Класифікація та цикли двигунів, Двигун автомобіля

Теплові двигуни поділяються на:

поршневі двигуни внутрішнього згоряння
газотурбінні
реактивні

На сучасних автомобілях встановлюють поршневі двигуни внутрішнього згоряння, у яких паливо спалюється усередині робочого циліндра.

Але способу сумішоутворення та займання палива поршневі двигуни внутрішнього згоряння поділяються на дві групи:

а) із зовнішнім сумішоутворенням та примусовим запаленням від електричної іскри (карбюраторні та газові)
б) з внутрішнім сумішоутворенням та займанням від зіткнення з повітрям, сильно нагрітим у циліндрі шляхом високого стиснення (двигуни із запаленням від стиснення або дизельні)

Робочим циклом називається ряд послідовних процесів, що періодично повторюються в кожному циліндрі двигуна під час його роботи.

Зображення робочого циклу у вигляді замкнутої кривої, що поколює зміну тиску газів протягом циклу в залежності від положення поршня в циліндрі, називається індикаторною діаграмою. Таку діаграму знімають під час роботи двигуна, використовуючи прилад, що називається індикатором.

Мал. Індикаторна діаграма чотиритактного карбюраторного двигуна: 1 - початок такту стиснення; 2 - момент запалення суміші; 3 - кінець, такту стиснення; 4 - точка максимального тиску газів; 5 - початок відкриття випускного клапана; 6 - кінець розширення газоз; 7 - кінець такту випуску; Vа-повний об'єм циліндра; Vh - робочий об'єм циліндра; Vc – об'єм камери згоряння; S - хід поршня

Чотирьохтактний робочий цикл

На малюнку зображено індикаторну діаграму чотиритактного карбюраторного двигуна, зняту при роботі його з максимальною потужністю. Тутпо горизонтальній осі відкладено об'єм циліндра V у кубічних сантиметрах (або хід поршня), а по вертикальній осі — тиск газів у циліндрі р у кілограмах на квадратний сантиметр. Зміна тиску газів у циліндрі при різних тактах циклу можна простежити за положенням основних точок індикаторної діаграми,

При такті впускання (лінія 7-1) циліндр наповнюється горючою сумішшю. Чим краще наповнення циліндра, тим вища потужність двигуна.

Коефіцієнт наповнення - це відношення ваги горючої суміші, що дійсно надійшла в циліндр, до ваги горючої суміші, яка могла б заповнити робочий об'єм циліндра при атмосферному тиску та температурі навколишнього середовища 20°С. Величина коефіцієнта наповнення при повному відкритті дроселя карбюратора та середній кількості обертів колінчастого валу становить 0,75-0,85; принаймні прикриття дроселя коефіцієнт наповнення зменшується і за малих оборотах холостого ходу сягає 0,20.

Тиск у циліндрі при впуску (лінія 7-1) нижче атмосферного (0,7 - 0,9 кг/см2) внаслідок опору повітряного фільтра, карбюратора, впускного трубопроводу та клапанів. Температура суміші наприкінці впускання 75-125°С.

Такт стиснення (лінія 1-2-3). При стисканні робочої суміші відбувається підвищення температури та тиску. Тиск наприкінці такту стиснення (точка 3) тим більше, що стоїть ступінь стиснення. При ступеня стиснення в карбюраторних автомобільних двигунах, що дорівнює 6-9, тиск наприкінці такту стиснення дорівнює 7-12 кг/см2, а температура газів 350-400°С.

Такт «згоряння-розширення» (лінія 3-4-5-6). На індикаторній діаграмі лінія згоряння (3-4) відхиляється від вертикалі вправо, тобто горіння закінчується, коли поршень відійде від в.м.т.

Що швидкість горіння (у допустимих межах), то більше вписувалося потужність двигуна.Швидкість горіння залежить від якості палива, складу та ступеня завихрення робочої суміші та її температури, ступеня стиснення, випередження запалення та коефінту залишкових газів.

Наприкінці згоряння (точка 4) тиск газів підвищується до 30-40 кг/см2, а температура - до 2200-2500°С.

Розширення починається після досягнення газами максимального тиску (крапка 4); гази при цьому чинять тиск на поршень і здійснюють корисну роботу. До кінця розширення (точка 6) тиск газів в циліндрі зменшується до 3-5 кг/см2 температура знижується до 1000-1200°С.

Такт випуску (лінія 6-7). Для кращого очищення циліндра випускний клапан відкривається до н. (Точка 5). Процес випуску протікає при тиску вище атмосферного, яке до кінця такту знижується до 1,1 -1,2 кг\см2; температура на цей момент зменшується до 700—800°С.

