Принцип работы четырехтактного двигателя

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Для двигателей внутреннего сгорания характерно большое разнообразие типов. По принципу действия двигатели внутреннего сгорания можно разделить на две основные группы: поршневые и лопаточные или ротативные.

Поршневые двигатели состоят в основном из цилиндра, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение, из кривошипно-шатунного механизма, преобразующего поступательное движение во вращательное, органов газораспределения и вспомогательных механизмов. Преобразование тепловой энергии в механическую работу у поршневых двигателей происходит не непрерывно, а последовательными циклами.

Лопаточные газотурбинные двигатели состоят в основном из неподвижного статора, в котором вращается ротор, представляющий собой вал с насаженными на него дисками. На дисках имеются лопатки, которые расположены или по окружности, или, на торцовых поверхностях дисков. В отличие от поршневых двигателей у газотурбинных преобразование тепловой энергии в механическую происходит не циклически, а непрерывно. Ниже будут рассматриваться преимущественно поршневые двигатели внутреннего сгорания и главным образом дизели.

Классификация и области применения двигателей внутреннего сгорания.

1. По роду применяемого топлива: двигатели внутреннего сгорания работающие на жидком, газовом, газожидкостном топливе.

В качестве газообразного топлива может применяться генераторный газ, вырабатываемый в газогенераторах из дров, торфа и угля, а также природный газ и другие газы, как, например, коксовый и пр. В качестве жидкого топлива используются главным образом нефтяные топлива, т. е. продукты переработки нефти — бензин, керосин, соляровое масло, моторное топливо, мазуты, а также продукты перегонки угля. Газожидкостные двигатели работают на смеси газообразных и жидких топлив. При этом основным топливом является газообразное, а жидкое расходуется в небольших количествах для зажигания газообразного топлива.

2. По способу осуществления цикла: - 4-х тактные

- 2-х тактные

У четы­рехтактных двигателей рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала, т. е. за четыре хода поршня, а у двухтактных — за один оборот коленчатого вала, т. е. за два хода поршня. Каждое

Рис. 7.1.1. Конструктивные схемы двигателей внутреннего сгорания:

1 – однорядный двигатель с вертикальным расположением цилиндров; 2 – дви­гатель с V–образным расположением цилиндров; 3 – двигатель с W–образным расположением цилиндров; 4 – двигатель с горизонтальным оппозитным рас­положением цилиндров; 5 – двигатель с Н-образным горизонтальным располо­жением цилиндров; 6 – однорядный звездообразный двигатель; 7 – двухряд­ный звездообразный двигатель

3. По числу и расположению осей цилиндров: - одноцилиндровые и многоцилиндровые - вертикальные и горизонтальные - V – образные и др.

4. По быстроходности:

5. - тихоходные (средняя скорость поршня < 6,5 м/с)

6. - быстроходные (средняя скорость поршня > 6,5 м/с)

7. В зависимости от назначения двигатели внутреннего сгорания делятся на стационарные, судовые, авиационные, автомобильные, тракторные, тепловозные и другие. От назначения двигателя в большой мере зависят его технико-экономические показатели: масса, габариты, мощность.

8..

9. По способу воспламенения топлива: - двигатели с принудительным зажиганием (от электрической искры)(карбюраторные двигатели).

- двигатели с самовоспламенением (от сжатия дизеля).

10. По степени сжатия: - двигатели низкого сжатия (двигатели с принудительным зажиганием) - двигатели высокого сжатия (двигатели с самовоспламенением)

11. По действию газа на поршень:

- двигатели простого действия - двигатели двойного действия.

Достоинства: высокий КПД, меньшие габариты и масса (по сравнению с паротурбинными установками); малая потребность в воде; постоянная готовность к пуску.

Недостатки: ограниченные единичные мощности, т.к. при больших мощностях требуется большее число оборотов, что приводит к увеличению габаритов и массы и снижению надежности; невозможность использования местных и низкосортных твердых топлив; трудность использования отработавшей энергии д.в.с.

Области применения

- транспортные и передвижные установки

- стационарные установки малой и средней мощности (получение электричества)

- специальные установки (в качестве резервных агрегатов) где не допустим перегрев в электропитании. Помимо двух основных групп двигателей внутреннего сгорания существуют комбинированные двигатели, состоящие из поршне­вого двигателя и газовой турбины, в которой используется энергия отработавших газов поршневой машины.

Поршневой четырехтактный двигатель (рис. 7.2.1) состоит из картера, образующего кривошипную камеру, где находится криво-шипно-шатунный механизм; цилиндра, внутри которого движется поршень, и головки цилиндра, в которой размещены органы газо­распределения – впускной и выпускной клапаны.

