Давление газов на поршень в дизельном двигателе

Поршень двигателя: конструкция, функции, причины износа и способы его предотвращения

Смотрите также

Поршень двигателя – один из основных составных элементов цилиндро-поршневой группы. Он воспринимает давление газов, образующихся при сгорании топливно-воздушной смеси, а затем передает его на шатун.

Экстремальные условия эксплуатации поршней – высокие давления, инерционные нагрузки и температуры – требуют использования для их изготовления материалов с особыми параметрами:

Высокой механической прочностью
Хорошей теплопроводностью
Малой плотностью
Незначительным коэффициентом линейного расширения
Антифрикционными свойствами
Коррозионной устойчивостью

Такими свойствами обладают специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся легкостью и термостойкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

Поршни могут быть литыми или коваными. Первые производятся путем литья под давлением, вторые – методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (около 15 %). Это значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения материала в диапазоне рабочих температур.

Устройство поршня

Стандартный поршень автомобильного двигателя состоит из трех основных частей: днища, поршневых колец и направляющей (юбки).

Рассмотрим каждый компонент подробнее.

Днище поршня

Форма днища зависит от типа двигателя, особенностей камеры сгорания и многих других факторов. Поршень может иметь плоское, вогнутое или выпуклое днище.

Детали с плоским днищем наиболее просты в производстве, используются как в бензиновых, так и дизельных двигателях вихрекамерного и предкамерного типа.

Поршни с вогнутым днищем свойственны для дизельных двигателей. Они обеспечивает более эффективную работу камеры сгорания, однако способствуют большему образованию отложений при сгорании топлива.

Выпуклая форма днища улучшает производительность поршня, но при этом снижает эффективность процесса сгорания топливной смеси в камере.

Днище поршня принимает на себя основную термонагрузку, в связи с чем имеет самую большую, по сравнению с другими деталями, толщину: 7-9 мм в обычных бензиновых двигателях, 11 мм – в турбомоторах, 10-16 мм – в дизельных двигателях.

Существуют также автомобили, в которых установлены поршни с толщиной днища меньше стандартной – например, в некоторых моделях Honda она составляет всего 5,5-6 мм.

Днища некоторых поршней в целях увеличения прочности, снижения вероятности перегрева и прогорания подвергаются твердому анодированию: на верхний слой алюминия накладывается керамическое покрытие толщиной 8-12 мкм.

Уплотняющая часть

К уплотняющей части поршня относятся поршневые кольца, установленные в специальных канавках. В большинстве современных двигателей используется три кольца – одно маслосъемное и два компрессионных.

Маслосъемные кольца, как следует из названия, предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и предотвращения их попадания в камеру сгорания. Для этих целей служат сквозные отверстия, расположенные по периметру кольца.

Сквозь них масло поступает внутрь поршня, а затем отводится в поддон картера двигателя.

Компрессионные кольца предотвращают попадание отработавших газов из камеры сгорания в картер. По форме они могут быть трапециевидными, коническими или бочкообразными. Некоторые виды колец оснащены пружинным расширителем.

Наибольшие нагрузки воспринимает первое (верхнее) компрессионное кольцо, поэтому для увеличения ресурса данной детали ее канавку укрепляют при помощи стальной вставки.

Диаметр уплотняющей части поршня меньше диаметра его направляющей части. Это связано с неодинаковым нагревом этих зон – в районе колец он больше. Минимальный диаметр жарового пояса позволяет избежать задиров и заклинивания колец в канавках.

Качество колец имеет огромное значение для уплотнения поршня. В этом отношении чугунные маслосъемные кольца намного надежнее составных, так как при их установке возникает меньше ошибок.

Направляющая часть

Направляющая (тронковую) часть поршня называют юбкой. С внутренней стороны она имеет бобышки, в которых находится отверстие под поршневой палец.

Нижняя кромка юбки предназначена для расточки и подгонки поршня. На ней имеется специальный буртик, с внутренней стороны которого в процессе механической обработки снимается часть металла.

В местах отверстий под поршневой палец с наружной части юбки вырезаются специальные углубления, вследствие чего стенки этих зон не взаимодействуют со стенками цилиндра, образуя так называемые «холодильники».

Стенки юбки предназначены для восприятия бокового давления. Естественно, что трение поршня о стенки цилиндра и нагрев обеих деталей при этом увеличивается.

