Общее устройство и рабочий цикл одноцилиндрового бензинового двигателя

Рассмотрим принцип работы простейше­го одноцилиндрового бензинового двигате­ля (рис. 2.3). Такой двигатель состоит из цилиндра, к которому прикручена съемная головка. В цилиндре находится поршень. Он име­ет форму цилиндрического стакана, состо­ящего из головки и юбки (см. рис. 2.3 и 2.4).

Принцип работы одноцилиндрового бензинового двигателя

Рис. 2.3. Принцип работы одноцилиндро­вого бензинового двигателя: 1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – цилиндр; 4 – поршень; 5 – герметизирующая прокладка; 6 – голо­вка цилиндра; 7 – выпускной клапан; 8 – свеча зажи­гания; 9 – впускной клапан; 10 – компрессионные кольца; 11 – маслосъемное кольцо; 12 – маховик; 13 – картер двигателя

Поршень и коленчатый вал

Рис. 2.4. Поршень и коленчатый вал: 1 – юбка поршня; 2 – палец и его стопорное кольцо; 3 – головка поршня; 4 – компрессионные кольца; 5 – маслосъемное кольцо; 6 – шатун; 7 – коленча­тый вал; 8 – подшипники скольжения; 9 – криво­шип коленчатого вала

На поршне есть канавки, в которых установлены поршневые кольца Их зада­ча – обеспечить герметичность пространст­ва над поршнем, недав возможности газам, образующимся при работе двигателя, про­рваться под поршень, а также не допус­тить попадания масла, смазывающего вну­треннюю поверхность цилиндра, в прост­ранство над поршнем. Эти кольца играют роль уплотнителей, причем те из них, ко­торые не пропускают газы, назвали ком­прессионными, а оберегающие от мас­ла – маслосъемными.

Цилиндр необходимо заправить топлив­ной смесью бензина с воздухом, приготов­ленной карбюратором или инжектором, сжать ее поршнем и поджечь, а она, сго­рая и расширяясь, заставит поршень дви­гаться вниз. Так тепловая энергия топли­ва превратится в механическую.

Теперь необходимо преобразовать пере­мещение поршня во вращение вала. Для этого использовали следующее механичес­кое приспособление: поршень с помощью пальца и шатуна шарнирно соединили с кривошипом коленчатого вала, который вращается на подшипниках, установлен­ных в картере двигателя (см. рис. 2.4).

В результате перемещение поршня в ци­линдре сверху вниз и обратно легко пре­образуется во вращение вала (см. рис. 2.3).

Верхней мертвой точкой, сокращенно ВМТ, называют самое верхнее положение поршня в цилиндре (т.е. то место, где поршень перестает двигаться вверх и на­чинает движение вниз) (рис. 2.5).

Ход поршня от ВМТ до НМТ

Рис. 2.5. Ход поршня от ВМТ до НМТ

Самое нижнее положение поршня в ци­линдре (т.е. то место, где поршень пере­стает двигаться вниз и начинает движе­ние вверх) называют нижней мертвой точкой, сокращенно НМТ (см. рис. 2.5).

Расстояние между крайними положени­ями поршня (от ВМТ до НМТ) называет­ся ходом поршня (см. рис. 2.5).

При перемещении поршня сверху вниз (от ВМТ до НМТ) объем над ним изменя­ется от минимального до максимального. Минимальный объем в цилиндре над пор­шнем при его положении в ВМТ называ­ется камерой сгорания (см. рис. 2.5).

Объем, освобождаемый в цилиндре пор­шнем при его перемещении от ВМТ до НМТ, называют рабочим объемом ци­линдра -Vр (см. рис. 2,5). Рабочий объем всех цилиндров двигате­ля, выраженный в литрах, называется ли­тражом двигателя.

Полным объемом цилиндра называется сумма его рабочего объема и объема ка­меры сгорания. Этот объем заключен над поршнем при его положении в НМТ.

Важной характеристикой двигателя яв­ляется его степень сжатия. Она опреде­ляется как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступившая в цилиндр смесь при перемещении поршня снизу вверх (от НМТ к ВМТ). У бензиновых двигателей степень сжатия находится в пределах 6-14, у дизельных – 14-24. Степень сжатия во многом определяет мощность двигателя и его экономичность, существенно влияет на токсич­ность отработавших газов.

Мощность двигателя измеряется в кило­ваттах либо в лошадиных силах (1 л.с. примерно равна 0,735 кВт).

Работа двигателя внутреннего сгорания основана на использовании силы давле­ния газов, образующихся при сгорании в цилиндре смеси топлива и воздуха. Как уже говорилось, в бензиновых и газо­вых двигателях смесь воспламеняется от свечи зажигания (см. рис. 2.3), в дизе­лях – от сжатия.

Совокупность последовательных процес­сов, периодически повторяющихся в каж­дом цилиндре двигателя и обеспечиваю­щих его непрерывную работу, называется рабочим циклом.

Рабочий цикл четырехтактного двига­теля состоит из четырех тактов, каждый из которых происходит за один ход поршня (от ВМТ к НМТ или наоборот) или за пол-оборота коленчатого вала. Полный рабочий цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала.

При работе одноцилиндрового двигате­ля его коленчатый вал вращается нерав­номерно, он резко ускоряется в момент сгорания горючей смеси, а все остальное время замедляется. Для повышения рав­номерности вращения на валу коленчато­го вала, выходящего наружу из корпуса двигателя, закрепляют массивный диск (маховик) – рис. 2.6. Когда двигатель ра­ботает, вал с маховиком вращаются.

Расположение маховика коленча­того вала

Рис. 2.6. Расположение маховика коленча­того вала: 1 – коленчатый вал; 2 – маховик

Теперь поговорим немного подробнее о работе такого двигателя.

Итак, первая задача – поместить внутрь цилиндра (в пространство над поршнем) топливовоздушную смесь, которую, как вы помните, приготовил карбюратор или инжектор. Это действие называют тактом впуска (первый такт). На рис. 2.7-2.10 по­ казан принцип работы инжекторного дви­гателя. Заполнение цилиндра двигателя топливовоздушной смесью очень похоже на заполнение шприца лекарством (см. рис. 2.7):

Такт впуска

Рис. 2.7. Такт впуска 

поршень из верхнего положения­ движется в нижнее. Но в шприце лекар­ство набирается, а затем выпускается че­рез один и тот же канал (иглу). В двига­теле же горючая смесь впускается через один канал, а продукты ее сгорания – че­рез другой, т.е. к цилиндру двигателя подведены сразу два канала: впускной и выпускной. Непосредственно перед вхо­дом в цилиндр в этих каналах установле­ны клапаны. Их принцип действия очень прост: представьте себе гвоздь с большой круглой шляпкой, перевернутый «вверх ногами» (шляпкой вниз). Эта круглая шляпка закрывает вход из канала в ци­линдр. При этом она прижимается к кромке канала мощной пружиной и, как пробкой, закупоривает его (см. рис. 2.16). Если нажать на клапан (тот са­мый «гвоздь»), преодолев сопротивление пружины, то вход в цилиндр из канала будет открыт (см. рис. 2.15).

Теперь, познакомившись с принципом работы клапанов, вернемся к первому такту работы двигателя.