КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ЗАГАЛЬНА БУДОВА ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ

Двигун внутрішнього згоряння повинен відповідати своємупризначенню і мати високі техніко-економічні і екологічні показники. Основні вимоги до ДВЗ:

- простота конструкції і надійність роботи на різних експлуатаційних режимах;

- мінімальні габаритні розміри та маса при необхідній потужності, надійності і довговічності;

- висока економічність щодо витрат палива і мастил при роботі на різних експлуатаційних режимах і кліматичних умовах;

- високий моторесурс, протягом якого двигун повинен працювати надійно й економічно до капітального ремонту;

- безвідмовний пуск за різних температурних умов і добра прийомистість;

- найповніше зрівноваження сил та моментів рухомих мас та забезпечення заданого ступеня нерівномірності обертання колінчастого вала;

низький рівень викидів токсичних компонентів та шуму і повна безпечність незалежно від умов експлуатації.

Двигун внутрішнього згоряння класифікують за такими основними ознаками (рис.2.1):

кількістю циліндрів — одноциліндрові та багатоциліндрові;

способом розташування циліндрів — однорядні (лінійні) та дворядні (У-подібні з кутом розташування рядів 90° й опозитні з кутом розташування рядів 180°);

способом здійснення робочого процесу — двотактні та чотиритактні;

способом сумішоутворення — із зовнішнім та внутрішнім;

способом запалювання робочої (пальної) суміші — із примусовим та самозапалюванням;

видом палива — рідинного (бензин, дизельне паливо) та газоподібного;

способом охолодження циліндрів — рідинного та повітряного;

способом повітрозабезпечення — без наддуву та з ним (механічним, газотурбінним, комбінованим).

Рис. 2.1. Схема класифікації ДВЗ

Поршневий ДВЗ складається з кривошипно-шатунного механізму, газорозподільного механізму, системи живлення, системи запалювання (є лише у карбюраторних двигунів), систем мащення, охолодження і пуску.

Кривошиино-шатунний механізм призначений для перетворення прямолінійного зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух колінчастого вала і сприймання тиску газів, які утворюються в процесі згоряння робочої суміші. Крім того, за допомогою кривошипно-шатунного механізму відбувається виштовхування відпрацьованих газів із циліндрів двигуна, всмоктування та стиск свіжої пальної суміші або повітря.

Газорозподільний механізм забезпечує своєчасний впуск в циліндри свіжої пальної суміші або повітря і випуск відпрацьованих газів.

Система живлення призначена для зберігання, очищення і подачі палива і повітря у циліндри, приготування пальної суміші певного складу і в необхідній кількості залежно від режиму роботи двигуна.

Система запалювання в карбюраторних двигунах забезпечує своєчасне і безперебійне запалювання робочої суміші.

Система мащення забезпечує мащення вузлів і деталей двигуна, часткове охолодження їх тертьових поверхонь та виведення продуктів спрацювання.

Система охолодження забезпечує безперервне відведення частішії теплоти, що виділяється при згорянні палива, а також підтримує оптимальний тепловий режим роботи двигуна.

Система пуску призначена для надійного пуску двигуна у різних експлуатаційних умовах.

2.2. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ І ВИЗНАЧЕННЯ

Пальна суміш — суміш повітря з паливом у певній пропорції. Пальна суміш, яка заповнює циліндр і змішується з рештками продуктів згоряння, називається робочою сумішшю.

Верхня мертва точка (ВМТ) — положення поршня, при якому віддаль його від днища до осі колінчастого вала найбільша.

Нижня мертва точка (НМТ) — положення поршня, при якому віддаль від днища до осі колінчастого вала найменша (рис. 2.2.).

Шлях, який проходить поршень між мертвими точками називається ходом поршня S.

Об’єм камери стиску Vс — це об’єм над днищем, коли поршень перебуває у ВМТ.

Робочий об’єм Vр— це об’єм, що звільняє поршень при переміщенні від ВМТ до НМТ.

Повний об’єм циліндра — це сума об’ємів камери стиску й робочого об’єму:

Vа = Vс + Vр.

