01 Принцип устройства и работы двигателей (Раздаточный материал к модулю 1 (Двигатели))

ПРИНЦИП УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙДвигатели В-2 и В-6 являются поршневыми двигателями внутреннего сгорания,преобразующими химическую энергию сгораемого в них топлива в механическую работу. Ониотносятся к типу двигателей с воспламенением от сжатия * , так как в них воспламенениетоплива происходит при впрыске его в цилиндр, заполненный воздухом, нагретым в результатесжатия.При сгорании топлива в замкнутом поршнем объеме цилиндра под давлением продуктовсгорания поршень перемещается в цилиндре и его поступательное движение с помощьюкривошипного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.Изменение направления движения поршня и его перемещение вверх осуществляются вмногоцилиндровых двигателях за счет работы соседних цилиндров и сил инерциивращающихся деталей, для увеличения которых в двигателях с малым числом цилиндров наколенчатом валу устанавливают маховик.

При запуске коленчатый вал проворачивают отпостороннего источника до тех пор, пока в цилиндрах не начнется устойчивый процессвоспламенения.Когда поршень находится в крайнем верхнем положении, называемом верхней мертвойточкой (в.м.т.), замыкаемое им пространство в цилиндре имеет минимальный объем,называемый объемом камеры сжатия. В то время, когда поршень опустится в крайнее нижнееположение — в нижнюю мертвую точку (н.м.т.), объем цилиндра максимален и называетсяполным объемом цилиндра.Указанные положения поршня называются «мертвыми точками», потому что в нихпоршень изменяет направление своего движения и его скорость становится равной нулю.Путь, проходимый поршнем между мертвыми точками, называется ходом поршня исоответствует половине оборота коленчатого вала.Разность полного объема цилиндра и объема камеры сжатия называется рабочимобъемом цилиндра, а их отношение — степенью сжатия.Степень сжатия — один из важнейших параметров, определяющий экономичностьдвигателя и другие его показатели.Процесс сгорания топлива в цилиндрах не может совершаться непрерывно, так какнеобходимо подготовить рабочую смесь и выбросить из цилиндра отработавшие газы.Периодически повторяющаяся в цилиндре определенная последовательность указанныхпроцессов называется рабочим циклом, который делится на такты.Двигатели В-2 и В-6 являются четырехтактными.

Рабочий цикл двигателей состоит изчетырех тактов, каждый такт совершается за один ход поршня и соответственно за половинуоборота коленчатого вала, а весь рабочий цикл — за четыре хода поршня, т. е. за два оборотаколенчатого вала.Впуск свежего воздуха в цилиндр и выпуск отработавших газов из цилиндраосуществляются через впускные и выпускные клапаны, открывающиеся в определеннойпоследовательности.Такт впуска совершается при движении поршня от в.м.т. к н.м.т. Так как объемцилиндра над поршнем в это время увеличивается, то давление в нем становится меньшеатмосферного и воздух через открытые впускные клапаны заполняет цилиндр.

Однако за счетсопротивления в трубопроводе и в воздухоочистителе, где происходит очистка воздуха отпыли, и ряда других причин среднее давление в цилиндре на такте впуска будет меньшеатмосферного на 0,1—0,25 кгс/см2, а это значит, что масса воздуха, поступившая в цилиндр,будет несколько меньше предельно возможной (рис. 1, I, кривая а — б).Масса воздуха уменьшается, в частности, с уменьшением плотности наружного воздуха,изменяющейся с увеличением высоты над уровнем моря и температуры.Для обеспечения наиболее полного сгорания топлива оно должно подаваться в цилиндрв количестве, определенном исходя из действительной массы воздуха в цилиндре в конце такта*Двигатели данного типа называют также дизелями по имени инженера Р. Дизеля, впервые в 1897 г.

построившегодвигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.впуска.Увеличение количества топлива, сжигаемого в цилиндре за один цикл, являетсяосновным средством повышения мощности двигателя. Необходимое при этом увеличениемассы воздуха, поступающего в цилиндр, осуществляется за счет установки на линии впусканагнетателя, который подает воздух в цилиндр под давлением, превышающим атмосферное.Параметры, характеризующие условия наполнения цилиндров воздухом в двигателях снаддувом, рассмотрены ниже в разделе «Нагнетатель».Такт сжатия происходит при движении поршня вверх от н.м.т. к в.м.т.

Впускные ивыпускные клапаны закрываются и воздух в цилиндре начинает сжиматься. К концу тактасжатия давление в цилиндре достигает 35—42 кгс/см2, а его температура повышается до 500—600° С (кривая б — в); в двигателях с наддувом параметры воздуха равны соответственно 45—64 кгс/см2 и 900—1000° С.

Указанная температура достаточна для воспламенения топлива, ипоэтому в это время оно начинает впрыскиваться в распыленном состоянии в цилиндр.Смешиваясь с воздухом, топливо образует рабочую смесь, которая самовоспламеняется. Кмоменту прихода поршня в в.м.т. начинается интенсивный процесс сгорания топлива. Давлениев цилиндре безнаддувного двигателя возрастает до 70—85 кгс/см2, а температура — до 1700—1900° С.

