Лекція 10 Тема: Двигуни внутрішнього згоряння.

1. Лекція 10 Тема: Двигуни внутрішнього згоряння.
2. 1. Визначення двигунів внутрішнього згоряння.
3. 2. Класифікація ДВС
4. 3. Загальний пристрій ДВС
5. 4. Основні поняття і визначення
6. 5. Палива ДВС

Лекція 10

Тема: Двигуни внутрішнього згоряння.

План лекції:

1. Визначення двигунів внутрішнього згоряння.

2. Класифікація ДВС.

3. Загальний пристрій ДВС.

4. Основні поняття і визначення.

5. Палива ДВС.

1. Визначення двигунів внутрішнього згоряння.

Двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ) називають поршневий теплової двигун, в якому процеси згоряння палива, виділення теплоти і перетворення її в механічно роботу відбувається безпосередньо в його циліндрі.

2. Класифікація ДВС

За способом здійснення робочого циклу ДВС поділяються на дві великі категорії:

1) чотиритактні ДВС, у яких робочий цикл в кожному циліндрі відбувається за чотири ходи поршня або два обороти колінчастого валу;

2) двотактні ДВС, у яких робочий цикл в кожному циліндрі відбувається за два ходи поршня або один оборот колінчастого валу.

За способом сумішоутворення чотиритактні і двотактні ДВС розрізняють:

1) ДВС з зовнішнім сумішоутворенням, в яких горюча суміш утворюється за межами циліндра (до них відносяться карбюраторні і газові двигуни);

2) ДВС з внутрішнім сумішоутворенням, в яких горюча суміш утворюється безпосередньо всередині циліндра (до них відносяться дизелі і двигуни з уприскуванням легкого палива в циліндр).

За способом займання горючої суміші розрізняють:

1) ДВС з займанням горючої суміші від електричної іскри (карбюраторні, газові та з уприскуванням легкого палива);

2) ДВС з займанням палива в процесі сумішоутворення від високої температури стисненого повітря (дизелі).

По виду застосовуваного палива розрізняють:

1) ДВС, що працюють на легкому рідкому паливі (бензині і гасі);

2) ДВС, що працюють на важкому рідкому паливі (газойлі і дизельному паливі);

3) ДВС, що працюють на газовому паливі (стиснений та скраплений газ; газ, що надходить зі спеціальних газогенераторів, в яких при нестачі кисню спалюється тверде паливо - дрова чи вугілля).

За способом охолодження розрізняють:

1) ДВС з рідинним охолодженням;

2) ДВС з повітряним охолодженням.

За кількістю і розташуванням циліндрів розрізняють:

1) одне і багатоциліндрові ДВС;

2) однорядні (вертикальні і горизонтальні);

3) дворядні ( -образні, з протилежними циліндрами).

За призначенням розрізняють:

1) транспортні ДВС, що встановлюються на різних транспортних засобах (автомобілі, трактори, будівельні машини та ін. Об'єкти);

2) стаціонарні;

3) спеціальні ДВС, які відіграють як правило допоміжну роль.

3. Загальний пристрій ДВС

Широко використовуються в сучасній техніці ДВС складаються з двох основних механізмів: кривошипно-шатунного і газорозподільного; і п'яти систем: системи харчування, охолодження, змащення, пуску і запалювання (в карбюраторних, газових і двигунах з уприскуванням легкого палива).

Кривошипно-шатунний механізм призначений для сприйняття тиску газів і перетворення прямолінійного руху поршня в обертальний рух колінчастого вала.

Механізм газорозподілу призначений для заповнення циліндра горючою сумішшю або повітрям і для очищення циліндра від продуктів згоряння.

Механізм газорозподілу чотиритактних двигунів складається з впускного і випускного клапанів, що приводяться в дію розподільчим (кулачковим валом, який через блок шестерень приводиться в обертання від колінчастого вала. Швидкість обертання розподільного вала вдвічі менше швидкості обертання колінчастого вала.

Механізм газорозподілу двотактних двигунів як правило виконаний у вигляді двох поперечних щілин (отворів) в циліндрі: випускний і впускний, що відкриваються послідовно в кінці робочого ходу поршня.

Система харчування призначена для приготування і подачі в запоршневое простір горючої суміші потрібної якості (карбюраторні і газові двигуни) або порцій розпорошеного палива в певний момент (дизелі).

У карбюраторних двигунах паливо за допомогою насоса або самопливом надходить в карбюратор, де змішується з повітрям в певній пропорції і .Через впускний клапан або отвір надходить в циліндр.