Чтобы обеспечить свободное перемещение поршня в цилиндре, между юбкой и стенками гильзы предусмотрен зазор. Его величина зависит от линейного расширения металла поршня и цилиндра при нормальной работе двигателя. При слишком маленьком зазоре возникает перегрев, грозящий образованием задиров на поверхностях и заклиниванием поршня в цилиндре. Большой зазор также не рекомендован, так как поршень при этом не выполняет своих уплотняющих свойств.

Многие автопроизводители еще на этапе производства поршней наносят на юбки специальные антифрикционные покрытия. Это позволяет защитить их поверхности от преждевременного износа и облегчить приработку.

В последнее время большую популярность не только в промышленности, но и в частном использовании приобрело антифрикционное твердосмазочное покрытие . Оно предназначено не только для поршней, но и для других деталей двигателя: коренных подшипников коленчатого вала, втулок пальцев, распредвалов, дроссельной заслонки.

Данное покрытие эффективно снижает износ и трение, предотвращает скачкообразное движение сопряженных поверхностей, появление на них задиров и заклинивание поршня в цилиндре.

Средство устойчиво к длительному воздействию моторного масла, сохраняет работоспособность двигателя в режиме масляного голодания.

Полимеризация покрытия MODENGY Для деталей ДВС возможна как при комнатной температуре (за 12 часов), так и при нагреве до +200 °С (за 20 минут).

Удобная аэрозольная упаковка с тщательно настроенными параметрами распыления упрощает процесс нанесения состава.

Перед использованием покрытия производитель рекомендует провести предварительную подготовку деталей Специальным очистителем-активатором MODENGY. Это гарантирует отличную адгезию материала и его долговременную работу.

MODENGY Для деталей ДВС и Специальный очиститель-активатор MODENGY доступны в одном наборе. Поэтапное использование этих средств не требует особых навыков и дополнительного оборудования.

Причины износа поршней

При ежедневной эксплуатации транспортного средства двигатель работает стабильно лишь до определенного момента. Поршни, как и любые другие элементы двигателя, подвержены износу и возникновению неисправностей.

О некорректной работе поршневой группы свидетельствуют:

Повышенный расход моторного масла и топлива
Выделение из выхлопной трубы синего дыма
Нестабильная работа двигателя на холостых оборотах (вибрация рычага КПП)
Снижение мощности двигателя и т.д.
Нагар на свечах зажигания

При демонтаже ЦПГ могут наблюдаться проблемы, требующие срочного решения и определения причин.

Так, задиры на днище поршня возникают вследствие его перегрева, к которому, в свою очередь, могли привести нарушения процесса сгорания топливно-воздушной смеси, деформация или засорение масляной форсунки, установка поршней неправильного размера и параметров, неисправности в системе охлаждения.

Следы от ударов на днище свидетельствуют о слишком большом выступе детали, неправильной посадке клапана, отложениях масляного нагара, неподходящем уплотнении ГБЦ и др. проблемах.

К появлению трещин на днище приводят недостаточная компрессия в цилиндрах, плохое охлаждение поршня, неисправность впрыскивающей форсунки.

Поршневые кольца могут повреждаться вследствие неправильной установки поршней. В таких случаях кольца подвергаются вибрации и сильному износу в области канавок.

Радиальный износ поршней возникает вследствие избыточного количества топлива в камере сгорания: из-за сбоев в приготовлении смеси, нарушения процесса сгорания, недостаточного давления сжатия, неправильного размера выступов поршней.

Осевой износ происходит в результате загрязнения поршней продуктами износа, образующимися во время приработки двигателя.

Повреждения юбки поршня могут возникать по многим причинам. Например, вследствие ассиметричного пятна контакта, которое вызвано скручиванием и/или деформацией шатуна, большим люфтом шатунного подшипника.

Задиры, расположенные под углом, образуются из-за слишком тесной посадки поршней, ошибок при монтаже шатуна горячим прессованием, недостаточной смазки при первом пуске двигателя.

Поверхности юбки подвергаются усиленному трению из-за переобогащения топливно-воздушной смеси, ее недостаточного сжатия, неисправности пускового устройства холодного двигателя, перебоев в зажигании и т.д.

Основной причиной выхода из строя гильз является кавитация, вызванная недостаточным охлаждением, применением некачественной охлаждающей жидкости, неправильной или неточной посадкой гильз цилиндров, а также использованием неподходящих уплотнительных колец с круглым сечением.

