Четырехтактный дизель

Рабочий цикл дизеля отличается тем, что при такте впуска в цилиндр двигателя поступает очищенный в воздухоочистителе воздух, а не горючая смесь, как в карбюраторном двигателе.

Первый такт — впуск. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, через открытый впускной клапан в цилиндр поступает очищенный воздух (из-за разрежения, создаваемого поршнем). Воздух перемешивается с небольшим количеством оставшихся от предыдущего цикла отработавших газов, температура повышается и в конце такта впуска достигает 300—320 К, а давле-

Второй такт — сжатие. Поршень движется от НМТ к ВМТ, впускной и выпускной клапаны закрыты. Давление и температура воздуха увеличиваются и в конце такта составляют соответственно 3—5 МПа и 800—900 К. Степень сжатия регламентируется прочностью деталей КШМ и равна 17—21.

Третий такт — расширение (рабочий ход). В конце такта сжатия (20—30° угла поворота коленчатого вала до прихода поршня в ВМТ) с помощью насоса через форсунку в цилиндр под высоким давлением (15—20 МПа) в мелкораспыленном виде впрыскивается порция топлива. Топливо от соприкосновения с нагретым воздухом испаряется, его пары перемешиваются с нагретым воздухом и воспламеняются. При сгорании топлива, вследствие подвода большого количества теплоты, резко увеличиваются давление и температура образовавшихся газов. В начале такта расширения давление газов составляет 7—8 МПа, а температура 2100—2300 К. Под действием давления поршень перемещается от ВМТ к НМТ, совершая полезную работу. Объем цилиндра увеличивается, давление и температура газов снижаются и при подходе поршня к НМТ составляют 0,2—0,4 МПа и 800—1200 К соответственно.

Четвертый такт — выпуск. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Через открытый выпускной клапан отработавшие газы выталкиваются через выпускной трубопровод в окружающую среду. В конце такта выпуска давление газов равно 0,11—0,12 МПа, температура 850—1200 К. После этого рабочий цикл дизеля повторяется. В двухтактных двигателях время, отводимое на рабочий цикл, используется более полно, так как процессы выпуска и впуска совмещены по времени с процессами сжатия и расширения. Рабочий цикл происходит за 360° (один оборот коленчатого вала).

При движении поршня от ВМТ к НМТ одновременно происходят процессы расширения и выпуска с продувкой цилиндра, а при обратном движении от НМТ к ВМТ впуск и сжатие. Изменения параметров цикла (давление и температура) соответствуют изменениям параметров четырехтактного двигателя. Сравнение рабочих циклов четырех- и двухтактных двигателей показывает, что при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения коленчатого вала мощность двухтактных двигателей выше в 1,5—1,7 раза. Он проще по конструкции и компактнее. К недостаткам двухтактного двигателя следует отнести ограниченное время газообмена, что ухудшает очистку цилиндра от отработавших газов, увеличивает потери части свежего заряда, снижает экономичность.

Число и расположение цилиндров

Одноцилиндровый четырехтактный двигатель имеет значительную неравномерность вращения коленчатого вала, которая вызвана тем, что за два оборота коленчатого вала только в течение одного полуоборота коленчатый вал вращается вследствие давления газов, а три полуоборота — за счет энергии, накопленной маховиком. Причем во время рабочего хода вращение коленчатого вала ускоренное, а во время подготовительных ходов — замедленное, что вызывает повышенную вибрацию двигателя, которая может быть лишь частично уменьшена вследствие значительного момента инерции маховика. Повышения равномерности работы двигателя можно добиться увеличением числа цилиндров, так как при этом может быть увеличено число рабочих ходов, приходящихся на один оборот коленчатого вала.

Цилиндры двигателя могут располагаться:

• вертикально в один ряд (рядное расположение);

• горизонтально в один ряд;

• однорядно с наклоном от вертикали;

• двухрядно V-образно;

• оппозитно.

При V-образном расположении цилиндров двигатель имеет более жесткую конструкцию, меньшие габаритные размеры (длину) и массу, чем рядный двигатель той же мощности. К недостаткам V-образных двигателей необходимо отнести значительную ширину и более сложную конструкцию. Равномерность вращения коленчатого вала многоцилиндрового двигателя обеспечивается при равномерном чередовании рабочих ходов поршней. Последовательное чередование одноименных тактов в различных цилиндрах за рабочий цикл называется порядком работы двигателя. При выборе порядка работы двигателя стремятся обеспечивать равномерное распределение нагрузки на коленчатый вал.