4.7.1. Загальні відомості про двигуни внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння — це двигун, в якому при згорянні па­лива теплова енергія перетворюється в механічну. Паливо згоряє в замк­неному середовищі (циліндрі), внаслідок згоряння утворюються гази і ви­сока температура. Розширення газів в невеликому просторі створює висо­кий тиск, який діє на поршень і переміщує його вниз або уверх. Зворотно-прямолінійний рух поршня через шатун і кривошип перетворюється в обертальний рух вала.

Дизель (за прізвищем німецького інженера-винахідника Р.Дизеля) — це двигун внутрішнього згоряння, в якому паливо вприскується і самозапа­люється при максимальному стисненні суміші повітря з паливом в циліндрі.

Залежно від робочого циклу, дизелі бувають чотиритактні і двотактні, від розміщення циліндрів — з однорядним чи дворядним вертикальним і з V-подібним розміщенням циліндрів.

Робочий цикл — це сукупність процесів, що проходять в циліндрах в певній послідовності і періодично повторюються. Періодичність робо­чих циклів характеризується кількістю ходів поршня (тактів).

Такт — частина робочого циклу, що виконується при переміщенні поршня між його крайніми положеннями в циліндрі. Крайні положення називають мертвими точками. В крайніх положеннях поршня вісь шатуна співпадає з віссю кривошипа. У випадку зупинки шатунно-кривошипного механізму в такому положенні може виникнути своєрідне заклинення. Для уникнення подібного явища такти в усіх циліндрах не повинні спів­падати, а зміщуватись на якусь його частину.

4.7.2. Робочий цикл чотиритактного дизеля

Робочий цикл чотиритактного дизеля складається із таких тактів:

такт І — наповнення;

такт II — стиснення;

такт III — робочий хід;

такт IV — вихлоп (випуск) газів.

Роботу чотиритактного дизеля можна простежити на рис. 4.52.

Коли поршень рухається вниз (такт І), повітря подається в ци­ліндр через відкритий впускний. Коли поршень рухається в гору (такт ІІ), клапани в циліндрі закриваються і наступає стиснення, В кінці цього такту в циліндр уприскується дизельне паливо, яке са­мозаймається, різко зростає тиск і температура. Гази тиснуть на поршень і, рухаючи його вниз, здійснюють корисну роботу (такт III). Наступний хід поршня вгору (такт IV) випускає з циліндра відпрацьовані гази.

Клапани відкриваються і закриваються за допомогою газороз­подільного механізму, який приводиться в дію колінчастим валом дизеля.

4.7.3. Робочий цикл двотактного дизеля

Робочий цикл двотактного дизеля здійснюється за два ходи поршня і один оберт колінчастого вала. При цьому основні такти (стиснення і робо­чий хід) лишаються, а допоміжні (наповнення і вихлоп) скорочуються і стають часткою основних, тобто такт стиснення починається з деяким запізненням, поступаючись на початку процесу наповнення, а такт робо­чого ходу закінчується заздалегідь, щоб дати можливість відбутись проце­сові випуску газів. Таким чином, проходять два такти:

такт І — наповнення і стиснення;

такт II — робочий хід і випуск.

Роботу двотактного дизеля можна простежити на рис. 4.54. Коли поршень рухається вгору (такт 1) закриваються випускні вікна, за ними продувні, після чого відбувається стиснення повітря. В кінці так­ту уприскується дизпаливо, яке самозапалюється. Гази тиснуть на пор

Рис. 4.53. Зовнішній вигляд чотиритактного дизеля типу Д49

з V-подібним розміщенням циліндрів:

1 — турбокомпресор; 2 — випускні труби; 3 — вентилятор охолодження тягово­го генератора; 4 — регулятор; 5 — тяговий генератор;

6 — відцентровий фільтр масла; 7 — рама; 8 — водомасляний теплообмінник; 9 — фільтри грубого очищення масла; 10 — масляний насос; 11 — водяний насос; 12 — охолоджувач наддувного повітря.

І такт

ІІ такт

Рис. 4.54. Схема роботи

двотактного дизеля:

1 — циліндр; 2 — продувні вікна; 3 — пор­шень; 4 — форсунка; 5 — випускні вікна.

.

Рис. 4.55. Зовнішній вигляд двотактного дизеля типу 10Д100

з вертикальним дворядним розміщенням циліндрів і газотурбінним наддувом:

1 — турбокомпресори; 2 — повітряний трубопровід; З — повітряохолоджувач;

4 — тяговий генератор; 5 — випускний колектор; 6 — рама; 7 — водяний насос

охолодження масла і наддувного повітря; 8 — водяний насос системи

охолодження дизеля; 9 — масляний насос; 10 — випускні патрубки.

Взагалі наддувом умовно називають подачу в циліндри дизеля попе­редньо стисненого повітря, тиск якого перевищує тиск в циліндрі. Для наддуву використовуються повітродувки з механічним і газовим при­водом. Наприклад, в дизелях 2Д100 застосовується двороторна трилопас-на повітродувка, яка приводиться в дію від верхнього колінчастого вала за допомогою зубчатих коліс (механічний привод), а в дизелях 10Д100 за­стосовують турбокомпресори ТК-34С, які використовують енергію відпрацьованих вихлопних газів (газовий привод).

На сучасних тепловозних дизелях (11Д45 і 10Д100) застосовується двоступеневий наддув з проміжним охолодженням повітря: на першому етапі нагнітають повітря турбокомпресори. На другому — нагнітачі з ме­ханічним приводом.

Велике значення наддуву можна оцінити на такому прикладі. Дизель 1 ОД 100 має стільки циліндрів таких же розмірів, як і дизель 2Д100. Проте потужність його в 1,5 рази більша — 2210 кВт (3000 к.с.) замість 1470 кВт (2000 к.с). Це досягнуто завдяки застосуванню в дизелі 10Д100 газо­турбінного наддуву, підвищенню тиску продувного повітря з 0,127 до 0,215 МПа і охолодженню його перед подачею в циліндри.

Частина такту, коли відкриті впускні і випускні вікна, називається продувкою.

Процес, коли випускні вікна циліндрів зачинені, а через впускні про­довжує поступати свіже повітря, називається власне наддувом.