Классификация и принципы работы тепловых дви-

43
Рис. 3.1. Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания
Вторая группа ДВС подразделяется на:
а) РД (ракетные и воздушно-реактивные);
б) газовые турбины (транспортные и стационарные).
Топливо в поршневых двигателях сгорает порциями. По-
точный цикл в них состоит из нескольких операций. Наиб. 
распространены 4-тактные двигатели, в к-рых осуществля-
ется последовательно впуск воздуха или воздухо-топливной 
смеси в камеру сгорания, ее сжатие, затем сгорание (рабочий 
такт) и выхлоп отработавших газов. 4-тактные двигатели 
наиб. экономичны и имеют лучшие по ср. с 2-тактными эко-
логические характеристики.
Двигатели с принудительным воспламенением (БД). 
В двигателях этого типа воспламенение смеси топлива и воз-
духа осуществляется от внешнего источника — электричес-
кой искры (свечи).
По способу смесеобр-я двигатели, работающие на бен-
зине, подразделяются на карбюраторные (старые) и с впрыс-
ком топлива. Последние явл. более экономичными и эко-
логически чистыми и активно вытесняют карбюраторные 
двигатели.
2
2

44
В последние годы (с середины XX в.) были разработаны 
и внедряются РПД, работающие также на бензине.
В БД горючая смесь подвергается сжатию (до ε=7–9), 
при этом топливо полностью испаряется, перемешивается 
и нагревается. В конце такта сжатия в камеру сгорания по-
дается от свечи электри ческая искра, от к-рой смесь вос-
пламеняется и сгорает. В рез-те резко повышаются t и давл. 
над поршнем. Под действием давл. поршень перемещается 
в цилиндре (рабочий ход) и совершает полезную работу. За-
тем поршень выталкивает продукты сгорания в атмосферу 
(выпуск). Рабочие такты двигателя регулируются с помощью 
впускных и выпускных клапанов.
В ДВС рабочий такт совершается за счет энергии сгора-
ния топлива. Остальные такты рабочего цикла совер шаются 
за счет энергии маховика, укрепленного на коленчатом валу. 
Для обеспечения равномерной работы ДВС в одном блоке 
распо лагают несколько цилиндров, поршни к-рых через ша-
туны при водят во вращение коленчатый вал. Сгорание и ра-
бочие циклы в цилиндрах происходят поочередно, что обес-
печивает стабильную и равномерную работу двигателя.
Роторно-топливные двигатели. Разработаны в 1954 г. 
немецким изобретателем Ф. Ванкелем. Двигатель Ванкеля 
имеет ряд преимуществ по ср. с традиционными поршне-
выми: менее чувствителен к ОЧ бензина, имеет меньшие 
массу и габариты, благодаря отсутствию подвижных дета-
лей (только ротор и вал) меньше шумит и меньше подвержен 
вибрациям; отсутствие деталей, совершающих возвратно-
поступательные движения, облегчает форсирование двига-
теля по оборотам (поэтому они получили распространение 
на гоночных автомобилях).
В двигателях Ванкеля цилиндрический поршень заме-
нен на ротор треугольного сечения, вращающийся в полости 
овальной формы. Система из эксцентрикового вала и шесте-
рен обеспечивает планетарное вращательное движение ро-
тора. При этом все три вершины ротора постоянно касаются 
поверхности корпуса, разделяя его на 3 камеры. В корпусе 
двигателя проделаны впускные и выпускные окна. Каждая 
из камер последовательно друг за другом претерпевает впуск 
и сжатие горючей смеси, рабочий ход и выхлоп (см. рис. 3.2).

45
Рис. 3.2. Принципиальное устр-во и схема работы двигателя Ванкеля:
1— корпус; 2 — полость циклоидной формы; 3 — ротор; 4 — планетарная пере-
дача с эксцентриковым валом; 5 — впускное окно; 6 — выпускное окно; 
7 — свеча сжигания. Фазы работы (по заштрихованной камере, вращение ро-
тора осуществляется по часовой стрелке): а — впуск горючей смеси; б — сжа-
тие; в — воспламенение сжатой смеси; г — рабочий ход; д — выпуск
Двигатели с самовоспламенением (дизели). Особеннос-
тью рабочего цикла ДД явл. самовоспламенение горючей 
смеси без какого-либо внешнего источника воспламенения.

