Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

чатого вала. Крайние положения поршня при возвратно-поступатель­ ном движении называются мертвыми точками (рис. 3-3, а): при наи­ большем расстоянии поршня от оси коленчатого вала верхняя (внут­ ренняя) мертвая точка (в.м.т.), при наименьшем — нижняя (наруж­ ная) мертвая точка (н.м.т.). Объем внутренней полости цилиндра в мо­ мент нахождения поршня в в.м.т. называется объемом сжатия или объемом камеры сгорания. Объем, описываемый поршнем внутри ци­ линдра, называется рабочим объемом.

Двигатели внутреннего сгорания строятся с воспламенением топ­ лива от сжатия и с искровым зажиганием. В первом случае горючее периодически впрыскивается в камеру сгорания двигателя и воспла­ меняется без постороннего источника зажигания. Такое явление про­ исходит благодаря тому, что в камере сгорания в этот момент нахо­ дится сжатый воздух, температура которого выше температуры само­ воспламенения данного топлива. Мельчайшие частицы топлива, по­ падая в такую горячую среду сжатого воздуха, быстро нагреваются и воспламеняются. В двигателях с искровым зажиганием воспламене­ ние топлива осуществляется от постороннего источника зажигания— обычно от электрической искры.

С воспламенением от сжатия работают дизели и турбопоршневые комбинированные двигатели, с искровым зажиганием — карбюратор­ ные и газовые двигатели.

поршня от в.м.т. к н.м.т. через всасывающий клапан засасывается в цилиндр двигателя свежий воздух. Выпускной клапан в это время закрыт. Давление в цилиндре при всасывании вследствие гидравли­ ческих потерь в воздушном фильтре, в трубопроводе и во впускном клапане устанавливается несколько ниже давления окружающей среды р0. В конце впуска давление в цилиндре бывает 0,8-7-0,95 р0. Начало открытия и закрытия впускного клапана имеет важное зна­ чение для лучшего наполнения цилиндра воздухом. Для каждого типа двигателей в зависимости от конструкции и числа оборотов уста­ навливаются наивыгоднейшие углы открытия и закрытия клапанов. Начало открытия впускного клапана обычно устанавливается на 10-f-

годаря обратному движению поршня начинается сжатие заряда (воз­ духа и остаточных газов). Давление воздуха в цилиндре в процессе сжатия повышается и достигает примерно 304-60 бар, а температура 890-f-llOO К- Такие относительно высокие температуры сжатого воз­ духа необходимы для того, чтобы обеспечить самовоспламенение впрыскиваемого в эту среду мелко распыленного жидкого (дизельного) топлива, так как эти двигатели не имеют каких-либо приспособлений

230

для зажигания топлива во время работы. Запальные приспособления, имеющиеся в некоторых дизелях, служат только для пуска холодного двигателя и выключаются во время работы.

Третий такт — сгорание и расширение. Третий такт осуществля­ ется при следующем ходе поршня от в.м.т. к н.м.т. К концу сжатия в камеру сгорания впрыскивается топливо. Угол опережения начала подачи топлива 104-30° до в.м.т. Распыленное топливо под действием горячего сжатого воздуха нагревается и самовоспламеняется. Темпе­ ратура газов в цилиндре повышается до 1750-^-2500 К, а давление поднимается в зависимости от типа двигателя до 504-120 бар. Под действием возросшего давления поршень движется в обратную сторо­ ну, т. е. часть тепловой энергии превращается в механическую работу,

Четвертый такт — выпуск. Четвертый такт происходит при дви­ жении поршня от н.м.т. к в.м.т. К концу хода расширения открыва­ ется выпускной клапан. Угол предварения открытия выпускного кла­ пана тем больше, чем выше число оборотов двигателя, и составляет 204-60° до н.м.т. С открытием выпускного клапана газы устремляются наружу, давление газов в цилиндре падает до 1,054-1,15 бар, а темпе­ ратура — до 6004-750 К- За время четвертого такта выпускной кла­ пан остается открытым, и газы выталкиваются поршнем наружу. Выпускной клапан закрывается за 54-10° после в.м.т.

Вслед за ходом выпуска вновь начинается такт всасывания, т.е. весь рабочий процесс повторяется. В конце четвертого и в начале пер­ вого такта некоторое время оба клапана могут оставаться открытыми; это называется перекрытием клапанов.

