Так само, як і діаграму термодинамічної циклу, можна зобразити в координатах р-V і дійсний цикл двигуна внутрішнього згоряння. Отримана при цьому діаграма називається індикаторної.

Діаграма чотиритактного дизеля. Спочатку розглянемо робочий цикл чотиритактного дизеля, що не має наддуву.

Перший такт - наповнення. Коли поршень дизеля рухається зліва направо, відкривається впускний клапан 3 (рис. 19) і повітря з атмосфери надходить в циліндр. У двигунах без наддуву процес наповнення циліндра відбувається внаслідок розрідження

Мал. 19. Діаграма робочого циклу чотиритактного дизеля і схема його роботи:

1 - поршень; 2 - циліндр; 3 - впускний клапан; 4 - форсунка; 5 - випускний клапан в ньому, а тиск повітря в циліндрі досягає 0,085-0,09 МПа, тому лінія наповнення циліндра розташовується нижче атмосферної (0,1 МПа). Насправді лінія наповнення не пряма, так як на неї впливають нерівномірність швидкості руху поршня, фази відкриття і закриття клапанів, конструкція вхідного патрубка і інші фактори. Для більш повної зарядки циліндра повітрям вживаються заходи до зниження опору проходу повітря в циліндр. Якість зарядки циліндра оцінюється коефіцієнтом наповнення ц ", який зазвичай равен0,8-0,88. Це означає, що циліндр дизеля наповнюється повітрям тільки на 80-88% в порівнянні з тією кількістю повітря, яке помістилося б в робочому обсязі циліндра при нормальних умовах навколишнього середовища. Коефіцієнт наповнення залежить головним чином від температури і тиску повітря в точці а (див. Рис. 19). Чим вище тиск і чим нижче температура повітря в точці а, тим більше коефіцієнт наповнення (рис. 20).

Другий такт - стиск. Поршень рухається справа наліво, впускний клапан закривається, повітря в циліндрі стискається. При цьому температура його в точці з підвищується до 500-750 ° С, а тиск може зростати до 5 7 МПа. Процес стиснення на діаграмі зображений лінією ас (див. Рис. 19). Коли поршень ще не дійшов до верхньої мертвої точки (в.м.т.) на 18-30 ° кута повороту колінчастого вала, через форсунку 4 в циліндр впорскується рідке паливо, яке в точці з запалюється і починає горіти. Подача палива припиняється після того, як поршень вже пройде в.м.т. на 10-15 ° та знову почне рухатися зліва направо. Надійшло в циліндр паливо перемішується з повітрям і починає горіти. На діаграмі процес горіння зображений ламаною лінією сг'г.

Третій такт - розширення газу. На початку третього ходу поршня відбувається згорання палива, яке теоретично закінчується в точці р Тиск в точці г зростає до 8-13 МПа, а температура до 1750- 2100 К. Після точки г відбувається розширення газів, яке триває до тих пір, поки не відкриється випускний клапан. Останній відкривається в точці е 'на 40-55 ° до нижнього положення поршня, коли тиск в циліндрі досягає 0,5-0,8 МПа, а температура 1000-1100 К-Попереджання відкриття випускного клапана сприяє зменшенню опору виходу відпрацьованих газів через випускну систему і, отже, кращому очищенню циліндра від відпрацьованих

Мал. 20. Зміна коефіцієнта наповнення циліндрів г) ,, в залежності від тиску і температури повітря в циліндрі на початку стиснення

Мал. 21. Індикаторна діаграма чотиритактного дизеля з газотурбінним наддувом:

ря - тиск в період наповнення; рг тиск в циліндрі в період випуску; рк - тиск повітря в наддувочного колекторі; V ,, обсяг камери стиснення: обсяг, описуваний поршнем, V * - повний обсяг циліндра газів. Хід розширення є корисним робочим ходом, так як в цей період гази з великим тиском діють на поршень дизеля в напрямку його руху і здійснюють корисну роботу, віддаючи її навантажувальних агрегату.

Четвертий такт - випуск газів. Поршень рухається справа наліво, ви-

Мал. 22. Діаграма робочого циклу двотактного дизеля і схема його роботи:

А - продувні вікно; В - випускне вікно. 1 - циліндр; } - поршень; , 3 - форсунка пропускну клапан 5 відкритий і гази виштовхуються з циліндра. Процес випуску газів на діаграмі зображений лінією e'er. Видалення газів відбувається при тиску 0,11-0,12 МПа, тому лінія випуску газів розташовується вище атмосферної лінії. Температура газів за випускним клапаном дорівнює 700-900 К

Для більш досконалої продувки і зарядки циліндра повітрям впускний і випускний клапани протягом 50-100 ° повороту кривошипа колінчастого вала відкриті одночасно. Це так зване «перекриття» клапанів забезпечує хорошу очистку циліндрів від продуктів згоряння палива і більш повне заповнення робочого об'єму повітрям, а також охолодження днища поршня і випускних клапанів потоком холодного повітря. Якість очищення циліндра від відпрацьованих газів оцінюється коефіцієнтом залишкових газів у, який являє собою відношення кількості залишилися в циліндрі від попереднього циклу газів до величини надійшов в циліндр свіжого повітряного заряду. Зазвичай у - = 0,024-0,1.

Особливості робочого циклу чотиритактного дизеля з газотурбінним наддувом. У дизелях з наддувом процес зарядки циліндра відбувається інакше, ніж у двигунів без наддуву. Турбокомпресор засмоктує повітря з атмосфери при тиску р0 (рис. 21) і стискає до тиску рк- Стиснутий в турбокомпресорі повітря перш, ніж потрапити в циліндр, проходить через охолоджувач, впускний колектор і випускні клапани; на шляху від турбокомпресора до циліндра його тиск знижується від рк до р ". Тому лінія тиску впуску розташована нижче лінії рк і вище атмосферної лінії (Ро).

