Типи двигунів внутрішнього згоряння і принцип їх роботи
Типи двигунів внутрішнього згоряння і принцип їх роботи
Двигуни внутрішнього згоряння є тепловими машинами, що перетворюють теплову енергію палива в механічну енергію руху. Згоряння палива в цих двигунах відбувається безпосередньо всередині їх циліндрів, в результаті чого створюється тиск на поршень, який переміщається і здійснює механічну роботу.
Так як процес згоряння палива відбувається безпосередньо всередині двигуна, то теплові втрати в цих двигунах значно менше, ніж в парових машинах. У двигунах внутрішнього згоряння корисно використовується 20-30% тепла, укладеного в паливі, замість 3-13% використання тепла в парових установках.
Висока економічність і компактність конструкції цих двигунів в порівнянні з паровими привели до широкого застосування їх в багатьох галузях промисловості, в тому числі і в кранобудуванні.
Типи двигунів внутрішнього згоряння можна розділити на наступні групи: - за призначенням - стаціонарні та пересувні; - за родом палива - двигуни, що працюють на рідкому паливі (бензин, нафта, гас, дизельне паливо), і двигуни, що працюють на газоподібному -паливо (генераторний або природний газ); - за характером сумішоутворення - карбюраторні, у яких робоча суміш з парів палива і необходіморо кількості повітря утворюється поза циліндрів, і дизелі, у яких змішання палива з повітрям відбувається в порожнині циліндра; - за способом займання - карбюраторні двигуни з запалом робочої суміші від електричної іскри і дизелі, у яких суміш палива самозаймається в результаті впорскування палива через розпилюють форсунку в середу повітря, стиснутого в циліндрі до високого тиску і має в силу цього високу температуру; - по виконанню робочого процесу - чотиритактні і двотактні; - за кількістю циліндрів-одноциліндрові імногоціліндровие; - по розташуванню циліндрів - вертикальні, горизонтальні і з похилим розташуванням циліндрів.
Під час роботи двигуна внутрішнього згоряння всередині кожного з його циліндрів відбуваються наступні чотири процесу:
1. Циліндр заповнюється повітрям в дизелі або горючою сумішшю в карбюраторних двигунах.
2. Поступив в циліндр повітря або суміш стискається в дизелі до більш високого тиску, при якому впорскується паливо самозаймається, а в карбюраторному двигуні - до меншого тиску, при якому самозаймання не відбувається.
3. В результаті займання і згоряння палива утворилися під великим тиском гази, розширюючись, тиснуть на поршень, внаслідок чого він переміщається і здійснює механічну роботу.
4. Після здійснення робочого ходу циліндри очищаються від продуктів згоряння, підготовлений до повторення процесів.
Послідовне чергування зазначених процесів становить закінчений цикл роботи двигуна. Частина цього процесу, що здійснюється за час одного ходу поршня, т. Е. Переміщення його від одного свого крайнього положення до іншого, носить назву такту.
Якщо весь робочий процес двигуна відбувається за чотири ходи поршня, то двигун називається чотиритактним. Якщо ж повний робочий процес в кожному циліндрі відбувається за два ходи поршня, такий двигун називається двотактним.
У кранобудуванні найбільшого поширення набули багатоциліндрові чотиритактні дизелі, що працюють на дизельному паливі, і чотиритактні карбюраторні двигуни, що працюють на бензині.
У багатоциліндрових двигунах робочий процес відбувається в певній послідовності в кожному з циліндрів. При цьому черговість, так званий порядок роботи циліндрів, встановлюється таким чином, щоб циліндри працювали вразбивку; робиться це для того, щоб уникнути шкідливого впливу на колінчастий вал коливальних навантажень.
Для подачі в циліндр повітря або суміші і випуску відпрацьованих газів в двигунах застосовуються клапани; при цьому клапани, через які повітря або суміш надходить, називаються впускними, а клапани, через які випускаються продукти згоряння, звуться випускних.
