книги из ГПНТБ / Пособие мотористу рыбопромыслового судна [практическое руководство] Е. М. Соловьев. 1960- 14 Мб

Кконцу сжатия, когда поршень подходит к в. м. т. (рис. 10, а),

вцилиндр через форсунку 3 впрыскивается топливо. После того, как поршень пройдет в. м. т., происходит сгорание впрыс­ нутого в цилиндр распыленного топлива и расширение продук­

поршень открывает сначала выпускные окна, и отработавшие газы с большой скоростью устремляются наружу, при этом давление в цилиндре быстро падает. Когда поршень открывает

продувочные окна (рис. 10, в), через них в цилиндр поступает воздух под давлением, равным примерно 0,2 кг!см2, вытесняя оставшиеся отработавшие газы.

При движении вверх от н. м. т. поршень перекрывает сна­ чала продувочные, а затем выпускные окна (рис. 10, г). С этого момента воздух, заполнивший цилиндр через продувочные окна, начинает сжиматься.

Расширение газов и выпуск их наружу совершаются в тече­ ние первого такта; коленчатый вал сделает за это время поло­ вину оборота. Очистка цилиндра с одновременным заполнением его зарядом свежего воздуха и сжатие этого воздуха совер­ шаются в течение второго такта; за это время коленчатый вал сделает вторую половину оборота. Следовательно, весь цикл двухтактного двигателя совершается за один оборот коленча­ того вала.

В отличие от рассмотренной схемы существуют конструкции двухтактных дизелей, у которых свежий заряд воздуха в ци­ линдр подается через окна, а выпуск отработавших газов осу­ ществляется через выпускные клапаны.

На рис. 11 изображены действительная индикаторная диа­

грамма и диаграмма газораспределения двухтактного дизеля. Графическое изображение процессов сжатия, сгорания и рас­

ширения у двухтактного дизеля не отличается от изображения этих же процессов у четырехтактного дизеля. Изменение давле­ ния газов во время горения топлива показано кривой 3—4—5. После сгорания газы, расширяясь, производят работу; давление в цилиндре падает (линия 5—6). В точке 6, когда поршень не дошел до н. м. т. на расстояние, соответствующее обороту ко­ ленчатого вала на 68°, открываются выпускные окна (в. о.) и отработавшие газы вследствие большой разницы между давле­ нием в цилиндре (3—4,5 кг!см2) и атмосферным давлением на­ чинают с огромной скоростью вытекать из цилиндра. Такой про­ цесс истечения газов называется свободным выпуском. В точке

7, когда поршень не дошел до н. м. т. на расстояние, соответ­ ствующее обороту коленчатого вала на 52°, открываются проду­

вочные окна (п. о.). В первый момент открытия продувочных

окон давление в цилиндре выше давления продувочного воз­ духа. Но, так как отработавшие газы выходят через выпускные окна с большой скоростью, они по инерции продолжают выте-

кать, не устремляясь в продувочные окна. Как только давление в цилиндре падает примерно до 1,1 кг!см2, свежий воздух начи­ нает поступать в цилиндр, вытесняя оставшиеся там отработав­

шие газы. Процесс удаления газов из цилиндра под давлением продувочного воздуха называется принудительным выпуском.

Заполнение цилиндра свежим воздухом и очистка от отработав­ ших газов происходят одновременно и продолжаются до тех пор, пока поршень, двигаясь от н. м. т. к в. м. т., не закроет своей верхней кромкой продувочные окна (точка /). После за-

Рис11. Индикаторная диаграмма и диаграмма газораспреде­ ления двухтактного дизеля.

крытия продувочных окон происходит частичное вытеснение свежего воздуха из рабочего цилиндра до тех пор, пока не за­ кроются выпускные окна (точка 2). Во время выпуска и про­ дувки давление в цилиндре выше атмосферного. Температура газов при выходе из выпускных окон 200—400° С.