На рис. 3.3, б изображена индикаторная диаграмма, которая по­ казывает изменение давления газов в цилиндре в зависимости от хода поршня за цикл. Такую диаграмму снимают с цилиндра двигателя особым прибором — индикатором.

Принцип работы двухтактного двигателя

своспламенением от сжатия (дизеля)

Вдвухтактных двигателях процесс выпуска и зарядка двигателя свежим воздухом осуществляются в конце расширения и начале сжатия. Для зарядки и очистки цилиндра от продуктов сгорания в

двухтактных двигателях необходимо иметь предварительно сжатый до определенного давления свежий воздух. Для этого двигатель снаб­ жается особым воздушным продувочным насосом (нагнетателем) / (рис. 3-4, а), подающим воздух под абсолютным давлением примерно 1,24-1,5 бар в ресивер продувочного воздуха 4 и далее в цилиндр. В ка­ честве продувочного насоса в основном применяются ротативные и центробежные нагнетатели. На рис. 3-4 приведена схема двухтактного двигателя с ротативным нагнетателем. В двухтактном двигателе со щелевой продувкой как для выпуска отработавших газов, так и для впуска свежего воздуха и продувки цилиндра по периметру нижней

231

части втулки цилиндра имеются выпускные и продувочные окна. При этом обычно выпускные окна имеют большую высоту, чем проду­ вочные.

Рис. 3-4. Схема работы двухтактного дизеля

Выпускные окна открываются за 504-80° до н.м.т., а закрываются за 204-80° после н.м.т. Продувочные окна открываются за 404-70° до н.м.т. и закрываются через 404-70° после н.м.т.

Первый такт — сгорание, расширение и начало выпуска и заряд­ ки; происходит он при движении поршня от в.м.т. к н.м.т. В первый период (см. рис. 3-4, а) продолжается начатое в конце сжатия сгора­ ние топлива, давление в цилиндре повышается. Далее при нисходя­

открываются выпускные клапаны (или выпускные окна), газы устрем­ ляются наружу через выпускной коллектор 3 и давление в цилиндре резко падает (рис. 3-4, б). Затем открываются продувочные окна, цилиндр продувается воздухом, т. е. в цилиндр поступает сжатый воздух и вытесняет отработавшие газы.

Второй такт охватывает движение поршня от н.м.т. до в.м.т.; при этом происходит очистка и зарядка цилиндра и далее сжатие га­ зов в цилиндре. При движении поршня от н.м.т. к в.м.т. продолжается начатое в конце хода расширения поступление воздуха через проду­

(рис. 3-4, г). Давление воздуха в конце сжатия доходит до 354-60 бар, а температура воздуха — до 9504-1100 К- Когда поршень будет на­ ходиться за 104-20° до в.м.т., начинается впрыск топлива через фор­ сунку 2 (см. рис. 3-4, а), которое воспламеняется поддействием высокой температуры сжатого воздуха. На рис. 3-4, д показано изменение дав­ ления газов внутри цилиндра по ходу поршня.

В небольших двухтактных двигателях применяются иногда кри- вошипно-камерная продувка, где в качестве продувочного насоса служит закрытая полость кривошипной камеры 1 и обратная сторона рабочего поршня (рис. 3-5). При этом кривошипная камера / сообща­ ется по каналу 2 с рабочей полостью цилиндра и через автоматически работающие обратные пластинчатые клапаны 3 — с атмосферой.

Рабочий процесс в кривошипной камере происходит следующим

падает до 0,854-0,90 бар, благодаря чему через автоматические кла­ паны засасывается в полость кривошипной камеры свежий воздух из атмосферы.

При движении поршня к н.м.т. в период такта сгорания и расшире­ ния (рис. 3-5, б) воздух в кривошипной камере сжимается, обратные клапаны 3 автоматически закрываются и абсолютное давление воздуха в полости кривошипной камеры поднимается до 1,24-1,35 бар. После­ довательно открываются выпускные и затем продувочные окна, дав­ ление в цилиндре резко падает. С открытием продувочных окон воз­ дух из полости кривошипной камеры устремляется по каналу 2 в ра­ бочий цилиндр, происходит процесс продувки.

233