Файл: Колоколов А.А. Двигатели внутреннего сгорания изотермического подвижного состава учебник.pdf

В конечный период сжатия, когда поршень несколько не дойдет до верхнего мертвого положения, через форсунку 7 в цилиндр впрыс­ кивается топливо, после чего происходит сгорание, а затем расшире­ ние газов. В конце расширения при подходе поршня к нижней мертвой точке сначала открываются выпускные (более высокие) окна, вслед­ ствие чего газы сгорания устремляются в коллектор и далее в атмосфе­ ру; давление в цилиндре падает. В следующий момент поршень откры­ вает продувочные окна, через которые в цилиндр входит воздух, час­ тично выталкивающий через выпускные окна оставшиеся в цилиндре газы сгорания.

График действительного процесса (индикаторная диаграмма) двух­ тактного дизеля с описанным способом продувки цилиндра показан на рис. 32, б. На диаграмме: 1—2 — процесс сжатия; 2—3 — сгора­ ние; 3—4 — расширение; 4—5 — предварение выпуска, когда выпуск­ ные окна открыты, но продувочные еще не открывались. В этот период давление газов в цилиндре падает примерно до давления продувочно­ го воздуха. В течение процессов 5—6 и 6—7 впускные и выпускные окна открыты и происходит продувка цилиндра. Процесс 7—/ со­ ответствует движению поршня вверх, когда выпускные окна еще не закрылись, но продувочные уже закрыты. При этом из цилиндра бес­ полезно вытесняется часть воздуха. Атмосферное давление обозначено линией 9.

Некоторое количество воздуха при продувке проходит непосредст­ венно из продувочных окон 10 в выпускные 8, не принимая участия в процессе сгорания топлива. Это увеличивает расход продувочного воздуха и мощность, затрачиваемую на его подачу. В то же время в верхней части цилиндра остается значительное количество остаточ­ ных газов, что является недостатком данного способа продувки.

вает в пределах 0,15—0,30. Для двухтактных двигателей действитель­

§ 20. Способы продувки двухтактных двигателей

Улучшение качества продувки цилиндра двухтактных двигателей осуществляется различными способами. Наиболее распространенные из этих способов показаны на рис. 33:

а — поперечная щелевая продувка с отражающим козырьком (дефлектор) К на поршне. Козырек отклоняет поток продувочного воздуха вверх, уменьшая этим утечку его через выпускные окна и

оси продувочных каналов расположены наклонно по отношению к его

55

нижнего на постоянный угол а = 10—15°. Поршни работают в об­ щей цилиндровой гильзе.

Отставание верхнего вала от нижнего, расположение и размеры продувочных окон 2 и выпускных окон 5 обеспечивают следующую по времени последовательность их действия: открытие выпускных окон нижним поршнем, открытие продувочных окон верхним порш­ нем, закрытие выпускных окон нижним поршнем, закрытие проду­ вочных окон верхним поршнем. Камера сжатия 4 с форсунками 3 об­ разуется между днищами поршней при наибольшем их сближении.

Для получения продувочного воздуха в двухтактных двигателях используются насосы-воздуходувки. На рис. 34 дана схема простей­

кривошипной камере воздух сжимается. В момент открытия проду­

57

Для мощных двухтактных двигателей часто применяется поршне­ вой продувочный насос, приводимый в действие самим двигателем. В этом случае насос обслуживает несколько цилиндров. Для умень­

В современных быстроходных двухтактных двигателях для полу­ чения продувочного воздуха применяются в большинстве случаев ро­ тационные воздуходувки. На рис. 35 показан схематический попереч­ ный разрез двухроторной трехлопастной воздуходувки. Вращение от ведущего вала воздуходувки к ведомому передается с помощью ше­ стерен, размещенных вне корпуса воздуходувки. Роторы вращаются, не касаясь друг друга, но с минимальным зазором, вследствие чего износ их не происходит. Воздуходувки этого типа обладают большой производительностью при сравнительно малых габаритах и массе. Вследствие хорошей уравновешенности частота вращения роторов

§ 21. Уравновешенность и порядок работы

многоцилиндровых двигателей

Конструкция коленчатого вала многоцилиндрового двигателя вы­ бирается исходя из двух основных требований:

чередование вспышек в отдельных цилиндрах через равные про­ межутки времени, или, что равноценно, через одинаковые углы пово­ рота вала;

наилучшая взаимная уравновешенность сил инерции деталей, движущихся возвратно-поступательно.

