Загальні відомості про двигуни внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) – це тепловий двигун, у якому хімічна енергія палива, яке згорає в робочому циліндрі, перетворюється в механічну роботу.

Дизель – основний тип двигуна, що установлюється на трактори.

Дизелем називають поршневий двигун, який виробляє механічну енергію при згорянні паливо повітряної суміші, що утворюється в середині його циліндрів. Самозапалювання палива, що впорскується в камери згоряння циліндрів двигуна в мілко розпиленому виді, проходить внаслідок окислення і нагріву його капель при їх контакті з нагрітим в результаті стиску повітрям.

Основними перевагами дизелів в порівнянні з бензиновими двигунами є:

- більш висока (на 30…40%) паливна економічність;

- менша пожежобезпечність двигуна при його експлуатації і палива при його зберіганні;

- менший вміст в відпрацьованих газах дизеля токсичних і канцерогенних речовин.

Разом з тим в порівнянні з бензиновими двигунами такої потужності дизелі мають недоліки:

- більш високу вартість за рахунок великої вартості вузлів паливної апаратури;

- більш висока металоємність, як наслідок підвищення міцності, жорсткості і міцності деталей до зносу, що піддаються високим тискам від газових сил в циліндрах;

- більш важкий пуск дизеля при низьких температурах навколишнього середовища;

- підвищений рівень шуму і вібрації.

Двигун складається із блок - картера(рис. 2.1), головки блоку циліндрів; кривошипно-шатунного і газорозподільного механізмів, а також включає в себе системи охолодження, мащення, живлення і пуску.

 

При роботі двигуна поршні в гільзах циліндрів здійснюють зворотно-поступальний рух, а шатуни і колінчастий вал перетворюють цей рух в обертальний.

Повний об'єм циліндра V_а складається із об'єму камери згоряння V_с і робочого об'єму V_h

V_а = V_h + V_с

 

Робочий об'єм циліндра V_h – це об'єм, що звільнюється поршнем при переміщенні його від ВМТ до НМТ і визначається за формулою:

 

V_h = π · D² / 4 · S · 10^{-3, л}

де D – діаметр поршня, см;

S – хід поршня, см

 

Об'єм камери згоряння – це об'єм циліндра, що залишається над поршнем, який знаходиться у ВМТ. Відношення повного об'єму циліндра Vа до об'єму камери згоряння Vс називають ступінню стиску ε.

ε = V_а / V_с

Загальний робочий об'єм циліндрів ДВЗ, виражений в літрах називають літражем двигуна.

 

V_л = V_h · ί, л

 

де ί – кількість циліндрів двигуна

 

Літрова потужність двигуна N_л (кВт/л) – це номінальна потужність двигуна N_е, віднесена до загального робочого об'єму V_л циліндрів двигуна.

 

N_л = N_е / V_л

 

 

Рис. 2. 1. Двигун

внутрішнього згоряння:

1 – блок картер; 2 – поршень з шатуном; 3 - головка циліндрів з клапанами; 4 – колінчатий вал; 5 – піддон для масла; 6 - пусковий електростартер

 

Літрова потужність двигуна характеризує двигун з точки зору використання робочого об'єму. Значення літрової потужності для сучасних автотракторних двигунів: для карбюраторних двигунів – 15…35; дизелів – 11…22 кВт/л.

Питома маса двигуна m_п (кг/кВт) – це відношення маси m_g не заправленого двигуна до його номінальної потужності N_е. Вона характеризує металоємність двигуна.

m_п = m_g / N_е

 

Найбільш характерні слідуючі значення питомої маси: для карбюраторних двигунів 2…5, дизелів – 5…13 кг/кВт.

Літрова маса двигуна m_л визначає масу двигуна, яка приходиться на одиницю робочого об'єму:

m_{л =} m_g / V_h

Значення m_л знаходяться в межах: для карбюраторних двигунів – 50…100; дизелів – 50…120 кг/л.

Відношення ходу поршня S до діаметра гільзи називають розмірністю двигуна. Якщо S/ D < 1 двигун вважають коротко ходовим, якщо S/ D > 1 – довго ходовим, S/ D = 1 – квадратним.

 

Рис. 2.2. Основні компоновочні схеми автотракторних ДВЗ:

а – однорядний, з вертикальним розміщенням циліндрів; б – однорядний, з нахиленим розміщенням циліндрів; в – однорядний, з горизонтальним розміщенням циліндрів; г – дворядний, V – подібний; д – дворядний, опозитний; е – сили і моменти що діють на деталі КШМ

 

Рис. 2.3. Принципові схеми дизелів:

а – без наддуву; б – з газотурбінним наддувом і охолодженням

наддуваємого повітря

1 – поршень; 2 – шатун; 3 – шатунна шийка колінчатого вала; 4 – піддон;

5 – блок-картер; 6 – циліндр; 7 – головка; 8 – впускна труба; 9 – впускний клапан; 10 – повітроочисник; 11 – розподільний вал; 12 – випускний клапан; 13 – труба випускна; 14 – форсунка; 15 – діафрагма; 16 – клапан; 17 – труба глушника; 18 – патрубок; 19,20 – лопатки турбіни; 21 – патрубок; 22 – холодильник; 23 - вентилятор

 

Зміст звіту:

1. Назвати основні механізми і системи, що складають ДВЗ та коротко описати їх призначення.

2. Визначити робочий об'єм циліндра, об'єм камери згоряння, літраж двигуна, літрову потужність, питому і літрову масу двигуна (згідно варіанта).

3. Привести класифікацію двигунів внутрішнього згоряння.

Контрольні запитання:

1. Розкажіть про основні відміни в принципі роботи дизельного і карбюраторного двигунів внутрішнього згоряння.

2. Чим конструктивно відрізняються дизельні і карбюраторні двигуни?

3. Що таке літраж двигуна? Поясніть важливість цього параметра.

4. Що таке ступінь тиску і як вона визначається?

5. Розкажіть про класифікацію автотракторних ДВЗ.

6. Розкажіть про основні компоновочні схеми сучасних ДВЗ.