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 координатах 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 1).
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 1 — 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 11 — период воспламенения и сгорания топлива, впрыснутого за 1 и частично 11 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 111 — продолжение горения (участок у-2). Сгорает топливо, поданное во 11 фазе и частично в 111 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.
⇐ | Рабочие процессы дизелей | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Мощность и экономичность дизеля | ⇒