Подлодки Корабли Карта присутствия ВМФ Рейтинг ВМФ России и США
Какой способ жилищного обеспечения военных вы считаете наиболее оптимальным?
Жилье в натуральном виде
    62,67% (47)
Жилищная субсидия
    18,67% (14)
Военная ипотека
    18,67% (14)

Поиск на сайте

ГЛАВА 2. ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Конструктивная схема двигателя внутреннего сгорания.

Основной частью подвесного лодочного мотора является дви­гатель. Двигателем принято называть всякую машину, произ­водящую какую-либо работу. Те двигатели, которые поль­зуются для производства работы тепловой энергией, назы­ваются тепловыми. Тепловая энергия обычно получается в результате сжигания какого-либо вида топлива. Количество тепла, получаемого при полном сжигании 1 кг топлива, носит название теплотворной способности или тепло-производительности топлива и измеряется в кало­риях на 1 кг топлива.

Двигатели, в которых сгорание топлива происходит внут­ри рабочего цилиндра, носят название двигателей внутренне­го сгорания. Источником тепловой энергии для таких двига­телей преимущественно является жидкое топливо.

Чтобы лучше понять процесс превращения в двигателе внутреннего сгорания тепловой энергии в механическую ра­боту, рассмотрим его конструктивную схему (рис. 10).

Каждый двигатель внутреннего сгорания состоит мини­мально из одного цилиндра 1, закрепленного на картере 2, в котором вдоль его оси движется поршень 3. В картере рас­полагается коленчатый вал 4 с одним или несколькими кри­вошипами 5 в зависимости от числа цилиндров в двигателе. Кривошип соединяется шатуном 6 и пальцем поршня 7 с поршнем, образуя кривошипный механизм. Кривошипный ме­ханизм служит для превращения прямолинейно-возвратного движения поршня во вращательное.

Газы, получающиеся в результате сгорания топлива в ци­линдре, с большой силой давят на верхнюю часть поршня — днище, заставляя поршень двигаться в цилиндре и провора­чивать при посредстве шатуна за кривошип коленчатый вал. Крутящий момент вала через силовую передачу (вертикаль­ный вал, пару конических шестерен, горизонтальный вал, со­единительную муфту) передается гребному винту; последний через посредство своих лопастей, отбрасывающих от себя воду, превращает крутящий момент в тягу винта, сообщая тем самым движение судну. Работа двигателя обеспечивает­ся распределительным механизмом и рядом систем: системой питания, системой зажигания, системой смазки и системой охлаждения.

Распределительный механизм регулирует подачу рабочей смеси в цилиндр и выпуск сгоревших газов из рабочего цилиндра после рабочего хода поршня, т. е. того хода поршня, при котором происходит сгорание топлива в цилиндре.


Рис. 10. Конструктивная схема четырехтактного двигателя и схема его работы: 1 — цилиндр; 2 — картер; 3 — поршень; 4 — коленчатый вал; 5 — кривошип; 6 — шатун; 7 — палец; 8 — впускной клапан; 9 — выпускной клапан

В четырехтактном двигателе он состоит из кулачкового валика, впускных и выпускных клапанов, пружин, толкателей и ше­стерен. В двухтактных двигателях обязанности распредели­тельного! механизма выполняет поршень, открывающий и за­крывающий при своем движении впускные, выпускные и проду­вочные окна, прорезанные в гильзе цилиндра (см. рис. 12 и 14).

Гильзой цилиндра называют стакан цилиндра, внутри которого ходит поршень. Верхняя часть цилиндра но­сит название головки. Крайнее положение поршня в на­правлении головки цилиндра условно принято называть верхней мертвой точкой (ВМТ), даже если цилиндр двига­теля располагается в горизонтальной плоскости, а крайнее положение поршня в направлении коленчатого вала принято называть нижней мертвой точкой (НМТ) (рис. 10).

Расстояние между верхней и нижней мертвыми точками определяет путь, который совершает поршень при своем движении в ту или иную сторону. Он называется ходом поршня и обычно обозначается буквой S. Как видно из рис. 10, S = 2R, где R — радиус кривошипа. За каждый ход поршня коленчатый вал поворачивается на 180°.

Пространство, образованное головкой цилиндра и порш­нем при положении его в ВМТ, носит название камеры сгорания, или камеры сжатия, и обычно обозна­чается буквой Vс .

Объем цилиндра между мертвыми точками называется рабочим объемом и обозначается буквой Vs. А сумма ка­меры сгорания и рабочего объема дает полный объем ци­линдра, обозначаемый буквой V а .

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания носит название степени сжатия, обозначае­мой буквой г, и выражается отвлеченным числом. Степень сжатия показывает, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания.

Процесс преобразования тепловой энергии в механиче­скую работу называется рабочим процессом. В двухтактных двигателях законченный цикл осуществляется за один обо­рот коленчатого вала, а в четырехтактном — за два.

