отработавших газов снижается до ~ 700...800°С, а давление - до 110... 120 кПа. При дальнейшем вращении коленчатого вала вышеперечисленные такты повторяются в той же последовательности.

1.4.3 Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

В двухтактном карбюраторном двигателе рабочий цикл происходит за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала.

Конструкция его существенно отличается от конструкции четырехтактного двигателя. Основное отличие заключается в отсутствии клапанов. Функции клапанов выполняют три окна: выпускное, впускное и продувочное. Функцию газораспределительного механизма выполняет поршень. В двухтактных карбюраторных двигателях цилиндр соединяется с герметически закрытым картером, играющим основную роль в накапливании и приготовлении горючей смеси. Такие двигатели называются двигателями с прямоточно-картерной продувкой. Для подготовки двигателя к работе ну заполнить карбюратор горючей смесью и перепустить ее в цилиндр. Рассмотрим рабочий цикл двигателя.

Первый такт. Поршень 3 (рисунок 1.4, а) из НМТ перемещается в ВМТ. При этом в картере увеличивается свободный объем и нарастает разрежение, а в цилиндре 4 в результате уменьшения объема при подъеме поршня 3 происходит сжатие рабочей смеси, повышается давление и увеличивается температура. При подъеме нижняя кромка поршня открывает впускное окно 7, через которое под действием имеющегося в картере разрежения из карбюратора 8 поступает горючая смесь. В то же время поршень, поднимаясь, продолжает сжимать рабочую смесь в камере сгорания. Когда он доходит до ВМТ, через свечу зажигания 5 в камеру сгорания цилиндра подается электрическая искра, воспламеняющая рабочую смесь. Смесь сгорает при температуре 2000... 2200°С и давлении 3...4 МПа.

Второй такт. Образовавшиеся горячие газы расширяются и давят на днище поршня, вследствие чего он опускается и приводит в движение шатун, а через него - коленчатый вал (рисунок 1.4, б). Опускаясь, поршень в первую очередь закрывает своей нижней кромкой впускное окно 7 и начинает сжимать горючую смесь в кривошипной камере 9, рабочий ход при этом продолжается. Когда же верхняя кромка головки поршня откроет выпускное окно 6, то через

14

него отработавшие газы начнут выходить через выпускную трубу и глушитель в атмосферу. Поршень продолжает опускаться, сжимая горючую смесь в кривошипной камере. В какой-то момент верхняя кромка головки поршня открывает продувочное окно 2, и сжатая горючая смесь из кривошипной камеры по каналу 1 переходит в цилиндр, заполняя цилиндр и вытесняя из него остаточные отработавшие газы (рисунок 1.4, в). Незначительная часть горючей смеси вместе с остаточными отработавшими газами вытесняется в атмосферу, не принимая участия в рабочем процессе.

а– первый такт; 1 – канал из кривошипной камеры; 2 – продувочное окно; 3

–поршень; 4 – цилиндр; 5 – свеча; 6 – выпускное окно; 7 – впускное окно; 8 – карбюратор; 9 – кривошипная камера; б, в – второй такт.

Рисунок 1.4 – Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя

У двухтактных карбюраторных двигателей картер сухой, масла в нем нет. Для смазывания деталей двигателя необходимое количество масла заливается непосредственно в бензин. Таким образом, горючая смесь у двухтактных двигателей состоит из воздуха, паров бензина и мельчайших капелек масла.

1.5 Преимущества и недостатки различных типов двигателей

Преимущества двухтактных двигателей по сравнению с четырехтактными:

более равномерная работа, так как рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за один оборот коленчатого вала. Мощность двухтактных двигателей на 60 ...70 % больше, чем у четырехтактных, что позволяет установить более легкий маховик;

двухтактные двигатели более просты в устройстве, поскольку не имеют

15