Общее устройство автомобиля и двигателя (стр. 2 из 2)
Сочетание деталей «цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал» обеспечивает преобразование прямолинейного, возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала (поршень действует на шатун, а шатун — на коленчатый вал). Поршень движется в пределах от крайнего верхнего положения (верхняя мертвая точка — в. м. т.) до крайнего нижнего положения (нижняя мертвая точка — н. м. т.); в этих положениях шатун и кривошип располагаются на одной вертикали, и поршень на момент останавливается, меняя направление своего движения. Расстояние между крайними положениями поршня называется ходом поршня; по величине он равен двум радиусам кривошипа. Каждому ходу поршня соответствует половина оборота кривошипа.
В процессе движения поршня объем цилиндра над поршнем непрерывно изменяется в пределах от минимального (при верхнем положении поршня — объем камеры сжатия Vc) до максимального (при нижнем положении поршня — полный объем
. Разница между этими объемами, равная объему 
описываемому поршнем за один ход,называется рабочим объемом, а отношение объема над поршнем при его нижнем положении к объему над поршнем в его верхнем положении называется степенью сжатия:
На рис. 4 и 5 изображены схемы одноцилиндрового карбюраторного четырехтактного двигателя в разрезе с нижними и верхними клапанами.
Рабочий процесс карбюраторного четырехтактного двигателя
Основной задачей рабочего процесса двигателя является наиболее эффективное сжигание вводимого в цилиндр топлива, которым обычно служит бензин. Смесь паров бензина с необходимым для сгорания количеством воздуха называется горючей смесью, она приготовляется В специальном устройстве, называемом карбюратором.
В начале первого хода поршня открывается впускной клапан (точка на графике, изображенном на рис. 6, а) и за счет разрежения над опускающимся поршнем в цилиндр засасывается из карбюратора свежая горючая смесь. Цилиндр наполняется смесью до момента прихода поршня в нижнее положение, после чего впускной клапан закрывается (точка а). Таким образом, поршень совершает свой первый ход, называемый тактом всасывания (впуска); при этом кривошип делает первую половину оборота, повернувшись на угол 3,14 рад (180°). В процессе всасывания выпускной клапан закрыт. Такт впуска протекает при давлении в цилиндре (прямая faна графике работы) около 0,08 Мн/м2(0,8 кГ/см2). К концу впуска смесь нагревается на
С от горячих стенок цилиндра и оставшихся газов. За- 
полнение смесью составляет 0,75 - 0,85 от объема цилиндра над поршнем, когда он находится в нижнем положении.
При втором ходе поршня и закрытых клапанах совершается второй такт — сжатие горючей смеси; кривошип при этом поворачивается от 3,14 до 6,28 рад (от 180 до 360°) — вторая половина оборота. К концу сжатия объем смеси сокращается в 6—8 раз с повышением давления до 0,8 — 1,2 Мн/м2(8 — 12 кГ/см2) (кривая ас); температура смеси при этом поднимается до 450 500°.
В конце второго хода между электродами свечи проскакивает искра, при этом сжатая смесь воспламеняется, что приводит к повышению давления газов на поршень (точка на графике работы) до 3 ч- 4 Мн/м2(30 -40 кГ/см) при температуре 1800 ― 2000° С, и поршень совершает свой третий ход. Третий ход представляет собой движение поршня вниз с расширением продуктов сгорания при закрытых клапанах и поворотом кривошипа от 6,28 до 9,42 рад (от 360 до 540°) — первая половина второго оборота; этот ход называется рабочим ходом, или тактом расширения. Его окончание характеризуется давлением 0,35 0,45 Мн/м2(3,5 ― 4,5 кГ/см2) (точка е) и температурой 800 ― 1100 ° С. В конце такта расширения открывается выпускной клапан и отработавший газ, имеющий давление больше атмосферного, выпускается через соответствующий трубопровод. Четвертым ходом поршня (такт выпуска) цилиндр очищается от сгоревших газов при открытом выпускном и закрытом .впускном клапанах и давлении 0,1 — 0,12 Мн/м2(1,05 ― 1,15 кГ/см2) — прямая hr, при этом кривошип поворачивается от 9,42 до 12, 56 рад (от 540 до 720°) — вторая половина второго оборота. Температура в конце выпуска снижается до 700 — 800° С. Выпускной клапан закрывается к началу следующего такта всасывания (впуска), наступление которого служит началом повторения тактов.
