 |
Принцип работы и общее устройство двух- и четырехтактных дизелей
|
|
|
|
Четырехтактные дизеля
Рабочий цикл в четырехтактном двигателе совершается за четыре хода поршня, три из которых являются подготовительными, а один — рабочим. Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в цилиндре.
I такт — впуск. Поршень «а» (Рис. 2.1) движется вниз, вследствие чего цилиндре создается разрежение. Под действием привода, не показанного на рисунке, открывается впускной клапан «в», и воздух из атмосферы через впускную трубу «б» поступает в цилиндр.
Продолжительность впуска по углу поворота коленчатого вала показ углом 1—2, заштрихованным на чертеже. Внизу рисунка в осях РV (давление и объем) дана зависимость давления в цилиндре от изменения его объема.
Рис. 2.1 Схема работы четырехтактного дизеля
Линия 1—2 представляет собой изменение давления в цилиндре в период впуска и называется линией впуска.
Давление в цилиндре период впуска Ра зависит от быстроходности двигателя, величины живого сечения впускного клапана, а также длины и изгибов впускного трубопровода. При увеличении быстроходности двигателя уменьшается давление впуска. Чем больше площадь живого сечения клапана, тем больше Ра. Увеличение длины и изгибы впускного трубопровода уменьшают величину Ра. В зависимости от указанных факторов давление впуска колеблется в пределах Ра = (0,078 – 0,093) МН/м2 = (0,78 – 0,93) кгс/см2.
II такт – сжатие. Поршень движется вверх. После закрытия впускного клапана (точка 2) начинается сжатие воздуха в цилиндре. В результате уменьшения объема увеличиваются давление и температура воздуха. Сжатие происходит до в.м.т., обозначенной на схеме цифрой 3. Изменение давления при сжатии характеризуется линией сжатия 2—3.
Давление в конце сжатия Рс = (2,7 – 4,4) МН/м2 = (27 – 44) кгс/см2, а температура 750—850°К. Температура в конце сжатия должна быть выше температуры самовоспламенения топлива.
|
|
|
III такт — горение топлива и расширение продуктов сгорания. В конце сжатия производится впрыск топлива через форсунку «е». Опережение подачи топлива необходимо для подготовки в цилиндре рабочей смеси. К моменту подхода поршня к в.м.т., в конце II такта, в цилиндре заканчивается образование рабочей смеси, которая самовоспламеняется примерно около в.м.т. На схеме начало, и конец сгорания топлива обозначены цифрами 3 и 4. После сгорания температура и давление в цилиндре возрастают, что указывает на увеличение внутренней энергии газов. Под давлением газов поршень движется вниз, совершая рабочий ход. На протяжении этого хода происходит превращение тепловой энергии в механическую. Расширение газов продолжается до момента открытия выпускного клапана (точка 5). Линия 4—5 называется линией расширения.
IV такт — выпуск. Поршень движется вверх, выпускной клапан «г» открыт, и отработавшие газы через выпускную трубу «д» выходят в глушитель, а затем в атмосферу. Как видно из схемы, выпуск по углу поворота коленчатого вала занимает 180°. Процесс выпуска в осях РV изображается линией 5—6, расположенной немного выше атмосферной.
Рис. 2.2 Теоретическая диаграмма четырехтактного дизеля
Давление в период выпуска равно 0,105—0,125 МН/м2 = (1,05 – 1,25 кгс/см2). Если соединить линии отдельных процессов, изображенных в осях РV для каждого такта, на одном чертеже, то получим замкнутый контур, называемый теоретической диаграммой (рис 2.2). Моменты начала и конца происходящих в цилиндре процессов обозначены теми же цифрами, что и на схемах каждого такта.
На Рис. 2.2 линия 1–2 – процесс впуска, 2–3 – сжатия, участок, 3–4 – горения, линия 4–5 – расширения и 5–6 – выпуска. Обозначенные на Рис. 2.2 объемы называются: Vs – объем, описываемый поршнем за один ход – рабочий объем цилиндра; Vc – объем пространства сжатия (камеры сжатия); Va = Vs + Vc – полный объем цилиндра.
|
|
|
Отношение полного объема цилиндра к объему пространства сжатия называется степенью сжатия:
Е = Va/Vc
Двухтактные дизеля.
