Двс. Основные понятия и техническое устройство
Двигатель внутреннего сгорания - тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. Первый практически пригодный газовый ДВС был сконструирован французским механиком Э. Ленуаром в 1860 году.
И
выглядел вот так…
В 1876 немецкий изобретатель Н. Отто построил более совершенный четырёхтактный газовый ДВС.
В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель.
В 1897 немецкий инженер Р. Дизель, работая над повышением эффективности ДВС предложил двигатель с воспламенением от сжатия.
Основные детали простейшего ДВС
Ц
илиндр.
Поршень.
Камера сгорания.
Шатун.
Коленчатый вал.
Впускной канал.
Выпускной клапан.
Впускной распределительный вал.
Выпускной канал.
Выпускной клапан.
Выпускной распределительный вал.
Свеча зажигания.
Топливная форсунка (не показана).
Маховик двигателя (не показан).
1. Цилиндр – основа двигателя, именно в нём происходит процесс сгорания топлива, цилиндр является направляющим элементом для движения поршня.
2. Поршень – деталь, перемещающаяся в цилиндре под воздействием расширяющихся газов или под воздействием кривошипно-шатунного механизма. Условно примем, что скользящее соединение, между поршнем и стенками цилиндра абсолютно герметично, то есть, никакие газы не могут просочиться через это соединение.
3. Камера сгорания – пространство над поршнем, когда поршень находится в самой верхней точке своего хода (ВМТ).
4. Шатун – это стержень, передающий усилие от поршня к кривошипу коленчатого вала и, наоборот, от коленчатого вала к поршню.
5. Коленчатый вал – служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, именно такое движение наиболее удобно для использования.
6. Впускной канал – канал, по которому топливовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя.
7. Впускной клапан – соединяет впускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя.
8. Впускной распределительный вал – открывает и закрывает впускной клапан в нужное время.
9. Выпускной канал – канал, по которому отработавшие газы выводятся из двигателя в атмосферу.
10. Выпускной клапан – соединяет выпускной канал с цилиндром двигателя. Условно принимаем, что в закрытом состоянии клапан полностью герметичен, а в открытом состоянии он не оказывает сопротивление проходу отработавших газов из цилиндра двигателя.
11. Выпускной распределительный вал – открывает и закрывает выпускной клапан в нужное время.
12. Свеча зажигания – служит для воспламенения сжатой топливовоздушной смеси в необходимое время.
13. Топливная форсунка – служит для распыления топлива в воздухе, поступающем в цилиндр двигателя.
14. Маховик двигателя – служит для необходимого перемещения поршня за счёт сил инерции во время всех тактов, кроме рабочего.
Основные понятия строения двигателя
1. Верхняя мёртвая точка (ВМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вверх цилиндра на движение вниз.
2. Нижняя мёртвая точка (НМТ) – точка в которой поршень останавливается при изменении направления своего движения вниз цилиндра на движение вверх.
3. Ход поршня – расстояние, проходимое поршнем при перемещении от ВМТ к НМТ или наоборот.
4. Такт двигателя – перемещение поршня от одной мёртвой точки к другой. Во время каждого такта коленчатый вал двигателя совершает половину оборота (180º).
5. Цикл – периодичное повторение четырёх тактов двигателя во время работы. Полный цикл двигателя состоит из четырёх тактов и совершается за два полных оборота коленчатого вала (720º).
6. Радиус кривошипа. Расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала. Коренными называются шейки коленчатого вала, в которых вал вращается в блоке цилиндров двигателя. Шатунными называются шейки, к которым подсоединены шатуны поршней. Для образования кривошипа ось коренных шеек смещена относительно оси шатунных шеек. Радиус кривошипа является очень важным конструкционным параметром двигателя. Изменяя радиус кривошипа, можно подобрать необходимое соотношение между крутящим моментом и максимальными оборотами двигателя, при неизменном объёме цилиндра. (Обычно измеряется в миллиметрах).
7. Ход поршня: Ход поршня, то есть расстояние между НМТ и ВМТ, равен удвоенной величине радиуса кривошипа.
8. Диаметр цилиндра: Это диаметр внутреннего отверстия цилиндра. Условно принимаем, что диаметр поршня равен диаметру цилиндра. (Обычно измеряется в миллиметрах)
9. Рабочий объём цилиндра: Рабочим объёмом цилиндра называется объём, вытесняемый поршнем при перемещении от НМТ к ВМТ. (Обычно измеряется в кубических сантиметрах (см³) или литрах.) Рабочий объём цилиндра равен произведению хода поршня на площадь днища поршня.
