ДВС: газотурбинные, поршневые, комбинированные

Классификация поршневых ДВС

Поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют такую тепловую машину, в которой превращение химической энергии топлива в тепловую, а затем в механическую энергию, происходит внутри рабочего цилиндра. Превращение теплоты в работу в таких двигателях связано с реализацией целого комплекса сложных физико-химических, газодинамических и термодинамических процессов, которые определяют различие рабочих циклов и конструктивного исполнения.

ДВС: газотурбинные, поршневые, комбинированные

Исходным признаком классификации принят род топлива, на котором работает двигатель. Газообразным топливом для ДВС служат природный, сжиженный и генераторный газы. Жидкое топливо представляет собой продукты переработки нефти: бензин, керосин, дизельное топливо и др. Газожидкостные двигатели работают на смеси газообразного и жидкого топлива, причем основным топливом является газообразное, а жидкое используется как запальное в небольшом количестве.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют также по следующим признакам:

1.по способу воспламенения рабочей смеси – с принудительным воспламенением и с воспламенением от сжатия;

2.по способу осуществления рабочего цикла – двухтактные и четырехтактные, с наддувом и без наддува;

3.по способу смесеобразования – с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые) и с внутренним смесеобразованием (дизельные и бензиновые с впрыском топлива в цилиндр);

4.по способу охлаждения – с жидкостным и воздушным охлаждением;

5.по расположению цилиндров – однорядные с вертикальным, наклонным горизонтальным расположением; двухрядные с V-образным и оппозитным расположением.

Расчет процесса сжатия.

Начинается после окончания процесса впуска и продолжается при движении поршня к в.м.т.

При этом достигается максимальная степень расширения рабочего тела, условия для наиболее эффективного сгорания топлива и повышения экономичности двигателя. Процесс сжатия происходит при закрытых впускном и выпускном клапанах и служит для увеличения температурного перепада цикла и степени расширения продуктов сгорания топлива. Это создает благоприятные условия для воспламенения и сгорания рабочей смеси и обеспечивает эффективное преобразование теплоты в механическую работу

Расчет давления и температуры в конце сжатия ведут по уравнению политропического процесса:

= * ; = *

- давление в конце пуска, - температура в конце пуска, ε- степень сжатия, -показатель политропы.

Среднее значение показателя политропы сжатия можно получить из уравнения:

=( - )/

Процесс сжатия протекает при непрерывном изменении теплообмена между рабочим телом и стенками цилиндра.

Ориентировочные значения показателя политропы сжатия и параметров рабочего тела в конце сжатия и Т для сов­ременных автотракторных двигателей находятся в следующих, пределах:

для карбюраторных двигателей (при полном открытии дрос­селя): = 1,34...1,39, = 0,9...1,6 МПа, = 650...800 К;

для дизелей без наддува: = 1,38... 1,42, = 3,5...5 МПа, = 700...900 К;

для дизелей с наддувом = 1,35... 1,38, = 6...8 МПа, Т = 900... 1000 К.

Процесс расширения.

В процессе расширения тепловая энергия топлива преобразуется в механическую работу. Процесс расширения протекает в условиях догорания топлива и восстановления продуктов диссоциации, уменьшения теплоемкости продуктов сгорания при переменных давления, температурах и поверхности охлаждения.

Значение давления и температуры газов в конце процесса расширения рассчитывается по уравнению политропического процесса:

Для карбюраторных: = / ; = /

Для дизельных: = / ; = /

-давление в конце сгорания, - степень последующего расширения, - степень сжатия, - темп. в конце сгорания

- показатель политропы расширения.

Процесс выпуска.

Выпуск отработавших газов начинается в момент открытия выпускного клапана с опережением относительно НМТ на угол 40... 75° и заканчивается после закрытия выпускного клапана после ВМТ с запаздыванием на угол 10... 40°. Процесс выпуска в четырехтактных двигателях условно можно разделить на три периода:

1). Свободный выпуск. В начале открытия выпускного клапана давление в цилиндре составляет 0.4... 0.6 МПа, а давление в выпускном трубопроводе 0.105... 0.12 МПа. Под действием этого перепада давлений происходит истечение газов из цилиндра с начальной скоростью 500... 700 м/с. 2)Принудительный выпуск. Считается, что принудительный выпуск продолжается во время движения поршня от НМТ к ВМТ.

3. Продувка. Продувка осуществляется в период перекрытия клапанов

= /

- температура в конце расширения, - давление в конце расширения, - давление в процессе выпуска

8. Индикаторная диаграмма цикла

 

 

Действительная индикаторная диаграмма

четырехтактного двигателя.

0-1 –заполнение рабочей смесью,1-2 – сжатие воздуха или рабочей смеси,

2-3'-3 – период горения рабочей смеси,

3-4 – рабочий ход поршня (расширение продуктов сгорания),

4-5 – выхлоп отработавших газов, падение давления до атмосферного

5-0 – освобождение цилиндра от продуктов сгорания.

Тепловой баланс двигателя.

