Рабочие процессы в дизельных двигателях.

РАБОЧИЕ ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Рабочий цикл двигателя — это комп­лекс последовательно чередующихся процессов внутри цилиндра, в резуль­тате которых энергия топлива преобра­зуется в механическую работу.

Такт — часть рабочего цикла, проис­ходящая за время движения поршня от одной мертвой точки до другой, т. е. за один ход поршня.

Двигатели, в цилиндрах которых ра­бочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала (за четыре хода порш­ня), называют четырехтактными. Если рабочий цикл совершается за один оборот коленчатого вала (за два хода поршня), то такие двигатели называют двухтактными.

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДИЗЕЛЯ

В цилиндр дизеля воздух и топливо вводятся раздельно.

Такт впуска. Поршень движется от ВМТ к НМТ, впускной клапан Вп(рис. 3.2) открыт. Давление в цилиндре меньше атмосферного. Под действием этого перепада давления в цилиндр по­ступает воздух. Давление в конце такта 0,08...0,09 МПа, температура воздуха 320...340 К.

Т акт сжатия. Оба клапана закрыты. Поршень движется от НМТ к ВМТ, сжимая воздух. Вследствие большой степени сжатия (порядка 14...20) давле­ние смеси в конце этого такта достигает 3,5...4 МПа, а температура 750...950 К. При положении кривошипа за 5...15° до ВМТ в цилиндр через форсунку впрыс­кивается точно отмеренная порция жидкого топлива, подаваемого насосом высокого давления. Форсунка обеспе­чивает тонкое распыление топлива в сжатом воздухе. Топливо, впрыснутое в цилиндр, смешивается с нагретым воз­духом и остаточными газами, образуя рабочую смесь. Так как темпера­тура в цилиндре значительно превыша­ет температуру самовоспламенения топлива (450...520 К), то происходит са­мовоспламенение топлива и большая его часть сгорает. Температура газов в конце сгорания достигает 1900...2400 К, а давление — 5,5...9 МПа (и более).

Такт расширения (рабочий ход). Обаклапана закрыты. Поршень под давле­нием расширяющихся газов (сила их воздействия на поршень достигает 50... 100 кН) движется от ВМТ к НМТ и через шатун вращает коленчатый вал, совершая полезную работу. В начале такта догорает полностью все топливо. К концу рабочего хода давление газов уменьшается до 0,2...0,3 МПа, темпера­тура—до 900...1200 К.

Такт выпуска. Когда поршень подхо­дит к НМТ, выпускной клапан Выпот­крывается. Часть газов под действием перепада давления выходит в атмосфе­ру. Затем поршень движется от НМТ к ВМТ и через открытый клапан вытал­кивает отработавшие газы из цилиндра в атмосферу. К концу такта давление газов составляет 0,11...0,12 МПа, тем­пература - 650...900 К.

Далее рабочий цикл повторяется.

Основные показатели работы двигателя

Условия эксплуатации тракторов в сельскохозяйственном производстве характеризуются весьма разнообразными режимами работы.

Показатели двигателей.

Работу двигателей оценивают по следу­ющим показателям: эксплуатационной мощности , частоте вращения и крутящему моменту М_к, часовому и удельному эксплуатационным расходам топлива , а также по их токсичности.

Основной показатель — мощность. Возможная производительность трак­торного агрегата равна произведению ширины захвата на скорость: Так какВпропорциональна сопротив­лению агрегата: , то можно за­писать: (знак «=» означает в данном случае пропорционально). По­скольку , то от­сюда вывод: , "т. е. производи­тельность агрегата пропорциональна мощности, развиваемой двигателем.

Также можно доказать, что расход топ­лива на гектар пропорционален удельно­му эксплуатационному расходу топлива:

Режимы работы дви­гателей. При работе автотракторных двигателей можно выделить нагрузоч­ные, скоростные, тепловые и другие ре­жимы. Нагрузочные режимы характе­ризуют изменение во времени момен­тов сопротивления и мощности, скоро­стные — изменение частоты вращения, тепловые — изменение температуры двигателя и т. д.

