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

Диаграммы

На диаграммах процесс сжатия изображен линией а—с. Состояние рабочего тела в конце сжатия определяется степенью сжатия 8, начальным давлением ра, качеством уплотнения цилиндра и т. д. В двигателях с принудительным зажиганием, работающих без наддува, конечное давление сжатия рс составляет 1,2—1,7 МПа, а в дизелях 3—4 МПа и соответственно температура Щ достигает 600—700 К и 800—900 К (см. табл. рис. 1.2). Опыт показывает, что с наибольшей эффективностью топливо сгорает, если в режиме работы двигателя с номинальной мощностью1 подачу в цилиндры электрической искры высокого напряжения или впрыскивание топлива в дизелях осуществляют с опережением 20—30° по углу поворота коленчатого вала. На диаграммах А и Б моменты подачи искры (в бензиновых двигателях) и впрыскивания топлива (в дизелях) отмечены точкой 2. Но воспламенение топлива (появление открытого пламени) возникает несколько позднее, после окончания необходимых предпламенных окислительных процессов (так называемого периода индукции).
Заметное повышение давления над поршнем при подходе его к в. м. т. несколько преждевременно нагружает кривошипно-ша-тунный механизм двигателя, однако это необходимо для повышения эффективности сгорания. Позднее зажигание (непосредственно в в. м. т.), так же как и слишком раннее воспламенение топлива, нарушает нормальное протекание последующих процессов рабочего цикла и приводит к ухудшению мощностных и эко* номических показателей двигателя.
Таким образом, ход сжатия в начальной стадии совмещается с продолжающимся еще наполнением цилиндра, а в конце его начинается уже процесс сгорания топлива, но основным процессом этого хода является все-таки процесс сжатия, поэтому второй такт работы четырехтактного двигателя называется тактом сжатия.
 такт — такт расширения в четырехтактном двигателе начинается при обоих закрытых клапанах продолжающимся процессом сгорания, подготовленным в конце хода сжатия. Интенсивное протекание процесса сгорания топлива и выделение при этом большого количества теплоты приводит к резкому повышению температуры и давления в надпоршневой полости. Под действием давления расширяющихся газов поршень перемещается от в. м. т. к н. м. т. и через шатун поворачивает коленчатый вал на угол
1 Номинальная мощность двигателя — мощность, которую он развивает при расчетной частоте вращения коленчатого вала с полной нагрузкой.
от 360 до 540°, соверш-ая полезную работу (см. рис. 1.2, положение III). Ход поршня, соответствующий такту расширения и связанный с выделением теплоты и частичным превращением ее в механическую работу, называется рабочим ходом. На индикаторных диаграммах А к Б процесс расширения изображен линией z—Ь.
Интенсивность процесса сгорания на индикаторной диаграмме оценивают вертикальным отрезком с—z линии повышения давления в цилиндре. В действительности линия повышения давления на упомянутых диаграммах несколько отклоняется вправо от вертикали с—z, так как поршень при этом удаляется от в. м. т. Опыт показывает, что работа расширения газов лучше всего используется, когда максимальное давление в цилиндре pz возникает при положении поршня, соответствующем примерно 10—15° угла поворота коленчатого вала от в. м. т. В этом случае, несмотря" на некоторое увеличение объема надпоршневой полости, максимальное давление в цилиндрах двигателей, работающих без наддува с принудительным зажиганием, составляет примерно 4,0—5,5 МПа, в дизелях автотракторного типа находится в пределах 5,5— 8,0 МПа, в тракторных, тепловозных, судовых и других дизелях, работающих с наддувом, достигает 10 МПа и более. Поскольку в дизелях подача топлива заканчивается после в. м. т., то в ходе расширения вблизи в. м.т. в цилиндре практически поддерживается постоянное давление. На индикаторной диаграмме Б этот участок хода расширения, изображенный линией z—z\ характеризует степень предварительного расширения, которую учитывают при расчете дизелей.
