книги из ГПНТБ / Теория поршневых двигателей внутреннего сгорания Метод. пособие

Как видно из рис. 2, процессы газообмена в 2-тактных ДВС протекают почти одновременно: через выхлопные окна происхо­ дит сперва свободный выхлоп ей, а затем, когда начнут откры­ ваться продувочные окна (точка d), то одновременно через проду­ вочные окна будет поступать новый заряд (продувочный воздух или рабочая смесь), а через выхлопные вытекают отработанные газы, вытесняемые новым зарядом. Этот процесс газообмена

Рис. 2. Схема 2-тактного двигателя с самовоспламенением и его расчетный цикл — рг = / (V).

Лв — высота выхлопных окон; Лп — высота продувочных окон. а. с, у, z, b—

ка со стороны продувочных окон и принужденный выхлюп—со стороны выхлоп­ ных окон; djo—потеря наряда.

(dedi) условно делят на период (процесс) продувки — поступле­ ние свежего заряда через продувочные окна и период принужден­

в цилиндр, вытеснял отработанные газы, не перемешиваясь с ни­ ми и чтобы к моменту закрытия продувочных окон свежий за­ ряд полностью вытеснил бы отработанные газы, заполнив собою весь цилиндр.

В схеме, представленной на рис. 2, после закрытия продувоч­

«в») — это потеря заряда (d\e)\ такое явление нежелательно и яв­ ляется недостатком данной схемы относительного расположения газораспределительных окон.

Потерю свежего заряда в конце процесса газообмена мож-

10

но не только устранить, но даже получить дозарядку свежего заряда, если выхлопные органы будут закрываться после проду­ вочных, но при этом усложняется конструкция двигателя (под­ робнее этот вопрос рассматривается в главе VI).

Из сравнения протекания рабочего цикла 4-тактных и 2-такт-

.ных ДВС определяется, принципиально, недостаток 2-тактных — худшие условия для зарядки и выхлопа, но выявляются и пре­ имущества— при прочих равных условиях (размеры цилиндра, число оборотов), частота рабочих процессов удваивается и поэ­ тому мощность 2-тактных двигателей будет вдвое (теоретически) больше мощности 4-тактных ДВС.

Заметим еще, что все современные ДВС — однократного дей­ ствия, попытки создания ДВС, даже двухкратного действия не оправдались [62] — получаются очень большие потери энергии при

2. ТЕРМИНОЛОГИЯ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. ГОСТы

В дальнейшем изложении мы будем пользоваться рядом тер­ минов и буквенных обозначений, часть которых в своей трактовке узаконена; приведем эти обязательные термины для ДВС [60], синонимы которых даны в скобках.

Основные термины ДВС

Рабочий цикл двигателя. (Рабочий цикл)— комплекс последо­ вательных процессов, периодически повторяющийся в каждом ра­ бочем цилиндре и обусловливающий работу двигателя.

Расчетный цикл двигателя. (Расчетный цикл) — условный цикл, построенный на основе одного из термодинамических циклов с учетом особенностей соответственного рабочего цикла...; расчет­ ному циклу присваивается наименование соответствующего тер­ модинамического цикла.

Рабочее тело. — Смесь свежего заряда с остаточными газами или продукты сгорания в цилиндре двигателя, служащие для

11

Внутренняя мертвая точка (верхняя мертвая точка1). — Поло­ жение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси ва­ ла двигателя достигает максимума. (Условное обозначение — ВМТ).

Наружная мертвая точка (нижняя мертвая точка1). — Поло­ жение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси ва­ ла двигателя достигает минимума. (Условное обозначение — НМТ).

(в одном цилиндре или в нескольких цилиндрах, объединенных об­

Такт. — Часть цикла, происходящая в интервале между двумя смежными точками минимального и максимального объемов.

от точки минимального объема до точки максимального объема

(V's — на рис. 3).

Литраж двигателя — сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах.

Объем пространства сжатия (Пространство сжатия). — Объем цилиндра в момент, когда объем рабочего тела достигает мини­

12

Рис. 3. Диаграмма расчетного цикла 2-тактного двигателя с само­ воспламенением— основные обозначения. Vc — объем камеры сжа­ тия; Vs— рабочий объем; Уц — полный объем цилиндра; У^(1—ав )—

полезно используемый объем; о в Vs — потерянный объем на выхлоп.

