Циклы 4-х тактных двигателей
Я, как будущий моряк, хочу больше узнать о таком профильном предмете как СЭУ и о работе двигателя в частности поэтому я и выбрал эту тему и этот предмет для своей работы. Я также хотел бы лучше изучить и рассмотреть данный вопрос, а точнее циклы 4-х тактных двигателей.
Начать рассмотрение общей истории 4-х тактных двигателей, необходимо с истории создания двигателя Отто.
Четырехтактный двигатель впервые был запатентован Алфоном де Роше в 1861 году. До этого около 1854-1857 годов два итальянца (Евгенио Барсанти и Феличе Матоцци) изобрели двигатель, который, по имеющейся информации, мог быть очень похож на четырехтактный двигатель, однако тот патент был утерян. Первым человеком, построившим первый практически используемый четырехтактный двигатель, был немецкий инженер Николаус Отто. Поэтому четырехтактный цикл известен как цикл Отто, а четырехтактный двигатель, использующий свечи зажигания, называется двигателем Отто.
Необходимо отметить, что первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на тяжелом нефтяном топливе, был построен американцем Байтоном в 1874 г. Однако создание двигателя, "работающего на тяжелом нефтяном топливе", неразрывно связано с именем Рудольфа Дизеля. Свой первый патент Рудольф Дизель получил в 1892 г. в Берлине. Затем он построил свой первый двигатель, работающий на угольной пыли, которая подавалась струей воздуха. Однако этот двигатель его не удовлетворил.
Идеальный цикл Отто состоит из адиабатического сжатия, сообщения теплоты при постоянном объеме, адиабатического расширения и отдачи теплоты при постоянном объеме.
В практическом четырехтактном цикле Отто имеются также изобарическое сжатие (выхлоп) и изобарическое расширение (впуск), которые обычно не рассматриваются, так как в идеализированном процессе они не играют роли ни в сообщении рабочему газу теплоты, ни в совершении газом работы. Современный дизель представляет собой сложную тепловую машину, состоящую из определенных групп деталей, механизмов, систем и устройств. Современный двигатель состоит из неподвижных деталей двигателя, которые называются остовом дизеля, КШМ - служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательные движения коленвала, КШМ состоит из следующих деталей: поршень с пальцем, шатун, коленвал, кольца. Механизм газораспределения - служит для организации обмена процесса газообмена в дизелях.
Механизм наддува служит для принудительной подачи воздуха в цилиндр двигателя. Топливные системы дизелей служат для подачи топлива в цилиндры двигателя. Смазочные системы двигателей служат для подачи масла к трущимся деталям для уменьшения силы трения при работе двигателя и отвода тепла.
Системы охлаждения - служат для отвода тепла при работе двигателя. Системы реверса и механизмы реверса - служат для изменения направления вращения коленвала дизеля или для изменения направления вращения гребных винтов. Газоотводные системы дизеля служат для отвода выхлопных газов дизеля в атмосферу. Системы контроля параметров за работой дизеля - служат для измерения основных параметров дизеля при его работе. Системы управления дизелем служат для выпуска, регулирования частоты вращения, реверсирования и остановки дизеля. Системы ДУ и ДАУ - служат для дистанционного, автоматизированного управления дизелем.
Остов представляет собой совокупность неподвижных деталей, соединненых между собой и образующих корпус двигателя, на котором располагаются все устройства и механизмы дизеля.
Остов двигателя состоит из следующих деталей: фундаментальная рама - служит для размещения коленвала двигателя, для образования ванны для масла, для закрепления дизеля на судовом фундаменте. Фундаментальная рама является основанием всего двигателя.
Станина - служит для образования картерного пространства двигателя, в котором вращается коленвал. Станина ставится на фундаментную раму и скрепляется с ней с помощью болтов. Сверху станины устанавливается блок цилиндров и скрепляется с помощью анкерных связей. Блок цилиндров служит для размещения цилиндровых втулок, для размещения поршней и для образования пространства.
Крышки цилиндров - служат для образования камер сгорания и для размещения клапанов двигателя, если крышка цилиндров является общей на все цилиндры или общей на 2 цилиндра, то такие крышки называются головками. Детали остова судовых ДВС соединяются между собой болтами, шпильками и с помощью анкерных связей.
Анкерная связь - это длинный болт с резьбой на обоих концах, предназначенный для скрепления фундаментальной рамы и блок-картера. Анкерные связи применяются не на всех дизелях, и их применение связано с обеспечением общей жесткости остова двигателя.
