Бензиновый двигатель

давлений, которую выполняет тепловое расширение, и ради которой это явление

применяют в различных  технологиях и в частности  в ДВС. Именно этому явлению я

хочу уделить  внимание в следующей главе.

    

Глава II.

  

ТЕПЛОВОЕ  РАСШИРЕНИЕ 

Тепловое расширение - изменение размеров тела в процессе его изобарического

нагревания (при  постоянном давлении). Количественно  тепловое расширение

характеризуется температурным коэффициентом объемного  расширения

B=(1/V)*(dV/dT)p, где V - объем, T - температура, p - давление. Для большинства

тел B>0 (исключением  является, например, вода, у которой  в интервале

температур от 0 C до 4 C B<0). Для идеального газа B=1/T, у жидкостей и

твердых тел зависимость B от T значительно слабее. Для твердых  тел наряду с B

вводят температурный  коэффициент линейного расширения a, равный отношению

относительного  изменения длины тела вдоль рассматриваемого направления при

изобарическом нагревании тела к приращению температуры: a=(1/l)*(dl/dT)p, где

l - длина тела. Для изотропных тел B=3a .

    

Области применения теплового  расширения 

Тепловое расширение нашло свое применение в различных современных

технологиях. В частности можно сказать о применении теплового расширения газа

в теплотехники. Так, например, это явление применяется  в различных тепловых

двигателях, т.е. в  двигателях внутреннего и внешнего сгорания: в роторных

двигателях, в реактивных двигателях, в турбо реактивных двигателях, на

газотурбинных установках, двигателях Ванкеля, Стирлинга, ядерных силовых

установках. Тепловое расширение воды используется в паровых турбинах и т.д.

Все это в свою очередь нашло широкое распространение  в различных отраслях

народного хозяйства .Например, двигатели внутреннего сгорания наиболее широко

используются на транспортных установках и сельскохозяйственных машинах. В

стационарной энергетике двигатели внутреннего сгорания широко используются на

небольших электростанциях, энергопоездах и аварийных энергоустановках. ДВС

получили большое  распространение также в качестве привода компрессоров и

насосов для подачи газа, нефти жидкого топлива и  т.п. по трубопроводам, при

производстве разведочных работ, для привода бурильных установок при бурении

скважин на газовых  и нефтяных промыслах. Турбореактивные  двигатели широко

распространены  в авиации. Паровые турбины - основной двигатель для привода

электрогенераторов  на ТЭС. Применяют паровые турбины  также для привода

центробежных воздуходувок, компрессоров и насосов. Существуют даже паровые

автомобили, но они  не получили распространения из-за конструктивной

сложности.

Тепловое расширение применяется также в различных  тепловых реле, принцип

действия которых основан на линейном расширении трубки и стержня,

изготовленных из материалов с различным температурным  коэффициентом линейного

расширения.

    

Глава III

  

ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО  СГОРАНИЯ 

Как было выше сказано, тепловое расширение применяется в  ДВС. Но каким

образом оно применяется  и какую функцию выполняет мы рассмотрим на примере

работы поршневого ДВС. Двигателем называется энергосиловая машина,

преобразующая какую-либо энергию в механическую работу. Двигатели, в которых

механическая работа создается в результате преобразования тепловой энергии,

называются тепловыми. Тепловая энергия получается при  сжигании какого-либо

топлива. Тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива,

сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию,

называется поршневым  двигателем внутреннего сгорания. (Советский

энциклопедический словарь)

    

