Книга: Пристрій автомобіля. Глава I. Двигун. Бензинові і дизельні двигуни.

1. бензинові двигуни
2. Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна
3. дизельні двигуни
4. Робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна

Наши партнеры ArtmMisto

В якості силової установки на автомобілях використовується двигун внутрішнього згоряння.

По виду застосовуваного палива двигуни поділяються на бензинові, дизельні і газові.

Бензинові - це двигуни, що працюють на рідкому паливі (бензині) з примусовим запалюванням. Перед подачею в циліндри двигуна паливо перемішується з повітрям у відповідній пропорції за допомогою карбюратора.

Дизельні - це двигуни з запалюванням від стиснення, що працюють на рідкому паливі (дизельному паливі). Подача палива здійснюється форсункою, а змішування з повітрям відбувається всередині циліндра.

Газові - це двигуни з примусовим запалюванням, які працюють на метані або пропан-бутанової суміші. Перед подачею в циліндри двигуна газ змішується з повітрям в змішувачі. За принципом роботи такі двигуни практично не відрізняються від бензинових. Тому в обсязі цієї книги не має сенсу докладно зупинятися на розгляді газових установок. Але, якщо ви переобладнали свій автомобіль на газ, то радимо вам уважно вивчити прикладену до газового обладнання інструкцію.

При роботі двигуна внутрішнього згоряння з кожних десяти літрів використаного палива, на жаль, тільки близько двох літрів йде на корисну роботу, а всі інші - на "зігрівання" навколишнього середовища. Коефіцієнт корисної дії (ККД), що нині випускаються двигунів становить всього близько 20%. Але світ поки не придумав більш досконалого теплового двигуна, який міг би довго і надійно працювати при більш високому ККД.

бензинові двигуни

До основних механізмів і систем двигуна внутрішнього згоряння відносяться:

Для початку, візьмемо найпростіший одноциліндровий бензиновий двигун (рис. 6) і розберемося з принципом його роботи. Розглянемо що протікають в ньому процеси і з'ясуємо, нарешті, звідки все-таки береться той самий момент, що крутить, який в кінцевому підсумку приходить на провідні колеса автомобіля.

Основною частиною одноциліндрового двигуна (рис. 6) є циліндр з укріпленою на ньому знімною головкою.

Мал. 6. одноциліндровий бензиновий двигун внутрішнього згоряння: 1 - головка циліндра; 2 - циліндр; 3 - поршень; 4 - поршневі кільця; 5 - поршневий палець; 6 - шатун; 7 - колінчастий вал; 8 - маховик; 9 - кривошип; 10 - розподільний вал; 11 - кулачок розподільного вала; 12 - важіль; 13 - впускний клапан; 14 - свічка запалювання

Якщо продовжити порівняння елементів автомобіля з відомими в побуті предметами, то циліндр разом з головкою буде схожий на звичайний стакан, перевернутий догори дном.

Усередині циліндра поміщений ще один "стакан", теж догори дном, - це поршень. На поршні в спеціальних канавках знаходяться поршневі кільця. Вони ковзають по дзеркалу внутрішньої поверхні циліндра і вони ж не дають можливості газам, що утворюється в процесі роботи двигуна, прорватися вниз. У той же час кільця перешкоджають попаданню вгору масла, яким змащується внутрішня поверхня циліндра.

За допомогою пальця і ​​шатуна поршень з'єднаний з кривошипом колінчастого вала, який обертається в підшипниках, встановлених в картері двигуна. На кінці колінчастого вала кріпиться масивний маховик.

Через впускний клапан в циліндр поступає горюча суміш (суміш повітря з бензином), а через випускний клапан виходять відпрацьовані гази. Клапани відкриваються при набіганні кулачків обертового розподільного вала на важелі. При збігання кулачків з важелів клапани надійно закриваються під впливом потужних пружин. Розподільчий вал з кулачками приводиться в обертання від колінчастого вала двигуна.

В отвір для гвинта в голівці циліндра ввернута свічка запалювання, яка електричної іскрою, проскакує між її електродами, запалює робочу суміш (це горюча суміш, перемішана з залишками вихлопних газів, про що більш докладно буде розказано через пару сторінок).

