Общее устройство двигателя внутреннего сгорания трактора

В двигателях внутреннего сгорания химическая энергия сгорающего топлива превращается в тепловую, которая переходит в механическую работу вращающегося вала.

Двигатели подразделяют: по способу образования и воспламенения рабочей смеси (дизели и карбюраторные), по числу тактов рабочего цикла (четырех- и двухтактные), по числу цилиндров (одно-, двух- и многоцилиндровые). по расположению цилиндров (рядные и V-образные), по способу охлаждения (с жидкостным и воздушным охлаждением).

Чтобы понять принцип работы двигателя, рассмотрим его упрощенную схему. В цилиндр, закрытый головкой, плотно вставлен поршень. С помощью пальца и шатуна поршень соединен с коленчатым валом, на одном конце которого насажено тяжелое колесо — маховик. Детали составляют криво-шипно-шатунный механизм.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Во время работы двигателя поршень перемещается в цилиндре, приближаясь к оси коленчатого вала или удаляясь от нее. При наибольшем удалении от этой оси поршень занимает положение, называемое верхней мертвой точкой (в.м. т.), а при наименьшем — нижней мертвой точкой (н. м. т). В этих точках поршень, останавливаясь на мгновение, изменяет направление своего движения на обратное.

Расстояние S между мертвыми точками называется ходом поршня. За один ход поршня (например, от в. м. т. к н. м.т.) коленчатый вал поворачивается на пол-оборота.

Полость над поршнем, находящимся в в. м.т., называется объемом камеры сгорания (камеры сжатия), а полость, расположенная над поршнем, когда он находится в н. м.т. — полным объемом цилиндра. Объем цилиндра, освобождаемый поршнем при перемещении от в. м. т. до н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра. Рабочий объем всех цилиндров, выраженный в литрах, называется литражом двигателя.

В головке цилиндра имеются впускные и выпускные отверстия с клапанами. В точно определенные моменты они открываются и закрываются с помощью распределительного механизма, в который входят клапаны, передаточные детали, кулачковый вал и распределительные шестерни.

При вращении коленчатого вала, когда соединенный с шатуном поршень отходит от в. м.т., над ним в цилиндре создается разрежение. В это время впускной клапан откроется и цилиндр начнет заполняться атмосферным воздухом. После прохода поршнем н.м.т. впускное отверстие закроется. При дальнейшем повороте вала поршень, перемещаемый шатуном, идет вверх и сжимает воздух, заполнивший цилиндр. Когда поршень придет в в. м.т., весь воздух, занимавший полный объем цилиндра, будет сжат в камере сгорания. Число, показывающее, во сколько раз уменьшается объем воздуха (или смеси воздуха с топливом) в цилиндре двигателя, называется степенью сжатия и обозначается буквой е.

При сжатии воздух в камере сгорания, нагреваясь, достигает высокой температуры. В эту камеру впрыскивается мелкораспыленное топливо. Соприкасаясь с горячим воздухом и нагретым поршнем, частицы топлива испаряются, воспламеняются и сгорают, выделяя теплоту. В результате температура и давление газов над поршнем резко возрастают, и под действием давления поршень перемещается вниз — происходит расширение газов. При этом давление и температура их уменьшаются. Так, тепловая энергия преобразуется в механическую. Сила давления газов от поршня через шатун передается коленчатому валу и вращает его. В конце хода поршня вниз открывается выпускной клапан. Маховик, получив разгон, выводит механизм из н.м.т. Поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы, освобождая его для следующей порции (дозы) свежего воздуха. При вращении коленчатого вала все процессы в цилиндре повторяются.

Следовательно, работа двигателя основана на свойстве нагретых газов расширяться. Она слагается из четырех ходов поршня, при которых в цилиндре протекают процессы впуска свежего воздуха, сжатия его, подачи и сгорания топлива и расширения горячих газов, выпуска отработавших газов. Эти процессы, чередуясь в указанном порядке, составляют рабочий цикл двигателя. Часть рабочего цикла, протекающая во время движения поршня от одной мертвой точки до другой, называется тактом.