Блестящие места в верхней части цилиндра – не что иное как масляный нагар. Он возникает вследствие неисправности некоторых деталей и проникновения масла вместе с газами во всасывающий тракт.

Возникновение вышеописанных проблем, особенно в комплексе, требует серьезного внимания и безотлагательных действий. Промедление в таких случаях грозит дорогостоящим ремонтом или полной заменой двигателя.

Присоединяйтесь

О компании
Пресс-центр
Дилерская сеть
Мы и общество

Наши услуги
Отраслевые решения
Статьи

Molykote
MODENGY
DOWSIL
EFELE
PermabondMerbenit

Читать еще: Электрическая схема пуска двигателя постоянного тока

Поршень двигателя: конструктивные особенности

В статье мы рассмотрим конструктивную особенность поршня двигателя автомобиля. Из какого сплава их делают, состав и прочие особенности поршневых колец.

Поршень двигателя представляет собой деталь, имеющую цилиндрическую форму и совершающую возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Он принадлежит к числу наиболее характерных для двигателя деталей, поскольку реализация термодинамического процесса, происходящего в ДВС, происходит именно при его помощи. Поршень:

герметизирует камеру сгорания;

отводит от неё излишек тепла.

Экстремальные условия обуславливают материал изготовления поршней

Поршень эксплуатируется в экстремальных условиях, характерными чертами которых являются высокие: давление, инерционные нагрузки и температуры. Именно поэтому к основным требованиям, предъявляемым материалам для его изготовления относят:

незначительный коэффициент линейного расширения, антифрикционные свойства;

хорошую коррозионную устойчивость.

Требуемым параметрам соответствуют специальные алюминиевые сплавы, отличающиеся прочностью, термостойкостью и легкостью. Реже в изготовлении поршней используются серые чугуны и сплавы стали.

Поршни могут быть:

коваными.

В первом варианте их изготовляют путем литья под давлением. Кованые изготовляются методом штамповки из алюминиевого сплава с небольшим добавлением кремния (в среднем, порядка 15 %), что значительно увеличивает их прочность и снижает степень расширения поршня в диапазоне рабочих температур.

Конструктивные особенности поршня определяются его предназначением

Основными условиями, определяющими конструкцию поршня, являются тип двигателя и форма камеры сгорания, особенности процесса сгорания, проходящего в ней. Конструктивно поршень представляет собой цельный элемент, состоящий из:

юбки (направляющей части).

Отличается ли поршень бензинового двигателя от дизельного? Поверхности головок поршней двигателей бензинового и дизельного конструктивно отличаются. В бензиновом двигателе поверхность головки — плоская или близкая к ней. Иногда в ней выполняются канавки, способствующие полному открытию клапанов. Для поршней двигателей, оборудованных системой непосредственного впрыска топлива (СНВТ), свойственна более сложная форма. Головка поршня в дизельном двигателе значительно отличается от бензинового, — благодаря выполнению в ней камеры сгорания заданной формы, обеспечивается лучшее завихрение и смесеобразование.

Поршневые кольца: виды и состав

Уплотняющая часть поршня включает в себя поршневые кольца, обеспечивающие плотность соединения поршня с цилиндром. Даже самые успешные и состоятельные мужчины хотят новых ощущений. Многие уже устали от пресыщенных барышень из салонов, наглых индивидуалок и высокомерных девиц из экспорт-агентств. Поэтому поиск секса через знакомства на сайтах Новосибирска становится глотком свежего воздуха для многих. Здесь много новых мордашек, не обнаглевших от дорогих подарков, но очень горячих самочек, готовых на многое ради встречи с незнакомцем. Необязательно платить за интим, девушка может попросить подарок или поход в любимое кафе . Техническое состояние двигателя определяется его уплотняющей способностью. Зависимости от типа и предназначения двигателя выбирается число колец и их расположение. Наиболее распространенной схемой является схема из двух компрессионных и одного маслосъемного колец.Изготавливаются поршневые кольца, в основном, из специального серого высокопрочного чугуна, имеющего:

высокую износостойкость в условиях интенсивного трения;

хорошие антифрикционные свойства;

способность быстрого и эффективного прирабатывания к поверхности цилиндра.

Благодаря легирующим добавкам хрома, молибдена, никеля и вольфрама, термостойкость колец значительно повышается. Путем нанесения специальных покрытий из пористого хрома и молибдена, лужения или фосфатирования рабочих поверхностей колец улучшают их прирабатываемость, увеличивают износостойкость и защиту от коррозии.

