|
|
(не показано 16 промежуточных версий 3 участников) |
Строка 19: |
Строка 19: |
| | | |
| ==Результаты проведённого исследования== | | ==Результаты проведённого исследования== |
| + | '''1'''.Мы создали [https://groups.google.com/group/rulezen?msg=new&lnk=gcis&hl=ru Google-группу] в проекте "Вместо сердца пламенный мотор". |
| | | |
− | Двигатели внутреннего сгорания
| + | '''2'''.Мы создали [http://bobrdobr.ru/people/Premio/ Полезные ссылки на Бобрдобр.ру] |
| | | |
− | В настоящее время существует большое количество устройств, использующих тепловое расширение газов. К таким устройствам относится карбюраторный двигатель, дизели, турбореактивные двигатели и т.д.
| |
− |
| |
− | Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы:
| |
− |
| |
− |
| |
− | Двигатели с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д.
| |
− |
| |
− |
| |
− | Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, в которых процесс сгорания
| |
− |
| |
− | топлива с выделением теплоты и превращением ее в механическую работу происходит непосредственно в цилиндрах. На большинстве современных автомобилей установлены двигатели внутреннего сгорания.
| |
− |
| |
− | Наиболее экономичными являются поршневые и комбинированные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют достаточно большой срок службы, сравнительно небольшие габаритные размеры и массу. Основным недостатком этих двигателей следует считать возвратно-поступательное движение поршня, связанное с наличием кривошатунного механизма, усложняющего конструкцию и ограничивающего возможность повышения частоты вращения, особенно при значительных размерах двигателя.
| |
− |
| |
− | А теперь немного о первых ДВС. Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был создан в 1860 г. французским инженером Этвеном Ленуаром, но эта машина была еще весьма несовершенной.
| |
− |
| |
− | В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл:
| |
− |
| |
− |
| |
− | всасывание;
| |
− |
| |
− |
| |
− | сжатие;
| |
− |
| |
− |
| |
− | горение и расширение;
| |
− |
| |
− |
| |
− | выхлоп.
| |
− |
| |
− | Эта идея была использована немецким изобретателем Н.Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. КПД такого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов.
| |
− |
| |
− | Быстрое распространение ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и стационарной энергетике была обусловлена рядом их положительных особенностей.
| |
− |
| |
− | Осуществление рабочего цикла ДВС в одном цилиндре с малыми потерями и значительным перепадом температур между источником теплоты и холодильником обеспечивает высокую экономичность этих двигателей. Высокая экономичность - одно из положительных качеств ДВС.
| |
− |
| |
− | Среди ДВС дизель в настоящее время является таким двигателем, который преобразует химическую энергию топлива в механическую работу с наиболее высоким КПД в широком диапазоне изменения мощности. Это качество дизелей особенно важно, если учесть, что запасы нефтяных топлив ограничены.
| |
− |
| |
− | К положительным особенностям ДВС стоит отнести также то, что они могут быть соединены практически с любым потребителем энергии. Это объясняется широкими возможностями получения соответствующих характеристик изменения мощности и крутящего момента этих двигателей. Рассматриваемые двигатели успешно используются на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных машинах, тепловозах, судах, электростанциях и т.д., т.е. ДВС отличаются хорошей приспособляемостью к потребителю.
| |
− |
| |
− | Сравнительно невысокая начальная стоимость, компактность и малая масса ДВС позволили широко использовать их на силовых установках, находящих широкое применение и имеющих небольшие размеров моторного отделения.
| |
− |
| |
− | Установки с ДВС обладают большой автономностью. Даже самолеты с ДВС могут летать десятки часов без пополнения горючего.
| |
− |
| |
− | Важным положительным качеством ДВС является возможность их быстрого пуска в обычных условиях. Двигатели, работающие при низких температурах, снабжаются специальными устройствами для облегчения и ускорения пуска. После пуска двигатели сравнительно быстро могут принимать полную нагрузку. ДВС обладают значительным тормозным моментом, что очень важно при использовании их на транспортных установках.
| |
− |
| |
− | Положительным качеством дизелей является способность одного двигателя работать на многих топливах. Так известны конструкции автомобильных многотопливных двигателей, а также судовых двигателей большой мощности, которые работают на различных топливах - от дизельного до котельного мазута.
