Домашнє завдання:

1. Повторення матеріалу теми за конспектом.

Прочитати:

[1] c. 175-190;[2] c. 121-137;[4] 43-49.

Тема №10

Ідеальні цикли теплових машин. Ідеальні цикли двигунів внутрішнього згорання. Основи їх роботи

План

1. Поршневі двигуни внутрішнього згорання: основні поняття і визначення

2. Ідеальні термодинамічні цикли ДВЗ.

3. Принцип роботи паросилових установок

4. Ідеальні цикли паросилових установок

1. Поршневі двигуни внутрішнього згорання. Основні поняття і визначення

Поршневим двигуном внутрішнього згоряння (д.в.з.) називається тепловий двигун, у якому паливо згоряє в робочому циліндрі, а утворені продукти згоряння — гази — своїм тиском приводять поршень у рух, перетворюючи таким чином теплову енергію в механічну. Робочий процес поршневого двигуна внутрішнього згоряння здійснюється за допомогою кривошипно-шатунного механізму, який складається з циліндра, поршня, поршневого пальця, шатуна, кривошипа з маховиком і картера.

Під час робочого процесу поршень здійснює зворотно-поступальний рух від найвищого свого положення — верхньої мертвої точки (в.м.т.) і найнижчого — нижньої мертвої точки (н.м.т.).

У мертвих точках змінюється напрям руху поршня, а тому швид­кість його дорівнює нулю. Величина ж прискорення набирає найбільшого значення.

Відстань, яку проходить поршень, рухаючись від однієї мертвої точки до другої, називається ходом поршня.

Процес, що відбувається в циліндрі протягом одного ходу поршня, називається тактом.

Об'єм V_с, що залишається між днищем поршня і головкою циліндра, коли поршень знаходиться у в.м.т., називається об'ємом камери стиску, або об'ємом камери згоряння.

Об'єм V_h, що описує поршень під час руху між мертвими точками, виражений в літрах, називається робочим об'ємом циліндра.

Cума об’єму камери стиску й робочого об’єму цилиндра називається повним об'ємом циліндра V_a, тобто V_a = V_c + V_h Добуток робочого об'єму V_h багатоциліндрових двигунів на число циліндрів називають літражем двигуна.

Відношення повного об'єму циліндра V_a до об'єму камери стиску V_c називається ступенем стиску ε.

, (10.1)

Ступінь стиску є важливою характеристикою двигуна, від якої залежить його економічність.

Принцип дії двигуна внутрішнього згоряння в загальних рисах можна уявити так: через впускний клапан 1 під час руху поршня вниз у циліндр 6 засмоктується повітря або пальна суміш (повітря і паливо). Під час руху поршня від н.м.т. до в.м.т. засмоктане повітря або пальна суміш стискуються. У в.м.т. в стиснуте повітря через форсунку 2 впорскується паливо, яке займається від високої температури стиснутого повітря, а стиснута робоча суміш (пальна суміш з присадкою газів, що залишилися в циліндрі від попереднього робочого процесу) запалюється від свічки запалювання 2. Після згоряння палива в циліндрі утворюються продукти згоряння — гази, які служать робочим тілом для перетворення теплової енергії палива в механічну енергію — рух поршня. Поршень під дією тиску газів рухається від в.м.т. до н.м.т. Рух поршня 5 через шатун 7 передається до кривошипа, або колінчастого вала 5, до якого прикладено зовнішній опір. Отже, тиск газів, що утворилися від згоряння палива, приводить поршень у поступальний рух, який перетворюється в обертальний рух колінчастого вала, встановленого в картері 9. Далі під час руху поршня від н.м.т. до в.м.т. відбувається випуск відпрацьованих газів і процес повторюється.

Рис.33 - Принцип дії двигуна внутрішнього згоряння:

а — схема двигуна; 1 — впускний клапан; 2 — форсунка або запальна свічка; 3 — випускний клапан; 4 — кришка циліндра; 5 — поршень; 6 — циліндр; 7 — шатун; 8 — кривошип (колінчастий вал); 9 — картер; б — схема робочого циклу чотиритактного двигуна.

Двигун внутрішнього згоряння складається з сукупності вузлів, механізмів і систем, призначених для виконання певних функцій. Найголовніші з них такі.

1. Кривошипно-шатунний механізм, в якому здійснюється робочий цикл двигуна й перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух колінчастого вала.

2. Газорозподільний механізм, який забезпечує своєчасний впуск у циліндри свіжого заряду й випуск з циліндрів відпрацьованих газів.

3. Система живлення, в якій утворюється пальна суміш з палива й повітря.

4. Механізм регулювання змінює подачу пальної суміші відповідно до зміни навантаження двигуна.

5. Система охолодження призначена для відведення тепла від деталей двигуна, щоб вони не перегрівалися.

6. Система пуску здійснює і полегшує пуск двигуна.

7. Система запалювання запалює в потрібний момент, робочу суміш (в карбюраторних і газових двигунах).

Різні типи д.в.з. різняться між собою способами сумішоутворення, регулюванням потужності двигуна, способом запалювання робочої суміші та пуском. Тому вузли цих систем і механізмів розглянемо окремо, а інші механізми й системи будуть висвітлені далі при розгляді загальної будови дизельного і карбюраторного двигунів.

Сумішоутворення внутрішнє. До недавнього минулого в двигунах високого стиску з самозайманням певна доза палива впорскувалася в циліндр пневматичним способом, тобто повітрям, стиснутим у спеціальному компресорі. Тому такі двигуни дістали назву компресорних дизелів. У сучасних двигунах високого стиску точно відміряна доза палива впорскується в циліндр механічним насосом через форсунку, тому ці двигуни називаються безкомпресорними дизелями. Найбільшого поширення в стаціонарних безкомпресорних дизелях набуло впорскування палива механічним насосом через форсунку безпосередньо в камеру згоряння над поршнем.

Зовнішнє сумішоутворення означає, що пальна суміш, тобто суміш з легкого рідкого палива (бензин, лігроїн, гас) і повітря, утворюється за межами робочого циліндра в спеціальних приладах — карбюраторах, Тому ці двигуни називаються карбюраторними.

Для пуску й роботи двигуна в різних умовах з відповідними економічністю і потужністю, карбюратор повинен виготовляти пальну суміш різного складу. За складом розрізняють суміші збагачені й багаті, в яких повітря менше, ніж теоретично необхідно (коефіцієнт надлишку повітря α < 1), та суміші збіднені й бідні, в яких повітря більше, ніж теоретично необхідно (α > 1).

Зовнішнє сумішоутворення використане також у газових двигунах, в яких пальна суміш виготовляється з газоподібного палива й повітря. Щоб не утворювалася вибухова суміш, паливо й повітря надходять по окремих трубопроводах . Склад суміші, тобто співвідношення між кількістю газу й повітря в суміші, а також кількість суміші, що подається в циліндри двигуна, регулюють дросельними заслінками.

Система електричного запалювання призначена для вироблення електричного струму високої напруги й розподілу його по свічках запалювання. В стаціонарних двигунах внутрішнього згоряння застосовується система електричного запалювання від магнето високої напруги, що являє собою магнітно-електричну машину.

У карбюраторних двигунах автомобільного типу застосовується батарейне запалювання, в якому джерелом енергії для запалювання є акумуляторна батарея, а трансформація низької напруги у високу здійснюється через індукційну котушку