Принцип роботи чотиритактного двигуна внутрішнього згоряння.
Чотиритактний двигун (рис. 39,4) має наступні механізми та системи: кривошипно-шатунний механізм, механізм газорозподілу, систему змащення, систему охолодження, систему харчування і двигуни легкого палива, систему запалювання.
Кривошипно-шатунний механізм перетворює прямолінійний (зворотно-поступальний) рух поршня в обертальний рух колінчастого вала. У кривошипно-шатунний механізм входять наступні деталі: циліндр з головкою, поршень з поршневими кільцями, поршневий палець, шатун, колінчастий вал, картер двигуна, маховик.
Механізм газорозподілу служить для впуску в камеру циліндра горючої суміші і випуску з неї відпрацьованих газів. У розподільний механізм входять два клапана, розташованих у верхній частині циліндра, що направляє втулка клапана, пружина клапана, наполеглива шайба, розподільний вал з шестерним або ланцюговим приводом, деталі передачі від розподільного вала до клапанів.
Система змащення забезпечує подачу масла до деталей, що труться двигуна, ніж зменшує їх знос і силу тертя, а також охолоджує тертьові поверхні деталей і виносить продукти зносу. У систему мастила входять наступні деталі: масляний резервуар, масляний насос, масляні фільтри тонкого і грубого очищення, маслоохолоджувачі, мастилопроводи і редукційні клапани.
Сума всіх робочих об'ємів циліндрів двигуна є робочий об'єм, або літраж, двигуна.
Система охолодження забирає зайве тепло від стінок Циліндра і поршня, сильно нагріваються при роботі двигуна.
Мал. 39. А - Схема одноциліндрового чотиритактного двигуна: 1-Шестерні розподілу; 2 Розподільчий вал; 3-Штовхачі; 4 - Карбюратор; 5-Впускная труба; 6 Випускна труба; 7-Впускний клапан; в -Випускной клапан; 9-Запальна свічка; 10 Циліндр; II-Головка циліндра; 12- Поршень; 13- поршневий палець; 14-Шатун; 15 Водяний насос; 16- Верхня частина картера; 17-Маховик; 18-Колінчастий вал; 19-Маслопровод; 20 Нижня половина картера (піддон); 21-Масляний насос;
Мал. 39. Б - робочий процес 4-тактного двигуна
Система харчування готує робочу суміш одного і того ж складу на всіх режимах роботи двигуна. Система запалювання своєчасно запалює робочу суміш в циліндрі за допомогою електричної іскри.
Робочий цикл чотиритактного двигуна (рис. 39, Б) складається з послідовно повторюваних процесів. В замкнутий простір камери циліндра при русі поршня вниз засмоктується робоча суміш, що складається з парів бензину і повітря, - 1-й такт. При русі поршня вгору суміш ущільнюється (стискається) -2-й такт, далі суміш запалюється і згорає; утворюється висока температура і великий тиск, під впливом якого поршень рухається вниз і через шатун обертає колінчастий вал - 3-й такт. Що залишилися в циліндрі відпрацьовані гази при подальшому русі поршня від низу до верху виштовхуються з камери циліндра в атмосферу - 4-й такт. Потім весь процес багаторазово повторюється, забезпечуючи безперервну роботу двигуна.
Мал. 40. Основні положення поршня (а) і визначення обсягів циліндра (б)
Крайнє верхнє положення поршня називається верхньою мертвою точкою (ВМТ), крайнє нижнє положення поршня - нижньої мертвої точкою (НМТ). "Моментом мертвої точки" називається такий стан поршня, при якому шатун і коліно валу витягнуті по одній прямій лінії (рис. 40, а). Відстань від ВМТ до НМТ прийнято називати ходом поршня. Процес, що відбувається в циліндрі за один хід поршня, називається тактом. При знаходженні поршня в ВМТ обсяг стає мінімальним і називається об'ємом камери стиснення. Обсяг, описуваний поршнем під час його ходу, називається робочим об'ємом циліндра (рис. 40,6). Сума робочого об'єму циліндра і об'єм камери стиснення є повний обсяг циліндра.
Ставлення повного обсягу циліндра до об'єму камери стиснення є ступінь стиснення (рис. 40,6) *. Ступінь стиснення показує, у скільки разів стискається засмоктало поршнем в циліндр робоча суміш. Підвищення ступеня стиснення підвищує потужність і призводить до більш економічною роботі двигуна. У карбюраторних двигунах ступінь стиснення робочої суміші коливається в межах від 5,0 до 9,0.
Під час такту впуску камера циліндра заповнюється горючою сумішшю (див. Рис. 39,5 - /). Поршень рухається від ВМТ до НМТ; завдяки збільшенню обсягу над поршнем створюється розрідження; в цей час кулачок розподільного вала піднімає впускний клапан, поєднуючи камеру циліндра через впускний трубопровід з карбюратором. Під впливом розрідження горюча суміш починає надходити в циліндр до моменту закриття впускного клапана. Поступила в циліндр горюча суміш змішується в циліндрі із залишками відпрацьованих газів, що залишилися від попереднього циклу; вийшла суміш називається робочою сумішшю. Ступінь наповнення циліндра визначається коефіцієнтом наповнення, який являє собою відношення ваги фактично засмоктало в циліндр суміші до ваги суміші в об'ємі, рівному робочому об'єму циліндра. Для сучасних безкомпресорних двигунів коефіцієнт наповнення коливається від 0,75 до 0,85 через наявність опору в трубопроводах, обмеженого діаметра впускних отворів і інших причин. Тиск в кінці такту впуску дорівнює приблизно 0,7-0,8 кг / см2. Температура робочої суміші в циліндрі коливається від 90 до 130 °.