| |
− |
| |
− | Но наряду с положительными качествами ДВС обладают рядом недостатков. Среди них ограниченное по сравнению, например с паровыми и газовыми турбинами агрегатная мощность, высокий уровень шума, относительно большая частота вращения коленчатого вала при пуске и невозможность непосредственного соединения его с ведущими колесами потребителя, токсичность выхлопных газов, возвратно-поступательное движение поршня, ограничивающие частоту вращения и являющиеся причиной появления неуравновешенных сил инерции и моментов от них.
| |
− |
| |
− | Но невозможно было бы создание двигателей внутреннего сгорания, их развития и применения, если бы не эффект теплового расширения. Ведь в процессе теплового расширения нагретые до высокой температуры газы совершают полезную работу. Вследствие быстрого сгорания смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, резко повышается давление, под воздействием которого происходит перемещение поршня в цилиндре. А это-то и есть та самая нужная технологическая функция, т.е. силовое воздействие, создание больших давлений, которую выполняет тепловое расширение, и ради которой это явление применяют в различных технологиях и в частности в ДВС.
| |
| Классификация ДВС | | Классификация ДВС |
| | | |
Строка 78: |
Строка 28: |
| 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: | | 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 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 способу осуществления рабочего цикла - четырехтактные и двухтактные; |
| | | |
− | По числу цилиндров - одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые;
| + | По числу цилиндров - одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые; |
| | | |
− | По расположению цилиндров - двигатели с вертикальным или наклонным
| + | 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); | | 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
| + | По способу охлаждения - на двигатели с жидкостным или воздушным |
| | | |
| охлаждением; | | охлаждением; |
| | | |
− | По виду применяемого топлива - бензиновые, дизельные, газовые и
| + | По виду применяемого топлива - бензиновые, дизельные, газовые и |
| | | |
| многотопливные ; | | многотопливные ; |
| | | |
− | По степени сжатия. В зависимости от степени сжатия различают двигатели высокого (E=12...18) и низкого (E=4...9) сжатия;
| + | 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:
| + | По способу наполнения цилиндра свежим зарядом: |
| | | |
| а) двигатели без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси | | а) двигатели без наддува, у которых впуск воздуха или горючей смеси |
Строка 112: |
Строка 62: |
| целью увеличения заряда и получения повышенной мощности двигателя; | | целью увеличения заряда и получения повышенной мощности двигателя; |
| | | |
− | По частоте вращения: тихоходные, повышенной частоты вращения,
| + | По частоте вращения: тихоходные, повышенной частоты вращения, |
| | | |
| быстроходные; | | быстроходные; |
| | | |
− | По назначению различают двигатели стационарные, автотракторные,
| + | По назначению различают двигатели стационарные, автотракторные, |
| | | |
| судовые, тепловозные, авиационные и др. | | 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 и, 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 рабочий ход. Около НМТ давление снижается до 0.3 - 0.5 МПа, а температура до 700 - 900 С.
| |
− |
| |
− | 4. Такт выпуска. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. Давление газов снижается до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. После окончания такта выпуска при дальнейшем вращении коленчатого вала рабочий цикл повторяется в той же последовательности.
| |
− | Принцип действия двухтактного двигателя
| |
− |
| |
− | Двухтактные двигатели отличаются от четырехтактных тем, что у них наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом осуществляется в начале хода сжатия, а очистка цилиндров от отработавших газов в конце хода расширения, т.е. процессы выпуска и впуска происходят без самостоятельных ходов поршня. Общий процесс для всех типов двухтактных двигателей - продувка, т.е. процесс удаления отработавших газов из цилиндра с помощью потока горючей смеси или воздуха. Поэтому двигатель данного вида имеет компрессор (продувочный насос). Рассмотрим работу двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой. У этого типа двигателей отсутствуют клапаны, их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Через эти окна цилиндр в определенные моменты сообщается с впускным и выпускным трубопроводами и кривошипной камерой (картер), которая не имеет непосредственного сообщения с атмосферой. Цилиндр в средней части имеет три окна: впускное, выпускное и продувочное, которое сообщается клапаном с кривошипной камерой двигателя. Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта:
| |
− |
| |
− | 1. Такт сжатия. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, перекрывая сначала продувочное, а затем выпускное окно. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере вследствие ее герметичности создается разряжение, под действием которого из карбюратора через открытое впускное окно поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
| |
− |
| |
− | 2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая
| |
− |
| |
− | рабочая смесь воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно опускающийся поршень закрывает впускное окно и сжимает находящуюся в кривошипной камере горючую смесь.
