Загальні принципи дії поршневих д.в.з.

Поршневими двигунами внутрішнього згоряння називають теплові двигуни, основним елементом конструкції яких є циліндр з поршнем. Згоряння палива відбувається усередині циліндра в середовищі стислого повітря. Продукти згоряє, що утворилися, розширяються і переміщають поршень, від якого вироблена механічна енергія передається на вал двигуна через кривошипно-шатунний механізм. При зворотному русі поршня відбувається стиснення чистого повітря або робочої суміші, що підвищує їх температуру і прискорює горіння.

Двигун з попереднім стисненням суміші повітря з паливом і подальшим його миттєвим згорянням вперше побудував німецький винахідник Отто в 1876 р. Двигуни Отто, як і всі двигуни внутрішнього згоряє, будують дво- і чотириконтактні. В першому випадку процеси двигуна — стиснення суміші, горіння палива, розширення продуктів згоряє і вихлоп відпрацьованих газів — проводяться за два робочі ходи поршня (один оборот валу). В другому випадку всі процеси відбуваються за чотири ходи поршня (два обороти валу).

В чотириконтактному двигуні (мал. 4.1) в перший хід поршня (перший такт, процес 01) суміш палива і повітря всмоктується в циліндр двигуна. В другому такті (процес 12) суміш стискається. В кінці цього такту, у момент зупинки поршня, стисла суміш запалюється від стороннього джерела (електричної іскри) і відбувається майже ізохорне підвищення тиску (процес 23). В третьому такті догорає паливо і потім здійснюється розширення продуктів згоряє (робочий хід, процес 34).

В кінці цього ходу поршня відкривається вихлопний клапан, і тиск газу в циліндрі різко падає. Під час четвертого такту (процес 10) залишки продуктів згоряє виштовхуються з циліндра і, таким чином, циліндр готується до прийому свіжого заряду.

В двотактному двигуні на початку першого ходу циліндр через наявні щілини продувається від залишкових газів (мал. 4.2). В кінці ж цього ходу поршня робоча суміш стискається. На початку другого ходу відбувається горіння і розширення газів, в кінці ходу — вихлоп через щілини, що відкриваються.

Термодинамічні цикли, по яких працюють дво- і чотиритактні двигуни, однакові, оскільки на них не позначаються процеси всмоктування і виштовхування залишкових газів, що взаємно компенсуються.

Ідеальний термодинамічний цикл в р — υ - координатах, по якому працюють двигуни Отто, зображений на мал. 4.3. Тут процес 12 — адіабатне стиснення ідеального робочого тіла; процес 23 — підведення тепла робочому тілу при його постійному об'ємі від гарячого джерела; процес 34 — адіабатне розширення; процес 41 — ізохорне охолоджування робочого тіла — відведення тепла до холодного джерела. Таким чином, реальний процес вихлопу і охолоджування відпрацьованих газів в навколишньому середовищі замінюється в циклі умовної ізохори 41.

Недоліком двигунів Отто є неможливість значного підвищення ступеня стиснення робочої суміші (в процесі 12) через небезпеку її самозаймання. З цієї причини ефективний к.к.д. такого двигуна виявляється відносно низьким (25 - 30%).

Інший принцип згоряння палива здійснюється в двигунах, конструкція яких була розроблена Р. Дизелем в 1892—1898 рр. В цих двигунах в циліндр засмоктується і потім стискається тільки чисте повітря, що дозволяє значно підняти ступінь стиснення без жодної небезпеки самозаймання. Більш того, тут самозаймання використовують для запалення робочої суміші при вприскуванні в стисле гаряче повітря палива, що розпиляло. Регулюючи час вприскування, можна досягти бажаної характеристики процесу горіння.

В перших двигунах Дизеля в циліндр вприскувалася суміш палива з невеликою кількістю повітря, стислою в спеціальному допоміжному компресорі. При цьому подача палива здійснювалася так, щоб тиск в циліндрі в період горіння зберігався постійним. Відповідний цьому ідеальний цикл, званий циклом Дизеля, зображений в р — υ- координатах на мал. 4.4. Як видно, він відрізняється від циклу Отто перш за все ізобарним підведенням тепла .

Другою важливою відмінністю є більш високий тиск в кінці стиснення (до 4,0— 4,5 МПа замість 1,0—1,5 МПа в двигунах Отто). Решта процесів циклу зберігаються однакові.

Якщо в циліндр двигуна Дизеля вприскувати паливо і це вприскування, що тільки механічно розпиляло, почати ще до закінчення процесу стиснення, то верхня частина циклу, що виходить при цьому на діаграмі, виявляється чимось середнім між циклами Отто і Дизеля (мал. 4.5). Патент на винахід такого «безкомпрессорного дизеля» був виданий в 1904 р. російському інженеру Р. В. Трінклеру. Підведення тепла палива в них здійснюється частково по ізохорі (23) і частково по ізобарі(34). Двигуни Трінклера так само, як і двигуни Дизеля, успішно працюють на важких сортах рідкого палива. Ці двигуни є найекономічніші, оскільки вони дають можливість досягати таких же високих ступенів стиснення, як і в двигунах Дизеля, і, крім того, одержати додаткову роботу (заштрихований майданчик на мал. 4.5) за рахунок ізохорного підведення тепла. Вони широко застосовуються як суднові двигуни, двигуни невеликих енергетичних установок, тракторні двигуни і т.п.

Ефективний к.к.д. безкомпрессорних двигунів виявляється найвищим зі всіх двигунів внутрішнього згоряння. Тому компресорні дизелі в даний час не випускаються. Все ж таки в транспортних установках (головним чином в легкових автомобілях) широко застосовуються бензинові двигуни типа Отто, що володіють простотою конструкції і малою вагою.

Термодинамічний цикл безкомпрессорного дизеля називають циклом із змішаним підведенням тепла.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Цикли ГТУ з підведенням тепла при постійному об'ємі	\|	ОСОБЛИВОСТІ ОРГАНІЧНИХ РЕАКЦІЙ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.