Классификация ДВС 

Как было выше сказано, в качестве энергетических установок  автомобилей

наибольшее распространение  поучили ДВС, в которых процесс сгорания топлива с

выделением теплоты  и превращением ее в механическую работу происходит

непосредственно в цилиндрах. Но в большинстве  современных автомобилей

установлены двигатели  внутреннего сгорания, которые классифицируются по

различным признакам: По способу смесеобразования - двигатели  с внешним

смесеобразованием, у которых горючая смесь приготовляется вне цилиндров

(карбюраторные  и газовые), и двигатели с внутренним  смесеобразованием

(рабочая смесь  образуется внутри цилиндров)  -дизели; По способу осуществления

рабочего цикла - четырехтактные и двухтактные; По числу цилиндров -

одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые; По расположению

цилиндров - двигатели  с вертикальным или наклонным  расположением цилиндров в

один ряд, V-образные с расположением цилиндров под  углом (при расположении

цилиндров под  углом 180 двигатель называется двигателем с противолежащими

цилиндрами, или  оппозитным); По способу охлаждения - на двигатели с

жидкостным или  воздушным охлаждением; По виду применяемого топлива -

бензиновые, дизельные, газовые и многотопливные ;По степени сжатия. В

зависимости от степени  сжатия различают

двигатели высокого (E=12...18) и низкого (E=4...9) сжатия; По способу

наполнения цилиндра свежим зарядом:а) двигатели без наддува, у которых впуск

воздуха или горючей  смеси осуществляется за счет разряжения в цилиндре при

всасывающем ходе поршня;) двигатели с наддувом, у  которых впуск воздуха или

горючей смеси  в рабочий цилиндр происходит под давлением, создаваемым

компрессором, с  целью увеличения заряда и получения  повышенной мощности

двигателя; По частоте  вращения: тихоходные, повышенной частоты  вращения,

быстроходные ;По назначению различают двигатели стационарные, авто тракторные

,судовые, тепловозные,  авиационные и др.

    

Основы  устройства поршневых ДВС 

Поршневые ДВС  состоят из механизмов и систем, выполняющих заданные им функции

и взаимодействующих между собой. Основными частями такого двигателя являются

кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный  механизм, а также

системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная  система.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-

поступательное  движение поршня во вращательное движение коленчатого вала .

Механизм газораспределения  обеспечивает своевременный впуск  горючей смеси в

цилиндр и удаление из него продуктов сгорания.

Система питания  предназначена для приготовления  и подачи горючей смеси в

цилиндр, а также  для отвода продуктов сгорания.

Смазочная система  служит для подачи масла к взаимодействующим  деталям с целью

уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция

масла приводит к  смыванию нагара и удалению продуктов  изнашивания.

Система охлаждения поддерживает нормальный температурный  режим работы

двигателя, обеспечивая  отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании

рабочей смеси  деталей цилиндров поршневой  группы и  клапанного механизма.

Система зажигания  предназначена для воспламенения  рабочей смеси в цилиндре

двигателя .

Итак, четырехтактный поршневой двигатель состоит  из цилиндра и картера,

который снизу  закрыт поддоном . Внутри цилиндра перемещается поршень с

компрессионными (уплотнительными) кольцами, имеющий форму стакана с днищем в

верхней части. Поршень  через поршневой палец и шатун  связан с коленчатым

валом, который  вращается в коренных подшипниках, расположенных в картере.

Коленчатый вал  состоит из коренных шеек, щек и  шатунной шейки. Цилиндр

,поршень, шатун  и коленчатый вал составляют  так называемый кривошипно-

шатунный механизм. Сверху цилиндр накрыт головкой с  клапанами, открытие и

закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала, а

следовательно, и  с перемещением поршня.

Перемещение поршня ограничивается двумя крайними положениями, при которых его

скорость равна  нулю. Крайнее верхнее положение  поршня называется верхней

мертвой точкой (ВМТ), крайнее нижнее его положение - нижняя мертвая точка

(НМТ) .

Безостановочное движение поршня через мертвые точки  обеспечивается маховиком,

имеющим форму  диска с массивным ободом. Расстояние, проходимое поршнем от ВМТ

до НМТ, называется ходом поршня S, который равен  удвоенному радиусу R

кривошипа: S=2R.

Пространство над  днищем поршня при нахождении его  в ВМТ называется камерой

сгорания; ее объем  обозначается через Vс; пространство цилиндра между двумя

мертвыми точками (НМТ и ВМТ) называется его рабочим  объемом и обозначается

Vh. Сумма объема камеры сгорания Vс и рабочего объема Vh составляет полный

объем цилиндра Vа: Vа=Vс+Vh. Рабочий объем цилиндра (его измеряют в

кубических сантиметрах или метрах): Vh=пД^3*S/4, где Д - диаметр цилиндра.

Сумму всех рабочих  объемов цилиндров многоцилиндрового  двигателя называют

рабочим объемом  двигателя, его определяют по формуле: Vр=(пД^2*S)/4*i, где i

- число цилиндров.  Отношение полного объема цилиндра  Va к объему  камеры

сгорания Vc называется степенью сжатия: E=(Vc+Vh)Vc=Va/Vc=Vh/Vc+1. Степень

сжатия является важным параметром двигателей внутреннего  сгорания, т.к.

сильно влияет на его экономичность и мощность .

    

Принцип работы 

Действие поршневого двигателя внутреннего сгорания основано на использовании

работы теплового  расширения нагретых газов во время  движения поршня от ВМТ к

НМТ. Нагревание газов  в положении ВМТ достигается  в результате сгорания в

цилиндре топлива, перемешанного с воздухом. При этом повышается температура

газов и давления. Т. к .давление под поршнем равно атмосферному, а в цилиндре

оно намного больше, то под действием разницы давлений поршень будет

перемещаться вниз, при этом газы - расширяться, совершая полезную работу. Вот

здесь-то и дает о себе знать тепловое расширение газов, здесь и заключается