26 Тема. Круговые диаграммы фаз газораспределения.
Существенным недостатком двухтактного процесса по сравнению с четырехтактным является малое время, отводимое на процесс газообмена. Следует учитывать, что очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом более совершенно происходит в четырехтактных двигателях. Кроме того, в двухтактном двигателе температурный уровень поршня, крышки, цилиндра и клапанов выше, чем в четырехтактном. Диаграмма фаз газораспределения: фаза к-с - сжатие свежего заряда; с - впрыск топлива в цилиндр; с-т - воспламенение топлива в цилиндре, сгорание и расширение газов (рабочий ход); т-n - выпуск газов через открытые клапаны крышки цилиндра, n-b - продувка; n — к - зарядка воздухом цилиндра; к - клапаны выпуска закрываются, начинается сжатие свежего заряда, и цикл повторяется. Рабочий цикл совершился за два такта или за один оборот коленчатого вала. Поэтому такой двигатель и называется двухтактным. На части хода поршня, когда происходит газообмен в цилиндре, полезная работа не совершается. Объем k-n, соответствующий этой части хода поршня, называется потерянным.
Рис. 76. Диаграмма фаз газораспределения двухтактного двигателя с клапанно-щелевой продувкой цилиндра (дизель 14Д40):
n - начало открытия окон продувки; к - закрытие клапанов выпуска; с - начало подачи топлива насосом в цилиндр; т - начало открытия клапанов выпуска газов; b - закрытие поршнем окон продувки; НМТ - положение поршня в нижней мертвой точке; ВМТ - положение поршня в верхней мертвой точке.
Одним из важнейших условий хорошей работы дизеля является качество очистки цилиндров от отработавших газов и наполнение цилиндров воздухом. Время, отводимое на это, исчисляется долями секунды. Поэтому стремятся увеличить продолжительность процессов очистки и наполнения цилиндров, т. е. время, в течение которого органы газораспределения (клапаны или окна цилиндров) остаются открытыми. Однако при чрезмерном увеличении продолжительности открытия окон или клапанов возрастают потери воздушного заряда цилиндра или потери газов от предыдущего рабочего цикла и т. п. Все это ухудшает рабочий процесс, снижает экономичность, приводит к падению мощности. Вот почему так необходимо и важно выбрать наивыгоднейшее (оптимальное) соотношение в открытии и закрытии впускных и выпускных органов газораспределения.
Фазами газораспределения дизелей. Называются моменты открытия и закрытия клапанов и окон. Фазы газораспределения обычно выражаются в углах поворота коленчатого вала и представляются графически в виде диаграммы фаз (круговой диаграммы).
Фазы газораспределения четырехтактного дизеля. Для освобождения цилиндра четырехтактного дизеля от отработавших газов надо открыть выпускной клапан.
Рис.73. Круговая диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля Д50
Выпуск газов с опережением облегчает движение поршня вверх. Происходит это потому, что давление в цилиндре при движении поршня к наружной мертвой точке из-за опережения выпуска успевает значительно понизиться. Поэтому отработавшие газы будут оказывать незначительное противодействие обратному ходу поршня. Вредная работа при выпуске уменьшается. Этому способствует также увеличение проходного сечения и времени открытия клапанов за счет запаздывания закрытия выпускного клапана не в момент нахождения поршня в в. м. т., а несколько позже (рис. 73).
Аналогично, чтобы облегчить впуск воздуха, открытие впускных клапанов происходит не в в. м. т., а до того, как поршень дойдет до крайнего верхнего положения. Благодаря опережению начала и запаздывания конца выпуска величина угла поворота кривошипа коленчатого вала при открытом выпускном клапане увеличивается и возникает возможность продувки цилиндров воздухом, проходящим через них «транзитом» (в четырехтактных двигателях). Из диаграммы фаз четырехтактного дизеля Д50 видно, выпускной клапан (черная линия на диаграмме) начинает открываться в конце такта расширения за 50° до прихода кривошипа коленчатого вала в положение, соответствующее н. м. т. Для разных дизелей в зависимости от их конструкции устанавливают разные фазы газораспределения. Закрывается выпускной клапан после того, как кривошип пройдет на 54° положение, соответствующее в. м. т. Подсчитаем, на сколько градусов повернется коленчатый вал в процессе выпуска газов из цилиндра четырехтактного дизеля Д50: 50+180 + 54 = 284°.
Величина угла поворота кривошипа в процессе очистки цилиндра доходит в четырехтактных дизелях до 240—290° против теоретических 180°.
Для увеличения заряда цилиндра свежим воздухом впускной клапан начинает открываться немного раньше того момента, когда поршень придет в крайнее верхнее положение. Опережение впуска делается для того, чтобы к началу обратного хода поршня проходное сечение клапана для впуска свежего воздуха было достаточно большим.
В тепловозных дизелях продолжительность открытия впускного клапана соответствует 230—300° угла поворота кривошипа коленчатого вала. Впускной клапан, линия с точками на диаграмме (рис. 73) открывается в конце такта выпуска, когда кривошип коленчатого вала еще не дошел на 80° до положения, соответствующего в. м. т., а закрывается, когда коленчатый вал пройдет на 35° положение, соответствующее нижней мертвой точке. Подсчитаем продолжительность наполнения цилиндра: 80+ 180 + 35 = 295°.
Построение круговой диаграммы газораспределения двухтактных дизелей принципиально не отличается от построения круговой диаграммы четырехтактных дизелей. Учитывается, что процессы выпуска и наполнения в двухтактных дизелях протекают в течение части хода поршня за счет повышенного давления продувочного воздуха, а в четырехтактных дизелях в процессах газообмена участвует поршень, выталкивая газы или всасывая свежий воздух. Продолжительность выпуска и наполнения (от момента открытия выпускных органов до момента закрытия впускных) в четырехтактном дизеле Д50 соответствует 445° угла поворота коленчатого вала (50+180+ + 180+35), в двухтактном же дизеле 10Д100 этот угол составляет 120° (56+56+8).