По характеру изменения процессы делят настационарные и нестационар­ные. Первые могут иметь стабильную величину — стационарные установив­шиеся или колебательный характер — стационарные неустановившиеся, ког­да при колебательном характере значе­ние среднего момента сопротивления постоянно. Нестационарные процессы характеризуются резким изменением режима нагрузки: разгон агрегата, об­гон, движение на уклоне (подъем, спуск), торможение и т. д.

По величине нагружения режимы работы характеризуются коэффициен­том загрузки — отношением развивае­мой мощности к номинальной, момен­та сопротивления к номинальному мо­менту двигателя:

Чем больше коэффициент загрузки, тем лучше загружен двигатель, тем больше отбираемая от него мощность, тем лучше его экономичность. Задача техника-механика: обеспечить работу двигателя с максимально возможным коэффициентом загрузки.

Большую часть времени работа тракторных двигателей происходит при стационарной неустановившейся на­грузке с высоким коэффициентом заг­рузки 0,7... 1. Для автомобильных дви­гателей колебательный характер на­грузки менее выражен. Загрузка состав­ляет 0,4...0,6 номинальной. Полная мощность автомобильного двигателя тре­буется при разгоне, обгоне, движении на подъем и по бездорожью. Наиболее тяжелым режимом для всех машин и их двигателей является процесс разгона.

Надежность двигателя. Понятие «на­дежность» определяет срок службы двига­теля. Оно включает много направлений: долговечность, которая определяется выдерживанием высокой теплонапряженности и износостойкостью; мини­мум отказов в работе, минимум точек технического обслуживания (ТО), мини­мум затрат времени на проведение ТО.

Теплонапряженность характеризует способность двигателя длительное вре­мя работать при полной нагрузке, т. е. при полной подаче топлива. Трактор­ные двигатели рассчитаны на такой ре­жим, автомобильные менее неприхот­ливы, так как средняя их загрузка в 1,5...2 раза меньше.

Износостойкость во многом зависит от технологии изготовления, начиная от выбора применяемых сталей и дру­гих материалов до современных мето­дов обработки деталей. Однако очень многое зависит от эксплуатационни­ков: своевременность и полнота прове­дения операций ТО, применение сма­зочных материалов и топлива в соот­ветствии с инструкцией, выбор режима нагружения и комплектования машин­но-тракторных агрегатов (МТА), под­держание технических условий эксплу­атации (температура охлаждающей жидкости, уровень масла в поддоне, точность регулировок и т. д.).

Соответствие экологическим требова­ниям. В современном мире требования экологии ДВС выходят на одно из пер­вых мест по предъявляемым требовани­ям. Во-первых, это жесткие нормы по токсичности выбросов (отработавших газов), во-вторых это шумность двига­теля. Требования по токсичности более подробно рассмотрены в главе 3.

Шумность определяется звуком, со­провождающим выброс отработавших газов, а также вибрациями, которые сопутствуют работе двигателя. Шум­ность оценивают по уровню шума, ко­торый должен быть: в кабине автомо­биля не более 80 дБ, в кабине тракто­ра — не более 85 дБ. На расстоянии 1 м от двигателя с открытым капотом уро­вень шума не должен превышать 100 дБ. Пока этим требованиям соот­ветствуют далеко не все отечественные машины.

Упрощение технического обслужива­ния. Одна из целевых задач в развитии ДВС — двигатель вообще не должен требовать технического обслуживания (также как трактор и автомобиль в це­лом). Поэтому в новых моделях все на­правлено на уменьшение времени, зат­рачиваемого на выполнение ТО, а именно: снижают число точек проведе­ния регулировочных работ, заправки смазочными материалами и другими техническими жидкостями; заменяют ручное смазывание централизованным; вводят автоматическую регулировку за­зоров (например, клапанов).

Переход на двигатели с впрыском бензина и электронным управлением привел к повышению значимости по­стоянного диагностирования техничес­кого состояния ДВС электроникой, что позволяет на ранних стадиях «болезни» двигателя провести мероприятия, обес­печивающие безотказную работу в те­чение всего срока службы.