Поршень перемещается в цилиндре из одного крайнего положения в другое, совершая возвратно-поступательное движение. Эти крайние положения поршня называют положениями в мертвых точках. Положение поршня, когда расстояние между ним и головкой цилиндра наименьшее, называют положением во внутренней (верхней) мертвой точке и обозначают в. м. т. Другое крайнее положение поршни, когда расстояние между ним и головкой цилиндра достигает наибольшей величины, называют положением в наружной (нижней) мертвой точке – п. м. т. Часть рабочего цикла, соответствующая перемещению поршня из одной мертвой точки в другую, называют тактом.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из следующих четырех тактов: впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Порядок работы четырехтактного дизеля таков.

Во время такта впуска поршень перемещается из в. м. т. в н. м. т. В начале этого такта открывается впускной клапан. При движении поршня по направлению к н. м. т. объем, заключенный между поршнем, стенками и головкой цилиндра, увеличивается. В цилиндре создается разрежение. Вследствие этого воздух из окружающей среды через впускной клапан попадает в цилиндр.

Затем начинается обратное движение поршня из н. м. т. в в. м. т., при этом впускной клапан закрывается. Так как пространство между поршнем и головкой цилиндра уменьшается, заключенный в ци­линдре воздух сжимается. Происходит такт сжатия. При сжатии повышаются давление и температура сжимаемого воздуха. В конце такта сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое под воздействием горячего воздуха самовоспламеняется. Выделение тепла при сгорании топлива вызывает резкое повышение давления и температуры воздуха по сравнению с той температурой и давлением, которые имел воздух в конце сжатия.

Рис. 7.2.1. Принцип работы четырехтактного двигателя: а – впуск; б – сжатие; в – расширение; г – выпуск

Под действием повышенного давления поршень перемещается из в. м. т. в н. м. т. и в цилиндре совершается такт расширения или рабочий ход. Находящиеся в цилиндре продукты сгорания расширяются, а давление и температура их понижаются. При этом тепловая энергия газов преобразуется в механическую работу. Часть механической энергии затрачивается на преодоление полезных сопротивлений, т. е. на приведение в движение генератора, греб­ного винта или колес автомобиля. Остальная часть механической энергии расходуется на преодоление сопротивлений от сил трения и противодавления газов во время подготовительных тактов и на увеличение живой силы движущихся частей двигателя (главным образом маховика). При этом увеличивается угловая скорость вра­щения коленчатого вала, т. е. избыточная часть механической энергии, полученная во время такта расширения, из потенциальной преобразуется в кинетическую. Во время такта расширения маховик как бы накапливает, т. е. аккумулирует механическую энергию, которую он отдает в течение остальных трех тактов.

За тактом расширения следует такт выпуска. В начале этого такта открывается выпускной клапан, и поршень, перемещаясь из н. м. т. в в. м. т., выталкивает продукты сгорания в атмосферу. Некоторая часть продуктов сгорания (остаточные газы) остается в пространстве между поршнем и головкой цилиндра.

Тактом выпуска заканчивается рабочий цикл, а затем процесс повторяется в той же последовательности.

Такты впуска и выпуска называют насосными ходами. В течение этих тактов поршень двигателя работает как поршень насоса, засасывая воздух и выталкивая из цилиндра

продукты сгорания.

У четырехтактных двигателей с электрическим зажиганием рабочий цикл протекает в основном так же, как у дизелей. Разница заключается в том, что в цилиндр во время такта впуска засасывается не чистый воздух, а горючая смесь воздуха с газообразным или испарившимся жидким топливом. Поэтому такие двигатели называют двигателями с внешним смесеобразо­ванием, а дизели двигателями с внутренним смесеобразованием. Кроме того, у бензиновых и газовых двигателей горючая смесь воспламеняется принудительно электрической искрой, а не самовоспламеняется вследствие сжатия, как у дизелей.

У большинства поршневых двигателей для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала применяется кривошипно-шатунный механизм.

Во время такта расширения усилие от давления газов через поршень передается на поршневой палец и на шатун и одновременно прижимает поршень к стенке цилиндра с силой . Усилие , направленное по оси шатуна, через шатунную шейку действует на колено вала. Радиальное усилие , направленное по радиусу кривошипа, прижимает коренные шейки коленчатого вала к подшипникам, а тангенциальное касательное усилие , направленное перпендикулярно радиусу кривошипа и приложенное к шатунной шейке, вращает коленчатый вал.

Объем, описываемый поршнем при перемещении от одной мертвой точки в другую, называется рабочим объемом ци­линдра.

Объем между головкой цилиндра и поршнем, находящимся в н. м. т., называется полным объемом цилиндра. Объем между головкой цилиндра и поршнем, находящимся в в. м. т., называется пространством сжатия .

Дата добавления: 2014-01-06