РАБОЧИЙ ЦИКЛ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ

Принцип действия четырехтактного двигателя состоит в следующем (рис. 83). Поршень, двигаясь от своего верхнего положения, называемого верхней мертвой точкой (в.м.т.), к нижней мертвой точке (н.м.т.), освобождает рабочий объем цилиндра, который заполняется воздухом, поступающим через открытый впускной клапан, — такт впуска. После того как поршень пройдет нижнюю мертвую точку, впускной клапан закроется.

Рис. 83. Принцип действия четырехтактного дизеля:
а-впуск; б-сжатие; в-рабочий ход; г-выпуск

Затем поршень, двигаясь вверх, сжимает поступивший воздух— такт сжатия. В конце такта сжатия, когда поршень приходит в верхнее положение, объем воздуха уменьшается, а температура и давление его становятся достаточными для самовоспламенения топлива. В этот момент топливо впрыскивается через форсунку в цилиндр двигателя, распыливается в среде горячего сжатого воздуха, самовоспламеняется и сгорает.

При сгорании топлива за счет образующихся газов резко возрастает давление над поршнем, и он начинает двигаться вниз, совершая полезную работу — рабочий ход. В конце рабочего такта (при нижнем положении поршня) открывается выпускной клапан и отработавшие газы получают возможность выхода из цилиндра. Поршень, двигаясь вверх, выталкивает оставшиеся газы — такт выпуска.

Затем поршень начинает опять двигаться вниз при открытом впускном и закрытом выпускном клапанах, и весь процесс повторяется в той же последовательности. Таким образом, за четыре хода поршня (за два оборота вала) полезная работа совершается газами только в течение одного рабочего такта, остальные три такта необходимы, чтобы подготовить цилиндр двигателя к воспламенению и сгоранию последующей порции топлива. Для осуществления этих трех тактов затрачивается часть энергии, полученной при рабочем такте двигателя.

В нижней части рис. 83 процессы, происходящие в двигателе, показаны на индикаторных диаграммах, которые могут быть записаны специальным прибором — индикатором. По вертикальной оси на них записывается давление, создаваемое в цилиндре, а по горизонтальной оси — объем, освобождаемый поршнем. Площадь, ограниченная линиями процессов, в определенном масштабе представляет работу газов в цилиндре за один рабочий цикл. На диаграммах жирными линиями показано изменение объема и давления в цилиндрах за каждый такт.

Линия rа соответствует впуску воздуха в цилиндр двигателя — процессу наполнения. У двигателей без наддува воздух поступает за счет разрежения, создаваемого движущимся поршнем.

В конце впуска давление в цилиндре составляет Ра= =0,86-0,92 атмосферного. К моменту начала впуска в цилиндре остается часть отработавших газов, имеющих высокую температуру. Свежий заряд воздуха смешивается с отработавшими газами (что крайне нежелательно) и подогревается, соприкасаясь со стенками цилиндра. Температура повышается на 45—70°С.

Линия ас изображает процесс сжатия. Поршень, двигаясь вверх, сжимает воздух до давления рс = 30-40 кгс/см2 (3-4 МН/м2). Температура сжимаемого заряда повышается до 525—600°С. Давление и температура в конце сжатия определяются величиной степени сжатия — отношением объема цилиндра в начале сжатия Va к объему в конце сжатия Vc:



Для дизелей степень сжатия обычно находится в пределах ε= 12-16. С увеличением степени сжатия возрастают температура и давление, а следовательно, улучшаются условия для самовоспламенения топлива.

На давление и температуру воздуха в конце сжатия оказывает также влияние изношенность деталей цилиндро-поршневой группы.

Топливо, впрыскиваемое в цилиндр в конце сжатия, самовоспламеняется и сгорает сначала почти при постоянном объеме (линия cz'), а затем практически при постоянном давлении (линия z'z). Цикл двигателя, в котором сгорание происходит сначала при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении, называется циклом смешанного сгорания. По этому циклу работают двух- и четырехтактные дизели.

Максимальное давление цикла у дизелей без наддува при частоте вращения коленчатого вала до 500—600 об/мин составляет Pz=50-60 кгс/см2 (5 6МН/м2), а у многооборотных дизелей Pz =60-80 кгс/см2 (6 8МН/м2). Величина максимального давления цикла определяет мощность и экономичность двигателя. Это давление зависит от количества впрыскиваемого топлива и его качества, а также от регулировки двигателя. Чрезмерное повышение максимального давления цикла в эксплуатационных условиях может привести к повышенному износу и преждевременному выходу двигателя из строя.

Температура газов в цилиндре при сгорании достигает 1500—1800°С.

Линия zb соответствует процессу расширения газов в цилиндре двигателя, во время которого совершается работа газов по перемещению поршня (рабочий такт). В конце расширения давление в цилиндре падает до рb= 2,5-3,5 кгс/см2 (0,25 -0,35 МН/м2), а температура газов — до 650—800°С. Высокая температура в конце расширения может привести к обгоранию выпускных клапанов, донышка поршня и к пригоранию уплотнительных поршневых колец.

Линия bn изображает процесс выпуска отработавших газов из цилиндра. В начале выпуска давление намного превышает атмосферное, а затем незначительно отличается от него: рr= 1,05-1,2 кгс/см2(0,105-0,12МН/м2).

Отработавшие газы во время такта выпуска оказывают противодавление на поршень, поглощая часть энергии, полученной двигателем в период рабочего хода. Поэтому повышение давления отработавших газов при выпуске у двигателей без наддува нежелательно. Одной из причин повышения давления может явиться большое загрязнение выпускного коллектора и всего выпускного тракта, создающее повышенное сопротивление выходу отработавших газов.

Температура отработавших газов при выходе из цилиндра составляет 350—450°С. Повышение температуры говорит о перегрузке двигателя или о некачественной его регулировке.