На рис. 61 показана схема роботи чотиритактного карбюраторного двигуна.
Розглянемо, як відбувається цикл в такому двигуні.
Першим є такт всмоктування. Поршень, рухаючись від свого верхнього крайнього положення до нижнього, діє як насос: в циліндрі створюється розрідження, і через що відкривається впускний клапан повітря або суміш заповнює порожнину циліндра. Після досягнення поршнем свого нижнього крайнього положення циліндр виявиться наповненим повітрям або горючою сумішшю.
Другим тактом є стиснення і займання палива або робочої суміші: дійшовши до свого нижнього крайнього положення, поршень змінює напрямок, рухається вгору і стискає заповнив циліндр повітря або робочу суміш, при цьому клапани в голівці циліндра закриті.
У дизелі повітря стискається до тиску, при якому температура повітря підвищується до 500-600 ° С.
Мал. 61. Схема роботи чотиритактного карбюраторного двигуна: а - такт всмоктування; б - такт стиснення; в - такт робочого ходу; г такт випуску; 1 - циліндр 2 -картер; 3 - кришка картера; 4 - корінний вал; 5 - кривошип; 6 - порше; 7-шатун; 8-вал розподільний; 9 - кулачок впуску; 10 -кулачок вих-Лопа; 11-штовхач; 12 - клапан всмоктуючий; 1З -клапан випускний; 14- патрубок; 15-карбюратор; 16 - запальний свічка; 17 - порожнина сорочки охолодження; 18 - масляна ванна; 19 - пружина штовхача; 20 - шестерня розподільного вала
У карбюраторних двигунах робоча суміш стискається до тиску 5-10 кг / см% і температура суміші не перевищує 400 ° С.
Величина ступеня стиснення має велике значення для роботи двигуна і є одним з основних його показників.
В сучасних дизелях ступінь стиснення досягає 13-18; при цьому менші значення її відносяться до тихохідних, а великі - до швидкохідних дизелів. У карбюраторних двигунах ступінь стиснення дорівнює 4-5, при такому ступені стиснення паливо не займається.
Займання палива відбувається в кінці другого такту від електричної іскри. У дизелях в кінці другого такту паливо впорскується і самозаймається.
Третім тактом є робочий хід (див. Рис. 61, в).
Мал. 62. Схема шатунно-кри-вошіпного механізму двигуна внутрішнього згоряння
Згораючи, паливо виділяє тепло, за рахунок якого підвищується температура і тиск тазів.
В результаті згорання палива поршень сприймає на себе великий тиск газів і, рухаючись вниз, передає це тиск на колінчастий вал.
Четвертим тактом є такт випуску (рис. 61, г). Після завершення робочого ходу, в кінці якого тиск в циліндрі падає до 2-3 кг / см2, відкривається випускний клапан і поршень, рухаючись з нижнього свого положення в верхнє, виштовхує в атмосферу відпрацьовані гази. Після досягнення поршнем свого крайнього верхнього положення такти повторюються в тій же послідовності, т. Е. Відбувається новий цикл. Неважко бачити, що кожен робочий цикл двигуна в цьому випадку здійснюється за два повних оберти колінчастого вала, т. Е. На один робочий хід припадають три допоміжних ходу поршня. У табл. 13 показана черговість тактів, напрямок руху поршня і положення впускного і випускного клапанів. Так як поршень сприймає тиск газів, що змушує його рухатися лише при третьому, робочому такті, то протягом решти тактів він уповільнює свій хід, в результаті чого колінчастий вал обертатиметься нерівномірно. Щоб зменшити цю нерівномірність, на кінець вала насаджений масивний диск-маховик. За робочий хід поршня маховик накопичує частина енергії і повертає її за час інших трьох тактів, забезпечуючи тим самим рівномірне обертання колінчастого вала і безперервність роботи двигуна.
До атегорія: - Двигуни кранів на залізничному ходу