Полный цикл в двигателе состоит из двух или четырех самостоятельных ходов-поршня, именуемых тактами, а отсюда и все двигатели, осуществляющие свой процесс за два такта, получили наименование двухтактных, а осу­ществляющие его за четыре такта — четырехтактных.

Рабочий процесс четырехтактного двигателя. Выше упо­миналось, что цикл четырехтактного двигателя осуществляет­ся за четыре такта, или хода, поршня. Каждому такту в зави­симости от того, что происходит в это время в цилиндре, присваивается определенное название. Такт, соответствую­щий ходу поршня при заполнении цилиндра горючей смесью, называется тактом всасывания, или всасыванием; такт, соответствующий ходу поршня при поджатии поршнем смеси, — тактом сжатия, или сжатием; такт, соответ­ствующий ходу поршня при расширении сгоревших газов, совершающих свою работу, — тактом расширения, или рабочим ходом, или просто расширением; такт, соответствующий ходу поршня, при выталкивании им отработанных газов из цилиндра в глушитель или атмосфе­ру, — тактом выпуска, или выпуском.

При такте всасывания заполняется цилиндр горючей сме­сью, при этом кулачок распределительного вала приподни­мает всасывающий клапан. Поршень, перемещаясь от ВМТ к НМТ, создает разрежение в цилиндре, и под влиянием разности давлений между давлением наружного воздуха и давлением в цилиндре через всасывающий трубопровод, карбюратор и впускной клапан воздух поступает в цилиндр. Проходя через карбюратор, воздух обогащается парамибензина, образуя горючую смесь. В НМТ клапан под действием пружины закрывается и начинается следующий такт — сжатие. При сжатии все клапаны закрыты и пор­шень, изменив свое движение на обратное, начинает сжимать рабочую смесь, вследствие чего повышаются давление и тем­пература внутри цилиндра.

В ВМТ сжатая смесь воспламеняется электрической иск­рой и быстро сгорает, при этом температура и давление по­вышаются, давление передается на поршень, толкая его к НМТ. В НМТ кулачок распределительного вала приподни­мает выпускной клапан, и сгоревшие газы поршнем вытал­киваются наружу, освобождая место для нового заряда. Вы­пуск заканчивается в ВМТ, когда выпускной клапан закры­вается под давлением пружины. Далее рабочий процесс по­вторяется в том же порядке, как мы его рассмотрели.

Таким образом осуществляется рабочий процесс в четы­рехтактном двигателе. Из четырех ходов полезную работу производит только один — ход расширения, а остальные яв­ляются подготовительными и осуществляются за счет энер­гии рабочего хода, накапливаемой обычно в маховике двига­теля. В многоцилиндровых установках частично или полно­стью эти ходы осуществляются за счет рабочих ходов порш­ней других цилиндров. Одноцилиндровые двигатели внутрен­него сгорания работают толчками и являются самыми не­уравновешенными двигателями, поэтому их снабжают более тяжелыми маховиками с целью получить равномерную ра­боту двигателя.

Работа четырехтактного двигателя наглядней всего может быть изображена графически, в виде так называемой рабо­чей диаграммы, изображенной на рис. 11.

Во время всасывания по теоретическому циклу, пренебре­гая сопротивлениями в трубопроводах и клапанах, т. е. гид­равлическими потерями, в цилиндре будем иметь давление, равное атмосферному, или 1 кг/см².

На рис. 11 это изображено линией bа. При обратном дви­жении поршня смесь сжимается, объем уменьшается и дав­ление в цилиндре растет; на диаграмме это показано линией ас.

Сжатая смесь воспламеняется электрической искрой от запальной свечи в ВМТ, при этом оба клапана закрыты. Вся смесь теоретически мгновенно сгорает, что изображается вер­тикальной линией сz.

Далее, с движением поршня к НМТ объем в цилиндре увеличивается, а температура и давление при возрастающем объеме будут постепенно падать, пока поршень не достигнет НМТ. Резкое повышение давления до точки г и постепенное его падение в момент расширения вследствие увеличения объема изображается линией zе. Давление конца расширения или начала открытия выпускного клапана при этом сни­жается примерно до давления 4—6 кг/см².

По окончании рабочего хода сгоревшие газы выпускаются наружу. Так как теоретически считается, что выпуск проис­ходит мгновенно, то давление теоретически сразу падает до атмосферного. Это отражено на диаграмме линией еа.


Рис. 11. Рабочая диаграмма четырехтактного двигателя

Рабочий процесс двухтактного двигателя. Основным от­личием двухтактного двигателя от четырехтактного является то, что в нем полный рабочий цикл совершается за один обо­рот коленчатого вала, а не за два, как в четырехтактном. Двухтактный двигатель отличается еще и тем, что картер его в подвесных моторах используется для всасывания и предва­рительного сжатия рабочей смеси.

