Карбюраторні та дизельні двигуни
Карбюраторні та дизельні двигуни
У даному розділі мова піде про карбюраторні та дизельні двигуни, що працюють на рідкому паливі.
Для роботи карбюраторних двигунів потрібний бензин, для роботи дизельних - дизельне паливо. ККД цих двигунів становить 20%.
Розглянемо докладніше влаштування кожного з двигунів.
Карбюраторні поршневі двигуни
До складових карбюраторного поршневого двигуна належать:
А тепер розглянемо принцип роботи з прикладу одноциліндрового карбюраторного двигуна. Його пристрій представлено малюнку 1.1.
У циліндрі (2) зі знімною головкою (1) знаходиться поршень (3), спеціальні канавки праворуч і ліворуч поміщені поршневі кільця (4). Кільця ковзають по поверхні циліндра, не даючи газам, що утворюються, вирватися вниз і перешкоджаючи попаданню нагору масла.
Поршневий палець (5) і шатун (6) з'єднують поршень з кривошипом колінчастого валу (9). Він обертається у підшипниках, які розташовані в картері двигуна. На кінці колінчастого валу (7) укріплений маховик (8).
Коли кулачки розподільчоговала (11) знаходять на важелі (12), клапани (13) відкриваються. При цьому через впускний клапан проходить горюча суміш (бензин та повітря), а через випускний виходять відпрацьовані гази. Закриваються клапани під впливом пружин, коли кулачки збігають із важелів. У русі колінчастий вал і кулачки наводяться за допомогою колінчастого валу.
Свічка запалювання (14) розташована в різьбовому отворі головки циліндра (1). Між її електродами проскакує іскра і спалахує горючу суміш (див. вище).
Ось основні принципи роботи одноциліндрового карбюраторного двигуна. Також є показники, які використовуються для оцінки двигунів (рисунок 1.2).
ВМТ та НМТ – верхня та нижня «мертва» точка, відповідно. Ці показники характеризують положення поршня, у якому він віддалений від осі колінчастого вала.S – хід поршня. Шлях від однієї "мертвої" точки до іншої. Vс - об'ємом камери згоряння. Це об'єм над поршнем, коли він перебуває у ВМТ.Vр – робочий об'єм циліндра. Той об'єм, який звільняє поршень, переміщаючись від верхньої «мертвої» точки до нижньої. Vп – повний об'єм циліндра. Показник, який обчислюється підсумовуванням об'єму камери згоряння та робочого об'єму циліндра. При складанні робочих об'ємів усіх циліндрів ми отримуємо робочий об'єм двигуна. Ми розглянули роботу двигуна з одним циліндром, але сучасні машинобудівні заводи випускають двигуни з кількістю циліндрів 4, 6, 8, 12.
Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна
Щоб змусити обертатися провідні колеса автомобіля, двигун повинен пройти так званий робочий цикл. Двигун автомобіля здійснює цей цикл за чотири такти (схемапредставлена малюнку 1.3):
Перший такт – впуск горючої суміші (рис. 1.3а). Клапан відкривається, горюча суміш заповнює циліндр, змішується із залишками газів і перетворюється на робочу суміш.
Другий такт - стиск робочої суміші (рис. 1.3б). Клапани закриті, отже робоча суміш стискається, температура газів підвищується. Якщо оцінити це цифрах, ми отримаємо такі величини: тиску в циліндрі становитиме 9-10 кг/см2, температура газів – 400оС.
Третій такт – робочий хід (рис. 1.3в). На цьому етапі згоряє робоча суміш, в результаті відбувається виділення енергії, яка перетворюється на механічну роботу. Гази, що розширюються, створюють тиск на поршень, далі через шатун і кривошип на колінчастий вал. Під силою тиску колінчастий вал та провідні колеса автомобіля починають обертатися.
Четвертий такт - випуск газів, що відпрацювали (рис. 1.3г). Поршень здійснює рух від ВМТ до НМТ, при цьому відкривається випускний клапан і відпрацьовані гази виходять з циліндра.
Ми розглянули чотири такти роботи двигуна. Тільки під час третього такту (робочого ходу) відбувається корисна механічна робота. А перший, другий та четвертий – це підготовчі процеси. Цим процесам сприяє кінестетична енергія маховика (рисунок 1.4), що обертається за інерцією
Металевий диск, закріплений на колінчастомувалу, і називається маховик. Під час третього такту колінчастий вал, розкручений поршнем через шатун і кривошип, передає запас інерції маховику. У свою чергу, під дією енергії, що віддається маховиком, поршень рухається вгору (випуск та стиск) та вниз (впуск). Тобто. підготовчі такти у зворотному порядку здійснюються лише за рахунок запасів інерції в масі маховика через колінчастий вал, шатун та поршень.
Тепер перейдемо до розгляду дизельних двигунів.
Головною відмінністю дизельних двигунів від карбюраторних є відсутність свічок та системи запалення. Це пов'язано з високим тиском, під яким подається паливо безпосередньо в циліндр за допомогою форсунки, та високою температурою. Тому паливо займається саме. Таким чином система запалювання не потрібна.
Головною особливістю роботи дизельного двигуна є те, що паливо подається форсункою або насос-форсункою безпосередньо до циліндра двигуна під великим тиском в кінці такту стиснення. Необхідність подачі палива під великим тиском обумовлена тим, що ступінь стиснення таких двигунів у кілька разів більше, ніж у карбюраторних. І оскільки тиск і температура в циліндрі дизельного двигуна дуже високі, відбувається самозаймання палива. А це означає, що штучно підпалювати суміш не треба. Тому у дизельних двигунів відсутні не тільки свічки, а й уся система запалювання.
Робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна
Перший такт – впуск. Циліндр двигуна наповнюється через впускний клапан повітрям.
Другий такт – стиск. Тут триває підготовка до займання палива. Поршень під час руху від ВМТ до НМТ стискає повітря, тиск над поршнем стає рівним 40 кг/см2, температура – понад 500оС.
Третій такт – робітникхід. Дизельне паливо через форсунку під тиском надходить у камеру згоряння, де відбувається його займання з допомогою високої температури стиснутого повітря. Під час третього такту тиск у циліндрі 100 кг/см2, а температура понад 2000оС.
Четвертий такт – випуск газів, що відпрацювали, Поршень від НМТ здійснює рух до ВМТ, випускний клапан відкривається, відпрацьовані гази виходять з циліндра.
Розміри, маса та вартість дизельного двигуна значно більші за бензиновий за рахунок високих навантажень на робочі механізми. Але є незаперечний плюс таких двигунів:
У дизельному двигуні, навантаження на всі механізми та деталі значно більше, ніж у карбюраторному бензиновому, і це закономірно призводить до збільшення його маси, розмірів та вартості. Однак дизельний двигун має і незаперечні переваги — меншу витрату палива, ніж у його карбюраторного «брата» (приблизно на 30%), а також відсутність системи запалення, що значно зменшує кількість можливих несправностей під час експлуатації.