Рабочий цикл двигателя

Рабочий цикл двигателя — это периодически повторяющаяся последовательность процессов в цилиндре, обеспечивающая работу двигателя. Процесс, происходящий в цилиндре при движении поршня от одной мертвой точки к другой, называется тактом. Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, называются четырехтактными.

Двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала, называются двухтактными. Из всех тактов рабочего цикла только при такте расширения газов совершается полезная работа. Поэтому он называется рабочим тактом (ходом). Остальные такты совершаются за счет кинетической энергии, накопленной при рабочем ходе, и являются вспомогательными.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя.За время работы двигателя

внутреннего сгорания в его цилиндре происходит периодическое изменение состояния рабочего тела (газа), соответствующего определенным тактам. Рабочий цикл карбюраторного двигателя (рис. 3) состоит из такта впуска, такта сжатия, такта рабочего хода, такта выпуска.

Такт впуска (см. рис. 3, а). За счет постороннего источника энергии (электрический стартер, механическое пусковое устройство и т.д.) коленчатый вал 1 двигателя приводится во вращение и поршень 3 перемещается от ВМТ к НМТ, впускной клапан 6 открыт, цилиндр сообщается с атмосферой. При этом в цилиндре создается частичное разрежение. Воздух, проходя через фильтр под действием атмосферного давления, очищается от пыли и примесей и поступает в карбюратор, где смешивается с топливом. Образовавшаяся горючая смесь заполняет освободившийся объем цилиндра.

К моменту прихода поршня к НМТ впускной клапан закрывается.

Давление в конце такта впуска составляет 0,07... 0,09 МПа, температура — 60...90 °С. Такт сжатия (см. рис. 13.3, б). Поршень при дальнейшем повороте коленчатого вала движется от НМТ к ВМТ Во время этого хода оба клапана остаются закрытыми, объем цилиндра над поршнем уменьшается, что приводит к сжатию рабочей смеси. Для исключения самовоспламенения рабочей смеси карбюраторные двигатели МГ-тракторов и мотоблоков проектируют с таким расчетом, чтобы степень сжатия находилась в пределах 6... 10. Давление в цилиндре в конце такта составляет 0,7... 1,2 МПа, температура — 300...400°С. При подходе поршня к ВМТ рабочая смесь воспламеняется от электрической искры свечи зажигания 7.

Такт расширения (рабочий ход) (см. рис. 13.3, в). С момента воспламенения рабочей смеси начинается рабочий ход поршня, в течение которого совершается полезная работа по вращению коленчатого вала двигателя, при этом оба клапана закрыты. В результате быстрого сгорания рабочей смеси давление в цилиндре составляет 3,0...4,5 МПа, температура повышается до 2380 °С. Поршень движется от ВМТ к НМТ В конце такта расширения давление понижается до 0,3...0,4 МПа, температура — до 1000... 1200 °С.

Такт выпуска (см. рис. 13.3, г). При нахождения поршня вблизи НМТ происходит открытие выпускного клапана. По мере перемещения поршня вверх за счет энергии, накопленной маховиком, отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выпускной трубопровод. К концу такта давление в цилиндре составляет 0,11...0,12 МПа, температура — 500...900 °С.

Описанная последовательность тактов повторяется в течение всей работы двигателя. В отличие от карбюраторного двигателя смесеобразование вдизеле происходит непосредственно в цилиндре двигателя. Рабочий цикл дизеля показан на рис. 4.

Такт впуска (см. рис.4, а). При вращении коленчатого вала двигателя поршень перемещается от ВМТ к НМТ При этом объем цилиндра заполняется воздухом, предварительно очищенным в воздухоочистителе. Давление в конце такта составляет 0,08...0,09 МПа, температура — 50...80 °С.

Такт сжатия (см. рис.4, б). Поршень движется вверх, сжимая воздух в цилиндре. Клапаны закрыты. Вследствие большой степени сжатия (е = 14...22) давление возрастает, достигая в конце такта 3,5...4,0 МПа, соответственно температура возрастает — до 600...650 °С, создавая предпосылки для воспламенения топлива, которое впрыскивается в цилиндр в конце такта сжатия.

Такт расширения (см. рис.4, в). Впрыснутое через форсунку топливо смешивается с нагретым воздухом, образуя рабочую смесь. Температура сжатого воздуха выше температуры самовоспламенения топлива, что приводит к воспламенению и сгоранию рабочей смеси. Давление внутри цилиндра резко возрастает, достигая 6...9 МПа, а температура — 1720... 1920 °С. Поршень совершает полезную работу, перемещаясь от ВМТ к НМТ В конце такта давление (0,3...0,5 МПа) и температура (627...927 °С) уменьшаются.

Такт выпуска (см. рис.4, г). Такт протекает аналогично происходящему в карбюраторном двигателе, но при меньшей температуре отработавших газов и давлении.

Рабочий цикл двухтактного двигателя.Двухтактные двигатели, как и четырехтактные, могут быть карбюраторными и дизельными. Рассмотрим принцип действия карбюраторного двухтактного двигателя. Особенностью работы двигателя является заполнение герметичной кривошипной камеры горючей смесью до поступления в цилиндр. Схема устройства двухтактного карбюраторного двигателя с кривошипно-камерной продувкой и осуществление его рабочего цикла показаны на рис. 5. В стенке цилиндра имеются три окна: впускное 7, продувочное 2 и выпускное 6. Кривошипная камера 8 непосредственного сообщения с атмосферой не имеет. К впускному окну 7 с помощью патрубка присоединен карбюратор. Перепускной канал 1 служит для перехода горючей смеси из кривошипной камеры в надпоршневое пространство цилиндра.

Работа двухтактного двигателя (см. рис.5, а) происходитследующим образом. При движении поршня 3 от НМТ перекрывается сначала продувочное окно 2, затем выпускное окно 6 (такт сжатия). Одновременно с этим в кривошипной камере 8 создается разрежение. В нее через открывшееся впускное окно 7начинает поступать горючая смесь, приготовленная в карбюраторе. Когда поршень 3 подходит к ВМТ, сжатая горючая смесь воспламеняется электрической искрой свечи зажигания 5. При сгорании смеси вследствие расширения давление газов резко возрастает. Под давлением газов (см. рис..5, б) поршень перемещается от ВМТ к

НМТ (такт рабочего хода). Как только он перекроет впускное окно 7 в кривошипной камере 8 начинается сжатие ранее поступившей горючей смеси. При дальнейшем опускании поршня 3 (см.рис.5, в) открывается выпускное окно 6, через которое из цилиндра выходят отработавшие газы (такт выпуска). Затем открывается продувочное окно 2 и через перепускной канал 1 предварительно сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает в цилиндр 4 (такт впуска), выталкивая из него отработавшие газы (продувка). Таким образом, при движении поршня 3 вверх кривошипная камера заполняется горючей смесью, одновременно происходит сжатие смеси, ранее поступившей в надпоршневую полость цилиндра. При движении поршня 3 вниз совершается рабочий ход, выпуск и продувка.

Особенностью двухтактного дизельного двигателя является то, что продувка и заполнение цилиндра осуществляется воздухом с последующим впрыском топлива. Имеются две конструктивные схемы продувки двигателя: кривошипно-камерная и с использованием специального продувочного насоса. Последовательность протекания рабочего цикла аналогична рассмотренному двухтактному карбюраторному двигателю, с той разницей, что подача топлива осуществляется с помощью насоса и форсунки.