Різне

Типи двигунів внутрішнього згоряння і принцип їх роботи

06.07.2016

Будівельні машини і обладнання, довідник

Типи двигунів внутрішнього згоряння і принцип їх роботи
Типи двигунів внутрішнього згоряння і принцип їх роботи

Двигуни внутрішнього згоряння є тепловими машинами, перетворюючими теплову енергію палива в механічну енергію руху. Згорання палива в цих двигунах відбувається безпосередньо всередині їх циліндрів, в результаті чого створюється тиск на поршень, який переміщується і здійснює механічну роботу.

Так як процес згоряння палива відбувається безпосередньо всередині двигуна, то теплові втрати в цих двигунах значно менше, ніж в парових машинах. У двигунах внутрішнього згоряння корисно використовується 20-30% тепла, укладеного в паливі, замість 3-13% використання тепла в парових установках.

Висока економічність і компактність конструкції цих двигунів порівняно з паровими привели до широкого застосування їх у багатьох галузях промисловості, у тому числі і в кранобудування.

Типи двигунів внутрішнього згоряння можна розділити на наступні групи: — за призначенням — стаціонарні і пересувні; — по роду палива — двигуни, що працюють на рідкому паливі (бензин, лігроїн, гас, дизельне паливо), і двигуни, що працюють на газоподібному -паливі (генераторний або природний газ); — за характером сумішоутворення — карбюраторні, у яких робоча суміш парів палива і необходиморо кількості повітря утворюється поза циліндрів, і дизелі, у яких змішання палива з повітрям відбувається в порожнині циліндра; — за способом займання — карбюраторні двигуни з запалом робочої суміші від електричної іскри і дизелі, у яких суміш палива самозаймається в результаті впорскування палива через распыливающую форсунку в середу повітря, стиснутого в циліндрі високого тиску і має в силу цього високу температуру; — по виконанню робочого процесу — чотиритактні і двотактні; — за кількістю циліндрів—одноциліндрові имногоцилиндровые; — за розташуванням циліндрів — вертикальні, горизонтальні і з похилим розташуванням циліндрів.

Під час роботи двигуна внутрішнього згоряння всередині кожного з його циліндрів відбуваються наступні чотири процеси:

1. Циліндр заповнюється повітрям в дизелі або горючою сумішшю в карбюраторних двигунах.

2. Надійшла в циліндр повітря або суміш стискається в дизелі до більш високого тиску, при якому впорскують паливо самозаймається, а в карбюраторному двигуні — до меншого тиску, при якому самозаймання не відбувається.

3. В результаті займання і згорання палива, що утворилися під великим тиском гази, розширюючись, тиснуть на поршень, внаслідок чого він переміщається і здійснює механічну роботу.

4. Після здійснення робочого ходу циліндри очищаються від продуктів згоряння, подготовляясь до повторення процесів.

Послідовне чергування зазначених процесів становить закінчений цикл роботи двигуна. Частина цього процесу, чинена за час одного ходу поршня, тобто переміщення його від одного свого крайнього положення до іншого, носить назву такту.

Якщо весь робочий процес двигуна здійснюється за чотири ходи поршня, то двигун називається чотиритактним. Якщо ж повний робочий процес в кожному циліндрі відбувається за два ходи поршня, такий двигун називається двотактним.

У кранобудування найбільше поширення отримали багатоциліндрові чотиритактні дизелі, що працюють на дизельному паливі, і чотиритактні карбюраторні двигуни, що працюють на бензині.

В багатоциліндрових двигунах робочий процес відбувається у певній послідовності в кожному з циліндрів. При цьому черговість, так званий порядок роботи циліндрів, встановлюється таким чином, щоб циліндри працювали вразбивку; робиться це для того, щоб уникнути шкідливого впливу на колінчастий вал коливальних навантажень.

Для подачі в циліндр повітря або суміші і випуску відпрацьованих газів в двигунах застосовуються клапани; при цьому клапани, через які повітря або суміш надходить, називаються впускними, а клапани, через які випускаються продукти згоряння, носять назву випускних.

На рис. 61 показана схема роботи чотиритактного карбюраторного двигуна.

Розглянемо, як здійснюється цикл у такому двигуні.

Першим є такт всмоктування. Поршень, рухаючись від свого верхнього крайнього положення до нижнього, діє як насос: у циліндрі створюється розрідження, і через що відкривається впускний клапан повітря або суміш заповнює порожнину циліндра. Після досягнення поршнем свого крайнього нижнього положення циліндр виявиться наповненим повітрям або горючою сумішшю.