Карбюраторные двигатели. Карбюраторные двигатели, как правило, делаются четырехтактными. При такте сжатия в кар­

бюраторном двигателе сжимается не чистый воздух, как у ди­

зеля, а готовая горючая смесь, подготовленная в специальном приборе — карбюраторе. Важно, чтобы при сжатии температура смеси не поднималась выше температуры ее самовоспламене­ ния, так как в этом случае смесь может сгореть раньше вре­ мени, когда поршень пройдет только часть своего хода при такте сжатия. Поэтому величина степени сжатия у карбюратор­ ного двигателя обычно не выше 4,5—6.

Для своевременного воспламенения горючей смеси карбюра­ торный двигатель снабжают запальной свечей, которая располо­

жена в крышке цилиндра. Запальная свеча представляет собой

20

специальное приспособление, через которое в строго определен­ ный момент (в конце такта сжатия) от источника тока (аккуму­ лятор, магнето) проскакивает искра. В остальном схема работы четырехтактного карбюраторного двигателя аналогична схеме четырехтактного дизеля.

На рис. 12 изображена действительная индикаторная диа­ грамма карбюраторного двигателя.

Линия 1—2 — впуск. В цилиндр через впускной клапан вса­ сывается горючая смесь, приготовленная в карбюраторе. Из-за сопротивления впускной системы линия впуска проходит ниже

давления (линия 4—5). В точке 5 начинается выпуск отработав­ ших газов, продолжающийся до точки 1. Температура газов

в конце выпуска 500—700° С, давление 0,2—0,3 кг/см2.

Ввиду того, что сгорание горючей смеси в карбюраторном двигателе происходит почти мгновенно (при постоянном объеме),

описанный рабочий цикл получил название цикла быстрого сгорания.

Фазы газораспределения карбюраторных двигателей в основ­ ном аналогичны фазам газораспределения четырехтактных ди­ зелей. Характерной особенностью газораспределения карбюра­ торных двигателей является то, что перекрытия клапанов у них по возможности стараются не делать, чтобы рабочая смесь, по­ ступающая в цилиндр, не вопламенялась и не сгорала прежде­

временно, соприкоснувшись с горячими отработавшими газами,

21

что влечет за собой повышенный расход топлива. Только у бы­ строходных двигателей, где время на впуск и выпуск отводится очень мало, делается перекрытие клапанов.

Калоризаторные двигатели. Особый вид двигателей пред­ ставляют собой калоризаторные двигатели или полудизели. В калорнзаторном двигателе воспламенение горючей смеси, об­ разующейся внутри цилиндра, происходит посредством раска­ ленного запального шара — калоризатора. Калоризаторные двигатели, как правило, строятся двухтактными и имеют низкую

степень сжатия. Запальный шар во время работы двигателя сильно на­

гревается. Струя топлива, впрыски­

ваемая форсункой, попадает на рас­ каленную поверхность калоризато­

Рис. 13. Схема калоризаторРис. 14. Индикаторная диаграмма ного двигателя. калоризаторного двигателя.

ра и воспламеняется. На рис. 13 изображена схема калоризатор­

вается снаружи нагревательной лампой 4 до вишнево-красного

цвета.

Калоризаторные двигатели, или полудизели, с давлением в ци­ линдре при сжатии 5—8 атм имеют степень сжатия 4—5.

в этих двигателях применяется специальное запальное устрой­ ство, состоящее из проволочной спирали, по которой пропу­ скается электрический ток. Таким образом, первые вспышки по­

лучаются за счет запального устройства, а затем топливо вос­

22

пламеняется от калоризатора. Такие калоризаторные двига­ тели, приближаясь по экономичности к дизелям, отличаются простотой конструкции и невысокой стоимостью, что является их преимуществом.

Работают калоризаторные двигатели по циклу, близкому к циклу быстрого сгорания. На рис. 14 изображена индикатор­ ная диаграмма такого двигателя.

Точка 1 — начало сжатия. Поршень, двигаясь к в. м. т., пе­ рекрыл продувочные и выпускные окна. Цилиндр заполнен воз­ духом, смешанным из-за несовершенства продувки с остатками отработавших газов. Давление в цилиндре в начале сжатия равно примерно 0,05 кг1см*.

