Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Работа поршневых двигателей внутреннего сгорания основана на использовании силы давления газов вследствие их расширения при нагреве в процессе сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. Эту смесь воспламеняют, например, электрической искрой с помощью свечи 21 зажигания (см. рис. 1.1, а). Газы, стремясь расшириться, давят на стенки камеры сгорания и на днище поршня. Под их действием поршень движется к и. м. т. и через шатун передает воспринимаемое им давление тазов коленчатому валу, сообщая последнему вращательное движение. Так, в цилиндре двигателя происходят два основных процесса: сгорание смеси и расширение продуктов сгорания, вследствие чего химическая энергия топлива превращается в тепловую, затем частично в механическую энергию.
Для обеспечения непрерывной работы двигателя в его цилиндры необходимо периодически вводить все новые и новые порции воздуха и топлива, а продукты сгорания соответственно выбрасывать в атмосферу. В двигателе -(см. рис. 1.1, а) впуск смеси воздуха с топливом и выпуск отработавших газов, т. е. смену рабочего тела в цилиндре, осуществляют с помощью кла-
панов 15 и 20, нагруженных пружинами 17 и управляемых кулачковым (распределительным) валом 18 механизма газораспределения, кинематически связанным с коленчатым валом. Совместная работа кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения позволяет осуществлять необходимую для непрерывного действия двигателя последовательность в чередовании основных и вспомогательных процессов в каждом цилиндре.
Совокупность последовательных процессов, периодически повторяющихся в каждом цилиндре двигателя и обусловливающих непрерывную его работу, называют рабочим циклом. Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания состоит из пяти процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. В двигателе, показанном на рис. 1.1, рабочий цикл может быть осуществлен по следующей широко применяемой схеме.
1. В процессе впуска поршень перемещается от в. м. т. к н. м. т., а освобождающаяся надпоршневая полость цилиндра заполняется смесью воздуха с томливом, называемой горючей смесью. Горючая смесь поступает (засасывается) в цилиндр двигателя через патрубок 16 и открывающийся к этому времени впускной клапан 15. Горючая смесь и продукты сгорания, всегда остающиеся в объеме камеры сжатия от предыдущего цикла, смешиваясь между собой, образуют рабочую смесь. Тщательно приготовленная рабочая смесь повышает эффективность сгорания топлива, поэтому ее подготовке уделяют большое внимание во всех: типах поршневых двигателей.
Количество горючей смеси, поступающее в цилиндр за один: рабочий цикл, называют свежим зарядом, а продукты [сгорания» остающиеся в цилиндре к моменту поступления в него свежего заряда,— остаточными газами.
Чтобы повысить эффективность работы двигателя, стремятся увеличить абсолютную величину свежего заряда и его массовую» долю в рабочей смеси. Достигают это снижением сопротивления впускных патрубков и других элементов впускного тракта или повышением давления на впуске, т. е. применением наддува двигателя, как показано, например, на рис. 1.1, г. В рассматриваемом: случае двигатель оснащен газовой турбиной 22 и лопаточным компрессором 23, рабочие колеса которых имеют общий вал и образуют единый агрегат — турбокомпрессор (ТК) для наддува, позволяющий использовать энергию газов, отработавших в цилиндрах.
Действительно, выпускаемые из цилиндров газы имеют еще сравнительно высокие температуру и давление и отдают свою энергию рабочему колесу турбины-, которое приводит в действие компрессор. Последний засасывает воздух из атмосферы и нагнетает его в цилиндр двигателя под заданным давлением, вследствие чего повышается плотность свежего заряда и, следовательно* массовое наполнение цилиндров.
2. В процессе сжатия оба клапана закрыты и поршень,, перемещаясь от н. м. т. к в. м. т. и уменьшая объем надпоршне-
вой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае — рабочее тело). Предварительное сжатие рабочего тела интенсифицирует процесс сгорания, а также предопределяет более глубокое затем расширение и возможную полноту использования теплоты, выделяющейся при сжигании топлива в цилиндре.
3.            В процессе сгорания происходит окисление топлива кислородом воздуха, входящего в состав рабочей смеси, вследствие чего давление в надпоршневой полости резко возрастает. В данном случае при нахождении поршня вблизи в. м. т. рабочую смесь поджигают от постороннего источника с помощью электрической искры высокого напряжения (до 15 кВ). Для подачи искры в цилиндр двигателя с принудительным воспламенением служит сЕеча 21 зажигания, которую ввертывают в головку цилиндра, как показано на схеме рис. 1.1, а.
Для двигателей с воспламенением топлива под влиянием относительно высокой температуры предварительно сжатого воздуха запальная свеча не нужна. Такие двигатели снабжают специальной форсункой 24 (рис. 1.1, в), через которую в нужный момент с опережением относительно в. м. т. в цилиндр впрыскивают топливо ттод давлением 10—50 МПа и более.
4.            В процессе расширения раскаленные газы, стремясь расшириться, перемещают поршень от м. т. к н. м. т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на шатунную шейку коленчатого вала и вызывает его вращение.
5.            В процессе выпуска поршень перемещается от н. м. т. к в. м. т. и через открывающийся к этому времени выпускной клапан 20 и патрубок 19 выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объеме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается последующим повторением рабочих циклов.
Процессы, связанные с подготовкой рабочей смеси к сжиганию ее в цилиндре, а также освобождением цилиндра от продуктов сгорания, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня-за счет кинетической энергии маховика, которую он накапливает при рабочем ходе. В многоцилиндровых двигателях вспомогательные ходы каждого из цилиндров выполняются за счет работы других цилиндров, поэтому в принципе они могут работать без маховика.
Для удобства изучения рабочий цикл различных двигателей расчленяют на процессы или, наоборот, группируют процессы рабочего цикла с учетом положения поршня относительно мертвых точек в цилиндре. Это позволяет все процессы в поршневых двигателях рассматривать в зависимости от перемещения поршня, что более удобно.
Часть рабочего цикла, осуществляемая в интервале перемещения поршня между двумя мертвыми точками, называют тактом. Такту, а следовательно, и соответствующему ходу поршня присваивают название процесса, который является основным (по своей длительности) при данном перемещении поршня между двумя его мертвыми точками (положениями).
В рассматриваемом двигателе (см. рис. 1.1) каждому такту (ходу поршня) соответствуют, например, вполне определенные основные для них процессы: впуск, сжатие, расширение, выпуск. Поэтому в таких двигателях различают такты: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Каждое из этих четырех названий присваивают соответственно ходам поршня (сгорание происходит в конце хода сжатия и начале расширения).
Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания складывается из рассмотренных пяти процессов по разобранной выше схеме — за четыре хода, или за два хода поршня. В соответствии с этим поршневые двигатели подразделяют на четырехтактные и двухтактные.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.