Принцип действия поршневого ДВС.

Эти двигатели основаны на преобразовании энергии сгораемых газов в механическую энергию движущихся частей.

Поршневой двигатель – комплекс механизмов и систем, включающий в себя 2 механизма – кривошипно-шатунный (КШМ) и газораспределительный ГРМ, и 4 системы – охлаждения, смазки, питания и зажигания (на ДВС с принудительным воспламенением).

Основные размерные параметры двигателя – ВМТ, НМТ, диаметр цилиндра D, ход поршня h, объем камеры сгорания V_с, рабочий объем V_h, и полный объем V_ц.

ВМТ (верхняя мертвая точка) - положение поршня в цилиндре при максимальном удалении от оси двигателя.

НМТ (нижняя мертвая точка) – соответственно при минимальном удалении.

Объем камеры сгорания – объем цилиндра над поршнем при его положении в ВМТ.

Рабочий объем – объем освобожденный поршнем при его перемещении из ВМТ в НМТ.

Полный объем – объем цилиндра над поршнем, когда он находится в НМТ.

Степень сжатия – отношение полного объема к объему камеры сгорания.

 

Рабочий цикл ДВС.

Это ряд последовательных процессов периодически повторяющихся в каждом цилиндре и обуславливающих работу двигателя.

Такт – часть рабочего цикла, совершаемая между 2-мя мертвыми точками, т.е. за пол-оборота коленвала.

Рабочий цикл может состоять из 2-х или 4-х тактов. Такты рабочего цикла бензинового 4-хтактного карбюраторного двигателя (впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск):

Сжатие – давление 7-12 кг/см², температура 300-350°С;

Рабочий ход – давление 30-40 кг/см², температура 1900-2200°С;

Выпуск – давление 3,5-5 кг/см², температура 1000-1200°С;

Впуск – давление 0,7-0,95 кг/см², температура 80-135°С.

Паразитные такты совершаются за счет махового момента, создаваемого маховиком, установленном на коленвале. Момент инерции маховика обеспечивает выведение поршней из мертвых точек.

Рабочий цикл 2-хтактного бензинового двигателя.

Конструктивные особенности 2-хтактного двигателя отсутствие клапанного ГРМ, газораспределение через окно в цилиндре, перекрываемые в нужный момент поршнем.

1-й такт – движение поршня от НМТ к ВМТ.

Окно 1 перекрывается и идет сжатие, в картере 4 создается разряжение, открывается впускное окно 2. Горючая смесь из карбюратора заполняет картер, сжатая смесь зажигается при подходе поршня к ВМТ, таким образом при движении поршня вверх осуществляется сжатие и впуск.

2-й такт – движение поршня от ВМТ к НМТ.

Осуществляется зажигание, газы расширяются, поршень движется вниз перекрывая окно 2, а в картере идет предварительное сжатие горючей смеси. Рабочий ход происходит до момента открытия окна 1, через которое отработанные газы выходят в атмосферу. После открытия окна 3 (продувочного) начинается поступление горючей смеси из картера 4 по каналу 5 в пространство над поршнем. Поступающая смесь «продувает» цилиндр от отработавших газов и частично выходит с ними наружу. Следовательно, в этом такте идет расширение (рабочий ход), выпуск и продувка, а под поршнем в это время осуществляется сжатие горючей смеси.

Преимущество 2-хтактных ДВС.

- более плавная работа;

- простота устройства;

- высокая удельная мощность;

Недостатки:

- низкая экономичность;

- плохая очитка цилиндров от отработавших газов;

- низкий коэффициент наполнения цилиндра;

- «сухой» (без масла) картер.

 

Рабочий цикл 2-хтактного дизеля.

1-й такт – движение поршня от ВМТ к НМТ.

Когда поршень немного не доходит до продувочных окон открывается выпускной клапан 1 и отработавшие газы под избыточным давлением выходят наружу, т.е. начинается процесс выпуска. При дальнейшем движении поршня вниз открываются продувочные окна, через которые воздух поступает в цилиндр от специального нагнетателя.

2-й такт – движение поршня от НМТ к ВМТ.

Поршень движется вверх. До тех пор, пока окна не закрыты и открыт клапан осуществляется процесс впуска, затем поршень перекрывает окна, клапан закрывается и осуществляется сжатие.

Величины давления и температуры аналогичны 4-хтактному дизелю (см. ниже),лишь предельные значения температуры немного выше.

Преимущества 2-хтактного дизеля:

- высокая плавность работы;

- большая удельная мощность;

- большая экономичность в сравнении с 2-хтактным карбюраторным ДВС.

Недостатки:

- высокие температуры нагрева деталей двигателя, что снижает их ресурс на 25-30%;

- необходимость специального нагнетателя воздуха.