Під час такту стиснення поршень йде від НМТ до ВМТ, т. Е. Рухається вгору (рис. 39 5 11). Обидва клапана закриті, обсяг під поршнем зменшується, робоча суміш стискається. Чим більше ступінь стиснення, тим сильніше стискається робоча суміш і тим вище тиск газів на поршень при згорянні. Надмірно висока ступінь стиснення може привести до детонаційного самозаймання робочої суміші і порушення протікання нормального її згоряння в циліндрі двигуна; це призводить до різкого підвищення тиску газів в циліндрі і стукам двигуна, а несвоєчасне її займання - до зниження потужності і перегріву двигуна. При високих ступенях стиснення в двигунах застосовується паливо, що має хорошими антидетонаційними властивостями (з великим октановим числом). Тиск суміші наприкінці такту стиснення досягає 7-9 кг / см'2, а температура - близько 300 °.
Для чищення поршнів від нагару і деталей ДВС застосовують миючі засоби "Фаворит Ультра" . Замовити і купити широкий асортимент миючих засобів Фаворит Ультра можна на сайті www.matrixplus.ru з доставкою в будь-яке місто.
При робочому ході (рис. 39, Б-III) поршень під впливом тиску, що розвинувся в циліндрі при згорянні робочої суміші, рухається від ВМТ до НМТ. В кінці такту стиснення, коли поршень знаходиться в ВМТ, в циліндр на свічку подається висока напруга, між її контактами проскакує іскра, підпалює робочу суміш. Обидва клапана при цьому такті закриті. Суміш згорає дуже швидко, виділяючи велику кількість тепла, що призводить до сильного розширення газів і появі високого тиску в циліндрі близько 30-40 кг / см2. Потім поршень з великою силою переміщається до НМТ і через шатун обертає колінчастий вал.
Температура газів в циліндрі на початку робочого ходу дорівнює 1800-2000 °. В кінці робочого ходу тиск в циліндрі падає до 3-4 кг / см1'2, а температура знижується до 1100- 800 °.
Такт випуску (рис. 39, Б-IV) призначений для очищення камери циліндра від відпрацьованих газів. Очищення циліндра відбувається за рахунок енергії, отриманої маховиком при такті робочого ходу. Поршень рухається від НМТ до ВМТ, кулачок розподільного вала в цей момент відкриває випускний клапан, і відпрацьовані гази виштовхуються в атмосферу. Пол: ністю видалити з циліндра відпрацьовані гази неможливо. Тиск при такті випуску в циліндрі коливається від 1Д до 1,3 кг / см2, температура газів дорівнює 700-800 °.
Робочий цикл чотиритактного дизеля складається з тих же чотирьох тактів, що і у карбюраторного двигуна, т. Е. З впуску, стиснення, робочого ходу і випуску. Робочий процес дизеля показаний на рис. 41.
При такті впуску поршень рухається від ВМТ до НМТ. Впуск: ної клапан відкритий, і в циліндр засмоктується чисте повітря. Процес в дизелі відрізняється від процесу в карбюраторному двигуні, де під час такту впуску в циліндр засмоктується готова горюча суміш.
При такті стиснення поршень рухається від НМТ до ВМТ і обидва клапани закриті. Повітря в циліндрі стискається в 14-18 разів, т. Е. Ступінь стиснення складає в дизелі 14-18. Тиск в циліндрі наприкінці такту стиснення зростає до 34-38 кг / см2, а температура стисненого повітря досягає 600-700 ° С. Висока температура повітря в кінці такту стиснення допустима, так як стискається тільки повітря і небезпека виникнення детонаційного згоряння суміші відсутня. Високий ступінь стиснення дизелів забезпечує їх головна перевага, що полягає у високій економічності і підвищення ККД до 35-40% використання теплової енергії палива.
Мал. 41. Робочий цикл чотиритактного дизеля: 1-форсунка; 2-паливний насос
В кінці такту стиснення, коли поршень знаходиться близько ВМТ, в циліндр дизеля з форсунки під дуже великим тиском всприсківают паливо, дрібно розпорошені частки якого, стикаючись з повітрям, нагрітим до 600-700 °, швидко згорають, виділяючи при цьому велику кількість тепла. Температура згоряння суміші близько 1800-2000 °, тиск порядку 50- 60 кг / см2 і вище. Під впливом тиску поршень рухається від ВМТ до НМТ. Обидва клапана при цьому закриті.
При такті випуску поршень рухається від НМТ до ВМТ, випускний клапан відкритий; своїм рухом поршень через відкритий отвір випуску виштовхує в атмосферу відпрацьовані гази з циліндра.
У чотиритактному двигуні впуск, стиск і випуск є підготовчими тактами до скоєння робочого процесу. Для здійснення цих тактів до колінчастого валу треба докласти вращающее зусилля двигуна ззовні. Для виконання підготовчих тактів на колінчастому валу двигуна встановлюється маховик (рис. 39, а, 17). Маховик є важкий чавунний диск, який, маючи значну вагу, накопичує енергію, достатню для того, щоб обертати колінчастий вал двигуна і переміщати поршень в циліндрі двигуна під час підготовчих тактів, т. Е. За півтора обороту під час робочого циклу. Наявність маховика на колінчастому валу двигуна приводить до рівномірного обертання колінчастого вала і сприяє переведенню поршнів через положення мертвих точок. У одноциліндровий двигун в момент спалаху робочої суміші в циліндрі напроти картеру передаються сильні поштовхи і колінчастий вал, незважаючи на наявність маховика, обертається нерівномірно. Щоб уникнути цього і отримати рівномірну роботу двигуна, його роблять багатоциліндрові.
Читати про основи пристрій катерних двигунів водних суден ...
