 |
Перейдём к рассмотрению рабочих циклов 4-х тактного дизеля.
|
|
|
|
Перейдём к рассмотрению рабочих циклов 4-х тактного дизеля.
Рабочий цикл двигателя с воспламенением от сжатия осуществляется за 4 такта, т. е. за 2 оборота коленчатого вала. Такты получили название по процессу, преобладающему в каждом из них: такт впуска, такт сжатия, такт расширения (рабочий ход) и такт выпуска.
Рассмотрим процессы, происходящие в дизеле, работающем по 4-х тактному циклу.
1 такт – впуск.
Назначение процесса впуска состоит в том, чтобы наполнить цилиндр атмосферным воздухом. При движении поршня от ВМТ до НМТ давление газов в цилиндре быстро понижается и становится ниже атмосферного. Под действием разности между давлением атмосферного воздуха и давлением внутри цилиндра через открытый впускной клапан в цилиндр поступает воздух.
Поступающий в цилиндр воздух нагревается вследствие высокой температуры остаточных газов, а также благодаря теплообмену с горячими деталями двигателя (верхняя часть гильзы цилиндра нагревается до 130-1700C, а днище поршня до 3000C ). К концу впуска (при положении поршня в НМТ) t0 воздуха достигает 30-500С, а его давление остаётся немного ниже атмосферного и составляет 0, 8-0, 9 атм.
 |
Рис 1. 3. Процесс впуска:
а – схема такта впуска; б – индикаторная диаграмма, в – круговая диаграмма
Для увеличения наполнения цилиндра воздухом клапан впуска открывается раньше, чем поршень дойдет до ВМТ (за 200 до ВМТ). С той же целью клапан впуска закрывается после НМТ за 480, т. е. в такте сжатия. Благодаря этому повышается степень наполнения цилиндров двигателя воздухом, улучшается сгорание топлива и соответственно повышается мощность и экономичность двигателя.
|
|
|
2 такт – сжатие.
Назначение этого процесса состоит в том, чтобы сжимая воздух в цилиндре, повысить его давление и t0 и тем самым создать необходимые условия для воспламенения впрыскиваемого в цилиндр топлива.
Для этой цели необходимо сжать воздух не менее чем в 12 раз. Наименьшая t0, при которой топливо может воспламениться, составляет примерно 3000С.
 |
Рис 1. 4. Процесс сжатия:
а-схема такта сжатия; б-индикаторная диаграмма; в-круговая диаграмма впуска и сжатия.
На такте сжатия до подхода поршня к ВМТ (за 26-280 до ВМТ) в цилиндр впрыскивается топливо. Процесс сжатия начинается движением поршня от НМТ и заканчивается при его положении в ВМТ, но в начале сжатия впускной клапан остаётся на некоторое время открытым. Запаздывание закрытия впускного клапана позволяет использовать инерцию движения воздуха по впускному трубопроводу и тем самым увеличить наполнение цилиндра свежим зарядом воздуха. По мере продвижения поршня к ВМТ давление в цилиндре резко увеличивается. В конце такта сжатия давление достигает 30-45атм., а t0 воздуха 500-6000C.
Так как топливо воспламеняется, и начинает гореть до прихода поршня к ВМТ, то в действительности давление и t0 в конце такта сжатия будут выше, чем указано.
Степень полноты сгорания топлива зависит от качества приготовленной горючей смеси, т. е. от тонкости распыления топлива и равномерности перемешивания его с воздухом, а также от количественного соотношения топлива и воздуха.
Мелкое распыливания топлива осуществляется при помощи топливного насоса и форсунки, впрыскивающих топливо в цилиндр под давлением 250атм.
Максимальное давление газов в цилиндре достигает 75-85 атм., а t0 газов до 20000 С.
3 такт – расширение (рабочий ход)
В процессе расширения под воздействием давления газов поршень движется от ВМТ к НМТ и через шатун передаёт усилие на кривошип коленчатого вала, заставляя вал вращаться.
|
|
|
По мере перемещения поршня к НМТ объём газа увеличивается, а давление и t0 его уменьшается. До подхода поршня к НМТ открывается выпускной клапан с некоторым углом опережения. При этом давление в цилиндре понижается до 2, 5-3 атм., а t0 газов до 800-9000С.
 |
Рис 1. 5. Процессы сгорания и расширения:
а – схема такта расширения (рабочего хода); б – индикаторная диаграмма; в – круговая диаграмма.
В процессе расширения газы совершают полезную работу, поэтому ход поршня называют рабочим.
Чтобы представить максимальную величину силы давления газов, действующей на поршень, подсчитаем её применительно к дизелю 1Д20, у которого диаметр цилиндра D=150мм, максимальное давление сгорания принимаем равным 80 атм.
Максимальное значение силы давления газов равно:
Pмакс=Рzмакс* * D2/4=80*3, 14*152/4=14130 кг
Полезная работа газов за такт расширения используется на преодоление сопротивления трения и противодавления газов во время подготовительных тактов, а также для привода в действие генератора ГСМ-100.
 |
4 такт – выпуск.
Рис 1. 6. Процесс выпуска:
а – схема такта выпуска; б – индикаторная диаграмма; в – круговая диаграмма.
Процесс выпуска является последним процессом в рабочем цикле 4-х тактного двигателя. Он начинается с момента открытия выпускного клапана на такте расширения. Выход отработавших газов из цилиндра двигателя до прихода поршня в НМТ происходит под действием разности давлений внутри цилиндра 2, 5-3 атм. и окружающей атмосферы – 1 атм.
При этом отработавшие газы через открытый выпускной клапан с большей скоростью выходят из цилиндра в атмосферу и к моменту прихода поршня в НМТ давление в цилиндре резко снижается.
В дальнейшем газы выталкиваются из цилиндра поршнем при его движении от НМТ до ВМТ.
Для более полного удаления отработавших газов из цилиндра выпускной клапан закрывается после того, как поршень пройдёт ВМТ. При этом, несмотря на начавшийся такт впуска, отработавшие газы по инерции продолжают своё движение и выходят в атмосферу, вследствие чего уменьшается их количество в цилиндре и следовательно увеличивается коэффициент наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха.
|
|
|
К концу такта впуска давление газов в цилиндре снижается до 1, 1-1, 2 атм., а t0 газов составляет 600-7000С.
|
|
|
