
- •Лекция № 2 Устройство поршневого четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания
- •Принцип работы поршневого четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания
- •Индикаторная диаграмма
- •Такт и процесс впуска
- •Такт и процесс сжатия
- •Процесс смесеобразования и сгорания
- •Такт рабочего хода
- •Такт и процесс выпуска
- •Среднее индикаторное давление
- •Внешняя характеристика
- •Высотная характеристика
- •Весовой заряд цилиндров и коэффициент наполнения
- •Топливо, используемое в поршневых авиационных двигателях с принудительным зажиганием
- •Сортность на богатой смеси
- •Использование автомобильных бензинов в авиационных поршневых двигателях
- •Особенности летной эксплуатации поршневых авиационных двигателей
- •Средства перекрестного контроля двигателя
- •Использование органов управления двигателем
- •Неустойчивая работа двигателя
- •Запуск двигателя
- •Запуск двигателя при низких температурах
- •Запуск горячего или перезалитого двигателя
- •Запуск двигателя с непосредственным впрыском топлива
- •Ручная прокрутка винта
- •Останов двигателя
- •Работа при постоянной частоте вращения винта
- •Изменение мощности с блоком постоянной частоты вращения
- •Увеличьте мр.
- •Литература
Процесс смесеобразования и сгорания
Горением называется химическая реакция соединения топлива с кислородом, сопровождающаяся выделением теплоты.
При горении смеси в цилиндре двигателя выделяется теплота, в результате чего температура и давление газов возрастают. Высокое давление действует на поршень и производит полезную положительную работу в такте рабочего хода, когда поршень двигается от ВМТ к НМТ. Чем выше давление газов в цилиндре, тем больше получаемая работа.
Горячие газы, соприкасаясь со стенками цилиндра и днищем поршня, отдают им теплоту, в результате чего температура газов и их давление уменьшаются. Чем больше поверхность соприкосновения газов со стенками цилиндра, тем выше будут потери теплоты и тем меньше будет полезная работа. Увеличение поверхности соприкосновения горячих газов со стенками произойдет тогда, когда поршень переместится на значительное расстояние от ВМТ. Для уменьшения этих потерь необходимо чтобы:
1) горючая смесь, сгорая при наименьшем объеме, выделяла возможно большее количество теплоты;
2) сгорание протекало возможно быстрее.
Такт рабочего хода
После сгорания рабочей смеси давление газов в цилиндре достигает 45…55 кг/см2. Это создает для диаметров цилиндров авиационных поршневых двигателей (Dц = мм) действующую на поршень силу, равную 8000…10000 кг (8…10 т). Под действием этой силы поршень перемещается от ВМТ к НМТ, проворачивая коленчатый вал на 180º.
В ходе такта газы в цилиндре совершают положительную работу, поскольку направление действия силы, обусловленной их давлением, совпадает с направлением движения поршня (рис. 10.).
Во время рабочего хода происходит расширение газов, вследствие чего их давление и температура падают. Теплота, подведенная к газам при сгорании топлива, превращается в механическую работу.
Теоретически для получения большей положительной работы необходимо, чтобы процесс расширения газов происходил без теплообмена между ними и стенками цилиндра. Однако в действительности расширение сопровождается таким теплообменом, в результате чего происходит потеря теплоты нагретыми газами.
Рис. 10. Такт рабочего хода
Для поршневых авиадвигателей среднее значение абсолютной температуры в конце такта сжатия составляет 1500…1700 К, а давления – 4…6 кг/см2.
С увеличением степени сжатия εа давление и температура конца процесса расширения уменьшаются, что способствует лучшему преобразованию тепловой энергии в механическую работу, повышает экономичность двигателя и понижает температуру выпускных клапанов.
На характер протекания процесса расширения, а в результате – на мощность и экономичность двигателя большое влияние оказывает догорание смеси во время расширения. Горение смеси на участке до 10…12° поворота коленчатого вала после ВМТ неизбежно и считается нормальным. Если же интенсивное горение продолжается дальше, то этот процесс снижает мощность и экономичность двигателя.
При догорании часть смеси продолжает гореть во время расширения, поддерживая высокую температуру на большем пути поршня. Результатами такого сгорания будут:
1) понижение мощности двигателя вследствие уменьшения силы давления газов на поршень;
2) перегрев конструкции двигателя из-за большой теплоотдачи стенкам цилиндра и поршня, являющейся причиной прогара клапанов и поршня, возникновению самовоспламенения смеси и детонации, нарушения смазки поршней и цилиндров и т.д.;
3) уменьшение веса свежей смеси (весового заряда) из-за перегрева двигателя;
4) понижение экономичности двигателя из-за большого отвода теплоты от газов системой охлаждения и вследствие выбрасывания газов с высокой температурой в окружающую среду.
Основными причинами излишнего догорания смеси являются:
1) установка позднего опережения зажигания – при этом смесь не успевает сгореть вблизи ВМТ, вследствие чего горение продолжается в процессе расширения при меньшей скорости горения;
2) использование слишком богатой смеси – при богатых смесях скорость горения смеси мала, поэтому горение будет продолжаться в процессе расширения;
3) использование слишком бедной смеси – при работе двигателя на бедной смеси скорость горения падает в большей степени, чем при богатой смеси, и горение может затянуться до начала очередного такта впуска.