Тепловой баланс двигателя. Распределение теплоты, выделяемой при сгорании вводимого в цилиндры двигателя топлива, на полезно используемую и отдельные виды потерь характеризуется внешним тепловым балансом. Характер рас­пределения теплоты сгорания по составляющим внешнего теп­лового баланса определяется особенностями рабочего процесса, а также геометрическими размерами цилиндропоршневой груп­пы, конструкцией деталей и системы охлаждения.

Внешний тепловой баланс в целом и отдельные его состав­ляющие в частности позволяют оценить показатели теплонапряженности деталей двигателя, рассчитать систему охлаждения, определить резервы в использовании теплоты отработавших газов и пути повышения экономичности двигателя.

В общем виде уравнение внешнего теплового баланса в аб­солютных единицах можно представить так:

Qo — Qe + Qохл + Qm + Qгаз + Qh.c + Qoct

Qo — количество теплоты, выделяемой при сгорании вводимого в двигателе топлива за определенное время

Qe —теплота, эквивалентная эффективной работе

Qн.c — теплота, не выделившаяся в двигателе вследствие неполноты сгорания

Qм — количество теплоты, передаваемой смазочному материалу

Qгаз — количество теплоты, теряемой с отработавшими газами, так как их температура и теплоемкость выше, чем у свеже­го заряда.

Qохл — количество теплоты, передаваемой охлаждающей жидкости

Новые типы двигателей.

Газотурбинные двигатели. Перспективы широкого использования газотурбинных двигателей на автомобилях и тракторах предопределены комплексом существенных их преи­муществ перед поршневыми. Основные из них— легкий пуск при низких температурах (в течение 1... 1,5 мин, без подогрева при 248 К), меньшак трудоемкость технического обслуживания (на 25...47%), меньшая масса (в 1,8...2,5 раза) и габариты (в 1,4...1,6 раза), простота капитального ремонта и уменьшение на 23...65% его стоимости, многотопливность без существенной переделки систем, меньший в 3...5 раз -выброс токсичных компо­нентов, меньшие вибрации и приемлемый уровень шума, хоро­шая приспособленность к внешним нагрузкам и уравновешен­ность, в 4...5 раз уменьшается количество деталей.

Роторно-поршневые двигатели. Современные роторно-порш-невые двигатели по сравнению с поршневыми имеют большие в 2...3 раза литровую и в З...3,5 раза габаритную мощности, мень­шую в 1,5...2 раза удельную массу, более широкую возможность составления мощностных рядов при 85...90% унифицированных деталей. Для них характерны также отсутствие газораспреде­лительного механизма, хорошая компактность, меньшее по сравнению с поршневыми двигателями на 35...40% число дета­лей, пониженные требования к октановому числу топлива, бо­лее высокое значение коэффициента наполнения,, пологая кри­вая крутящего момента и высокая цикличность работы. Основ­ные недостатки этих двигателей— повышенные расход топлива и токсичность, сложность создания уплотнений между рабочи­ми элементами, ограничение окружной скорости ротора 25...30 м/с

Двигатели с внешним подводом теплоты (двигатели Стер­линга) в последнее время достигли определенной степени совер­шенства благодаря возможности сжигания низкосортных топлив, малой токсичности, низкому уровню шума и вибрации, по­вышенной удельной мощности, а также хорошим характеристикам крутящего момента и высокому значению эффективного КПД (0,36...0,38). Основные недостатки этих двигателей — их сложность, сравнительно большая металлоемкость и высо­кая стоимость усовершенствованных вариантов (в 2 раза выше, чем поршневых двигателей). Имеются трудности с обеспечени­ем эффективного теплообмена и технологии изготовления уплот­нений с точки зрения как материалов, так и конструкции.

Классификация поршневых ДВС

Поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) называют такую тепловую машину, в которой превращение химической энергии топлива в тепловую, а затем в механическую энергию, происходит внутри рабочего цилиндра. Превращение теплоты в работу в таких двигателях связано с реализацией целого комплекса сложных физико-химических, газодинамических и термодинамических процессов, которые определяют различие рабочих циклов и конструктивного исполнения.

ДВС: газотурбинные, поршневые, комбинированные

Исходным признаком классификации принят род топлива, на котором работает двигатель. Газообразным топливом для ДВС служат природный, сжиженный и генераторный газы. Жидкое топливо представляет собой продукты переработки нефти: бензин, керосин, дизельное топливо и др. Газожидкостные двигатели работают на смеси газообразного и жидкого топлива, причем основным топливом является газообразное, а жидкое используется как запальное в небольшом количестве.

Двигатели внутреннего сгорания классифицируют также по следующим признакам:

1.по способу воспламенения рабочей смеси – с принудительным воспламенением и с воспламенением от сжатия;

2.по способу осуществления рабочего цикла – двухтактные и четырехтактные, с наддувом и без наддува;

3.по способу смесеобразования – с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые) и с внутренним смесеобразованием (дизельные и бензиновые с впрыском топлива в цилиндр);

4.по способу охлаждения – с жидкостным и воздушным охлаждением;

5.по расположению цилиндров – однорядные с вертикальным, наклонным горизонтальным расположением; двухрядные с V-образным и оппозитным расположением.