Военное образование в России

Раздел 2. Двигатели внутреннего сгорания

Общее устройство и рабочий процесс двигателей

2.1 Классификация, общее устройство и основные параметры двигателей

На военной автомобильной технике устанавливаются двигатели внутреннего сгорания. Процесс сгорания топлива с выделением теплоты и превращение ее в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах этих двигателей.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют:

- по способу воспламенения рабочей смеси – на двигатели с принудительным воспламенением рабочей смеси от электрической искры и двигатели с самовоспламенением (дизели);

- по способу смесеобразования – на двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные, с впрыскиванием топлива во впускной коллектор), у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров, и двигатели с внутренним смесеобразованием (дизели и двигатели с принудительным воспламенением и впрыскиванием топлива в цилиндр), у которых смесеобразование происходит внутри цилиндров;

- по способу организации рабочего цикла – на четырех- и двухтактные;

- по числу цилиндров – на одно-, двух- и многоцилиндровые;

- по расположению цилиндров – на двигатели с вертикальным или наклонным расположением цилиндров в один ряд, на V-образные двигатели с различным углом развала, в том числе под углом 180°, которые называются оппозитными;

- по виду применяемого топлива – на двигатели, использующие бензин, газ, дизельное и другие виды топлив (многотопливные).

Двигатели внутреннего сгорания состоят из механизмов и систем, общее устройство и принцип работы которых целесообразно рассмотреть на примере четырехтактного одноцилиндрового дизельного двигателя (рисунок 2.1). Основными частями такого двигателя являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также система питания, смазочная система и система охлаждения.

1 – шестерни привода кулачкового вала; 2 – кулачковый вал; 3 – толкатели; 4 – штанги; 5 – поршень; 6 – головка цилиндра; 7 – глушитель; 8 – коромысла; 9 – пружины клапанов; 10 – воздушный фильтр; 11 – впускной клапан; 12 – форсунка; 13 – выпускной клапан; 14 – поршневые кольца; 15 – рубашка охлаждения; 16 – палец; 17 – цилиндр; 18 – шатун; 19 – маховик; 20 – картер; 21 – коленчатый вал; 22 – смазочная ёмкость

Рисунок 2.1 - Четырехтактный одноцилиндровый дизельный двигатель

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов и преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Состоит из цилиндра, головки, закрывающей цилиндр сверху, поршня с кольцами и пальцем, который соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Нижняя головка шатуна соединена с коленчатым валом, на заднем конце которого установлен маховик. Коленчатый вал вращается в подшипниках скольжения, расположенных в картере. Смазочная ёмкость картера используется как резервуар для масла.

Газораспределительный механизм обеспечивает своевременный впуск горючей смеси или воздуха (дизель) в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Этот механизм приводится в действие от коленчатого вала через шестеренчатую, цепную или клиноременную передачи. При этом распределительный вал, воздействуя на толкатели, штанги и коромысла, открывает впускной или выпускной клапаны, закрытие которых происходит под действием пружин.

Система питания предназначена для хранения, очистки и подачи топлива в цилиндры, а также очистки и подачи воздуха и отвода продуктов сгорания. При помощи насоса в дизелях топливо из топливного бака подается в топливный насос высокого давления, который в определенный момент времени необходимое количество топлива, под высоким давлением через форсунку подает в цилиндр двигателя, где топливо смешивается с горячим воздухом, образуя горючую смесь, которая затем самовоспламеняется и сгорает. В систему питания также входят фильтры для очистки воздуха и топлива, выпускной газопровод с глушителем шума выпуска.

Смазочная система обеспечивает подачу масла для смазки взаимодействующих деталей и отвод продуктов износа. Состоит из насоса, маслоподводящих каналов, фильтров для очистки масла и радиатора для его охлаждения.

Система охлаждения поддерживает заданный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод тепла от сильно нагревающихся при сгорании горючей смеси деталей цилиндропоршневой группы и клапанов. Система охлаждения бывает жидкостная или воздушная. Жидкостная система охлаждения состоит из рубашки-полости, внутри которой циркулирует охлаждающая жидкость, жидкостного насоса, термостата, вентилятора и радиатора.

При воздушной системе охлаждения заданный температурный режим достигается охлаждением ребер, имеющихся на цилиндре и его головке, потоком воздуха, который создается мощным вентилятором.

Система зажигания установлена только на двигателях с принудительным воспламенением. Она предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Система зажигания состоит из источника электрической энергии (аккумуляторная батарея, генератор), приборов, преобразующих ток низкого напряжения в ток высокого напряжения, соединительных проводов и свечей зажигания, электрическая искра которых воспламеняет рабочую смесь.

Взаимодействие механизмов и систем дизельного двигателя происходит следующим образом. Когда поршень опускается вниз, воздух через открытый впускной клапан поступает в цилиндр. При движении поршня вверх воздух сжимается, его температура повышается до 400-500 °С. Когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, в цилиндр впрыскивается топливо, смешиваясь с горячим воздухом, образуя горючую смесь, которая затем самовоспламеняется и сгорает. В процессе сгорания образуются газы, имеющие высокую температуру и большое давление. Под действием давления расширяющихся газов поршень опускается вниз и через шатун приводит во вращение коленчатый вал. Таким образом, происходит преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Затем поршень двигается вверх и выталкивает отработавшие газы через открывающийся выпускной клапан.