Материал: 2181

Четырехтактный бензиновый двигатель или дизель включает в себя два механизма и четыре системы:

1) кривошипно-шатунный механизм – преобразует возвратно-

поступательное движение поршней, воспринимающих давление газов, во вращательное движение коленчатого вала;

2) газораспределительный механизм – обеспечивает своевре-

менный впуск горючей смеси или воздуха в цилиндры и выпуск из цилиндров отработавших газов;

3) система смазки – подводит смазку к трущимся поверхностям деталей, удаляет продукты износа;

4) система охлаждения – поддерживает заданный тепловой режим двигателя путем принудительного отвода теплоты от его деталей

6

В цилиндре 1 размещен поршень 2, шарнирно соединенный шатуном 8 с коленчатым валом 9. При вращении коленчатого вала 9 поршень 2 совершает возвратно-поступательные движения между нижней и верхней мертвыми точками:

верхняя мертвая точка (ВМТ) – крайнее верхнее положение поршня 2, наиболее удаленное от оси коленчатого вала 9;

нижняя мертвая точка (НМТ) – крайнее нижнее положение поршня 2, наиболее приближенное к оси коленчатого вала 9.

Вмертвых точках поршень меняет направление движения на противоположное. Коленчатый вал 9 приводит в действие газораспределительный механизм, который обеспечивает своевременное открытие и закрытие:

впускного клапана 4, через который при ходе поршня 2 от ВМТ к НМТ из впускного трубопровода 3 Ив цилиндр 1 поступает горючая смесь у бензинового двигателя или воздух у дизеля;

выпускного клапана 6, через Дкоторый при ходе поршня 2 от НМТ к ВМТ из цилиндра 1 отработавшие газы отводятся в выпускной трубопровод 7. А

Воспламенение горючей смеси осуществляется:

в бензиновом двигателеб– от электрической искры (температура в центре искры 10 000 К), создаваемой свечой зажигания 5, работу которой обеспечиваетисистема зажигания;

в дизеле – самовоспламенением после впрыска распыленного топлива черезСфорсунку 5. Температура воздуха в конце такта сжатия достигает 670 − 770 К, а температура самовоспламенения дизельного топлива составляет 520 − 570К.

Тактом называют часть рабочего цикла двигателя, происходящая при движении поршня от одной мертвой точки к другой. Рабочий процесс (цикл) четырехтактных двигателей совершается за четыре хода поршня (четыре такта) или за два оборота коленчатого вала и состоит из последовательно чередующихся тактов: 1) впуска; 2) сжатия; 3) рабочего хода; 4) выпуска.

Такт впуска (см. рис. 1.2). Поршень 2 движется от ВМТ к НМТ. Выпускной клапан 6 закрыт, впускной клапан 4 открыт. Движение поршня 2 создает разрежение в цилиндре 1. Под действием разрежения в цилиндр двигателя через открытый впускной клапан всасывает-

7

ся воздух у дизеля или горючая смесь у бензинового двигателя. Горючая смесь перемешивается с остаточными отработавшими газами, образуя рабочую смесь.

Такт сжатия. Поршень 2 движется от НМТ к ВМТ. Выпускной 6 и впускной 4 клапаны закрыты. Объем пространства над поршнем уменьшается, а давление в цилиндре увеличивается, и вместе с ним повышается температура в цилиндре. В конце такта сжатия происходит воспламенение рабочей смеси:

в бензиновом двигателе – вследствие электрической искры, создаваемой свечой зажигания 5;

в дизеле – в результате впрыска через форсунку 5 распыленного топлива, которое перемешивается с воздухом и остаточными отра-

ботавшими газами, создавая рабочую смесь, и воспламеняется вследствие высокой температуры в цилиндре. И

Такт рабочего хода. Выпускной 6 и впускной 4 клапаны закрыты. Рабочая смесь быстро сгорает (в течениеД0,001 − 0,002 с) в цилиндре. Температура и давление образовавшихся в результате горения газов в цилиндре возрастают. ПодАдействием давления газов поршень 2 движется от ВМТ к НМТ и совершает полезную работу, вращая через

шатун 8 коленчатый вал 9. По мере перемещения поршня к НМТ и увеличения пространствабнад поршнем давление и температура в цилиндре снижаются.

Такт выпуска.иПоршень 2 движется от НМТ к ВМТ. Впускной клапан 4 закрыт, выпускной клапан 6 открыт. Отработавшие газы вытесняются поршнемСз ц л ндра через открытый выпускной клапан. Давление и температура в ц л ндре уменьшаются.

После окончания такта выпуска рабочий цикл повторяется и вновь начинается такт впуска. В рабочем цикле четырехтактного двигателя полезная работа совершается только в течение одного такта – рабочего хода. Остальные три такта (впуск, сжатие, выпуск) являются вспомогательными, и на их осуществление затрачивается часть энергии, получаемой в такте рабочего хода.

1.3.2. Индикаторная диаграмма двигателя

Для анализа рабочего процесса двигателя применяют индикаторную диаграмму двигателя – зависимость давления Р в цилиндре от объема V пространства над поршнем (рис. 1.3).

8

2

Р

в такте впуска (линия АВА) поршеньДИдвижется от ВМТ к НМТ, давление Р в цилиндре ниже атмосферного Р0 и практически не меняется с увеличением объемабV пространства над поршнем;

в такте сжатия (линия ВС ) поршень движется от НМТ к ВМТ, по мере уменьшения о ъема V возрастает давление Р в цилиндре. На подходе к ВМТ (точка 1) происходит воспламенение горючей смеси, давлениеСв ц л ндре резко возрастает;

такт рабочего хода (линия СD) сопровождается резким повышением давления Р, которое достигает максимума (точка 2), а затем снижается по мере увеличения объема пространства над поршнем V (движения поршня от ВМТ к НМТ);

такт выпуска (линия DA), когда поршень движется от НМТ к ВМТ, осуществляется при небольшом избыточном давлении, которое практически остается постоянным при уменьшении объема V пространства над поршнем.

Индикаторные диаграммы бензинового двигателя и дизеля отличаются друг от друга тем, что при одинаковых геометрических параметрах цилиндров и поршней в тактах сжатия и рабочего хода дизеля создается гораздо более высокое давление, чем в бензиновом двигателе.

9

1.4.Методика построения индикаторной диаграммы

иопределение положительной работы

Индикаторная диаграмма позволяет определить изменение давления в цилиндре двигателя в зависимости от положения поршня [1]. Строится по данным теплового расчета, позволяет определить среднее давление, работу, мощность. По максимальному давлению в цилиндре проводят расчет на прочность деталей КШМ.

При построении индикаторной диаграммы её масштаб выбирают таким образом, чтобы высота была в 1,2 − 1,5 раза больше её основания. Объем цилиндра пропорционален ходу поршня. Длину диаграммы выбирают равной ходу поршня или в два раза больше, если ход поршня малый. Например, ход поршня 90 мм, выбираем масштаб 2:1

и основание диаграммы Vh (рабочий объем цилиндра) принимаем равным 180 мм.

Выбрав длину основания индикаторной диаграммы в координатах P-V (например, 180 мм), выбираем высоту диаграммы, которая за-

И

Для построения индикаторной диаграммы в координатах P-V из теплового расчета двигателя берут значения давления в конце наполнения Pа (например, 0,08 МПа для двигателя без наддува), давления в конце сжатия Рс , максимального давления сгорания Pz , давления в конце расширения Рв и давления в конце выпуска отработавших газов Рг (например, 0,12 МПа).

10