4.1.8. Многоцилиндровые двигатели
На автомобилях, тракторах и тягачах устанавливаются многоцилиндровые двигатели с чередованием рабочих ходов в цилиндрах. Чем больше цилиндров в двигателе, тем равномернее вращается коленчатый вал, что в конечном итоге повышает долговечность дви-
гателя.
По расположению цилиндров автотракторные многоцилиндровые двигатели бывают однорядными и двухрядными. У однорядных цилиндры расположены вертикально, наклонно или горизонтально, у двухрядных — под некоторым углом (менее 180 0) друг к другу (ГУ -образные двигатели). На тракторах устанавливаются, как правило, четырехцилиндровые двигатели; на автомобилях наибольшее распространение получили четырех-, шести- и восьмицилиндровые двигатели.
Последовательность чередования, одноименных тактов в различных цилиндрах двигателя называется порядком работы двигателя. Например, если порядок работы четырехтактного четырехцилиндрового двигателя обозначается 1—3—4—2, то за первый полуоборот коленчатого вала рабочий ход происходит в первом цилиндре, за второй — в третьем,за третий — в четвертом и за четвертый — во втором цилиндре (рис. 9.6, а). Четырехтактные четырехцилиндровые двигатели могут также работать и по другому порядку 1—2—4—3.
В шестицилиндровых четырехтактных двигателях кривошипы коленчатого вала расположены попарно в трех плоскостях под углом 120 0 (рис. 9.6, в). Порядок работы отечественных шестицилиндровых двигателей принят 1—5—3—6—2—4. Это означает, что такты рабочего процесса начинаются и оканчиваются не одновременно, а смещены относительно каждой пары цилиндров на 60 0 . При этом коленчатый вал вращается более равномерно, чем в четырехцилиндровых двигателях.
Восьмицилиндровые четырехтактные -образные двигатели (ЗИЛ-131, ГАЗ-53) имеют порядок работы 1—5—4—2—6—3—7—8 (рис. 9.6, б), дающий еще большую равномерность вращения коленчатого вала. Порядок работы двухтактного четырехцилиндрового двигателя (1—3—4—2) можно уяснить по рис. 9.6, г.
Рис. 9.6. Схемы коленчатых валов и порядок работы двигателей
Учебный вопрос З. Индикаторные, эффективные показатели и характеристики двс
4.1.9. Термодинамические 1_щк.Лы двигателей
Рабочий цикл поршневого ДВС состоит из ряда термодинамических процессов, во время которых к рабочему телу, находящемуся в цилиндре, последовательно подводится и отводится теплота. Изменение температуры и объема рабочего тела является причиной преобразования тепловой энергии в механическую работу. В качестве рабочего тела при изучении общих законов, характеризующих эффективность использования теплоты применительно к процессам, происходящим в ДВС, рассматривается идеальный газ. Под ним понимают газ, в котором отсутствуют силы межмолекулярного сцепления, а молекујш не имеют геометрических размеров.
В технической термодинамике рассматриваются теоретические циклы ДВС, которые отличаются по способу подвода и отвода теплоты.
Различают два основных теоретических цикла:
С подводом теплоты при постоянном объеме рабочего тела, соответствующего рабочему процессу карбюраторного и газового двигателей.
Со смешанным подводом теплоты, т. е. с подводом части теплоты при постоянном объеме и части — при постоянном давлении, что соответствует рабочему процессу дизельного двигателя со смешанным циклом смесеобразования.
Теплота от рабочего тела в обоих циклах отводится при постоянном объеме. Теоретические циклы графически изображаются в виде Р -диаграмм. При рассмотрении теоретических циклов делаются следующие допущения: 1. В цилиндре условного двигателя находится постоянное количество рабочего тела, совершающего замкнутый цикл. 2. Процессы подвода теплоты от внешнего источника и отвода ее на сторону происходят мгновенно. З. Теплоемкость рабочего тела, находящегося в цилиндре, постоянна в течение всего цикла и не зависит от температуры. 4. Процессы сжатия и расширения рабочего тела происходят без теплообмена с окружающей средой, т. е. стенки цилиндра считаются нетеплопроводными.
На рис. 10.6, а показана диаграмма теоретического цикла с подводом теплоты при постоянном объеме. В начале цикла поршень находится в н.м.т., что соответствует точке а диаграммы. При перемещении поршня и сжатии газа, находящегося в цилиндре, повышаются его температура и давление, что находит отражение на диаграмме в виде адиабаты а —с . Точка с соответствует положению поршня в в.м.т. В конце сжатия к газу подводится мгновенно теплота Ql от внешнего источника, что приводит к резкому повышению давления при постоянном объеме газа (изохора с— 2). Под действием возросшего давления газ, расширяясь, перемещает поршень вниз к н.м.т., совершая при этом механическую работу (адиабата 2— Ь ). Объем газа при этом плавно увеличивается, а давление и температура соответственно уменьшаются. Расширение газа заканчивается в н.м.т. (точка Ь ), где от газа мгновенно отводится теплота Q2 холодильному источнику. Уменьшение температуры газа приводит к снижению давления до первоначального ро (изохора Ь— а ). Теплота, преобразованная в полезную работу цикла, равна Ql = Q2 .
Диаграмма цикла со смешанным подводом теплоты (рис. 10.6, б) отличается от предыдущей тем, что подвод теплоты к газу не заканчивается в точке z , а продолжается при перемещении поршня от в.м.т. к н.м.т. Вследствие этого давление газа остается постоянным (изобара z — 2' ). Часть теплоты Ql' подводится к газу на участке с— 2, а другая Qf' — на участке z — 2' . Давление газа в точке z будет прямо пропорционально количеству теплоты Ql' , подведенному при постоянном объеме. Полезная работа теоретических циклов определяется площадью фигур а —с— z— b (рис. 10.6, а) и а — с— 2— z'—b (рис. 10.6, 6).
Рис. 10.6. Теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания
Экономичность циклов характеризуется термическим коэффициентом полезного Действия
= -Q2)/Ql = 1 -2 Ш •
Величина зависит от значений удельных теплоемкостей газа су, при постоянном объеме и с при постоянном давлении, ккал/кг 0 С, а также степени его сжатия 8 . При постоянной 8 наибольшее значение имеет теоретический цикл с подводом теплоты при постоянном объеме.