Из четырех тактов только при одном — расширении газов — совершается полезная работа. Этот такт называется рабочим ходом. Остальные такты вспомогательные. Они совершаются за счет части энергии, накопленной маховиком.

Двигатель, рабочий цикл которого совершается за четыре хода (такта) поршня (за два оборота коленчатого вала), называется четырехтактным. Двигатель, рабочий цикл которого совершается за два хода поршня (один оборот коленчатого вала), называется двухтактным.

У двигателя, схему которого мы рассмотрели, топливо впрыскивается в цилиндр и воспламеняется от высокой температуры сильно сжатого воздуха. Такой двигатель называется дизелем (по имени его создателя Р. Дизеля). Двигатель, у которого смесь топлива с воздухом образуется не в цилиндре, а в особом приборе — карбюраторе, затем поступает в цилиндр и здесь воспламеняется электрической искрой, называется карбюраторным.

Общее устройство двигателя внутреннего сгорания трактора

Основу поршневого двигателя внутреннего сгорания составляет блок цилиндров, внутри и снаружи которого располагаются детали его механизмов и систем.

Сверху блок цилиндров закрыт головкой, а снизу поддоном.

В передней части укреплен картер распределительных шестерен, а в задней — картер маховика.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

В число механизмов и систем двигателя, а также их основных показателей входят следующие.

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня (поршней) во вращательное коленчатого вала. Кроме того, он участвует в преобразовании тепловой энергии в механическую.

Действие механизма состоит в том, что поршень, совершая возвратно-поступательное движение через шатун, вращает коленчатый вал 1 в подшипниках.

При возвратно-поступательном движении поршни занимают различные положения, при которых изменяется объем цилиндра.

Верхняя мертвая точка (в. м.т.) — такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от дна поршня до оси коленчатого вала наибольшее.

Нижняя мертвая точка (н. м.т.) — положение поршня в цилиндре, при котором расстояние от дна поршня до оси коленчатого вала наименьшее.

Ход поршня S равен перемещению его между мертвыми точками.

Рабочий объем цилиндра Vh — равен объему, освобожденному поршнем, при движении от в. м. т. к н. м. т.

Объем камеры сжатия Ус — объем, образующийся над поршнем, когда он находится в в. м. т.

Рис. 1. Основные части двигателя внутреннего сгорания:
1 — кривошипно-шатунный механизм; 2 — газораспределительный механизм; 3— система питания; 4 — система охлаждения; 5 — вентиляция картера; 6 — уравновешивающий механизм; 7 — смазочная система; 8 — система пуска; 9 — поддон; 10 — блок цилиндров; 11 — головка цилиндров.

Газораспределительный механизм (см. рис. 3) предназначен для сообщения камеры сгорания цилиндра (в строго установленные моменты) с впускным и выпускным каналами двигателя.

Уравновешивающий механизм устанавливают на некоторых двигателях для устранения вредного действия инерционных сил, возникающих при работе криво-шипно-шатунного механизма.

Системы питания и регулирования служат для очистки воздуха и топлива от механических примесей и воды и подачи их в камеру сгорания, а также для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала двигателя во время его работы с переменными нагрузками.

Смазочная система обеспечивает очистку и подачу чистого масла к рабочим поверхностям деталей двигателя для уменьшения трения и отвода излишней теплоты от них.

Система охлаждения отводит избыточную теплоту от деталей двигателя и поддерживает необходимый тепловой режим во время его работы.

Система пуска используется для вращения коленчатого вала при пуске двигателя.

Система зажигания применяется у двигателей, работающих на бензине, для воспламенения рабочей смеси. У тракторных двигателей, работающих на дизельном топливе, такая система отсутствует, а топливо самовоспламеняется от высокой температуры, образующейся в камере сгорания на такте сжатия.

