Классификация, основные механизмы и системы двигателей

На современных тракторах и автомобилях в основном применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Внутри этих двигателей сгорает горючая смесь (смесь топлива

с воздухом в определенных соотношениях и количествах). Часть выделяющейся при этом теплоты преобразуется в меха-ническую работу.

Классификация двигателей.Поршневые двигателиклассифицируют по следующим признакам:

по способу воспламенения горючей смеси - от сжатия (ди-зели) и от электрической искры;

способу смесеобразования – с внешним (карбюраторные и газовые) и внутренним (дизели) смесеобразованием;

способу осуществления рабочего цикла – четырех- и двухтактные;

виду применяемого топлива – работающие на жидком (бензин или дизельное топливо), газообразном (сжатый или сжиженный газ) топливе и многотопливные;

числу цилиндров – одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровые и т. д.);

расположению цилиндров – однорядные, или линейные (цилиндры расположены в один ряд), и двухрядные, или У-образные (один ряд цилиндров размещен под углом к друго-му).

На тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют четырехтактные многоцилиндровые дизели, на автомобилях легковых, малой и средней грузоподъемности – четырехтактные многоцилиндровые карбюраторные и дизель-ные двигатели, а также двигатели, работающие на сжатом и сжиженном газе.

Основные механизмы и системы двигателя.Поршне-вой двигатель внутреннего сгорания состоит из корпусных деталей, кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов, систем питания, охлаждения, смазочной, зажига-ния и пуска, регулятора частоты вращения. Устройство четы-рехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя показано на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюраторного двигателя:

1 – шестерни приводи распределительного вала; 2 – распределительный

вал; 3 – толкатель; 4 – пружина; 5 – выпускная труба; 6 – впускная труба; 7 – карбюратор; 8 – выпускной клапан; 9 – провод к свече;

10 – искровая зажигательная свеча; 11 – впускной клапан; 12 – головка цилиндра; 13 – цилиндр: 14 – водяная рубашка; 15 – поршень; 16 – поршневой палец; 17 – шатун; 18 – маховик; 19 – коленчатый вал; 20 – резервуар для масла (поддон картера)

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня

во вращательное движение коленчатого вала и наоборот. Механизм газораспределения (ГРМ) предназначен для

своевременного соединения надпоршневого объема с систе-мой впуска свежего заряда и выпуска из цилиндра продуктов сгорания (отработавших газов) в определенные промежутки времени.

Система питания служит для приготовления горючей сме-си и подвода ее к цилиндру (в карбюраторном и газовом дви-гателях) или наполнения цилиндра воздухом и подачи в него топлива под высоким давлением (в дизеле). Кроме того, эта система отводит наружу выхлопные газы.

Система охлаждения необходима для поддержания опти-мального теплового режима двигателя. Вещество, отводящее от деталей двигателя избыток теплоты, – теплоноситель мо-жет быть жидкостью или воздухом.

Смазочная система предназначена для подвода смазочно-го материала (моторного масла) к поверхностям трения с це-лью их разделения, охлаждения, защиты от коррозии и вымы-вания продуктов изнашивания.

Система зажигания служит для своевременного зажигания рабочей смеси электрической искрой в цилиндрах карбюра-торного и газового двигателей.

Система пуска – это комплекс взаимодействующих меха-низмов и систем, обеспечивающих устойчивое начало проте-кания рабочего цикла в цилиндрах двигателя.

Регулятор частоты вращения – это автоматически дейст-вующий механизм, предназначенный для изменения подачи топлива или горючей смеси в зависимости от нагрузки двига-теля.

У дизеля в отличие от карбюраторного и газового двига-телей нет системы зажигания и в системе питания вместо кар-бюратора или смесителя установлена топливная аппаратура (топливный насос высокого давления, топливопроводы высо-кого давления и форсунки).

Основные понятия и определения

Основные определения, принятые для поршневых двига-телей, указаны далее с использованием схемы одноцилиндро-вого двигателя (рисунок 3.2).

Верхняя мертвая точка(в.м.т.) –положение поршня вцилиндре, при котором расстояние от него до оси коленчатого вала двигателя наибольшее.

Нижняя мертвая точка(н.м.т.) –положение поршня вцилиндре, при котором расстояние от него до оси коленчатого вала двигателя наименьшее.

Ход поршняS(м) –расстояние по оси цилиндра междумертвыми точками. При каждом ходе поршня коленчатый вал поворачивается на пол-оборота, то есть на 180°. Ход поршня равен двум радиусам кривошипа коленчатого вала, то есть S = 2r.

Рабочий объем цилиндраV_h(м³) –объем цилиндра,ос-вобождаемый поршнем при перемещении от в. м. т. до н. м. т.:

где d – диаметр цилиндра, м;

S –ход поршня,м.

Объем камеры сжатия V_с(м³) –объем пространства надпоршнем, находящимся в. м. т.

Рисунок 3.2 – Схема одноцилиндрового четырёхтактного двигателя

Полный объем цилиндраV_о(м³)–сумма объема камерысжатия и рабочего объема цилиндра, то есть пространство над поршнем, когда он находится в н. м. т.

Литраж двигателяV_д–это сумма рабочих объемов всехего цилиндров, выраженная в литрах.

Степень сжатия–отношение полного объема цилиндра кобъему камеры сжатия. Степень сжатия – это отвлеченное число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сжатия.

Рабочий цикл двигателя–комплекс последовательныхпериодически повторяющихся процессов (впуск, сжатие, сго-

рание, расширение и выпуск), в результате которых энергия топлива преобразуется в механическую работу.

Такт–часть рабочего цикла,происходящая за времядвижения поршня от одной мертвой точки до другой, то есть условно принимаем, что такт происходит за один ход поршня.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четы-ре хода (такта) поршня или за два оборота коленчатого вала, называют четырехтактными. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня или за один оборот ко-ленчатого вала, считают двухтактными.