4.3. Рабочие циклы дизелей

Рабочий процесс бескомпрессорных тепловозных дизелей практически почти соответствует идеальному смешанному циклу, при котором часть топлива сгорает при почти неподвижном поршне, т. е. при постоянном объеме, а другая часть — в начале перемещения поршня, т. е. при почти постоянном давлении.

Наглядное представление о рабочих процессах дизеля дает расчетная диаграмма рабочего цикла в коорди-

натах р — V (по оси абсцисс откладываются текущие значения объема цилиндра V, а по оси ординат — соответствующие им величины давления в цилиндре р). Для оценки качества работы дизеля при помощи специального прибора — индикатора—снимается так называемая развернутая индикаторная диаграмма, в которой давления в цилиндре фиксируются в соответствии с углами поворота коленчатого вала (п.к.в). Такая диаграмма может быть пересчитана и изображена также в координатах р —V. Проследим по индикаторным диаграммам протекание рабочих циклов четырехтактного (рис. 4.6, а) и двухтактного (рис. 4.6, б) дизелей. Пунктирные линии на диаграммах показывают протекание процессов теоретического цикла. Моменты открытия и закрытия клапанов (или окон) и начала подачи топлива обозначены теми же цифрами, что на рис. 4.5.

В четырехтактном дизеле длительность процесса наполнения 1—г— 6—а—2 (см. рис. 4.6, а) достаточна, чтобы обеспечить очистку цилиндра от остатков отработавших газов и получить нужный заряд воздуха для сгорания топлива. В двухтактных дизелях наполнение цилиндра воздухом и удаление продуктов сгорания происходят за более короткий промежуток времени (6—а—2 на рис. 4.6,6).

Сжатие воздуха 2—с происходит по политропическому процессу. Давление сжатия рс в современных дизелях достигает значения 6 МПа, а температура Тс — 900 К.

Горение топлива с—у—г—4 происходит в два этапа: сначала при условно-постоянном объеме (линия с—у), а потом при условно-постоянном давлении (линия у—г). В точке 2 давление в цилиндре рг достигает 8—11 МПа, температура конца сгорания Тг= 18004-2100 К.

Отношение максимального давления сгорания рг к давлению конца сжатия рс определяет степень повышения давления Я.

Рис. 4.6. Диаграммы рабочих циклов дизелей: а — четырехтактного; б — двухтактного

Расширение газов г—5 происходит также по политропическому процессу. Топливо, не успевшее сгореть в период с—у—г, продолжает догорать на участке процесса расширения г—4. Отношение объема газа Уг в конце процесса горения к объему камеры сжатия Ус называется степенью предварительного расширения р. Отношение полного объема цилиндра Уа к объему цилиндра в конце горения Уг называется степенью последующего расширения 6.

У *

М 20 в0 20 40 <р>п.к.В. о.м.т.

Рис. 4.7. Развернутая индикаторная диаграмма процесса горения топлива — давление в цилиндре в зависимости от угла (р поворота коленчатого вала от в. м. т.

Выпуск отработавших газов 5—/. В четырехтактном дизеле на всем протяжении процесса выталкивания отработавших газов их давление в цилиндре остается почти неизменным: выше атмосферного, но ниже давления воздуха при впуске (см. рис. 4.6, а, линия г—6—а).

В двухтактном дизеле после открытия выпускных окон (точка 5, см. рис. 4.6, б) давление в цилиндре падает. Подача воздуха через продувочные окна (точка 6) не повышает давления в цилиндре и после того, как поршень пройдет н.м.т. и начнется такт следующего цикла. Давление нарастает лишь после закрытия выпускных окон (точка /).

Процесс сгорания происходит на небольшом участке хода поршня у в.м.т., когда поршень имеет небольшую скорость движения. Поэтому процесс сгорания нагляднее можно изобразить на развернутой диаграмме, построенной по углу поворота коленчатого вала ср (рис. 4.7). Такая диаграмма позволяет судить о времени протекания горения, так как коленчатый вал вращается равномерно. Условно процесс горения можно разделить на четыре фазы.

Фаза / — период задержки воспламенения (участок Ь—с) составляет всего 0,001—0,005 с и соответствует 10—16° п.к.в. Чем больше период задержки воспламенения, тем больше топлива поступит в цилиндр до появления первых очагов воспламенения.

Фаза // — период воспламенения и сгорания топлива, впрыснутого за / и частично // фазы (участок с—у). В начале горения в камере сжатия много свободного кислорода, отчего пламя быстро распространяется по всему объему камеры сжатия, происходит интенсивное выделение теплоты и давление газов резко повышается при почти постоянном объеме. Отношение приращения давления от начала сгорания (точка с) до в.м.т. к углу поворота коленчатого вала за это время называется жесткостью работы двигателя. Жесткость повышается при увеличении периода задержки воспламенения топлива. Она не должна быть больше 0,2—0,3 МПа на Г п.к.в.

Фаза /// — продолжение горения (участок у—2). Сгорает топливо, поданное во // фазе и частично в /// фазе. Капли топлива находятся в среде, насыщенной продуктами сгорания, поэтому интенсивность сгорания несколько уменьшается.

Фаза IV— догорание топлива на линии расширения (участок г—а"). Период догорания наблюдается у многих двигателей, причем у быстроходных он длиннее, чем у тихоходных. При уменьшении нагрузки двигателя период догорания уменьшается. Догорание топлива вызывает повышение температуры отработавших газов.