Здравствуйте! Основными элементами двигателя внутреннего сгорания (рис. 1) являются цилиндр 1, в котором перемещается поршень 2, связанный при помощи шатуна 7 и кривошипа 5 с валом 9. Головка цилиндра 6 имеет впускной 3 и выпускной 5 клапаны. В нее вмонтированы (в зависимости от типа двигателя) электрическая свеча 4 или форсунка для впрыскивания топлива. Сгорание топлива происходит в камере, образованной стенками, головкой цилиндра и поршнем. Шатунно-кривошипный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала. Крайние положения поршня называются верхней (ВМТ) и нижней (НМТ) мертвыми точками.
В большинстве случаев двигатель имеет несколько цилиндров. Они могут располагаться вертикально, горизонтально и наклонно. Цилиндры крепятся к основанию 10 двигателя, называемому картером. Картер является одновременно резервуаром для смазочного масла, стекающего с деталей. Дли защиты стенок от перегрева цилиндры и крышки двигателей имеют водоохлаждаемые рубашки. В некоторых двигателях применяется воздушное охлаждение; для более интенсивного отвода теплоты цилиндр снабжается ребрами. Наряду с перечисленными деталями в двигателях имеется ряд вспомогательных устройств, предназначенных для газораспределения, подачи и регулирования расхода топлива, смазки, охлаждения и т. д.
В четырехтактном двигателе рабочий цикл осуществляется за четыре (такта) хода поршня, в двухтактном — за два хода. Рассмотрим принцип работы карбюраторного четырехтактного двигателя (рис. 1). При ходе поршня 2 сверху вниз (первый такт) через открытый всасывающий клапан 3 в цилиндр двигателя 1 всасывается смесь топлива с воздухом. При обратном движении поршня (второй такт) от НМТ до ВМТ клапаны закрываются, и происходит сжатие горючей смеси.
При положении поршня в ВМТ смесь воспламеняется искрой от электрической свечи. В результате сгорания смеси возрастают температура и давление газов, которые перемещают поршень сверху вниз (рабочий ход — третий такт). В процессе расширения образовавшихся газов происходит преобразование теплоты в работу. Затем при открытом выпускном клапане 5 и ходе поршня снизу вверх (четвертый такт) производится выталкивание отработанных газов в атмосферу. В момент прихода поршня в ВМТ выпускной клапан закрывается. При последующем ходе поршня снова всасывается свежая смесь, и цикл повторяется. Выпуск отработанных газов и впуск горючей смеси периодически осуществляет газораспределительный механизм.
Таким образом, весь рабочий цикл в данном двигателе совершается за четыре хода поршня (два оборота вала), поэтому двигатель называется четырехтактным. Из четырех ходов только один является рабочим, поэтому для достижения более равномерной работы двигателя применяется маховик.
Наибольшая равномерность хода поршня достигается в многоцилиндровых двигателях за счет того, что в различных цилиндрах одновременно совершаются разные такты, например в одном — всасывание, в другом — расширение и т. д. В четырехтактном двигателе с самовоспламенением (дизеле) всасывается и сжимается чистый воздух. Благодаря высокой степени сжатия температура воздуха достигает 600—800° С, т. е. превышает температуру воспламенения топлива. В конце второго такта в цилиндр через форсунку подается топливо, и происходит его самовоспламенение. Так как в двигателях этого типа применяются тяжелые топлива, то процесс их сгорания протекает медленно и осуществляется уже в третьем такте во время рабочего хода поршня. В четвертом такте, как н в карбюраторном двигателе, отработавшие газы выбрасываются в атмосферу.
В двигателе с внешним смесеобразованием горючая смесь приготавливается вне цилиндра двигателя в специальном устройстве, называемом карбюратором. В основу его работы положен принцип эжекции, т. е. смешивание топлива с потоком воздуха при его прохождении через диффузор. В двигателях с внутренним смесеобразованием приготовление смеси осуществляется внутри цилиндра при подаче топлива через форсунку топливным насосом или компрессором. При компрессорном распыливании топлива воздух предварительно сжимается в специальном компрессоре до давления 6—9 МПа и нагнетается в баллоны. К форсунке подводятся топливо и сжатый воздух, а на выходе из нее образуется струя распыленного топлива (пневмораспыливание).
