Рабочие циклы.
Рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания называют совокупность процессов, которые в определенной последовательности периодически повторяются в цилиндре, в результате чего двигатель непрерывно работает. К этим процессам относятся следующие: впуск – наполнение цилиндра свежим зарядом горючей смеси или воздуха; сжатие газов; расширение газов или рабочий ход; выпуск отработавших газов.
На протяжении всех четырёх тактов давление газов в цилиндре изменяется. Изменение абсолютного давления газов Р в зависимости от их объёма V изображается на диаграмме, которую называют индикаторной диаграммой рабочего цикла (Рис.2.1.).
Если рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала или за четыре хода поршня, то такой двигатель называется четырехтактным. Если рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала или за два хода поршня, to этот двигатель является двухтактным.
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя
При рассмотрении цикла условно принимаем, что каждый такт начинается и заканчивается в одной из мертвых точек.
Первый такт - впуск (рис. 2.2). При вращении коленчатого вала 1 поршень 3 перемещается из ВМТ в НМТ, и в верхней части цилиндра создается разрежение. Распределительный вал через детали механизма газораспределения открывает впускной клапан 7, который через впускной трубопровод 5 соединяет цилиндр с карбюратором 6. Горючая смесь, поступающая под действием разрежения из карбюратора по впускному трубопроводу, заполняет цилиндр, где образуется рабочая смесь. Рабочая смесь состоит из горючей смеси и отработавших газов, которые всегда в небольшом количестве остаются в цилиндре от предыдущего цикла. В конце такта впуска, при работе двигателя на режиме полной нагрузки, давление в цилиндре составляет 80 – 90 кПа, а температура рабочей смеси равна 80 – 120 °С (для прогретого двигателя).
Второй такт - сжатие (рис. 2.2, б). Такт впуска заканчивается, когда поршень приходит в НМТ. При дальнейшем повороте коленчатого вала поршень перемещается из НМТ в ВМТ и сжимает рабочую смесь.
В течение такта сжатия оба клапана остаются закрытыми. Объем смеси при сжатии уменьшается, а давление внутри цилиндра увеличивается и достигает 1000 – 1200 кПа. Повышение давления сопровождается увеличением температуры смеси до 300 - 400°С.
Третий такт - расширение газов или рабочий ход (рис. 2.2, в). Оба клапана закрыты. При подходе поршня в конце такта сжатия к ВМТ между электродами свечи зажигания 8 проскакивает электрическая искра. Сжатая рабочая смесь воспламеняется и быстро сгорает, образуя большое количество горячих газов. Газы давят на поршень, который под их давлением перемещается из ВМТ в НМТ и через шатун 11 вращает коленчатый вал. Это основной такт, так как расширяющиеся газы совершают полезную работу. С момента воспламенения смеси давление газов быстро возрастает, а затем по мере движения поршня вниз и увеличения объема снижается. В конце сгорания и начале расширения давление достигает 3000 - 4000 кПа при температуре 2000 - 2200°С, а в конце расширения снижается до 350- 450 кПа при температуре 1200 - 1500° С.
Четвертый такт - выпуск (рис. 2.2). Поршень движется от НМТ к ВМТ и через открытый выпускной клапан 9 вытесняет отработавшие газы в выпускной трубопровод 10, глушитель и далее в атмосферу. При такте выпуска не удается достигнуть полной очистки цилиндра от отработавших газов и часть их остается в цилиндре. В конце выпуска. давление равно 105 – 120 кПа при температуре 700 - 900°С. После окончания такта выпуска рабочий цикл двигателя повторяется в рассмотренной выше последовательности.
На заднем конце коленчатого вала устанавливают тяжелый диск - маховик, который во время рабочего хода накапливает энергию, а затем продолжает вращаться по инерции. При этом вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение остальных вспомогательных тактов.