турбинах и т.д. Все это в свою очередь нашло широкое распространение в

различных отраслях народного хозяйства .Например, двигатели внутреннего

сгорания наиболее широко используются на транспортных установках и

сельскохозяйственных машинах. В стационарной энергетике двигатели

внутреннего сгорания широко используются на небольших электростанциях,

энергопоездах и аварийных энергоустановках. ДВС получили большое

распространение также в качестве привода компрессоров и насосов для подачи

газа, нефти жидкого топлива и т.п. по трубопроводам, при производстве

разведочных работ, для привода бурильных установок при бурении скважин на

газовых и нефтяных промыслах. Турбореактивные двигатели широко

распространены в авиации. Паровые турбины - основной двигатель для привода

электрогенераторов на ТЭС. Применяют паровые турбины также для привода

центробежных воздуходувок, компрессоров и насосов. Существуют даже паровые

автомобили, но они не получили распространения из-за конструктивной

сложности.

Тепловое расширение применяется также в различных тепловых реле, принцип

действия которых основан на линейном расширении трубки и стержня,

изготовленных из материалов с различным температурным коэффициентом

линейного расширения.

Глава III

ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Как было выше сказано, тепловое расширение применяется в ДВС. Но каким

образом оно применяется и какую функцию выполняет мы рассмотрим на примере

работы поршневого ДВС. Двигателем называется энергосиловая машина,

преобразующая какую-либо энергию в механическую работу. Двигатели, в

которых механическая работа создается в результате преобразования тепловой

энергии, называются тепловыми. Тепловая энергия получается при сжигании

какого-либо топлива. Тепловой двигатель, в котором часть химической энергии

топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую

энергию, называется поршневым двигателем внутреннего сгорания. (Советский

энциклопедический словарь)

Классификация ДВС

Как было выше сказано, в качестве энергетических установок автомобилей

наибольшее распространение поучили ДВС, в которых процесс сгорания топлива

с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит

непосредственно в цилиндрах. Но в большинстве современных автомобилей

установлены двигатели внутреннего сгорания, которые классифицируются по

различным признакам: По способу смесеобразования - двигатели с внешним

смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров

(карбюраторные и газовые), и двигатели с внутренним смесеобразованием

(рабочая смесь образуется внутри цилиндров) -дизели; По способу

осуществления рабочего цикла - четырехтактные и двухтактные; По числу

цилиндров - одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые; По

расположению цилиндров - двигатели с вертикальным или наклонным

расположением цилиндров в один ряд, V-образные с расположением цилиндров

под углом (при расположении цилиндров под углом 180 двигатель называется

двигателем с противолежащими цилиндрами, или оппозитным); По способу

охлаждения - на двигатели с жидкостным или воздушным охлаждением; По виду

применяемого топлива - бензиновые, дизельные, газовые и многотопливные ;По

степени сжатия. В зависимости от степени сжатия различают

двигатели высокого (E=12...18) и низкого (E=4...9) сжатия; По способу

наполнения цилиндра свежим зарядом:а) двигатели без наддува, у которых

впуск воздуха или горючей смеси осуществляется за счет разряжения в

цилиндре при всасывающем ходе поршня;) двигатели с наддувом, у которых

впуск воздуха или горючей смеси в рабочий цилиндр происходит под давлением,

создаваемым компрессором, с целью увеличения заряда и получения повышенной

мощности двигателя; По частоте вращения: тихоходные, повышенной частоты

вращения, быстроходные ;По назначению различают двигатели стационарные,

авто тракторные ,судовые, тепловозные, авиационные и др.

Основы устройства поршневых ДВС

Поршневые ДВС состоят из механизмов и систем, выполняющих заданные им

функции и взаимодействующих между собой. Основными частями такого двигателя

являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а

также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-

поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала .

Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси

в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания.

Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в

цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания.

Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с

целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим

циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов

изнашивания.

Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы

двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании

рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в

цилиндре двигателя .

Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит из цилиндра и картера,

который снизу закрыт поддоном . Внутри цилиндра перемещается поршень с

компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем

в верхней части. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым

валом, который вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере.

Коленчатый вал состоит из коренных шеек, щек и шатунной шейки. Цилиндр

,поршень, шатун и коленчатый вал составляют так называемый кривошипно-

шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с клапанами, открытие и

закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а

следовательно, и с перемещением поршня.

Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при

которых его скорость равна нулю. Крайнее верхнее положение поршня

называется верхней мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение -

нижняя мертвая точка (НМТ) .

Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается

маховиком, имеющим форму диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое

поршнем от ВМТ до НМТ, называется ходом поршня S, который равен удвоенному

радиусу R кривошипа: S=2R.