Після знайомства з основними деталями одноциліндрового двигуна ви вже почали здогадуватися про те, як він працює. Але давайте все-таки розберемося з тим, як відбувається перетворення зворотно-поступального руху поршня в циліндрі в обертальний рух колінчастого вала. Цим в двигуні займається шатунно-поршнева група.

Давайте подивимося з боку на дії велосипедиста.

Натискаючи на педаль однією ногою, ми повертаємо вісь педалей на півоберта, потім допомагає друга нога, натискаючи на другу педаль і ... колесо обертається, велосипед їде.

Необхідно відзначити, що робота двох ніг - це приклад двоциліндрового двигуна. Щоб не відчувати себе обдуреним, можете прив'язати одну ногу до педалі і використовувати для нашого експерименту тільки її.

При подальшому вивченні роботи ноги велосипедиста можна побачити принцип роботи шатунно-поршневої групи двигуна. Роль шатуна виконує гомілка ноги, поршнем з верхньою головкою шатуна є коліно, ну а нижня головка шатуна на кривошипі - це ступня на педалі.

Коліно велосипедиста рухається тільки вгору-вниз (як поршень), а ступня з педаллю вже по колу (як кривошип колінчастого вала). Це і є перетворення зворотно-поступального руху в обертальний.

У двигуні взаємодія деталей шатунно-поршневої групи точно таке ж, як і в розглянутому нами прикладі з ногою велосипедиста.

На малюнку 7 показані деякі параметри циліндра і поршня, якими характеризується двигун (обсяги циліндра і хід поршня).

Мал. 7. Хід поршня і обсяги циліндра двигуна: а) поршень в нижній мертвій точці; б) поршень у верхній мертвій точці

Крайні положення поршня, коли він найбільш віддалений від осі колінчастого вала або наближений до неї, називаються верхньої "мертвої" точкою (ВМТ) і нижньої "мертвої" точкою (НМТ).

При їзді на велосипеді коліно вашої ноги, так само як і поршень, періодично буде знаходитися в крайньому верхньому і в крайньому нижньому положенні.

Ходом поршня (S) називається шлях, пройдений від однієї "мертвої" точки до іншої.

Об'ємом камери згоряння (Vc) називається обсяг, розташований над поршнем, що знаходиться в ВМТ.

Робочим об'ємом циліндра (Vp) називається об'єм, що звільняється поршнем при переміщенні від ВМТ до НМТ.

Повним об'ємом циліндра є сума обсягів камери згоряння і робочого об'єму: Vn = VP + Vc.

Робочий об'єм двигуна - це сума робочих об'ємів всіх циліндрів. Вимірюється робочий об'єм в літрах.

Поки ми розглядаємо тільки одноциліндровий двигун, а взагалі двигуни сучасних легкових автомобілів, як правило, мають 2, 3, 4, 5, 6, 8 і навіть 12 циліндрів.

Чим більше сумарний робочий об'єм, тим потужнішим буде двигун. Вимірюється потужність в кіловатах або в кінських силах (кВт або к.с.).

Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна

Двигуни внутрішнього згоряння відрізняються один від одного робочим циклом, по якому вони працюють.

Робочий цикл - це комплекс послідовних робочих процесів, що періодично повторюються в кожному циліндрі при роботі двигуна.

Робочий процес, що відбувається в циліндрі за один хід поршня, називається тактом.

За кількістю тактів, що становлять робочий цикл, двигуни діляться на два види:

• чотиритактні, в яких робочий цикл відбувається за чотири ходи поршня,

• двотактні, в яких робочий цикл здійснюється за два ходи поршня.

На легкових автомобілях, як правило, застосовуються чотиритактні двигуни, а на мотоциклах і моторних човнах - двотактні. Про подорожі по водних просторах поговоримо як-небудь потім, а з чотирма тактами роботи автомобільного двигуна розберемося зараз.

Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна складається з наступних тактів:

• впуск горючої суміші,

• стиснення робочої суміші,

• робочий хід,

• випуск відпрацьованих газів.

