Наша сеть партнеров Banwar
У двигунах внутрішнього згоряння (д.в.с.) два основних робочих процесу, що входять в їх теоретичний термодинамічний цикл, а саме: згоряння палива (підведення теплоти) і перетворення теплової енергії продуктів згоряння в механічну роботу (розширення газів) здійснюються в одному місці - всередині робочого циліндра. Саме тому машини такого типу називають двигунами внутрішнього згоряння - на відміну від паросилових установок (паровозів, теплових електростанцій), в яких згоряння палива здійснюється поза двигунів.
Поєднання двох процесів в одному місці сприяє скороченню втрат енергії (теплоти) і підвищення к.к.д. двигуна.
Загальний пристрій д.в.с. розглянемо на прикладі одного циліндра чотиритактного дизеля. Двигун (рис. 4.1, а) складається з нерухомого циліндра 3, що становить разом з картером 2 і піддоном 1 єдину конструкцію, звану остовом. Зверху циліндр обмежується кришкою циліндра, в днище якій розташовані впускний 4 і випускний 6 клапани і форсунка 5 для подачі дизельного палива.
Рухомі деталі дизеля - поршень 7, шатун 8, кривошип 9 і вал 10 - об'єднані за допомогою шарнірів (підшипників) і складають кривошипно-шатунний механізм. При роботі двигуна поршень здійснює зворотно-поступальний рух уздовж осі циліндра, яке за допомогою кривошипно-шатунного механізму перетворюється в обертання валу 10.
Принцип дії д.в.с. При згорянні палива в обсязі стисненого повітря між стінками циліндра 3, кришкою і днищем поршня 7 утворюються гази - ■ продукти згоряння. Внаслідок цього тиск в циліндрі різко зростає, що призводить до переміщення поршня. Таким чином, теплова енергія продуктів згорання перетвориться в циліндрі в механічну роботу. Після розширення гази випускаються з циліндра через випускний клапан 6.
Поршень зворотно переміщається в циліндрі між двома крайніми положеннями. Положення поршня при максимальному видаленні від вала називається верхньою (або внутрішньої) мертвою точкою (в.м.т.). Найбільш близьке до валу положення поршня називається нижньої (або зовнішньої) мертвою точкою (н.м.т.). Величина ходу поршня S визначається відстанню між цими точками і дорівнює довжині двох радіусів кривошипа - 2R. Кожному ходу поршня відповідає поворот кривошипа на 180 °, т. Е. За один оборот валу поршень робить два ходи.
Обсяг, займаний газами в циліндрі при положенні поршня в в.м.т., називається об'ємом камери стиснення і позначається Vc. Обсяг між в.м.т. і н.м.т. називається робочим об'ємом циліндра і позначається W Робочий об'єм циліндра дорівнює добутку площі поперечного перерізу циліндра на хід поршня: Vh = nD2S / A (тут D - діаметр циліндра). Повний обсяг циліндра Va дорівнює сумі Va і УсОтношеніе повного обсягу циліндра до об'єму камери стиснення називається ступенем стиску е.
Поршень протягом кожного ходу рухається в циліндрі зі змінною швидкістю, тому його рух характеризують величиною середньої швидкості ст. Так як за один оборот валу поршень проходить шлях 25, а частота обертання валу в хвилину позначається я, то середня швидкість поршня дорівнює ст = 25л / 60.
Перетворення внутрішньої хімічної енергії палива в механічну енергію в двигуні здійснюється за допомогою газоподібного робочого тіла, якість і кількість якого в процесі циклічно змінюються.
Сукупність змін робочого тіла в циліндрі двигуна і в суміжних з циліндром системах, службовців для введення робочого тіла (або складових його частин) і видалення його, називається робочим процесом двигуна.
Періодично повторюється в циліндрі послідовність частин робочого процесу (заповнення свіжим зарядом, стиск, горіння, розширення і видалення продуктів горіння) називається робочим циклом двигуна. Частина циклу, що протікає між двома суміжними положеннями поршня в мертвих точках або відповідна зміни обсягу циліндра між найбільшим і найменшим значеннями, називається тактом. У двигуні з одним поршнем в циліндрі такт відбувається за один хід поршня.
У чотиритактному двигуні, зображеному на рис. 4.1, а, цикл протікає за чотири ходи поршня. При русі поршня 7 вниз від в.м.т. і відкритому клапані 4 циліндр заповнюється повітрям (I такт - наповнення). Далі повітря стискається рухомим вгору поршнем при закритих клапанах 4 і 6 (II такт - стиск).
В кінці стиснення форсункою 5 впорскується паливо, яке сай) ТолліВо Відпрацьовані гази Відпрацьовані гази В.М.Т.
Мал. 4.1. Схеми двигунів внутрішнього згоряння:
а - чотиритактного дизеля; б - двотактного дизеля з клапанно-щелевон продувкою мовоспламеняется від високої температури повітря. Поршень під впливом тиску розширюються газів рухається вниз (III такт - робочий хід). IV такт є тактом випуску відпрацьованих газів. Поршень рухається вгору, і через відкритий клапан 6 гази виштовхуються з циліндра. Далі починається новий цикл і т. Д.