Другим тактом є стиснення і займання палива або робочої суміші: дійшовши до свого нижнього крайнього положення, поршень змінює напрямок, рухається вгору і стискає заповнив циліндр повітря або робочу суміш, при цьому клапани в головці циліндра закриті.

В дизелі повітря стискається до тиску, при якому температура повітря підвищується до 500-600 °С.

Типи двигунів внутрішнього згоряння і принцип їх роботи

Рис. 61. Схема роботи чотиритактного карбюраторного двигуна: а — такт всмоктування; б — такт стиснення; в — такт робочого ходу; г —такт випуску; 1 — циліндр — 2 —картер; 3 — кришка картера; 4 — корінний вал; 5 — кривошип; 6 — порше; 7—шатун; 8—вал розподільний; 9 — кулачок впуску; 10 —кулачок вих-лопа; 11—штовхач; 12 — всмоктувальний клапан; 1З —клапан випускний; 14— патрубок;15—карбюратор; 16 — запальна свічка; 17 — порожнина сорочки охолодження; 18 — масляна ванна; 19 — пружина штовхача; 20 — шестерня розподільчого валу

У карбюраторних двигунах робоча суміш стискається до тиску 5-10 кг/см% і температура суміші не перевищує 400 °С.

Величина ступеня стиснення має велике значення для роботи двигуна і є одним з основних його показників.

В сучасних дизелях ступінь стиснення досягає 13-18; при цьому менші значення відносяться до тихохідним, а великі — до швидкохідним дизелів. В карбюраторних двигунах ступінь стиснення дорівнює 4-5, при такому ступені стиснення паливо не самозаймається.

Займання палива відбувається в кінці другого такту від електричної іскри. У дизелях в кінці другого такту паливо впорскується і самозаймається.

Третім тактом є робочий хід (див. рис. 61, в).

Типи двигунів внутрішнього згоряння і принцип їх роботи

Рис. 62. Схема шатунно-кри-вошипного механізму двигуна внутрішнього згоряння

Згораючи, паливо виділяє тепло, за рахунок якого підвищується температура і тиск тазів.

В циліндрі дизеля в момент початку горіння палива температура підвищується до 1200-1300 °С, а тиск — до 55 — 60 кГ/см. Але так як паливо запалюється не одночасно у всіх його шарі, то процес згоряння триває протягом певної частини робочого ходу, в результаті чого температура в циліндрі підвищується до 2000° С і тиск в циліндрі деякий час підтримується високим.

У карбюраторних двигунах, в циліндри яких вводиться добре перемішана суміш парів бензину з повітрям, процес горіння відбувається швидше, ніж в дизелі, і тому температура в циліндрі карбюраторного двигуна підвищується більш різко, швидко досягаючи 1800-2000°С; при цьому тиск у циліндрі підвищується до 23— 25 кГ/см2.

В результаті згоряння палива поршень сприймає на себе великий тиск газів і, рухаючись вниз, передає це тиск на колінчастий вал.

Таблиця 13

Типи двигунів внутрішнього згоряння і принцип їх роботи

Четвертим тактом є такт випуску (рис. 61, м). Після завершення робочого ходу, в кінці якого тиск в циліндрі падає до 2-3 кГ/см2, відкривається випускний клапан і поршень, рухаючись з нижнього свого положення у верхнє, виштовхує в атмосферу відпрацьовані гази. Після досягнення поршнем свого крайнього верхнього положення такти повторюються в тій же послідовності, тобто відбувається новий цикл. Неважко бачити, що кожен робочий цикл двигуна в цьому випадку здійснюється за два повних оберти колінчастого валу, т. тобто на один робочий хід припадають три допоміжних ходу поршня. В табл. 13 показана послідовність тактів, напрямок руху поршня і положення впускного і випускного клапанів. Так як поршень сприймає тиск газів, що змушує його пересуватися лише при третьому, робочому такті, то протягом останніх тактів він уповільнює свій хід, в результаті чого колінчастий вал буде обертатися нерівномірно. Щоб зменшити цю нерівномірність, на кінець вала насаджений масивний диск-маховик. За робочий хід поршня маховик накопичує частина енергії і повертає її за час інших трьох тактів, тим самим забезпечуючи рівномірне обертання колінчастого валу і безперервність роботи двигуна.

атегория: — Двигуни кранів на залізничному ходу

Короткий опис статті: двигуни внутрішнього згоряння

Джерело: Типи двигунів внутрішнього згоряння та принцип їх роботи

Також ви можете прочитати