Пространство над днищем поршня при нахождении его в ВМТ называется

камерой сгорания; ее объем обозначается через Vс; пространство цилиндра

между двумя мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим объемом и

обозначается Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh

составляет полный объем цилиндра Vа: Vа=Vс+Vh. Рабочий объем цилиндра (его

измеряют в кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д - диаметр

цилиндра. Сумму всех рабочих объемов цилиндров многоцилиндрового двигателя

называют рабочим объемом двигателя, его определяют по формуле:

Vр=(пД^2*S)/4*i, где i - число цилиндров. Отношение полного объема цилиндра

Va к объему камеры сгорания Vc называется степенью сжатия:

E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень сжатия является важным параметром

двигателей внутреннего сгорания, т.к. сильно влияет на его экономичность и

мощность .

Принцип работы

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на

использовании работы теплового расширения нагретых газов во время движения

поршня от ВМТ к НМТ. Нагревание газов в положении ВМТ достигается в

результате сгорания в цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом

повышается температура газов и давления. Т. к .давление под поршнем равно

атмосферному, а в цилиндре оно намного больше, то под действием разницы

давлений поршень будет перемещаться вниз, при этом газы - расширяться,

совершая полезную работу. Вот здесь-то и дает о себе знать тепловое

расширение газов, здесь и заключается его технологическая функция: давление

на поршень. Чтобы двигатель постоянно вырабатывал механическую энергию,

цилиндр необходимо периодически заполнять новыми порциями воздуха через

впускной клапан и топливо через форсунку или подавать через впускной клапан

смесь воздуха с топливом. Продукты сгорания топлива после их расширения

удаляются из цилиндра через впускной клапан. Эти задачи выполняют механизм

газораспределения, управляющий открытием и закрытием клапанов, и система

подачи топлива.

Принцип действия четырехтактного карбюраторного двигателя

Рабочим циклом двигателя называется периодически повторяющийся ряд

последовательных процессов, протекающих в каждом цилиндре двигателя и

обусловливающих превращение тепловой энергии в механическую работу. Если

рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот

коленчатого вала, то такой двигатель называется двухтактным.

Автомобильные двигатели работают, как правило, по четырехтактному циклу,

который совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня

и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода) и выпуска.

В карбюраторном четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий цикл

происходит следующим образом:

1. Такт впуска По мере того, как коленчатый вал двигателя делает первый

полуоборот, поршень перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан открыт,

выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разряжение 0.07 - 0.095 МПа,

вследствие чего свежий заряд горючей смеси, состоящий из паров бензина и

воздуха, засасывается через впускной газопровод в цилиндр и, смешиваясь с

остаточными отработавшими газами, образует рабочую смесь .

2. Такт сжатия. После заполнения цилиндра горючей смесью при дальнейшем

вращении коленчатого вала (второй полуоборот) поршень перемещается от НМТ к

ВМТ при закрытых клапанах. По мере уменьшения объема температура и давление

рабочей смеси повышаются.

3. Такт расширения или рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь

воспламеняется от электрической искры и быстро сгорает, вследствие чего

температура и давление образующихся газов резко возрастает, поршень при

этом перемещается от ВМТ к НМТ.В процессе такта расширения шарнирно

связанный с поршнем шатун совершает сложное движение и через кривошип

приводит во вращение коленчатый вал. При расширении газы совершают полезную

работу, поэтому ход поршня при третьем полуобороте коленчатого вала

называют рабочим ходом. В конце рабочего хода поршня, при нахождении его

около НМТ открывается выпускной клапан, давление в цилиндре снижается до

0.3 -0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С.

4. Такт выпуска . При четвертом

полуобороте коленчатого вала поршень перемещается от НМТ к ВМТ. При этом

выпускной клапан открыт, и продукты сгорания выталкиваются из цилиндра в

атмосферу через выпускной газопровод .

Принцип действия четырехтактного дизеля

В четырехтактном двигателе рабочие процессы происходят следующим

образом:

1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ вследствие образующегося

разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной

клапан поступает атмосферный воздух. Давление воздуха в цилиндре составляет

0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С.

2. Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной

клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает

поступивший воздух. Для воспламенения топлива необходимо, чтобы температура

сжатого воздуха была выше температуры самовоспламенения топлива. При ходе

поршня к ВМТ цилиндр через форсунку впрыскивается дизельное топливо,

подаваемое топливным насосом .

3. Такт расширения, или рабочий ход . Впрыснутое в конце такта сжатия

топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается

процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и

давления. При этом максимальное

давление газов достигает 6 - 9 МПа, а температура 1800 - 2000 С. Под

действием давления газов поршень 2 перемещается от ВМТ в НМТ -происходит

Страницы: 1, 2, 3, 4