10. Объём камеры сгорания. Это объем пространства, находящегося над поршнем, во время нахождения поршня в ВМТ. (Обычно измеряется в кубических сантиметрах.) Камера сгорания большинства двигателей имеет сложную форму, поэтому определить её точный объём расчётным методом сложно. Для определения объёма камеры сгорания применяются различные методы прямого измерения.
11. Полный объём цилиндра. Это сумма объёма камеры сгорания и рабочего объёма цилиндра. (Обычно измеряется в кубических сантиметрах или литрах.) Полный объём многоцилиндрового двигателя равен полному объёму одного цилиндра умноженному на количество цилиндров двигателя.
12. Степень сжатия. Это соотношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сгорания. Другими словами это соотношение объёма цилиндра в сумме с объёмом камеры сгорания, когда поршень находится НМТ к объёму пространства, расположенному над поршнем, когда поршень находится в положении ВМТ. (Безразмерная единица)
13. Соотношение диаметра цилиндра к величине хода поршня: Является очень важным параметром при конструировании двигателя внутреннего сгорания. Двигатели, в которых ход поршня больше диаметра цилиндра называются длинноходными, двигатели, в которых ход поршня меньше диаметра цилиндра, называются короткоходными.
14. Мощность двигателя. Измеряется в киловаттах (кВт) или в старых, для некоторых более привычных единицах измерения, лошадиных силах (л.с.)
15. Крутящий момент. Измеряется в ньютонах на метр (Н•м).
16. Удельная литровая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к рабочему объёму цилиндров двигателя (кВт/литр)
17. Удельная весовая мощность. Измеряется отношением максимальной мощности двигателя к весу двигателя (кВт/Кг).
18. Топливная эффективность. Измеряется массой топлива, которое необходимо потратить на выработку мощности в один киловатт в течение часа (гр/кВт*час)
19. Скорость вращения. В автомобилестроении, как и во многих других областях техники, скорость (частота) вращения коленчатого вала измеряется в оборотах в минуту (об/мин).
Классификация ДВС
По способу осуществления газообмена:
четырёхтактные
двухтактные
В четырёхтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за четыре хода поршня, что соответствует двум оборотам коленчатого вала.
В двухтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за два такта, что соответствует двум ходам поршня от одного крайнего положения до другого, или одному обороту коленчатого вала.
Принцип работы четырёхтактного двигателя
1 - Такт впуска (поступления топливовоздушной смеси в цилиндр).
Под воздействием внешнего усилия (стартёра двигателя, заводной ручки или инерции маховика), передаваемого поршню шатуном, поршень перемещается от ВМТ к НМТ. Поскольку соединение между поршнем и цилиндром полностью герметично, в пространстве над поршнем образуется пониженное давление (разрежение). Под воздействием атмосферного давления воздух через впускной канал, и открытый впускной клапан, начинает поступать в цилиндр двигателя. В это время топливная форсунка распыляет в поступающем воздухе необходимое количество топлива, в результате чего в цилиндр поступает горючая топливовоздушная смесь.
При достижении поршнем НМТ впускной клапан закрывается.
Такт 2. Сжатие.
Под воздействием внешнего усилия поршень перемещается из НМТ к ВМТ. При этом в цилиндре происходит сжатие топливовоздушной смеси. По окончании такта сжатия, когда поршень встаёт в положении ВМТ, вся топливовоздушная смесь находится в сжатом состоянии в камере сгорания. В это время свеча зажигания при помощи электрической искры воспламеняет сжатую топливовоздушную смесь. В дизельном двигателе в камеру сгорания при помощи топливной форсунки впрыскивается мелко распылённое топливо. В результате чего в обоих случаях происходит воспламенение смеси.
Такт 3. Рабочий ход.
При сгорании топливовоздушной смеси в цилиндре резко поднимается температура и, главное, давление. Это давление равномерно давит во все стороны, но стенки камеры сгорания и цилиндра рассчитаны на это давление. А вод давление, оказываемое расширяющимися газами на поршень, днище которого является нижней частью камеры сгорания, заставляет поршень перемещаться вниз от ВМТ к НМТ. Это усилие через шатун передаётся на кривошип коленчатого вала, который преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение.
При достижении поршнем НМТ открывается выпускной клапан.
Такт 4. Выпуск.
Под воздействием внешнего усилия, передаваемого на поршень через шатун, поршень перемещается из положения НМТ в положение ВМТ. Во время этого перемещения поршень вытесняет из цилиндра отработавшие газы через открытый выпускной клапан в выпускной канал и далее в атмосферу.