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

ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

В поршневых двигателях, работающих по четырехтактному циклу, все процессы осуществляются за четыре хода поршня, или за два оборота коленчатого вала. Их строят как с внешним, так и с внутренним смесеобразованием, а воспламенение рабочей смеси обеспечивают или принудительно, или от сжатия рабочего тела (дизели). В двигателях с принудительным зажиганием величину степени сжатия выбирают в пределах 7—12 ед. так, чтобы при данном виде топлива в цилиндрах не возникало произвольное иоспламенение (самовоспламенение) рабочей смеси. В дизелях, наоборот, рабочее тело сжимают из расчета, чтобы к моменту подачи топлива температура в цилиндре была выше температуры самовоспламенения топлива. Поэтому степень сжатия для них выбирают в пределах 14—24 ед. и повышают иногда до 26 ед.
Таким образом, при использовании одного и того же рабочего цикла условия протекания отдельных процессов в цилиндрах че-
тырехтактных двигателей резко различаются. В этом можно убедиться, например, по значениям давлений, возникающих в цилиндре, которые принято изображать з виде диаграмм. Такие диаграммы, получаемые с помощью специального прибора — индикатора, называют индикаторными. Индикаторные диаграммы (рис. 1.2) строят в координатах р— V (зависимость давления в цилиндре от объема его надпоршневой полости).
Чтобы повысить наглядность примера, на рис. 1.2 сопоставлены диаграммы бензинового (карбюраторного) двигателя и дизеля, имеющих одинаковые размеры (в частности, ход поршня S), причем сами диаграммы построены в одинаковом масштабе. Значение средних величин давлений и соответствующих температур в узловых точках обеих диаграмм А — бензинового (карбюраторного) двигателя и Б— дизеля сведены в общую таблицу (см. рис. 1.2); здесь же приведена так называемая круговая диаграмма фаз газораспределения, характеризующая длительность открытия клапанов, выраженную в градусах поворота коленчатого вала, и моменты их открытия и закрытия относительно мертвых точек.
I такт — такт впуска в четырехтактных двигателях начинается с движения поршня от верхней к нижней мертвой точке. Ход впуска совершается поршнем за счет поворота коленчатого вала двигателя на угол от 0 до 180° (см. рис. 1.2, А — положение /). В работающем двигателе к началу хода впуска объем камеры сжатия Vc заполнен остаточными газами, находящимися под давлением 0,005—0,12 МПа (точка г на диаграммах Л и Б). По мере удаления поршня от в. м. т. и увеличения объема надпоршневой полости давление в цилиндре уменьшается, сравнивается с атмосферным щ а затем становится ниже атмосферного. Поскольку перед началом движения поршня впускной клапан 1К с помощью механизма газораспределения бывает уже приоткрыт, то под действием перепада давлений ро—ра горючая смесь (в бензиновых и газовых двигателях) или чистый воздух (в дизелях) устремляются в цилиндр и заполняют его надпоршневую полость.
На диаграммах А и Б процесс впуска изображен линией г—а. Среднее давление на впуске ра обычно составляет 0,07—0,95 МПа и зависит от следующих факторов: сопротивления трубопроводов и приборов системы впуска, величины проходного отверстия у клапана, частоты вращения коленчатого вала, степени подогрева свежего заряда от инерционных и волновых движений газа в трубопроводе, от сопротивления на выпуске и т. д. Поскольку в цилиндры дизеля поступает атмосферный воздух, не содержащий топлива, то необходимость в карбюраторе или смесителе газа, оказывающем заметное сопротивление потоку, отпадает, поэтому величина ра в дизелях получается несколько большей, чем, например, в цилиндрах бензиновых двигателей. Поступающий в цилиндр свежий заряд соприкасается с нагретыми стенками впускного тракта и надпоршневой полости цилиндра, а также смешивается с горячими остаточными газами, температура которых рав-
няется примерно 1000 К (см. позицию г таблицы рис. 1.2), вследствие чего температура в цилиндре в конце хода поршня (в точке а диаграмм) составляет 330—380 К.
Наполнение цилиндров оценивают коэффициентом наполнения rju равным отношению массы фактически поступившего в цилиндр свежего заряда к его массе, которая могла бы поступить при равных давлении и температуре в цилиндре и в окружающей среде Однако в силу гидравлического сопротивления впускного тракта, практически такое выравнивание неосуществимо, поэтому величина коэффициента наполнения всегда бывает меньше единицы. Для современных двигателей, работающих в режиме номинальной мощности, коэффициент наполнения при внешнем смесеобразовании колеблется в пределах 0,75—0,85; при внутреннем смесеобразовании он всегда бывает выше вследствие меньшего сопротивления впускного тракта и достигает величины 0,9 и более.
Поскольку мощность двигателя зависит от массового наполнения цилиндров, то для улучшения наполнения принимают ряд мер. Например, впускной клапан 1К (см. рис. 1.2) открывают с опережением на 3—20° угла поворота коленчатого вала, т. е. еще до начала хода впуска, а закрывают с запаздыванием на 40—70°, когда поршень минует н. м. т. и коленчатый вал продвигает поршень в сторону в. м. т., т. е. осуществляется ход сжатия (см. рис. 1.2, положение II). Следовательно, продолжительность открытия впускного клапана бывает значительно больше 180°.
Некоторое опережение открытия впускного клапана позволяет лучше использовать изменяющееся по величине проходное сечение клапанного отверстия, а необходимость в запаздывании закрытия этого клапана выявляется из индикаторных диаграмм А к Б. Действительно, в конце хода впуска в точке а давление в цилиндре ра бывает ниже атмосферного давления ро, поэтому цилиндр может наполняться еще и после того, как поршень изменит направление своего движения, пока давление в цилиндре не достигнет уровня, отмеченного на рассматриваемых диаграммах точкой /. Более того, в быстроходных автомобильных и тракторных двигателях при соответствующем скоростном напоре столба горючей смеси или воздуха возможна дозарядка цилиндра при давлении, несколько превышающем давление в точке 1. Этот принцип широко используют в современных двигателях, хотя на режимах работы с малыми частотами вращения и, следовательно, небольшим скоростным напором потока на входе в цилиндры в таких двигателях наблюдается так называемый обратный выброс.
II такт — такт сжатия осуществляют при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. за счет поворота коленчатого вала на угол от 180 до 360° (см. рис. 1.2, положение II). В начальной стадии хода сжатия, как было показано выше, происходит поджатие. В двигателях с наддувом определяют с учетом давления и температуры  за компрессором.

Рабочего тела и одновременное увеличение его массового содержания за счет продолжающегося поступления свежего заряда, пока давление в цилиндре двигателя, работающего без наддува, не сравняется с давлением ро (точка 1 на диаграммах А и Б). С момента закрытия впускного клапана (см. круговую диаграмму рис. 1.2) происходит сжатие рабочего тела в цилиндре до тех пор, пока поршень не достигнет в. м. т.

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.