Робочий цикл чотиритактного дизеля
Дослідження робочого циклу чотиритактного дизеля: послідовність тактів, переміщення поршня, робота клапанів та перетворення енергії згорілого палива на механічну роботу.
Що таке робочий цикл двигуна?
Робочий цикл двигуна внутрішнього згоряння — це сукупність процесів, які послідовно повторюються в кожному циліндрі та забезпечують отримання механічної енергії. У чотиритактному дизелі повний цикл відбувається за чотири ходи поршня та два оберти колінчастого вала.
Під час робочого циклу в циліндр надходить свіже повітря, воно стискається, у нього впорскується паливо, відбувається згоряння та розширення газів, після чого продукти згоряння видаляються через випускну систему.
| Поняття | Визначення |
|---|---|
| Такт | Частина робочого циклу, що відбувається за один хід поршня між ВМТ і НМТ або навпаки. |
| Робочий цикл | Повна сукупність процесів, що періодично повторюються в циліндрі двигуна. |
| Хід поршня | Переміщення поршня від однієї мертвої точки до іншої. |
| Оберт колінчастого вала | Поворот колінчастого вала на 360°. |
Загальна схема чотиритактного робочого циклу
Повний робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна складається з тактів впуску, стискання, робочого ходу та випуску. Повний цикл відбувається за два оберти колінчастого вала та чотири ходи поршня.
Після завершення такту випуску цикл повторюється знову. Безперервне повторення цих процесів забезпечує стабільну роботу двигуна та передачу крутного моменту до трансмісії трактора.
Такт впуску
Такт впуску є першим тактом робочого циклу дизельного двигуна. Його призначення полягає в наповненні циліндра свіжим повітрям, необхідним для подальшого згоряння палива.
Основні характеристики
- Рух поршня: ВМТ → НМТ
- Впускний клапан: відкритий
- Випускний клапан: закритий
- Процес: надходження повітря
Цікаво знати
Під час впуску поршень рухається від ВМТ до НМТ, створюючи розрідження в циліндрі.
Під дією різниці тиску атмосферного повітря (0,1 МПа) і відпрацьованих газів у циліндрі (0,08-0,09 МПа) свіже повітря, пройшовши повітроочисник та впускну трубу, заповнює об’єм циліндра.
В кінці такту температура повітря, яке нагрівається від деталей двигуна та відпрацьованих газів, підвищується до 30-50°С.
Такт стискання
Після заповнення циліндра повітрям починається такт стискання. Саме на цьому етапі створюються умови для самозаймання дизельного палива.
Основні характеристики
- Рух поршня: НМТ → ВМТ
- Впускний клапан: закритий
- Випускний клапан: закритий
- Процес: стискання повітря
Цікаво знати
Поршень рухається від НМТ до ВМТ, зменшуючи об'єм повітря в циліндрі.
Обидва клапани закриті. У результаті стискання температура повітря підвищується до 600–900 °C, а тиск зростає до 3,5-4,0 МПа.
Наприкінці такту паливна апаратура впорскує в циліндр дизельне паливо через форсунку.
Робочий хід
Робочий хід є головним тактом двигуна, оскільки лише під час нього теплова енергія палива перетворюється на механічну роботу.
Основні характеристики
- Рух поршня: ВМТ → НМТ
- Впускний клапан: закритий
- Випускний клапан: закритий
- Процес: згоряння палива та виконання корисної роботи
Цікаво знати
Впорснуте паливо потрапляє в сильно нагріте повітря та самозаймається.
Утворені гази швидко розширюються та створюють великий тиск на днище поршня.
Поршень переміщується від ВМТ до НМТ nа через шатун обертає колінчастий вал.
Подача палива в камеру згоряння через форсунку починається за 15-30° повороту колінчастого вала до ВМТ. Це потрібно для забезпечення деякого інтервалу від початку самозаймання палива до повного згоряння робочої суміші, протягом якого тиск в камері згоряння зростає до 6,0...9,0 МПа, а температура підвищується до 1800-2000°С.
Коли поршень доходить до НМТ, тиск знижується до 0,3-0,5 МПа, а температура до 700-900°С.
Такт випуску
Після завершення робочого ходу необхідно видалити з циліндра продукти згоряння та підготувати його до нового циклу.
Основні характеристики
- Рух поршня: НМТ → ВМТ
- Впускний клапан: закритий
- Випускний клапан: відкритий
- Процес: видалення відпрацьованих газів
Цікаво знати
Випускний клапан відкривається, а поршень рухається від НМТ до ВМТ
Відпрацьовані гази витісняються з циліндра через випускний канал у випускну систему двигуна.
В кінці такту тиск в циліндрі становить 0,11-0,12 МПа, температура 400-500°С.
Після досягнення ВМТ починається наступний такт впуску і цикл повторюється.
Послідовність тактів чотиритактного дизеля
Усі чотири такти відбуваються в строго визначеній послідовності та повторюються протягом усього часу роботи двигуна.
| Такт | Рух поршня | Впускний клапан | Випускний клапан |
|---|---|---|---|
| Впуск | ВМТ → НМТ | Відкритий | Закритий |
| Стискання | НМТ → ВМТ | Закритий | Закритий |
| Робочий хід | ВМТ → НМТ | Закритий | Закритий |
| Випуск | НМТ → ВМТ | Закритий | Відкритий |
Особливості дизельного двигуна
Дизельні двигуни мають низку важливих переваг, завдяки яким вони стали основним типом силових установок сучасних тракторів. Водночас їм притаманні й певні недоліки, які необхідно враховувати під час експлуатації.
Великий крутний момент
Саме завдяки високому крутному моменту дизельні двигуни широко застосовуються на тракторах та іншій потужній техніці.
Високий ступінь стискання
Для забезпечення самозаймання дизельні двигуни мають значно вищий ступінь стискання, ніж бензинові.
Висока економічність
Дизельні двигуни характеризуються меншими витратами палива та високим коефіцієнтом корисної дії.
Складніше та дорожче технічне обслуговування
Паливна апаратура високого тиску, форсунки та інші елементи мають складну конструкцію і потребують точного налаштування. Це підвищує вартість технічного обслуговування та ремонту.
Складніший запуск у холодну погоду
За низьких температур запуск двигуна ускладнюється через недостатнє нагрівання повітря в циліндрах. Для полегшення запуску використовують свічки розжарювання.
Вибагливість до якості палива
Дизельний двигун чутливий до якості пального. Використання неякісного дизельного палива або палива, яке не відповідає сезону, може призвести до погіршення роботи форсунок, паливного насоса високого тиску та інших елементів паливної системи.
Навчальні відео
Анімація роботи чотиритактного дизеля
Відео допоможе закріпити знання про робочий цикл та взаємодію механізмів двигуна.
Інтерактивний тест для самоперевірки
Дайте відповіді на запитання, щоб перевірити знання з теми «Робочий цикл чотиритактного дизеля».
Реєстрація користувача
1. Скільки тактів має робочий цикл сучасних дизельних двигунів?
2. Який такт є третім у робочому циклі дизеля?
3. У якому напрямку рухається поршень під час впуску?
4. У якому напрямку рухається поршень під час робочого ходу?
5. Що відбувається під час такту стискання?
6. Коли в дизелі впорскується паливо?
7. Що забезпечує робочий хід?
8. У якому напрямку рухається поршень під час випуску?
9. Скільки обертів колінчастого вала відбувається за один робочий цикл?
10. Чому дизельний двигун не потребує свічки запалювання?
Студент: —
Заклад: —
Група: —
Результати тестування
Тема. Робочий цикл чотиритактного дизеля
Правильних відповідей: 0 з 10