|
В двигателе рабочий цикл может быть осуществлен по следующей широко применяемой схеме.
1. В процессе впуска поршень перемещается от в.м.т. к н.м.т., а освобождающаяся надпоршневая полость цилиндра заполняется смесью воздуха с топливом, называемой горючей смесью. Горючая смесь поступает (засасывается) в цилиндр двигателя через патрубок и открывающийся к этому времени впускной клапан. Горючая смесь и продукты сгорания, всегда остающиеся в камере сжатия от предыдущего цикла, смешиваясь между собой, образуют рабочую смесь. Тщательно приготовленная рабочая смесь повышает эффективность сгорания топлива, поэтому ее подготовке уделяют большое внимание во всех типах поршневых двигателей.
Количество горючей смеси, поступающей в цилиндр за один рабочий цикл, называют свежим зарядом, а продукты сгорания, остающиеся к моменту поступления в него свежего заряда, - остаточными газами.
Чтобы повысить эффективность работы двигателя, стремятся увеличить абсолютную величину свежего заряда и его массовую долю в рабочей смеси. Достигают этого снижением сопротивления впускных патрубков и других элементов впускного тракта или повышением давления на впуске, т.е. применением надува двигателя. В рассмат-риваемом случае двигатель оснащен газовой турбиной и лопаточным компрессором, рабочие колеса которых имеют общий вал и образуют единый агрегат - турбокомпрессор (ТК) для наддува, позволяющий доиспользовать энергию газов, отработавших в цилиндрах.
Действительно, выпускаемые из цилиндров газы имеют еще сравнительно высокие температуру и давление и отдают свою энергию рабочему колесу турбины, которое приводит в действие компрессор. Последний засасывает воздух из атмосферы и нагнетает его в цилиндр двигателя под определенным давлением, вследствие чего повышается плотность свежего заряда и, следовательно, массовое наполнение цилиндров.
2. В процессе сжатия оба клапана закрыты и поршень, перемещаясь от н.м.т. к в.м.т. и уменьшая объем надпоршневой полости, сжимает рабочую смесь (в общем случае - рабочее тело). Предварительное сжатие рабочего тела интенсифицирует процесс сгорания, а также предопределяет более глубокое последу¬ющее расширение и возможную полноту использования теплоты, выделяющейся при сжигании топлива в цилиндре.
3. В процессе сгорания происходит окисление топлива кислородом воздуха, входящего в состав рабочей смеси, вследствие чего давление в надпоршневой полости резко возрастает. В данном случае при нахождении поршня вблизи в.м.т. рабочую смесь поджигают от постороннего источника с помощью электрической искры высокого напряжения (до 18 кВ). Для подачи искры в цилиндр двигателя с принудительным воспламенением служит свеча зажигания, которую ввертывают в головку цилиндра. Для двигателей с воспламенением топлива от тепла сжатия, т.е. под влиянием относительно высокой температуры вследствие сжатия воздуха (в дизелях) запальная свеча не нужна. Такие двигатели снабжают специальной форсункой, через которую в нужный момент с опережением относительно в.м.т. в цилиндр впрыскивают топливо под давлением 10-200 МПа и более.
4. В процессе расширения раскаленные газы, стремясь расшириться, перемещают поршень от в.м.т. к н.м.т. Совершается рабочий ход поршня, который через шатун передает давление на шатунную шейку коленчатого вала и вызывает его вращение.
5. В процессе выпуска поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т. И через открывающийся к этому времени выпускной клапан 20 и патрубок 19 выталкивает отработавшие газы из цилиндра. Продукты сгорания остаются только в объеме камеры сгорания, откуда их нельзя вытеснить поршнем. Непрерывность работы двигателя обеспечивается последовательным повторением рабочего цикла.
Процессы, связанные с подготовкой рабочей смеси к сжиганию ее в цилиндре, а также с освобождением цилиндра от продуктов сгорания, в одноцилиндровых двигателях осуществляются движением поршня за счет кинетической энергии маховика, которую он накапливает при рабочем ходе. В многоцилиндровых двигателях вспомогательные ходы каждого из цилиндров выполняются за счет работы других цилиндров, поэтому, в принципе, они могут работать без маховика.
Для удобства изучения рабочий цикл различных двигателей расчленяют на процессы или, наоборот, группируют процессы рабочего цикла с учетом положения поршня относительно мертвых точек в цилиндре. Это позволяет все процессы в поршневых двигателях рассматривать в зависимости от перемещения поршня, что более удобно.
Часть рабочего цикла, осуществляемая в интервале перемещения поршня между двумя мертвыми точками, называют тактом. Такту, а, следовательно, и соответствующему ходу поршня присваивают название процесса, который является основным (по своей длительности) приданном перемещении поршня между двумя его мертвыми точками (положениями).
В рассматриваемом двигателе каждому такту (ходу поршня) соответствуют, например, вполне определенные основные для них процессы: впуск, сжатие, расширение, выпуск. Поэтому в таких двигателях различают такты: впуска, сжатия, расширения и выпуска. Каждое из этих четырех названий присваивают соответственно ходам поршня (сгорание происходит в конце хода сжатия и начале расширения).
Рабочий цикл в поршневых двигателях внутреннего сгорания складывается из рассмотренных пяти процессов по разобранной выше схеме - за четыре хода, или за два хода поршня. В соответствии с этим поршневые двигатели подразделяют на четырехтактные и двухтактные.
|
