Лекция 2. Принцип работы поршневых двигателей (2 часа)

Основные понятия и определения

Возвратно-поступательное движение поршня обусловило сгорание топлива в двигателях последовательными порциями. Причем сгоранию каждой порции предшествует ряд подготовительных процессов.

Совокупность происходящих в цилиндре в определенной последовательности процессов называется рабочим циклом. Эти циклы периодически повторяются.

Рабочий цикл любого поршневого двигателя осуществляется по одному из способов смесеобразования - с внешним или внутренним смесеобразованием.

При осуществлении рабочего цикла с внешним смесеобразованием обеспечивается хорошее смесеобразование и более полное использование рабочего объема цилиндра (коэффициент избытка воздуха α = 0,8÷1,1), а давление в конце сжатия находится в пределах 1,0÷2,0 МПа.

При осуществлении рабочего цикла с внутренним смесеобразованием (внутри цилиндра) рабочий цилиндр заполняется только воздухом, который подвергается сжатию. Во время сжатия в ци­линдр через форсунку под большим давлением впрыскивается топливо и перемешивается с воздухом. Чтобы избежать преждевременной вспышки впрыск топлива проводится только в конце сжатия. Впрыск продолжается и в момент воспламенения. Во время впрыска топлива смесь получается неоднородной и потому для полного сгорания необходимо иметь коэффициент избытка воздуха не менее 1,2 - 1,4. При этом смесеобразовании достигается более высокая степень сжатия и обеспечивается более высокий кпд.

Для двигателя с внутренним смесеобразованием могут быть использованы все виды жидкого и газообразного топлива.

Положения кривошипно-шатунного механизма, при которых ось шатуна лежит в плоскости кривошипа (φ=0 и φ =180°), называется мертвыми точками. В этих положениях приложенное к поршню усилие не может вызвать вращательного движения коленчатого вала двигателя. Мертвым точкам соответствуют крайние положения поршня в цилиндре (рис. 2).

Крайнее верхнее положение поршня, когда он удален максимально от оси вала (φ = 0) называется внутренней мертвой точкой (в.м.т), а крайнее нижнее положение поршня, соответ­ствующее минимальному удалению его от оси вала (φ =180°), называется наружной мертвой точкой (н.м.т).

Расстояние между крайними перемещениями поршня называется ходом поршня и соответствует половине оборота коленчатого вала.

Рабочие процессы, совершаемые в цилиндре в течение одного хода поршня (часть рабочего цикла), называется тактом.

При перемещении поршня объем внутренней полости цилиндра меняется, но характерные из них имеют следующие названия:

а) объем внутренней полости цилиндра при нахождении поршня в в.м.т. называется объемом камеры сгорания и обозначается V_c;

б) объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в н.м.т. называется полным объемом цилиндра и обозначается V_a;

в) объем, описываемый поршнем при его ходе из в.м.т. в н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра и обозначается V_h.

Рабочий объем цилиндра равен

(1)

где D – диаметр цилиндра; S – ход поршня.

Рабочий объем двигателя измеряется в литрах.

Полный объем одного цилиндра

. (2)

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгора­ния называется степенью сжатия и обозначается буквой ε, т.е.

(3)

Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается заряд в цилиндре при перемещении поршня из н.м.т. в в.м.т.

Отношение действительного количества заряда G₁, поступаю­щего в цилиндр, к количеству, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра V_h при температуре t_k давлении р _к заряда во впуск­ном трубопроводе, называется коэффициентом наполнения η_v, т.е.

(4)

где ρ - плотность заряда при давлении p_к и температуре t_к.

Коэффициент наполнения характеризует степень наполнения цилиндра свежим зарядом.

Изменение давления в цилиндре двигателя по ходу поршня за цикл называется индикаторной диаграммой. Ее получают с помо­щью специального прибора – индикатора.

Ординаты индикаторной диаграммы (Рисунок 2) внизу показывает значение давлений газов в цилиндре р, МПа, а абсциссы - ход поршня и соответствующие объемы цилиндра V см³. Горизонтальная тонкая линия соответствует давлению р_к во впускном трубопроводе, а вертикальными токнкими линиями отмечены крайние положения поршня (в.м.т., н.м.т.).