Робота поршневих двигунів внутрішнього згоряння заснована на використанні сили тиску газів при розширенні їх внаслідок нагріву всередині циліндра. Нагріваються гази від згоряння в циліндрі рідкого або газоподібного палива, змішаного з повітрям, причому з метою кращого перемішування рідкого палива з повітрям його ретельно розпилюють і по можливості випаровують.
Гази, нагріті при цьому, прагнучи розширитися, тиснуть на стінки камери згоряння і циліндра, а також на днище поршня. Поршень під дією тиску газів рухається до н.м.т. і через шатун передає сприймається їм тиск газів колінчастого валу, повідомляючи останньому обертальний рух.
Так в циліндрі двигуна відбуваються два основних процеси: згоряння суміші і розширення продуктів згоряння, внаслідок чого хімічна енергія палива перетворюється в теплову, потім частково в механічну енергію. Для забезпечення безперервної роботи двигуна в його циліндри повинні періодично надходити все нові і нові порції повітря і палива, а продукти згоряння відповідно віддалятися. Для цього в конструкції двигуна передбачають механізми, що дозволяють здійснювати допоміжні процеси, пов'язані зі зміною робочого тіла в циліндрах.
У двигуні (див. Рис. 1) впуск суміші повітря з паливом і випуск відпрацьованих газів, т. Е. Зміна робочого тіла в циліндрі, здійснюється за допомогою клапанів, керованих спеціальним механізмом газорозподілу, кінематично пов'язаних з колінчастим валом. Спільна робота кривошипно-шатунного механізму і механізму газорозподілу дозволяють здійснювати необхідну для безперервної дії двигунів послідовність в чергуванні комплексу основних і допоміжних процесів в кожному циліндрі.
Сукупність послідовних процесів, що періодично повторюються в кожному циліндрі двигуна і обумовлюють безперервну його роботу, називається робочим циклом.
Робочий цикл в поршневих двигунах внутрішнього згоряння складається з п'яти процесів: впускання, стиснення, згорання, розширення і випуску. У двигуні робочий цикл може бути здійснений за такою широко застосовується схемою:
1. В процесі впуску поршень переміщається від в.м.т. до н.м.т., а звільняє надпоршневу порожнину циліндра заповнюється сумішшю повітря з паливом, званої горючою сумішшю. Горюча суміш надходить (засмоктується) в циліндр двигуна через що відкривається до цього часу клапан.
Горюча суміш і продукти згоряння, завжди залишаються в обсязі камери стиснення від попереднього циклу, змішуючись між собою, утворюють робочу суміш. Ретельно приготована робоча суміш підвищує ефективність згоряння палива, тому її підготовці приділяється велика увага у всіх типах поршневих двигунів.
Кількість горючої суміші, що надходить в циліндр за один робочий цикл, називається свіжим зарядом, а продукти згоряння, що залишаються в циліндрі до моменту надходження в нього свіжого заряду - залишковими газами.
Щоб підвищити ефективність роботи двигуна, прагнуть збільшити абсолютну величину свіжого заряду і його вагову частку в робочій суміші.
2. У процесі стиснення обидва клапана закриті і поршень, переміщаючись від н.м.т. кв.м.т. і зменшуючи обсяг надпоршневій порожнини, стискає робочу суміш (в загальному випадку робоче тіло). Стиснення робочого тіла прискорює процес згоряння і цим зумовлює можливу повноту використання тепла, що виділяється при спалюванні палива в циліндрі.
Двигуни внутрішнього згоряння будуються з можливо більшим ступенем стиснення, яка у випадках примусового запалювання суміші досягає значення 10-12, а при використанні принципу самозаймання палива вибирається в межах 14-22.
3. У процесі згоряння відбувається окислення палива киснем повітря, що входить до складу робочої суміші, внаслідок чого тиск в надпоршневій порожнини різко зростає.
У розглянутій схемі робоча суміш в потрібний момент поблизу в.м.т. підпалюється від стороннього джерела за допомогою електричної іскри високої напруги (близько 15 кв). Для подачі іскри в циліндр служить свічка запалювання, яка ввертається в головку циліндра.
Для двигунів із запалюванням палива від тепла, що виділяється від попередньо стисненого повітря, запальний свічка не потрібна. Такі двигуни забезпечуються спеціальною форсункою, через яку в потрібний момент в циліндр впорскується паливо під тиском в 100 ÷ 300 кг / см2 (≈ 10-30 Мн / м2) і більш.
4. У процесі розширення розпечені гази, прагнучи розширитися, переміщають поршень від в.м.т. до н.м.т. Здійснюється робочий хід поршня, який через шатун передає тиск на шатунних шийку колінчастого вала і провертає його.
5. У процесі випуску поршень переміщається від н.м.т. до в.м.т. і через другий відкривається до цього часу клапан, виштовхує відпрацьовані гази з циліндра. Відпрацьовані гази залишаються тільки в обсязі камери згоряння, звідки їх не можна витіснити поршнем. Безперервність роботи двигуна забезпечується наступним повторенням робочих циклів.
Процеси, пов'язані з підготовкою робочої суміші до спалювання її в циліндрі, а також звільненням циліндра від продуктів згоряння, в одноциліндрових двигунах здійснюються рухом поршня за рахунок енергії маховика, яку він накопичує в процесі робочого ходу.
У багатоциліндрових двигунах допоміжні ходи кожного з циліндрів виконуються за рахунок роботи інших (сусідніх) циліндрів. Тому ці двигуни в принципі можуть працювати без маховика.
Для зручності вивчення робочий цикл різних двигунів розчленовують на процеси або, навпаки, групують процеси робочого циклу з урахуванням положення поршня щодо мертвих точок в циліндрі. Це дозволяє всі процеси в поршневих двигунах розглядати в залежності від переміщення поршня, що більш зручно.
Частина робочого циклу, що здійснюється в інтервалі переміщення поршня між двома суміжними мертвими точками, називається тактом.
Такту, а отже, і відповідного ходу поршня присвоюється назва процесу, який є основним при даному переміщенні поршня між двома його мертвими точками (положеннями).
У двигуні кожному такту (ходу поршня) відповідають, наприклад, цілком певні основні для них процеси: впуск, стиснення, розширення, випуск. Тому в таких двигунах розрізняють такти: впускання, стиснення, розширення і випуску. Кожне з цих чотирьох назв відповідно присвоюється ходам поршня.
У будь-яких поршневих двигунах внутрішнього згоряння робочий цикл складається з розглянутих вище п'яти процесів по розібраної вище схемою за чотири ходи поршня або всього за два ходи поршня. Відповідно до цього поршневі двигуни підрозділяють на дво- і чотиритактні.
Особливості протікання робочих циклів в різних дво- і чотиритактних двигунах будуть детально розглянуті після ознайомлення з застосовуваними в них паливами і принципами приготування робочої суміші.
Джерело: Райков І.Я., Ритвінскій Г.Н. Двигуни внутрішнього згоряння, 1971 p
Newer news items:
Older news items: