Робочі цикли автомобільних двигунів

Загальна конструкція, дизайн та принцип дії теплового поршневого двигуна внутрішнього згоряння

Перетворення теплової енергії згоряння робочої суміші у механічну роботу в поршневих двигунах внутрішнього згоряння здійснюється з допомогою різноманітних механізмів та систем.

Поршневий двигун внутрішнього згоряння, як правило складається з кривошипно-шатунного, газорозподільного механізмів та систем, до складу яких входять наступні:

1. Основні системи:

- Мащення (під тиском, деякі деталі-розбризкуванням);

- Охолодження (повітряного або рідинного);

- Живлення (карбюраторних, інжекторних та дизельних двигунів) паливом та повітрям;

- Запуску (з використанням стартера, енергії маховика, що обертається, стисненого повітря);

- Запалювання (контактна або безконтактна - іскрове та розжаренням, поєднана з системою живлення “Мотронік”);

- Випуску відпрацьованих газів.

2. Додаткові системи:

- Рециркуляції відпрацьованих газів;

- Охолодження відпрацьованих рециркуляційних газів;

- Передпускового підігріву охолоджувальної рідини, мастила та повітря;

- Керування тяговим зусиллям;

- Керування та контролю за станом двигуна;

- Вентиляції картера;

- Зміни кутів відкриття(закриття) та висоти піднімання клапанів.

Рис. 20. Будова двигуна автомобіля Auris Corolla зі

змінними кутом відкриття та висотою піднімання клапанів

Рис. 21. Поперечний та повздовжній розріз двигуна автомобіля Auris Corolla

Рис. 22. Кульовий 4-х тактний двигун внутрішнього згоряння

на стендових випробуваннях

Рис. 23. Деталі кульового поршневого двигуна внутрішнього згоряння

Рис. 24. Деталі двотактного двигуна внутрішнього згоряння

без кривошипно шатунного механізму

Робочим циклом двигуна внутрішнього згоряння є сукупність процесів, які повторяються у визначеній послідовності в циліндрі, що забезпечує безперервну роботу двигуна.

Робочий цикл поршневого двигуна складається з впускання паливної суміші (повітря), стискання, запалювання та робочого ходу, випуску відпрацьованих газів. За тактністю двигуни бувають дво або чотири тактні.

Якщо робочий цикл здійснюється за два оберти колінчастого вала, або за чотири хода поршня, то це двигун чотиритактний. Якщо робочий цикл здійснюється за один оберт колінчастого вала, або за два хода поршня, то це двигун двотактний.

Робочий цикл дизельного двигуна та бензинового з впорскуванням бензину в циліндр відрізняється від робочого циклу карбюраторного двигуна.

В циліндри дизеля та інжекторного двигуна з прямим впорскуванням бензину поступає чисте повітря. У дизельних двигунах повітря стискується до 18-22 раз та нагрівається. В стиснуте нагріте повітря впорскується під тиском 1300-1850 кПа у вигляді туману паливо, яке самозапалюється від високої температури.

У карбюраторних двигунах та інжекторних зі впорскуванням бензину у впускний колектор в циліндр поступає паливна суміш, яка перемішується в циліндрі з остатками відпрацьованих газів і створює робочу суміш. Робоча суміш у кінці такту стискання запалюється електричною іскрою.

Під час здійснення впуску в кінці такта впуску при роботі двигуна в режимі повного навантаження тиск в циліндрі карбюраторного двигуна складає 8-9 кПа, а температура робочої суміші досягає 80-120⁰ С, дизеля

8-9 кПа і температура 50-80⁰ С.

Під час здійснення стискання робочої суміші тиск у циліндрі карбюраторного двигуна досягає 100-120 кПа, температура до 300-450⁰ С, а тиск повітря дизеля 400-500 кПа і температура до 500-700⁰ С. Для надійної роботи дизеля температура стиснутого повітря повинна бути значно вищою температури самозагоряння палива.