Вентиляция картера двигателя. Во время работы двигателя, через неплотности между поршневыми кольцами и цилиндрами, из камер сгорания в картер поступают продукты сгорания, воздух, пары топлива и воды. Эти вещества, попадая в картер и перемещаясь с распыленным маслом, вызывают его ускоренное старение, коррозию деталей двигателя, создают в камере повышенное давление и утечку масла через различные уплотнения двигателя.

Рис. 2. Схема двигателя:
а — поршень в верхней мертвой точке; б — поршень в нижней мертвой точке; 1 — коленчатый вал; 2 — поршень; 3 — шатун; 4 — цилиндр.

Для того чтобы избежать повышения чрезмерного давления, на двигателе устанавливают устройство под названием сапун, при помощи которого картер сообщается с атмосферой, окружающей двигатель; через него и выходят наружу все прорвавшиеся газы из камеры сгорания. Если в картере двигателя после прекращения его работы давление остывшего в нем воздуха окажется ниже атмосферного, то воздух из атмосферы войдет через сапун в картер и устранит вакуум.

Сапуны у разных двигателей делают по-разному: у одних, например, сапун представляет собой трубку А, у основания которой установлена фильтрующая набивка из стальной проволоки, предназначенной для защиты картера от попадания в него пыли, песка и предотвращения выброса из картера масла в атмосферу. У других двигателей сапун Б соединен с крышкой заливного патрубка для заправки маслом.

На отечественных тракторах установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания. Принцип их работы основан на свойстве нагреваемых газов расширяться.

Ниже приведено назначение механизмов и систем двигателей.

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает силу давления газов, нагревшихся при сгорании топливовоздушной смеси, и преобразует возвратно-поступательное движение поршйя во вращательное движение коленчатого вала. Этот механиз двигателя состоит из цилиндра с головкой, поршня с кольцами поршневого пальца, шатуна, коленчатого вала, маховика картера (с поддоном).

Распределительный механизм своевременно впускает в цилиндр топливовоздушную смесь (у карбюраторных двигателей) или воздух (у дизелей) и выпускает из цилиндра отработавшие газы. Механизм образуют распределительный вал, шестерни, клапаны и их пружины, коромысла, штанги и толкатели.

Система питания и регулирования обеспечивает двигатель нужным количеством топливовоздушной смеси определенного состава.

Система охлаждения поддерживает нормальный тепловой режим работающего двигателя.

Система смазки подает масло к трущимся деталям двигателя, которое уменьшает трение и износ.

Система зажигания обеспечивает у карбюраторных двигателей воспламенение в цилиндре рабочей смеси.

Система пуска обеспечивает пуск двигателя.

Если перемещать поршень в цилиндре, коленчатый вал начнет вращаться, и наоборот, если вращать коленчатый вал, поршень будет двигаться вверх и вниз, т. е. возвратно-поступательно.

Крайние положения поршня называют мертвыми точками: в верхней мертвой точке ( ВМТ ) поршень наиболее удален от оси коленчатого вала, а в нижней ( НМТ ) максимально приближен к оси коленчатого вала. В мертвых точках скорость поршня равна нулю.

Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом S поршня. Ход поршня равен удвоенному радиусу кривошипа коленчатого вала.

Пространство цилиндра над поршнем, находящимся в ВМТ , называют камерой сгорания (Vc), а пространство над поршнем, когда он находится в НМТ , — полным объемом цилиндра (Уд).

Пространство, освобожденное поршнем при перемещении из ВМТ к НМТ , называется рабочим объемом цилиндра (Vh). Это разность между полным объемом цилиндра и объемом камеры сгорания.

Рис. 3. Одноцилиндровый поршневой двигатель:
а — схема устройства; б — основные обозначения;
1 — коленчатый вал; 2 — маховик; 3—картер; цилиндр; 5 — шатун; 6 — поршень; 7 — поршневой палец; 8 — головка цилиндра; 9 — канал для впуска воздуха или горючей смеси; 10 и 15 — клапаны; 11 и 14 — пружины клапанов; 12 и 13 — коромысла; 16 — канал для выпуска отработавших газов; 11 — штанга толкателя; 18 — толкатель; 19 — кулачок; 20 — распределительный вал; 21 и 22 — шестерни привода распределительного вала.

