Принципы работы и классификация ДВС. Технико-экономические показатели и тепловой баланс ДВС.

Поршневым двигателем внутреннего сгорания называется тепловая машина, в рабочем цилиндре которой происходит сжигание топлива и преобразование теплоты в работу.

      

Принципы работы ДВС:    

На рис. 1 представлена принципиальная схема ДВС. Основным элементом любого поршневого двигателя является цилиндр 4 с поршнем 5, соединенным посредством кривошипно-шатунного механизма с внешним потребителем работы. Цилиндр (или блок цилиндров) монтируется на верхней части картера 1 и сверху закрыт крышкой, в которой установлены впускной 2 и выпускной 3 клапаны и электрическая свеча зажигания (в карбюраторном и газовом двигателях) или форсунка (в дизеле). 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

Рис. 1. Принципиальная схема поршневого ДВС

  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.

  Крайние положения поршня называют верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). Ход поршня от ВМТ до НМТ называют тактом. Объем, описываемый поршнем за один ход, является рабочим объемом цилинд­ра, V_n = nD²S/4 (D — диаметр цилиндра, S — ход поршня).

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

  Анализ рабочего цикла в ДВС обычно производят с помощью индикаторной диаграммы, на которой графически изображена зависимость давления в цилиндре от объема, занятого газом, или положения поршня. При работе ДВС индикаторная диаграмма записывается присоединенным к нему специальным прибором — индикатором.

  Различают два типа поршневых ДВС - четырехтактные и двухтактные. У четырехтактного двигателя, индикаторная диаграмма ко­торого изображена на рис. 2, а, от­дельным процессам соответствуют: 0 -1 - всасывание топливной) смеси (1-й такт); 1-2 — сжатие смеси (2-й такт); 2-3 — сгорание +3-4 — расширение продуктов сгорания +4-5— выхлоп (3-й такт); 5-0 — выталкивание продуктов сгорания, (4-й такт).

  Из всех четырех тактов, составляю­щих цикл, только в третьем получается полезная paбoта, в остальных трех так­тах работа затрачивается.

  У двухтактного двигателя отдельным процессам соответствуют (рис. 2, б): 0-1 — продувка и введение новой порции смеси + 1-2 — сжатие (1-й такт); 2-3 — сгорание + 3-4 — расширение + 4-0 — выхлоп (2-й такт). В двухтактном двигателе очистку цилиндра от остаточных газов и наполнение его свежим зарядом выполняют продувочным воздухом через шлицы, открываемые поршнем.

 

Рис. 2. Индикаторная диаграмма четырех­тактного (а) и двухтактного (б) двигателей: А — выпускное окно; Б — продувочное окно

 

  Двигатели с «мгновенным сгоранием» топлива (карбюраторные и газовые “Отто”). 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.

  Двигатели со сгоранием топлива при (почти) посто­янном давлении (компрессорные дизели). 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 = 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 мелкораспыленном 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) р = const.

  Все типы двигателей могут выполняться как четырехтактными, так и двухтактными.

  Тепловой баланс ДВС:

Оценкой совершенства осуществляемого в тепловом двигателе процесса служат его индикаторные показатели, а суммарной оценкой, учитывающей и механическое совершенство конструкции двигателя, - эффективные показатели. Распределение теплоты, подведенной к двигателю с топливом, на полезно использованное и потери дает тепловой баланс двигателя, который называется внешним тепловым балансом. В общем виде можно записать:

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться: