6. Индикаторная диаграмма, диаграмма фаз газораспределения двухтактного дизеля (на примере двигателя 5тдф)

В каждом цилиндре расположены два противоположно движущихся поршня. Между поршнями при их максимальном сближении образуется камера сгорания. Каждый поршень посредством шатуна связан со своим коленчатым валом. В рассматриваемом двухтактном двигателе поршни помимо своего прямого назначения управляют открытием и закрытием продувочных и выпускных окон, т.е. выполняют функции газораспределительного механизма.

В связи с этим поршни, управляющ. продувочн. окнами наз-ся продувочн. , а поршни, управляющие выпускными окнами, и связанные с ними шатуны и коленчатый вал ‑ выпускными.

Коленчатые валы двиг. связаны м-у собой шестернями главн. передачи. Направлен вращ валов одинаковое. При этом выпускной коленч вал опережает продувочный вал на 10 град. При таком смещении коленчатых валов макс. сближение продувочных и выпускных поршней получается тогда, когда выпускн вал пройдет свою геометрическую внутреннюю мертвую точку (ВМТ) на 5°, а продувочный вал не дойдет до своей внутренней мертвой точки на 5°.

Угловое смещение коленчатых валов в сочетании с несимметричным расположением продувочных и выпускных окон по длине цилиндра обеспечивает получение требуемых фаз газораспределения, при которых достигаются достаточная очистка цилиндра от отработавших газов и высокая степень наполнения цилиндра свежим зарядом.

Рабочий цикл двигателя 5ТДФ протекает в такой последовательности.

Такт расширения. Начало такта расширения (конец такта сжатия) соответствует положению кривошипного механизма двигателя в ВОМТ. Состояние газа в цилиндре в этот момент отмечено точкой С индикаторной диаграммы. Такт расширения характеризуется увеличением объема цилиндра, обусловленного расходящимся движением поршней.

В начальный период такта расширения в цилиндре идет процесс сгорания топлива, в результате которого химическая энергия топлива превращается в тепловую. Вследствие интенсивного тепловыделения температура и давление газов в цилиндре резко увеличиваются (линия С — Z). Максимальное давление газов достигается в точке Z через несколько градусов после ВОМТ.

В дальнейшем вследствие постепенного затухания сгорания и быстрого увеличения объема цилиндра давление уменьшается (линия Z — b1).

В ходе проц. расширения часть тепловой энерг. газов преобраз-ся в механ.

Через 106° после ВОМТ (111° после внутренней мертвой точки (ВМТ) выпускного вала) выпускной поршень начинает открывать выпускные окна (точка b1). Под действием избыточного давления начинается выпуск из цилиндра отработавших газов. Отработавшие газы по выпускному коллектору поступают в турбину, в которой происходит дальнейшее расширение газов и преобразование их тепловой энергии в механическую.

Вследствие начавшегося выпуска давление газов в цилиндре резко уменьшается (линия b1 — П1).

Через 17° после открытия выпускных окон (123° после ВОМТ, 128° после ВМТ выпускного вала) продувочный поршень начинает открывать продувочные окна цилиндра (точка П1). Через постепенно открывающиеся продувочные окна из продувочного ресивера в цилиндр устремляется сжатый воздух, вытесняя из цилиндра отработавшие газы.

Наполнение цилиндра свежим зарядом при одновременном вытеснении отработавших газов называется продувкой цилиндра.

Для улучшения продувки, а также последующего смесеобразования входящему в цилиндр воздуху сообщается вращательное движение, что обеспечивается соответствующим расположением продувочных окон.

По достижении поршнями наружной объемной мертвой точки (НОМТ) такт расширения заканчивается (точка а). Выпускные и продувочные окна цилиндра полностью открыты.

Такт сжатия. Характеризуется уменьшением объема цилиндра и осуществляется при сходящемся движении поршней от НОМТ к ВОМТ. В начале такта при одновременно открытых продувочных и выпускных окнах продолжается продувка цилиндра (линия а — b2). Затем выпускные окна закрываются (точка b2), что соответствует окончанию выпуска газов и продувки цилиндра.

После закрытия выпускных окон продувочные окна остаются открытыми в течение 3° поворота коленчатого вала. В этот период (линия b2 — П2), который носит название фазы наддува, продолжается наполнение цилиндра свежим зарядом. С момента закрытия продувочных окон (точка П2) начинается сжатие свежего заряда, в ходе которого давление и температура его в цилиндре увеличиваются (линия П2 — С).

В конце такта сжатия за 22° до ВОМТ (или 17° до ВМТ выпускного вала) топливный насос начинает подачу топлива (точка т). Впрыск топлива в цилиндр начинается несколько позже. Под действием высокой температуры сжатого в цилиндре воздуха распыленное топливо нагревается, испаряется и вскоре воспламеняется. Горение топлива, начавшееся в конце сжатия, продолжается в начальный период такта расширения.

Из диаграммы фаз газораспределения следует, что продолжительность открытия выпускных окон (выпуск) составляет 138° поворота коленчатого вала, а продувочных (впуск) ‑ 124°. Одновременное открытие продувочных и выпускных окон, соответствующее периоду продувки, равно 121°.

Проц. газообмена рассматриваемого двиг. можно разделить на 3 харак-ых периода:

- свободный выпуск (выпуск до продувки) ‑ линия b1 ‑ П1;

- впуск и выпуск (продувка) ‑ линия П1 ‑ b2;

- впуск после продувки (фаза наддува) ‑ линия b2 ‑ П2.