ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теоретические основы и расчет тепловозных дизелей Классификация двигателей внутреннего сгорания и рабочие цикКлассификация и схемы работы двигателей внутреннего сгорания из "Двигатели внутреннего сгорания " В качестве тепловозных двигателей применяются поршневые двигатели, в которых тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию непосредственно в цилиндре. Топливо и воздух, необходимые для сгорания, вводятся в объем цилиндра двигателя, ограниченный днищем поршня, крышкой и стенками цилиндра. Образующиеся при сгорании газы, имеющие высокую температуру, создают давление на поршень и перемещают его в цилиндре. Поступательное движение через шатун передается коленчатому валу и преобразуется во вращательное. [c.6] Описанные изменения состояния рабочего тела, происходящие в цилиндре, носят название рабочего процесса двигателя. Совокупность периодически повторяющихся процессов называется рабочим циклом двигателя. Изменение давления в цилиндре в течение рабочего цикла в зависимости от объема изображается индикаторной диаграммой (рис. 2). [c.6] Двигатели классифицируют по числу ходов поршня, необходимому для осуществления рабочего цикла, и делят на два типа четырехтактные, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня двухтактные, в которых для этой цели требуются два хода поршня. [c.6] Тактом называется часть рабочего цикла, осуществляемая при движении поршня между внутренней и наружной мертвыми точками, когда величина надпоршневого пространства изменяется от камеры сжатия Ус до максимальной V == 1 0 Кд. [c.6] Рабочий цикл в четырехтактном двигателе происходит следующим образом (см. рис. 2, а). [c.7] Первый такт — впуск — поршень движется от в. м. т. к н. м. т., при этом цилиндр наполняется свежей порцией воздуха. В начале такта объем цилиндра заполнен продуктами сгорания от предыдущего цикла, давление которых больше давления перед впускными клапанами. В современных тепловозных дизелях давление воздуха, как правило, значительно выше атмосферного. Предварительное сжатие воздуха осуществляется в компрессоре, приводимом во вращение от газовой турбины, работающей на выпускных газах двигателя, или получающем энергию от коленчатого вала дизеля. [c.7] На индикаторной диаграмме, представляющей собой зависимость давления газов в цилиндре от хода поршня или объема цилиндра, началу такта впуска соответствует точка г. При вращении коленчатого вала поршень перемещается к н. м. т., а распределительный вал открывает впускной клапан и сообщает цилиндр с впускной системой. [c.7] За время такта впуска давление в цилиндре незначительно — в среднем на 0,01—0,015 МПа ниже давления во впускной системе рз- Это обусловлено главным образом газодинамическим сопротивлением впускного клапана. Наибольшее снижение давления происходит в средней части хода поршня при наибольших скоростях его движения и соответственно наибольших скоростях воздуха в клапанах. Для уменьшения газодинамических сопротивлений и улучшения наполнения цилиндра свежим зарядом воздуха впускной клапан начинает открываться ранее в. м. т. с некоторым углом опережения впуска аналогично закрытие впускного клапана осуществляется за н. м. т. с некоторым углом запаздывания закрытия. На диаграмме первому такту соответствует горизонтальная линия, проходящая через точку а. [c.7] В начале такта продолжается зарядка цилиндра воздухом, а в конце начинается сгорание топлива. На индикаторной диаграмме второму такту соответствует линия ас. [c.7] Четвертый такт — выпуск — поршень движется от н. м. т. к в. м. т. и выталкивает отработавшие газы через открытый выпускной клапан. Выпускной клапан, имеющий так же, как и впускной, привод от распределительного вала, открывается до н. м. т. (к концу третьего такта). Это способствует удалению части газа, имеющей высокое давление до н. м. т., и уменьшению сопротивления движения поршня, т. е. уменьшению давления в цилиндре при выталкивании отработавших газов. За время такта выпуска давление в цилиндре превышает давление в выпускной системе р . [c.8] Для более совершенного удаления продуктов сгорания закрытие выпускного клапана происходит за в. м. т. с некоторым углом запаздывания закрытия. В этот период, называемый периодом перекрытия клапанов открыт и впускной клапан, происходит продувка, способствующая очистке цилиндра от остаточных газов, и улучшение наполнения. На диаграмме четвертому такту соответствует горизонтальная линия, проходящая через точку г. [c.8] Рабочий цикл в двухтактном двигателе происходит в отличие от четырехтактного за два хода поршня. Если четырехтактный двигатель только половину времени, затраченного на цикл, работает как тепловой двигатель (такты сжатия и расширения), а остальное время работает как насос, то двухтактный работает как тепловой двигатель практически все время (рис. 2, б). [c.8] В отличие от четырехтактных двигателей в двухтактных очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение их свежим зарядом (процесс газообмена) происходят только при движении поршня вблизи н. м. т. При этом цилиндр от отработавших газов очищается путем вытеснения их предварительно сжатым воздухом. Воздух сжимается в компрессоре, представляющем собой отдельный агрегат, приводимый частично от коленчатого вала двигателя, частично от газовой турбины, работающей на выпускных газах. [c.8] В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть воздуха неизбежно проходит транзитом через цилиндр, удаляясь вместе с отработавшими газами. Схемы газообмена двухтактных двигателей могут быть разделены на петлевые и прямоточные. [c.8] Петлевые схемы характеризуются поворотом (петлей) основного потока воздуха при движении внутри цилиндра. Во многих петлевых схемах петля образуется движением потока по контуру цилиндра, поэтому такие схемы называются иногда контурными. При петлевых схемах обоими органами газораспределения (впускными и выпускными) управляет поршень. Основное преимущество петлевых схем — сравнительная простота конструкции двигателя, отсутствие клапанов и привода к ним. [c.8] Недостатком является наличие непродутых зон в цилиндре, в которых остаются отработавшие (остаточные) газы, неизбежные повышенные утечки продувочного воздуха из-за закрытия выпускных окон позже продувочных, а также затруднение организации воздушных потоков, необходимых для улучшения смесеобразования. Увеличенные утечки продувочного воздуха ведут к понижению температуры выпускных газов. [c.8] Наибольшее распространение в тепловозных дизелях получили прямоточные схемы газообмена (рис. 3, а, б). В двигателях с такой схемой газообмена воздух движется в одном направлении вдоль оси цилиндра. При этом поток воздуха, подаваемый через тангенциально направленные продувочные окна, образует так называемый воздушный поршень, который вытесняет продукты сгорания, в малой степени смешиваясь с ними, и оставляет сравнительно небольшие непродутые зоны. Прямоточные схемы газообмена обеспечивают минимальные утечки продувочного воздуха и дозарядки цилиндра из-за возможности закрытия выпускных органов раньше продувочных, наилучшую организацию воздушных потоков, необходимых для улучшения смесеобразования. [c.8] При клапанно-щелевой схеме газообмена в меньшей степени реализуются преимущества прямоточных схем по сравнению с прямоточно-щелевыми (см. рис. 3, б). Это связано с менее благоприятным для очистки характером потоков газа в цилиндре, чем при расположении окон по противоположным концам цилиндров, а также с наличием непродутых зон в области клапанов. Прямоточно-щелевая схема газообмена, соответствующая, например, дизелю 10Д100 с двумя коленчатыми валами, обеспечивает наиболее качественную продувку цилиндра и создает наилучшие условия для смесеобразования и заполнения цилиндра свежим зарядом. [c.9] С момента окончания продувки — закрытия с помощью распределительного вала клапанов или перекрытия поршнем окон—начинается процесс сжатия. На индикаторной диаграмме второму такту соответствует линия ас. [c.9] Вернуться к основной статье