Основным предназначением компрессионного кольца является препятствование попаданию в картер двигателя газов из камеры сгорания. Особенно большие нагрузки приходятся на первое компрессионное кольцо. Поэтому при изготовлении колец для поршней некоторых форсированных бензиновых и всех дизельных двигателей устанавливают вставку из стали, которая повышает прочность колец и позволяет обеспечить максимальную степень сжатия. По форме компрессионные кольца могут быть:

тконические.

При изготовлении некоторых колец выполняется порез (вырез).

На маслосъемное кольцо возлагается функция удаления излишков масла со стенок цилиндра и препятствование его проникновению в камеру сгорания. Оно отличается наличием множества дренажных отверстий. В конструкциях некоторых колец предусмотрены пружинные расширители.

Форма направляющей части поршня (иначе, юбки) может быть конусообразной или бочкообразной, что позволяет компенсировать его расширение при достижении высоких рабочих температур. Под их воздействием форма поршня становится цилиндрической. Боковую поверхность поршня с целью снижения вызванных трением потерь покрывают слоем антифрикционного материала, в этих целях используется графит или дисульфид молибдена. Благодаря отверстиям с приливами, выполненным в юбке поршня, осуществляется крепление поршневого пальца.

Состав поршневой группы

Узел, состоящий из поршня, компрессионных, маслосъемных колец, а также поршневого пальца принято называть поршневой группой. Функция её соединения с шатуном возложена на стальной поршневой палец, имеющий трубчатую форму. К нему предъявляются требования:

высокой прочности при переменной нагрузке и износостойкости;

хорошей сопротивляемости ударной нагрузке;

малой массы.

По способу установки поршневые пальцы могут быть:

закреплены в головке шатуна и вращаться в бобышках поршня;

свободно вращающимися в бобышках поршня и в головке шатуна.

Пальцы, установленные по третьему варианту, называются плавающими. Они являются наиболее популярными, поскольку их износ по длине и окружности является незначительным и равномерным. При их использовании опасность заедания сведена к минимуму. Кроме того, они удобны при монтаже.

Отвод излишков тепла от поршня

Наряду со значительными механическими нагрузками поршень также подвергается негативному воздействию экстремально высоких температур. Тепло от поршневой группы отводится:

внутренней полостью поршня, далее — поршневым пальцем и шатуном, а также маслом, циркулирующим в системе смазки;

частично холодной топливовоздушной смесью, подаваемой в цилиндры.

С внутренней поверхности поршня его охлаждение осуществляется с помощью:

масляного тумана в полости цилиндра;

впрыскивания масла в зону колец, в специальный канал;

циркуляции масла в головке поршня по трубчатому змеевику.

Видео — работа двигателя внутреннего сгорания (такты, поршень, смесь, искра):

Видео про четырёхтактный двигатель — принцип работы:

давление газов в конце сгорания в цилиндре дизельного двигателя трактора

P= 9 МПа(90 атм). диаметр цилиндра d=130мм . с какой силой газы давят
на поршень в цилиндре?

Сила давления газа

Другие вопросы из категории

на вершине горки? Сопротивлением пренебречь.

2м2(квадратных). вычислите давление станка на фундамент. 2)Чему равна масса автомобиля, если он производит на дорогу давление 80000 Па, а общая площадь соприкосновения колёс с асфальтом 1800 см2(квадратных)?

Рабочие процессы дизелей

Образование рабочей смеси и распиливание топлива. В дизелях подача топлива и его распыливание в объеме камеры сжатия цилиндра осуществляются топливоподающей системой.

На смесеобразование и сгорание топлива в каждом цикле рабочего процесса дизеля отводятся тысячные доли секунды, в течение которых топливо, поступив в цилиндр, должно пройти стадию подготовки к воспламенению — капли топлива должны нагреться, испариться (топливо горит в парообразном состоянии), пары топлива должны перемещаться с воздухом и затем сгореть. Для полного сгорания необходимо равномерное распределение топлива в среде сжатого воздуха. Оно достигается распыливанием топлива при помощи форсунки в объеме камеры сгорания. Для быстрой подготовки к воспламенению капли топлива должны иметь минимальные размеры и быть однородными по величине. Дальнобойность струи капель должна быть связана с формой камеры сгорания. Капли распыленного топлива должны обладать такой кинетической энергией, при которой они не будут концентрироваться у форсунки, но и не будут попадать на стенки цилиндра и крышки, не испарившись.