Під час робочого ходу гази тиснуть на поршень, який пересуваючись до нижньої мертвої точки через шатун тисне на шатунну шийку колінчастого вала і обертає колінчастий вал. З моменту загоряння тиск газів швидко піднімається, а потім при руху поршня вниз та зі збільшенням об’єму знижується. В кінці згоряння та на початку розширення тиск у циліндрі карбюраторного двигуна досягає 300-450 кПа, а у кінці розширення понижується до 35-45 кПа при температурі 1200-1500⁰ С. Згоряючі в циліндрі дизеля гази підвищують тиск до 550-800 кПа і температуру до 1800-2000⁰ С.

Під час випуску відпрацьованих газів поршень рухається від нижньої мертвої точки до верхньої витискаючи відпрацьовані гази у випускний трубопровід. Під час випуску відпрацьованих газів не вдається досягти повної очистки циліндрів і частина з них остається в циліндрах. В кінці такту випуску карбюраторних двигунів тиск досягає 10,5-12 кПа при температурі 700-900⁰ С, а дизелях 11-12 кПа при температурі 600-700⁰ С.

Рис. 25. Одноциліндровий двотактний двигун внутрішнього згоряння

У двотактного двигуна намає спеціального механізму газорозподілу, а є впускні та випускні вікна. Поршень пересуваючись всередині циліндра у визначеній послідовності відкриває та закриває вікна і виконує функції механізму газорозподілу. В циліндр двотактного двигуна з кривошипно-камерною продувкою пальна суміш поступає через картер.

Перший такт. Пересування поршня знизу вверх та перекривання боковою поверхнею поршня спочатку перепускного, а потім і випускного вікон. В циліндрі проходить стискання робочої суміші, а в картер внаслідок розрідження поступає пальна суміш. Під час підходу прошня до верхньої мертвої точки між електродами свічки запалювання виникає іскра, яка запалює робочу суміш.

Другий такт. Горючі гази розширюються та тиснуть на поршень, заставляючи його в ході робочого ходу опускатися вниз. При ходу поршня вниз, він тисне на шатун, шийку колінчастого вала, заставляючи обертатися колінчастий вал. В кінці робочого ходу поршень відкриває випускне вікно і відпрацьовані гази з циліндра випускаються в атмосферу.

Опускаючись нижче поршень відкриває перепускне вікно і паливна суміш поступає в циліндр витісняючи відпрацьовані гази. Незначна частина пальної суміші разом з відпрацьованими газами виходить в атмосферу.

Якщо картер двотактного двигуна сухий то для змащення деталей в паливо добавляється масло, яке в розпиленому виді разом з паливом та повітрям, як паливна суміш поступає спочатку в картер а потім у циліндр.

Рис. 26. Робота чотиритактного чотирициліндрового двигуна внутрішнього згоряння

(В кожному циліндрі такти впускання, стискання, горіння пальної

суміші та випуску відпрацьованих газів при працюючому двигуну постійно повторяються).

Рис. 27. Індикаторна діаграма чотиритактного двигуна

Рис. 28. Такт впуску (Впорскування бензину у впускний трубопровід та впускання паливної суміші в циліндр, або впускання повітря у дизелів) Кулачки розподільного вала відкрили впускні клапани, а випускні клапани закриті. Поршень рухається до нижньої мертвої точки).

Рис. 29. Такт стискання (Клапани впускні та випускні закриті,

а поршень рухається до верхньої мертвої точки)

Рис. 30. Такт робочого ходу

(Впускні та випускні клапани закриті. Тиск горючих газів штовхає поршень до нижньої мертвої точки. Рухаючись до нижньої мертвої точки поршень тисне на шатун, який тисне на шатунну шийку колінчастого вала та примушує його обертатись).

Рис. 31. Такт випуску відпрацьованих газів

(Випускні клапани відкриті, а впускні закриті. Поршень рухається до верхньої мертвої точки витискуючи відпрацьовані гази).

Рис. 32. Камери згоряння дизелів

Дата добавления: 2014-01-05