Полный рабочий цикл в цилиндре четырехтактного двигателя со­ вершается за два оборота вала, т. е. за угол поворота 720°. За этот период должны произойти вспышки во всех z цилиндрах. Следователь­ но, в двигателе с однорядным расположением цилиндров угол а между коленами вала должен удовлетворять зависимости

720°

а =-- ,

г

где z — число цилиндров двигателя.

Для двухтактного двигателя эта зависимость будет

360°

а — . z

Угол а, обеспечивающий равномерность чередования вспышек, еще не определяет полностью конфигурацию коленчатого вала. Рас­ смотрим пример. Для четырехтактного двигателя с четырьмя цилинд-

720°

рами а — —£— = 180°. Но с таким углом между коленами вал может быть выполнен, например, по схеме, приведенной на рис. 36, а. При этом чередование вспышек через каждые 180° происходило бы в такой

58

последовательности: 1—3—2—4 или 1—4—2—3. Однако вал, выпол­ ненный по этой схеме, не удовлетворяет требованию наилучшей урав­ новешенности.

При вращении его появляются постоянные по величине центробеж­ ные силы от эксцентрично вращающихся колен. Эти силы при любом расположении колен могут быть полностью уравновешены противове­ сами и никакого влияния на общую уравновешенность двигателя не оказывают. Но при поступательно-возвратном движении каждого поршня возникает переменная сила инерции Fmv наибольшая вели­ чина которой достигается в мертвых точках. Как видно из схемы, силы Fmi от всех четырех поршней создают момент МШ1 относительно точки 0, действующий в вертикальной плоскости и стремящийся по­ вернуть вал, а с ним и весь корпус двигателя по часовой стрелке. Когда вал повернется на 180°, момент сил инерции Fim будет действо­ вать в обратном направлении. Это вызвало бы колебания корпуса дви­ гателя в продольной вертикальной плоскости.

Для уничтожения раскачивающего действия сил инерции посту­ пательно движущихся масс колена вала располагают так, чтобы одна половина вала (положим, передняя) представляла зеркальное изобра­ жение другой (задней). В результате получаем схему, показанную

2

Ми

3 k

ГШ

б,

Fин

Рис. 36. Схемы коленчатых валов

59

на рис. 36, б. В этом случае моменты сил Рип первого и третьего ци­ линдров относительно точки 0, действующие по часовой стрелке, будут уравновешиваться моментами сил Filn четвертого и второго цилиндров, действующими против часовой стрелки. Исходя из этого валы всех четырехцилиндровых четырехтактных двигателей выполняются всегда по этой схеме. В зависимости от размеров двигателя, требований же­ сткости и износоустойчивости число коренных подшипников для рас­ сматриваемого вала может быть от двух (только концевые) до пяти. Как видно из схемы рис. 36, б, последовательность прохождения порш­ ней через верхние мертвые положения, а следовательно, и последова­ тельность вспышек будут 1—3—4—2 или 1—2—4—3. Оба эти вариан­ та совершенно равноценны и в одинаковой степени применяются в че­ тырехцилиндровых четырехтактных двигателях.

В шестицилиндровом четырехтактном двигателе угол между коле-

720°

нами вала а = —^- = 120°, а для обеспечения лучшей уравновешен­ ности колена вала располагаются по схеме, приведенной на рис. 36, в. Избегая возникновения вспышек последовательно в соседних цилинд­ рах и принимая вращение вала по часовой стрелке, получим порядок

работы 1—5—3—6—2—4.

В четырехцилиндровом двухтактном двигателе угол между коленами

360°

вала а = —^— = 90° и колена расположены по схеме, показанной на рис. 36, г. Легко видеть, что такое расположение колен не обеспечи­ вает уравновешивания моментов, возникающих от сил инерции дви­ жущихся масс. Для их уравновешивания применяется специальная система вращающихся противовесов. Порядок работы цилиндров при вращении вала по часовой стрелке будет 1—3—4—2.

Г л а в а I I I

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ, МОЩНОСТЬ

ИЭКОНОМИЧНОСТЬ ДВИГАТЕЛЕЙ

§22. Крутящий момент

исреднее эффективное давление

Способность двигателя преодолевать сопротивление, создаваемое

60