Рабочие процессы четырехтактного дизеля

Для того чтобы топливо смогло сгореть внутри дви­гателя, его нужно хорошо перемешать с воздухом, а за­тем нагреть до такой температуры, чтобы оно само заго­релось, или зажечь его от постороннего источника, на­пример электрической искры.

Топливо с воздухом может смешиваться непосредст­венно в камере сгорания двигателя или вне двигателя.

Двигатели, у которых смесеобразование и нагрев до температуры самовоспламенения осуществляются в ка­мере сгорания, называются двигателями внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием, или дизелями (в честь изобретателя - инженера Рудольфа Дизеля).

Двигатели же второго типа называют двигателями внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием, или карбюраторными (по названию прибора - карбюратора, в котором воздух смешивается с топливом). Топливо у этих двигателей воспламеняется электрической искрой.

Превращение химической энергии топлива в тепло­вую, а затем в механическую происходит за ряд после­довательно и периодически повторяющихся процессов - тактов (такт - часть рабочего цикла, протекающего за время прохож­дения поршнем пути от одной мертвой точки до другой), образующих так называемый рабочий цикл.

Если рабочий цикл у двигателя происходит за два оборота коленчатого вала, в течение которых поршень совершает четыре хода (такта), то такой двигатель на­зывается четырехтактным.

Чередование тактов у четырехтактного дизеля проис­ходит в такой последовательности.

Такт впуска. При помощи постороннего источника энергии, например, электрического двигателя (электро­стартера), вращают коленчатый вал дизеля и поршень его начинает двигаться от в. м. т. к н. м. т. (рис.3, а). Объем над поршнем увеличивается, вследствие чего дав­ление падает до 75...90 кПа. Одновременно с началом движения поршня клапан открывает впускной канал, по которому воздух, пройдя через воздухоочиститель, посту­пает в цилиндр с температурой в конце впуска 30...50°С. Когда поршень доходит до н. м. т., впускной клапан за­крывает канал и подача воздуха прекращается (в действительности, открытие и закрытие клапанов происходит не в мертвых точках, а с некоторым опережением или запаздыванием).

Такт сжатия. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться вверх (см. рис.3, б) и сжимать воздух. Оба канала при этом закрыты клапана­ми. Давление воздуха в конце хода достигает 3,5...4,0 МПа, а температура - 600...700°С.

Рабочий ход (такт расширения). В конце такта сжа­тия при положении поршня, близком к в.м.т., в цилиндр через форсунку (рис.3, в) впрыскивается мелкораспы­ленное топливо, которое, смешиваясь с сильно нагретым воздухом и газами, частично оставшимися в цилиндре после предыдущего процесса, воспламеняется и сгорает. Давление газов в цилиндре при этом повышается до 6,0...8,0 МПа, а температура - до 1800...2000°С. Так как при этом оба канала остаются закрытыми, расширяю­щиеся газы давят на поршень, а он, перемещаясь вниз, через шатун поворачивает коленчатый вал.

Рис.3 – Схема рабочего процесса четырехтактного дизеля:

а - впуск; б - сжатие; в - рабочий ход; г - выпуск.

Такт выпуска. Когда поршень подходит к н.м.т., вто­рой клапан открывает выпускной канал и газы из цилиндра выходят в атмосферу (см. рис.3, г). При этом поршень под действием энергии, накопленной за рабочий ход маховиком, перемещается вверх, и внутренняя по­лость цилиндра очищается от отработавших газов. Дав­ление газов в конце такта выпуска составляет 105...120 кПа, а температура - 600...700°С.

После такта выпуска рабочий процесс начинает пов­торяться, т. е. следующим тактом опять будет впуск, за­тем сжатие и т. д. в течение всей работы двигателя.