Мал. 8. Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна: а) впуск; б) стиснення; в) робочий хід; г) випуск

Перший такт - впуск горючої суміші (рис. 8а).

Горючою сумішшю називається суміш дрібно розпорошеного бензину з повітрям в певній пропорції. Приготуванням суміші в двигуні займається карбюратор або форсунка, про що ми поговоримо трохи пізніше. А поки слід знати, що співвідношення бензину до повітря приблизно 1:15 вважається оптимальним для забезпечення нормального процесу згорання.

При такті впуску поршень від верхньої мертвої точки переміщається до нижньої мертвої точки. Обсяг над поршнем збільшується. Циліндр заповнюється горючою сумішшю через відкритий впускний клапан. Іншими словами, поршень всмоктує горючу суміш.

Впуск суміші триває до тих пір, поки поршень не дійде до нижньої мертвої точки. За перший такт роботи двигуна кривошип колінчастого вала повертається на півоберта.

В процесі заповнення циліндра горюча суміш перемішується із залишками відпрацьованих газів і змінює свою назву, тепер ця суміш називається робоча.

Другий такт - стиск робочої суміші (рис. 8б).

При такті стиснення поршень від нижньої мертвої точки переміщається до верхньої мертвої точки. Обидва клапана щільно закриті, тому робоча суміш стискається.

Зі шкільної фізики всім відомо, що при стисненні газів їх температура підвищується. Тиск в циліндрі над поршнем в кінці такту стиснення досягає 9-10 кг / см², а температура 300-400 ° С.

У заводській інструкції до автомобіля можна побачити один з параметрів двигуна з назвою - "ступінь стиснення" (наприклад 8,5). А що це таке?

Ступінь стиснення показує, у скільки разів повний об'єм циліндра більше обсягу камери згоряння (Vn / Vc - см. Рис. 7). У бензинових двигунів в кінці такту стиснення обсяг над поршнем зменшується в 8-11 разів.

У процесі такту стиснення колінчастий вал двигуна повертається на чергові півоберта. Від початку першого такту і до закінчення другого, він повернеться вже на один оборот.

Третій такт - робочий хід (рис. 8в).

Під час третього такту відбувається перетворення виділяється при згорянні робочої суміші енергії в механічну роботу. Тиск від розширюються газів передається на поршень і потім, через шатун і кривошип, на колінчастий вал.

Ось звідки береться та сила, яка змушує обертатися колінчастий вал двигуна і, в кінцевому підсумку, провідні колеса автомобіля.

В самому кінці такту стиснення робоча суміш запалюється від електричної іскри, проскакує між електродами свічки запалювання. На початку такту робочого ходу згорає суміш починає активно розширюватися. Оскільки впускний і випускний клапани все ще закриті, то розширюється газам залишається тільки один єдиний вихід - тиснути на рухомий поршень.

Під дією тиску, що досягає величини 50 кг / см², поршень починає переміщатися до нижньої мертвої точки. При цьому на всю площу поршня тисне сила в кілька тонн, яка через шатун передається на кривошип колінчастого вала, створюючи крутний момент.

При такті робочого ходу температура в циліндрі досягає більше 2000 градусів.

Колінчастий вал при робочому ході робить чергові півоберта.

Четвертий такт - випуск відпрацьованих газів (рис. 8г).

При русі поршня від нижньої мертвої точки до верхньої мертвої точки відкривається випускний клапан (впускний все ще закритий), і відпрацьовані гази з величезною швидкістю викидаються з циліндра двигуна.

Ось чому чути той сильний гуркіт, коли по дорозі рухається автомобіль без глушника, але про це пізніше. А поки звернемо увагу на колінчастий вал двигуна - при такті випуску він робить ще півоберта. І все, за чотири такту робочого циклу, він зробив два повних оберти.

Після такту випуску починається новий робочий цикл, і все повторюється: впуск - стиск - робочий хід - випуск ... і так далі.

