Опис пристрою найпростішого двигуна
Наши партнеры ArtmMisto
Щоб відразу не бентежити складними термінами і громіздкими визначеннями, спочатку розглянемо найпростіший одноциліндровий двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ), що працює на бензині, пристрій якого представлено на малюнку 4.1.
Складається цей двигун з блоку з циліндричним отвором всередині - гільзою циліндра. У гільзі знаходиться поршень, з'єднаний через шатун з колінчастим валом. Колінчастий вал, в свою чергу, пов'язаний з розподільним валом через ланцюг (цей зв'язок є сталою і передавальне відношення (Про те, що таке «передавальне відношення», буде розказано в главі 5 « Трансмісія ») Становить 1 до 2, тобто розподільний вал робить один оборот за два оберти колінчастого вала).
Малюнок 4.1 одноциліндровий двигун внутрішнього згорання.
Малюнок 4.2 Розріз бензинового двигуна внутрішнього згоряння.
Малюнок 4.4 Двигун внутрішнього згоряння з повітряним охолодженням.
Розподільчий вал разом з клапанами розташований в голівці блоку циліндрів, яка встановлена відповідно на блок циліндрів.
Тепер розкладемо все по частинах.
Блок циліндра - лита деталь з чавуну або з алюмінієвого сплаву. Блок циліндрів утворює картер. По суті, це корпус, всередині якого знаходяться основні елементи кривошипно-шатунного механізму (про який мова піде нижче). Цей корпус має подвійні стінки (іменовані сорочкою блоку). У порожнинах між стінками тече охолоджуюча рідина, якщо двигун з рідинним охолодженням. Якщо двигун з повітряним охолодженням, то блок має одну стінку з численними ребрами для відводу тепла, як показано на малюнку 4.3.
У блоці є гільза і масляні канали для підведення мастила до деталей, що труться. Робоча поверхня гільзи, з якої стикається поршень, називається дзеркалом циліндра.
Поршень має вид перевернутого склянки, зазвичай відлитий з алюмінієвого сплаву. У циліндр поршень встановлюється з дуже невеликим проміжком (зазвичай соті частки міліметра). Щоб гази, що утворилися при згорянні палива, через цей зазор не прорвалися в картер блоку циліндрів, поршень ущільнений кільцями. Зазвичай встановлюють два компресійних кільця (вони сприймають основне навантаження при переміщенні поршня) і одне маслос'емноє (воно складається з декількох елементів), необхідне для зняття зі стінок циліндра моторного масла. Поршень, шарнірно, тобто через палець з'єднаний з верхньою головкою шатуна, а шатун, в свою чергу, шарнірно з'єднаний з колінчастим валом. Шатун разом з колінчастим валом і називають кривошипно-шатунним механізмом. Завдяки шатуну поступальний рух поршня вгору і вниз перетворюється в обертальний рух колінчастого вала.
Примітка
Шановний читач може подумати, що пропустив цілий розділ, адже на малюнку 4.1 відсутній і палець, і верхня головка шатуна, але це не так - вищенаведене опис дано для загального уявлення про двигун внутрішнього згоряння, а оце робота кожного з елементів детально розглянуто в розділі 4.7 « Блок циліндрів і кривошипно-шатунний механізм ».
Головка блоку циліндра - по суті, це корпус (зазвичай з алюмінієвого сплаву), в якому, в залежності від конструкції (Слова «в залежності від конструкції» означають, що не завжди розподільний вал або вали мають у своєму розпорядженні в голівці блоку. Про це докладніше йтиметься в розділі 4.6 « Головка блоку циліндрів »), Знаходиться розподільний вал (або вали), а також клапани - впускний і випускний. Розподільчий вал і клапани називають газорозподільним механізмом (ГРМ). Розподільчий вал необхідний для своєчасного відкриття впускних і випускних клапанів. Клапани щільно прилягають до голівки блоку циліндра і притискаються за допомогою клапанних пружин.
Ось і весь чотиритактний бензиновий двигун внутрішнього згоряння. Складного нічого немає.
Принцип роботи двигуна внутрішнього згоряння
Чотиритактним двигун називається тому, що повний робочий процес розбитий на чотири проміжку - такту. З цих тактів тільки один робочий, тобто той, під час якого відбувається переміщення поршня під дією газів, що виділяються при згоранні паливо-повітряної суміші. Кожен такт доводиться (приблизно) на один напівоберт колінчастого вала.