У газових двигунах повітря і горючий газ змішуються в спеціальних змішувачах.

У дизельних двигунах і ДВС з уприскуванням легкого палива подача палива в циліндр здійснюється в певний момент в основному за рахунок плунжерного насоса.

Система охолодження призначена для примусового відведення тепла від нагрітих деталей: блока циліндрів, головки блоку циліндрів і ін. Залежно від виду речовини відвідного тепло, розрізняють рідинні і повітряні системи охолодження.

Рідинна система охолодження складається з каналів оточуючих циліндри (рідинна сорочка), рідинного насоса, радіатора, вентилятора і ряду допоміжних елементів. Охолоджена в радіаторі рідина за допомогою насоса подається в рідинну сорочку, охолоджує блок циліндрів, нагрівається і знову потрапляє в радіатор. У радіаторі рідина охолоджується за рахунок набігаючого потоку повітря і потоку, створюваного вентилятором.

Повітряна система охолодження являє собою ребра циліндрів двигуна, що обдувається набігаючим або створюваним вентилятором потоком повітря.

Система змащення служить для безперервного підведення мастила до вузлів тертя.

Система пуску призначена для швидкого і надійного пуску двигуна і являє собою як правило допоміжний двигун: електричний (стартер) або малопотужний бензиновий).

Система запалювання застосовується в карбюраторних двигунах і служить для примусового займання горючої суміші за допомогою електричної іскри, створюваної в свічці запалювання, ввернутой в головку циліндра двигуна.

4. Основні поняття і визначення

Верхньої мертвої точкою - ВМТ, називають положення поршня, найбільш віддалене від осі колінчастого вала.

Нижньої мертвої точкою - НМТ, називають положення поршня, найменш віддалене від осі колінчастого вала.

У мертвих точках швидкість поршня дорівнює , Тому що в них змінюється напрямок руху поршня.

Переміщення поршня від ВМТ до НМТ або навпаки називається ходом поршня і позначається .

Очевидно, що

(14.1)

де - радіус кривошипа колінчастого вала.

Ряд періодично повторюваних процесів в кожному циліндрі двигуна, в результаті яких відбувається перетворення теплової енергії, що виділяється при горінні горючої суміші, в механічну роботу називається циклом або робочим процесом двигуна.

Часто робочого циклу двигуна, що здійснюється за один хід поршня називається тактом.

Обсяг, описуваний поршнем при переміщенні з ВМТ в НМТ називають робочим об'ємом циліндра і позначають ( )

(14.2)

де - діаметр циліндра;

- хід поршня.

Суму робочих обсягів усіх циліндрів двигуна називають робочим об'ємом двигуна або літражем двигуна і позначають через :

(14.3)

де - число циліндрів двигуна.

Обсяг порожнини циліндра при знаходженні поршня в ВМТ називають обсягом камери згоряння і позначають .

Обсяг порожнини циліндра при знаходженні поршня в НМТ називають повним обсягом циліндра і позначають .

(14.4)

Ступенем стиснення двигуна називають відношення повного обсягу циліндра до об'єму камери згоряння

(14.5)

Ступінь стиснення показує у скільки разів зменшується обсяг запоршневого простору при переміщенні поршня з НМТ у ВМТ. Як буде показано в подальшому ступінь стиснення значною мірою визначає економічність (ККД) будь-якого ДВС.

Графічна залежність тиску газів в запоршневом просторі від обсягу запоршневого простору, переміщення поршня або кута повороту колінчастого вала носить назву індикаторної діаграми двигуна.

5. Палива ДВС

5.1. Паливо для карбюраторних двигунів

У карбюраторних двигунах як паливо застосовують бензин. Основний теплової показник бензину - його нижча теплота згоряння (близько 44 МДж / кг). Якість бензину оцінюють по його основним експлуатаційно-технічними властивостями: випаровування, антидетонаційній стійкості, термоокислительной стабільності, відсутності механічних домішок і води, стабільності при зберіганні і транспортуванні.

Испаряемость бензину характеризує здатність його переходити з рідкої: фази в парову. Испаряемость бензину визначають по його фракційного складу, який знаходиться його разгонкой при різній температурі. Про випаровуваності бензину судять по температур википання 10, 50 і 90% бензину. Так, наприклад, температура википання 10% бензину характеризує його пускові якості. Чим більше випаровуваність при малих температурах, тим краще якість бензину.

