Двигатель внутреннего сгорания

Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями, у которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу непосредственно в самом двигателе.

Преобразование химической энергии в тепловую и тепловой – в энергию движения поршня (механическую) происходит практически одновременно, непосредственно в цилиндре двигателя.

В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой.

Под влиянием давления поршень совершает поступательное движение, которое с помощью шатуна и кривошипа преобразуется во вращение коленчатого вала.

Четырехтактными называют двигатели, у которых один рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала. Схема работы четырехтактного двигателя без наддува представлена на рис.2.

Первый такт – впуск или всасывание горючей смеси – соответствует движению поршня вниз от В.М.Т. до Н.М.Т. За счет движения поршня создается разрежение (около 0,05 – 0,1 н/см2) и горючая смесь через открытый клапан «а» засасывается в цилиндр. Для достижения максимального наполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше положения поршня в В.М.Т. (точка 1) с определенным углом опережения и закрывается с некоторым углом запаздывания после Н.М.Т. (точка 2).

Второй такт – сжатие – соответствует движению поршня вверх от момента закрытия впускного клапана до момента прихода поршня в В.М.Т. Во время такта сжатия все клапаны находятся в закрытом положении.

Поршень сжимает находящуюся в цилиндре горючую смесь, в точке 3 подается искра в свече для воспламенения горючей смеси.

Третий такт – горение и расширение (рабочий ход) – соответствует движению поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. под давлением сгорающего топлива и расширяющихся продуктов сгорания. (от точки 4 до точки 5).

Четвертый такт – выпуск отработавших газов – осуществляется при ходе поршня вверх от Н.М.Т. к В.М.Т. Этот ход поршня происходит при открытом выпускном клапане «б». Для улучшения процесса выпуска клапан открывается несколько раньше Н.М.Т. (точка 5) и закрывается с некоторым запаздыванием (точка 6).

В дизель, в отличие от карбюраторного двигателя, при движении поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. засасывается через впускной клапан атмосферный воздух, на такте сжатия повышается давление и температура, при впрыске через форсунку топливо самовоспламеняется и сгорает, газы расширяясь давят на поршень, совершая рабочий ход, при движении поршня из Н.М.Т. к В.М.Т. через открытый выпускной клапан отработанные газы выталкиваются в атмосферу.

При дальнейшем движении поршня вниз начинается новый рабочий цикл, такты которого повторяются в перечисленной ранее последовательности.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя изображается диаграммами в виде замкнутой (рис. 3) и развернутой (рис. 4).

Исходные данные для кинематического и динамического (силового) анализа кривошипно-шатунного механизма представлена в таблице 1.

Обозначения

К – карбюраторный двигатель

Д – дизель

В.М.Т. – верхняя мертвая точка

Н.М.Т. – нижняя мертвая точка

Пведом – ведомый вал

Пд – частота вращения двигателя (ведущего вала), об/мин;

Пп – частота вращения промежуточного вала КПП, об/мин;

Пкпп – частота вращения выходного вала КПП, об/мин;

Пв – частота вращения ведомого вала главной передачи, об/мин;

R – радиус кривошипа, мм;

l - постоянная кривошипно-шатунного механизма;

l = R / L = 0,25

где L – длина шатуна, мм;

Р1, Р2, Р3, Р4 – давление газов в цилиндре двигателя, МПа; (см. Индикаторная диаграмма Рис. 3)

Z1 …. Z6 – число зубьев шестерен и колес в коробке перемен передач и в главной передаче;

Рш – сила, направленная по оси шатуна, Н; (см. рис. 5)

Рг – сила давления газов на поршень, Н;

Рн – сила, направленная перпендикулярно оси цилиндра, Н;

Рр – радиальная сила, действующая по радиусу кривошипа, Н;

Pт – тангенциальная сила, действующая по касательной к окружности

Исходные данные (l=0,25)

Таблица 1

Информация по теме:

Диаграмма фаз газораспределения для двигателя ВАЗ-2106 и ее действие
Клапаны открываются и закрываются с некоторым опережением или запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров горючей смесью и лучшей очистки от отработавших газов. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала по отношению к соответству ...

Понятие безопасности в автотранспортных средствах
Автотранспортное средство является объектом повышенной опасности. В настоящее время действует более 50 нормативно-технических документов по конструктивной безопасности автотранспортных средств, которая разделяется на 4 вида: активная, пассивная, послеаварийная и экологическая. При оценке автотрансп ...

Проектирование технологического процесса изготовления шатунов
Выбор метода получения заготовки Выбор материала заготовки В качестве материалов для шатунов используют конструкционные среднеуглеродистые стали 40, 50 с НВ 210-255 и легированные стали 45Г2, 18ХНМА, 18Х2Н4ВА, 40ХН2МА, 18Х2Н4МА с НВ 177 .350, а также высокопрочные чугуны и титановые сплавы. В данно ...