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

Процессы расширения

На индикаторных диаграммах рис. 1.4 процессы расширения и частично сгорания изображены линией z—b, причем закономерности протекания их аналогичны одноименным процессам четырехтактного рабочего цикла с внешним и внутренним смесеобразованием с принудительным зажиганием и самовоспламенением смеси. По мере удаления поршня от в. м. т. температура и давление в надпоршневой полости понижаются, и как только кромка днища поршня приоткроет выпускное окно 7 (см. положение II порш«я на рис. 1.4), продукты сгорания, находящиеся еще под значительным давлением, начинают вытекать в атмосферу с критическими звуковыми скоростями и характерным шумом выхлопа (см. рис. 1.4, на диаграммах этому соответствует точка Ь).
При последующем перемещении поршня открывается продувочное окно 3 (точка 3' на диаграммах), а так как к этому времени давление в надпоршневой полости снижается с 0,4—0,6 МПа почти до величины давления продувки, то в нее начинает поступать горючая смесь или воздух из насоса 4 (см. положение II, рис. 1.3). Это второй период освобождения цилиндра от продуктов сгорания путем принудительного их вытеснения свежим зарядом, поступающим в цилиндр. На индикаторных диаграммах рис. 1.4 эти процессы изображены линией 3'—1. Их продолжительность
выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала, составляет примерно 50°. Следовательно, основным процессом рассматриваемого второго хода поршня является процесс расширения, поэтому заключительный второй такт двухтактного рабочего цикла называется тактом расширения.
От н. м. т. поршень вновь идет к в. м. т., и пока продувочные окна 3 (их может быть несколько) остаются открытыми, в цилиндр поступает свежее рабочее тело, вытесняющее отработавшие газы, т. е. продолжаются наполнение и очистка цилиндра. Совместное осуществление двух вспомогательных процессов наполнения и выпуска называют продувкой цилиндра. Продолжительность продувки определяется общей продолжительностью времени, в течение которого находится в открытом состоянии продувочное окно 3. В существующих двигателях это соответствует примерно 100° угла поворота коленчатого вала. На диаграммах рис. 1.4 продувка изображена линией Зг—1—а'.
Общая продолжительность выпуска газов из цилиндра равна продолжительности открытого состояния выпускного окна 7, что соответствует примерно 120° угла поворота коленчатого вала, т. е. несколько превышает продолжительность продувки. На диаграммах рис. 1.4 выпуск изображен линией . Далее от точки а вновь начинается процесс сжатия, и рабочий цикл повторяется в рассмотренной последовательности при каждом обороте коленчатого вала или через 360° поворота его кривошипа. Поэтому двухтактный процесс бывает более напряженным, чем четырехтактный, осуществляемый за 720° поворота вала двигателя.
В рассмотренном примере был показан вариант так называемой контурной продувки, когда продувочные и выпускные окна расположены в нижней части цилиндра, а входящий в цилиндр поток направляется по его контуру (см. рис. 1.3). Различают поперечную и петлевую контурные продувки. В первом случае продувочные и выпускные окна расположены на противоположных сторонах цилиндра, как показано на рис. 1.3 и 1.4, а во втором — окна расположены на одной стороне цилиндра (см. гл. 3). Недостатком контурных продувок является неизбежность частичной потери свежего заряда вследствие перемешивания его с отработавшими газами и слабая продувка отдельных зон цилиндра.
Более совершенная очистка цилиндра и лучшее его наполнение достигаются в прямоточных системах продувки, когда вошедший в цилиндр поток не меняет своего направления. Поток входит, например, через продувочные окна, расположенные в нижней части цилиндра, а выпуск осуществляется через клапаны, расположенные в головке цилиндра. Такие довольно сложные системы называются клапанно-щелевыми.
В отличие от четырехтактного рабочего цикла в двухтактных двигателях на вспомогательные процессы впуска и выпуска не затрачивается двух самостоятельных ходов поршня, т. е. целого оборота коленчатого вала. Протекание этих процессов обеспечивается в конце такта расширения и в начале такта сжатия. При
любом методе продувки цилиндров эти процессы протекают всего за 100—120° угла поворота коленчатого вала. Это большое преимущество двухтактных двигателей в известной мере является и их недостатком. Действительно, продувка в двухтактных двигателях осуществляется за счет некоторого уменьшения активного хода поршня, причем некоторая доля цилиндровой мощности затрачивается на привод продувочного насоса. К тому же вместе с продуктами сгорания из цилиндра выбрасывается часть свежего заряда, а рабочая смесь излишне загрязняется остаточными газами. При использовании контурных систем продувки, особенно с применением кривошипной камеры самого двигателя, заметно ухудшается также массовое наполнение цилиндров. В результате этого в двухтактных двигателях не получают удвоения мощности по сравнению с однотипными четырехтактными двигателями при одинаковых размерах рабочего цилиндра и данной частоте вращения вала, хотя, на первый взгляд, от удвоения числа рабочих ходов при переходе на двухтактный рабочий цикл следовало бы ожидать и удвоения мощности. Практика показала, что мощность двухтактных двигателей в сопоставимых условиях возрастает в среднем в 1,6 раза.
Несомненным достоинством двухтактных двигателей является более простая их конструкция (если двигатель не снабжен клапанно-щелевой продувкой) и большая равномерность хода. Тем не менее двухтактные двигатели ис-| пользуют сравнительно редко и преимущественно дизели. Это объясняется тем, что потеря части свежего заряда в двигателях с внешним смесеобразованием заметно снижает их экономичность. Двухтактные бензиновые двигатели обычно используют в качестве пусковых, лодочных, двигателей для двух-трехколесных транспортных средств и т. д.
В мощных силовых установках находят применение двухтактные двигатели двойного действия, в которых тепловые процессы совершаются в двух рабочих полостях, расположенных с обеих сторон поршня (рис. 1.5). Если, например, в верхней надпоршневой полости закончились процессы сгорания и расширения и идет продувка полости, то в нижней полости под поршнем к этому времени завершены продувка, наполнение и заканчивается процесс сжатия и т. д. Таким образом, в этих двигателях за один оборот вала осуществляются два рабочих цикла, вследствие чего их мощность по сравнению с двухтактными двигателями простого действия увеличивается примерно на 80—85%.

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.