Рабочий цикл двигателя УТД-20С1

Двигатель УТД-20С1 является четырехтактным дизельным двигателем, в котором полный цикл работы совершается за четыре хода поршня (два оборота коленчатого вала).

Такт— часть цикла, совершающаяся в течение одного хода поршня.

Рабочий цикл (рис. 2.16) двигателя состоит из четырех тактов:

- впуска;

- сжатия;

- рабочего хода;

- выпуска.

Рис. 2.16. Рабочий цикл двигателя: а – такт впуска; б – такт сжатия; в – рабочий ход; г – такт выпуска

Крайние верхние и нижние положения поршня в цилиндре, в которых вертикальная ось его находится на одной прямой с шатуном, и называются соответственно верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ).

В цилиндре двигателя различают:

- объем цилиндра, заключенный между ВМТ и НМТ, называется рабочим объемом цилиндра;

- объем цилиндра, заключенный над поршнем при положении его в ВМТ, называется объемом камеры сгорания (сжатия);

- объем цилиндра, заключенный над поршнем при положении его в НМТ, называется полным объемом цилиндра;

- сумма рабочих объемов всех цилиндров, выраженная в литрах, называется литражом двигателя;

- отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, называется степенью сжатия.

Такт впуска служит для наполнения цилиндра свежим зарядом воздуха. Совершается при движении поршня от ВМТ к НМТ. При этом в цилиндре создается разряжение (давление в цилиндре становится ниже атмосферного 0,8-0,9 кгс/см²) и наружный воздух через открытые впускные клапаны устремляется в цилиндр.

Для лучшего наполнения цилиндра клапаны впуска открываются за 20^о до подхода поршня к ВМТ, а закрываются после прохождения поршнем НМТ на 48^о. Таким образом, продолжительность впуска составляет 248^о по углу поворота коленчатого вала.

Такт сжатия служит для сжатия воздуха и подготовки условий самовоспламенения топлива. Начинается с момента закрытия клапанов впуска и выпуска при движении поршня от НМТ к ВМТ.

Поступивший в цилиндр свежий воздух сжимается в непрерывно уменьшающемся объеме надпоршневого пространства. Воздух в конце такта сжимается до давления 36-39 кгс/см². Температура воздуха при сжатии повышается до 550-600°С.

При положении поршня за 24-27^о до ВМТ в надпоршневое пространство впрыскивается в мелкораспыленном виде дизельное топливо.

Такт заканчивается в то время, когда поршень достигает ВМТ.

Такт рабочего хода. Благодаря высокой температуре сжатого воздуха впрыснутое в камеру сгорания топливо самовоспламеняется.

После того как поршень пройдет ВМТ, давление газов при сгорании топлива резко возрастает до 80-90 кгс/см², а температура – до1800-1900^оС.

Поршень под давлением газов движется к НМТ, воздействуя через шатун на кривошип коленчатого вала и совершая единственный рабочий такт из четырех – рабочий ход.

В результате расширения давление газов снижается до 2,5-3 кгс/см², а температура – до 700-800^оС.

Таким образом, тепловая энергия, создающаяся при сгорании газов, преобразуется в механическую энергию движения поршня.

Такт выпуска служит для очистки цилиндра от отработавших газов. Выпуск отработавших газов из цилиндра начинается с момента открытия выпускных клапанов, т.е. при положении поршня за 48^о до НМТ в такте рабочего хода.

От продуктов сгорания цилиндр очищается:

- при движении поршня к НМТ в такте рабочего хода за счет разности давлений в цилиндре и окружающей атмосфере (давление в цилиндре в момент открытия выпускных клапанов в 2,5-3 раза выше атмосферного);

- в результате выталкивания отработавших газов поршнем, движущемся к ВМТ в такте выпуска;

- за счет инерции потока и вытеснения его свежим воздухом при открытии впускных клапанов в такте впуска, когда поршень движется от ВМТ к НМТ.

Продолжительность выпуска отработавших газов составляет 248^о по углу поворота коленчатого вала (в такте рабочего хода – 48^о, принудительный выпуск – 180^о, в такте впуска – 20^о).

С начала впуска (20^о до ВМТ) до конца выпуска (20^о после ВМТ), т.е. в течение 40^о по углу поворота коленчатого вала, одновременно открыты клапаны впуска и выпуска. В этом диапазоне, который называется перекрытием клапанов, цилиндр продувается, что способствует лучшей очистке его от остаточных газов и лучшему наполнению свежим зарядом воздуха.

Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов называются фазами газораспределения, а графическое изображение их – диаграммой фаз газораспределения.

Угол начала подачи топлива насосом высокого давления при регулировке устанавливается 24-27^о до ВМТ в такте сжатия.