Применяются несколько различных конструктивных способов образования рабочей смеси в дизелях.

Дизели с непосредственным (или струйным) распыливанием топлива.

Топливо впрыскивается форсункой 1 (рис. 4.2, а) непосредственно в камеру сжатия цилиндра под высоким давлением -от 20-30 МПа (в начале впрыска) и до 60-80 МПа. При выходе из отверстий форсунки струйки распыленного топлива расширяются. Средняя плотность их от одного поперечного сечения к другому меняется; в пределах каждого сечения в середине струи плотность больше, чем на ее периферии. В результате на внешней поверхности струи имеется избыток кислорода воздуха, тогда как в середине струи его не хватает для горения топлива.

Хорошее качество смесеобразования при непосредственном (струйном) вводе топлива достигается в основном соответствием формы камеры сгорания форме и распределению струй топлива. Достоинствами системы непосредственной подачи топлива в цилиндр надо считать малую величину поверхности охлаждения камеры сгорания и хорошие пусковые качества двигателя. К недостаткам струйной системы относятся: необходимость значительного избытка воздуха, ухудшение качества распыливания при снижении частоты вращения коленчатого вала и высокие давления впрыска, усложняющие работу топливной аппаратуры.

Дизели с вихревыми камерами. Хорошее смесеобразование при относительно низких давлениях распыливания обеспечивается в двигателях с вихревыми камерами. Вихревая камера 2 (рис. 4.2, б) — полость, расположенная в крышке цилиндра 3, соединяется с внутренним пространством цилиндра каналом и составляет часть объема камеры сжатия. Форсунка 1 установлена в вихревой камере. В процессе наполнения часть массы воздуха поступает через канал в камеру 2 и в конце сжатия завихривается в ней. Благодаря завихрению («вращению») воздуха в камере топливо, впрыснутое форсункой, хорошо перемешивается с воздухом. Недостатками этого способа следует считать сложность устройства цилиндровой крышки и ее повышенный нагрев, а преимуществом — малое влияние на качество смесеобразования изменений нагрузки и частоты вращения вала двигателя.

Рис. 4.2. Схемы способов образования рабочей смеси в дизелях:

а — струйное (непосредственное) распыливанне топлива; б — с вихревой камерой; в — с предкамерой

Предкамерные дизели. Топливо распыливается форсункой 1 (рис. 4.2, в) при сравнительно небольшом давлении — 7-10 МПа — в предкамере 4, помещенной в крышке 3 цилиндра и отделенной от камеры сжатия отверстием небольшого диаметра.

В такте сжатия воздух из цилиндра перетекает в предкамеру 4 через ее отверстие. Топливо, впрыснутое форсункой 1 в предкамеру, воспламеняется, и часть его сгорает. Вследствие этого давление в предкамере резко возрастает и оказывается выше давления в остальном объеме цилиндра, поэтому продукты сгорания с большой скоростью выходят из предкамеры, увлекая с собой в цилиндр двигателя и несгоревшую часть топлива, где она догорает. Этим обеспечивается хорошее перемешивание топлива с воздухом и его полное сгорание. Однако пуск такого двигателя в холодном состоянии оказывается затруднительным из-за того, что воздух, проходя через небольшое отверстие в предкамеру, успевает охладиться настолько, что топливо в нем не воспламеняется. Поэтому для пуска прибегают к искусственному зажиганию при помощи спиралей накаливания или других нагревательных устройств. Недостатком предка мерных дизелей надо считать также повышенный расход топлива из-за потерь тепла и снижения давления при проходе воздуха и газа через отверстия предкамеры.

Продувка двухтактных дизелей.