| |
− |
| |
− | Когда поршень дойдет до выпускного окна, оно открывается и начинается выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно и сжатая в кривошипной камере горючая смесь перетекает по каналу, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
| |
− |
| |
− | Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя отличается от рабочего цикла двухтактного карбюраторного двигателя тем, что у дизеля в цилиндр поступает воздух, а не горючая смесь, и в конце процесса сжатия впрыскивается мелкораспыленное топливо.
| |
− |
| |
− | Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и
| |
− |
| |
− | частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного
| |
− |
| |
− | за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование
| |
− |
| |
− | хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных
| |
− |
| |
− | газов и затраты части вырабатываемой мощности на привод продувочного
| |
− |
| |
− | компрессора приводят практически к увеличению мощности только на
| |
− |
| |
− | 60...70%.
| |
− |
| |
− | Рабочий цикл четырехтактных карбюраторных
| |
− |
| |
− | и дизельных двигателей
| |
− |
| |
− | Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из пяти процессов:
| |
− |
| |
− | впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск, которые совершаются за
| |
− |
| |
− | четыре такта или за два оборота коленчатого вала.
| |
− |
| |
− | Графическое представление о давлении газов при изменении объема в
| |
− |
| |
− | цилиндре двигателя в процессе осуществления каждого из четырех циклов
| |
− |
| |
− | дает индикаторная диаграмма. Она может быть построена по данным
| |
− |
| |
− | теплового расчета или снята при работе двигателя с помощью
| |
− |
| |
− | специального прибора - индикатора.
| |
− |
| |
− | Процесс впуска. Впуск горючей смеси осуществляется после выпуска из
| |
− |
| |
− | цилиндров отработавших газов от предыдущего цикла. Впускной клапан
| |
− |
| |
− | открывается с некоторым опережением до ВМТ, чтобы получить к моменту прихода поршня к ВМТ большее проходное сечение у клапана. Впуск горючей смеси осуществляется за два периода. В первый период смесь поступает при перемещении поршня от ВМТ к НМТ вследствие разряжения, создающегося в цилиндре. Во второй период впуск смеси происходит при перемещении поршня от НМТ к ВМТ в течение некоторого времени, соответствующего 40 - 70 поворота коленчатого вала за счет разности давлений (ротора), и скоростного напора смеси. Впуск горючей смеси заканчивается закрытием впускного клапана. Горючая смесь, поступившая в цилиндр, смешивается с остаточными газами от предыдущего цикла и образует горючую смесь. Давление смеси в цилиндре в течение процесса впуска составляет 70 - 90 кПа и зависит от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура смеси в конце процесса впуска повышается до 340 - 350 К вследствие соприкосновения ее с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными газами, имеющими температуру 900 - 1000 К.
| |
− |
| |
− | Процесс сжатия. Сжатие рабочей смеси, находящейся в цилиндре
| |
− |
| |
− | двигателя, происходит при закрытых клапанах и перемещении поршня в
| |
− |
| |
− | ВМТ. Процесс сжатия протекает при наличии теплообмена между рабочей
| |
− |
| |
− | смесью и стенками (цилиндра, головки и днища поршня). В начале сжатия температура рабочей смеси ниже температуры стенок, поэтому теплота передается смеси от стенок. По мере дальнейшего сжатия температура смеси повышается и становится выше температуры стенок, поэтому теплота от смеси передается стенкам. Таким образом, процесс сжатия осуществляется по палитре, средний показатель которой n=1.33...1.38. Процесс сжатия заканчивается в момент воспламенения рабочей смеси. Давление рабочей смеси в цилиндре в конце сжатия 0.8 - 1.5МПа, а температура 600 - 750 К.