Принцип действия, классификация и общее устройство двигателей внутреннего сгорания — Тракторы — учебное пособие

Принцип действия, классификация и общее устройство двигателей внутреннего сгорания

Двигатель — машина, превращающая какой- либо вид энергии (например, внутренней, электрической) в механическую энергию.
Так, в тепловых двигателях внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию. Принцип работы таких двигателей основан на свойстве нагреваемых газов расширяться.
Тепловые двигатели бывают внешнего сгорания (паровая машина, паровая и газовая турбины), внутреннего сгорания (поршневые двигатели) и реактивные.
На тракторах устанавливают поршневые двигатели внутреннего сгорания, в которых смесь топлива с воздухом сгорает внутри цилиндров.
В зависимости от способа смесеобразования и воспламенения рабочей смеси (смеси паров топлива с воздухом и с отработавшими газами) поршневые двигатели внутреннего сгорания делятся на карбюраторные и дизели.
В карбюраторных двигателях горючая смесь (смесь паров топ¬лива с воздухом) образуется вне цилиндра в карбюраторе и воспла¬меняется в цилиндре электрической искрой.
В дизелях распыленное топливо смешивается с воздухом в ци¬линдре и самовоспламеняется за счет высокой температуры сжатого воздуха.
Карбюраторные двигатели и дизели бывают одноцилиндровые и многоцилиндровые.
Для непрерывной работы карбюраторного двигателя и дизеля в их цилиндрах должны периодически совершаться процессы:
1) впуск — наполнение цилиндра горючей смесью (у карбюра¬торного двигателя) или воздухом (у дизеля);
2) сжатие и воспламенение рабочей смеси (у карбюраторного двигателя) или сжатие воздуха, впрыск и самовоспламенение топлива (у дизеля);
3) сгорание рабочей смеси;
4) расширение газов;
5) выпуск — очистка цилиндра от отработавших газов.
Совокупность этих процессов, последовательно протекающих в
цилиндре, называется рабочим циклом.
Рабочий цикл в двигателях внутреннего сгорания может сове р шаться за четыре или два хода поршня.
Двигатели внутреннего сгорания, в которых рабочий цикл совер¬шается за четыре хода поршня (дза оборота коленчатого вала), называются четырехтактными, а в кото¬рых за два хода пор¬шня (один оборот коленчатого вала) — двухтактными.

Рис. 4. Одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный двигатель:
I — поддон картера; 2 — колен¬чатый вал; 3 — распределительные шестерни; 4—картер; 5 — рас¬пределительный вал; 6 — шатун; 7— толкатель; 8 — поршень; 9 — поршневой палец; 10—цилиндр;
II — штанга; 12—впускной кла¬пан; 13 — головка цилиндра; 14—1 крышка головки; 15 — коромысла; 16 — пружины клапанов; 17—свеча зажигания; 18 — выпускной клапан; 19 —• рубашка охлаждения цилиндра; 20 — гильза цилиндра; 21 — маховик.

Тактом называется часть рабоче¬го цикла двигателя, происходящая за один ход поршня.
Одноцилиндровый четырехтактный карбюраторный двигатель (рис. 4) состоит из цилиндра 10 с гильзой 20, закрытых сверху головкой 13 с крышкой 14. Внутри цилиндра может перемещаться поршень 8, соединенный шарнирно пальцем 9 с шатуном 6. Нижняя часть шатуна соединена с коленчатым ва¬лом 2, вращающимся в картере 4. Картер снизу закрыт поддоном 1. В головку цилиндра ввернута свеча 17 зажигания, которая создает электрическую искру для воспламенения рабочей смеси.
У одноцилиндрового четырехтактного дизеля нет карбюратора и свечи зажигания, а имеется форсунка, через которую в конце такта сжатия п камеру сгорания впрыскивается распыленное топливо.
Во время работы двигателя поршень движется в цилиндре вверх и вниз (иозвратно- ноступательно). Ниже даны основные определения.
Верхняя мертвая точка (ВМТ ) — положение поршня 3 (рис. 5), наиболее удаленного от оси коленчатого вала 1.
Нижняя мертвая точка (IIMT) —положение поршня, наименее удаленного от оси коленчатого вала.
Ход s поршня — расстояние, проходимое поршнем от ВМТ до НМТ или обратно.
Объем Vc камеры сгорания , или ка¬меры сжатия,— пространство над порш¬нем, находящимся в ВМТ.