Після заповнення циліндра повітрям поршень, рухаючись від точки а наліво, стискає повітря. Процес стиснення зображений кривою ас. В кінці стиснення в циліндр впорскується паливо, яке запалюється у точці с. Процес згоряння показаний лініями cz 'і г'г. Розширення газів відбувається по кривій ге. У точці е відкриваються випускні клапани, і відпрацьовані гази виштовхуються в газову турбіну (при тиску рт), а потім викидаються в атмосферу. Таким чином, лінія випуску газу з циліндра розташована вище атмосферної і нижче лінії наповнення. У чотиритактних двигунах енергії відпрацьованих газів цілком достатньо, щоб нагнітач стискав повітря до тиску рк, більш високого, ніж рг. В результаті наддуву площа індикаторної діаграми, а отже, і потужність дизеля значно зростають.

Слід зазначити, що в дійсності процес згоряння відбувається не за прямими лініями з г 'і г'г, а по штриховий лінії (див. Рис. 21).

Діаграма двотактного дизеля. Стиснення повітря в циліндрі при русі поршня справа наліво починається в точці а і триває до точки з (рис. 22). За 16-25 ° кута повороту колінчастого вала до крайнього лівого положення поршня через форсунку 3 в циліндр при високому тиску подається рідке паливо (в мелкораспиленном вигляді), яке, стикаючись з нагрітим до високої температури стисненим повітрям, запалюється. Утворилися гази, прагнучи розширитися, переміщають поршень вправо. Рухомий поршень через шатун обертає колінчастий вал. Не доходячи до крайнього правого положення, поршень 2 своїй кромкою відкриває випускне вікно Б, даючи вихід відпрацьованим газам через глушник назовні. Рухаючись далі вправо, поршень відкриває продувні вікно Л, через яке в циліндр \ стремляется свіже повітря, що має підвищений тиск. Повітря витісняє відпрацьовані гази і заповнює циліндр. Коли поршень змінить напрямок і почне рухатися справа наліво, він спочатку закриє продувні вікно А, а потім випускне Б, після чого почнеться стиснення залишився в циліндрі повітря. Таким чином, повний робочий процес (цикл) в двотактному дизелі відбувається за два коду поршня (такти), при цьому колінчастий вал робить один оборот.

У двотактних дизелях продувочний повітря подається в циліндри нагнітачем, що приводиться в рух від вала дизеля, або турбокомпресором. Від якості продувки циліндрів залежить потужність і к.к.д. дизеля. Щоб забезпечити хорошу продування циліндрів повітрям і знизити теплову напругу деталей дизеля, що стикаються з гарячими газами, в циліндри подається значно більше повітря, ніж потрібно для горіння палива; під час продувки частина повітря йде через випускні вікна. З огляду на це, подача продувочного повітряного нагнітача повинна бути на 30-40% більше, ніж це необхідно для забезпечення повного згоряння палива. При проектуванні двотактних двигунів конструктори прагнуть до того, щоб при найменшій втраті стисненого повітря виходила б найкраща продування і зарядка циліндрів. У двотактних дизелях зазвичай енергії відпрацьованих газів недостатньо для стиснення наддувочного повітря до необхідного тиску, так як тиск це має бути більше, ніж тиск у випускному трубопроводі для якісного очищення циліндрів, а енергія випускних газів (при інших рівних умовах) нижче, ніж в чотиритактних двигунах , через розведення газів холодним продувальним повітрям. Тому в двотактних дизелях використовується комбінований наддув, при якому частина енергії, необхідної для стиснення наддувочного повітря, відбирається від колінчастого вала двигуна (див. Вище).

Схеми продувки двотактних дизелів. Найбільш проста, але разом з тим і найбільш недосконала схема- так звана поперечно-щілинна продування, при якій в циліндрі може залишатися 15-20% відпрацьованих газів (рис. 23, а). Така продування застосовується в малопотужних дизелях, для яких простота конструкції, а не економічність, має вирішальне значення. Схема продувки, показана на рис. 23,6, більш досконала. Завдяки зворотного клапана 3 ця конструкція забезпечує деякий наддув циліндрів. Така схема продувки застосовується на тихохідних суднових двигунах.

Більш досконала прямоточная кла-панно-щілинна продування (рис. 23, в). Стиснене повітря з нагнітача надходить в циліндр через нижні вікна, а відпрацьовані гази видаляються через випускні клапани 3, розміщені в кришці циліндра. При такій продувке на дизелі встановлюють розподільний вал. Клапанно-щілинна продування застосовується в тепловозних дизелях 11Д45 і 14Д40.

Найбільш досконала прямоточно-щілинна продування (рис. 23, г), яку можна здійснити в двигунах із зустрічно рухливими поршнями. Стисле повітря від нагнітача надходить через верхні вікна (продувні), а відпрацьовані гази видаляються з циліндра через нижні (випускні) вікна. Щоб можна було повніше зарядити циліндр, нижній поршень, який перекриває випускні вікна, дещо випереджає (на 10-12 ° кута повороту колінчастого вала) верхній поршень, який перекриває впускні вікна.

При такому способі продувки в циліндрі майже не залишається відпрацьованих газів. Прямоточно-щілинна продування застосовується в тепловозних дизелях 2Д100 і 1 ОД 100.

⇐ | Основні термодинамічні процеси і цикли | | Тепловози: Механічне обладнання: Пристрій і ремонт | | Горіння палива в циліндрах дизеля | ⇒