Конструкция двигателей внутреннего сгорания и систем обеспечивающих их обслуживание

Информация о документе:

Дата добавления: 13/11/2014 в 08:07
Количество просмотров: 18
Добавил(а): Аноним
Название файла: konstrukciya_dvigateley_vnutrennego_sgoraniya_i_si.doc
Размер файла: 93 кб
Рейтинг: 0, всего 0 оценок

Конструкция двигателей внутреннего сгорания и систем обеспечивающих их обслуживание

  1. Конструкция двигателей внутреннего сгорания и систем обеспечивающих их обслуживание


  1. Схема устройства и принцип действия двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания — это машина, которая преобразует тепловую энергию, полученную в результате сжигания топлива внутри двигателя, в механическую работу. Двигатель, в цилиндре которого топливо воспламеняется под действием высокой температуры, получаемой во время сжатия воздуха, называется дизелем. На флоте дизели получили наибольшее распространение.

Устройство дизеля схематически показано на рис. 1. Цилиндр 7, закрытый сверху крышкой 4 установлен на станине 9, закрепленной на фундаментной раме 16. С помощью рамы двигатель устанавливается и закрепляется на судовом фундаменте 15. В цилиндре дизеля находится поршень 5, который с помощью поршневого пальца 6 соединен с шатуном 8. Другой конец шатуна соединен с мотылевой шейкой 10 коленчатого вала, который состоит из колена (кривошипа) и рамовых шеек 12. Колено образовано двумя щеками 11 и мотылевой шейкой 10. Рамовыми шейками коленчатый вал укладывается в рамовые подшипники 13 фундаментной рамы. Механизм, образованный шатуном и коленчатым валом, называется кривошипно-шатунным. Он служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала.


Рис. 1 Схема одно цилиндрованногодвигателя.


После расширения в цилиндре газы выпускаются в атмосферу через клапан 3. Затем процессы впуска воздуха, подачи топлива, горения, расширения и выпуска газов повторяются.

В двигателе внутреннего сгорания преобразование химической энергии топлива в тепловую энергию газов и преобразование тепловой энергии в работу происходит внутри цилиндра двигателя. По этой причине такие двигатели получили наименование двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Надобность в преобразовании возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала вызвана тем, что большинство приводных механизмов требует вращательного движения. Для более равномерного вращения на коленчатом валу часто устанавливают маховик 17.

На рис. 1приведена схема одноцилиндрового двигателя. Обычно применяют многоцилиндровые двигатели, состоящие из ряда одинаковых цилиндров и общего коленчатого вала.

Основные конструктивные характеристики двигателя— это диаметр цилиндра и ход поршня. Под диаметром цилиндра D понимается его внутренний диаметр. Путь поршня от в. м. т. до н. м. т. составляет ход поршня 5, который равен двум радиусам кривошипа:


S = 2R.


Когда поршень находится в в. м. т., между его верхней поверхностью и нижней поверхностью крышки цилиндра остается некоторый объем, называемый объемом камеры сгорания Vc. При перемещении от в. м. т. до н. м. т. поршень описывает объем, называемый рабочим объемом .

Объем, заключенный между поршнем и крышкой цилиндра, когда поршень находится в н. м. т., называется полным объемом Vs:



Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания (сжатия) называется степенью сжатия:



Степень сжатия показывает, что сколько раз сжимается воздух в цилиндре дизеля при перемещении поршня из н. м.т.в в.м.т. В современных дизелях ε= 12 - 20.

Для работы двигателя необходимо обеспечить определенную последовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжатие воздуха, подачу топлива и горение, расширение продуктов сгорания и удаление отработавших газов. Этот ряд последовательно протекающих в цилиндре процессов, обеспечивающих непрерывную работу двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.

Рис. 2. Схема работы четырехтактного двигателя.


Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, называются четырехтактными, а двигатели, в которых рабочий процесс совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала,— двухтактными.

Схема работы четырехтактного двигателя показана на рис. 2.

1-й такт — впуск воздуха в цилиндр (наполнение). Поршень движется вниз. Принудительно открывается находящийся в крышке цилиндра специальный впускной клапан а. При движении поршня вниз через проходное сечение клапана в цилиндр поступает воздух. Для обеспечения максимального наполнения цилиндра свежим зарядом воздуха впускной клапан открывается с опережением в 15 – 300в.м.т. (поворота коленчатого вала) до в.м.т. (точка 1) и закрывается с углом запаздывания 10—300после н.м.т. (точка 2). Таким образом, процесс впуска осуществляется на протяжении угла 220—2500п. к. в. Если воздух поступает в цилиндры двигателя непосредственно из атмосферы (двигатели с атмосферным всасыванием), то вследствие сопротивлений во впускном тракте давление в цилиндре в период впуска будет несколько ниже атмосферного. Воздух в этом случае всасывается поршнем в цилиндр. Именно такой процесс показан в нижней части рис. 2.