Бензини мають різну антидетонаційну стійкість, тобто різну схильність до детонації. Антидетонаційна стійкість бензину оцінюється октановьм числом (ОЧ), яке чисельно дорівнює процентному змісту за обсягом изооктана в суміші изооктана і гептана, разноценной по детонаційної стійкості даного палива. ОЧ изооктана сприймають 100, а гептана - за нуль. Чим вище ОЧ бензину, тим менше його схильність до детонації.

Для підвищення ОЧ до бензину додають етилову рідина, яка складається з тетраетилсвинцю (ТЕС) - антидетонатора і діброметена - виносітеля. Етилову рідину додають до бензину в кількості 0,5-1 см3 на 1 кг бензину. Бензини з добавкою етилової рідини називають етілірованнимі, вони отруйні, і при їх використанні необхідно дотримуватися запобіжних заходів. Етиловий бензин забарвлений в червоно-оранжевий або синьо-зелений колір.

Бензин не повинен містити коррозирующих речовин (сірки, сірчистих сполук, водорозчинних кислот і лугів), так як присутність їх призводить до корозії деталей двигуна.

Термоокислительная стабільність бензину характеризує його стійкість проти смоло- і нагарообразования. Підвищений нагаро- і смолоутворення викликає погіршення відводу теплоти від стінок камери згоряння, зменшення обсягу, камери згоряння і порушення нормальної подачі палива в двигун, що призводить до зниження потужності і економічності двигуна.

Бензин не повинен містити механічних домішок і води. Присутність механічних домішок викликає засмічення фільтрів, паливопроводів, каналів карбюратора і збільшує знос стінок циліндрів і інших деталей. Наявність води в бензині ускладнює пуск двигуна.

Стабільність бензину при зберіганні характеризує його здатність зберігати свої первинні фізичні і хімічні властивості при зберіганні та транспортуванні.

Автомобільні бензини маркуються буквою А з цифрових індексом, показують значення ОЧ. Відповідно до ГОСТ 4095-75 випускаються бензини марок А-66, А-72, А-76, АІ-93, АІ-98.

5.2. Паливо для дизельних двигунів

У дизельних двигунах застосовують дизельне паливо, яке є продуктом переробки нафти. Паливо, що використовується в дизельних двигунах, має володіти такими основними якостями: оптимальної в'язкістю, низькою температурою застигання, високою схильністю до займання, високою термоокислительной стабільністю, високими антикорозійними властивостями, відсутністю механічних домішок і води, хорошою стабільністю при зберіганні і транспортуванні.

В'язкість дизельного палива впливає на процеси подачі палива і розпилювання. При недостатній в'язкості палива увінчується витік, його через зазори в розпилювачі форсунки і в нерцізіонних парах паливного насоса, а при високій погіршуються процеси подачі палива, розпилювання та сумішоутворення в двигуні. в'язкість палива залежить від температури. Температура застигання палива впливає на процес подачі палива з паливного бака. в циліндри двигуна. Тому паливо повинне мати низьку температуру застигання.

Схильність палива до займання впливає на перебіг процесу згоряння. Дизельні палива., Що володіють високою схильністю до займання, забезпечують плавне протікання процесу згоряння, без різкого підвищення тиску, займистість палива оцінюють цетановим числом (ЦЧ), яке чисельно дорівнює процентному змісту за обсягом цетана в суміші цетана і альфаметилнафталина, рівноцінної за займистості даному паливу. Для дизельних палив ЦЧ = 40-60.

Термоокислительная стабільність дизельного палива характеризує його стійкість проти смоло- і нагарообразования. Підвищений нагаро- і смолоутворення викликає погіршення відводу теплоти від стінок камери згоряння і порушення подачі палива через форсунки в двигун, що призводить до зниження потужності і економічності двигуна.

Дизельне паливо не повинно містити коррозирующих речовин, так як присутність їх призводить до корозії деталей топливоподающей апаратури і двигуна. Дизельне паливо не повинно містити механічних домішок і води. Присутність механічних домішок викликає засмічення фільтрів, паливопроводів, форсунок, каналів паливного насосі, і збільшує знос деталей паливної апаратури двигуна. Стабільність дизельного палива характеризує його здатність зберігати свої початкові фізичні і хімічні властивості при зберіганні та транспортуванні.

Для автотракторних дизелів застосовують випускаються промисловістю палива: ДЛ - дизельне літнє (при температурі вище 0 ° С), ДЗ - дизельне зимове (при температурі до -30 ° С); ТАК - дизельне арктичне (при температурі нижче - 30 ° С) (ГОСТ 4749-73).