Без удаления продуктов сгорания из цилиндров и без заполнения их каждый раз новым зарядом воздуха невозможно обеспечить работу двигателя. В четырехтактном дизеле удаление продуктов сгорания и наполнение цилиндра воздухом осуществляются поршнем за два отдельных такта. В отличие от четырехтактного дизеля в двухтактном отсутствуют впуск и выпуск как самостоятельные такты, требующие одного оборота вала. Эти процессы осуществляются в небольшие периоды двух основных тактов сжатия и расширения. Поэтому в двухтактных дизелях продувку и наполнение цилиндра осуществляют подачей в цилиндр предварительно сжатого воздуха, который вытесняет продукты сгорания и заполняет объем цилиндра. Простейшая схема продувки (петлевая) представлена на рис. 4.3, а. Во впускной коллектор 4 нагнетателем непрерывно подается сжатый воздух. Коллектор сообщается с продувочными окнами 3 в стенках цилиндра. Более высокие выпускные окна 2 соединяют цилиндр с выпускной трубой 1. Когда под давлением продуктов сгорания поршень движется вниз, он сначала своим телом открывает выпускные окна, чем обеспечивает быстрое падение давления в цилиндре до давления продувки. После этого начинают открываться продувочные окна. Этим предотвращается появление встречного потока газов из цилиндра во впускной коллектор. При движении поршня вверх сначала поршень закрывает продувочные окна, а потом — и выпускные. За время открытия продувочных окон объем цилиндра заполняется воздухом. Пока выпускные окна не закрылись полностью, происходит продувка: часть воздуха выходит из цилиндра; затем с момента закрытия выпускных окон и до прихода поршня в в.м.т. происходит сжатие. Недостатком этой схемы является возможность «застоя» продуктов сгорания в «углах» цилиндра, у крышки.

Читать еще: Фотон 1039 технические характеристики двигатель

Рис. 4.3. Способы продувки двухтактных дизелей:

а — петлевая; б-прямоточная двухпоршневая 68

Лучшая очистка цилиндра получается при прямоточной продувке, когда воздух и продукты сгорания движутся в одном направлении — прямым потоком. Прямоточная двухпоршневая продувка осуществляется в двигателях с противоположно движущимися поршнями (рис. 4.3,6). Здесь воздух, входя через продувочные окна 1, движется сплошным столбом по всему сечению цилиндра, вытесняя впереди себя продукты сгорания через выпускные окна 3. Нижний поршень открывает выпускные окна 3, а верхний — продувочные 1. Подбором высоты окон и взаимного расположения верхнего и нижнего кривошипов обеспечивается начало выпуска продуктов сгорания раньше начала продувки. Форсунки 2, размещенные в средней части цилиндра, подают топливо в камеру сгорания, которая образуется поршнями в период их сближения. При расхождении поршней нижний поршень открывает выпускные окна, через которые продукты сгорания выходят из цилиндра. Давление в цилиндре падает. К этому времени верхний поршень начинает открывать продувочные окна. Воздух под давлением поступает в цилиндр, выталкивая продукты сгорания. В дизелях типа Д100 нижний вал при вращении опережает верхний на 12°, поэтому между продувкой и сжатием в этих дизелях происходит дозарядка цилиндра, т. е. продолжается поступление воздуха в цилиндр после закрытия выпускных окон.

Прямоточную продувку имеет также двухтактный дизель с клапанно-щелевым газораспределением (см. рис. 4.1,6). При движении поршня вниз в конце хода расширения сначала открываются выпускные клапаны 6, через которые продукты сгорания выходят в выпускной коллектор. После того как часть газов выйдет из цилиндра, поршень открывает окна 11 и начинается продувка. Для лучшей очистки цилиндра от газов потоку воздуха придают вращательное движение за счет наклона продувочных окон к оси цилиндра.

Наддув дизелей. Так как работа, которую можно получить от дизеля при данных размерах его цилиндров, находится в прямой зависимости от количества сжигаемого топлива, а последнее зависит от массы воздуха в объеме цилиндра, то для повышения мощности дизеля применяют наддув, т. е. подачу в цилиндр воздуха под давлением выше атмосферного.

Наддув позволяет при том же объеме цилиндра, а следовательно, при почти тех же габаритах и массе двигателя увеличить его мощность в 1,5-2,5 раза. Сжатие и подача в цилиндры наддувочного воздуха могут осуществляться либо приводными (от вала дизеля), либо газотурбинными нагнетателями. Устройство и работа нагнетателей рассмотрены в гл. 6. Дизели с газотурбинным наддувом представляют собой комбинированную теплосиловую установку. Рабочий цикл установки отличается продолженным расширением продуктов сгорания почти до атмосферного давления в газовой турбине. Возможны два случая осуществления продолженного расширения. В первом случае турбина на впуске работает в импульсном режиме при переменном давлении отработавших газов и при раздельном их выпуске из каждого цилиндра непосредственно в турбину. Во втором случае перед турбиной поддерживается постоянное давление, что достигается наличием общего выпускного коллектора у дизеля.