В координатах р—v последовательно по процессам воспроизведен график рабочего цикла четырехтактного двигателя. Цифровые обозначения идентичны обозначениям положений кривошипов для соответствующих моментов. Такая диаграмма рабочего цикла называется индикаторной. Она имеет важное значение для контроля за правильностью осуществления рабочих процессов в двигателе и служит для определения мощности двигателя.

В современных двигателях воздух поступает в цилиндры под давлением, создаваемым специальным компрессором (двигатели с наддувом). Поэтому давление в цилиндре во время наполнения выше атмосферного.

2-й такт — сжатие. Процесс сжатия происходит при движении поршня вверх с момента закрытия впускного клапана (точка 2) до в. м. т. Воздух, находящийся в цилиндре сжимается до давления примерно 3—4 МПа (30—40 кгс/см2). Объем воздуха к моменту прихода поршня в в. м. т. становится равным объему камеры сжатия. При сжатии воздух сильно нагревается (в среднем до 6000С). Когда поршень подходит к в. м. т., за 10—300 п. к. в. до нее (точка 3), в цилиндр через форсунку впрыскивается топливо; оно попадает в нагретый до высокой температуры воздух, перемешивается с ним и воспламеняется.

3-й такт — горение и расширение. Сгорание смеси протекает в течение 40—600 п. к. в. (конец сгорания — точка 4). В цилиндре образуются продукты сгорания — газы высоких параметров. Температура их достигает 18000С, а давление 5—8 МПа (до 50— 80 кгс/см2). Расширяясь, газы давят на поршень (клапаны в крышке цилиндра в это время закрыты) и перемещают его вниз. Поршень через шатун действует на коленчатый вал, приводя его во вращение.

4-й такт — выпуск. После такта расширения происходит процесс удаления из цилиндров отработавших газов, или выпуск. Он начинается в конце расширения, когда поршень не доходит до н. м. т. на 20—500 п. к. в. (точка 5). В это время открывается находящийся в крышке цилиндра второй клапан — б (выпускной). Давление отработавших газов превышает давление окружающего воздуха, поэтому они начинают вытекать из цилиндра через открытый клапан в выпускную трубу (свободный выпуск). При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень из нижней мертвой точки будет двигаться вверх и выталкивать оставшиеся отработавшие газы (принудительный выпуск). Температура отработавших газов составляет примерно 400—5000С.

Выпускной клапан закрывается с запаздыванием на 10—300угла п. к. в. после в. м. т. (точка 6). Таким образом, в период 1 - 6 впускной и выпускной клапаны одновременно открыты. Такое положение называется перекрытием клапанов; оно способствует лучшей очистке и наполнению цилиндров. Общий угол п. к. в. за процесс выпуска составляет 225—2500.

Схема работы двухтактного дизеля изображена на рис. 3. Устройство такого дизеля, у которого рабочий цикл совершается за два такта, отличается от устройства четырехтактного тем, что вместо впускного и выпускного клапанов в нижней части цилиндра имеются выпускные В и продувочные П окна. Выпускные окна соединяются с трубой, выходящей в атмосферу. Продувочные окна соединены с ресивером Р. Ресивер служит емкостью, в которую под небольшим давлением продувочным насосом Н нагнетается воздух. Верхние кромки продувочных окон расположены ниже верхних кромок выпускных окон.


Рис. 3. Схема работы двухтактного дизеля.

1-й такт — продувка и сжатие воздуха в цилиндре. При положении поршня в н. м. т. через открытые продувочные окна воздух, нагнетаемый продувочным насосом под давлением 1,2 - 1,8 кгс/см2, заполняет объем цилиндра, одновременно выталкивая оставшиеся отработавшие газы через выпускные окна.

При движении вверх от н. м. т. поршень перекрывает сначала продувочные, а затем выпускные окна. С этого момента воздух, заполнивший цилиндр через продувочные окна, начинает сжиматься. К концу сжатия, когда поршень подходит к в. м. т., в цилиндр через форсунку Ф впрыскивается топливо.