Рис. 5. Положения поршня:
1 — коленчатый вал; 2 — ша тун ; 3 — поршень.

Рабочий объем Vh цилиндра — объем, освобождаемый поршнем, движу- щимся от ВМТ к НМТ.
Литраж Vл двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров двига¬теля, выраженная в литрах.
Полный объем Va цилиндра — объем цилиндра над поршнем, находя¬щимся в НМТ. Полный объем цилиндра равен сумме объемов рабочего и ка¬меры сгорания.
Степень сжатия е — число, показывающее, во сколько раз уменьшится объем рабочей смеси или воздуха, сжа¬ых в цилиндре:
e = Va/ Vс = (Vh+Vc)/Vc.
У дизелей е=14. 20, у карбюраторных двигателей — 6. 10.
Горючая смесь (у карбюраторных двигателей) или воздух (у дизелей) поступает в цилиндр по впускному каналу через отверстие, открываемое впускным клапаном 12 (см. рис. 4), Под действием повышенного давления газов сгорающей смеси поршень опускается и через шатун повертывает коленчатый вал на угол 180°, Когда поршень переместится в НМТ, коленчатый вал не останавливается, а вращается по инерции, обеспечивая вспомогательные процессы: выпуск, впуск и сжатие. Во время названных процессов движение от коленчатого вала передается через шатун и палец к поршню. При этом вращательное движение коленчатого вала преобразуется в прямолинейное движение поршня. Инерцию коленчатого вала увеличивает прикрепленный к нему маховик 21. Его кинетическая энергия во время расширения газов возрастает, а при вспомогатель¬ных процессах расходуется на движение коленчатого вала, шатуна и поршня.
Цилиндр, его головка, картер, поршень, палец, шатун, коленчатый вал и маховик образуют кривошипно- шатунный механизм, пре¬образующий прямолинейное возвратно- поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Отработавшие газы (продукты сгорания), совершившие работу по перемещению поршня в цилиндре, выходят по выпускному кана¬лу в атмосферу после открытия выпускного клапана 18.
Впускной и выпускной клапаны удерживаются в закрытом положении пружинами 16 и открываются под воздействием коромысел 15, которые получают движение через толкатели 7 и штанги 11 от кулачков распределительного вала 5. Вращение к этому валу пере¬дается от коленчатого вала 2 шестернями 3.
Впускной и выпускной клапаны, их пружины с деталями крепле¬ния, коромысла, штанги, толкатели, распределительные шестерни и пал образуют распределительный механизм. Он обеспечивает свое¬временный впуск в цилиндр воздуха (у дизелей) или горючей смеси (у карбюраторных двигателей) и выпуск из цилиндра отработав¬ших газов.
Кроме указанных механизмов, двигатель имеет следующие си¬стемы: питания, охлаждения, смазки, зажигания (только у карбю¬раторных) и пуска.
Система питания обеспечивает двигатель топливом и воздухом в необходимом соотношении и количестве и удаляет oTpa6ofaBuiHe газы в атмосферу.
Система охлаждения отводит излишнюю теплоту от деталей дви¬гателя и поддерживает его нормальную температуру.
Система смазки подает к трущимся деталям двигателя масло, которое уменьшает трение, износ, охлаждает детали и удаляет с них продукты износа и загрязнения.
Система пуска осуществляет пуск двигателя.
У большинства дизелей имеется декомпрессионный механизм, облегчающий прокручивание коленчатого вала при пуске холодного дизеля и его техническом обслуживании.