Дещо по-іншому протікає робочий цикл двотактного дизеля (рис. 4.1,6). Пристрій цього двигуна відрізняється від попереднього тим, що в кришці циліндра є тільки випускні клапани 6, а в стінках циліндра 3 - впускні вікна 11, через які в циліндр може надходити свіже повітря. Ці вікна відкриваються самим поршнем при його русі в циліндрі.
При русі поршня вгору з крайнього нижнього положення спочатку в циліндр під деяким надлишковим тиском від нагнітача надходить повітря через вікна 11, потім в циліндрі відбувається процес стиснення повітря. Тиск і температура повітря в циліндрі зростають (I такт).
В кінці такту форсункою 5 впорскується паливо, яке самозаймається внаслідок високої температури повітря і згоряє. Тиск газів в циліндрі різко підвищується. Під тиском газів поршень з верхнього положення переміщається в нижнє, здійснюючи корисну механічну роботу (II такт-робочий). В кінці такту спочатку відкриваються випускні клапани 6. Відпрацьовані гази виходять з циліндра в випускний колектор. Тиск їх в циліндрі падає. При подальшому просуванні вниз поршень відкриє продувні вікна 11 і свіже повітря почне надходити в циліндр двигуна. Відбуваються продування і наповнення циліндра повітрям. Таким чином, у двотактного двигуна робочий цикл здійснюється за два ходи поршня, або за один оборот валу.
Класифікація д.в.с. Двигуни внутрішнього згоряння можуть бути класифіковані за такими основними ознаками.
За кількістю тактів робочого циклу розрізняють двигуни чотирьох- і двотактні.
За родом застосовуваного палива бувають двигуни: легкого рідкого палива (бензин), важкого рідкого палива (дизельне паливо) і газові.
За способом сумішоутворення, т. Е. Процесу приготування горючої суміші, розрізняють двигуни:
з внутрішнім сумішоутворенням, в яких робоча суміш утворюється всередині робочого циліндра в результаті розпилювання палива форсункою - дизелі;
із зовнішнім сумішоутворенням, в яких горюча суміш, що складається з пари рідкого легкого палива з повітрям або з газу з повітрям, утворюється поза робочим циліндра - карбюраторні і газові двигуни.
За способом займання робочої суміші: з самозаймання палива (дизелі), в яких впорскується в камеру згоряння рідке паливо запалюється внаслідок високої температури повітря в кінці стиснення; з примусовим запалюванням, в яких займання горючої суміші відбувається в резуль таті запалювання її від стороннього джерела (електричної іскри), - карбюраторні і газові двигуни.
За родом робочого циклу за аналогією з ідеальними циклами розрізняють двигуни: з підведенням теплоти при постійному обсязі (V - = const) -Двигун, що мають порівняно низький ступінь стиснення (e = 5-j-7) і примусове запалювання палива (карбюраторні і газові) ; з підведенням теплоти при постійному тиску (р = const) - двигуни, що мають більш високу ступінь стиснення (е = 1214), з повітряним розпилюванням і самозаймання палива - компресорні дизелі (в даний час
3 Зак. 44 3
такі двигуни не застосовують); зі змішаним підведенням теплоти - частиною при постійному обсязі, а потім при постійному тиску - двигуни з високим ступенем стиснення (е = 12-М8) -бескомпрессорние дизелі, До цього типу дизелів відносяться сучасні тепловозні д.в.с. Таким чином, тепловозні д.в.с. - це безкомпресорні дизелі з самозаймання палива і внутрішнім сумішоутворенням, що працюють на дизельному паливі по змішаному циклі.
По розташуванню робочих циліндрів розрізняють двигуни вертикальні, горизонтальні; одно- і дворядні; з паралельно розташованими циліндрами і У-образні; двигуни з розбіжними поршнями (з двома і більше колінчатими валами).
За способом охолодження циліндрів бувають двигуни з водяним і повітряним охолодженням.
Дизельні двигуни, крім того, класифікуються за способом наповнення робочого циліндра. Використовують двигуни без наддуву, у яких забір повітря здійснюється безпосередньо поршнем (чотиритактні) або заповнення циліндра відбувається продувальним повітрям з тиском, необхідним лише для здійснення процесу зміни заряду (двотактні), і двигуни з наддувом, у яких повітря подається в циліндр під тиском спеціального нагнітача .
Сучасні тепловозні двигуни являють собою багатоциліндрові, дво- або чотиритактні дизелі середньої швидкохідності, з водяним охолодженням і, як правило, з наддувом повітря. Маємо приклади застосування та швидкохідні чотиритактні дизелі.
Відповідно до стандарту кожен двигун характеризується умовним позначенням, що включає в себе (в послідовному порядку) число циліндрів; букви, що характеризують тип двигуна (Ч - чотиритактний, Д - двотактний, Н - з наддувом); 66
чисельні значення діаметра циліндра і ходу поршня (в сантиметрах у вигляді дробу). Заводи-виробники, крім того, зазвичай привласнюють свої умовні заводські позначення (ПД1, 1 ОД 100, М756 і т. Д.). Дизель 10Д100 позначається 10ДН20,7 / 2Х25,4, дизель 6Д70- 6ЧН24 / 27, дизел 5Д49- 16ЧН26 / 26.
⇐ | Теплопередача і теплообмінники | | Тепловози: Основи теорії і конструкція | | Робочі процеси дизелів | ⇒