Точка 2 — конец сжатия и начало сгорания. Давление в точке 2 равно 5—15 кг/см2, температура 300—400° С.

Точка 3 — конец сгорания. В связи с тем, что топливо в ци­ линдр калоризаторного двигателя впрыскивается очень рано — за 90—120° до в. м. т., т. е. тогда, когда поршень не проходит и

половины своего хода по такту сжатия, оно успевает хорошо пе­ ремешаться с воздухом и нагреться. Хорошо подготовленная горючая смесь, соприкасаясь с раскаленным калоризатором, воспламеняется и моментально сгорает с резким повышением давления. Давление в точке 3 равно 15—25 кг/см2, температура

1300—1500° С.

Точка 4 — конец расширения и начало свободного выпуска. Давление в точке 4 равно 2,5—3,5 кг/см2, температура 600—

800° С.

Точка 5 — начало продувки. Температура и давление газов

в цилиндре во время продувки почти не изменяются. Давление равно 0,05 к,г]см2, температура 200—400° С.

Точка 6 — конец продувки.

Таким образом, рабочий цикл калоризаторного двигателя отличается от цикла двухтактного дизеля только процессом сго­

рания. Процессы сжатия, расширения, продувки и выпуска у ка­ лоризаторного двигателя аналогичны этим же процессам двух­

тактного дизеля.

Фазы газораспределения калоризаторных двигателей тоже ничем не отличаются от соответствующих фаз двухтактных ди­ зелей.

§5. СРАВНЕНИЕ ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ

ИДВУХТАКТНЫХ Д. В. С.

Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два

хода поршня, чему соответствует один оборот коленчатого вала. В четырехтактном двигателе рабочий цикл совершается за че­ тыре хода поршня, чему соответствуют два оборота коленчатого вала; во время тактов впуска и выпуска двигатель работает, как

воздушный насос. Следовательно, у двухтактного двигателя ра­ бочий объем цилиндра используется в два раза больше (в два

23

Одна и та же работа может быть совершена за различный

промежуток времени в зависимости от числа оборотов двига­

теля, поэтому для сравнения величины работы на разных режи­

мах вводится понятие мощности. Мощность — это работа, совер­ шаемая за 1 сек. В технике мощность принято выражать в ло­ шадиных силах. Мощность в одну лошадиную силу (л. с.) равна работе в 75 кгм, совершаемой за 1 сек.

В двигателях различают индикаторную и эффективную мощ­

ность. Мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя, называется индикаторной мощностью Nt. Эффективной назы­ вается мощность, измеряемая на валу двигателя Ne, т. е. мощ­ ность, которая передается гребному валу или электрогенера­ тору. Эффективная мощность всегда меньше индикаторной на величину мощности, затрачиваемой на преодоление различных сопротивлений внутри двигателя. Эта мощность, называемая

мощностью механических потерь Nm, идет на преодоление тре­ ния между стенками цилиндра и поршневыми кольцами, трения в подшипниках и т. д.:

Nm = Nt-Ne.

Для оценки полезного использования индикаторной мощно­ сти служит механический коэффициент полезного действия

(к. п. д.). Механический к. п. д. т\т определяют по формуле

Механический коэффициент полезного действия всегда мень­ ше единицы. Величина его для двигателей внутреннего сгорания колеблется в пределах 0,75—0,85. Величина механического к. п. д. зависит от типа двигателя, его конструкции, способа смазки, качества обработки и пригонки движущихся деталей, числа оборотов двигателя, степени сжатия, развиваемой мощ­ ности и т. д. Кроме того, на величину к. п. д. большое влияние

оказывает качество эксплуатации и ухода за двигателем.

