18 Двигатели внутреннего сгорания. Основные характеристики

Вид материала

Лекция

Содержание 18.2. Принцип действия бензинового двигателя. Ход впуска Ход сжатия Рабочий ход

Подобный материал:

• Двигатели внутреннего сгорания, 128.88kb.
• Урок по физике. 8 класс Тема: «Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания», 113.91kb.
• Тепловые двигатели. Двигатель внутреннего сгорания, 139.75kb.
• На строительных и дорожных машинах в качестве источника механической энергии применяют, 31.86kb.
• Обеспечение образовательного процесса оборудованными учебными кабинетами, объектами, 496.31kb.
• Жидкости Castrol для системы охлаждения автомобильных двигателей, 97.13kb.
• «Двигатель внутреннего сгорания». Назначение, 16.86kb.
• А. Я. Шатов канд техн наук, доц, 421.33kb.
• Тема: Двигатель внутреннего сгорания (VII класс), 90.9kb.
• Изучение адсорбционной емкости водорода на углеродных материалах, 20.75kb.

Лекция 18


18.1. Двигатели внутреннего сгорания. Основные характеристики.


Тепловые двигатели предназначены для преобразования теплоты в работу. Необходимая для этого теплота получается при сжигании различных топлив. Если это сжигание производится вне машины (в специальном котлоагрегате, например), то говорят о двигателях с внешним сгоранием. В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) сжигание топлива производится непосредственно в рабочем пространстве машины, например в цилиндре поршневого двигателя.

Очень схематично устройство поршневого ДВС показано на рис. 1.63.

В рабочем цилиндре 4 с поршнем 5 происходит трансформация теплоты в работу, и поступательное движение поршня превращается во вращательное с помощью кривошипно-шатунного механизма 6.

В крышке цилиндра расположена камера сгорания и впускной 1 и выпускной 3 клапаны с принудительным приводом. Там же находится или свеча зажигания (или топливоподающая форсунка) 2

В зарубашечном пространстве цилиндра и его головки циркулирует охлаждающая жидкость. В картере монтируется коленчатый вал, кривошип 7 которого подвижно соединен с шатуном 6. Верхняя головка шатуна сочленена с поршнем, который совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение в цилиндре. Кроме основных деталей двигатель имеет ряд вспомогательных механизмов для подачи топлива (топливные насосы, смесительные устройства, фильтры, топливные баки, регулятор), смазки (масляные насосы, фильтры, масляные баки, масленки), охлаждения (водяные насосы, водяные баки, радиаторы) и другие устройства, необходимые для его обслуживания. Вспомогательные механизмы приводятся в движение от коленчатого вала.

Создаваемый на этом валу крутящий момент используется для вращения рабочих элементов механизма (электродвигателя или машины), соединённого с двигателем внутреннего сгорания, или передаётся на трансмиссию.

Поршень совершает возвратно-поступательное движение в результате давления, оказываемого на него продуктами сгорания вводимого в цилиндр газового или мелкораспылённого жидкого топлива, отталкивающими при расширении поршень по направлению к валу, и под действием надетого на вал двигателя маховика, силы инерции которого заставляют поршень возвращаться в исходное положение.

У много цилиндровых двигателей на один общий коленчатый вал одновременно работают несколько связанных с ним поршней, движущихся в одинаковые моменты времени в противоположных направлениях. Крайние положения поршня называют мёртвыми точками: верхней мёртвой точкой (в. м. т.) у крышки 3 цилиндра и нижней мёртвой точкой (н. м. т.) в противоположном конце цилиндра (см. рис.). Объём V₂ цилиндра двигателя, ограниченного с одной стороны крышкой, а с другой стороны - поршнем, находящимся в в. м. т., называют объёмом камеры сжатия (сгорания).

Расстояние между н. м. т. и в. м. т. называется ходом поршня (см. рис. 4).

Ход поршня от ВМТ до НМТ называют тактом. Объем, описываемый поршнем за один ход, является рабочим объемом цилиндра, V„=nD2S/4 (D — диаметр цилиндра, S — ход поршня).

Сумму рабочих объемов всех цилиндров двигателя в литрах называют литражом двигателя.

О
бъем Vc над поршнем, находящимся в ВМТ, называют объемом камеры сгорания. Полный объем одного цилиндра Vп= Vц + Vc; отношение t = Vn/Vc — степень сжатия.


Двигатели с «мгновенным сгоранием» топлива (карбюраторные и газовые). Первый газовый двигатель был построен Отто 1876 г.), а первый карбюраторный двигатель был создан моряком русского флота О. С. Костовичем 1879г.).

В цилиндр такого двигателя всасывается готовая горючая смесь, которая в нужный момент поджигается от внешнего источника (электрической искры высокого напряжения, раскаленного шара). Время сгорания готовой смеси очень мало, в связи с чем допустимо считать, что процесс сгорания осуществляется при (почти) постоянном объеме. Как было установлено (§6.2), теоретический КПД цикла с V = const зависит только от степени сжатия.

