В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает непосредственно внутри цилиндров двигателя, и тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании, преобразуется в механическую работу.
Типы двигателей внутреннего сгорания >>
По рабочему процессу двигатели разделяются на четырехтактные и двухтактные, а по способу приготовления горючей смеси и ее воспламенения на карбюраторные и дизельные.
Основной его частью является цилиндр с укрепленной на нем съемной головкой. Цилиндр и его головка имеют рубашку охлаждения, которая является составной частью системы охлаждения двигателя. В резьбовое отверстие головки цилиндра ввернута свеча зажигания, воспламеняющая смесь при помощи электрической искры. Внутри цилиндра помещен поршень, в верхней части которого установлено несколько поршневых колец для уплотнения. С помощью поршневого пальца поршень шарнирно соединен с кривошипом коленчатого вала, который вращается в подшипниках, установленных в верхней части картера. На заднем конце коленчатого вала укреплен маховик, который служит для повышения равномерности вращения коленчатого вала. В нижнюю часть картера (поддон) заливают масло для смазки трущихся деталей двигателя.
Приготовленная в карбюраторе смесь поступает в цилиндр через впускной клапан. Отработавшие газы удаляются в атмосферу через выпускной клапан. Клапаны открываются при набегании на толкатели кулачков распределительного вала, который приводится во вращение от коленчатого вала распределительными шестернями. При сбегании кулачков клапаны закрываются под действием пружин.
Как видно из вышесказанного, двигатель состоит из кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем охлаждения, смазки, питания и зажигания.
Совокупность процессов, периодически повторяющихся в определенной последовательности в цилиндре двигателя во время его работы, называется рабочим циклом.
Карбюраторные двигатели автомобилей четырехтактные. В четырехтактном двигателе рабочий цикл совершается за четыре такта — впуск, сжатие, рабочий ход (сгорание и расширение) и выпуск.
Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.
Ходом поршня называется путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой.
Мертвыми точками называются крайние верхние и нижние положения поршня. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в. м. т., нижняя мертвая точка — н. м. т.
Рабочий объем цилиндра — объем, освобождаемый поршнем при движении от в. м. т. до н. м. т. Сумма рабочих объемов всех цилиндров называется литражом двигателя.
Объем камеры сгорания (ее иногда называют также камерой сжатия) — объем над поршнем, находящимся в в. м. т.
Полный объем цилиндра — рабочий объем цилиндра плюс объем камеры сгорания.
Степень сжатия — отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия выражается отвлеченным числом, показывающим, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания.
Индикаторная мощность — мощность, развиваемая газами, расширяющимися в цилиндрах двигателя (без учета потерь).
Эффективная мощность — мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя. Такая мощность на 10 — 15% меньше индикаторной за счет потерь на трение в двигателе и приведение в движение всех вспомогательных механизмов.
Литровой мощностью называется наибольшая эффективная мощность, получаемая с одного литра рабочего объема (литража)цилиндров двигателя.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя протекает следующим образом:
1-й такт — впуск. При движении поршня от в. м.т.к.н.м.т. (вниз) в цилиндре за счет увеличения объема создается разрежение 0,8 — О,У кгс/см² , под действием которого из карбюратора через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь — смесь паров бензина с воздухом. В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нем от предшествующего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь
2-й такт — сжатие. Поршень движется от н. м. т. к в. м. т. (вверх), при этом оба клапана закрыты. Так как объем в цилиндре уменьшается, происходит сжатие рабочей смеси в 6,5 — 6,7 раза;
3-й такт — рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой и быстро сгорает. При этом выделяется много тепла и газы, расширяясь, создают сильное давление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршня передается через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, образуя на нем определенный крутящий момент. Во время рабочего хода тепловая энергия преобразуется в механическую работу.
4-й такт — выпуск. После совершения полезной работы поршень движется от н.м.т.к.в.м.т. (вверх) и выталкивает отработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя >>
Для получения равномерного вращения коленчатого вала делают многоцилиндровые двигатели.
На изучаемых отечественных автобусах установлены восьмицилиндровые карбюраторные двигатели внутреннего сгорания. За два оборота коленчатого вала происходит восемь рабочих ходов.
Рабочий процесс дизельных двигателей отличается от рабочего процесса карбюраторных двигателей.
Если в цилиндры карбюраторных двигателей поступает горючая смесь, состоящая из паров топлива с воздухом, то в цилиндры дизельных двигателей поступает только воздух, который при высокой степени сжатия (16,5) приобретает температуру выше температуры самовоспламенения топлива; топливо впрыскивается в цилиндры под высоким давлением и самовоспламеняется без подачи искры.
Чередование тактов дизельных четырехтактных двигателей протекает в такой же последовательности, как и карбюраторных, но показатели давления и температуры другие. В этом можно убедиться при рассмотрении рабочего процесса дизельного четырехтактного двигателя.
Рабочий цикл одноцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя включает следующие такты.
Впуск — поршень перемещается вниз (от головки цилиндров). Впускной клапан открыт. Из выпускного трубопровода поступает чистый воздух. Давление в цилиндре в конце впуска 0,85 — 0,90 кн./см², температура 40 — 60° С.
Сжатие. Поршень перемещается вверх. Оба клапана закрыты. Происходит сжатие воздуха в 16 — 17 раз, давление возрастает до 40 — 42 кгс/см2, температура до 740 — 800°С
Рабочий ход. В конце такта сжатия через форсунку под высоким давлением впрыскивается в мелкораспыленном состоянии тяжелое дизельное топливо. Под действием высокой температуры оно воспламеняется, выделяя большое количество тепла и создавая высокое давление. Температура достигает 1800 — 2000° С, а давление 80 — 90 кгс/см2.
Под действием давления газов поршень перемещается вниз и приводит во вращение коленчатый вал. В конце такта расширения давление газов снижается до 2 — 4 кгс/см2, температура до 800 — 1100° С.
Выпуск. При такте выпуска выпускной клапан открыт, поршень поднимается вверх и выталкивает газы из цилиндра. Давление к концу выпуска падает до 1,05 — 1,15 кгс/см2, а температура до 200 — 300° С
При дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля >>
Для дизельного двигателя используют более тяжелое дешевое топливо. Недостатками дизельного двигателя являются: повышенный шум при работе, необходимая высокая точность приборов питания и увеличенная масса.
Работа многоцилиндровых двигателей и их показатели >>