Принцип работы поршневого четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

Внутреннего сгорания

Устройство поршневого четырёхтактного двигателя

Лекция № 2

У поршневого двигателя внутреннего сгорания основными деталями являются: цилиндр, головка цилиндра, картер, поршень, шатун, коленчатый вал, впускной и выпускной клапаны. Топливо и необходимый для его сгорания воздух вводятся в объем цилиндра двигателя, ограниченный днищем головки цилиндра, его стенками и днищем поршня. Образующиеся при сгорании топлива газы, имеющие высокие температуру и давление, давят на поршень и перемещают его в цилиндре. Поступательное движение поршня через шатун преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, расположенного в картере. В связи с возвратно-поступательным движением поршня сгорание топлива в поршневых двигателях возможно лишь периодически последовательными порциями, причем сгоранию каждой порции должен предшествовать ряд подготовительных процессов.

Рассмотрим цикл работы четырехтактного поршневого двигателя (рис. 1).

Рис. 1. Схема работы четырехтактного двигателя

1. В первом такте – впуске – поршень движется от верхней мёртвой точки (ВМТ) к нижней мёртвой точке (НМТ). При этом впускной клапан открыт и смесь (карбюраторный двигатель) или воздух (двигатель с непосредственным впрыском топлива) поступают в цилиндр.

2. В течение второго такта – сжатия - топливовоздушная смесь сжимается в соответствии с политропической зависимостью pV ⁿ = Сonst, в которой показатель степени n зависит, глав­ным образом, от состава всасываемой смеси (n ≈ 1,20…1,35). Кроме давления на входе конечное давление определяется степенью сжатия*, т. е отношени­ем объемов цилиндра над поршнем в начале и в конце сжатия. В конце такта сжатия давление смеси составляет 8…20 кгс/см², а температура 200…400°С.

При положении поршня, близком к верхней мёртвой точке сжатая газовая смесь воспламеняется электрической искрой и сгорает практически при постоянном объеме. Температура и давление при сгорании очень большие (30…60 кгс/см² и 1600…2200°С., так как газовая смесь близка к стехиометрической (т.е. горючее полностью сгорает в процессе химической реакции с имеющимся в цилиндре кислородом воздуха), что делает тепловой КПД цикла достаточно высоким. Тепловой КПД для заданного состава смеси является функцией степени сжатия и, в отличие от газотурбинных двигателей, не зависит от частоты вращения ротора двигателя.

3. В процессе третьего такта - рабочего хода, сгорающий и расширяющийся газ передает тепловую энергию поршню: происходит преобразование тепловой энергии в механическую. Механическая энергия при помощи шатуна и коленчатого вала напрямую или через механический редуктор сообщается винту. Процесс расширения газа в цилиндре опять протекает в соответствии с политропическим процессом: pV ⁿ = Сonst.

4. В четвёртом такте – выпуске, происходит движение поршня от НМТ к ВМТ при открытом выпускном клапане. Отработавшие газы вытесняются поршнем в выхлопной патрубок. Этот процесс происходит практически при постоянном объеме.

Дата добавления: 2014-01-07