Двигатели со сгоранием топлива при (почти) постоянном давлении (компрессорные дизели). Создание такого двигателя связано с именем Р. Дизеля A898 г.).

В цилиндре двигателя сжимается чистый воздух. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое в процессе смешения с горячим воздухом воспламеняется и сгорает при р яг const.

Для распыла топлива, подаваемого в цилиндр, используют воздух, сжатый в компрессоре до давления, в 1,2—2 раза превышающего давление в цилиндре (отсюда и произошло название «компрессорные дизели»). Такие двигатели имеют ряд конструктивных недостатков (наличие компрессора для распыла топлива, сложное устройство форсунок и др.) и в настоящее время не строятся. Двигатели со смешанным сгоранием топлива (бескомпрессорные дизели). В цилиндре этого двигателя тоже сжимается чистый воздух, а жидкое топливо, сжатое насосом до давлений около 30— 40 МПа, подается в форсунку, через которую оно в мелкорасиыленном виде разбрызгивается в цилиндр в конце такта сжатия.

Топливо, попадая в воздух, нагретый в процессе сжатия до температуры, превышающей температуру воспламенения, сгорает по мере ввода его в цилиндр сначала (почти) при V = const, а затем при (почти) p = const. Наиболее целесообразным считается конструирование компрессорных дизелей с е= 13ч- 18, так как дальнейшее повышение степени сжатия незначительно увеличивает т),. Например, при увеличении е от 13 до 20 г\, повышается на 7 %, а механические напряжения деталей возрастают почти в 2 раза. Все типы двигателей могут выполняться как четырехтактными, так и двухтактными.


18.2. Принцип действия бензинового двигателя.


Рассмотрим, как бензиновый двигатель преобразует энергию сгорания топлива в мощность. Ниже на схематическом чертеже бензинового двигателя смесь воздуха и бензина всасывается в цилиндр и сжимается при ходе поршня вверх.

Когда горючая смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания, в цилиндре при горении образуется газ, который создаёт высокое давление. Этот газ под давлением толкает вниз поршень, который совершает в цилиндре возвратно-поступательные движение. Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное с помощью шатуна и коленчатого вала. Это и есть то вращение, которое приводит механизм в движение.

О
тработавший газ нужно периодически удалять, а в цилиндры подавать свежую горючую смесь. Это осуществляется поршнем при его непрерывном возвратно-поступательном движении в цилиндре. Процесс всасывания в цилиндр смеси, её сжатия, сгорания и удаления сгоревшего газа из цилиндра называется циклом двигателя (см. рис. 5).

В некоторых двигателях каждый цикл состоит из двух ходов поршня. Такие двигатели называют двухтактными. Коленчатый вал делает один оборот, тогда как поршень делает два хода. В других двигателях каждый цикл состоит из четырёх ходов поршня. Эти двигатели называются четырёхтактными. Коленчатый вал делает два оборота, тогда как поршень совершает четыре хода в каждом цилиндре (см. рис. 6). Рассмотрим принцип работы четырёхтактного двигателя.


Ход впуска

Э
то ход всасывания в цилиндры горючей смеси. Впускной клапан открывается, тогда, как впускной клапан закрывается. При движении поршня вниз в цилиндре создаётся частичное разрежение, и горючая смесь всасывается в цилиндр принудительно под действием атмосферного давления.

Рис. Принцип четырёхтактного двигателя

Ход сжатия

Это ход, при котором сжимается горючая смесь. Впускной и выпускной клапаны закрыты.

При движении поршня от н. м. т. к в. м. т. горючая смесь сжимается, в результате чего возрастают давление и температура, что способствует воспламенению смеси.

Коленчатый вал провернётся на один полный оборот за два хода (впуск и сжатие), когда поршень дойдёт до в. м. т.

Рабочий ход

Это ход, при котором двигатель создаёт энергию для привода машин и механизмов.

До достижения поршнем в. м. т. при ходе сжатия свеча зажигания поджигает сжатую воздушно-топливную смесь. Горящая смесь создаёт высокое давление, которое толкает поршень вниз. Это давление становиться мощностью двигателя.

Ход выпуска

Это ход, при котором отработавший газ удаляется из цилиндров. Выпускной клапан открыт и поршень двигается вверх от н. м. т. к в. м. т., выталкивая отработавший газ из цилиндра.

Достигая в. м. т., поршень вновь занимает положение, при котором начинается ход впуска. До этого момента коленчатый вал двигателя делает два оборота, а двигатель совершает один цикл состоящий из четырёх ходов: впуска, сжатия, сгорания и выпуска. Вот основной принцип действия четырёхтактного двигателя.