Дизели

Принцип работы дизеля

Дизель — это такой тип двигателя внутреннего сгорания, в котором топливо воспламеняется при впрыскивании его в камеру сгорания, заполненную сжатым воздухом с высокой температурой. Как и все двигатели внутреннего сгорания, дизель работает с определенной последовательностью тактов, которая может быть достигнута за два или четыре хода поршня. Ход — это перемещение поршня между двумя его крайними точками. Каждый ход поршня совершается за половину оборота коленчатого вала.

Четырехтактный цикл. Он совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала. Для осуществления этого цикла дизель должен иметь устройства для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

Если поршень находится в крайней верхней части своего хода, то это его положение называется верхней мертвой точкой (в. м.т.). Как только поршень начинает двигаться вниз, впускной клапан открывается и свежий воздух засасывается в цилиндр (рис. 2.1,а). В нижней части хода поршня, т. е. в нижней мертвой точке(н. м.т.), впускной клапан закрывается, начинается сжатие воздуха в цилиндре и, следовательно, повышается температура воздуха по мере подъема поршня (рис. 2.1,6). Затем в цилиндр впрыскивается топливо. Как только поршень достигнет в. м. т., происходит сгорание топлива, в результате образуется очень высокое давление газов в цилиндре (рис. 2.1,в). Затем поршень под воздействием этих газов перемещается вниз. При подходе поршня к н.м.т. открывается выпускной клапан. На заключительном ходе поршня вверх, завершающем цикл, продукты сгорания топлива выталкиваются из цилиндра. Как только поршень поднимется до в. м.т., цикл завершается (рис. 2.1,г). Эти четыре хода поршня называются впуск (всасывание), сжатие, рабочий ход и выпуск.


Рис. 2.1. Четырехтактный цикл:
а — ход всасывания: 6 — вход сжатия: в — рабочий ход: г — такт выпуска газов; 1 — впускной клапан; 1 — выпускной клапан; 3 —цилиндр; 4 — поршень; 5 — шатун; 6 — кривошип; I — направление вращения коленчатого вала

Процессы цикла схематично показаны на круговой диаграмме (рис. 2.2). Показан угол поворота коленчатого вала, при котором совершается каждый цикл. На диаграмме рис. 2.2 точно воспроизводится действительный цикл, который отличается от его упрощенного описания на рис. 2.1. Для различных конструкций двигателей углы поворота коленчатого вала в градусах для совершения того или иного процесса будут различными. Тем не менее эта круговая диаграмма является характерной для четырехтактных дизелей всех типов и конструкций.


Рис. 2.2. Круговая диаграмма распределения четырехтактного дизеля:
1 — открытие впускного клапана; 2 — начало впрыскивания топлива в цилиндр; 3 — окончание впрыскивания топлива в цилиндр; 4 — закрытие выпускного клапана; 5 — открытие выпускного клапана; 6 — закрытие впускного клапана; I — всасывание; II — сжатие; III — рабочий ход поршня; IV — направление вращения коленчатого вала; V — выпуск газов

Двухтактный цикл. Он совершается за два хода поршня, т. е. за один полный оборот коленчатого вала. Для выполнения этого цикла, в котором каждый такт (процесс) осуществляется за очень короткое время, дизель должен иметь специальные приспособления. Во-первых, свежий сжатый воздух должен быть подан в цилиндры для удаления выпускных газов и для накопления или зарядки цилиндра. В данном случае (двухтактный цикл) вместо клапанов используются отверстия в цилиндрах, так называемые окна, которые открываются и закрываются боковой поверхностью по мере его хода.

Когда поршень находится в в. м.т., происходит впрыскивание, а затем сгорание топлива, как это показано на рис. 2.3, а. Затем поршень устремляется вниз, т. е. происходит его рабочий ход, до тех пор, пока поршень не откроет выпускные окна на цилиндре (рис. 2.3,6). Далее начинается процесс выпуска продуктов сгорания (газов), а поршень продолжает двигаться вниз до тех пор, пока не откроет впускные (продувочные) окна (рис. 2.3,в). После этого в цилиндр поступает сжатый воздух, который выталкивает из цилиндра оставшиеся продукты сгорания. Поршень закрывает впускные и выпускные окна при своем обратном ходе вверх, и начинается сжатие воздуха в цилиндре. В в. м. т. цикл завершается (рис. 2.3,г). Круговая диаграмма двухтактного двигателя показана на рис. 2.4.


Рис. 2.3. Цикл двухтактного дизеля:
а — впрыскивание топлива; б — выпуск газов; в — продувка; г —сжатие; 1 — поршень; 2 — форсунка; 3 — цилиндр; 4 — шатун; 5 — кривошип; 6 — выпускные окна; 7 — продувочные окна; I — направление вращения кривошипа

Рис. 2.4. Круговая диаграмма распределения двухтактного дизеля:
1 — открытие выпускных окон; 2 — открытие продувочных окон; 3 — закрытие продувочных окон; 4— закрытие выпускных окон; 5 — начало впрыскивания топлива; 6 — окончание впрыскивания топлива; I — выпуск газов, II — продувка; III — сжатие; IV — рабочий ход поршня; V — направление вращения кривошипа

Особая разновидность двухтактного цикла — цикл двигателя с противоположно движущимися поршнями. При этом, начиная с момента впрыскивания топлива, оба поршня (одного цилиндра) устремляются в разные стороны (противоположно один другому) под действием расширяющихся газов (рис. 2.5,а). Верхний поршень открывает выпускные окна, как только он дойдет до конца своего хода (рис. 2.5,6). Нижний поршень в этот же момент или несколько позднее открывает продувочные окна для заполнения цилиндра свежим воздухом и для удаления оставшихся выпускных газов (рис. 2.5,в). Как только поршни достигнут своих крайних точек, они оба начинают двигаться (навстречу один другому). По мере сближения поршней они закрывают продувочные и выпускные окна, и после этого начинается ход сжатия перед впрыскиванием и сгоранием топлива (рис. 2.5, г). Различные детали привода двух расходящихся поршней применительно к двигателям «Доксфорд» будут описаны ниже в этой главе.


Рис. 2.5. Цикл дизеля с расходящимися поршнями:
а — всасывание; б — выпуск; в — продувка;  г — сжатие; 1 — верхний поршень; 2 — форсунка; 3 — нижний поршень; 4 — выпускное окно; 5 — продувочное (впускное) окно