ма полости цилиндра в момент закрытия органов газораспределе­ ния, закрывающихся последними, к объему пространства сжа­ тия.

По рис. ?

13

V, V,

Действительная степень сжатия. ед — отношение объема поло­ сти, цилиндра в момент закрытия органов газораспределения, закрывающихся последними, ,к объему пространства сжатия.

По рис. 3:

Маркировка дизелей по ГОСТ 4393—48

Каждому типу бескомпрессорных дизелей присваивается обо­ значение, состоящее из букв и цифр.

характеризует модернизацию (1-я, 2-я и т. д.) двигателя. Отсут­ ствие в условном обозначении буквы К означает, что дизель — тронковый; отсутствие буквы Р означает, что дизель нереверсив­ ный.

Приведем примеры маркировки дизелей по ГОСТ 4393—48.

12

б ч н ^ — шестицилиндровый, четырехтактный, нереверсивный,

тронковый дизель, с наддувом, диаметром цилиндра 120 мм и ходом поршня 140 мм. Это тракторный ди­ зель заводской марки СМД-25, с газотурбинным над­

14

Следует отметить, что кроме маркировки дизелей по ГОСТ 4393—48, характеризующей данный двигатель, они маркируются еще заводами изготовителями, причем эта маркировка может быть произвольной, как это видно из приведенных выше приме­ ров.

Маркировки дизелей и прочих ДВС широко применяется и зарубежными заводами по выработанной ими системе.

В отечественной литературе неоднократно поднимался вопрос

онесовершенстве и ограниченности маркировки по ГОСТ 4393—48

иоб отсутствии системы маркировки для других (кроме дизелей) ДВС; вносились соответствующие предложения*.

Внашем дальнейшем изложении мы распространим (в ка­ честве опыта) маркировку типа ГОСТ 4393—43 на все разновид­ ности ДВС, введя ряд дополнительных букв и обозначений, а

для комбинированных двигателей принимаем уже установив­ шееся обозначение (см. [10; 24; 26] и др.).

Таким образом, с учетом дополнений, маркировка может оз­ начать нижеприведенное.

* См. нашу статью и библиографию к ней в журнале «Вестник машино­ строения», 1954 г., № 4 — «К вопросу о наименовании и классификации дви­ гателей внутреннего сгорания».

15

84 VH, _1S20 ‘ -восьмицилиндровыи, четырехтактный, тронковый, нере­

версивный, 1/-образный дизель с механическим над­ дувом, диаметром цилиндра 180 мм и ходом поршня

200 мм. Это дизель марки М-601, jVg = 750 л. с., « = = 1500 об/мин, применяемый в тепловозах, теплоходах типа «Ракета», на нефтепромыслах и др.

12ДКНГТ^ —двенадцатицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный,

нереверсивный дизель с газотурбинным наддувом с диаметром цилиндра 740 мм и ходом поршня 1600 мм. Это —судовой дизель фирмы Бурмейстер и Вайн, N„= 15000 л. с., «= 115 об/мин.

15

6ЧГжТБ-—шестицилиндровый, четырехтактный, тронковый, нере-

18

3.ТОПЛИВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Вдвигателях внутреннего сгорания может сжигаться любой вид топлива—твердое, жидкое, газообразное, однако наиболее пригодным оказалось жидкое и газообразное; твердое топливо в виде угольного порошка практически не нашло применения.

Преобладающее применение в ДВС получили разные сорта

16

ской структурой и применительно к разновидностям ДВС, по­ этому топливная промышленность вырабатывает соответствую­ щий ассортимент.

Установлено, что легкие сорта нефтяного топлива (бензин, ке­ росин) и газообразные склонны к детонационному — рис. 4 (взрывному) сгоранию — при определенной степени сжатия, в за­ висимости структуры топлива, поэтому обычно допустимая степень сжатия может быть не выше ед = 4,5 — 6,5 для легкого топлива и зд = 6—10 — для газообразного топлива.

Рис. 4. Индикаторная диаграмма 4-тактного карбюраторного дви­ гателя с зажиганием от электрической искры: а) нормальная рабо­ та; б) преждевременная вспышка — до появления электрической ис­ кры; в) детонационное сгорание.

Тяжелые сорта нефтяного топлива (соляр, дизельное, мотор­ ное, мазут) допускают работу ДВС — дизелей при степени сжатия не ниже £д = 12 и принципиально неограниченные в направлении повышения £д .