В отечественных двигателях подвесных моторов двухтакт­ный процесс получил самое широкое распространение, поэто­му мы будем преимущественно останавливаться только на конструкциях двухтактных двигателей. Основным в работе двухтактных, как и четырехтактных, двигателей является ра­бочий ход (такт расширения) — он совершает полезную ра­боту, тогда как такт сжатия выполняет только подготови­тельную работу, производимую за счет кинетической энергии маховика, а в многоцилиндровых двигателях — за счет рабо­чих ходов в соседних цилиндрах.

На рис. 12 схематически изображена работа двухтактного двигателя.


Рис. 12, Схема работы двухтактного двигателя с возвратной двухканальной продувкой

Проследим процесс наполне­ния цилиндра горючей смесью.

При движении поршня вверх, т. е. в сторону головки цилиндра, в кривошипной ка­мере (картере) двигателя под поршнем образуется разреже­ние. Юбка поршня при под­ходе последнего к ВМТ, как у моторов ЛММ-6, ЛМР-6, или специальный золотник, как у моторов А-8, ИМА, открывают всасывающие окна, и воздух через карбюратор и всасываю­щий патрубок из атмосферы устремляется в разреженное пространство картера. Прохо­дя через карбюратор, воздух распыливает вытекающий из жиклера бензин и, перемешав­шись с ним, образует горю­чую смесь.


Рис. 13. Схема движения по­тока смеси и отработанных газов в цилиндре при двухканальной продувке

При обратном ходе поршня всасывающие окна закрыва­ются, смесь в картере сжи­мается и при открытии продувочных окон поршнем в НМТ с большой скоростью устрем­ляется из картера в рабочий цилиндр. В двигателях ЛММ-6 и ЛМР-6 продувочные окна соединяются с кривошипной ка­мерой двумя каналами, расположенными под углом друг к другу. Образованные окнами два встречных потока горючей смеси сталкиваются в цилиндре и, слившись в один общий поток, устремляются под действием сил инерции своих ча­стиц к задней, глухой стенке цилиндра. У стенки поток изги­бается и направляется вдоль нее вверх, как это показано на рис. 13. Вверху, обтекая сферическое днище, поток еще раз делает поворот уже вниз, к поршню, как бы образуя петлю. Продолжая все время давить на сгоревшие газы, поток све­жей смеси выталкивает их в выхлопные окна и замещает со­бой объем цилиндра. Такая продувка носит название возвратно-двухканальной продувки. Она получила в отечественных моторах более широкое распространение, чем дефлекторная продувка. При дефлекторной продувке для направления продувочного воздуха днище поршня имеет на­правляющий козырек а (дефлектор, рис. 14). Из рисунка видно, что дефлектор также круто направляет свежий заряд кверху, вдоль стенки цилиндра. Вверху заряд по радиусу го­ловки цилиндра поворачивается вниз, как и в первом случае. Такая продувка получила название петлевой, или попе­речной, продувки.


Рис. 14. Схема работы двухтактное двигателя с дефлекторной продувкой

Сложность изготовления поршня, большая тепловая на­пряженность дефлектора и не вполне благоприятная форма камеры сгорания зачастую заставляют отказываться от де­флекторной продувки,отдавая предпочтение первому способу.

По заполнении ци­линдра и закрытии про­дувочных и выпускных окон смесь сжимается и воспламеняется. Происхо­дит мгновенный взрыв. Температура и давление газов в цилиндре при этом сильно возрастают и со­вершается рабочий ход.


Рис. 15. Рабочая диаграмма двухтактного двигателя

Как только поршень подойдет своей верхней кромкой к верхним кром­кам выпускных окон и начнет открывать окна, сгоревшие газы с боль­шой скоростью будут вы­летать из цилиндра в атмосферу, а давление в цилиндре начнет быстро падать (теоретически мгновенно).

На несколько миллиметров ниже верхней кромки выпуск­ных окон располагаются продувочные окна, которые при дальнейшем ходе поршня вниз открываются, впуская сжатую в картере смесь. Далее цикл работы двигателя повторяется.

Из сказанного ясно, что для осуществления полезной ра­боты двухтактными двигателями достаточно всего два хода, или такта: 1) сжатия и 2) расширения (рабочего хода).

Такие двигатели получили название двухтактных двигателей с камерной продувкой.

Чтобы яснее представить процесс, происходящий в цилинд­ре двухтактного двигателя, построим диаграмму работы, про­изводимой газами за один полный цикл в цилиндре двух­тактного двигателя. На рис. 15 приводится примерная диа­грамма двухтактного процесса, получаемого расчетным путем. В ней по горизонтальной оси (оси абсцисс) отложены объе­мы V, а по вертикальной оси (оси ординат) — соответствую­щие давления р. Площадь aczea, заключенная внутри замкну­той кривой, выражает работу цилиндра за цикл в масштабе диаграммы.

Вперед
Оглавление
Назад


Главное за неделю