Тепер, цікаво, хто з вас звернув увагу на те, що корисна механічна робота здійснюється одноциліндровим двигуном тільки протягом одного такту - такту робочого ходу! Решта три такти (випуск, впуск і стиск) є лише підготовчими і здійснюються вони за рахунок кінетичної енергії обертових по інерції колінчастого вала і маховика.

Маховик (рис. 9) - це масивний металевий диск, який кріпиться на колінчастому валу двигуна. Під час робочого ходу поршень через шатун і кривошип розкручує колінчастий вал двигуна, який передає маховика запас енергії обертання.

Мал. 9. Колінчастий вал двигуна з маховиком: 1 - шатунная шийка; 2 - противагу; 3 - маховик із зубчатим вінцем; 4 - корінна (опорна) шийка; 5 - колінчастий вал двигуна

Запасена в масі маховика енергія обертання дозволяє йому в зворотному порядку через колінчастий вал, шатун і поршень здійснювати підготовчі такти робочого циклу двигуна. Поршень рухається вгору (при такті випуску і стиску) і вниз (при такті впуску) саме за рахунок віддається маховиком енергії.

Якщо двигун має декілька циліндрів, які працюють в певному порядку, то підготовчі такти в одних циліндрах здійснюються за рахунок енергії, що розвивається в інших, ну і маховик, звичайно, теж допомагає.

У дитинстві у вас напевно була іграшка, яка називалася дзига. Ви розкручували його енергією своєї руки (робочий хід) і радісно спостерігали за тим, як довго він обертається. Точно так само і масивний маховик двигуна - розкрутившись, він запасає енергію, але тільки значно більшу, ніж дитяча іграшка, а потім ця енергія використовується для переміщення поршня в підготовчих тактах.

дизельні двигуни

Головною особливістю роботи дизельного двигуна є те, що паливо подається форсункою або насосом-форсункою безпосередньо в циліндр двигуна під великим тиском в кінці такту стиснення. Необхідність подачі палива під великим тиском обумовлена ​​тим, що ступінь стиснення у таких двигунів значно більше, ніж у бензинових.

Оскільки тиск і температура в циліндрі дизельного двигуна дуже великі, то відбувається самозаймання палива. Це означає, що штучно підпалювати суміш не треба. Тому у дизельних двигунів відсутні не тільки свічки, а й вся система запалювання.

Робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна

Перший такт - впуск, служить для наповнення циліндра двигуна тільки повітрям.

При русі поршня від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки відбувається всмоктування повітря через відкритий впускний клапан.

Другий такт - стиск, необхідний для підготовки до самозаймання дизельного палива.

При русі до верхньої мертвої точки поршень стискає повітря в 18-22 рази (у бензинових в 8-11 разів). Тому в кінці такту стиснення, тиск над поршнем досягає 40 кг / см², а температура піднімається вище 500градусов.

Третій такт - робочий хід, служить для перетворення енергії згорає палива в механічну роботу.

В кінці такту стиснення в камеру згоряння через форсунку під тиском подається дизельне паливо, яке самозаймається за рахунок високої температури стисненого повітря.

При згорянні дизельного палива розширюються гази створюють зусилля, яке переміщує поршень до нижньої мертвої точки і через шатун провертає колінчастий вал.

Під час робочого ходу тиск в циліндрі досягає 100 кг / см², а температура перевищує 2000 ° С.

Четвертий такт - випуск відпрацьованих газів, служить для звільнення циліндра від відпрацьованих газів.

Поршень від нижньої мертвої точки піднімається до верхньої мертвої точки і, через відкритий випускний клапан, виштовхує відпрацьовані гази.

При подальшому русі вниз поршень засмоктує свіжу порцію повітря, відбувається такт впуску і робочий цикл повторюється.

У дизельному двигуні навантаження на всі механізми і деталі значно більше, ніж в бензиновому, і це закономірно призводить до збільшення його маси, розмірів і вартості.

У той же час, дизельний двигун має і незаперечні переваги - менша витрата палива, ніж у його бензинового "брата", а також відсутність системи запалювання, що значно зменшує кількість можливих несправностей при експлуатації.

<< Назад