В двигателях с наддувом — соответственно 80—90 кгс/см2 и 2000—2300° С (кривая в— г).Такт расширения происходит при движении поршня вниз от в.м.т. под действиемрасширяющихся газов, давящих на поршень. Давление газов в цилиндре к концу тактаснижается до 2,5—3,0 кгс/см2, а температура — до 800—1000° С (кривая г — д).Такт выпуска совершается при движении поршня вверх, когда открыты выпускныеклапаны и отработавшие газы выбрасываются из цилиндра.При своем движении поршень очищает цилиндр от отработавших газов, выталкивая ихнаружу (кривая д — а).

На этом рабочий цикл завершается, и цилиндр вновь подготовлен кприему порции свежего воздуха, т. е. может начинаться новый рабочий цикл.Фазы распределения. Наиболее эффективное использование энергии впрыскиваемоготоплива имеет место при строго определенном сочетании открытия и закрытия клапанов сположением поршня в цилиндре или с положением коленчатого вала.

Углы поворотаколенчатого вала, соответствующие периодам открытого и закрытого положения клапанов,называются фазами газораспределения. Как видно на рис. 2, впускные клапаны открываются снекоторым опережением, когда поршень на такте выпуска еще не дошел до в.м.т..

азакрываются в начале такта сжатия; выпускные клапаны открываются в конце тактарасширения и закрываются в начале такта впуска, т. е. происходит перекрытие клапанов.Благодаря этому обеспечивается прежде всего лучшее заполнение цилиндра воздухом, так как,во-первых, к началу такта впуска впускные клапаны оказываются уже почти полностьюоткрытыми, а во-вторых, благодаря скоростному напору воздуха во впускном трубопроводевоздух продолжает поступать в цилиндр некоторое время и на такте сжатия.Кроме того, раннее открытие и позднее закрытие выпускных клапанов обеспечиваютлучшую очистку цилиндра от отработавших газов, особенно в двигателях с наддувом.Важное значение имеет также момент начала впрыска топлива.

Он выбирается с такимрасчетом, чтобы закончить подготовку рабочей смеси к моменту прихода поршня в в.м.т., длячего топливо начинает подаваться в цилиндр в конце такта сжатия, т. е. с опережением, котороетакже определяется в углах повороти коленчатого вала.Фазы газораспределения и начало впрыска топлива являются важнейшимихарактеристиками двигателя. В целях повышения экономичности двигателя момент началавпрыска может устанавливаться различным для летних и зимних условий эксплуатации.Кроме того, поскольку при постоянном угле опережения подачи топлива время наподготовку рабочей смеси изменяется с изменением числа оборотов, то на некоторыхдвигателях в приводе топливного насоса устанавливают автоматическую муфту,увеличивающую угол опережения подачи топлива при увеличении числа оборотов коленчатоговала.Порядок работы цилиндров (рис.

3) (последовательность тактов в цилиндрах) вмногоцилиндровых двигателях должен быть таким, чтобы было обеспечено наиболееравномерное распределение усилий, действующих на коленчатый вал и его подшипники.Так как в четырехтактных двигателях за два оборота коленчатого вала во всех цилиндрахсовершится полный рабочий цикл, то в цилиндрах двигателя В-2 один и тот же тактсовершается в последовательности работы цилиндров со сдвигом по фазе на 60°, а в двигателяхВ-6—на 120°. Поэтому в двигателях В-2 каждый из четырех тактов происходит сразу в трехцилиндрах (например, расширение в 1л, Зл, 4л), а в двигателях В-6 — в двух или в одномцилиндре (например, 1,4, затем только 1, затем 1,5 и т. д.),Порядок работы секций топливного насоса определяется порядком работы цилиндрови принятой схемой их соединения с насосом.Системы обеспечения рабочего цикла. Некоторая часть тепла, выделяющегося присгорании топлива, поглощается стенками цилиндра, а также выбрасывается с отработавшимигазами.

Для того чтобы нагрев стенок цилиндра и других деталей не превышал допустимого, поусловиям обеспечения нормального режима работы деталей двигатели внутреннего сгоранияоборудуются системой охлаждения, которая может быть двух типов: жидкостная и воздушная.Двигатели В-2 и В-6 имеют жидкостную систему охлаждения, включающую радиатор(теплообменник), отводящий тепло в окружающий воздух.В отдельных модификациях двигателей энергия отработавших газов частичноиспользуется, так как эти газы направляются в эжекционную систему охлаждения, создавая вней разрежение, за счет которого осуществляется поток окружающего воздуха через радиаторысистемы охлаждения.В других модификациях двигателей жидкость, циркулирующая в системе охлаждения,охлаждается при продувке воздуха через радиаторы с помощью вентиляторов, имеющихпривод от коленчатого вала.Таким образом, часть энергии сжигаемого топлива, которая передается охлаждающейжидкости, и та ее часть, которая выбрасывается в атмосферу с отработавшими газами иизлучается нагретыми деталями, составляют потери энергии.