Однако легкие сорта нефтяного топлива обладают хорошими пусковыми свойствами, лучшей приемистостью и воспламеняемо­ стью сравнительно с тяжелыми сортами нефтяных топлив. ■

Соответственно свойствам различных сортов нефтяных топлив

•определилась область их применения: легкие сорта применяются для карбюраторных двигателей в условиях внешнего смесеообразования с электрическим зажиганием; тоже и для газообразного топ­ лива (газовые ДВС).

В дизелях, при сжигании тяжелых сортов топлив применяется внутреннее смесеобразование, впрыск топлива и его самовоспламе-

нение в условиях высокого сжатия воздуха к моменту впрыска » последующего распиливания топлива; этим и определяется необхо­ димость высокой степени сжатия (ед >12) — для обеспечения над­ лежащей температуры самовоспламенения жидкого топлива (t Саы —

= 200 — 250°С [11]).

Из целого ряда оценок качества топлива в отношении его сго­ рания в ДВС наиболее общеприняты нижеследующие.

Легкие сорта нефтетоплива и газообразное топливо оценива­ ются октановым числом (ОЧ), а тяжелые сорта нефтетоплива оце­

Октановым числом (ОЧ) данного топлива называется процент­ ное содержание изооктана CgHig в такой его смеси с гептаном C7Hi6, которая по своей детонационной стойкости (рис. 4) равно­ ценна (эквивалентна) данному топливу при стандартных (ГОСТ 511— 52) условиях его испытания на стандартном двигателе ИТ9-2.

Изооктан С8Н18 и гептан С7Н16—углеводороды, из которых CgHiE очень стоек в отношении детонации (его ОЧ принимается за 100), а С7Н16 — наоборот, очень склонен к детонации (его октановое число принимается за нуль).

Для современных бензиновых ДВС октановое число должно быть не менее ОЧ = 60.

Цетановым числом (ЦЧ) данного топлива называется процентное содержание цетана С1вН84 в смеси с а — метилнафталином CuHi0, эквивалентной по воспламеняемости данному топливу при стандартных условиях (ГОСТ 3122-52) испытания на стандартном двигателе ЙТ9-3.

Цетан С16Н31 и а — метилнафталин СцНю— углеводороды, из ко­ торых первый хорошо (быстро) воспламеняется (его цетановое числа принимается за 100), а второй (СПН10) очень плохо воспламеняется (его цетановое число принимается за нуль).

Для современных дизелей цетановое число должно быть не ме­ нее ЦЧ = 40.

Дизельный индекс (ДИ) — условная величина, являющаяся функ­

Анилиновой точкой (А) называется температура, при охлаждения до которой смесь равных объемов испытуемого топлива и чистого анилина C6H5N2H2 — свежеперегнанного, начинает расслаиваться (мут­ неть).

Численно дизельный индекс (ДИ) и цетановое число (ЦЧ) для современных топлив почти одинаковы и должны быть не менее 40.

Для определения ОЧ и ЦЧ необходима стандартная моторнаж установка (моторный метод испытания), определение же дизель­ ного индекса (ДИ) производится лабораторным методом.

18

Имеется целый ряд зависимостей между ЦЧ и ДИ, например: формула Английского нефтяного института [10]

где tcp—средняя температура кипения топлива в градусах Фарингейта (°Ф).

Цетановое число можно определить еще по групповому составу нефти [70]:

где П, Н, А — соответственно процентное содержание в топливе парафиновых, нафтеновых и ароматических углево­ дородов.

Как для двигателей легкого топлива, так и для двигателей тя­ желого топлива, необходимо обеспечить наилучшие условия их эксплуатации, особенно в отношении тепловой экономичности и жесткости работы (рис. 5) — удельный расход топлива и жесткость работы ДВС должны быть возможно наименьшими (см. еще рис. 50 и 55).

вмт

Рис. 5. Индикаторная диаграмма 4-тактного двигателя с самовос­ пламенением.

а) — схема протекания процесса сгорания. б) рг = / (V) — при мягкой работе.

в) pr = f ( V ) — при жесткой работе.

Под жесткостью работы ДВС понимается величина скоросп нарастания давления в рабочем цилиндре за период от начала сгорания до момента достижения максимального давления, т. е. отношение прироста давления Др = /сг/см2 к приросту угла пово­ рота коленчатого вала (п. к. в). — Да0, за указанный период

2* 19