Идеальные циклы комбинированных силовых установок приведены на рис. 4.4. Цикл при раздельном выпуске 1-2-3-4-5-6-7- 8 состоит из следующих процессов: 1-2 — адиабатическое сжатие в наддувочном агрегате, 2-3 — сжатие в цилиндре дизеля, 3-4-5 — смешанный подвод тепла, 5-6 — адиабатическое расширение в цилиндре дизеля, 6-7-8 — продолженное расширение и 8-1 — отвод тепла при постоянном давлении, заменяющий собой процесс истечения отработавших газов в атмосферу.

Цикл с постоянным давлением перед турбиной 1-2-3-4-5-6-2- 7-8 отличается тем, что после расширения в цилиндре происходит отвод тепла 6-2 при постоянном объеме, заменяющий собой процесс выпуска из цилиндра, а затем подвод того же количества тепла в турбине при постоянном давлении 2-7.

Круговые диаграммы газораспределения. В действительных рабочих процессах дизелей в отличие от идеальных моменты открытия и закрытия клапанов и подачи топлива не совпадают по времени с положениями поршня в мертвых точках, а отклоняются от них. Реальные фазы газораспределения наглядно представляются круговыми диаграммами (рис. 4.5).

Рис. 4.4. Идеальные циклы комбинированных двигателей с продолженным расширением

В четырехтактных дизелях (см. рис. 4.5, а), чтобы обеспечить лучшее наполнение цилиндра свежим воздухом и осуществить продувку цилиндра, впускной клапан начинает открываться заблаговременно- еще тогда, когда кривошип вала на угол А не дошел до своего верхнего вертикального положения. Это опережение открытия впускного клапана (точка 1) обеспечивает его полное открытие к в.м.т.

Запаздывание закрытия впускного клапана (угол В и точка 2) предусматривают для того, чтобы в конце хода наполнения клапан был бы еще достаточно открыт и обеспечивал проход воздуха в цилиндр по инерции и тогда, когда поршень начнет двигаться вверх (дозарядка).

Опережение открытия выпускного клапана (угол С и точка 5) уменьшает работу на выталкивание отработавших газов поршнем. Период очистки рабочего цилиндра разделяется на выпуск газов при открывшемся выпускном клапане за счет их избыточного давления и выталкивание газов поршнем при его движении от н.м.т. к в.м.т. Опережение открытия выпускного клапана делается таким,чтобы выпуск закончился до прихода поршня в н.м.т. и выталкивание протекало с меньшим противодавлением газов на поршень.

Запаздывание закрытия выпускного клапана (угол О и точка 6) обеспечивает более полную очистку цилиндра от остаточных газов. Так как впускной клапан открывается с опережением (точка 1), а выпускной закрывается с запаздыванием (точка б), то во время поворота кривошипа на дуге 1-6 оба клапана открыты одновременно, что обеспечивает продувку цилиндра и очистку его от газов.

Так как необходимо некоторое время для подготовки топлива к самовоспламенению, то его подача начинается не в начале рабочего хода, а в конце сжатия за угол К (точка 3) до прихода кривошипа в в.м.т. Этот угол называется углом предварения (опережения) подачи топлива. Подача топлива заканчивается в точке 4.

Рис. 4.5. Круговые диаграммы газораспределения:

а — четырехтактного дизеля; б — двухтактного дизеля с противоположно движущимися поршнями

Двухтактные дизели с противоположно движущимися поршнями. Отсчет углов на диаграмме газораспределения дизеля типа Д100 (рис. 4.5, б) ведется по положению кривошипа нижнего поршня от внутренней мертвой точки (в.м.т.). При движении поршня вниз выпускные окна начинают открываться (точка 5), когда кривошип не дошел на определенный угол — 56° — до наружной мертвой точки (н.м.т.). С этого момента в течение времени поворота кривошипа на 16° происходит свободный выпуск газов из цилиндра.

За 40° до н.м.т. (нижнего поршня) верхний поршень открывает продувочные окна (точка 6) и на протяжении 96° поворота кривошипа осуществляется продувка цилиндра. Продувка прекратится после поворота на 56° за н.м.т. (точка 1) при закрытии выпускных окон. Продувочные окна после этого еще открыты: происходит дозарядка цилиндра в течение поворота кривошипа на 8°. С этого момента (точка 2) начинается сжатие. Топливо подается в цилиндр также с некоторым опережением (точка 3).

0 0 голоса

Рейтинг статьи