Юрий Медовщиков - Автомобиль

Двигатели внутреннего сгорания на сегодня имеют самое широкое распространение для транспортных средств. В них процесс сгорания происходит в камере, переменно изменяющей свой обьем. Это обычные поршневые двигатели, роторные и др. Если рабочий процесс происходит в камере постоянного обьема, сообщающейся с атмосферой – эти двигатели относят к классу двигателей внешнего сгорания (это газовые турбины и др. генераторы). Кроме того, если в камере не происходит процесса горения, однако, газ (воздух) совершает работу путем нагнетания этот вид имеет название компрессорных установок. А так же как известно, термодинамические циклы характеризуют еще и цикл холодильных установок.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются периодически действующими машинами, так как рабочий

цикл в них может повторяться практически бесконечное число раз и происходит внутри цилиндров. Различают два основных цикла: четырехтактный и двухтактный (кроме того, для роторных двигателей практически осуществляется трехтактный цикл). По принципу смесеобразования современные транспортные двигатели делятся на карбюраторные, с системами впрыска и дизельные. В двух первых случаях возгорание происходит при подаче искры (и они называются искровыми),в последнем – происходит самовоспламенение от сжатия. Создателем искровых двигателей считают Н. Отто, а – двигателей с самовоспламенением от сжатия – Р. Дизеля, а основоположником современных систем впрыска является Р. Бош.

Четырехтактный и двухтактный рабочие циклы включают в себя следующие фазы: впуск, сжатие, сгорание и рабочий ход, выпуск. Четырехтактный цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала, двухтактный – за один оборот. В первом случае получается более экономичный цикл, во втором – более мощный (однако для больших двигателей он практически не осуществим).

Что бы увеличить мощность двигателя и, например, его приемистость (то есть повысить крутящий момент) увеличивают число рабочих цилиндров и их расположение (в итоге увеличивают полный обьем). Таким образом двигатели бывают одно- и многоцилиндровыми, а по их расположению – рядные, V-образные, оппозитные и звездо-образные).

Принцип действия четырехтактного двигателя построен на работе кругового рабочего процесса. Первой фазой является впуск в цилиндры (это всасывание за счет открытых клапанных устройств воздуха. а вместе с топливом из впускного коллектора. Здесь всасывается как правило уже приготовленная топливовоздушная смесь, например в карбюраторе, но для впрыска, работающего по точно такому же циклу- впрыскивание необходимой дозы топлива в самой верхней части положения поршня в цилиндре. Поршень в этой фазе идет вниз от верхней мертвой точки его положения до нижней мертвой точки. Вторая фаза для карбюраторного смесеобразования – это сжатие: приготовленной топливовоздушной смеси внутри цилиндра до необходимого давления. В системах впрыска подача дозы топлива может осуществляться уже в этой фазе, т.е. это зависит от регулировок систем электронной подачи топлива. Для дизеля – это принципиально важная фаза. т.к. после нее здесь происходит самовоспламенение топливовоздушной смеси, оказавшейся внутри от сжатия, т.е. ее самовозгорание за счет давления сжатия. Этот принцип имеет начало от схемы Ривса, которая имела принцип работы от взрыва топлива внутри цилиндра при его сильном сжатии. В этой фазе поршень двигается от нижней мертвой точки к верхней принудительно коленчатым валом двигателя с маховиком (т.е. по инерции). Третьей фазой этих типов двигателей является непосредственно сгорание находящейся внутри цилиндров, приготовленной топливо-воздушной смеси (для искровых двигателей это происходит от подачи искры воспламенения на свечу зажигания, или с помощью калильных свечей, имеющих высокую температуру нижней их части). При сгорании топлива газовая смесь внутри цилиндра расширяется при высоком давлении независимо от типа процесса воспламенения. Поэтому осуществляется рабочий ход-поршень двигается с высоким ускорением от верхней мертвой точки к нижней и при этом он осуществляет работу, преобразующуюся во вращение коленчатого вала двигателя. Это непосредственно работа двигателя. которая осуществляется лишь в одной фазе всего цикла работы. Четвертой фазой является выпуск отработавших газов – при сгорании газы сперва под высоким давлением двигают поршень вниз, а когда открывается выпускной клапан – они удаляются в выпускную систему, т.е. в атмосферу, причем с помощью принудительного дополнительного вытеснения поршнем, двигающимся в этой фазе снизу вверх. Данный цикл работы двигателя повторяется бесконечное число раз, пока двигатель работает, т.е. осуществляется действие всех его систем при подаче топлива для работы. Это и есть круговой рабочий процесс для данного типа двигателя.

Четырехтактный цикл для двигателя внутреннего сгорания осуществляется таким образом за 2 оборота коленчатого вала двигателя и имеет 4 возвратно-поступательных хода поршня вверх-вниз внутри цилиндра. В отличие от него двухтактный цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала. поэтому он менее экономичен, но имеет повышенную удельную мощность и применяется в основном для мотоциклов и лишь изредка—для большегрузных дизелей. Организация работы цикла двухтактного двигателя осуществляется за счет принципа смесеобразования другого типа – это в основном бесклапанные механизмы. Их основой являются продувочные окна в гильзе цилиндров по ходу движения поршня, которые осуществляют в нужный момент впуск и выпуск топливо-воздушной смеси и отработавших газов. Причем эта схема может осуществляется с внутренней продувкой через корпус двигателя, поэтому в топливо-воздушную смесь мотоциклетных двигателей добавляется масло. т.к. оно участвует в процессе смазки подшипников коленчатого вала при его вращении.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания поэтому при движении поршня вниз при открытии впускного окна в стенке цилиндра осуществляет всасывание топливо-воздушной смеси с одновременной ее продувкой через корпус, а после достижения нижней мертвой точки поршня-сперва продувка с оставшимися отработавшими газами предыдущего цикла, а потом-сжатие оставшейся топливо-воздушной смеси. В верхней мертвой точке нужный момент либо подается искра на свечу зажигания, либо происходит самовоспламенение при дизельном способе. Далее осуществляется выпуск отработавших газов с момента прохождения поршнем соответствующего окна в гильзе цилиндров, а после —снова всасывание при открытии впускного окна. Поэтому этот цикл не выгоден с точки зрения экономичности по сравнению с четырехтактным в виду потерь топливо-воздушно смеси при продувках. Продувочные окна и каналы могут иметь разную схему, поэтому могут существовать разные конструктивные схемы двухтактных двигателей. Таким образом двухтактный цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала двигателя и два возвратно-поступательных хода поршня вверх-вниз.