46
В отличие от БД в такте впуска дизеля в цилиндр по-
сту пает не горючая смесь, а только воздух. Воздух затем 
подвергается сильному сжатию (ε =16–20) и нагревается до 
500–600 °С. В конце такта сжатия в цилиндр под большим 
давл. впрыскивается топливо через форсунку. При этом топ-
ливо мелко распыливается, нагревается, испаряется и пе-
ремешивается с воз духом, образуя горючую смесь, к-рая 
при высокой t самовоспламеняется. Все остальные стадии 
рабочего цикла проис ходят так же, как и в карбюраторном 
двигателе. Более высокая степ. сжатия в дизеле обеспечи-
вает более высокий КПД двигателя. Однако высокое давл. 
требует применения более прочных толстостенных деталей, 
что повышает мат-лоемкость (массу) дизеля.
Двигатели с непрерывным сгоранием топлива. Осн. 
элемент таких двигателей — камера сгорания постоянного 
объема. В нее непрерывно подаются горючее и окислитель. 
Газовый поток продуктов сгорания за счет высокой t приоб-
ретает большую кинетическую энергию, к-рая преобразуется 
в т. н. реактивную силу тяги двигателя или энергию враще-
ния ротора газовой турбины. Реактивная сила тяги, возникаю-
щая при истечении газов из сопла, не зависит от скорости 
движения реактивной установки и от плотн. окружающей 
среды, как у винтовых транспортных средств, и может обес-
печивать движение летательных аппаратов в безвоздушном 
межпланетном простран стве. Эта особенность реактивного 
движения легла в основу созда ния ракет.
Подавляющее бол-во совр. самолетов оборудовано ВРД. 
Обычно в ВРД между камерой сгорания и реактивным со-
плом устанавливают газовую турбину. Часть кинетической 
энергии газового потока преобразуется во вращательное 
движение турбины. На одном валу с турбиной обычно ус-
танавливают компрессор, к-рый сжимает воздух и подает 
его в камеру сгорания, а также генератор, масляный и топ-
ливный насосы и т. д. После турбины продукты сгорания 
поступают в реактивное сопло, где осн. часть кинетической 
энергии газов преобразуется в реактивную силу тяги. По-
добные двигатели называют турбо-компрессорными воз-
душно-реактив ными двигателями. Они получили широкое 
распростране ние в совр. авиации. Турбо-компрессорными 

47
воздушно-реактив ные двигатели относятся к двигателям 
с непрерывно-протекающим рабочим процессом. Топливо 
подается в камеру сгорания непрерывно, и процесс горения 
протекает посто янно. Внешнее зажигание необходимо толь-
ко в начальный момент пуска двигателя.
Поскольку при сгорании топлива в камере развивается 
высокая t (1500–1800 °С), а мат-лы камеры, лопаток газовой 
турбины и реактивного сопла не выдерживают столь вы-
соких t, горячие газы разбавляют вторичным воздухом не-
посредственно после зоны горения топлива. При смешении 
газового потока с вторичным воздухом t смеси снижается до 
850–900 °С. В зоне горения топлива необходимо создавать 
условия для обеспечения ста бильности процесса горения без 
срывов пламени. Скорость распрос транения фронта пламени 
составляет ок. 40 м/с. Для снижения скорости газовоздушно-
го потока до величин менее скорости распрос транения фрон-
та пламени в камерах сгорания устанавливают разл. завихри-
тели, стабилизаторы, обтекатели, экраны и т. д. Эти устр-ва, 
кроме того, повышают турбулентность движения горючей 
смеси и тем самым увеличивают скорость ее сгорания.
ГТД по принципу работы почти аналогичны турбо-комп-
рессорным воздушно-реактив ным двигателям, в них отсутст-
вует только реактивное сопло. В ГТД вся кинетическая энер-
гия продуктов сгорания топлива пре образуется полностью во 
вращательное движение вала газовой турбины и соотв. либо 
в мех., либо электрическую энергию.

48

жүктеу/скачать 3.43 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: