Рабочий процесс в двигателе внутреннего сгорания.

Рабочий процесс четырехтактного двигателя состоит из тактов впуска, сжатия, расширения и выпуска и совершается за два оборота вала. Рассмотрим этот процесс, используя для иллюстрации каждого такта индикаторную диаграмму, представляющую собой зависимость давления р в цилиндре от переменного объема цилиндра Va. При испытаниях двигателей индикаторная диаграмма снимается специальным прибором — индикатором. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя показана на рис. 11, а, а дизеля — на рис. 11,6. На диаграмме по оси ординат отложено давление в цилиндре р, а по оси абсцисс — объем цилиндра V. Линия р0 соответствует нормальному атмосферному давлению.
Такт впуска начинается с движения поршня от в. м. т. и продолжается в течение 180° поворота коленчатого вала, пока поршень не достигнет н. м. т. К началу такта впуска в цилиндре находятся отработавшие газы под небольшим избыточным давлением (точка г на диаграммах). Перед началом такта впуска впускной клапан открывается. По мере удаления поршня от в. м. т. давление в цилиндре становится ниже атмосферного (линия га). Величина давления определяется рядом факторов: сопротивлением впускного тракта, угловой скоростью коленчатого вала двигателя и т. п. Среднее давление впуска равно 70—95 кНУм2. У дизелей оно немного больше, чем у карбюраторных двигателей.
Под действием перепада давлений горючая смесь (в карбюраторных двигателях) и чистый воздух (в дизелях) поступают в цилиндр. Соприкасаясь с нагретыми стенками впускного трубопровода, головкой и стенками цилиндров и смешиваясь с горячими отработавшими газами, поступающий в цилиндр свежий заряд нагревается. Поэтому температура газов в цилиндре в конце такта впуска составляет 70—110° С.
Наполнение цилиндра горючей смесью или воздухом характеризуется коэффициентом наполнения, равным отношению объема поступившего в цилиндр свежего заряда (приведенного к нормальным атмосферным условиям) к объему цилиндра. У карбюраторных двигателей коэффициент наполнения составляет 0,75—0,85, а у дизелей вследствие меньшего сопротивления впускного тракта достигает 0,9.
Чем больше коэффициент наполнения, т. е. чем больше заряд в цилиндре, тем большую мощность может развить двигатель. В некоторых двигателях для увеличения наполнения цилиндра при такте впуска применяют наддув, при котором заряд в цилиндр поступает под избыточным давлением.
Такт сжатия осуществляется при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. и продолжается в течение поворота коленчатого вала от 180 до 360°. Оба клапана при этом закрыты. На индикаторных диаграммах процесс сжатия изображен кривой ас. В точке / давление в цилиндре становится равным атмосферному. По мере уменьшения объема давление и температура в цилиндре повышаются и достигают в конце такта в карбюраторных двигателях соответственно 1200—1700 кН/м2 и 300—450° С, а в дизелях -3000—4000 кН/м2 и 500—650° С. Для более эффективного сгорания топлива при такте расширения воспламенения рабочей смеси в карбюраторном двигателе и впрыск топлива в дизелях происходят не в в. м. т., а несколько раньше — в точке 2. Такт расширения происходит при закрытых клапанах в течение поворота коленчатого вала от угла 360—540°. При сгорании рабочей смеси резко повышаются температура и давление в цилиндре. Газы под давлением, воспринимаемым поршнем, совершают полезную работу. Работа расширения газов используется наиболее эффективно, когда максимальное давление pz газов в цилиндре возникает при положении поршня, соответствующем 10—15° угла поворота коленчатого вала после в. м. т. В этом случае максимальное давление рг в карбюраторных двигателях составляет 4000—5500кН/ма, а в дизелях 5500— 8000 кН/м2. На индикаторных диаграммах такт расширения характеризуется кривой z"zb. Максимальная температура .газов в конце сгорания в карбюраторных двигателях достигает 2200—2500° С, а в дизелях 1600—1900° С. Так как во время такта расширения газы совершают полезную работу, ход поршня, соответствующий такту расширения, называют рабочим ходом.
Такт выпуска начинается движением поршня от н. м.т. к в. м. т. и продолжается при повороте коленчатого вала от угла 540° до 720° при открытом выпускном клапане. Момент открытия клапана отмечен на диаграмме точкой 3. В течение этого такта поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы в атмосферу, осуществляя очистку цилиндра. На индикаторной диаграмме процесс выпуска изображается кривой Ьг. Давление "в цилиндре в конце такта выпуска составляет 105—120 кН/м2, а температура 600—950° С.