Відношення повного об’єму циліндра до об’єму камеристиску називається ступенем стиску.

Ступінь стиску показує, у скільки разів зменшується об’єм робочої суміші (або повітря) при переміщенні поршня від НМТ до ВМТ. У сучасних дизелях ступінь стиску становить 15…20, а в карбюраторних двигунах відповідно 6…9.

Сума робочих об’ємів всіх циліндрів двигуна називається літражем двигуна Vл.

Робочий цикл двигуна — сукупність послідовних процесів, починаючи з впуску пальної суміші або повітря, далі — стиску і згоряння, розширення та випуску відпрацьованих газів, які проходять у циліндрах та зумовлюють його роботу. Робочі цикли періодично повторюються в кожному циліндрі працюючого двигуна.

Частина робочого циклу, яка проходить за час переміщення поршня між мертвими точками, називається тактом.

Чотиритактними називаються такі двигуни, в яких робочий цикл відбувається за чотири ходи поршня — такти (два оберти колінчастого вала), двотактними — за два ходи (один оберт).

2.3. РОБОЧИЙ ПРОЦЕС ЧОТИРИТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ

Робочий цикл чотиритактного дизеля здійснюється так.

Впуск. Впускний клапан 4 (рис. 2.3, а) відкритий, а випускний 6 — закритий. Поршень 2 переміщується в циліндрі 3 від ВМТ до НМТ, створюючи в циліндрі розрідження. Під дією різниці тиску атмосферного повітря (0,1 МПа) і відпрацьованих газів у циліндрі (0,08-0,09 МПа) свіже повітря, пройшовши повітроочисник та впускну трубу, заповнює об’єм циліндра. В кінці такту температура повітря, яке нагрівається від деталей двигуна та відпрацьованих газів, підвищується до 30…50°С.

Стиск. Впускний і випускний клапани закриті (рис. 2.3, б). Поршень переміщується від НМТ до ВМТ. Повітря стискається, зменшуючись в об’ємі, і в кінці такту все повітря зосереджується в камері стиску. При цьому тиск повітря зростає до 3,5…4,0 МПа, а температура до 600…700°С. Чим більше стискається повітря, тим сильніше буде спалах після впорскування палива, відповідно зростатиме потужність двигуна і його економічність.

Наприкінці такту стиску в камеру згоряння із дуже стиснутим й нагрітим повітрям паливний насос високого тиску 1 впорскує через форсунку 5 дизельне, добре розпилене паливо, яке одразу ж спалахує.

Подача палива в камеру згоряння через форсунку починається за 15…30° повороту колінчастого вала до ВМТ. Це потрібно для забезпечення деякого інтервалу від початку самозаймання палива до повного згоряння робочої суміші, протягом якого тиск в камері згоряння зростає до 6,0…9,0 МПа, а температура підвищується до1800…2000°С. Максимальні значення тиску та температури спостерігаються в момент переміщення поршня у ВМТ.

Розширення (робочий хід). Впускний і випускний клапани закриті (рис. 2.3, в). Поршень під тиском розширених газів, що утворилися при згорянні робочої суміші, рухається від ВМТ до НМТ і через шатун 7 обертає колінчастий вал 8. Сила тиску газів на днище поршня досягає значної величини. При переміщенні поршня до НМТ тиск газів зменшується до 0,4…0,5 МПа, а температура знижується до 700…900°С.

Випуск. Впускний клапан закритий, випускний відкритий V (рис. 2.3,г). Поршень (за рахунок інерції маховика) рухається від НМТ до ВМТ і виштовхує відпрацьовані гази з циліндра через випускну грубу в атмосферу. В кінці такту тиск в циліндрі становить 0,11 …0,12 МПа, температура 400…500°С.

Після проходження поршня через ВМТ випускний клапан закривається, тобто, випуск закінчується. Потім знову починаєтьсявпуск і всі такти повторюються.

Таким чином, робочим є тільки такт розширення, а інші (впуск, стиск, випуск) допоміжні.