Рабочий цикл двухтактного дизеля совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, следовательно, при одинаковой частоте вращения в минуту число рабочих ходов у двухтактного дизеля по сравнению с четырехтактным будет в 2 раза больше. В течение рабочего цикла двухтактного дизеля совершаются такие же процессы, как и у четырехтактного, т. е. наполнение, сжатие, горение, расширение, выпуск.
В связи с тем, что все процессы должны быть совершены за два хода поршня, в конструкции двухтактного двигателя есть некоторые особенности (Рис. 2.3). В нижней части цилиндра 1 имеются прорези (щели), называемые окнами. Окна 4 большей высоты служат для выпуска из цилиндра отработавших газов, а окна 6 меньшей высоты предназначены для впуска свежего (продувочного) воздуха. В крышке 2 цилиндра расположена форсунка 3. Слева к нижней части цилиндра прикреплена труба 5, называемая ресивером, в которую поступает продувочный воздух.
Для приготовления продувочного воздуха давлением Рs = 0,12 – 0,13 МН/м2 = 1,2 – 1,3 кгс/см2 используются специальные воздушные насосы, называемые продувочными. У маломощных двигателей он приготовляется в пространстве под поршнем при ходе последнего вниз.
Рис. 2.3 Схема работы двухтактного дизеля
Двухтактный двигатель работает следующим образом. При прохождении поршнем в.м.т. в цилиндре начинается сгорание топлива (точка «с» на индикаторной диаграмме), которое заканчивается в точке «z». От точки «z» до точки «b» происходит расширение газов, и поршень под давлением газов движется вниз. Как видно из диаграммы, в точке «b» заканчивается расширение газов, поршень открывает выпускные окна, и давление в цилиндре быстро снижается до давления продувочного воздуха Рs.
Газы после открытия выпускных окон расширяются по линии «be». Когда давление в цилиндре станет равным давлению продувочного воздуха точка «е» (Рис. 2.3), поршень откроет продувочные окна и начнется впуск воздуха.
|
|
|
Наполнение цилиндра свежим зарядом при одновременном выпуске из него отработавших газов называется продувкой
С момента открытия продувочных окон до момента их закрытия при движении поршня к в.м.т. происходит одновременно выпуск газов и впуск свежего заряда. На диаграмме процесс изображен линией «efe». После закрытия продувочных окон осуществляется только выпуск (линия «еа»). В точке «а» закрываются выпускные окна, и начинается сжатие воздуха, поступившего в цилиндр за период продувки.
Рассмотрим подробнее рабочий цикл двухтактного двигателя. Первый такт – поршень движется вверх. От н.м.т. до момента закрытия впускных окон (точка «е» на диаграмме) происходит продувка т.е. одновременная очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом. При движении поршня от верхней кромки впускных окон до момента закрытия выпускных окон (участок «еа» на диаграмме) совершается только выпуск После закрытия выпускных окон начинается сжатие, продолжающееся до в.м.т. На диаграмме сжатие показано линией «ас». В конце сжатия, несколько ранее в.м.т. производится подача топлива в цилиндр.
Второй такт — поршень движется вниз. Начиная от в.м.т., в цилиндре последовательно происходят горение топлива (линия «сz») и расширение газов (линия «zb»). В точке «b» открываются выпускные окна и начинается выпуск газов. К моменту открытия поршнем впускных окон (точка «е») давление газов в цилиндре должно снизиться до давления продувочного воздуха Рs, иначе газы через впускные окна попадут в ресивер, смешаются с продувочным воздухом и загрязнят свежий заряд. При дальнейшем движении поршня вниз (участок «ef» диаграммы) происходит продувка. Полный период продувки на диаграмме изображен линией «efe», причем участок «ef» соответствует движению поршня вниз, а участок «fe» – вверх. Давление и температура, характеризующие рабочий процесс двухтактного дизеля, такие же, как и у четырехтактного, за исключением давления и температуры свежего заряда в начале сжатия, которые несколько выше. Как видно из Рис. 2.3, индикаторная диаграмма двухтактного двигателя отличается от диаграммы четырехтактного тем, что линии впуска и выпуска на ней занимают не весь ход поршня. Кроме того, участок диаграммы у н.м.т. имеет другой вид. Характер процессов сжатия, горения и расширения, которые определяют величину площади диаграммы, такой же, как и у четырехтактного двигателя. Конструктивное выполнение органов для продувки зависит от типа и мощности дизеля. Подробно они рассматриваются при изучении системы распределения.
|
|
|