Цикл 4-х тактного двигателя.
Цикл Отто (индикаторная диаграмма).
В 4-х тактных ДВс полный рабочий цикл совершается за два оборота и за 4 хода поршня. При работе ДВС в цилиндре происходит ряд последовательных процессов, которые обеспечивают работу двигателя.
Рабочий цикл складывается из 4-х последовательных тактов: 1-впуск, 2 - сжатии е, 3 - рабочий ход, 4 - выхлоп. Совокупность строго определенных и последовательных тактов, происходящих в цилиндре двигателя называется рабочим циклом.
Такт - это есть процесс, происходящий в цилиндре двигателя за 1 ход поршня. Для того, чтобы лучше уяснить процессы, происходящие в цилиндре двигателя, строят индикаторную диаграмму. Она строится в координатах оси РV, где Р - ось давления, V - ось объема. Индикаторная диаграмма 4-х тактного дизеля показывает, как изменяется давление газа в цилиндре в зависимости от хода поршня. Ро - атмосферное давление:
- 1 такт. Впуск. При движении поршня от В. М.Т. до Н. М.Т. при открытом всасывающем клапане свежий воздух поступает в цилиндр двигателя и происходит процесс наполнения - впуск свежего заряда воздуха; 2 такт. Сжатие. При сжатии поршень перемещается от Н. М.Т. до В. М.Т. и сжимает свежий заряд воздуха, в результате чего его давление и температура повышаются; 3 такт. Рабочий ход. После того, как сгорело 60% впрыснутого топлива и давление цилиндра резко повысилось, поршень двигается от В. М.Т. до Н. М.Т. и происходит рабочий ход; 4 такт. Выхлоп. С приходом поршня в Н. М.Т. открывается выхлопной клапан и происходит процесс выхлопа.
Идеализированный цикл Отто, показанный в координатах давление (Р) и объем (V): такт впуска (A), представляющий собой изоборическое расширение, за ним следует такт сжатия (B), представляющий собой адиабатический процесс. Далее следуют сжигание топлива, которое является изохорическим процессом, и адиабатическое расширение, характеризующие такт рабочего хода (C). Цикл завершается изохорическим процессом и изобарическим сжатием, характеризующими такт выпуска (D). TDC - верхняя мертвая точка, BDC - нижняя мертвая точка.
Первый такт начинается с наполнение цилиндра воздухом. Поршень движется от ВМТ к НМТ. Через впускной клапан 1 компрессор (К), приводимый газовой турбиной (ГТН), подает воздух в цилиндр под давлением 0,14-0,30 Мпа.
В двигателе без наддува воздух поступает из атмосферы за счет всасывающего действия поршня. Для улучшения наполнения цилиндра воздухом впускной клапан открывается с опережением до прихода поршня в ВМТ, а закрывается - после НМТ.
Угол опережения открытия клапана 50-80° п. к. в. (поворота коленчатого вала) до ВМТ обеспечивает достаточное проходное сечение под клапаном к моменту начала движения поршня вниз и последующую продувку камеры сжатия по окончании выхлопа. Угол запаздывания закрытия клапана 30-60° п. к. в. за НМТ обеспечивает дозарядку цилиндра воздухом за счет инерции его потока, движущегося во впускном трубопроводе с большой скоростью (до 70 мс). Параметры воздуха в цилиндре в конце наполнения 0,13-0,29 Мпа и 38-52°С.
Второй такт это сжатие воздуха, подача и самовоспламенение топлива. Поршень движется от НМТ к ВМТ. Процесс сжатия начинается с момента закрытия впускного клапана и заканчивается в ВМТ. Параметры сжатия 4-2 Мпа Температура 530-900°С.
В конце процесса сжатия в цилиндр через форсунку под давлением 20-200 Мпа начинает подаваться топливо. Угол опережения подачи топлива 2-30° (в зависимости от частоты вращения двигателя) необходим для осуществления физико-химических процессов подготовки топлива к самовоспламенению в среде сжатого, нагретого воздуха и начала его сгорания при положении поршня в районе ВМТ.
Третий такт это догорание топлива и расширение продуктов сгорания (рабочий ход). В начале такта происходит интенсивное сгорания топлива с выделением большого количества тепла, давление и температура смеси продуктов сгорания и воздуха, несмотря на увеличение объема цилиндра в связи с начавшимся движением поршня вниз резко растут. В определенной точке давление достигает максимума и составляет 9-16 МПа а, температура 1600-2000°С. Подача топлива заканчивается по прошествии, но сгорание еще продолжается и в зависимости от скорости процесса сгорания, зависящего от качества распыливания топлива, смесеобразования и наличия избытка воздуха, завершается через 40 и более градусов п. к. в. В некоторых случаях не исключено догорание в самом конце расширения газов вплоть до открытия выпускного клапана. Параметры в конце расширения. 0,3-0,9 МПа и температура 630-950°С.
Четвертый такт - выпуск газов начинается до НМТ. Угол опережения открытия выпускного клапана 40-60° п. к. в. до НМТ обеспечивает увеличение энергии газов, отбираемых на привод газотурбонагнетателя и совершенствование очистки цилиндра от продуктов сгорания. Но, в тоже время, раннее открытие выпускного клапана уменьшает полезную работу газов в цилиндре. Процесс выпуска газов продолжается в течение всего хода поршня вверх и заканчивается после перехода им ВМТ через40-60° пкв (поворота коленчатого вала). Угол поворота вала, в течение которого открыты одновременно впускной и выпускной клапаны, называется углом перекрытия клапанов. Перекрытие обеспечивает хорошую продувку камеры сжатия и охлаждение ее стенок свежим воздухом.
Круговая диаграмма.
Рассматриваемая круговая диаграмма показывает теоретический (расчетный) цикл, где приняты допущения, т. е., такты начинаются и заканчиваются в мертвых точках, поршень находится в ВМТ, камера сгорания заполнена остатками отработавших газов.
Рассматриваемая круговая диаграмма показывает теоретический (расчетный) цикл, где приняты допущения, т. е., такты начинаются и заканчиваются в мертвых точках, поршень находится в ВМТ, камера сгорания заполнена остатками отработавших газов. В реальных двигателях моменты открытия и закрытия клапанов начинаются и заканчиваются не в мертвых точках положения поршня, а с определенным смещением, что наглядно видно на круговой диаграмме газораспределения. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала (п. к. в.) называют фазами газораспределения. Оптимальные углы открытия и закрытия клапанов, а также начала подачи топлива определяются экспериментальным путем при испытании опытного образца на стенде завода-изготовителя. Все углы (фазы) указываются в формуляре двигателя. К моменту поступления заряда воздуха в цилиндр двигателя открывается всасывающий клапан. Точка 1 соответствует положению кривошипа в момент открытия клапана. Для лучшего наполнения цилиндра воздухом всасывающий клапан открывается до ВМТ и закрывается после перехода поршнем НМТ на угол равный 20-40° п. к. в., который обозначается как угол опережения и запаздывания впускного клапана. Обычно угол п. к. в. соответствует процессу впуска равного 220-240°. Когда клапан закрывается наполнение цилиндра заканчивается и кривошип занимает положение, соответствующее точке (2). После процесса сжатия для самовоспламенения топлива требуется время на его нагревание и испарение. Такой промежуток времени называется периодом задержки самовоспламенения. Поэтому впрыск топлива производится с некоторым опережением до момента прихода поршня в ВМТ на угол 10-35° п. к. в.
Круговая диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания отображает моменты открытия и закрытия впускных, выпускных клапанов и момент начала подачи топлива, а круговая диаграмма фаз газораспределения двухтактного двигателя отображает как моменты открытия, так и моменты закрытия выпускных и продувочных окон в цилиндрах двухтактного двигателя.
Двигатель реверс дизель
Круговая диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя внутреннего сгорания отображает моменты открытия и закрытия впускных, выпускных клапанов и момент начала подачи топлива;а круговая диаграмма фаз газораспределения двухтактного двигателя отображает как моменты открытия, так и моменты закрытия выпускных и продувочных окон в цилиндрах двухтактного двигателя.
Угол между направлением кривошипа и осью цилиндра в момент начала впрыска топлива называют углом опережения подачи топлива. УОПТ отсчитывается от начала подачи до ВМТ и зависит от системы подачи, сорта топлива и частоты вращения вала двигателя. УОПТ у дизелей бывает от 15 до 32° и имеет большое значение на работу ДВС.
Очень важно определить оптимальный угол опережения подачи, который должен соответствовать значению завода-изготовителя, указанному в паспорте двигателя. Оптимальный УОПТ имеет большое значение для нормальной работы двигателя и его экономичности. При правильном регулировании горение топлива должно начинаться до прихода поршня в ВМТ на 3-6° п. к. в. Наибольшее давление Pz, равное расчетному, достигается когда поршень перейдет ВМТ на угол 2-3° п. к. в. (см."Фазы горения"). При увеличении УОПТ период задержки самовоспламенения (I-я фаза) увеличивается и основная масса топлива сгорает в момент перехода поршнем ВМТ. Это приводит к жесткой работе дизеля, а также к повышенному износу деталей ЦПГ и КШМ. Уменьшение УОПТ ведет к тому, что основная часть топлива поступает в цилиндр при переходе поршнем ВМТ и горит в большем объеме камеры сгорания. Тем самым уменьшается цилиндровая мощность двигателя. После процесса расширения для уменьшения затрат на выталкивание отработавших газов поршнем производится открытие выпускного клапана с опережением до прихода поршнем в НМТ на угол равный 18-45° п. к. в., который называют углом опережения открытия выпускного клапана. Точка. Для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания выпускной клапан закрывается после перехода поршнем ВМТ на угол запаздывания равный 12-20° п. к. в., соответствующей точке на круговой диаграмме. Однако, из диаграммы видно, что всасывающий и выпускной клапана некоторое время находятся одновременно в открытом положении. Такое открытие клапанов называют углом перекрытия фаз клапанов, который составляет в сумме 25-55° п. к. в.
Выводы
Четырех тактный двигатель в настоящем времени широко используется на судах морского флота. Четырех тактные двигатели широко используют в качестве главных и второстепенных.
В качестве главных главных они используются на судах с малым размером МО. Это суда типа: костеры, РО-РО и другие. А также в качестве судовых вспомогательных двигателей (генераторов).
Похожие статьи
-
Топливо для двигателей с искровым зажиганием. Требования к ним - Эксплуатационные материалы
. По этим характеристикам можно устанавли-вать вид топлива, обеспечение им соответствующего сме-сеобразования, характер его сгорания, устойчивость к...
-
Основная цель курсовой работы Основной целью курсовой работы является анализ работы судовой энергетической установки при заданных условиях эксплуатации,...
-
Система питания предназначена для приготовления и подачи к цилиндрам горючей смеси, а так же для регулирования ее количества и состава; она включает в...
-
Данные по эксплуатационным характеристикам судна Среднее расстояние, проходимое судном за рейс, L: L ? 2309,00 миль - задано по условию. Годовая...
-
Естественные скоростная и механическая характеристики. Рассмотрим более подробно характеристики двигателя параллельного возбуждения, которые определяют...
-
Диагностика технического состояния системы питания. - Система питания карбюравторных двигателей
Техническое состояние системы питания можно определить путем замера расхода бензина и сопоставления его с контрольным расходом по содержанию окисли...
-
Камерные двигатели., Расчет камерных двигателей - Пневматические двигатели
В этом двигателе зажимное усилие создается резиновой камерой, раздуваемой сжатым воздухом. Под давлением воздуха камера, вложенная в полость в корпусе...
-
Краткое описание работы механизмов мотоцикла Двигатель мотоцикла является четырехтактным двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания. Схема...
-
Рис. 3.3. Схема замещения фазы асинхронного двигателя Полное сопротивление разветвления: Z R '( S ) = R R '( S ) + j* X R '( S ). Полное сопротивление...
-
Первые промышленные двигатели - Паровые машины
Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения полезных задач. Первым примененным на производстве паровым двигателем...
-
Ток якоря двигателя определяется формулой (29.2). Если принять U и неизменными, то ток Iа зависит от противо-ЭДС Еа. Наибольшего значения ток Iа...
-
Тормозные режимы работы - Асинхронный двигатель
Работа многих производительных механизмов состоит из трех этапов: пуска в ход, технологической операции и торможения. После отключения двигателя...
-
Как уже отмечалось в современных условиях, для организации ремонта двигателя ЯМЗ-240 рекомендуется не обезличенный поточный способ ремонта, при котором...
-
Корпус 7 статора сваренный из листовой стали, неразъемный. Сегменты сердечника 6 статора набраны на шпильки 5, которые вставлены в отверстия в торцевых...
-
В результате работы над дипломным проектом была изучена история развития ОАО "Малмыжский завод по ремонту дизельных двигателей", архивные материалы,...
-
Ответственность за создание здоровых и безопасных условий труда для работников моторного цеха несут начальник цеха и мастер отделения. Рабочие,...
