Тема 2 Робочі процеси в циліндрі дизеля
Рекомендована література:
Третьяков А.П. Подвижной состав и тяговое хозяйство железных дорог.–-М., Транспорт, 1971.
Корнійчук М.П., Липовець Н.В., Шамрай Д.О. Технологія галузі і технічні засоби залізничного транспорту.–- Київ, Дельта, 2006.
Як було зазначено вище, у циліндрах дизеля виникає сила, що створює на колінчатому валу обертаючий момент і утворює потужність дизеля. Повна ефективна потужність дизеля складається із сумарної потужності, створюваної в кожному циліндрі. А циліндрова, так звана індикаторна, потужність визначається роботою, чиненою тиском газів на площу поршня. З цього випливає, що потужність залежить від геометричних розмірів поршня і циліндру дизеля. Процеси стискання повітря і розширення продуктів згоряння відбуваються в просторі циліндра, ув'язненого між головкою циліндра і положенням поршня в ніжній мертвій точці (Н.М.Т.). Обсяг обмежений цим простором зветься повним обсягом циліндра (Vп)., а обсяг між В.М.Т. та Н.М.Т. називають робочим обсягом (Vр). Різниця між цими обсягами являє собою обсяг камери стиску (Vе). А сума повних обсягів усіх циліндрів складає літраж дизеля.
Рух поршня від однієї мертвої точки до іншої називається тактом робочого процесу дизеля. За кількостю тактів в одному робочому циклі дизелі можуть бути двотактними чи чотиритактними.
Розглянемо процеси що відбуваються в дизелі за один повний цикл.
Чотиритактний дизель
Графічна залежність тиску у середині циліндра від обсягу циліндра, який змінюється при русі поршня, зветься індикаторною діаграмою. Площа індикаторної діаграми характеризує роботу виконану процесами, що відбуваються в циліндрі за один робочий цикл.
У чотиритактних дизелях робочий цикл відбувається за 4 ходи поршня (два оберти колінчатого вала), тобто за 4 такти (рис. 5). На малюнку поряд з індикаторною діаграмою схематично показані положення і рух поршня та стан клапанів: зліва – для впуску стиснутого повітря (впускний), справа – для випуску газів після згоряння палива (випускний). Відкриття та закриття клапанів керується кулачковими валами, які мають привід від колінчатого валу дизеля. Це дає можливість ув’язати характер роботи клапанів з кутом повороту колінчатого валу, а значить і з положенням поршня у циліндрі дизеля. Таким же чином кулачковий вал приводу паливних насосів високого тиску, з’єднаний з колінчатим валом, забезпечує своєчасне впорскування палива у циліндри дизеля форсунками.
Рис.
5
З представленого рисунка видно, що при першому такті поршень рухається від В.М.Т до Н.М.Т., клапан впускний відкритий, і циліндр буде наповнюватись повітрям. У дизелів з наддуванням повітря нагнітається з невеликим тиском 1,5–2,8 кг/см2 (0,14-0,27мПа), і у наслідок того, що випускний клапан на початку руху поршня від В.М.Т. якийсь час був ще відкритий, відбувається продувка циліндра. Цей такт називається тактом наповнення. На індикаторній діаграмі цей такт зображений лінією еа. Другий такт (стиск) відбувається при подальшому русі поршня від Н.М.Т. до В.М.Т. Впускний і випускний клапани при цьому закриті. У зв'язку зі зменшенням обсягу циліндра відбувається стискання повітря до 45–60 кг/см2 (4,4–5,9мПа), а температура стиснутого повітря досягає 6000 С. Наприкінці цього такту (у точці S на діаграмі) форсункою дизеля здійснюється впорскування палива. Паливо-повітряна суміш від високої температури самозапалюється, і починається процес горіння, в результаті якого температура у циліндрі досягає понад 20000 С, а тиск понад 100–120 кг/см2 (9,8–11,7мПа). Цей процес на індикаторній діаграмі виражений кривою s-z-z. У третьому такті при закритих впускних і випускних клапанах, гази що утворилися в результаті горіння, з великим тиском діють на поршень. Поршень починає рухатися від В.М.Т. до Н.М.Т., передаючи зусилля через шатун на колінчатий вал. Цей такт називається робочим ходом, тому що саме в цьому такті відбувається корисна робота. В міру руху поршня обсяг у циліндрі збільшується, а тиск падає. Характер падіння тиску показаний на індикаторній діаграмі лінією zb. Четвертий такт робить випуск продуктів згоряння з циліндра, і називається тактом випуску. При цьому поршень рухається від Н.М.Т, до В.М.Т. з відкритим випускним клапаном (лінія bd на індикаторній діаграмі). До приходу поршня у В.М.Т. відкривається впускний клапан, (крапка
d на діаграмі) і до закриття випускного клапану, після проходження поршнем В.М.Т. (крапка е на діаграмі), відбувається продувка циліндра, тобто очищення від залишків продуктів згоряння. На цьому робочий цикл у циліндрі закінчується, і далі процес повторюється. Таким чином один робочий цикл відбувається за два обороти колінчатого вала або чотири ходи поршня, тобто за чотири такти.