В связи с особенностями протекания процесса сгорания в двигателях с внешним и с внутренним смесеобразованием максимальная температура в их цилиндрах в первом случае достигает 2500—2800 К, а во втором (в дизелях) составляет 1900—2200 К (см. рис. 1.2). По мере удаления поршня от в. м. т. при ходе расширения давление и температура в цилиндре понижаются. В конце хода расширения (точка Ъ на диаграммах и в таблице, изображенных на рис. 1.2) давление в цилиндре составляет (0,3— 0,5 МПа), а температура 1100—1800 К. Двигателям с высокими степенями сжатия из-за сравнительно большего расширения соответствуют и более низкие значения указанных- величин (см. таблицу рис. 1.2).
Для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) выпускной клапан 2К (см. рис. 1.2) открывается значительно раньше прихода поршня в н. м. т. Опережение открытия выпускного клапана обычно составляет 4—60° угла поворота коленчатого вала. На индикаторных и круговой диаграммах момент открытия выпускного клапана отмечен точкой 3. К моменту открытия клапана в цилиндре сохраняется еще довольно высокое давление, поэтому истечение продуктов сгорания в атмосферу происходит под действием значительного перепада давлений с критической (звуковой) скоростью, порождающей ха-
рактерный шум выхлопа, которым сопровождается выпуск отработавших газов в поршневых двигателях. Поскольку газы выпускают из цилиндра до прихода поршня в н. м. т., давление в нем в конце хода расширения, как можно видеть на индикаторных диаграммах рис. 1.2, резко понижается.
Рабочий ход поршня совмещается, как было показано, с процессом сгорания и с первой стадией выпуска продуктов сгорания, но основным процессом этого хода и такта является процесс расширения.
IV такт — такт выпуска начинается (при несколько открытом уже выпускном клапане 2К) движением поршня от н. м. т. к в. м. т. под действием коленчатого вала, совершающего поворот на угол от 540 до 720° (см. рис. 1.2, положение IV).
За ход выпуска поршень выталкивает отработавшие газы из цилиндра в атмосферу, завершая этим вторую принудительную стадию очистки цилиндра. На индикаторных диаграммах Л и Б процесс выпуска изображен линией Ъ—г. Из-за сопротивления клапанного отверстия, глушителя и трубопроводов выпускной системы давление в цилиндре при завершении поршнем хода выпуска остается выше атмосферного и составляет в среднем 0,105— 0,12 МПа. Температура газов к концу выпуска снижается, но все-таки для различных двигателей составляет 850... 1200 К (см. рис. 1.2),
Если сопоставить общую продолжительность открытия выпускного клапана, выраженную в градусах угла поворота коленчатого вала (см. рис. 1.2, круговая диаграмма), с углом поворота кривошипа, за который поршень совершает ход выпуска (см.. положение IV), то легко можно обнаружить, что выпускной клапан бывает открыт почти в полтора раза больше, чем совершается сам ход выпуска. Тем не менее полностью очистить цилиндры от продуктов сгорания, как отмечалось уже, не удается. Чтобы свести к минимуму количество остаточных газов, выпускной клапан закрывают с некоторым запаздыванием, достигающим иногда 20 и более градусов угла поворота коленчатого вала. Вследствие этого между двумя смежными рабочими циклами одновременно бывают открыты оба клапана, т. е. имеет место так называемое перекрытие клапанов.
Итак, в двигателях, работающих по четырехтактному циклу, полезная работа совершается только в период такта расширения, когда поршень перемещается под действием расширяющихся газов, проворачивая коленчатый вал на 180°, т. е. всего на пол-оборота. Остальные три такта являются подготовительными и выполняются при проворачивании коленчатого вала на 540°, или на полтора оборота за счет инерции маховика и работы других цилиндров (в многоцилиндровых двигателях). Такое соотношение между четырьмя ходами поршня является причиной неравномерности вращения вала, т. е. неравномерности. хода двигателя. Однако один из подготовительных ходов поршня (ход сжатия) необходим для повышения термического коэффициента полезного действия
двигателя, а в продолжении двух ходов (впуска и выпуска) четырехтактный двигатель работает как насос при низких давлениях в цилиндре.

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.