Глава 3

ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

§ 1. Классификация двигателей тракторов и автомобилей

На отечественных тракторах и автомобилях установлены поршне- вые двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели классифицируют по следующим основным признакам.

1. По способу воспламенения горючей смеси¹: двигатели с воспла- менением от сжатия (дизели) и двигатели с принудительным воспламе- нением горючей смеси от электрической искры (карбюраторные и газовые).

2. По способу смесеобразования: двигатели с внешним смесеобразо- ванием (карбюраторные и газовые) и с внутренним смесеобразованием (дизели).

3. По способу осуществления рабочего процесса: четырехтактные и двухтактные двигатели.

4. По виду применяемого топлива: двигатели жидкого топлива, ра- ботающие на бензине и дизельном топливе, и двигатели газообразного топлива, работающие на сжатом или сжиженном газе.

5. По числу цилиндров: двигатели одноцилиндровые и многоцилинд- ровые (двух-, четырех- шестицилиндровые и т. д.).

6. По расположению цилиндров: однорядные, или линейные, двига- тели (цилиндры расположены в один ряд) и двухрядные, или так назы- ваемые V-образные (два ряда цилиндров размещены под углом друг к

Другу) •

На тракторах, автомобилях большой грузоподъемности в качестве двигателей применяются главным образом четырехтактные многоцилин- дровые дизели, а на автомобилях — легковых, малой и средней грузо- подъемности— четырехтактные многоцилиндровые карбюраторные дви- гатели.

§ 2. Основные механизмы и системы двигателей

анутреннего сгорания

Поршневой двигатель внутреннего сгорания представляет собой со- вокупность механизмов и систем, выполняющих определенные функции.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования пря- молинейного возвратно-поступательного движения поршня во враща- тельное движение коленчатого вала. Он состоит из цилинра 13 (рис. 11), поршня 15 с кольцами, поршневого пальца 16, шатуна 17, коленчатого вала 19 и маховика 18. Сверху цилиндр закрыт головкой 12.

Механизм газораспределения предназначен для впуска в цилиндр горючей смеси или воздуха и выпуска из цилиндра отработавших газов. Он состоит из распределительного вала 2, шестерен 1 для привода рас- пределительного вала, толкателей 3, клапанов 8 и 11, пружин 4.

Объем V₀ над поршнем, когда поршень находится в в. м. т., назы- вается объемом пространства сжатия (камера сжатия).

Сумма объема пространства сжатия и рабочего объема цилиндра т. е. объем V_a над поршнем, когда он находится в н. м. т., называется полным объемом цилиндра:

V^v_h + v₀. (3)

Литражом двигателя У_л называется сумма рабочих объемов всех его цилиндров, выраженная в литрах:

У_а=Ю ~³V_hi, (4)

где Vh — рабочий объем одного цилиндра, м³; i — число цилиндров двигателя.

Отношение полного объема цилиндра к объему пространства сжа- тия называется степенью сжатия:

1.

(5)

Va _V_h + Vс_ V_h Ус Fc Fc

Таким образом, степень сжатия е — это отвлеченное число, показы- вающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема прост- ранства сжатия.

Во время работы двигателя внутреннего сгорания в его цилиндре происходит периодически повторяющийся ряд процессов, изменяющих состояние рабочего тела (газа).

Комплекс последовательных процессов (впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск), периодически повторяющийся в каждом цилинд- ре и обусловливающий работу двигателя, называется рабочим циклом двигателя.

Часть рабочего цикла, происходящая за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, называется тактом.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, или за два оборота коленчатого вала, называются четырехтакт- ными, а те, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня, или за один оборот коленчатого вала, — двухтактными.

Работа двигателя за один цикл определяется по индикаторной диаг- рамме, которая представляет собой график зависимости давления газа

в цилиндре от объема, изменяющегося при пе- ремещении поршня (координаты р—V). Ин- дикаторная диаграмма может быть построе- на расчетным путем или снята на работающем двигателе специальным прибором — индика- тором.

Циклы двигателей внутреннего сгорания различают по способу подвода теплоты:

1. цикл с подводом теплоты при постоян- ном объеме;

2. цикл с подводом теплоты при постоян- ном давлении;

3. цикл со смешанным подводом теплоты (часть теплоты подводится при постоянном объеме, а остальное количество — при посто- янном давлении).

В двигателях внутреннего сгорания отече- ственных тракторов и автомобилей использу- ются цикл с подводом теплоты при постоян- ном объеме (карбюраторные двигатели) или смешанный цикл (бескомпрессорные дизели). Рис. 12. Основные разме- Рассмотрим, как протекают эти циклы в

ры двигателя. одноцилиндровом двигателе.

В начале такта впуска над поршнем в объеме пространства сжатия находятся отработавшие газы, оставшиеся от предыдущего цикла. Горю- чая смесь, заполняя цилиндр, перемешивается с остаточными газами и образует рабочую смесь.

В такте впуска изменение объема и соответствующего ему давления показано на индикаторной диаграмме (рис. 14), кривой впуска га, рас- положенной ниже линии атмосферного давления.

2. Такт сжатия. При дальнейшем вращении коленчатого вала 10 (рис. 13,6) поршень движения от н. м. т. к в. м. т. В это время впуск- ной 6 и выпускной 3 клапаны закрыты, поэтому поршень сжимает нахо- дящуюся в цилиндре рабочую смесь. Кривая ас на индикаторной диаг- рамме (рис. 14) иллюстрирует изменение давления в зависимости от уменьшения объема при сжатии рабочей смеси. Во время такта сжатия составные части рабочей смеси хорошо перемешиваются п нагреваются. В конце такта сжатия м«жду электродами свечи зажигания 5 (рис. 13,6) происходит электрический разряд, и рабочая смесь воспламеняется. Вы- деление теплоты при сгорании топлива вызывает резкое повышение давления и температуры газов (продуктов сгорания), образующихся в цилиндре. Кривая сг на индикаторной диаграмме (рис. 14) показывает нарастание давления в цилиндре при сгорании смеси.

3. Такт расширения. Оба клапана закрыты. Под давлением газов поршень перемещается от в. м. т. к н. м. т. (рис. 13, б). Шатун 9 преоб- разует это движение во вращательное движение коленчатого вала. Та- ким образом, при расширении газов совершается полезная работа. Кривая zb на рисунке 14 отображает изменение давления газов в такте расширения.

4. Такт выпуска. Когда поршень подходит к н. м. т., открывается выпускной клапан 3 и отработавшие газы, имеющие избыточное давле- ние, начинают выходить из цилиндра в атмосферу через выпускную трубу 2. Далее поршень движется от н. м.т. к в.м.т. (рис. 13, г) и вы-