Перечисленные такты составляют непрерывно повторяющийся четырехтактный цикл двигателя; работа совершается только на протяжении третьего хода, поэтому он и называется рабочим; три остальные хода являются вспомогательными и на их совершение тратится часть работы, полученной при третьем ходе поршня (табл. 2). График работы, изображенный на рис. 6, а, является теоретическим. Наличие ряда дополнительных условий в работе двигателя, а также стремление обеспечить лучшее наполнение цилиндра рабочей смесью, достичь более полного сгорания горючей смеси и очищения цилиндра от газов заставляют несколько сдвигать границы этих процессов.
В результате все переходы между отдельными участками графика закругляются и действительный график работы принимает вид, изображенный на рис. 6, б.
Дизельные двигатели
На грузовых автомобилях среднего и большого тоннажа устанавливают дизели, использующие тяжелые сорта топлива. Эти дизели значительно отличаются от рассмотренного выше двигателя, использующего легкие сорта топлив. Работа дизелей, также как и работа карбюраторных двигателей, основана на сгорании топлива внутри цилиндра. Много общего есть и в основных частях двигателей, за исключением приборов приготовления горючей смеси (топливной аппаратуры) и некоторых других частей.
На рис. 7 показаны схема и график работы четырехтактного дизеля (типа ЯМЗ). При перемещении поршня от верхней мертвой точки к нижней через открытый впускной клапан засасывается воздух (левая стрелка), при перемешивании которого с остаточными газами совершается такт впуска (линия га на графике работы); в следующий ход поршня происходит сжатие смеси с остаточными газами при закрытых клапанах (линия ас); степень сжатия достигает 14 -20, а давление конца сжатия равно 3 - 4 Мн1м2(30 — 40 кГ/см2} при температуре 600 -700° С. В конце сжатия через форсунку 1 насосом 2 под давлением впрыскивается топливо, мелкие частицы которого, соприкасаясь с раскаленным воздухом, сгорают (линия cz); давление поднимается до 5 — б Мн1мг(50 — 60 кГ/см2, а температура — до 1800 - 2000° С. Под влиянием большого давления газов происходит рабочий ход (линия ze) последним ходом (линия еr) поршень выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан (правая стрелка) — такт выпуска.
Для карбюраторного двигателя смесь приготовляется вне его цилиндра и подается на протяжении целого хода поршня заранее подготовленной. В дизеле же смесь образуется в цилиндре, где и сгорает, а для хорошего перемешивания впрыскиваемого за короткий
промежуток времени топлива со сжатым воздухом необходимо определенное время, которого не хватает особенно на больших оборотах. Поэтому у современных дизелей максимальное число оборотов в минуту меньше, чем у карбюраторных.
Весь процесс работы при четырехтактном цикле совершается за четыре хода поршня и два оборота коленчатого вала; рабочий ход имеет место только через два оборота вала. Поэтому при наличии только одного цилиндра для получения необходимой мощности требуется увеличение размеров поршня, цилиндра и других деталей, что приводит к необходимости уменьшения оборотов вследствие трудности преодоления больших сил инерции возвратно-поступательно движущихся деталей. Одноцилиндровый двигатель получается тяжелым и тихоходным.
Двигатель автомобильного тина достаточной мощности, малого веса и небольших размеров получится, если увеличить количество цилиндров и повысить число оборотов коленчатого вала в минуту. При увеличенном количестве цилиндров за два оборота совершается несколько рабочих ходов; правильным чередованием этих ходов можно улучшить равномерность вращения вала, а сокращением времени совершения рабочего хода можно дополнительно повысить мощность за счет повышения числа оборотов вала в единицу времени.
Современные автомобильные двигатели чаще всего состоят из четырех, шести или восьми цилиндров.
В качестве общего критерия для оценки двигателя служит коэффициент полезного действия, под которым понимается отношение тепла, эквивалентного работе, снимаемой с маховика, к теплу, эквивалентному введенному топливу; для карбюраторных двигателей он равен 0,2 - 0,25; для дизельных 0,3 -0,35.
Двигатель состоит из кривошипного и распределительного механизмов и систем охлаждения, смазки, питания и зажигания (только в карбюраторных двигателях).
Использованная литература
1. Яковлев Н. А. Автомобили (устройство). Учеб. пособие для вузов. М., «Высшая школа», 1991. 336 с. с илл.