Примітка
Верхня мертва точка (ВМТ) - крайнє положення поршня у верхній частині циліндра.
Нижня мертва точка (НМТ) - крайнє положення поршня в нижній частині циліндра.
Відстань від ВМТ до НМТ називається ходом поршня.
Напевно, у кожного в дитинстві був велосипед. І, якщо спускала шина, то її необхідно було підкачати насосом. Так ось, хоча і віддалено, але цей насос для накачування шин нагадує нам наш одноциліндровий двигун. Усередині циліндричного корпусу насоса теж є клапани і так само рухається поршень. Коли ви тягніть ручку поршня на себе, через клапан в корпусі всмоктується повітря, коли рухаєте поршень вниз - клапан на впуску закривається і повітря виходить через клапан на випуску в трубку, потрапляючи в шину колеса велосипеда. Тепер подумки уявімо перевернутий насос, у якого ми почали переміщати поршень вниз, набираючи при цьому всередину корпусу повітря, так само подумки закриваємо вихідний отвір, наприклад, пальцем, і починаємо переміщати поршень насоса вгору - повітря при цьому почне стискатися, так як діватися йому нікуди . Довівши поршень насоса до упору, ми візьми і підпали засипаний до початку цього дійства порох в корпусі. Згораючи, цей порох буде виділяти велику кількість газу, який, в свою чергу, підвищить тиск всередині корпусу і почне переміщати поршень, тільки вже без нашої участі - самостійно. Коли порох повністю вигорить, а поршень дійде до найнижчої точки, ми відкриємо вихідний отвір, і почнемо знову переміщати поршень вгору, виштовхуючи з корпусу насоса вже відпрацювали своє гази. Виштовхнувши продукти горіння назовні, ми знову закриваємо пальцем вихідний отвір насоса і починаємо повторювати все вищеперелічене в тій же послідовності. Ось так само приблизно працює будь-який чотиритактний двигун внутрішнього згоряння. Помістіть корпус насоса в блок, клапани встановіть в головку, яку в свою чергу змонтувати на блок, а поршень з'єднайте через шатун з коленвалом і отримаєте наш найпростіший одноциліндровий двигун.
Є таке поняття, як «робочий цикл». Це сукупність процесів, що відбуваються послідовно в циліндрі двигуна при обертанні колінчастого вала на два повних обороту (720o). Робочий цикл складається з тактів.
Примітка
Читаючи далі опис процесів, згадайте про насос, який був описаний перед цим.
Власне, нічого складного. Практично всі чотиритактні двигуни внутрішнього згоряння, що використовують в якості палива бензин, працюють за таким принципом.
Перший такт. Впуск повітря, змішаного з паливом
Колінвал, обертаючись, переміщає поршень вниз з ВМТ. У цей момент відкритий впускний клапан, через нього в циліндр всмоктується повітря упереміш з розпорошеним паливом (у вигляді дуже дрібних крапельок). Далі поршень досягає НМТ, впускний клапан закривається
Другий такт. стиснення
Колінвал продовжує обертатися, а поршень починає від НМТ переміщатися вгору, стискаючи при цьому топливовоздушную суміш, додатково більш ретельно змішуючи паливо з повітрям, щоб суміш була максимально однорідна. Обидва клапана закриті
Третій такт. Робочий хід
Поршень в ВМТ, в камері згоряння стисла і нагріта до високої температури суміш, в цей момент виникає розряд між електродами свічки, який підпалює паливо. Згораючи, топливовоздушная суміш виділяє гази, які, до слова, розігріті до 800 градусів Цельсія, створюється високий тиск, під дією якого поршень переміщується вниз, штовхаючи колінчастий вал. Весь процес протікає до НМТ
Четвертий такт. випуск
Гази свою справу зробили, тепер від них необхідно позбутися, щоб підготувати циліндр для наступної порції паливо-повітряної суміші. Після НМТ, відкривається випускний клапан, поршень під дією сили інерції піднімається вгору, виштовхуючи відпрацьовані гази. Після того, як поршень досягне ВМТ і будуть видалені всі відпрацьовані гази, весь процес повториться заново.
