Принцип действия четырехтактного дизеля


Категория Судовые дизели

Схема устройства. Дизель является разновидностью двигателей внутреннего сгорания (ДВС), у которых топливо сгорает внутри рабочего цилиндра. Как известно, существуют также тепловые двигатели с внешним сгоранием (например, паровая машина). В их цилиндры поступает рабочее тело (пар), вырабатываемое в особых агрегатах (паровых котлах) в результате сжигания топлива.

Рабочий цилиндр (или просто цилиндр) дизеля устанавливается на станине, крепящейся к фундаментной раме. Цилиндр закрывается сверху крышкой, снабженной форсункой, впускным и выпускным клапанами.

Внутри цилиндра движется поршень, связанный шатуном с кривошипом коленчатого вала. Крайние положения поршня называются его мертвыми точками: верхней (в. м. т) и нижней (н. м. т.). Расстояние, проходимое поршнем при его движении от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. За один оборот коленчатого вала поршень делает два хода.

Принцип работы. Предположим, что поршень начинает свое движение вниз от в. м. т. к этому моменту специальным приводом от коленчатого вала открывается впускной клапан 8 (его часто называют также всасывающим), сообщая цилиндр с атмосферой. Так как при движении поршня вниз объем над ним увеличивается, в цилиндр начнет поступать (засасываться) воздух из атмосферы. Следовательно, первый ход поршня может быть назван ходом впуска, или ходом всасывания.

Рис. 1. Схема работы четырехтактного дизеля

По приходе поршня в н. м. т. впускной клапан закрывается и пространство над поршнем внутри цилиндра становится замкнутым. Поэтому при движении вверх поршень будет сжимать находящийся в цилиндре воздух, т. е. совершать ход сжатия. В конце сжатия, когда поршень подойдет к в. м. т., давление воздуха в цилиндре достигнет 3000 — 4500 кПа (30—45 кгс/см2). В результате этого температура воздуха в цилиндре повышается до 750—900 К, т. е. до 500—600 °С, а иногда и выше.

Незадолго до прихода поршня в в. м. т. через форсунку 6 в цилиндр впрыскивается мелко распыленное жидкое топливо. Попадая в сильно нагретый от сжатия воздух, частички топлива самовоспламеняются, причем это происходит только вследствие высокой температуры воздуха, никаких дополнительных средств для воспламенения топлива в дизеле нет.

После самовоспламенения топливо сгорает, продукты сгорания в смеси с частью воздуха, оказавшейся избыточной, образуют рабочий газ. Вследствие сгорания топлива температура рабочего газа повышается до 1700—2000 К, что вызывает увеличение давления газа до 5000—8000 кПа (50— 80 кгс/см2).

Процесс сгорания топлива протекает за то время, когда поршень переходит через в. м. т. Под давлением рабочего газа поршень движется вниз, вращая коленчатый вал. Объем рабочего газа увеличивается, его давление понижается: происходит процесс расширения. Поскольку расширяющийся газ совершает полезную работу, этот ход поршня принято называть рабочим.

К приходу поршня в н. м. т. расширение газа заканчивается. Открывается выпускной (выхлопной) клапан и при последующем движении поршня вверх происходит выпуск отработавшего газа через клапан и выпускной коллектор в атмосферу. Когда поршень придет в в. м. т., выпускной клапан закроется, а впускной откроется и начнется вновь процесс впуска (всасывания).

Следовательно, за четыре хода поршня, или за два оборота коленчатого вала, в цилиндре произошли следующие процессы: всасывания, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Совокупность процессов, в результате которой достигнуто первоначальное состояние газа, называется циклом. Часть цикла, совершающуюся за один ход поршня, принято называть тактом. Рассмотренный цикл осуществился за четыре такта, и двигатель, работающий по этому циклу, называется четырехтактным.

Теоретическая индикаторная диаграмма. Цикл работы двигателя может быть изображен графически в осях Vp (объем — давление): объем, заключенный над поршнем, откладывается по оси абсцисс, а давление в цилиндре — по оси ординат. Такой график обычно называют индикаторной диаграммой, он может быть вычерчен при работе двигателя прибором, называемым индикатором.

В результате воспламенения топлива давление в цилиндре быстро, можно считать мгновенно, повышается. Однако не все топливо сгорает за то короткое время, на которое поршень останавливается в в. м. т. Горение продолжается и после в. м. т. в начале движения поршня вниз. Поскольку одновременно газу сообщается теплота (продолжается горение топлива) и увеличивается его объем (поршень движется вниз), давление в цилиндре в этот период сохраняется постоянным.

По окончании горения топлива начинается расширение рабочего газа: объем увеличивается, давление уменьшается, что отражено на диаграмме линией расширения.

При положении поршня в н. м. т. открывается выпускной клапан и цилиндр сообщается с атмосферой. Однако в момент открытия клапана давление в цилиндре составляет еще 250 — 500 кПа (2,5 — 5 кгс/см2), т. е. значительно выше атмосферного. Поэтому после открытия клапана часть газа под действием давления быстро выходит из цилиндра, что характеризуется линией. Затем поршень движется вверх, вытесняя отработавший газ в атмосферу. Давление в цилиндре будет выше атмосферного и в течение всего хода поршня останется примерно постоянным. Таким образом, линий выпуска на теоретической диаграмме тоже две: свободного выпуска и принужден иного выпуска. Выпуск в его первой фазе называется свободным потому, что газ вытекает лишь вследствие разности давлений, тогда как во второй фазе газ вытесняется из цилиндра поршнем.


Читать далее:

Категория Судовые дизели