Кроме механического к. п. д., характеризующего использова­

ние механической энергии, важное значение имеет характери­ стика теплоиспользования в двигателе, выясняющая, какое количество тепла, получаемое при сгорании в цилиндрах двига­

теля, используется для создания полезной работы. Характери­ стику теплоиспользования представляет тепловой баланс, кото

рый составляется следующим образом:

тепло, выделившееся при сгорании 1 кг топлива в цилиндрах

двигателя, Q — 100%;

тепло, превращенное в полезную работу, q\ = 32% (в сред­

нем);

тепло, уходящее с отработавшими газами, q% = 28%; тепло, уносимое охлаждающей родой, 73 = 30%;

25

тепло, израсходованное на преодоление механических потерь

(трение), <74 = 8%;

тепло, затрачиваемое на прочие потери (неполноту сгорания

Отношение количества тепла, превращаемого в действитель­ ную работу в цилиндре двигателя, (ср %- 94) ко всему теплу (Q), введенному в цилиндр, называется индикаторным коэффициен­ том полезного действия:

7] = +

Q

Индикаторный к. п. д. колеблется в пределах 0,2—0,45. По индикаторному к. п. д. можно оценить степень совершенства

рабочего цикла двигателя.

Отношение тепла, превращенного в полезную (эффективную) работу, (91) ко всему подведенному теплу (Q), называется эф­ фективным к. п. д.:

Если индикаторный к. п. д. учитывает только тепловые по­ тери, а механический к. п. д.— только механические потери, то

эффективный к. п. д. учитывает все потери в двигателе (как теп­ ловые, так и механические), он определяется по формуле

Эффективный к. п. д. для различных типов двигателей состав­

ляет 0,15—0,41. Это говорит о том, что в двигателях используется только 15—41% тепла, а остальное уходит с отработавшими

газами, с охлаждающей водой, идет на преодоление механиче­ ских и прочих потерь.

Одним из основных показателей экономичности работы дви­ гателя является удельный расход топлива. Удельным расходом топлива называется потребление двигателем топлива в кило­ граммах в час на единицу мощности, т. е. на одну индикаторную или эффективную лошадиную силу. Например, если двигатель развивает мощность 150 э.л.с. и расходует 27 кг топлива в час, то удельный расход будет 27 : 150 = 0,18 кг!э.л.ся. = 180 г/э.л.с.ч.

На величину удельного расхода топлива значительно влияет степень сжатия. Чем больше степень сжатия, тем меньше удель­ ный расход топлива. Поэтому у дизелей удельный расход топли­ ва значительно меньше, чем у карбюраторных двигателей; ди­

зели более экономичны.

26

ГЛАВА II

КОНСТРУКЦИИ ГЛАВНЫХ НЕПОДВИЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

§ 7. РАБОЧИЕ ЦИЛИНДРЫ

Часть двигателя, где происходят сгорание топлива и расши­

рение рабочих газов, называется 'цилиндром. Рабочий цилиндр

является основной, весьма ответственной частью двигателя. Внутри цилиндра совершается рабочий цикл, в течение которого резко изменяются давление и температура рабочего тела, по­ этому цилиндр должен обладать достаточной прочностью и же­ сткостью.

Во время работы двигателя цилиндры охлаждают, чтобы не происходило заедания поршня и выгорания масла вследствие высокой температуры стенок цилиндров. Для этого цилиндры делают с двойными стенками, между которыми непрерывно цир­ кулирует охлаждающая вода, отводя от них избыточное тепло.

Вследствие того что внутренняя (рабочая) стенка цилиндра нагревается больше наружной, расширение обеих стенок про­ исходит неравномерно. Это может вызвать трещины. Поэтому для обеспечения свободного расширения при нагреве внутрен­ них стенок цилиндры в большинстве случаев делают из двух отдельных частей — наружной, называемой рубашкой, и встав­ ной внутренней, называемой рабочей втулкой. Пространство

между рубашкой и втулкой называется зарубашечным про­ странством.

Устройство цилиндра со вставной втулкой четырехтактного

судового дизеля приведено на рис. 15.

Рубашку цилиндра 2 отливают обычно из чугуна или легкого сплава. Рабочую втулку 3 изготовляют из чугуна повышенной твердости или, как у некоторых быстроходных дизелей, из стали. Внизу рубашка имеет фланец 6 для установки на ста­

нине. В верхней части рубашки делают расточку, в которую входит буртик вставной втулки, служащий для центровки и уп­ лотнения. В цизу рубашки цилиндра имеется отверстие 4, к ко-

28