Общее устройство двигателей

Задние 3

Общее устройство двигателей

1 Пояснить принцип работы карбюраторного и дизельного двигателей, основные отличия

 

1 Пояснить принцип работы карбюраторного и дизельного двигателей, основные отличия

(Работающее на жидком топливе)

1.1 Карбюраторный двигатель 

1.1.1 Составляющие карбюраторного поршневого двигателя

• кривошипно-шатунный механизм;
• газораспределительный механизм;
• система питания;
• система выпуска отработавших газов;
• система зажигания;
• система охлаждения;
• система смазки.

1.1.2 Принцип работы на примере одноцилиндрового карбюраторного двигателя. Его устройство представлено на рисунке 1.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) «стакан» в «стакане»; б) поперечный разрез

1-головка цилиндра; 2-цилиндр; 3-поршень; 4-поршневые кольца; 5-поршневой палец; 6-шатун; 7-коленчатый вал; 8-маховик; 9-кривошип; 10-распределительный вал; 11-кулачок распределительного вала; 12-рычаг; 13-клапан; 14-свеча зажигания

Рисунок 1.1 – Одноцилиндровый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания 

В цилиндре (2) со съемной  головкой (1) находится поршень (3), в  специальные канавки справа и  слева помещены поршневые кольца (4). Кольца скользят по поверхности  цилиндра, не давая образующимся газам  вырваться вниз и препятствуя  попаданию наверх масла.

Поршневой палец (5) и шатун (6) соединяют поршень с кривошипом коленчатого вала (9). Он вращается  в подшипниках, которые расположены  в картере двигателя. На конце  коленчатого вала (7) укреплен маховик (8).

Когда кулачки распределительного вала (11) находят на рычаги (12), клапаны (13) открываются. При этом, через впускной клапан проходит горючая смесь (бензин и воздух), а через выпускной  выходят отработанные газы. Закрываются  клапаны под воздействием пружин, когда кулачки сбегают с рычагов. В движении коленчатый вал и кулачки  приводятся с помощью коленчатого  вала.

Свеча зажигания (14) расположена  в резьбовом отверстии головки  цилиндра (1). Между ее электродами  проскакивает искра и воспламеняет горючую смесь.

1.1.3 Показатели, которые используются для оценки двигателей (рисунок 1.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) поршень в нижней мертвой точке б) поршень в верхней мертвой точке

Рисунок 1.2 – Ход поршня и объемы цилиндра двигателя

ВМТ и НМТ – верхняя  и нижняя «мертвая» точка, соответственно. Эти показатели характеризуют положение  поршня, при котором он удален от оси коленчатого вала. S – ход поршня. Путь от одной «мертвой» точки до другой. Vс — объемом камеры сгорания. Это объем над поршнем, когда он находится в ВМТ. Vр — рабочий объем цилиндра. Тот объем, который освобождает поршень, перемещаясь от верхней «мертвой» точке к нижней. Vп – полный объем цилиндра. Показатель, который исчисляется  

суммированием объема камеры сгорания и рабочего объема цилиндра. При сложении рабочих объемов всех цилиндров мы получаем рабочий объем двигателя. Мы рассмотрели работу двигателя с одним цилиндром, но современные машиностроительные заводы выпускают двигатели с количеством цилиндров 4, 6, 8, 12.

1.1.4 Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Чтобы заставить вращаться  ведущие колеса автомобиля двигатель  должен пройти так называемый рабочий  цикл. Двигатель автомобиля совершает  этот цикл за четыре такта (схема представлена на рисунке 1.3):

• впуск горючей смеси;
• сжатие рабочей смеси;
• рабочий ход;
• выпуск отработавших газов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) впуск; б) сжатие; в) рабочий  ход; г) выпуск

Рисунок 1.3 – Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя

Первый такт – впуск  горючей смеси (рис. 1.3а). Клапан открывается, горючая смесь заполняет цилиндр, смешивается с остатками газов  и превращается в рабочую смесь.

Второй такт — сжатие рабочей смеси (рис. 1.3б). Клапаны  закрыты, следовательно, рабочая смесь  сжимается, температура газов повышается. Если оценить это в цифрах, то мы получим следующие величины: давлении в цилиндре составит 9-10 кг/см2, температура газов – 400оС.

Третий такт — рабочий  ход (рис. 1.3в). На этом этапе сгорает  рабочая смесь, в результате происходит выделение энергии, которая превращается в механическую работу. Расширяющиеся  газы создают давление на поршень, далее  через шатун и кривошип на коленчатый вал. Под силой давления коленчатый вал и ведущие колеса автомобиля начинают вращаться. 

Четвертый такт — выпуск отработавших газов (рис. 1.3г). Поршень  совершает движение от ВМТ к НМТ, при этом открывается выпускной  клапан, и отработанные газы выходят  из цилиндра.

Только в ходе третьего такта (рабочего хода) совершается полезная механическая работа. А первый, второй и четвертый – это подготовительные процессы.

1.2 Дизельный двигатель

1.2.1 Особенность работы

Главной особенностью работы дизельного двигателя является то, что топливо подается форсункой  или насос-форсункой непосредственно в цилиндр двигателя под большим давлением в конце такта сжатия. Необходимость подачи топлива под большим давлением обусловлена тем, что степень сжатия у таких двигателей в несколько раз больше, чем у карбюраторных. И так как давление и температура в цилиндре дизельного двигателя очень высоки, то происходит самовоспламенение топлива. А это означает, что искусственно поджигать смесь не надо. Поэтому у дизельных двигателей отсутствуют не только свечи, но и вся система зажигания.

1.2.2 Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя

Первый такт – впуск. Цилиндр  двигателя наполняется через  впускной клапан воздухом.

Второй такт – сжатие. Здесь идет подготовка к воспламенению  топлива. Поршень при движении от ВМТ к НМТ сжимает воздух, давление над поршнем становится равным 40 кг/см2, температура – более 500оС.

Третий такт — рабочий  ход. Дизельное топливо через  форсунку под давлением поступает  в камеру сгорания, где и происходит его воспламенение за счет высокой  температуры сжатого воздуха. Во время третьего такта давление в  цилиндре 100 кг/см2, а температура свыше 2000оС.

Четвертый такт – выпуск отработавших газов, Поршень от НМТ  совершает движение к ВМТ, выпускной  клапан открывается, отработанные газы выходят из цилиндра.

1.3 Основные отличия между  карбюраторным и дизельным двигателем

Главным отличием дизельных  двигателей от карбюраторных является отсутствие свечей и системы зажигания. Это связано с высоким давлением, под которым подается топливо  непосредственно в цилиндр при  помощи форсунки, и высокой температурой. Поэтому топливо воспламеняется само. Таким образом система зажигания не нужна. Для работы карбюраторных двигателей необходим бензин, для работы дизельных – дизельное топливо.

Размеры, масса и стоимость  дизельного двигателя значительно  больше бензинового за счет высоких  нагрузок на рабочие механизмы. Но есть неоспоримый плюс таких двигателей: меньший расход топлива; за счет отсутствие системы зажигания снижается вероятность лишних поломок.

В дизельном двигателе, нагрузки на все механизмы и детали значительно  больше, чем в карбюраторном бензиновом, и это закономерно приводит к  увеличению его массы, размеров и  стоимости. Однако дизельный двигатель  имеет и неоспоримые преимущества — меньший расход топлива, чем  у его карбюраторного «брата» (приблизительно на 30%).