| |
− |
| |
− | Процесс сгорания. Сгорание рабочей смеси начинается раньше прихода
| |
− |
| |
− | поршня к ВМТ, т.е. когда сжатая смесь воспламеняется от электрической искры. После воспламенения фронт пламени горящей свечи от свечи распространяется по всему объему камеры сгорания со скоростью 40 - 50 м/с. Несмотря на такую высокую скорость сгорания, смесь успевает сгореть за время, пока коленчатый вал повернется на 30 - 35 . При сгорании рабочей смеси выделяется большое количество теплоты на участке, соответствующим 10 - 15 до ВМТ и 15 - 20 после НМТ, вследствие чего давление и температура образующихся в цилиндре газов быстро возрастают.
| |
− |
| |
− | В конце сгорания давление газов достигает 3 - 5 МПа, а температура 2500 - 2800 К.
| |
− |
| |
− | Процесс расширения. Тепловое расширение газов, находящихся в цилиндре двигателя, происходит после окончания процесса сгорания при перемещении поршня к НМТ. Газы, расширяясь, совершают полезную работу. Процесс теплового расширения протекает при интенсивном теплообмене между газами и стенками (цилиндра, головки и днища поршня). В начале расширения происходит догорание рабочей смеси, вследствие чего образующиеся газы получают теплоту. Газы в течение всего процесса теплового расширения отдают теплоту стенкам. Температура газов в процессе расширения уменьшается, следовательно, изменяется перепад температуры между газами и стенками. Процесс теплового расширения происходит по палитре, средний показатель которой n2=1.23...1.31. Давление газов в цилиндре в конце расширения 0.35 - 0.5 МПа, а температура 1200 - 1500 К.
| |
− |
| |
− | Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинается при открытии выпускного клапана, т.е. за 40 - 60 до прихода поршня в НМТ. Выпуск газов из цилиндра осуществляется за два периода. В первый период выпуск газов происходит при перемещении поршня за счет того, что давление газов в цилиндре значительно выше атмосферного.В этот период из цилиндра удаляется около 60% отработавших газов со скоростью 500 - 600 м/с. Во второй период выпуск газов происходит при перемещении поршня (закрытие выпускного клапана) за счет выталкивающего действия поршня и инерции движущихся газов. Выпуск отработавших газов заканчивается в момент закрытия выпускного клапана, т. е. через 10 – 20 после прихода поршня в ВМТ. Давление газов в цилиндре в процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в конце процесса выпуска 90 - 1100 К.
| |
− | Рабочий цикл четырехтактного двигателя
| |
− |
| |
− | Рабочий цикл дизеля существенно отличается от рабочего цикла
| |
− |
| |
− | карбюраторного двигателя способом образования и воспламенения рабочей
| |
− |
| |
− | смеси.
| |
− |
| |
− | Процесс впуска. Впуск воздуха начинается при открытом впускном клапане и заканчивается в момент закрытия его. Впускной клапан открывается. Процесс впуска воздуха происходит также, как и впуск горючей смеси в карбюраторном двигателе. Давление воздуха в цилиндре в течении процесса впуска составляет 80 - 95 кПа и зависит от гидравлических потерь во впускной системе двигателя. Температура воздуха в конце процесса выпуска повышается до 320 - 350 К за счет соприкосновения его с нагретыми деталями двигателя и смешивания с остаточными газами.
| |
− |
| |
− | Процесс сжатия. Сжатие воздуха, находящегося в цилиндре, начинается после закрытия впускного клапана и заканчивается в момент впрыска топлива в камеру сгорания. Процесс сжатия происходит аналогично сжатию рабочей смеси в карбюраторном двигателе. Давление воздуха в цилиндре в конце сжатия 3.5 - 6 МПа, а температура 820 - 980 К.
| |
− |
| |
− | Процесс сгорания. Сгорание топлива начинается с момента начала подачи топлива в цилиндр, т.е. за 15 - 30 до прихода поршня в ВМТ. В этот момент температура сжатого воздуха на 150 - 200 С выше температуры самовоспламенения. Топливо, поступившее в мелкораспыленном состоянии в цилиндр, воспламеняется не мгновенно, а с задержкой в течение некоторого времени (0.001 - 0.003 с), называемого периодом задержки воспламенения. В этот период топливо прогревается, перемешивается с воздухом и испаряется, т.е. образуется рабочая смесь.