2-й такт — горение, расширение, выпуск и продувка. После того как поршень перейдет в. м. т., начинается сгорание впрыснутого в цилиндр распыленного топлива и расширение продуктов сгорания, в результате чего поршень движется от в. м. т. к н. м. т., совершая работу. В конце расширения поршень открывает сначала выпускные окна, и отработавшие газы с большой скоростью устремляются наружу; при этом давление в цилиндре быстро падает. Когда поршень откроет продувочные окна, через н*их в цилиндр под давлением поступает свежий заряд воздуха, вытесняя оставшиеся отработавшие газы.

Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля показана на рис. 3,6. (Обозначения точек те же, что на рис. 3.)

Моменты открытия и закрытия окон и подачи топлива в зависимости от угла поворота коленчатого вала изображены на круговой диаграмме газораспределения (рис. 3,в). Обозначения моментов газораспределения на круговой диаграмме одинаковы с обозначениями соответствующих моментов рабочего процесса на индикаторной диаграмме и схеме работы дизеля.

Очистка цилиндра с одновременным заполнением его зарядом свежего воздуха и сжатие этого воздуха совершаются в течение 1-го такта; за это время коленчатый вал сделает половину оборота. Расширение газов и выпуск их наружу совершаются в течение 2-го такта; коленчатый вал сделает за это время вторую половину оборота. Следовательно, весь цикл двухтактного двигателя совершается за один оборот коленчатого вала.

В отличие от рассмотренной схемы существуют конструкции двухтактных дизелей, у которых свежий заряд воздуха в цилиндр подается через окна, а выпуск отработавших осуществляется через выпускные клапаны.

Давления и температуры сжатия и сгорания у двухтактных дизелей такие же, как у четырехтактных. Температура же выпускных газов у двухтактных дизелей несколько ниже и составляет 200-4000С.

Классификация двигателей.Существует следующая классификация двигателей внутреннего сгорания.

По назначению двигатели делят на главные и вспомогательные. Главные двигатели обеспечивают ход судна, приводят в движение гребные винты; вспомогательные обеспечивают работу вспомогательных механизмов.

По осуществлению рабочего цикла двигатели, как уже говорилось, бывают четырехтактные и двухтактные.

По способу образования горючей смеси двигатели могут быть с внутренним или с внешним смесеобразованием. К первой группе относятся двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр через специальное устройство (форсунку) под действием давления, создаваемого топливным насосом. Впрыснутое топливо мелко распыляется и смешивается в цилиндре с воздухом, сильно нагретым в результате сжатия. Такие двигатели называют дизелями.

Ко второй группе относят карбюраторные двигатели, т. е. такие, у которых горючая смесь из паров топлива и воздуха подготовляется в особом приборе — карбюраторе. Из него горючая смесь подается в цилиндр двигателя.

По способу наполнения рабочего цилиндра свежим зарядомразличают двигатели без наддува — с наполнением рабочего цилиндра воздухом в результате разрежения, создаваемого в цилиндре при движении поршня вниз, и двигатели с наддувом, в которых воздух в рабочий цилиндр подается при повышенном давлении, создаваемом специальным нагнетателем (воздушным компрессором), в результате чего достигается увеличение заряда и повышение мощности.

По способу воспламенения горючей смеси в цилиндре различают:

  1. двигатели, у которых мелко распыленное топливо воспламеняется при смешивании со сжатым воздухом, имеющим высокую температуру (дизели);

  2. двигатели, у которых горючая смесь воспламеняется от электрической искры, получаемой от пециального устройства (карбюраторные двигатели).



Рис. 3. Схемы двигателей внутреннего сгорания: а —крейцкопфного ; б - с расходящимися поршнями в одном цилиндре; в – с вертикальным расположением цилиндров; г – с Vобразным расположением цилиндров

По способу воспламенения горючей смеси в цилиндре различают:

- двигатели, у которых мелко распыленное топеливо воспламеняется при смешивании со сжатым воздухом, имеющим высокую температуру (дизели);

- двигатели, у которых горючая смесь воспламеняется от электрической искры, получаемой от специального устройствами (карбюраторные двигатели).


По конструктивному выполнению двигатили бывают тронковые, у которых поршень 1 через шток 2 жестко соединен с ползуном 3 (крейцкопфом), а последний шарнирно связан с шатуном 5. В тронковых двигателях боковые усилия, возникающие при работе кривошипно-шатунного механизма, воспринимаются поршнем (тронком) и передаются им на стенки цилиндра. У двигателей малой и средней мощности (до 2000 л. с.) эти усилия относительно невелики, поэтому такие двигатели выполняются тронковыми.

Мощные тихоходные двигатели выполняются крейцкопфными. У крейцкопфных двигателей поршень разгружен от бокового усилия, которое довольно значительно по величине, воспринимается ползуном и передается на направляющие (параллели) 4 станины двигателя.