При применении топливного насоса (бескомпрессорное распыливание) топливо впрыскивается в цилиндр через форсунку под давлением 30—150 МПа. При этом распыливание осуществляется механическим путем. Такты впуска и выпуска являются вспомогательными и предназначаются для периодической смены рабочего тела в цилиндре. Двигатель в это время выполняет роль насоса.
Стремление сократить время, в течение которого совершается цикл, привело к разработке двухтактного процесса. Двигатель, у которого рабочий цикл совершается за два хода поршня, называется двухтактным.
Отличительная особенность двухтактного двигателя состоит в том, что у него имеются в нижней части цилиндра продувочные 3 и выпускные 4 окна, перекрываемые поршнем 2 при его движении в цилиндре 1 (рис.2). Остальные элементы такие же, как в четырехтактном двигателе: на головке цилиндра 5 в зависимости от вида сжигаемого топлива и конструкции двигателя располагается свеча зажигания или форсунка 6. Шатун 7 и кривошип 8 служат для преобразования возвратно-поступательного движения поршня 2 во вращательное движение вала 9.
Рассмотрим принцип работы двухтактного двигателя. На рис. 2 положение I соответствует процессу расширения газов, образовавшихся при сгорании свежей смеси (рабочий ход).
При подходе к НМТ поршень открывает сначала выпускные 4, а затем продувочные 3 окна. При открытии выпускных окон продукты сгорания начинают выходить из цилиндра (положение II), вследствие чего давление в нем падает. Когда открываются продувочные окна, в цилиндр под давлением поступает свежий продувочный воздух, который выталкивает через выпускные окна оставшиеся газы и заполняет рабочую полость цилиндра. Таким образом, в течение первого такта происходит сгорание топлива, расширение газов, выпуск и продувка отработавших продуктов сгорания.
Продувка и заполнение цилиндра свежим воздухом или свежей смесью продолжаются и при обратном ходе поршня (положение III ) до момента перекрытия продувочных и выпускных окон. С момента, когда поршень закрывает выпускные окна, начинается процесс сжатия свежего воздуха или смеси (положение IV). Этот процесс заканчивается в ВМТ. Затем снова начинается сгорание топлива, процесс расширения газов, и цикл повторяется.
Таким образом, весь рабочий цикл в двухтактном двигателе совершается за два хода поршня или один оборот вала. Это приводит к увеличению мощности двухтактного двигателя на 60— 70% по сравнению с четырехтактным при одинаковых других характеристиках.
Кроме рассмотренной наиболее распространенной поперечной продувки цилиндра, применяются также прямоточная продувка, которая обеспечивает лучшую очистку цилиндра и позволяет осуществить наддув в целях увеличения мощности двигателя, и прямоточно-щелевая продувка. Хорошая очистка цилиндра достигается тогда, когда объем продувочного воздуха на 30—40% больше рабочего объема цилиндра двигателя.
Двухтактный цикл может применяться как в двигателях с самовоспламенением, так и в карбюраторных. Однако в связи с тем, что в карбюраторном двигателе цилиндр необходимо продувать свежей смесью, этот принцип работы не получил широкого распространения применительно к указанным двигателям. Наиболее полно преимущества двухтактного цикла проявляются в тихоходных двигателях, поэтому они широко применяются в судовых установках.
Двигатели, у которых по обе стороны поршня газ совершает работу, называются двигателями двойного действия. Они могут быть как четырехтактными, так и двухтактными. Мощность двигателя двойного действия выше мощности двигателя простого действия при других равных условиях на 80—85%. Исп. литература: 1) Основы теплоэнергетики, А.М. Литвин, Госэнергоиздат, 1958. 2)Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Добавить комментарий