-
Расчет переходных процессов проводим по выражениям: , , , Где МНач, IНач, щНач - начальные значения соответственно момента, тока и скорости; МКон, IКон,...
-
Нагрузка кранов, как правило, изменяется в широких пределах: для механизмов подъема - от 0,12 до 1,0 а для механизмов передвижения - то 0,5 до 1,0...
-
Диэфиры используются в гидроприводах турбовинтовых двигателей. - Рабочие жидкости для гидросистем
Силоксаны И Полисилоксаны - жидкости на основе кремний - органических полимеров. Они имеют наиболее пологую из всех рабочих жидкостей...
-
Система наддува двигателей серии S50-98MC состоит из газотурбонагнетателя, воздухоохладителя, продувочного ресивера и выхлопного коллектора. Для...
-
Способы управления шаговым двигателем - Разработка стенда управления шаговым двигателем
Волновая и фазовая коммутация фаз Первый способ обеспечивается попеременной коммутации фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена...
-
Классификация шаговых двигателей - Разработка стенда управления шаговым двигателем
Биполярные и униполярные шаговые двигатели Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля...
-
При реактивном характере нагрузки производственного механизма примем вид торможения - динамическое. Расчет механической характеристики при динамическом...
-
Данные для построения: NМ1 =-35 об/мин - частота вращения в 1 рабочей точке; T1 = 20 с - время работы в 1 точке; NМ2 = 95 об/мин - частота вращения в 2...
-
Под методом ремонта принято понимать способы и приемы организации ремонтного производства с расчленением и специализацией ремонтных работ по отдельным...
-
Пуск асинхронных двигателей - Асинхронный двигатель
Для пуска двигателя его обмотку статора подключают к трехфазной сети с помощью выключателя. После включения выключателя происходит разгон двигателя....
-
Диафрагменные двигатели (пневмокамеры) - Пневматические двигатели
Диафрагменный пневматический двигатель представляет собой замкнутую камеру, разделенную эластичной диафрагмой на две изолированные друг от друга полости....
-
Построение внешней скоростной характеристики двигателя - Тяговый расчет Урала 4320
Автомобиль движется под воздействием на него сил и моментов, которые разделяют на движущие и оказывающие сопротивление движению. Основной движущей силой...
-
Общая характеристики вопроса. Прямой пуск. При рассмотрений возможных способен пуска и ход асинхронных двигателей необходимо учитывать следующие основные...
-
РЕМОНТ УСТРОЙСТВО - Система питания карбюравторных двигателей
Основные неисправности системы питания заключаются в образовании богатой и бедной смеси. Богатая горючая смесь образуется, из-за недостатка воздуха...
-
Механическая характеристика асинхронного двигателя - Асинхронный двигатель
Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента, развиваемого двигателем при...
-
В этом двигателе обмотка возбуждения включена последовательно в цепь якоря (рис. 29.9, а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки. При...
-
Приборы подачи и очистки топлива. - Система питания карбюравторных двигателей
Воздушный фильтр. Топливный бак имеет заливную горловину, а так же внутренние перегородки для устранения резких перемещений топлива и датчик указателя...
-
Блок управления реверсивным двигателем
Блок управления реверсивным двигателем В настоящее время практически невозможно указать какую-то отрасль науки и производства, в которой бы не...
-
Электрическим двигателям называется машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Применяемые в настоящее время двигатели могут быть...
-
Расчет подчиненного регулирования скорости двигателя постоянного тока
Цель и задачи расчетно-графической работы. В соответствии с кинематической схемой исполнительного механизма (рис. 1) и заданным вариантом требуется: 1)...
-
Аннотация В статье в общем виде разработан расчетно-экспериментальный метод исследования косвенного измерения толщины слоя нагара на поверхностях камер...
-
Стабилизация тока и скорость спада тока - Разработка стенда управления шаговым двигателем
Для регулировки момента требуется регулировать силу тока в обмотках. В любом случае, ток должен быть ограничен, чтобы не превысить рас-сеиваемую мощность...
-
Способы изменения направления тока - Разработка стенда управления шаговым двигателем
При работе шагового двигателя требуется изменение направления маг-нитного поля независимо для каждой фазы. Изменение направления магнит-ного поля может...
-
Статор имеет 24 паза, в которые вкладываю пусковую и рабочую обмотку, состоящие из 4 катушечных групп по три катушки. Схема обмотки двухслойная...
Циклы 4-х тактных двигателей