Па нових моделях автомобілів Мінського та Кременчуцького автомобільних заводів встановлюють чотиритактні дизельні двигуни ЯМЗ-236 та ЯМЕ-238; індикаторна діаграма таких двигунів показана малюнку:

Мал. Індикаторна діаграма чотиритактного дизельного двигуна: 1 - Початок такту стиснення; 2 - момент упорскування палива; 3 - кінець такту стиснення; 4 - точка максимального тиску газів; 5 - початок відкриття випускного клапана; 6 - кінець розширення газів; 7 кінець такту випуску

При такті впуску (лінія 7-1) у циліндр надходить повітря. У зв'язку з меншим опором впускної системи (відсутність карбюраторів) тиск при впуску трохи вище (0,85-0,95 кг/см2), ніж у карбюраторному двигуні, а температура нижче (40-60 ° С).

Такт стиснення (лінія 1-2-3). Так як ступінь стиснення в дизельних двигунах ЯМЗ становить 16,5, тиск в кінці стиснення (точка 3) підвищується до 40-42 кг/см2, а температура повітря - до740-800°С.

Такт "згоряння-розширення" (лінія 3-4-5-6). Форсунка починає впорскувати паливо за 20 ° до в. (Точка 2), тому більша частина палива згоряє до приходу поршня в в.м.т. (Лінія 3-4). Час, що відводиться в дизельному двигуні на утворення горючої суміші, у 20-30 разів менше, ніж у карбюраторному двигуні, тому для повного згоряння палива необхідно вводити підвищену кількість повітря.

Тиск газів наприкінці згоряння (точка 4) досягає 74-80 кг/см2, температура - 1700-2000°С. Тиск до кінця розширення (точка 6) знижується до 3-4 кг/см2, а температура - до 800-900 ° С.

Так як повітря в дизельних двигунах попередньо не підігрівається і частина тепла палива витрачається на підігрів надлишкового повітря, що подається в циліндр, то температура при згорянні-розширенні в дизельних двигунах нижче, ніж у карбюраторних.

Такт випуску (лінія 6-7). Випускний клапан відкривається за 56 ° до н. (Точка 5). Після н.м.т. (Точка 6) тиск газів швидко знижується до 1,1 -1,2 кг/см2 і до кінця випуску (точка 7) залишається постійним. Температура під час випуску 600—700°С.

Двотактний робочий цикл

Мал. Індикаторна діаграма двотактного дизельного двигуна з прямоточним продуванням: 1 - початок такту стиснення; 2 - момент закриття продувних отворів; 3 - момент закриття випускних клапанів; 4 - момент упорскування палива. 5 - початок горіння; 6 - точка максимального тиску газів; 7 - початок відкриття випускних клапанів; 8 - момент відкриття продувних отворів

На малюнку наведено індикаторну діаграму двотактних дизельних двигунів з прямоточним продуванням (ЯАЗ-М204А та ЯАЗ-М206А), що встановлюються на автомобілях МАЗ-200, КрАЗ-219 та їх модифікаціях. Так як цей двигун має нагнітач повітря, то всядіаграма розташовується вище за лінію атмосферного тиску.

Перший такт. Коли поршень знаходиться в н.м.т. (Точка 1), тиск повітря в циліндрі - близько 1,5 кг/см2, температура 90 ° С, продувні отвори і випускні клапани відкриті, відбуваються продування і наповнення циліндра повітрям. При русі поршня від н.м.т. до в.м.т. кромка днища поршня перекриває отвори продувки (точка 2; 46° після н.м.т.), в точці 3 (54° після н.м.т.) закриваються випускні клапани, і починається стиск повітря. В кінці такту в циліндр, наповнений повітрям, стисненим до тиску 50 кг/см2 і нагрітим до температури 600-700 ° С, впорскується під тиском до 1400 кг/см2 паливо (точка 4). Горіння (лінія 5-6) відбувається майже за постійного обсягу. Тиск наприкінці горіння (точка 6) досягає 70-100 кг/см2, а температура 1800°С.

Другий такт. Поршень рухається від в.м.т. до н.м.т відбувається розширення газів. Наприкінці розширення при тиску близько 5—6 кг/см2 і температурі 800°С (точка 7, 85° до н.м.т.) відкриваються випускні клапани, та був і продувні вовни (точка 8; 46° до зв.м. .т.); відбуваються випуск газів, що відпрацювали, і продування циліндра повітрям.

У двотактних двигунах процес згоряння-розширення відбувається при кожному обороті колінчастого валу, тобто. удвічі частіше, ніж у чотиритактних, тому двотактний двигун при однаковому з чотиритактним двигуном робочому об'ємі циліндрів має велику потужність, а при однаковому з ним числі циліндрів - кращу рівномірність ходу. Недолік двотактних дизельних двигунів полягає в тому, що при зниженні швидкості обертання колінчастого валу процеси випуску газів, що відпрацювали, і впуску свіжого повітря у них погіршуються, тому двигуни не можуть тривало працювати при знижених числах оборотів колінчастого валу.