| |
− |
| |
− | Подготовленное топливо воспламеняется и сгорает. В конце сгорания давление газов достигает 5.5 - 11 МПа, а температура 1800 - 2400 К.
| |
− |
| |
− | Процесс расширения. Тепловое расширение газов, находящихся в цилиндре, начинается после окончания процесса сгорания и заканчивается в момент закрытия выпускного клапана. В начале расширения происходит догорание топлива. Процесс теплового расширения протекает аналогично процессу теплового расширения газов в карбюраторном двигателе. Давление газов в цилиндре к концу расширения 0.3 - 0.5 МПа, а температура 1000 - 1300 К.
| |
− |
| |
− | Процесс выпуска. Выпуск отработавших газов начинается при открытии
| |
− |
| |
− | выпускного клапана и заканчивается в момент закрытия выпускного клапана. Процесс выпуска отработавших газов происходит также, как и процесс выпуска газов в карбюраторном двигателе. Давление газов в цилиндре в процессе выталкивания 0.11 - 0.12 МПа, температура газов в конце процесса выпуска 700 - 900 К.
| |
− | Рабочие циклы двухтактных двигателей
| |
− |
| |
− | Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два такта, или за один оборот коленчатого вала.
| |
− |
| |
− | Рассмотрим рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя с
| |
− |
| |
− | кривошипно-камерной продувкой.
| |
− |
| |
− | Процесс сжатия горючей смеси, находящейся в цилиндре, начинается с
| |
− |
| |
− | момента закрытия поршнем окон цилиндра при перемещении поршня от НМТ к ВМТ. Процесс сжатия протекает также, как и в четырехтактном карбюраторном двигателе.
| |
− |
| |
− | Процесс сгорания происходит аналогично процессу сгорания в четырехтактном карбюраторном двигателе.
| |
− |
| |
− | Процесс теплового расширения газов, находящихся в цилиндре, начинается после окончания процесса сгорания и заканчивается в момент открытия выпускных окон. Процесс теплового расширения происходит аналогично процессу расширения газов в четырехтактном карбюраторном двигателе.
| |
− |
| |
− | Процесс выпуска отработавших газов начинается при открытии
| |
| | | |
− | выпускных окон, т.е. за 60 - 65 до прихода поршня в НМТ, и заканчивается через 60 - 65 после прохода поршнем НМТ. По мере открытия выпускного окна давление в цилиндре резко снижается, а за 50 - 55 до прихода поршня в НМТ открываются продувочные окна и горючая смесь, ранее поступившая в кривошипную камеру и сжатая опускающимся поршнем, начинает поступать в цилиндр. Период, в течение которого происходит одновременно два процесса - впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов - называют продувкой. Во время продувки горючая смесь вытесняет отработавшие газы и частично уносится вместе с ними.
| |
| | | |
− | При дальнейшем перемещении к ВМТ поршень перекрывает сначала
| + | [[Изображение:Классификация ДВС по нескольким признакам(1).jpg|800px]] |
| | | |
− | продувочные окна, прекращая доступ горючей смеси в цилиндр из кривошипной камеры, а затем выпускные и начинается в цилиндре процесс сжатия.
| + | Полная версия карты находится [http://www.mindmeister.com/231631839# здесь] |
| | | |
| ==Вывод== | | ==Вывод== |
Участники проекта: Студенты изучающие дисциплину «Введение в профессию».Основы ДВС.
Виды Двигателей Внутреннего Сгорания.
Мы предполагаем, что Дизельные двигатели обеспечивает лучшую работу, чем бензиновые двигатели.
Ознакомиться с этапами развития ДВС.
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;
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 степени сжатия. В зависимости от степени сжатия различают двигатели высокого (E=12...18) и низкого (E=4...9) сжатия;
судовые, тепловозные, авиационные и др.
Открытие Двигателя внутреннего сгорания оказало большое влияние на развитие многих отраслей промышленности, сельского хозяйства и науки. И пускай проходит эра двигателя внутреннего сгорания, пусть у них есть много недостатков,пусть появляются новые двигатели, не загрязняющие внутреннюю среду и не использующие функцию теплового расширения, но первые еще долго будут приносить пользу людям, и люди через многие сотни лет будут по доброму отзываться о них, ибо они вывели человечество на новый уровень развития, а, пройдя его, человечество поднялось еще выше.